1.2: Lecciones aprendidas de los programas de monitoreo actuales

El monitoreo ecológico aborda una diversidad de preguntas, intereses y objetivos organizacionales, pero todos los programas de monitoreo enfrentan desafíos y obstáculos similares. Estos pueden incluir, pero no se limitan a, sesgos en el diseño del muestreo, limitaciones logísticas, limitaciones de financiamiento y las complejidades inevitables asociadas con el análisis de datos. Hay mucho que aprender de cómo los programas de monitoreo pasados han superado con éxito estos desafíos comunes, y este capítulo detalla el desarrollo y los desafíos de varios programas de monitoreo a gran escala. Los siguientes programas no pretenden ser una revisión exhaustiva, sino un ejemplo de estrategias e iniciativas de monitoreo actuales enfocadas a poblaciones animales o vegetales.

Cada año se gastan millones de dólares en el monitoreo de diversas especies y comunidades a escalas que van desde proyectos locales hasta iniciativas globales. La lista del Programa Ambiental de las Naciones Unidas de 2003 incluye 65 importantes programas de monitoreo e investigación en todo el mundo involucrados en esfuerzos relacionados con el cambio climático, contaminantes, humedales, calidad del aire y calidad del agua (por mencionar algunos) (Spellerberg 2005). Asimismo, en todo Estados Unidos existe una diversidad de programas de monitoreo con metas, objetivos y mandatos institucionales variables. Algunos programas federales, como el programa Biomonitoring of Environmental Status and Trends (BEST) están involucrados en el monitoreo de los efectos de los contaminantes ambientales en las poblaciones de vida silvestre que ocupan Refugios Nacionales de Vida Silvestre Otros, como el USGS Breeding Bird Survey (BBS), tienen décadas de datos que pueden ser utilizados para identificar tendencias a largo plazo en especies de aves tanto a escala regional como nacional, pero no relacionan estos datos con elementos del hábitat per se, aunque numerosos investigadores han dado este paso (e.g. Flather y Sauer 1996, Boulinier et al. 1998a, Cam et al. 2000, Boulinier et al. 2001, Donovan y Flather 2002). Además de estos esfuerzos federales, organizaciones no gubernamentales, como la Wildlife Conservation Society, han confiado en gran medida en los esfuerzos de monitoreo nacionales e internacionales para proporcionar una base para comprender los cambios en los recursos que más les interesa proteger. Por último, en todo el mundo se han llevado a cabo programas de monitoreo de base ciudadana que dan como resultado numerosos programas de monitoreo de lista de verificación y atlas biológicos. Dados los mandatos legales asociados con el cumplimiento y la rendición de cuentas ambientales, los esfuerzos de monitoreo continuarán siendo la base para tomar decisiones sobre cómo y dónde invertir recursos para lograr metas sociales y mandatos de agencia.

Programas de Monitoreo Federal

La Biomonitorización del Estado y Tendencias Ambientales (BEST)

La importancia de monitorear las poblaciones animales para detectar los efectos de los contaminantes ambientales ha sido una preocupación ambiental importante desde la década de 1960 (Johnson et al. 1967). Un ejemplo de ello ocurrió en el Refugio Nacional de Vida Silvestre de Kesterson durante la década de 1980, donde la gran disminución de la población y las deformidades en los peces se relacionaron con altos niveles de selenio en el agua de drenaje agrícola utilizada para regar humedales dentro y fuera del Refugio (Marshal 1986, Harris 1991). Los niveles de selenio también se asociaron con alarmantes deformidades en crías de aves acuáticas, incluyendo alas retorcidas, cabezas hinchadas y ojos faltantes. Catástrofes ambientales como esta aumentaron la presión sobre el Servicio de Pesca y Vida Silvestre de Estados Unidos (FWS) para ampliar los programas de monitoreo para evaluar los efectos existentes y anticipar futuros efectos de los contaminantes ambientales en las poblaciones de peces y vida silvestre y sus hábitats dentro de los Refugios Nacionales de Vida Silvestre (Figura 2.1 Ante esta necesidad, se inició el Programa Biomonitoring of Environmental Status and Trends (BEST) para desarrollar un enfoque integral para monitorear las áreas protegidas de la Nación en múltiples niveles de complejidad biológica que van desde organismos hasta poblaciones y comunidades. El objetivo general del programa es proporcionar información científica sobre los impactos de los contaminantes ambientales para el manejo de los recursos naturales y la planificación de la conservación. Las consecuencias de los contaminantes ambientales y contaminantes son complejas y pueden tardar años, si no décadas, en manifestarse en poblaciones animales y vegetales. Por lo tanto, metas y objetivos claramente definidos son un primer paso necesario para monitorear los efectos ecológicos de la contaminación ambiental.

Figura 2.1. La acumulación de algas es un problema común asociado con contaminantes ambientales y escorrentía agrícola. La imagen de arriba muestra las floraciones algales del lago St. Clair y en el oeste del lago Erie. Crédito de la imagen: Imágenes del Observatorio de la Tierra de la NASA de Joshua Stevens, utilizando datos Landsat del Servicio Geológico de Estados Unidos

¿Cuál es el objetivo del programa de monitoreo?

BEST tiene tres objetivos principales: (1) medir y evaluar los efectos de los contaminantes en especies y hábitats seleccionados, (2) realizar investigaciones y actividades dirigidas a proporcionar métodos e instrumentos innovadores de biomonitorización, y (3) entregar herramientas efectivas y eficientes para evaluar las amenazas contaminantes a las especies y hábitats. El primer objetivo del Proyecto BEST se centra en la ocurrencia, severidad y cambios en los contaminantes ambientales en las poblaciones de vida silvestre. La audiencia principal para esta información son los administradores de recursos que intentan identificar regiones del país donde las amenazas contaminantes a los recursos biológicos ameritan una mayor investigación. Desafortunadamente, las herramientas necesarias para identificar biocontaminantes y rastrear sus efectos en las poblaciones de vida silvestre son una ciencia inexacta, por lo que el segundo objetivo se enfoca en evaluar y probar métodos de monitoreo dentro de un marco adaptativo. Existe un énfasis general en los métodos de monitoreo que puedan vincularse a parámetros demográficos (como las tasas reproductivas y la supervivencia). Este tipo de métodos son los parámetros poblacionales más difíciles y laboriosos de estimar, por lo que BEST está invirtiendo continuamente en desarrollar nuevos métodos de recolección de los datos necesarios. El tercer objetivo se enfoca en explotar las tecnologías de la información, como los métodos de recolección de datos basados en Internet, como herramientas de distribución que facilitan la comunicación de principios, técnicas y resultados de monitoreo a otros.

¿Dónde y cómo monitorear?

Dado que los objetivos de BEST son tan amplios, las primeras etapas del programa encontraron muchos obstáculos comunes a los incipientes esfuerzos de monitoreo. Los desafíos incluyeron seleccionar áreas imparciales para monitorear, estudiar los niveles de contaminantes en diferentes niveles de organización biológica y elegir qué medir exactamente. Irónicamente, uno de los objetivos iniciales del programa de identificar problemas existentes o potenciales relacionados con contaminantes condujo a una selección sesgada de áreas con el objetivo de maximizar el potencial de identificación de contaminantes y sus efectos ecológicos. Es decir, buscaban sitios con problemas de contaminación preexistentes y por lo tanto no tenían forma de comparar cambios en las poblaciones de vida silvestre que pudieran ser afectados por la contaminación ambiental con áreas que no estaban contaminadas (es decir, sitios de control). Debido a las limitaciones inferenciales de seleccionar solo sitios altamente afectados, se requirió una segunda red de tierras para producir estimaciones imparciales. La primera red de sitios se utiliza para describir la exposición y respuesta de especies seleccionadas a contaminantes y medir los cambios en la exposición y respuesta a lo largo del tiempo. Un segundo conjunto de redes describe los contaminantes y sus efectos en hábitats importantes utilizados por especies de interés. Esta segunda red basada en hábitats no solo describiría la distribución de contaminantes y sus efectos, sino que también describiría efectos indirectos (por ejemplo, reducción de elementos de presa) y cambios en la calidad del hábitat a lo largo del tiempo. Por lo tanto, BEST adoptó un enfoque de monitoreo que se basa en múltiples líneas de evidencia de diferentes regiones para identificar la exposición a contaminantes en múltiples niveles de ecosistema.

¿Qué monitorear?

Después de la identificación de un sitio que sufría contaminación ambiental, aún quedaban las preguntas más grandes y difíciles de qué medir y las técnicas a utilizar. Los investigadores que trabajan en BEST decidieron emplear un enfoque de monitoreo de 2 niveles que incluye una variedad de métodos para evaluar la contaminación ambiental, incluidos biomarcadores, pruebas de toxicidad y bioensayos, índices de salud comunitaria y análisis de residuos. El primer nivel incluye métodos que son aplicables a una amplia variedad de hábitats y son fácilmente disponibles y económicos. El segundo nivel incluye métodos más especializados (y también más caros) que los métodos tradicionales de Nivel 1. Estos métodos proporcionan una mayor comprensión de situaciones específicas y serían más útiles para determinar las relaciones de causa y efecto para una especie o hábitat seleccionado.

Como ejemplo de este enfoque general, y uno de los programas más exitosos de BEST, es la Large River Monitoring Network (LRMN) que mide y evalúa los efectos de los contaminantes en peces residentes en ríos de todo Estados Unidos. El LRMN sirve como una base de datos de búsqueda en línea (http://www.cerc.usgs.gov/data/best/search/) donde se puede acceder a datos sobre la salud de los peces en múltiples cuencas fluviales mediante el uso de un conjunto de “puntos finales” de organismos y suborganismos. Estos criterios de valoración están destinados a monitorear y evaluar los efectos de los contaminantes ambientales en las poblaciones de peces e incluyen variables como edad, longitud, peso, lesiones y una serie de otros marcadores biológicos. Como programa nacional de monitoreo, BEST-LRMN es único en el sentido de que utiliza estos biomarcadores para evaluar químicos persistentes en el ambiente y detectar cambios antes de que los efectos de la población puedan ser evidentes. La base de datos relacional en línea permite a cualquier persona acceder a información organizada por cuenca (por ejemplo, Cuenca de Colorado), especies (por ejemplo, trucha marrón) y género. Desde la aplicación inicial del programa en 1995, se ha desarrollado una base de conocimiento considerable sobre las características y ventajas para evaluar los impactos de los contaminantes ambientales en las poblaciones de peces en todo el país.

El estudio de aves reproductoras de América del Norte (BBS)

Similar al Programa BEST, los contaminantes ambientales estimularon la necesidad de monitorear las poblaciones de aves en todo Estados Unidos. El libro de Rachel Carson Silent Spring llamó la atención nacional sobre los posibles efectos del dicloro-difenil-tricloroetano (DDT) en las poblaciones de aves. Respondiendo al potencial de los efectos de pesticidas en las poblaciones aviares, Chandler Robbins y sus colegas del Patuxent Wildlife Research Center desarrollaron el North American Breeding Bird Survey (BBS) con el objetivo de monitorear las poblaciones de aves en grandes áreas geográficas. A partir de 1966, este trabajo pionero ha resultado en la creación de uno de los programas internacionales de monitoreo aviar a largo plazo, a gran escala, más exitosos del mundo (Sauer et al. 2005, Thogmartin et al. 2006, U.S. Geological Survey 2007).

¿Cuál es el objetivo del programa de monitoreo?

La misión del BBS es proporcionar medidas científicamente creíbles del estado y las tendencias de las poblaciones de aves de América del Norte a escala continental y regional para informar acciones de conservación y manejo biológicamente sólidas (Servicio Geológico de los Estados Unidos 2007). Si bien esta era una meta ambiciosa, afirmar claramente el objetivo desde el principio ha ayudado a muchos a utilizar con éxito estos datos para muchos fines. Por ejemplo, los datos de BBS han sido instrumentales en el desarrollo de métodos para estimar tendencias poblacionales a partir de datos de encuestas (Link y Sauer 1997b, a, 1998; Sauer et al. 2003; Alpizar-Jara et al. 2004; Sauer et al. 2004), cuantificando los efectos de la pérdida y fragmentación del hábitat (Boulinier et al. 1998a, 2001), y estudiar ecología comunitaria a grandes escalas geográficas (Flather y Sauer 1996, Cam et al. 2000, La Sorte y McKinney 2007). Una revisión de la literatura realizada en 2002 encontró que más de 270 publicaciones científicas se han basado en gran medida, si no del todo, en los datos de BBS, lo que convierte a este en uno de los programas de monitoreo más utilizados y aplicados en el mundo.

¿Dónde y cómo monitorear?

Los fundadores de este programa tuvieron una tarea monumental al abordar algunas de las preguntas clave en el diseño del programa de monitoreo. ¿Cómo puede un solo programa describir y monitorear de manera efectiva a más de 420 especies de aves en los Estados Unidos continentales y Canadá? Cada metro cuadrado de un paisaje nacional no puede ser monitoreado, entonces, ¿qué manchas deben ser encuestadas? ¿Cómo se puede hacer de una manera que permita escalar los datos hacia arriba (o hacia abajo)? El protocolo que desarrollaron estipula que cada año durante el mes de junio, la altura de la temporada de reproducción aviar en la región, los participantes de BBS expertos en identificación aviar recolectan datos de población de aves a lo largo de rutas de levantamiento en carretera Cada ruta topográfica tiene 40 km (24.5 millas) de largo con paradas a intervalos de 1 km (0.5 millas). En cada parada se realiza un recuento de puntos de 3 minutos. Durante el conteo, se registra cada ave escuchada o vista dentro de un radio de 0.5 km (0.25 millas). Las encuestas comienzan media hora antes del amanecer local y tardan aproximadamente 5 horas en completarse. Más de 4,100 rutas de reconocimiento se encuentran a través de los Estados Unidos continentales y Canadá. Previsiblemente, esta cantidad de trabajo da como resultado una vasta y complicada base de datos de información sobre poblaciones de aves.

¿Qué monitorear?

Si bien la decisión de qué monitorear exactamente estaba determinada en gran medida por los objetivos declarados del plan, los investigadores aún enfrentaban una serie de obstáculos para recopilar estos datos y proporcionar uno de los productos más importantes del BBS: estimaciones anuales de tendencias poblacionales y abundancias relativas de aves en diversas escalas geográficas para más de 420 especies de aves. Por ejemplo, no todas las especies de aves son muestreadas efectivamente mediante encuestas en carretera. Las aves varían en su detectabilidad y algunas especies evitan los caminos todos juntos; esto tuvo que ser contabilizado. Mucho pensamiento y análisis, sin embargo, se ha dedicado a asegurar la calidad de los datos y hacer frente a los sesgos asociados al muestreo en carretera y esta es un área de investigación en curso (Barker et al. 1993; Sauer et al. 1994; Kendall et al. 1996; Link y Sauer 1997b, a; Boulinier et al. 1998b; Link y Sauer 1998; Hines et al. 1999; Pollock et al. 2002; Alpizar-Jara et al. 2004; Sauer et al. 2004; Thogmartin et al. 2006; Link y Sauer 2007). Además, el programa intenta distribuir aleatoriamente rutas para muestrear tipos de hábitats representativos de toda la región. Otros requisitos como metodología consistente y experiencia de observadores, visitar las mismas paradas cada año y realizar encuestas en condiciones climáticas adecuadas son necesarios para producir datos comparables a lo largo del tiempo y entre regiones geográficas. Se necesita un gran tamaño de muestra (número de rutas) para promediar las variaciones locales y reducir los efectos del error de muestreo. La variación en los recuentos puede estar asociada con técnicas de muestreo, así como la variación verdadera (es decir, natural) en las tendencias poblacionales. En efecto, la encuesta produce un índice de abundancia relativa más que un recuento completo de las poblaciones de aves reproductoras, y asume que las fluctuaciones en estos índices de abundancia son representativas de la población en su conjunto. Otro tema, bastante separado de la variación, es que la precisión de las estimaciones de abundancia cambiará con el tamaño de la muestra. La densidad de rutas BBS varía considerablemente en todo el continente, reflejando densidades regionales de observadores de aves calificados que tienden a estar asociados con patrones de urbanización. En consecuencia, las estimaciones de abundancia en regiones con menos rutas son menos precisas que las estimaciones en regiones con un gran número de rutas. Las mayores densidades de encuestas se encuentran en los estados de Nueva Inglaterra y del Atlántico Medio, mientras que las densidades son menores en otras partes de Estados Unidos.

A pesar de estos complicados temas de diseño y análisis de muestras (de hecho, seleccionar qué monitorear a menudo implica mucho más que simplemente elegir una especie!) , los esfuerzos de los investigadores de BBS han resultado en una valiosa fuente de información sobre las tendencias de la población de aves y una excelente fuente de ideas y lecciones para el diseño de otros programas de monitoreo a gran escala.

Por ejemplo, los datos BBS se pueden utilizar para producir mapas a escala continental de abundancia relativa. Cuando se observan a escala continental o regional, estos mapas proporcionan una indicación razonable de las abundancias relativas de especies que están bien muestreadas por el BBS (Figura 2.2). Analizar el cambio poblacional en las rutas de encuesta es probablemente el uso más efectivo de los datos de BBS, pero estos datos no proporcionan una explicación de las causas de las tendencias poblacionales. Los datos de tendencia poblacional se han utilizado, sin embargo, para asociar las disminuciones poblacionales con efectos ambientales como la pérdida y fragmentación del hábitat (Askins 1993; Boulinier et al. 1998b, 2001; Donovan y Flather 2002). Para evaluar los cambios poblacionales a lo largo del tiempo, se combinan índices BBS de rutas individuales para obtener estimaciones regionales y continentales de tendencias. Sin embargo, pocas especies tienen tendencias consistentes en todos sus rangos, por lo que los patrones espaciales en las tendencias poblacionales son de particular interés para los científicos y gerentes que intentan identificar “puntos calientes” de las disminuciones regionales. Las tendencias específicas de ruta pueden suavizarse para producir mapas de tendencias que permitan identificar regiones de incremento y declive (Figura 2.3).

Figura 2.2. Mapa de abundancia para la alondra oriental basado en datos de la Encuesta de aves reproductoras recopilados entre los veranos de 1994 — 2003.

Figura 2.3. Mapa de tendencias para la alondra oriental basado en estimaciones de tendencia de la Encuesta de aves reproductoras recolectadas entre los veranos de 1966— 2003. De Sauer et al. 2006. Foto de Alastair Rae y publicada bajo creative commons.

Aunque las tendencias a nivel de especies siempre serán un uso básico de los análisis de datos de BBS, combinar especies en grupos con rasgos similares de historia de vida, conocidos como gremios, proporciona una visión adicional de los patrones de tendencias poblacionales (Askins 1993, Sauer et al. 1996, Hines et al. 1999). El concepto de agrupar especies en función de ciertas características de la historia de vida (por ejemplo, hábitat reproductivo, comportamiento migratorio, etc.) puede ser útil para identificar efectos ambientales generalizados ya que las especies individuales a menudo difieren ampliamente en su respuesta al cambio ambiental. Las tendencias consistentes dentro de todo un gremio pueden ser indicativas de cambios generales en un recurso ambiental (por ejemplo, disminución de aves forestales debido a la pérdida de bosques para el desarrollo).

Programa de Monitoreo y Evaluación Ambiental (EMAP)

Todos los programas nacionales de monitoreo comparten el desafío común de desarrollar un marco de monitoreo que pueda determinar científicamente y rastrear la condición de un recurso natural distribuido a lo largo de miles de kilómetros. En ocasiones esta necesidad de vigilar un recurso natural es un mandato legal para una agencia federal o estatal. A modo de ejemplo, en virtud de la Ley de Agua Limpia, la Agencia de Protección Ambiental (EPA) tiene las responsabilidades estatutarias de vigilar y evaluar las aguas superficiales interiores y los estuarios. Para lograr este objetivo, se creó el Programa de Monitoreo y Evaluación Ambiental (EMAP) para desarrollar la ciencia necesaria para un marco de monitoreo estadístico para determinar la condición, y detectar tendencias en la condición, tanto a nivel de Estados individuales como para todos los ecosistemas acuáticos de la nación (McDonald et al. 2002). Dada su responsabilidad jurídica y necesidad de producir resultados jurídicamente defendibles, EMAP enfatiza un diseño de muestreo guiado por objetivos tanto estadísticos como científicos.

¿Cuál es el objetivo del monitoreo?

El objetivo principal de EMAP es claro y se determinó legislativamente: desarrollar un diseño de muestreo que proporcione un monitoreo imparcial y representativo de un recurso acuático con un nivel de confianza conocido. La naturaleza necesariamente general del objetivo dio lugar a una serie de otros pasos en el diseño del programa de monitoreo y describió varios desafíos clave. La necesidad de ser aplicable en todo el panorama exigía que el diseño de muestreo de EMAP se basara en un enfoque a múltiples escalas para recolectar muestras con socios estatales y agregar esos datos locales en evaluaciones estatales, regionales y nacionales más amplias. Este enfoque de “escalamiento” de datos de diversos lugares requiere que los objetivos de investigación de EMAP incluyan (1) establecer la variabilidad estadística de los indicadores EMAP cuando se utilizan en ecosistemas acuáticos en diversas áreas ecológicas del país, (2) establecer la sensibilidad de estos indicadores al cambio y tendencia detección, y (3) desarrollar indicadores y diseños que permitan el monitoreo adicional de recursos acuáticos de alta prioridad (por ejemplo, Grandes Ríos, humedales). El desafío clave en esta estrategia de monitoreo, y uno que se comparte con muchas otras evaluaciones nacionales, es cómo extraer una muestra representativa de un pequeño número de sitios para proporcionar una estimación imparcial de la condición ecológica en una región geográfica más grande.

¿Dónde y cómo monitorear?

Elegir sitios y métodos que abordaran adecuadamente el reto clave no fue fácil. Los investigadores de EMAP han dedicado mucho tiempo y esfuerzo a desarrollar un diseño de muestreo basado en probabilidades para estimar la condición de un recurso acuático en grandes áreas geográficas. Los diseños de muestreo basados en la probabilidad tienen una serie de requisitos que incluyen una población claramente definida, un proceso mediante el cual cada elemento de la población tiene la oportunidad de ser muestreado con una probabilidad conocida, y un método mediante el cual ese muestreo se puede realizar de manera aleatoria (Cochran 1977). Como es el caso de cualquier proyecto de monitoreo que abarque una región geográfica más grande, incluyendo el BBS descrito anteriormente, las muestras deben distribuirse por toda el área de estudio para que sean máximamente representativas. El diseño de EMAP logra esto tomando muestras a intervalos regulares desde un inicio aleatorio (un diseño aleatorio sistemático). Para lograr esto, EMAP utiliza cuadrículas hexagonales para agregar puntos de muestreo sistemático en una región de estudio (Figura 2.4) (White et al. 1991). La cuadrícula se coloca aleatoriamente en el mapa del área objetivo, y las ubicaciones de muestra dentro de cada celda de cuadrícula hexagonal se seleccionan aleatoriamente. ¿Por qué es necesario esto? En resumen, el uso de una cuadrícula de muestreo asegura una separación espacial imparcial de las unidades de muestreo seleccionadas aleatoriamente (muestra aleatoria sistemática). Además, la cuadrícula permite el potencial de dividir a toda la población objetivo en cualquier número de subpoblaciones (o estratos) de interés. El muestreo aleatorio posterior dentro de estos estratos permite realizar inferencias estadísticas sobre cada subpoblación. Como ejemplo, el muestreo estratificado se suele utilizar en una encuesta regional de arroyos para mejorar el esfuerzo de muestreo en una cuenca de especial interés para que su condición pueda compararse con el área regional más grande.

Figura 2.4. La rejilla base EMAP se superpone en Estados Unidos. Hay alrededor de 12,600 puntos en los Estados Unidos conterminos con aproximadamente 27 km entre puntos en cada dirección. Se establece una posición fija que representa una ubicación permanente para la rejilla base, y los puntos de muestreo que utilizará EMAP son generados por un ligero desplazamiento aleatorio de toda la cuadrícula desde esta ubicación base.

¿Qué monitorear?

Una vez establecido el diseño de muestreo, la siguiente pregunta a abordar fue familiar: ¿qué es exactamente lo que se va a medir? Al igual que los esfuerzos de BEST para monitorear contaminantes ambientales, una respuesta adecuada consistió en algo más que simplemente elegir un indicador; hay muchas definiciones de un “recurso acuático” que todas tienen características únicas. En el nivel más grueso, EMAP abordó esto dividiendo los recursos acuáticos en diferentes tipos de cuerpos o sistemas de agua, como lagos, arroyos, estuarios y humedales. Posteriormente, utilizan un segundo nivel de estratos, ecorregiones, para capturar diferencias regionales en cuerpos de agua. El nivel más bajo de estratos en el diseño EMAP distingue entre diferentes “tipos de hábitat” dentro de un recurso acuático en una región geográfica específica. Por ejemplo, porciones de estuarios con sustrato de lodo y limo tendrán características ecológicas muy diferentes a las porciones de estuarios con sustratos arenosos. Es dentro de este estrato más bajo donde se realiza el muestreo y monitoreo.

El diseño de muestreo de EMAP toma una de dos rutas muy diferentes dependiendo de si el ecosistema acuático que se va a muestrear es discreto o extenso (McDonald et al. 2002). Un sistema acuático discreto consiste en distintas unidades naturales, como los lagos. Las inferencias poblacionales para un recurso discreto se basan en el número de unidades de muestreo que poseen una propiedad medida (por ejemplo, 10% de los lagos son ácidos). Para recursos discretos, EMAP a menudo utiliza una intensificación de la cuadrícula de muestreo. En algunos casos donde las unidades de muestreo son un área lo suficientemente grande, la cuadrícula se puede usar directamente seleccionando aquellas unidades en las que caen uno o más puntos de cuadrícula (por ejemplo, estuarios en un estado). Con este método, la probabilidad de que una unidad entre en la muestra (su probabilidad de inclusión) es proporcional al área de la unidad (por ejemplo, los lagos más grandes tienen una mayor probabilidad de ser muestreados). Las inferencias que vinculan los datos de muestreo con toda la población son entonces en términos de área. Alternativamente, una unidad de un recurso discreto puede tratarse como un punto en el espacio. Por ejemplo, se podría utilizar el punto central de los lagos. Este método de muestreo es apropiado para la inferencia en términos de números de unidades en una condición particular (por ejemplo, 7% de los lagos del noreste son crónicamente ácidos).

Los recursos extensos, por otro lado, se extienden sobre grandes regiones de una manera más o menos continua y conectada (por ejemplo, ríos), y no tienen unidades naturales distintas. En estos casos, las inferencias poblacionales se basan en la longitud o área del recurso. La naturaleza del ecosistema determina la técnica de muestreo particular que se utiliza. EMAP utiliza muestreo de área para sistemas extensos como ríos o muestreo puntual para sistemas discretos como estuarios. En el muestreo de área, el extenso recurso se divide en piezas disjuntas, al igual que un rompecabezas, y la selección de muestras proviene de una selección aleatoria de estas piezas. Los valores de muestreo que se obtienen se utilizan para caracterizar o representar todo el recurso. Para evitar cualquier sesgo de muestreo, los puntos se localizan al azar dentro del extenso recurso.

Sólo una vez seleccionados los sitios y las técnicas de muestreo adecuadas, se podrá elegir y muestrear un indicador de la condición ecológica del sistema acuático. Los indicadores ecológicos acuáticos efectivos son fundamentales para determinar la condición de los recursos acuáticos, y EMAP ha identificado una serie de indicadores ecológicos (ver McDonald et al. 2002 para una lista completa). En general, EMAP se enfoca en combinar indicadores biológicos que puedan ser muestreados a través del análisis de las comunidades de peces, macroinvertebrados bentónicos y plantas. EMAP también hace uso extensivo de un índice de integridad biótica (IBI, un indicador biológico multimétrico) (Karr 1981) para evaluar el conjunto general de peces, lo que proporciona una medida de la condición biótica.

Organizaciones no gubernamentales e iniciativas

Seguimiento de la matanza ilegal de elefantes (MIKE)

Entre 1970 y 1989, la mitad de los elefantes africanos, más de 700,000 individuos, fueron asesinados debido a un creciente comercio internacional de marfil (Douglas-Hamilton 1989, Blake et al. 2007). Esta disminución provocó que la Convención sobre el Comercio Internacional de Especies Amenazadas de Flora y Fauna Silvestre (CITES) incluyera a los elefantes africanos en el Apéndice I de la convención, prohibiendo el comercio de colmillos en los mercados internacionales. A pesar de su estado protegido, el enfoque óptimo para el manejo y conservación del elefante africano sigue siendo un tema de gran debate (Blake et al. 2007). En respuesta a la necesidad de obtener mejores datos sobre el estado y tendencias de los elefantes africanos (Figura 2.5), en 1997 se inició el Monitoreo de la matanza ilegal de elefantes (MIKE). El objetivo general de MIKE es proporcionar la información necesaria para que los gobiernos y agencias tomen las decisiones adecuadas de manejo y cumplimiento, y para desarrollar la capacidad institucional para el manejo a largo plazo de las poblaciones de elefantes. El programa MIKE está financiado por una diversidad de agencias y ONG, incluyendo Wildlife Conservation Society, United States Fish and Wildlife Service, la Unión Europea y el World Wildlife Fund.

Figura 2.5. Las poblaciones de elefantes africanos en gran parte de África han sido diezmadas y ahora solo son comunes en los parques protegidos. Dominio público vía Pixbay.com

¿Cuál es el objetivo del programa de monitoreo?

MIKE tiene tres objetivos específicos del programa que incluyen: 1) medir los niveles y tendencias en la caza ilegal de elefantes, 2) determinar los cambios en estas tendencias y 3) determinar los factores asociados a estas tendencias. Una vez más, la claridad de los objetivos es central en el desarrollo de otros aspectos del programa de monitoreo. En el caso de MIKE, la amplitud de los objetivos significó que era necesario investigar un conjunto de factores, incluyendo el tipo de hábitat, los niveles de población de elefantes, los conflictos humanos, los usos de la tierra adyacente, el acceso humano, la disponibilidad de agua, las actividades turísticas, las luchas civiles y las actividades de desarrollo. Los objetivos de monitoreo del programa también enfatizaron la necesidad de metodologías estandarizadas, muestreo representativo y recolección de datos sobre tendencias poblacionales y patrones espaciales de matanza ilegal (Figura 2.6). La naturaleza de los objetivos incluso aclaró cuál sería el principal beneficio de este esquema integral de monitoreo: una mayor base de conocimientos sobre el número y movimientos de elefantes, una mejor comprensión de las amenazas para su supervivencia y un mayor conocimiento general de otras especies y sus hábitats.

Figura 2.6. Esquema de monitoreo para la iniciativa MIKE. Con permiso de S. Blake.

¿Dónde y cómo monitorear?

Dada la ubicación remota de muchos de los hábitats y poblaciones de interés (Figura 2.7), la selección de sitios fue de suma importancia para la recolección de datos representativos e imparciales. Un mínimo de 45 sitios en 27 estados fueron seleccionados inicialmente en África y 15 sitios en 11 estados de Asia. Los métodos de selección de sitios se basaron en una serie de variables elegidas para hacer de los sitios una muestra representativa, incluyendo tipos de hábitat, tamaño de la población de elefantes, estado de protección de sitios, historia de caza furtiva, incidencia de conflictos civiles y nivel de aplicación de la ley. También se han utilizado análisis estadísticos y modelos para seleccionar sitios en función de las características geográficas, ambientales y socioeconómicas.

Figura 2.7. El conjunto de sitios MIKE en los bosques ecuatoriales de África Central. Con permiso de S. Blake.

¿Qué monitorear?

En África central desde 2003-04, Blake et al. (2007) utilizaron este enfoque para implementar la primera encuesta sistemática, estratificada e imparcial de poblaciones de elefantes dentro de cada sitio MIKE. La fuente de datos primaria que eligieron para usar fueron los recuentos de estiércol basados en transectos a lo largo de línea. Además de los transectos estandarizados, realizaron encuestas de reconocimiento para proporcionar información complementaria sobre la incidencia de la caza furtiva y otros impactos humanos. En cada sitio de la encuesta, se intentó muestrear la abundancia de elefantes a través de un gradiente de impacto humano. La estratificación de cada sitio se basó en la tasa de encuentro de signos de elefante generada durante los estudios piloto MIKE o en los niveles esperados de impacto humano como un indicador de la abundancia de elefantes. El esfuerzo muestral se diseñó para cumplir con una precisión objetivo de 25% (coeficiente de variación) de la estimación de densidad de estiércol de elefante. Las estimaciones de densidad de elefantes forestales en sitios de estudio MIKE se obtuvieron mediante muestreo sistemático de distancia transecto lineal que utilizó recuentos de estiércol como indicador de ocurrencia de elefantes. El análisis avanzado de datos (usando muestreo a distancia) proporcionó estimaciones sólidas de densidad de estiércol, densidad relativa de elefantes y distribuciones espaciales dentro de cada sitio (Figura 2.8).

Figura 2.8. Recuento de estiércol de elefante interpolado y frecuencia de signos humanos en el sitio MIKE de Ndoki-Dazanga. El aumento de la oscuridad de los sitios significa aumentar la frecuencia de estiércol y signos humanos. Con permiso de S. Blake.

La decisión de registrar una diversidad de variables permitió a los investigadores realizar análisis que abordaron todos los objetivos de MIKE y proporcionaron otras ideas valiosas. Blake et al. (2007) encontraron que las actividades humanas fueron un determinante importante de la distribución de elefantes incluso dentro de parques nacionales altamente aislados. En casi todos los casos, la abundancia relativa de elefantes interpolada a partir de los datos del transecto fue la imagen especular de la perturbación humana, y la abundancia de elefantes fue consistentemente más alejada del asentamiento humano (Figura 2.8). Estimaron que, a pesar de la atención internacional y el estado de conservación, los elefantes forestales en los parques nacionales de África central están perdiendo alcance a un ritmo alarmante. Veintidós cadáveres de elefantes escalfados (confirmados) fueron encontrados a partir de 4,478 km de encuestas de reconocimiento caminadas durante el periodo de inventario. Los datos combinados de inventario, distribución y reconocimiento mostraron pocas dudas de que los elefantes del bosque están bajo amenaza inminente por la caza furtiva y la restricción del alcance. Este innovador esquema de monitoreo y análisis demostró que incluso con una prohibición internacional del comercio de marfil vigente, el rango de elefantes del bosque y los números están en grave declive.

Aprendiendo del monitoreo basado en el ciudadano

Los esfuerzos de monitoreo basados en voluntarios tienen una larga historia en Estados Unidos y en todo el mundo. Por ejemplo, el conteo de aves navideñas de Audubon (CBC) ha sido una encuesta anual basada en voluntarios de la distribución de aves de invierno en todo Estados Unidos que data de principios del siglo XX. Aunque las encuestas biológicas basadas en el esfuerzo voluntario tienen una rica historia, ahora se están utilizando cada vez más para monitorear a largo plazo. a largo plazo y cambios a gran escala en las poblaciones animales y vegetales. La combinación de la demanda actual de datos ecológicos a gran escala y largo plazo y una explosión de esfuerzos basados en voluntarios ha dado como resultado un movimiento bastante bien informado en el que los científicos han logrado grandes avances en el aumento del rigor científico de los programas de monitoreo que involucran a la ciudadanía. Este movimiento se ha vuelto tan popular en los últimos años que muchos de estos programas e iniciativas están cayendo bajo la etiqueta global de ciencia ciudadana.

¿Cuál es el objetivo del programa de monitoreo?

Aunque la ciencia ciudadana toma muchas formas y tiene muchos objetivos (ver los programas de ciencia ciudadana del Laboratorio de Ornitología de Cornell http://www.birds.cornell.edu/), las encuestas de atlas son un ejemplo común a nivel mundial y se implementan ampliamente para muchas especies y taxones. Los atlas consisten en voluntarios que documentan la distribución (y a menudo el estado reproductivo) de especies dentro de una cuadrícula de encuesta que cubre toda una región de interés (Donald y Fuller 1998, Bibby et al. 2000). El objetivo de muchas encuestas de atlas se centra en documentar y monitorear los cambios temporales y espaciales en las distribuciones de especies durante largos períodos de tiempo (Donald y Fuller 1998). Uno de esos ejemplos de atlas regionales es el New York State Breeding Bird Atlas (Andrle y Carroll 1988, McGowan y Corwin 2008). Este proyecto está patrocinado por la Asociación Ornitológica del Estado de Nueva York y el Departamento de Conservación Ambiental en cooperación con la Unidad Cooperativa de Investigación de Peces y Vida Silvestre de Nueva York en la Universidad de Cornell, el Departamento de Recursos Naturales de la Universidad de Cornell y el Laboratorio de Cornell de Ornitología. El New York State Breeding Bird Atlas (BBA) es una encuesta integral a nivel estatal con el objetivo específico de documentar la distribución de todas las aves reproductoras en Nueva York. Al igual que con todos los programas de monitoreo anteriores, declarar el objetivo del programa informa e impulsa otros aspectos del programa de monitoreo. Por ejemplo, su amplitud indica que se necesita una planificación sustancial para recopilar datos de ocurrencia de múltiples especies en una amplia gama de hábitats y desarrollar un protocolo que pueda ser seguido y adherido fácilmente por participantes voluntarios. El tiempo es un componente esencial de cualquier programa de monitoreo y los atlas suelen ser únicos entre otras iniciativas de monitoreo debido al alcance de su muestreo. En el caso de la BBA del Estado de Nueva York, las encuestas se realizaron en dos periodos de tiempo: el primer proyecto atlas se desarrolló de 1980 a 1985 (Andrle y Carroll 1988) mientras que el segundo atlas de Nueva York abarcó 2000 a 2005 (McGowan y Corwin 2008). Las encuestas de distribución a gran escala, como los atlas, son obviamente un intento de monitorear los cambios de rango a largo plazo que están más allá del alcance de la mayoría de los programas de monitoreo.

¿Dónde y cómo monitorear?

Dado que era necesario dar cuenta de todo el estado para cumplir con el objetivo del BBA, los investigadores primero tuvieron que determinar cómo hacer que la escala fuera manejable. Para el BBA del Estado de Nueva York, ambas encuestas utilizaron una cuadrícula de 5,332 bloques de 5- x 5 km que cubrieron la totalidad del estado de Nueva York (125,384 km ²); representando uno de los conjuntos de datos de atlas de mayor y mejor resolución del mundo (Gibbons et al. 2007). El estado se estratificó en diez regiones y uno o dos coordinadores regionales en cada área se encargaron de reclutar voluntarios en cada esfuerzo del atlas y supervisar la cobertura de los bloques en su región. Una vez que se preparó este sistema, se necesitaron esfuerzos para asegurar que los voluntarios reportaran datos de calidad a pesar de ser monitoreados independientemente unos de otros en diferentes ubicaciones. Para ello, los investigadores asignaron topógrafos de atlas a uno o más bloques y les instruyeron a pasar al menos ocho horas en el bloque, visitando cada hábitat representado y registrando datos de al menos 76 especies de aves. Este umbral de “76 especies” fue tratado como un estándar de “adecuadamente encuestados” con base en la experiencia de atlas anteriores (Smith 1982). Medidas como estas son parte integral de los programas de monitoreo con múltiples observadores encargados de muestrear diferentes sitios y especies. Sin alguna forma de controlar y documentar la variación en el esfuerzo de muestreo, los datos serían vulnerables a una serie de sesgos.

¿Qué monitorear?

El objetivo de la BBA requería que los voluntarios examinaran su bloque (s) de atlas y registraran todas las especies de aves encontradas y la actividad de reproducción observada que iban desde la posible reproducción (por ejemplo, macho cantante en el tipo de hábitat apropiado), reproducción probable (por ejemplo, pareja observada en hábitat reproductivo), y reproducción confirmada (p. ej., nido encontrado). Si bien el BBA no proporcionó una declaración definitiva sobre la ausencia de un registro de reproducción para una especie no incluida en un bloque, la ausencia fue interpretada por los investigadores en el sentido de que no se pudo encontrar especies dado el esfuerzo y la capacidad de observación adecuados, o que la especie se presenta en densidades suficientemente bajas para detección de escape. Además, se pidió a los atláseres que presentaran datos sobre el esfuerzo incluyendo el número total de horas dedicadas a la topografía y el número de observadores. Ordenar que los voluntarios registren una variedad de datos, incluidos los datos sobre los esfuerzos de muestreo redujo aún más la posibilidad de sesgos (o al menos permitió a los investigadores dar cuenta de la variación en el esfuerzo durante los análisis).

Una última lección importante que se puede extraer de programas como el BBA es que los investigadores deben ser transparentes sobre la importancia apropiada y los usos de los datos que generan. El hecho de que los atlas puedan utilizarse o no como una herramienta efectiva para el monitoreo de poblaciones animales se relaciona con la relación entre los cambios en la ocupación regional (medidos por encuestas de atlas) y los cambios en la abundancia local (Gaston et al. 2000). En macroecología, esta relación es sinónimo de la regla de abundancia-ocupación que predice que los cambios en la ocupación regional reflejarán con precisión los cambios en la abundancia local. Relativamente pocos estudios han abordado la relación entre abundancia y ocupación utilizando datos atlas, pero aquellos que generalmente han apoyado el uso de datos atlas para monitorear dinámicas poblacionales a gran escala (Böhning-Gaese 1997, Van Turnhout et al. 2007, Zuckerberg et al. 2009). Una vez que esta información y relación se hace explícita, los datos del atlas pueden ser utilizados correctamente para realizar una serie de observaciones y valoraciones. En el BBA del Estado de Nueva York, con sus dos periodos de sondeo, investigadores y gestores pueden analizar los cambios en la distribución regional de más de 250 especies de aves. Las especies de aves demostraron una amplia variación en los cambios de distribución desde aumentos generalizados (Figura 2.9) hasta contracciones de rango sorprendentes (McGowan y Corwin 2008). Aproximadamente la mitad de todas las especies de aves en Nueva York mostraron cambios significativos en su distribución entre los dos atlas. De aquellos con cambios significativos, 55 por ciento incrementó en su distribución. Como grupo, las aves del bosque demostraron un incremento significativo en su distribución promedio entre los dos periodos del atlas, mientras que las aves de pastizales mostraron la única disminución significativa (Zuckerberg et al. 2009). Las especies sucesionales de matorrales, humedales y urbanas no mostraron cambios significativos en su distribución entre los dos períodos del atlas (McGowan y Corwin 2008, Zuckerberg et al. 2009). Dentro de los grupos migratorios, hubo incrementos significativos en la distribución general de residentes permanentes y migrantes de corta distancia, mientras que los migrantes neotropicales no mostraron ningún cambio significativo. Estas tendencias sugieren que ciertos factores regionales de cambio ambiental, como la reforestación o el cambio climático, pueden estar afectando a grupos enteros de especies.

Figura 2.9. Cambios en la distribución de Carolina Wren entre dos atlas estatales realizados en 1980-1985 y 2000-2005. Esta especie ha mostrado uno de los incrementos más dramáticos en la ocupación de cualquier especie registrada durante el proyecto del atlas.

Los atlas ofrecen una excelente oportunidad para monitorear los cambios en la dinámica poblacional a gran escala y largo plazo. Además, es casi seguro que la calidad de sus datos aumentará a medida que los futuros avances en el monitoreo se apliquen a la implementación y análisis del atlas. Por ejemplo, sin duda se aplicarán mejoras en la estimación de ocupación y modelado a proyectos como el BBA para dar cuenta de las diferentes probabilidades de detección de diferentes especies y es probable que haya mejoras significativas en los modelos de capacitación para que los participantes disminuyan el sesgo de los observadores incluso más (MacKenzie 2005, MacKenzie 2006). Además, en un futuro próximo estarán disponibles atlas repetidos para varias regiones de Estados Unidos (Figura 2.10). Estas bases de datos serán críticas para monitorear los cambios en la distribución de las especies en respuesta a factores ambientales de escala relativamente amplia, como el cambio climático regional.

Figura 2.10. Distribución y estado de atlas de aves reproductoras en todo Estados Unidos y Canadá. Los estados más oscuros han completado o están en proceso de completar un segundo atlas. Mapa creado utilizando Breeding Bird Atlas Explorer (http://www.pwrc.usgs.gov/bba/index.cfm?fa=bba.Bbahome).

Resumen

A pesar de sus variados intereses, fuentes de financiamiento y especies/comunidades objetivo, todos estos programas de monitoreo comparten muchos de los mismos componentes y obstáculos. Temas como metas y objetivos de monitoreo claramente definidos, dónde, cómo y qué muestrear son aspectos comunes de muchos programas de monitoreo y serán discutidos extensamente a lo largo de este libro. A pesar de los desafíos que se les presentan, estos programas representan cómo una planeación cuidadosa, individuos comprometidos y un diseño y análisis reflexivo de muestreo pueden ayudar a responder preguntas críticas y, por lo tanto, promover objetivos de conservación para una variedad de tipos de organizaciones. Ya sea para predecir los efectos de la contaminación ambiental, estimar la disminución de las aves en todo un país o monitorear poblaciones de elefantes en bosques africanos remotos, estos programas sirven como recordatorios alentadores del poder y la efectividad de monitorear la información para guiar la conservación toma de decisiones.

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