Network analysis of connectivity thresholds in fragmented landscapes. A multi-species approach using birds in pine and oak forests

Abstract

Over the last decades, the pervasiveness of human activities has leading landscapes worldwide to experience unprecedented changes often resulting on the loss, simplification or fragmentation of habitats. Concomitantly, species diversity and the self-regulated ecological processes mediated by landscape are severely threatened. This thesis extends the theoretical considerations of the fragmentation conundrum into realworld fragmented landscapes to determine the effects of structural and functional landscape connectivity in mediating the spatial distribution of bird communities. We describe conceptual approaches to capture landscapes’ heterogeneity on different forest contexts to uncover the adequate surrogacy of the structural connectivity of the landscape. Critical ecological thresholds of forest cover are explored to preview community turnovers and establish the limits where populations are more sensitive. Finally, we demonstrate how functional connectivity mediates the spatial distribution of bird species and bird community composition. Our results point out that, though species reveal overall interdependent behaviour, they show highly specific responses to patch and landscape cues suggesting differences on how they perceive their quality and structure, respectively. Consequently, this denotes that the spatial distribution and composition of bird communities depend on the intrinsic ability of each species to move across the landscape (functional connectivity) and reach a patch, as well as on the capacity of patches to provide vital resources for different species. The implications of our findings leverage concrete and specific management strategies to prevent the downfall of avian diversity in the two most representative forest systems in Portugal: pine forest plantations and oak woodlands. We establish the limits beyond which major changes in community are expected and suggest practices that behold the maintenance of high bird diversity levels. Overall, we endorse sustainable approaches previewing exploitation alternatives that reconcile both human interests and the conservation of natural assets; Resumo: O impacto das actividades humanas nas paisagens tem promovido alterações sem precedentes a uma escala global nas últimas décadas, resultando na perda, simplificação ou fragmentação dos habitats. Consequentemente, a diversidade de espécies e os processos ecológicos associados à dinâmica paisagística encontram-se profundamente ameaçados. Nesta tese são explorados os efeitos da conectividade estrutural e funcional da paisagem na distribuição espacial de comunidades de aves, transferindo para um contexto de paisagens reais as considerações teóricas formuladas no âmbito da investigação em fragmentação. Para o efeito, são descritas diferentes abordagens conceptuais na caracterização da heterogeneidade da paisagem, aferindo a adequabilidade de descritores de conectividade estrutural, em diferentes contextos florestais. São explorados os limiares de sensibilidade ecológica e alteração das comunidades ao longo de um gradiente reflectindo a disponibilidade de recursos. Por último, é investigado o papel da conectividade funcional na distribuição espacial e a composição das comunidades de aves. Os resultados demonstram que a percepção da qualidade de habitat e da estrutura da paisagem é dependente da espécie embora existam relações de interdependência entre estas. Isto implica que a distribuição espacial e os processos inerentes à composição das comunidades dependam da capacidade de cada espécie em alcançar parcelas de habitat adequado (conectividade funcional), e da disponibilidade de recursos providenciada pelas mesmas em satisfazer um conjunto diverso de espécies. As implicações dos resultados obtidos estendem-se à aplicabilidade de estratégias de gestão concretas e específicas que previnem a perda de diversidade avifaunística nos sistemas florestais mais representativos de Portugal – plantações de pinheiro e montado –, nomeadamente através da identificação dos limites além dos quais estão previstas alterações significativas na comunidade, e sugerindo práticas que contemplam a manutenção de níveis elevados de diversidade. Abordagens sustentáveis associadas a estratégias alternativas de exploração contribuirão para conciliar os interesses humanos e a conservação dos valores naturais.