Local Population Dynamics in Metapopulation Models: Implications for Conservation

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Abstract: Habitat fragmentation and the division of populations into spatially separated units have led to the increasing use of metapopulation models to characterize these populations. One prominent model that has served as a heuristic tool was introduced by Levins and is based on a collection of simplifying assumptions that exclude information on the dynamics and spatial distribution of local populations. Levins's and similar models predict the proportion of occupied habitat patches at equilibrium and the conditions needed to avoid total extinction. There are many obvious concerns about using such models, including how realistic alterations might change the predictions and whether occupancy has any relationship to population-level processes. Although many of the assumptions of these simple models are known to be unrealistic, we do not know how the assumptions affect model predictions. We simulated a metapopulation, and our results show that assumptions such as homogeneity of habitat patches, random migration among patches, equivalent extinction probabilities in all patches, and a large number of patches can lead to large overestimations of habitat occupancy. But when we explicitly modeled the underlying population dynamics within each patch, we found (1) that there was a strong correlation between proportion of occupied patches and total metapopulation size and (2) that the distribution of individuals among patches was relatively insensitive to model assumptions. Thus, our results show that although realistic modifications will change model predictions for occupancy, occupancy and population trends will be correlated. These correlations between occupancy and population size suggest that occupancy models may have some utility in conservation applications.Dinámica de Poblaciones Locales en Modelos de Metapoblaciones: Implicaciones para la ConservaciónResumen: La fragmentación de hábitat y la división de poblaciones en unidades espacialmente separadas ha conducido al incremento del uso de modelos de metapoblaciones para caracterizar a estas poblaciones. Un modelo prominente que ha servido como una herramienta heurística fue introducida por Levins y se basa en una colección de sopuestos simplificadoras que excluye información sobre la dinámica y distribución espacial de las poblaciones locales. El modelo de Levins y otros similares predicen la proporción de fragmentos de hábitat ocupados en equilibrio y las condiciones necesarias para evitar la extinción total. Hay muchas preocupaciones obvias por el uso de tales modelos, incluyendo como alteraciones reales pueden cambiar las predicciones y si la ocupación tiene alguna relación con procesos al nivel de población. Aunque muchos de los sopuestos de estos modelos simples no son realistas, no sabemos como afectan a las predicciones de los modelos. Simulamos una metapoblación y nuestros resultados muestran que los supuestos como la homogeneidad de los fragmentos de hábitat, la migración aleatoria entre fragmentos, probabilidades de extinción equivalentes en todos los fragmentos y un gran número de fragmentos pueden sobrestimar la ocupación de hábitat. Sin embargo, cuando explícitamente modelamos la dinámica poblacional en cada fragmento encontramos 1) que había una fuerte correlación entre la proporción de fragmentos ocupados y el tamaño total de la metapoblación y 2) la distribución de individuos entre fragmentos era relativamente insensible a los supuestos del modelo. Así, nuestros resultados muestran que, aunque modificaciones reales cambiarán las predicciones de ocupación del modelo, la ocupación y las tendencias poblacionales estarán correlacionadas. Las correlaciones entre ocupación y tamaño poblacional sugieren que los modelos de ocupación pueden tener alguna utilidad al aplicarse en conservación.

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