Matriz agroecologica
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¿Qué es?
El propósito de este modelo es simular un paisaje agrícola heterogéneo compuesto por diversos tipos de parches, diferenciados por su calidad, y evaluar la dinámica de una población de organismos en estos parches. El objetivo es tanto divulgar, como analizar los efectos de la heterogeneidad espacial y las distintas probabilidades de mortalidad, movimiento y reproducción sobre la población de organismos, en función de la calidad de cada parche. Con esto, se busca destacar la importancia de la calidad de la matriz agrícola en la conservación.
El modelo está diseñado para estudiantes interesados en agroecología, ecología de paisajes y sistemas agroecológicos complejos.
¿Cómo funciona?
Este modelo está basado en el modelo presentado en Fahrig (1997). En cada iteración, ocurren tres procesos para cada organismo de manera aleatoria:
- Movimiento,
- Reproducción,
- Mortalidad.
Cuya secuencia de ejecución se aleatoriza para cada agente en cada iteración. Despúes de ejecturar dichos procesos asignados de manera aleatoria, se ejecuta la mortalidad por sobreabundancia y posteriormente los incendios que en este caso se presentan como procesos de extinciones locales. Luego vuelve a iniciar la iteración.
Inicialización
El usuario establece los parámetros a utilizar. Se actualiza el paisaje y a los agentes/organismos.
En el modelo existen los siguientes tipos de paisaje precargados:
- "Solo hábitat": Todas las celdas del paisaje son de tipo hábitat.
- "Cuadricula regular": Se divide el paisaje haciendo cuadrículas o rectángulos, dependiendo el valor dado, entre habitat y matriz 1 y 2, éstas últimas fragmentándose.
- "Fahrig fragmentado": Se genera un paisaje con una distribución específica y fragmentada de parches de "habitat", controlando la cantidad total de hábitat y fomentando la formación de clusters como Fahrig en su modelo (1997).
- "Ruido de Perlin": El paisaje se genera mediante Ruido de Perlin.
- "Zaachila": Se generó un paisaje similar al de la localidad de Zaachila, Oaxaca basándose en la caracterización de los tipos de uso de suelo de la zona elaborados por Urrutia y colaboradores (2020).
Movimiento
El modelo presenta diferentes tipos de movimiento:
- "Saltos (fahrig)": En este tipo de movimiento planteado por Fahrig (1997) los individuos se mueven con cierta probabilidad en cada paso de tiempo. La probabilidad de movimiento es menor si el individuo está en una celda de hábitat que en una celda de cualquier tipo de matriz (ya sea 1 o 2). La dirección del movimiento se toma como un ángulo aleatorio. La distancia del movimiento también es aleatoria, pero está limitada a un máximo de 4 celdas por paso de tiempo en las simulaciones actuales.
- "Caminata aleatoria 360": En este tipo de movimiento el agente toma una dirección aleatoria de un ángulo entre 0 y 360 grados y luego avanza una unidad de distanca en esa direacción.
- "Caminata aleatoria 90": El agente gira a la derecha un ángulo aleatorio entre 0 y 90 grados. Luego, gira a la izquierda un ángulo aleatorio entre 0 y 90 grados. Finalmente, se mueve una celda en la dirección resultante.
- "Caminata aleatoria 4 vecino"s: El agente elige una dirección entre cuatro posibles (0, 90, 180 o 270 grados). Luego, avanza una celda en esa dirección.
- "Movimiento Browniano": El agente elige una dirección aleatoria (un ángulo entre 0 y 360 grados). Luego, avanza una celda aleatoria siguiendo una distribución normal con media 0 y desviación estándar 1.
- "Vuelo de Lévy": El agente elige una dirección aleatoria (un ángulo entre 0 y 360 grados). Luego, avanza una distancia calculada con la distribución de Lévy.
Mortalidad
La mortalidad está dada por la probabilidad de mortalidad dada dependiendo el tipo de parche. Se genera un número aleatorio entre 0 y 1. Si este número es menor que la probabilidad de mortalidad entonces el agente/organismo muere y el número de agentes se disminuye en 1.
Reproducción
La reproducción está dada por la condición del hábitat. Si el agente/organismo se encuentra en Habitat se genera un número aleatorio entre entre 0 y 1. Si el número es menor que la probabilidad de reproduccion entonces el número de agentes se incrementa en 1.
Mortalidad por sobreabundancia
Después de pasar por los procesos estocásticos anteriores, el modelo cuenta cuantos agentes/organismos hay en cada celda. Si el número de agentes/organismos en la celda es mayor que la capacidad máxima permitida, entonces se considera que hay sobreabundancia y se eliminan las necesarias para reducir el número total a la capacidad máxima.
Incendios
El modelo simula extinciones locales mediante incendios, los cuales pueden desencadenarse haciendo clic con el ratón o siguiendo un proceso sencillo de percolación en las celdas.
¿Cómo usar el modelo?
Presiona INICIALIZAR
y luego EJECUTAR
.
Altera los parámetros para observar un resultado.
Para hacer una serie de experimentos y ver cómo la composición de la matríz agrícola afecta la dinámica poblacional puedes dar click en EXPLORAR_AUTOMATICAMENTE
.
Cosas a intentar
Haz experimentos con los parámetros que Fahrig utilizó.
Encuentra, a través de un paisaje que tu dibujes, una estrategia de conservación que tome en cuenta la calidad de la matriz en cada parche y su conectividad.
Extendiendo al modelo
Ideas/Recomendaciones para extender el modelo y cambiar el código: - Modelar a más de un organismo en la matriz. - Recambios estacionales en los parches. - Explorar el efecto post-incendio y los patrones de incendio.
Créditos y Referencias
Realizado por: Jimena de la Fuente, Luis Guillermo García Jácome y Mariana Benítez Keinrad. LANCIS, IE, UNAM.
Referencias:
Castro Campero, L. (2021). Dinámica espacial de poblaciones de coleópteros en un paisaje agrícola heterogéneo en Oaxaca, México. Universidad Nacional Autónoma de México. Repositorio de Tesis DGBSDI. Recuperado de https://ru.dgb.unam.mx/browse?type=author&value=Castro+Campero%2C+Lorena
Fahrig, L. (1997). Relative effects of habitat loss and fragmentation on population extinction. The Journal of wildlife management, 603-610.
Urrutia-Cárdenas AL, González González C, Mora Van Cauwelaert E, Rosell JA, García-Barrios L, Benítez M (2020) Landscape heterogeneity of peasant-managed agricultural matrices. Agriculture, Ecosystems & Environment, 292. doi.org/10.1016/j.agee.2019.106797
Junio 2024
Comments and Questions
patches-own [ tipo nuevos_organismos prob_mortalidad prob_movimiento grupo vals estado tiempo_desde_quemado ] turtles-own [ vivo? ] globals [ num_grupos p ] to setup clear-globals clear-ticks clear-turtles clear-patches clear-drawing clear-output inicializar_graficas inicializar_paisaje inicializar_poblacion colorear_cuadros reset-ticks end to go ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ;;;;;;;;;; MODELO FAHRIG ;;;;;;;;;; ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ask patches [ sprout nuevos_organismos [ inicialiar_agente ] actualizar_variables_celda ] ask turtles with [ vivo? = false ] [ die ] ask turtles [ foreach shuffle [ "mortalidad" "movimiento" "reproduccion" ] [ procedimiento -> run procedimiento ] ] mortalidad_sobreabundancia ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; actualizar_matriz_paisaje if random-float 1.0 < PROB_INCENDIOS [ let origen ifelse-value INCENDIOS_SOLO_EN_BOSQUE? [ one-of patches with [ tipo = "bosque" ] ][ one-of patches ] iniciar_incendio [pxcor] of origen [pycor] of origen ] extender_incendio ask patches with [ estado = "quemandose" ][ ask turtles-here [ die ]] colorear_cuadros tick end ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ;;;;;;;;;; MODELO FAHRIG ;;;;;;;;;; ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; to mortalidad if random-float 1.00 < prob_mortalidad [ set vivo? false ] end to movimiento if random-float 1.00 < prob_movimiento [ if FORMA_MOVIMIENTO = "saltos (fahrig)" [ set heading random 360 jump one-of [ 1 2 3 4 ] ] if FORMA_MOVIMIENTO = "caminata aleatoria 360" [ set heading random 360 fd 1 ] if FORMA_MOVIMIENTO = "caminata aleatoria 90" [ rt random-float 90 lt random-float 90 jump 1 ] if FORMA_MOVIMIENTO = "caminata aleatoria 4 vecinos" [ set heading one-of [ 0 90 180 270 ] fd 1 ] if FORMA_MOVIMIENTO = "movimiento browniano" [ set heading random 360 fd random-normal 0 1 ] if FORMA_MOVIMIENTO = "vuelo de levy" [ set heading random 360 fd .5 * (random-float 1) ^ (-1 / 2.5) ] ] end to reproduccion if tipo = "bosque" and random-float 1.00 < PROB_REPRODUCCION [ set nuevos_organismos nuevos_organismos + 1 ] end to mortalidad_sobreabundancia ask patches [ if count turtles-here > CAPACIDAD_MAX_CELDA [ ask n-of ( count turtles-here - CAPACIDAD_MAX_CELDA ) turtles-here [ die ] ] ] end to actualizar_variables_celda set nuevos_organismos 0 if tipo = "bosque" [ set prob_mortalidad PROB_MORTALIDAD_BOSQUE set prob_movimiento PROB_MOVIMIENTO_BOSQUE ] if tipo = "agri. baja intensidad" [ set prob_mortalidad PROB_MORTALIDAD_AGRI_BAJA_INT set prob_movimiento PROB_MOVIMIENTO_AGRI_BAJA_INT ] if tipo = "agri. alta intensidad" [ set prob_mortalidad PROB_MORTALIDAD_AGRI_ALTA_INT set prob_movimiento PROB_MOVIMIENTO_AGRI_ALTA_INT ] end ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; to inicializar_paisaje ask patches [ set grupo -999 set estado "NA" set tiempo_desde_quemado -999 ] ;; se crean los parches de hábitat de acuerdo al algoritmo seleccionado if PAISAJE = "sólo bosque" [ inicializar_paisaje_solo_habitat ] if PAISAJE = "cuadricula regular" [ inicializar_paisaje_cuadricula_regular ] if PAISAJE = "fahrig fragmentado" [ inicializar_paisaje_fragmentado ] if PAISAJE = "ruido de perlin" [ inicializar_paisaje_ruido_perlin ] if PAISAJE = "bordes" [ inicializar_paisaje_bordes ] ;el resto del pasiaje se crea de forma aleatoria ask patches with [ tipo != "bosque" ][ ifelse random-float 1.0 > PROP_AGRI_ALTA_INT [ set tipo "agri. baja intensidad" ][ set tipo "agri. alta intensidad"] ] ask patches with [ tipo != "bosque" ][ set tipo "agri. baja intensidad" ] actualizar_matriz_paisaje if PAISAJE = "Zaachila" [ inicializar_paisaje_zaa] ask patches [ actualizar_variables_celda ] formar_vecindades end to actualizar_matriz_paisaje while [ count patches with [ tipo = "agri. alta intensidad" ] > round (PROP_AGRI_ALTA_INT * count patches with [ tipo != "bosque" ]) ] [ ;; hay más celdas de matríz 2 que la que debería ask one-of patches with [ tipo = "agri. alta intensidad" ] [ set tipo "agri. baja intensidad" ] ] while [ count patches with [ tipo = "agri. alta intensidad" ] < round (PROP_AGRI_ALTA_INT * count patches with [ tipo != "bosque" ]) ] [ ;; hay más celdas de matríz 2 que la que debería ask one-of patches with [ tipo = "agri. baja intensidad" ] [ set tipo "agri. alta intensidad" ] ] end to inicializar_paisaje_ruido_perlin ask patches [ set vals [] ] let octavas 8 let umbral 0.2 foreach range octavas [ set p shuffle range 256 ask patches [ set vals lput (perlin_noise (0.3 * pxcor) (0.3 * pycor)) vals ] ] ask patches [ if (sum vals > umbral) [ set tipo "bosque" ] ] end to inicializar_paisaje_fragmentado while [ count patches with [ tipo = "bosque" ] != round (COVERTURA * count patches ) ] [ ask one-of patches [ if tipo != "bosque" [ if random-float 1.00 < FRAGMENTACION or any? neighbors4 with [ tipo = "bosque" ][ set tipo "bosque" ] ] ] ] end to inicializar_paisaje_solo_habitat ask patches [ set tipo "bosque" ] end to inicializar_paisaje_bordes ask patches with [pxcor <= LONG_BORDE] [ set tipo "bosque" ] ask patches with [pxcor >= max-pxcor - LONG_BORDE] [ set tipo "bosque" ] end to inicializar_paisaje_cuadricula_regular generar_cuadricula_regular_habitat end to generar_cuadricula_regular_habitat let tamanio_cuadro LONG_CUADRO let tamanio_espacio LONG_ESPACIO let contador_espacio_y 0 let contador_cuadro_y 0 foreach sort remove-duplicates [pycor] of patches [ cy -> set contador_espacio_y contador_espacio_y + 1 if contador_espacio_y > tamanio_espacio [ let contador_espacio_x 0 let contador_cuadro_x 0 foreach sort remove-duplicates [pxcor] of patches [ cx -> set contador_espacio_x contador_espacio_x + 1 if contador_espacio_x > tamanio_espacio [ ask patch cx cy [ set tipo "bosque" ] set contador_cuadro_x contador_cuadro_x + 1 if contador_cuadro_x > tamanio_cuadro [ set contador_espacio_x 0 set contador_cuadro_x 0 ] ] ] set contador_cuadro_y contador_cuadro_y + 1 if contador_cuadro_y > tamanio_cuadro [ set contador_cuadro_y 0 set contador_espacio_y 0 ] ] ] end to inicializar_paisaje_zaa set PROP_AGRI_ALTA_INT 0.25 let data [[21 22 "bosque"] [45 9 "bosque"] [22 13 "agri. alta intensidad"] [9 26 "bosque"] [9 27 "bosque"] [34 3 "agri. alta intensidad"] [42 18 "bosque"] [12 23 "agri. baja intensidad"] [48 31 "bosque"] [21 13 "agri. alta intensidad"] [16 28 "bosque"] [16 25 "bosque"] [3 22 "bosque"] [37 30 "agri. baja intensidad"] [54 9 "bosque"] [51 11 "bosque"] [45 18 "bosque"] [33 19 "agri. baja intensidad"] [8 8 "bosque"] [31 26 "agri. baja intensidad"] [4 13 "bosque"] [51 2 "bosque"] [36 20 "agri. baja intensidad"] [15 22 "bosque"] [35 11 "agri. baja intensidad"] [54 1 "bosque"] [24 25 "agri. baja intensidad"] [26 15 "agri. baja intensidad"] [0 16 "bosque"] [17 19 "agri. baja intensidad"] [13 9 "bosque"] [31 16 "agri. baja intensidad"] [34 28 "agri. alta intensidad"] [22 30 "agri. baja intensidad"] [37 0 "agri. baja intensidad"] [49 25 "bosque"] [20 30 "agri. baja intensidad"] [0 23 "bosque"] [50 2 "bosque"] [11 6 "bosque"] [1 8 "bosque"] [29 31 "agri. baja intensidad"] [37 16 "bosque"] [34 9 "agri. alta intensidad"] [21 11 "agri. baja intensidad"] [11 15 "bosque"] [28 26 "agri. alta intensidad"] [1 23 "bosque"] [18 12 "agri. baja intensidad"] [13 3 "bosque"] [4 9 "bosque"] [45 24 "bosque"] [37 27 "agri. baja intensidad"] [15 1 "bosque"] [40 32 "bosque"] [21 10 "agri. baja intensidad"] [0 11 "bosque"] [33 7 "agri. alta intensidad"] [9 24 "bosque"] [18 10 "agri. baja intensidad"] [11 16 "bosque"] [9 4 "bosque"] [24 10 "agri. baja intensidad"] [11 10 "agri. baja intensidad"] [41 17 "bosque"] [36 1 "agri. baja intensidad"] [8 4 "bosque"] [29 26 "agri. baja intensidad"] [33 28 "agri. alta intensidad"] [2 23 "bosque"] [54 0 "bosque"] [6 25 "bosque"] [16 26 "bosque"] [19 16 "bosque"] [29 3 "agri. baja intensidad"] [42 3 "bosque"] [43 12 "bosque"] [48 26 "bosque"] [10 2 "bosque"] [44 11 "bosque"] [46 24 "bosque"] [31 8 "agri. baja intensidad"] [30 18 "agri. baja 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15 "bosque"] [39 23 "agri. baja intensidad"] [12 29 "bosque"] [39 32 "bosque"] [38 0 "agri. baja intensidad"] [47 21 "bosque"] [16 3 "agri. baja intensidad"] [7 8 "bosque"] [40 4 "bosque"] [20 12 "agri. alta intensidad"] [42 24 "bosque"] [7 13 "bosque"] [42 1 "bosque"] [15 15 "bosque"] [18 0 "agri. baja intensidad"] [48 27 "bosque"] [12 31 "bosque"] [40 13 "bosque"] [28 8 "agri. baja intensidad"] [46 14 "bosque"] [1 29 "bosque"] [49 16 "bosque"] [13 32 "bosque"] [24 18 "agri. alta intensidad"] [4 5 "bosque"] [47 12 "bosque"] [49 21 "bosque"] [43 14 "bosque"] [19 2 "agri. baja intensidad"] [28 23 "agri. baja intensidad"] [35 19 "agri. alta intensidad"] [17 31 "agri. baja intensidad"] [29 14 "agri. alta intensidad"] [42 6 "bosque"] [29 23 "agri. baja intensidad"] [26 1 "agri. baja intensidad"] [29 32 "agri. baja intensidad"] [14 27 "bosque"] [46 11 "bosque"] [40 12 "bosque"] [41 23 "bosque"] [48 5 "bosque"] [25 13 "agri. baja intensidad"] [10 13 "bosque"] [16 14 "bosque"] [8 17 "bosque"] 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intensidad"]] foreach data [ [c] -> ask patch (item 0 c) (item 1 c) [set tipo (item 2 c) ] ] end to formar_vecindades let num_grupo 1 ask patches [ if (tipo = "bosque" and grupo = -999) [ formar_vecindad num_grupo set num_grupo num_grupo + 1 ] ] set num_grupos max [grupo] of patches end to formar_vecindad [ num_grupo ] set grupo num_grupo ask neighbors4 with [ tipo = "bosque" and grupo = -999 ][ formar_vecindad num_grupo ] end to colorear_cuadros (ifelse COLOREAR_PAISAJE_POR = "tipo" [ ask patches [ if tipo = "bosque" [ set pcolor green + 1 ] if tipo = "agri. baja intensidad" [ set pcolor yellow + 1 ] if tipo = "agri. alta intensidad" [ set pcolor brown + 1 ] ] ] COLOREAR_PAISAJE_POR = "presencia individuos en parche" [ ask patches [ if tipo != "bosque" [ set pcolor black + 1 ] if tipo = "bosque" [ ifelse any? turtles with [ grupo = [grupo] of myself] [ set pcolor gray + 2][ set pcolor black ] ] ] ] COLOREAR_PAISAJE_POR = "densidad individuos en parche" [ ask patches [ if tipo != "bosque" [ set pcolor black + 1 ] if tipo = "bosque" [ set pcolor scale-color magenta (count turtles with [ grupo = [grupo] of myself]) 0 (count turtles) ] ] ] ) ask patches [ let escala 1 if estado = "quemandose" [ set pcolor red + (tiempo_desde_quemado * escala / TIEMPO_QUEMADO) ] ] end to inicializar_poblacion create-turtles TAMANIO_POBLACION_INICIAL [ move-to one-of patches inicialiar_agente ] end to inicialiar_agente set color red set vivo? true set size .75 end to-report fade [t] report t * t * t * ( t * ( t * 6 - 15 ) + 10 ) end to-report lerp [ a b t ] report a + t * (b - a) end to-report grad [ hash x y] let vectores [[1 0] [-1 0] [0 1] [0 -1]] let vec item (hash mod 4) vectores report (item 0 vec) * x + (item 1 vec) * y end to-report perlin_noise [ x y ] let xi (floor x) mod 255 let yi (floor y) mod 255 let xf x - floor x let yf y - floor y let u fade xf let v fade yf let aa (grad (item (((item ((xi ) mod 255) p) + yi ) mod 255) p) xf yf ) let ab (grad (item (((item ((xi ) mod 255) p) + yi + 1) mod 255) p) xf (yf - 1)) let ba (grad (item (((item ((xi + 1) mod 255) p) + yi ) mod 255) p) (xf - 1) yf ) let bb (grad (item (((item ((xi + 1) mod 255) p) + yi + 1) mod 255) p) (xf - 1) (yf - 1)) let x1 lerp aa ba u let x2 lerp ab bb u report lerp x1 x2 v end to incendiar if mouse-down? [ iniciar_incendio mouse-xcor mouse-ycor ] end to iniciar_incendio [ x y ] ask patch x y [ set estado "quemandose" set tiempo_desde_quemado 0 ask turtles-here [ die ] ] end to extender_incendio ask patches with [ estado = "quemandose" and tiempo_desde_quemado = 1][ ask neighbors4 with [ estado = "NA" and tipo = [tipo] of myself ] [ if random-float 1.0 < PROB_QUEMARSE [ set estado "quemandose" set tiempo_desde_quemado 0 ] ] ] ask patches with [ estado = "quemandose" ][ set tiempo_desde_quemado tiempo_desde_quemado + 1 if tiempo_desde_quemado > TIEMPO_QUEMADO [ set estado "NA" set tiempo_desde_quemado -999 ] ] end to EDITAR_PAISAJE_MANUALMENTE if mouse-down? [ ask patch mouse-xcor mouse-ycor [ set tipo TIPO_A_AGREGAR ] ask patches [ set grupo -999 ] colorear_cuadros display formar_vecindades ] end to INICIALIZAR_GRAFICAS_EXPLORACION let nombres_graficas [ "exploracion poblacion" ] foreach nombres_graficas [ nombre -> set-current-plot nombre clear-plot ] end to inicializar_graficas let nombres_graficas [ "tamaño población" "fracción parches hábitat ocupados" ] foreach nombres_graficas [ nombre -> set-current-plot nombre clear-plot ] end to EXPLORAR_AUTOMATICAMENTE set PROP_AGRI_ALTA_INT 0 repeat (round 1 / intervalo_explorar) + 1 [ repeat num_repeticiones [ setup repeat tiempo_final_exploracion [ go ] ] set PROP_AGRI_ALTA_INT PROP_AGRI_ALTA_INT + intervalo_explorar ] end to-report fraccion_parches_ocupados ifelse any? turtles with [grupo = -999] [ report ((length remove-duplicates [grupo] of turtles) - 1) / num_grupos ] [ report ((length remove-duplicates [grupo] of turtles)) / num_grupos ] end
There is only one version of this model, created 9 months ago by Luis García.
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