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The Boundary-Quality Penalty: a Quantitative Method for Approximating Species Responses to Fragmentation in Reserve Selection

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Abstract

Abstract: Aggregation of reserve networks is generally considered desirable for biological and economic reasons: aggregation reduces negative edge effects and facilitates metapopulation dynamics, which plausibly leads to improved persistence of species. Economically, aggregated networks are less expensive to manage than fragmented ones. Therefore, many reserve-design methods use qualitative heuristics, such as distance-based criteria or boundary-length penalties to induce reserve aggregation. We devised a quantitative method that introduces aggregation into reserve networks. We call the method the boundary-quality penalty (BQP) because the biological value of a land unit (grid cell) is penalized when the unit occurs close enough to the edge of a reserve such that a fragmentation or edge effect would reduce population densities in the reserved cell. The BQP can be estimated for any habitat model that includes neighborhood (connectivity) effects, and it can be introduced into reserve selection software in a standardized manner. We used the BQP in a reserve-design case study of the Hunter Valley of southeastern Australia. The BQP resulted in a more highly aggregated reserve network structure. The degree of aggregation required was specified by observed (albeit modeled) biological responses to fragmentation. Estimating the effects of fragmentation on individual species and incorporating estimated effects in the objective function of reserve-selection algorithms is a coherent and defensible way to select aggregated reserves. We implemented the BQP in the context of the Zonation method, but it could as well be implemented into any other spatially explicit reserve-planning framework.

Abstract

Resumen: La agregación de redes de reservas generalmente es considerada deseable por razones biológicas y económicas: la agregación reduce los efectos de borde negativos y facilita la dinámica de la metapoblación, que plausiblemente beneficia a la persistencia de las especies. Económicamente, la gestión de redes agregadas es menos costosa que la de redes fragmentadas. Por lo tanto, muchos métodos para el diseño de reservas utilizan heurísticas cualitativas, tales como criterios basados en la distancia o sanciones de la longitud del lindero, para inducir la agregación de reservas. Diseñamos un método cuantitativo que introduce agregación a las redes de reservas. Denominamos al método sanción de la calidad del lindero (SCL) porque el valor biológico de una unidad de terreno (celda de la rejilla) es sancionado cuando la unidad ocurre tan cerca del borde de una reserva de tal modo que una fragmentación o el efecto de borde podría reducir la densidad de las poblaciones en la celda reservada. La SCL puede ser estimada para cualquier modelo de hábitat que incluya efectos de vecindad (conectividad), y que pueda ser introducida en software de selección de reservas de manera estandarizada. Utilizamos la sanción de la calidad del lindero en un estudio de caso de diseño de reservas en Hunter Valley, en el sureste de Australia. La SCL resultó en una estructura de red de reservas mucho más agregada. El grado de agregación requerida fue especificado por respuestas biológicas a la fragmentación observadas (aunque modeladas). La estimación de los efectos de la fragmentación sobre especies individuales y la incorporación de efectos estimados en la función objetiva de algoritmos de selección de reservas es una forma coherente y defendible de seleccionar reservas agregadas. Implementamos la SCL en el contexto del método de Zonación, pero bien pudo haber sido implementado con cualquier otro marco de referencia para la planificación de reservas espacialmente explícito.

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