Comparison of Two Types of Metapopulation Models in Real and Artificial Landscapes

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Abstract: Application of metapopulation models is becoming increasingly widespread in the conservation of species in fragmented landscapes. We provide one of the first detailed comparisons of two of the most common modeling techniques, incidence function models and stage-based matrix models, and test their accuracy in predicting patch occupancy for a real metapopulation. We measured patch occupancies and demographic rates for regional populations of the Florida scrub lizard (  Sceloporus woodi) and compared the observed occupancies with those predicted by each model. Both modeling strategies predicted patch occupancies with good accuracy ( 77–80%) and gave similar results when we compared hypothetical management scenarios involving removal of key habitat patches and degradation of habitat quality. To compare the two modeling approaches over a broader set of conditions, we simulated metapopulation dynamics for 150 artificial landscapes composed of equal-sized patches (2–1024 ha) spaced at equal distances (50–750 m). Differences in predicted patch occupancy were small to moderate (<20%) for about 74% of all simulations, but 22% of the landscapes had differences openface> 50%. Incidence function models and stage-based matrix models differ in their approaches, assumptions, and requirements for empirical data, and our findings provide evidence that the two models can produce different results. We encourage researchers to use both techniques and further examine potential differences in model output. The feasibility of obtaining data for population modeling varies widely among species and limits the modeling approaches appropriate for each species. Understanding different modeling approaches will become increasingly important as conservation programs undertake the challenge of managing for multiple species in a landscape context.

Abstract

Resumen: Cada vez es mayor la aplicación de modelos de metapoblaciones para la conservación de especies en paisajes fragmentados. Proporcionamos una de las primeras comparaciones detalladas de dos de las técnicas más comunes para modelar, los modelos de función de incidencia y los modelos demográficos basados en etapas, y probar su precisión en una metapoblación real. Medimos la tasa de ocupación de fragmentos y las tasas demográficas de poblaciones regionales de la lagartija Sceloporus woodi y comparamos la ocupación observada con la predicha por cada modelo. Ambas estrategias de modelaje predijeron la ocupación de fragmentos con buena precisión (  77–80%) y dieron resultados similares cuando comparamos escenarios de manejo hipotéticos que involucraban la remoción de fragmentos de hábitat claves y la degradación de la calidad del hábitat. Para comparar las dos aproximaciones al modelaje en un conjunto de condiciones más amplio, simulamos la dinámica metapoblacional en 150 paisajes artificiales compuestos de fragmentos del mismo tamaño (2–1024 ha) separadas por la misma distancia (50–750 m). Las diferencias en la ocupación de fragmentos predicha fueron pequeñas a moderadas (menos de 20%) en aproximadamente 74% de todas las simulaciones, pero 22% de los paisajes tenían diferencias que excedían el 50%. Modelos de función de incidencice y modelos de matriz debido a la naturaleza artificial de estos paisajes y la ausencia de datos de campo, consideramos que estos resultados proporcionan evidencia preventiva de que los dos modelos pueden producir resultados distintos. Discutimos como los modelos de función de incidencia y los modelos demográficos basados en etapas son distintos en sus aproximaciones, supuestos y requerimientos para datos empíricos, y sugerimos que los investigadores utilicen ambas técnicas y comparen resultados cuando sea posible. La factibilidad de obtener datos para modelar poblaciones varía ampliamente entre especies, y limita las aproximaciones de modelaje apropiadas para cada especie. El entendimiento de las distintas aproximaciones al modelaje será cada vez más importante a medida que los programas de conservación acepten los retos de manejar múltiples especies en el contexto del paisaje.

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