exemplos de avp

Exemplos de AVP

Ecologia de Populações

Prof. Dr. Harold Gordon Fowler [email protected]

A conservação de populações enfoca o tamanho populacional, a diversidade genética, e habitat crítico

Os biólogos que enfocam a conservação ao nível de população e espécie – Usam duas técnicas principais

– Enfoque na espécie

– Enfoque na paisagem

Historia de AVP

Historia de AVP

Existem em excesso de 30 AVPs publicados

A base teórica da viabilidade populacional ainda está em desenvolvimento

Ainda não existem modelos suficientemente sofisticados

Não existem descrições da historia vital ou dados para a maioria das espécies

APV: Analise Quantitativa de Riscos: Usa dados demográficos para entender a relação entre sobrevivência futura em populações pequenas ou ameaçadas e as opções de ameaças ou manejo por via de cenários. APV pode também prever o efeito de eventos aleatórios sobre a persistência populacional.

4 eventos aleatórios principais afeita a sobrevivência de populações pequenas:

1) Catástrofes naturais: incêndios, enchentes, terremotos 2) Fatores genéticos: deriva genética, efeito de fundador,

endogamia 3) Incerteza ambiental 4) Estocasticidade demográfica

Os modelos de AVP tendem ser específicos a espécie devido as diferencias do tamanho populacional e demografia e as respostas diferencias a cada um desses quatro fatores.

Historia de AVP

Aplicação de APVP

O risco de extinção é a aplicação principal e serve para provar o declínio populacional até um tempo especificado

Declínio (%)

Prob

abilidade

2. How much land, and in what configuration, is needed to protect against extinction risk?

3. What life stages or demographic processes are in need of management? 4. How many individuals are required to establish a viable population in

reintroduction programmes? 5. How many individuals can be harvested without impacting persistence? 6. Guiding future research priorities

If model outcomes are highly sensitive to certain parameters (e.g. say risk of decline is sensitive to low or high input values of juvenile survival rates) we may need more accurate field data

Historia de AVP

Baseado em contagens Contos de indivíduos numa população ou substitutos do tamanho populacional (como fêmeas com filhotes ou machos com territórios)

Premissas: todos os indivíduos são idênticos. Não considera os efeitos sobre o crescimento populacional ou estrutura etária, tamanho, status social, e razão sexual (e.g. análogos aos fatores que afeita Ne)

Baseado na Demografia Complexa

Usa dados da estrutura populacional (fecundidade, sobrevivência específica a idade, distancias de dispersão) O modelo pode ser rodado várias vezes usando valores maiores e menores de um parâmetro para lidar com a incerteza. Porém, esse processo exige muito esforço e custo

Modelos de APV

PMV = o tamanho populacional que se fosse menor aumenta a probabilidade de extinção, ou o número mínimo de populações locais interatuantes necessárias para a persistência a largo prazo de uma metapopulação

População Mínima Viável: um conceito chave nos modelos de APV

3. Catástrofes naturais, como enchentes, afeitam o tempo de persistência independe mente do tamanho populacional (independente da densidade). Para evitar isso, algumas espécies ameçeadas são dividas em populações separadas.

4. Endogamia: especialmente relevantes em populações pequenas

2) Incerteza ambiental: densidades de inimigos, variação sazonal, e flutuações de recursos

1) Razão sexual viciada 2) Estrutura etária: populações com números altos de indivíduos

jovens ou velhos (populações são dominadas por indivíduoss sem condições de reproduzir)

1) Incerteza demográfica: os eventos aleatórios que afeitam a sobrevivência ou reprodução como função de tamanho e estrutura populacional

4 fatores são muito importantes nos modelos de APV:

APV

Estabelecimento de

Prioridades de AVPs

Raridade (tamanho populacional local e regional)

Grau de risco (ameaças)

Significância Funcional em Sistemas Ecológicos (espécies chaves, engenheiros, ou dominantes na teia trófica)

Papel de umbrela para outras espécies Status Legal Envolvimento e apoio público Disponibilidade de Dados

Propósito da Analise de Viabilidade da População (AVP)

Para estudar como a perda de habitat, incerteza ambienta, estocasticidade demográfica e fatores genéticos determinam as probabilidades de extinção de espécies

A teoria de meta-populações nos proporciona a base para entender essas relações

AVP pode ser usado para informar que tamanho uma população precisa para sobreviver x anos com uma probabilidade de . 95% de extinção em x anos

AVP

A maioria das AVPs consideram fatores internos (razão sexual, número de nascimentos, sobrevivência, e outros) e o efeito desses fatores internos sobre a persistência populacional

Aplicação de AVP

A AVP pode ser usada para modelar a probabilidade do fracasso ou sucesso de uma população sob um conjunto dado de circunstancias

Pode ser usado para estabelecer o tamanho populacional necessário para manter uma espécie.

Pode ser usado para encontrar atributos que tornam a população vulneravel

Aplicações de AVPs Avaliação de risco de extinção

– Avaliações de espécies solitárias o múltiplas

– Avaliar dados (series temporais) do monitoramento

Orientação da conservação e manejo – Identificando estágios chaves da historia vital

– Determinando o tamanho e geometria de reservas

– Avaliando introduções e translocalizações

– Fixando limites a coleta, pesca ou caça

– Determinando o número de populações locais necessárias

AVP na regulação de exploração

Os elementos da AVP são usados para determinar o tamanho da população mínima antes de que sua exploração seja sustentável.

Existe a necessidade de informação sobre a dinâmica populacional, historia vital, e demografia para determinar níveis sustentáveis de exploração


Difere significativamente dos modelos populacionais tradicionais de pesca

Previsão de crescimento ou declínio populacional Usa métodos quantitativos para prever a

probabilidade ou o tempo de extinção Previsão de quais estágios vitais contribuem

mais ao crescimento populacional Avalia os efeitos da variação nas taxas vitais

sobre as capacidades de previsão Ajudem determinar quais dados adicionais são

necessários para melhorar a estimativa da população futura

Previsão do tempo a extinção sob as condições atuais

Previsão de como as estratégias diferentes de manejo afetam a probabilidade de extinção

Previsão de quantos indivíduos seriam necessários para estabelecer uma população nova

Previsão de quais limites de coleta ainda suportam o crescimento ou estabilidade populacional

Previsão de quantas populações são necessárias para prevenir a extinção global


Aplicação de AVP

Isso resulta em respostas a perguntas de manejo: – Onde concentrar os esforços?

– Aumento da natalidade?

– Redução de mortes dos jovens?

– Redução de mortes dos velhos?

– Redução de mortes dos machos?

– Redução de mortes das fêmeas?

Os cientistas as vezes precisam coordenar suas atividades alem das fronteiras de seu domínio

Populações Mínimas Viáveis (PMV)

PMV para a sobrevivência a curto prazo (N=50)

PMV para a sobrevivência a largo prazo (N=500)

Usada primeiro por Shaffer (1983) num estudo sobre ursos no Parque Nacional de Yellowstone

Usou dados detalhados de 12 anos de populações de ursos para construir a dinâmica populacional ao seguir ursos indivíduos e incorporar os efeitos de eventos aleatórios

NPS Photo

Estudo de Caso: Análise de Populações do Urso Grizzly

Se queria uma probabilidade de sobrevivência de 100 anos de 95% para ursos, precisa habitat suficiente para 70 a 90 ursos

Se queria uma sobrevivência maior de que 99% precisa mais ursos

Pesquisa não modelou as influencias genéticas ou catástrofes naturais aleatórios NPS Photo


Mark Shaffer: Ursus arctos horribilis terá uma probabilidade de sobrevivência de 95% em períodos diferentes no futuro? – 100 anos: sim – 300 anos: não

Influencia manejo do Urso (menos mineração)

Inibiu a retirada cedo da lista vermelha

Primeira AVP quantitativa (1978)

M.L. Shaffer (1981) BioScience 31:131-134



A primeira analise da viabilidade de populações

Foi realizada como parte de estudo a largo prazo dessa espécie no Parque Nacional de Yellowstone

O estudo demonstra que a população de ursos – Cresceu

muito nos últimos 20 anos

Núm

ero

de ind

ivíd

uos

150

100

50

0 1973 1982 1991 2000

Fêmeas com filhotes

Filhotes

Ano


Censo

Independente da Densidade

Estimou μ e σ2 dos dados de contagem:


A probabilidade de extinção calculada visualmente de projeções estocásticas:

Ou de μ e σ2


Quais populações de Urso são mais

importantes para sua

persistência?

Picoides borealis é endêmica a sudeste dos EE.UU. E ocorre em florestas decíduas maduras

• Nidifica somente em pinheiros vivos >80 anos de idade com cavidades

• Ameaças: Perda de habitat

As populações são pequenas, fragmentadas e isoladas

1) A distribuição atual é consistente com sua persistência regional a largo prazo?

2) Quais opções de manejo estão disponíveis?

Maguire et al. (1995) Picoides borealis

Dados de cinco colônias ativas: indivíduos novos com bandas 1983-1988

Cinco classes etárias e estagios diferentes de historia vital

Uso de 2 conjuntos de dados: A base de aves com bandas, e a base de aves com e sem bandas

Estimaram a sobrevivência dependente de idade e a fecundidade das fêmeas

Incorporaram a incerteza demográfica e ambiental

1. Indivíduos com bandas: tempo mediano a extinção =58 anos, mas altamente variável sob efeitos da estocasticidade demográfica que poderia reduzir o tempo a extinção a 40 anos; 2. Incluindo dados de aves sem bandas: probabilidade de extinção de zero em 100 anos e aumento do tamanho populacional

Analise de sensitividade: Importante na escolha de opções de manejo

Usando dados de aves com bandas, λ (taxa finita de aumento populacional) e risco de extinção demonstraram ser mais sensíveis a variação da sobrevivência de juvenis. Ao reduzir a sobrevivência juvenil em 10%, e λ = 0.913 a extinção ocorreu mais rapuidamente. Quando dados de aves sem bandas foram incorporado, o mesmo declínio resulto em λ = 1.03 o que corresponde a uma população crescendo com o risco de extinção de zero.

Por que tanta incerteza? Os levantamentos de aves sem bandas provavelmente contaram as mesmas aves mais de uma vez, assim superestimando a população. Conservação prudente: Reduza a mortalidade de filhotes pelo fornecimento de cavidades apropriados de nidificação. As cavidades são mais limitantes

Picoides borealis

Trichechus manatus é uma espécie rara com aproximadamente 2000 indivíduos. Até 5,3% da população morre anualmente, principalmente devido aos acidentes com barcos. 50% (220) das carcaças femininas demonstraram ser maduras reprodutivamente

Trichechus manatus

Marmontel et al. (1997) APV de Trichechus manatus : Estimaram a sobrevivência e reprodução específica a idade a partir de 1200 carcaças coletadas entre 1977 e 1992

Desse valor de λ a APV estimou uma probabilidade de 44% de persistência por 100 anos

λ atual estimada em 0.997 (lembre se λ < 1 a população diminua)

Marmontel et al. (1997) rodaram o modelo de novo visando o que significaria uma redução de 10% da mortalidade dos adultos: λ >1 e a viabilidade a largo prazo maiorility

Sugestão: controle de velocidade para reduzir acidentes

Uma rede de áreas protegidas ligam as populações boreais de várias espécies de carnívoros com populações pequenas e mais isoladas nas margens da amplitude austral. Os esforços de conservação enfocaram a manutenção da conectividade da paisagem regional.

Carroll, et al. 2003. Ecological Applications 13:1773−1789.

Carnívoros Grandes nas Montanhas Rochosas

Esses modelos combinam dados demográficos com atributos do habitat para prever se manchas de habitat apropriado ficaram ocupadas no tempo.

Esse tipo de modelagem pode incorporar informação sobre:

1) Resposta de uma população a mudança da paisagem, incluindo sinalizando as áreas de maior vulnerabilidade ao declínio ou extinção.

2) Localização das áreas de fonte da população

3) Resposta das populações a estratégias alternativas de conservação.

AVP Espacialmente Explícita

Habitats diferentes podem ser associados com taxas demográficas diferentes.

As taxas demográficas podem ser escalonadas para representar as manchas distintas de habitat na paisagem.


Habitat mas pobre mortalidade maior e reprodução menor


• A população humana muda no tempo.

• O modelo pode acomodar cenários

distintos da mudança da paisagem pela mudança dos fatores associados ao impacto humano (rodovias e industria).

• Também pode incorporar o tempo

de retorno da mudança da paisagem


• Com os esforços atuais de conservação, cada espécie enfrenta quedas na ocupação paisagem nos próximos 15 anos


• Economicamente é impossível preservar todos os habitats. O que fazer?


Whole region

Canadian Rockies

ecoregion

Exemplos reais: Um dos casos melhor documentados do tamanho mínimo viável de populações e

de ovelhas, onde a estocasticidade demográfica toma papel principal na

persistência de 122 populações

Berger, J. 1990. Persistence of different- sized populations: an empirical

assessment of rapid extinctions in bighorn sheep. Conservation Biology 4:91-98

Meta-população do sul de Strix occidentalis

occidentalis

Correlações com

Precipitação


occidentalis

Meta-população do sul de Strix occidentalis occidentalis


occidentalis

Probabilidades de persistência de

Strix occidentalis occidentalis

Tempo a recuperação – Strix occidentalis occidentalis (Mediano = 45 anos)

Distribuição da taxa média de crescimento de populações de Strix occidentalis occidentalis

que recuperaram

X0

1

0

Pr

(occu

rre

nc

e)

XobE 10}{Pr

Environmental Covariates


occidentalis

Probabilidade de ocorrência


0.94

0.22

Rallus longirostus

Viabilidade de Rallus

longirostus – sem dispersão

Viabilidade Global de Rallus

longirostus depende do pântanos

Rallus longirostus com

dispersão

AVP demográfica multi-local

(sem dispersão)

AVP demográfica multi-local AVP

(dispersão de juvenis)

Comparar os riscos relativos de populações múltiplas

10 de 11 populações locais de Strix occidentalis caurina estão em declínio

Quais populações de salmão podem ser preservados com financiamento mínimo?

Permite “triagem”: – Algumas populações ficaram bem sem nada – Algumas populações serão impossíveis salvar – Foco nas outras populações onde os esforços

terão diferencia

E.D. Forsman et al. (1996) Demography of the Northern Spotted Owl

F.W. Allendorf et al. (1997) Conservation Biology 11:140-152

Analise de Dados de Monitoramento

As AVPs podem ser usados para integrar e analisar os dados de monitoramento – Planos de recuperação especificam que a

sobrevivência, crescimento e reprodução de populações a serem monitorizadas

– Planos de conservação de habitat também requerem monitoramento de populações, mas os requerimentos podem variar

Freqüentemente o uso desses dados não é especificado e os dados não sempre são usados para avaliar os programas

Gerber et al. (1999) usaram dados de monitoramento de Eschrichtus robustas

Perguntaram quantos anos de dados seriam necessários para determinar se a espécie poderia ser retirada da lista vermelha

Analise de Dados de Monitoramento

Analisar e sintetizar dados de monitoramento

Eschrichtus robustas tem populações suficientes para serem retiradas da lista vermelha?

A espécie retirada em 1994,após 17 levantamentos Cada levantamento custou US$60,000 Poderia ter sido retirada em 1978, após 11

levantamentos.

L.R. Gerber et al. (1999) Conservation Biology 13:1215-1219

Viabilidade Baseada no Crescimento Populacional

As taxas de crescimento podem ser mais uteis para populações nas quais as probabilidades de extinção a curto prazo são baixas mas a população é is vulnerável

Eschrichtus robustas atualmente com uma população menor de 150 e em declínio

A probabilidade da extinção nos próximos 100 anos é quase não existente, mas é certa dentro de 300 anos

Viabilidade Baseada no Crescimento Populacional

As ações implicam que a taxa de crescimento populacional precisa ser maior do que a taxa atual de λ = 0.976 para tornar viável a população

Taxas maiores de crescimento obviamente reduzem a probabilidade da extinção (resultados similares)

O crescimento populacional é melhor estimado com dados limitados

O crescimento estocástico sofre menos efeitos da variabilidade temporal do que o risco da extinção

Modelo Matriz da População

Analise de Elasticidade

A analise de elasticidade é um método para determinar a “sensibilidade” do crescimento populacional (λ) a mudanças de escala nas taxas vitais (crescimento, sobrevivência e reprodução)

A analise examina a sensibilidade de crescimento a mudança em cada elemento da matriz (para cada estágio)

A base dessa informações, podemos concluir quais elementos (quais estágios e taxas) tem uma influencia maior sobre a sobrevivência da população

Conseqüências da Analise de Elasticidade

Determinar quais estágios contribuem mais ao crescimento populacional

O manejo depois pode enfocar os estágios vitais mais importantes

Reservas podem ser criadas para acomodar os estágios vitais mais importantes para espécies com ciclos de vida complexos e migração

As ações de manejo podem ser orientadas com informação sobre quais estágios vitais são mais importantes para o crescimento populacional

Crouse et al. (1987) e Crowder et al. (1994) usaram AVPs para ajudar no manejo de tartarugas marinhos vulneráveis dos Estados Unidos

Identificação de Estágios Vitais Críticos

Necessidade de determinar qual ameaça principal era mais importante:

Mortalidade de ovos e filhotes nas praias Afogamento de adultos em redes de pesca

Identificar os estágios vitais chaves

ou os processos demográficos como

alvos de manejo

Qual estágio vital das tartarugas marinhos é mais suscetível de intervenção para manejo?

– O melhoramento da sobrevivência dos filhotes nas praias não é suficiente, mas ajuda

– Necessidade de melhorar a sobrevivência de juvenis e adultos

Analise resultou na implementação de TEDs

D. Crouse (1987) Ecology 68:1412-1423

Crouse et al. 1987

Identificar os estágios vitais chaves

ou os processos demográficos como

alvos de manejo

Identificação de Estágios Vitais Críticos

O uso de AVP com dados populacionais para avaliar as contribuições relativas de estágios vitais distintos sobre o crescimento populacional

Os adultos reprodutivos constituem o estágio mais importante

Esforços para salvar ovos e filhotes não revertam o declínio populacional ainda com 100% de sucesso A colocação de TED (turtle excluder devices) em redes de pesca funciona melhor para a recuperação ainda com um nível baixo de mortalidade

E o projeto Tamar?

Determinar o tamanho da reserva

para atingir a proteção desejada

Qual é o tamanho que os parques da áfrica semi-árida precisam ser para preservar elefantes na face de varias projeções de estiagem?

Um tamanho populacional grande é bom 8 elefantes por km2

Necessidade de 1.294. Km2

para uma probabilidade de 99% de persistência por 1000 anos

P. Armbruster e R. Lande (1993) Conservation Biology 7:602-610

Determinar o número de indivíduos para soltar para estabelecer uma

população Troca entre o número de populações novos e o

tamanho de cada população – O último afeita a probabilidade de que cada um tem

sucesso

Qual é o valor de uma adição contínua de indivíduos novos após a soltura inicial? – Capercaillie na Escócia para uma probabilidade de

sobrevivência por 50 anos de 95% é necessário soltar inicialmente:

– Sem suplementação : 60 indivíduos

– Com 2 indivíduos adicionados a cada 5 anos: 10 indivíduos

K. Marshall e G. Edward Jones (1998) Biodiversity and Conservation 7:275-296

Estabelecer limites de coleta

Quantos (e qual estágio) indivíduos podem ser coletados antes do que a população decai? – Coleta (palmito, pesca)

– Coleta secundária

– Destruição de Habitat

Particularmente relevante

Determinar quantas (e quais) populações são necessárias para a persistência de uma espécie

Pedicularis furbishiae: cresce em populações pequenas nas margens de um único rio no estado de Maine

As populações locais freqüentemente são extintas devido a ação do gelo

Proteção das populações atuais garante a extinção eventual

Precisa manejar outras locais para aumentar oportunidades de colonização

E. Menges (1990) Conservation Biology 4:52-62

Exemplo de AVP

Duas ninhadas por ano e controle de predadores podem ser eficazes

Catástrofes limitam a capacidade de recuperação de populações

Manejo de populações silvestres e cativas juntas aumenta a probabilidade de

recuperação

Duas populações são melhores do que uma ainda sob o efeito de catástrofes

References Abrams, P.A. 2002. Will small population sizes warn us of impending extinctions? American

Naturalist 160:293-305. Carroll, C., R.F. Noss, P.C. Paquet and N.H. Schumaker. 2003. Use of population viability

analysis and reserve selection algorithms in regional conservation plans. Ecological Applications 13:1773−1789.

Doak, D.F. 1995. Source-Sink models and the problem of habitat degradation: general models and applications to the Yellowstone Grizzly. Conservation Biology 9:1370-1379.

Donovan, T., R. Lamberson, A. Kimber, F. Thompson III and J. Faaborg. 1995. Modeling the effects of habitat fragmentation on source and sink demography of neotropical migrant birds. Conservation Biology 9: 1396-1407.

Dunning, J.B. et al. 1995. Spatially explicit population models: current forms and future tests. Ecological Applications 5:3-11.

Gilpin, M. 1991. The genetic effective size of a metapopulation. Biological Journal of the Linnean Society 42:165-175.

Hanski, I. 1991. Metapopulation dynamics: brief history and conceptual domain. Biological Journal of the Linnean Society 42:3-16.

Hanski, I., T. Pakkala, M. Kuussaari and G. Lei. 1995. Metapopulation persistence of an endangered butterfly in a fragmented landscape. Oikos 72:21-28.

Levins, R. 1969. Some demographic and genetic consequences of environmental heterogeneity for biological control. Bulletin of the Entomological Society of America 15:237-240.

Maguire, L.A., G. Wilhere and Q. Dong. 1995. Population viability analysis for red-cockaded woodpeckers in the Georgia piedmont. Journal of Wildlife Management 59:533-542.

Meffe, G. and C.R. Carroll. 1997. Principles of Conservation Biology. Sinauer Marmontel, M., S.R. Humphrey and T. O'Shea. 1997. Population viability analysis of the Florida

manatee (Trichechus manatus latirostris), 1976-1991. Conservation Biology 11:467-481. Opdam, P., R. Poppen, R. Reijnen and A. Schotman. 1994. The landscape ecological approach

in bird conservation: integrating the metapopulation concept into spatial planning. IBIS 137:139-146.

Wielgus, R.B. 2002. Minimum viable population and reserve sizes for naturally regulated grizzly bears in British Columbia. Biological Conservation 106:381-388.

exemplos de avp

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