A Resistant-Kernel Model of Connectivity for Amphibians that Breed in Vernal Pools

Authors

  • BRADLEY W. COMPTON,

    Corresponding author
    1. Department of Natural Resources Conservation, 160 Holdsworth Way, University of Massachusetts, Amherst, MA 01003, U.S.A.
      email bcompton@forwild.umass.edu
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  • KEVIN McGARIGAL,

    1. Department of Natural Resources Conservation, 160 Holdsworth Way, University of Massachusetts, Amherst, MA 01003, U.S.A.
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  • SAMUEL A. CUSHMAN,

    Corresponding author
    1. Department of Natural Resources Conservation, 160 Holdsworth Way, University of Massachusetts, Amherst, MA 01003, U.S.A.
      Current address: USDA Forest Service, Rocky Mountain Research Station, Missoula, MT 59801, U.S.A.
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  • LLOYD R. GAMBLE

    1. Department of Natural Resources Conservation, 160 Holdsworth Way, University of Massachusetts, Amherst, MA 01003, U.S.A.
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email bcompton@forwild.umass.edu

Current address: USDA Forest Service, Rocky Mountain Research Station, Missoula, MT 59801, U.S.A.

Abstract

Abstract: Pool-breeding amphibian populations operate at multiple scales, from the individual pool to surrounding upland habitat to clusters of pools. When metapopulation dynamics play a role in long-term viability, conservation efforts limited to the protection of individual pools or even pools with associated upland habitat may be ineffective over the long term if connectivity among pools is not maintained. Connectivity becomes especially important and difficult to assess in regions where suburban sprawl is rapidly increasing land development, road density, and traffic rates. We developed a model of connectivity among vernal pools for the four ambystomatid salamanders that occur in Massachusetts and applied it to the nearly 30,000 potential ephemeral wetlands across the state. The model was based on a modification of the kernel estimator (a density estimator commonly used in home range studies) that takes landscape resistance into account. The model was parameterized with empirical migration distances for spotted salamanders (Ambystoma maculatum), dispersal distances for marbled salamanders (A. opacum), and expert-derived estimates of landscape resistance. The model ranked vernal pools in Massachusetts by local, neighborhood, and regional connectivity and by an integrated measure of connectivity, both statewide and within ecoregions. The most functionally connected pool complexes occurred in southeastern and northeastern Massachusetts, areas with rapidly increasing suburban development. In a sensitivity analysis estimates of pool connectivity were relatively insensitive to uncertainty in parameter estimates, especially at the local and neighborhood scales. Our connectivity model could be used to prioritize conservation efforts for vernal-pool amphibian populations at broader scales than traditional pool-based approaches.

Abstract

Resumen: Las poblaciones de anfibios que se reproducen en charcos operan en escalas múltiples, del charco individual al hábitat circundante al grupo de charcos. Cuando la dinámica de la metapoblación juega un papel en la viabilidad a largo plazo, los esfuerzos de conservación limitados a la protección de charcos individuales o aun charcos asociados con hábitat circundante pueden ser inefectivos a largo plazo si no se mantiene la conectividad entre charcos. La conectividad se vuelve especialmente importante y difícil de evaluar en regiones donde la expansión urbana esta incrementando rápidamente el desarrollo de tierras, la densidad de caminos y las tasas de tráfico. Desarrollamos un modelo de conectividad entre charcos vernales para las cuatro especies de salamandras ambystomoideas que ocurren en Massachussets y lo aplicamos a los casi 30,000 potenciales humedales efímeros en el estado. El modelo se basó en una modificación del estimador de núcleo (un estimador de densidad utilizado comúnmente en estudios de rango de hogar) que toma en consideración la resistencia del paisaje. El modelo fue parametrizado con distancias de migración empíricas para Ambystoma maculatum, distancias de dispersión para A. opacum y de la resistencia del paisaje derivada de estimaciones por expertos. El modelo clasificó los charcos vernales en Massachussets por la conectividad local, vecinal y regional y por una medida integrada de la conectividad, tanto estatal como dentro de ecoregiones. Los complejos de charcos más conectados funcionalmente ocurrieron en el sureste y noreste de Massachussets, que son áreas con desarrollo suburbano en rápida expansión. Mediante análisis de sensibilidad, las estimaciones de la conectividad de charcos fueron relativamente insensibles a la incertidumbre en la estimación de los parámetros, especialmente en las escalas local y vecinal. Nuestro modelo de conectividad podría ser utilizado para priorizar los esfuerzos de conservación de poblaciones de anfibios de charcos vernales a escalas más amplias que las basadas tradicionalmente en charcos individuales.

Ancillary