A discrete forest in a continuous landscape : investigating interactions between natural resource management and sustainable development

Summary Forests are key ecosystems of the earth and associated with a large range of functions. Many of these functions are beneficial to humans and are referred to as ecosystem services. Sustainable development requires that all relevant ecosystem services are quantified, managed and monitored equally. Natural resource management therefore targets the services associated with ecosystems. The main hypothesis of this thesis is that the spatial and temporal domains of relevant services do not correspond to a discrete forest ecosystem. As a consequence, the services are not quantified, managed and monitored in an equal and sustainable manner. The thesis aims were therefore to test this hypothesis, establish an improved conceptual approach and provide spatial applications for the relevant land cover and structure variables. The study was carried out in western Switzerland and based primarily on data from a countrywide landscape inventory. This inventory is part of the third Swiss national forest inventory and assesses continuous landscape variables based on a regular sampling of true colour aerial imagery. In addition, land cover variables were derived from Landsat 5 TM passive sensor data and land structure variables from active sensor data from a small footprint laserscanning system. The results confirmed the main hypothesis, as relevant services did not scale well with the forest ecosystem. Instead, a new conceptual approach for sustainable management of natural resources was described. This concept quantifies the services as a continuous function of the landscape, rather than a discrete function of the forest ecosystem. The explanatory landscape variables are therefore called continuous fields and the forest becomes a dependent and function-driven management unit. Continuous field mapping methods were established for land cover and structure variables. In conclusion, the discrete forest ecosystem is an adequate planning and management unit. However, monitoring the state of and trends in sustainability of services requires them to be quantified as a continuous function of the landscape. Sustainable natural resource management iteratively combines the ecosystem and gradient approaches. Résumé Les forêts sont des écosystèmes-clés de la terre et on leur attribue un grand nombre de fonctions. Beaucoup de ces fonctions sont bénéfiques pour l'homme et sont nommées services écosystémiques. Le développement durable exige que ces services écosystémiques soient tous quantifiés, gérés et surveillés de façon égale. La gestion des ressources naturelles a donc pour cible les services attribués aux écosystèmes. L'hypothèse principale de cette thèse est que les domaines spatiaux et temporels des services attribués à la forêt ne correspondent pas à un écosystème discret. Par conséquent, les services ne sont pas quantifiés, aménagés et surveillés d'une manière équivalente et durable. Les buts de la thèse étaient de tester cette hypothèse, d'établir une nouvelle approche conceptuelle de la gestion des ressources naturelles et de préparer des applications spatiales pour les variables paysagères et structurelles appropriées. L'étude a été menée en Suisse occidentale principalement sur la base d'un inventaire de paysage à l'échelon national. Cet inventaire fait partie du troisième inventaire forestier national suisse et mesure de façon continue des variables paysagères sur la base d'un échantillonnage régulier sur des photos aériennes couleur. En outre, des variables de couverture ? terrestre ont été dérivées des données d'un senseur passif Landsat 5 TM, ainsi que des variables structurelles, dérivées du laserscanning, un senseur actif. Les résultats confirment l'hypothèse principale, car l'échelle des services ne correspond pas à celle de l'écosystème forestier. Au lieu de cela, une nouvelle approche a été élaborée pour la gestion durable des ressources naturelles. Ce concept représente les services comme une fonction continue du paysage, plutôt qu'une fonction discrète de l'écosystème forestier. En conséquence, les variables explicatives de paysage sont dénommées continuous fields et la forêt devient une entité dépendante, définie par la fonction principale du paysage. Des méthodes correspondantes pour la couverture terrestre et la structure ont été élaborées. En conclusion, l'écosystème forestier discret est une unité adéquate pour la planification et la gestion. En revanche, la surveillance de la durabilité de l'état et de son évolution exige que les services soient quantifiés comme fonction continue du paysage. La gestion durable des ressources naturelles joint donc l'approche écosystémique avec celle du gradient de manière itérative.

Winter habitat selection by two sympatric forest grouse in western Switzerland: implications for conservation

Two endangered tetraonids, the capercaillie (Tetrao urogallus) and the hazel grouse (Bonasa bonasia rupestris), are sympatric throughout part of their distribution range in central Europe. Precise information on their specific habitat requirements is needed if the coexistence of both species in exploited forests is to be maintained. We quantified winter habitat selection for both species in the upper part (1100-1600 m) of the Jura mountains (Switzerland). No preference for altitude or exposure could be detected. Capercaillie preferred open forests (including grazed forests) with a sparse canopy dominated by spruce (Picea abies) and fir (Abies alba), and avoided dense undercanopy and understorey, especially when dominated by spruce and beech (Fagus sylvatica). By contrast, hazel grouse preferred feeding sites with a dense understorey of rowan (Sorbus aucuparia), willow (Salix sp.), beech and spruce. These preferences can be related to the feeding habits and predator avoidance behaviour of both species. Coexistence thus requires a mosaic distribution of habitat types, with a matrix of open forests (30% canopy cover) where fir is favoured, and understorey kept sparse (20%). Group-cuts of mature trees should allow regeneration patches, where a dense understorey (50% cover) should provide suitable habitats for hazel grouse

Els Boscos mediterranis i el foc

Es presenten unes reflexions sobre els boscos mediterranis i el foc des d’una perspectiva biogeogràfica que posa en relació la vegetació, els factors ambientals i l’acció humana

Ecological niche modelling and differentiation between Rhodnius neglectus Lent, 1954 and Rhodnius nasutus Stål, 1859 (Hemiptera: Reduviidae: Triatominae) in Brazil

Ecological niche modelling was used to predict the potential geographical distribution of Rhodnius nasutus Stål and Rhodnius neglectus Lent, in Brazil and to investigate the niche divergence between these morphologically similar triatomine species. The distribution of R. neglectus covered mainly the cerrado of Central Brazil, but the prediction maps also revealed its occurrence in transitional areas within the caatinga, Pantanal and Amazon biomes. The potential distribution of R. nasutus covered the Northeastern Region of Brazil in the semi-arid caatinga and the Maranhão babaçu forests. Clear ecological niche differences between these species were observed. R. nasutus occurred more in warmer and drier areas than R. neglectus. In the principal component analysis PC1 was correlated with altitude and temperature (mainly temperature in the coldest and driest months) and PC2 with vegetation index and precipitation. The prediction maps support potential areas of co-occurrence for these species in the Maranhão babaçu forests and in caatinga/cerrado transitional areas, mainly in state of Piaui. Entomologists engaged in Chagas disease vector surveillance should be aware that R. neglectus and R. nasutus can occur in the same localities of Northeastern Brazil. Thus, the identification of bugs in these areas should be improved by applying morphometrical and/or molecular methods.

El Bosc, element clau d'un paisatge i d'una comunitat

Aquest treball és un resum de la Memòria de Llicenciatura El Bosc, element clau d’un paisatge i d’una comunitat. La seva percepció per part dels pagesos de l’Alta Garrotxa. Assaig metodològic, llegida el 18 de desembre de 1981 a la Universitat Autònoma de Barcelona

Pla de gestió i estudi fitosociològic del bosc madur de l' Espunya (Vall de Bianya)

Estudi basat en la gestió de forests i concretament, la gestió de la finca forestal de l’Espunya (comarca de la Garrotxa). Aquest bosc, però, íntimament lligat a una sèrie de valors de qualitat ecològica i forestal excepcionals, presenta deficiències pel que fa a una protecció de caràcter tècnic, integral i estratègic, degut a la seva situació. Fora dels límits administratius del Parc Natural de la Zona Volcànica de la Garrotxa no se’n reconeixen els seus valors ni s’hi aplica un nivell adequat de protecció. El que es planteja és la gestió del bosc per millorar-ne la seva qualitat mitjançant una explotació sostenible, amb un diagnòstic previ. Es donarà importància de conservació a aquelles àrees que es considerin potencials d’estar en estadis avançats de la successió ecològica o les àrees que pel seu historial forestal, presenten certs valors a protegir. En aquest projecte es pretén creuar els criteris forestals que conformen un pla tècnic de gestió i millora forestal (PTGMF), un estudi fitosociològic i un conjunt de paràmetres que mesuren la maduresa dels boscos d’una propietat

Anthropogenic influence on the distribution, abundance and diversity of sandfly species (Diptera: Phlebotominae: Psychodidae), vectors of cutaneous leishmaniasis in Panama

In Panama, species of the genus Lutzomyia are vectors of American cutaneous leishmaniasis (ACL). There is no recent ecological information that may be used to develop tools for the control of this disease. Thus, the goal of this study was to determine the composition, distribution and diversity of Lutzomyia species that serve as vectors of ACL. Sandfly sampling was conducted in forests, fragmented forests and rural environments, in locations with records of ACL. Lutzomyia gomezi, Lutzomyia panamensis and Lutzomyia trapidoi were the most widely distributed and prevalent species. Analysis of each sampling point showed that the species abundance and diversity were greatest at points located in the fragmented forest landscape. However, when the samples were grouped according to the landscape characteristics of the locations, there was a greater diversity of species in the rural environment locations. The Kruskal Wallis analysis of species abundance found that Lu. gomezi and Lu. trapidoi were associated with fragmented environments, while Lu. panamensis, Lutzomyia olmeca bicolor and Lutzomyia ylephiletor were associated with forested environments. Therefore, we suggest that human activity influences the distribution, composition and diversity of the vector species responsible for leishmaniasis in Panama.

Exploring the association between Trypanosoma cruzi infection in rural communities and environmental changes in the southern Gran Chaco

The association between land use and land cover changes between 1979-2004 in a 2.26-million-hectare area south of the Gran Chaco region and Trypanosoma cruzi infection in rural communities was analysed. The extent of cultural land, open and closed forests and shrubland up to 3,000 m around rural communities in the north, northwest and west of the province of Córdoba was estimated using Landsat satellite imagery. The T. cruzi prevalence was estimated with a cross-sectional serological survey conducted in the rural communities. The land cover showed the same patterns in the 1979, 1999 and 2004 satellite imagery in both the northwest and west regions, with shrinking regions of cultured land and expanding closed forests away from the community. The closed forests and agricultural land coverage in the north region showed the same trend as in the northwest and west regions in 1979 but not in 1999 or 2004. In the latter two years, the coverage remote from the communities was either constant or changed in opposite ways from that of the northwest and west regions. The changes in closed forests and cultured vegetation alone did not have a significant, direct relationship with the occurrence of rural communities with at least one person infected by T. cruzi. This study suggests that the overall decrease in the prevalence of T. cruzi is a consequence of a combined effect of vector control activities and changes in land use and land cover.

High occurrence of Calodium hepaticum (syn. Capillaria hepatica) spurious infection in a village in the Atlantic Forest of southern Brazil

Calodium hepaticum (syn. Capillaria hepatica) is a nematode of the Capillariidae family that infects rodents and other mammals. In Brazil, human spurious infections of C. hepaticum have been detected in indigenous or rural communities from the Amazon Basin, but not in the southern states of the country. Here, we report the highest occurrence (13.5% of 37 residents) of C. hepaticum human spurious infection detected in Brazil and the first record in a southern region, Guaraqueçaba. The finding is explained by the area being located in the Atlantic Forest of the state of Paraná, surrounded by preserved forests and because the inhabitants consume the meat of wild mammals.

Hierarchic species-area relationships and the management of forest habitat islands in intensive farmland

Habitat loss and fragmentation due to land use changes are major threats to biodiversity in forest ecosystems, and they are expected to have important impacts on many taxa and at various spatial scales. Species richness and area relationships (SARs) have been used to assess species diversity patterns and drivers, and thereby in the establishment of conservation and management strategies. Here we propose a hierarchical approach to achieve deeper insights on SARs in small forest islets in intensive farmland and to address the impacts of decreasing naturalness on such relationships. In the intensive dairy landscapes of Northwest Portugal, where small forest stands (dominated by pines, eucalypts or both) represent semi-natural habitat islands, 50 small forest stands were selected and surveyed for vascular plant diversity. A hierarchical analytical framework was devised to determine species richness and inter- and intra-patch SARs for the whole set of forest patches (general patterns) and for each type of forest (specific patterns). Differences in SARs for distinct groups were also tested by considering subsets of species (native, alien, woody, and herbaceous). Overall, values for species richness were confirmed to be different between forest patches exhibiting different levels of naturalness. Whereas higher values of plant diversity were found in pine stands, higher values for alien species were observed in eucalypt stands. Total area of forest (inter-patch SAR) was found not to have a significant impact on species richness for any of the targeted groups of species. However, significant intra-patch SARs were obtained for all groups of species and forest types. A hierarchical approach was successfully applied to scrutinise SARs along a gradient of forest naturalness in intensively managed landscapes. Dominant canopy tree and management intensity were found to reflect differently on distinct species groups as well as to compensate for increasing stand area, buffering SARs among patches, but not within patches. Thus, the maintenance of small semi-natural patches dominated by pines, under extensive practices of forest management, will promote native plant diversity while at the same time contributing to limit the expansion of problematic alien invasive species.

L'explotació de recursos forestals en el nord i en el sud des del punt de vista de la sostenibilitat

El present projecte té com a objectiu l’estudi de la sostenibilitat de l’explotació forestal que es realitza en l’hemisferi nord i en el sud. Per això, s’han escollit quatre països que disposen, dins de les seves fronteres, de grans extensions boscoses, cada un d’ells amb un tipus de bosc diferent: Brasil (Selva Amazònica), República Democràtica del Congo (Selva Equatorial), Canadà (Bosc Boreal) i Espanya (Bosc Mediterrani). Amb aquests països s’ha realitzat una comparativa tant de forma qualitativa com quantitativa. Pel que fa a l’anàlisi qualitatiu, s’han recollit dades del PIB per càpita dels diferents països de l’any 2010 i les principals metodologies d’explotació forestal que aquests realitzen. Així, els països amb més PIB per càpita eren també els països que utilitzaven mètodes d’explotació menys agressius i es consideren, per tant, els països amb una extracció dels seus recursos més sostenible. En quant a l’anàlisi quantitatiu, s’han utilitzat les dades de PIB per càpita, taxa de desforestació (ha/any) i taxa de creixement del bosc (ha/any) de cada tipus de bosc. Amb aquestes dades s’ha construït un índex, l’índex de sostenibilitat d’extracció, que pretén ser una eina d’estandardització per a la comparativa entre països i/o boscos diferents. El resultat ha estat el mateix en les dues anàlisis.

Incendis històrics a l'alta muntanya pirinenca : anàlisi dels carbons sedimentaris a la torbera de Montarenyo (Lladorre, Pallars Sobirà)

Les zones europees d’alta muntanya, concretament les mediterrànies, han estat utilitzades des de temps remots per l’ésser humà, a través de l’aprofitament de boscos i prats mitjançant activitats com l’agricultura, la ramaderia, la silvicultura i la metal·lúrgia. Però, des de fa temps, amb l’abandonament de les àrees rurals, estem davant d’una falta de gestió dels boscos, degut a la pèrdua de les activitats tradicionals. L’objectiu d’aquest treball és el de determinar l’impacte provocat per les societats antigues sobre els boscos, amb la utilització del foc com a eina de gestió, així com l’anàlisi dels processos d’antropització de les zones de muntanya que utilitzaven aquest recurs. En aquest treball l’anàlisi de l’evolució del paisatge es fa mitjançant l’estudi de les comunitats vegetals històriques i la dinàmica d’incendis, a través de dues metodologies basades en testimonis sedimentaris: l’anàlisi de carbons i l’anàlisi del pol·len. El testimoni sedimentari ha estat extret de la torbera ombrotròfica de Montarenyo, situada a la vessant sud dels Pirineus, a la Vall de Cardós, al Pallars Sobirà. Aquestes dues disciplines han permès indagar en la geohistòria ambiental, per tal d’establir les relacions entre l’ambient i la societat. Els resultats mostren que el foc ha estat utilitzat per nombroses activitats, creant unes dinàmiques forestals característiques. El paisatge actual és conseqüència de les pressions que va haver de patir el bosc durant anys, unes pressions que, amb major o menor mesura han gestionat les masses forestals. Cal doncs conèixer quina ha estat la gestió històrica del bosc per entendre’n el seu estat actual i poder escollir la gestió més adequada per conservar-lo.

El riesgo de depredación y la competencia intraespecífica alteran el comportamiento de dispersión de semillas por parte de roedores

Los roedores tienen un importante papel como dispersores/depredadores de bellotas en los bosques Mediterráneos de Quercus spp. Existe abundante información del efecto de factores intrínsecos de las semillas (tamaño, composición) en la selección de las bellotas por estos animales, mientras que la influencia de otros procesos como el riesgo de depredación o la competencia intraespecífica han estado mucho menos estudiados. En un bosque mixto de encina y roble en el Parque Natural de Collserola, se ha investigado el patrón de dispersión/depredación de bellotas por parte del ratón de campo (Apodemus sylvaticus) en función del riesgo de depredación por parte de jineta (Genetta genetta) y la competencia intraespecífica (mediante un experimento en el que estos factores se simulaban a partir de olores). Un censo previo determinó que la población de roedores presente en el área de estudio estaba formada principalmente por Apodemys sylvaticus. Éstos respondieron al tratamiento de olor pues se observó un retraso significativo en la manipulación de bellotas de jineta respecto a los otros dos tratamientos. Asimismo, respecto a la distancia de dispersión se observó que las bellotas del tratamiento con olor a ratón eran dispersadas a menor distancia, a una distancia intermedia las de jineta y a mayor distancia las del tratamiento control. En todos los tratamientos, las bellotas dispersadas a zonas de microhábitat abierto fueron menos depredadas. Este trabajo sugiere que el patrón espacio temporal de dipersión/depredación de bellotas en bosques de encina y roble puede tener una elevada complejidad, a la vez que subraya el interés de mantener la integridad de las redes tróficas por sus efectos directos e indirectos sobre las poblaciones de organismos situados a diferentes niveles.

Parallel changes in genetic diversity and species diversity following a natural disturbance.

We examined the spatial and temporal variation of species diversity and genetic diversity in a metacommunity comprising 16 species of freshwater gastropods. We monitored species abundance at five localities of the Ain river floodplain in southeastern France, over a period of four years. Using 190 AFLP loci, we monitored the genetic diversity of Radix balthica, one of the most abundant gastropod species of the metacommunity, twice during that period. An exceptionally intense drought occurred during the last two years and differentially affected the study sites. This allowed us to test the effect of natural disturbances on changes in both genetic and species diversity. Overall, local (alpha) diversity declined as reflected by lower values of gene diversity H(S) and evenness. In parallel, the among-sites (beta) diversity increased at both the genetic (F(ST)) and species (F(STC)) levels. These results suggest that disturbances can lead to similar changes in genetic and community structure through the combined effects of selective and neutral processes.

Comparació de la tecnologia LiDAR vers els mètodes tradicionals d’inventari forestal, a la finca La Vall de Benifallet, al Baix Ebre

L’inventari forestal és una eina molt important per obtenir la informació necessària, sobre una massa arbrada, respecte a la seva situació actual i la seva possible evolució en el temps, a fi i efecte de poder prendre les decisions necessàries sobre la seva planificació i gestió. Amb aquest treball s’ha volgut avaluar la possible millora que es pot obtenir aplicant les noves tecnologies en la realització dels inventaris forestals, com la tecnologia LiDAR (Light Detection and Ranging). El mètode tradicional de realitzar un inventari forestal, consisteix en anar a camp i prendre dades d’unes mostres representatives, de les variables dasomètriques que caracteritzen una massa forestal. La tecnologia LiDAR és un sistema de teledetecció que calcula distàncies a partir de, la mesura del temps entre l’emissió d’un làser polsat i el seu retorn desprès de la seva reflexió en tocar terra. El resultat és un núvol de punts a diferents alçades, amb el qual s’aconsegueix un Model Digital del Terreny (MDT) i un Model Digital de Superfície (MDS). De la resta d’aquests dos models s’obté una imatge de l’estructura vertical de la vegetació, a partir de la qual es poden deduir dades bàsiques del bosc amb mesures per tot el territori. L’àrea d’estudi on es va dur a terme el present treball, és una finca del terme municipal de Benifallet, al Baix Ebre, província de Tarragona. L’estudi ha consistit en la comparació dels dos mètodes, tradicional i LiDAR, a l’hora d’obtenir les variables de densitat, alçada i fracció de cabuda coberta (FCC). El mètode tradicional consisteix en mesurar les variables en 24 parcel•les representatives i posteriorment, en extrapolar-les als estrats, que són les unitats en que es divideix la part de la finca on es realitza l’inventari. En el mètode utilitzant la tecnologia LiDAR, s’utilitzen dos tipus de resolucions (8 píxels i 24 píxels) a l’hora de treballar amb les dades