Perspectivas de la ecologia del paisaje en el manejo de zonas aridas

Brandon Bestelmeyer

USDA-ARS Jornada Experimental Range

Las Cruces, NM, USA

bbestelm@nmsu.edu

Avances en la ecologia de zonas aridas/pastizales

1) Non-equilibrio e interacciones entre factores aumenta el riesgo de la desertificacion

2) Estados alternativos son comunes, causados por retroalimentaciones entre la cobertura de plantas y procesos incluyendo el fuego, redistrubucion de agua, y erosion

3) Indicadores del riesgo del “umbral” para evitar degradacion

4) Indicadores de los umbrales de restauracion para identificar limitaciones

5) Resuma y comunicar la informacion con modelos de “estado y transicion”

Un ejemplo de la Jornada Experimental Range

1921 1936

1956 2009

El mecanismo es la perdida de pastos SEGUIDO por establecimiento de arbustos

Heavily grazed, high perennial grass basal cover Perennial grasses nearly extinct

Small shrubs

Abundant shrubs

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1938 1942 1946 1950 1954 1958 1962 1966 1970Year

lbs/

acre

Black grama production

Falto de produccionen 1949

Recuperación Derrumbamiento en1951, erosion extensivo sobrevenga

El umbral de derrumbamiento: potrero 2,1951, Jornada Experimental Range

Como perdimos los pastos pereniales?

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lbs/

acre

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% of recom

mended standing

biomass consum

ed

Black grama production% utilization of standing crop

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1938 1942 1946 1950 1954 1958 1962 1966 1970

Mon

soon

al ra

infa

ll (m

m)

Una secuenciade años secos, impredicible

No reduzcanuso de pasto, uso desupplementosy enfoque en hierbas anuales

Umbral

Demasiado uso de navajita negra durante la sequía

Indicadores de alto riesgo del umbral, 1935

No percibieron los cambios

Plantas con ‘pedestales’

Despositos de suelo

Horizonte A perdido

Indicadores de las limitaciones para restauracion,1970s

El contagio de erosion fue imparable, consumiendo pastizales restantes

Deposicion muy profundo

Modelos de estado y transicion representan los mecanismos e indicadores

3b

7

6

1b

2

Black gramaMesquite

1a. Grazing in drought periods, black grama fragmentation. 1b. Unknown, possible role for extreme wet periods2. Black grama extinction due to heavy grazing in drought, soil erosion. 3a. Mesquite seed introduction with black grama fragmentation, lack of fire. 3b.Shrub removal4a, 5a. Mesquite seed introduction or mesquite release from biological constraint. 4b, 5b. Shrub removal6. Heavy grazing, drought causes black grama extinction, greater opportunities for mesquite expansion, wind erosion/deposition from adjacent shrublands7. Heavy grazing or ORV disturbance, bunchgrass loss, wind/sheet erosion, soil truncation8. Mesquite removal coupled to soil stabilization, nutrient addition, seeding during wet periods.9. Unknown, possibly via reseeding in extreme wet periods

Black gramaBunchgrassesBlack gramaBunchgrasses

BunchgrassesBlack grama

BunchgrassesBlack grama

Black grama-limited grassland

Black grama grassland

Black gramaSoaptree yucca

SnakeweedBlack grama

Bunchgrasses(Snakeweed)Bunchgrasses(Snakeweed)

BunchgrassesMesquiteBunchgrassesMesquite

Mesquite(Saltbush)

Mesquite shrubland

1a

4a

3a

Bunchgrass grassland

5a

8

4b

5b

9

Shrub-encroaching (A)

MesquiteBunchgrassesMesquiteBunchgrasses

Shrub-encroaching (B)

MesquiteBunchgrassesMesquiteBunchgrasses

Black-grama dominated state

Black grama-limited state

Shrub encroaching state A

Shrub-encroaching state B

Mesquite shrubland state (advanced)

•Black grama, soaptree yucca, dropseedsthreeawns. No mesquite in immediate area.•Black grama cover and stature is high• Small patches of bare ground,covered with litter and BSCs.•Berino-Buckelbar map unit,Jornada Experimental Range, Dona Ana Co.

•Black grama, threeawns, snakeweed, fewmesquite.

•Black grama cover and stature is low•Large patches of bare ground,unprotected by litter and eroding.

•Wink-Harrisburg map unit,Jornada Experimental Range, Dona Ana Co.

•Black grama common, but fragmented•Several size classes of mesquite•High bare ground cover despite recenthigh rainfall, moderate erosion.

•Berino taxadjunct, CDRRC, Dona Ana Co.

•Snakeweed, some threeawns, many mesquite•Grass cover very low, no black grama•Note evidence of wind erosion, litteraccumulations in small depressions•Wink Harrisburg map unit, Dona Ana Co.

•Mesquite, some snakeweed•No grass cover in interdunes, some dropseedsassociated with mesquite coppices•Soil surface indurated and rich incarbonate, exposed roots.•Copia-Nations complex,Fort Bliss, Otero Co.

El perspectivo del “paisaje”: pasos siguientes

1) Heterogeneidad espacial: procesos distintos son importantes en partes distintos del paisaje y region

2) Interacciones espaciales: transferencia de recursos o disturbio entre parches dentro de estados o entre delineaciónes de estados dentro de un paisaje se controla transiciones

3) Escala espacial: Heterogeneidad espacial e interacciones espaciales requiera escalas variables para observacion y la coleccion de datos

4) Modelos de estado y transicion jerárquico y espacial son necesidades

Aumenta mas los arbustos en suelos con menor cantidad de arcilla

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1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010

Year

Mea

n Pr

osop

isca

nopy

cov

er (%

)

Low clayHigh clay

Buenos ranchos estan correlacionados con buenos suelos y clima

Contagio de transicions a traves del paisaje por el dispersion de arbustos y erosion

Proportion = 0.7104e(-0.0036*dist.)+0.2896

distance from 1942 shrub-dominated patch (m)

Prop

ortio

n of

land

scap

e co

nver

ted

to s

hrub

dom

inan

ce 1

942-

2003

Transition pattern within sandy plains landscape on Jornada

1m

Contagio comienza con la fragmentacion de parches de pasto y extensión de parches de suelo desnudo

High resolution aerial imagery (5 cm)

Parches de pastograndes y chicos

(referencia)

Chicos parches de pastoy gran areas de suelo desnudointerconectados

(comieza la degradacion)

Major Land Resource Area (ecoregion) Soil-geomorphic system, watersheds

Ecological sites and states

Patches

Hottest anddriest section

Chihuahuan Desert

La jerárquia espacial de interacciones y limitaciones

Rio Grande river valleyerosional remnants

Remnant patchesof black grama aresmall but evenlydistributed

Modelos jerárquicos de estado y transicion

-La estructura fundamental de los modelos cambia entre paisajes y ecoregions (e.g., la importancia de erosion o competencia)

-Interacciones de transiones entre suelos por modo de transferencias a traves de suelos y formas de tierra

-El control de riesgos y restauracion por las caracteristicas del perfil del suelo

-Patrones de parches controla retroalimentaciones que determina la evolucion del estado

Escala fina

Escala amplia

Intervenciones basados en modelos y estratificación

1. Cuales son las problemas?Donde se localizan (“hotspots”)

1.3 At-riskcommunity

1.2 AnotherCommunity

2.1 Community

1.1A

1. Grassland state

2. Savanna state 3. Shrubland state

1.1 Referencecommunity

3.1 Community

T1A

T2A

R1A

2.2 Community

1.2A1.2B1.3A

2.1A 2.2A

2. Modelos socio-ecologicosModelos de estado y transicion,sitios ecologicos

3. Mapeo de estadosIntervencion/cambiode manejo, o hace nada

4. Monitoreo,pruebas de losmodelos

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5. Cambiar/verificarlos modelos