Transformación antropogénica de los biomas, 1700-2000

RESUMEN

Objetivo Mapear y caracterizar la transformación antropogénica de lo terrestre de la Biosfera, antes y durante la Revolución Industrial, 1700-2000.

Ubicación Global

Métodos biomas antropogénicos (anthromes) fueron asignadas para 1700, 1800, 1900 y 2000 utilizando un anthrome modelo de clasificación basado en reglas aplicadas a los datos mundiales reticulares de la densidad de población humana y el uso del suelo. Entonces la transformación antropogénica de los biomas terrestres se caracterizó por mapa comparaciones a intervalos siglo.

Resultados En 1700, casi la mitad de la biosfera terrestre era salvaje, y sin asentamientos humanos o uso sustancial de la tierra. La mayor parte del resto se encontraba en un estado seminatural (45%) que tiene sólo un uso reducido de la agricultura y los asentamientos. En 2000, sucedió lo contrario, con la mayoría de la biosfera en la agricultura y se instaló anthromes, menos del 20% seminaturales y sólo una cuarta salvajes izquierda. Transformación antropogénica de la biosfera durante la Revolución Industrial dio por igual al uso de la tierra de expansión en las áreas silvestres y la intensificación del uso del suelo dentro anthromes seminaturales. Vías de transformación difieren fuertemente entre los biomas y regiones, con un poco salvaje, pero permaneciendo en su mayoría con la mayoría casi completamente transformada en pastizales, tierras de cultivo y pueblos. En el proceso de transformación de casi el 39% de la superficie libre de hielo total de la tierra en las tierras agrícolas y los asentamientos, un adicional de 37% de la superficie mundial sin tal uso se ha incrustado dentro anthromes agrícolas y liquidados.

Principales conclusiones Entre 1700 y 2000, la biosfera terrestre hicieron la transición crítica de la mayor parte silvestres demasiado mayormente antropogénico, pasando la marca de 50% a principios del siglo 20. En la actualidad, y cada vez más en el futuro, la forma y el proceso de los ecosistemas terrestres en la mayoría de los biomas serán predominantemente antropogénicos, el producto del uso de la tierra y otras interacciones humanas directas con los ecosistemas.

Esfuerzos de investigación y conservación ecológica en casi todos los biomas se beneficiarían de un enfoque principal en la novela remanente, recuperación y gestión de los ecosistemas integrados dentro de las tierras utilizadas.

INTRODUCCIÓN

Durante milenios, los seres humanos han transformado la forma y el proceso de los ecosistemas a través de la biosfera terrestre, tanto intencional y no intencional (Turner II et al, 1990;. Redman, Kirch, 2005;. Dearing et al, 2006;). Comenzando con prácticas bastante transitorios como la caza y la recolección y la construcción hacia el uso cada vez más permanente de la tierra para la agricultura y los asentamientos, la presencia generalizada y sostenida de la población humana ha transformado los ecosistemas a nivel local, regional y1999; globalmente. Las actividades humanas

han facilitado la extinción de especies, invasiones, introducciones y domesticaciones, aumento de la erosión del suelo, la frecuencia de incendios alterados y la hidrología, e incitado profundos cambios en la productividad primaria y otros procesos biogeoquímicos y ecosistemas clave (Turner II et al, 1990;. Vitousek et al. , 1997; Defries et al, 2004;.. Foley et al, 2005; Dearing et al, 2006;. Hobbs et al, 2006;. Ellis & Ramankutty, 2008; Hansen & Galetti, 2009).

Estimaciones mundiales de la transformación directa de los ecosistemas de los seres humanos varían entre los estudios, pero cada vez hay más consenso en que los seres humanos han transformado los ecosistemas patrón y el proceso a través de la mayor parte de la biosfera terrestre (Sanderson et al, 2002;.. Kareiva et al, 2007; Ellis & . Ramankutty, 2008) como resultado, los patrones globales de la forma y función de los ecosistemas terrestres ya no se describe con precisión en el enfoque ya clásico para el mapeo y modelado biomas como una función de variables climáticas y fisiográficas (Shelford, 1932; Holdridge, 1947 ; Küchler, 1949; Dansereau, 1957; Whittaker, 1970;. Prentice et al, 1992).

Si bien no hay duda de que los patrones globales de forma ecosistema y el proceso seguirán siendo influido y limitado por el clima y otros factores geofísicos y bióticos, cuando las poblaciones y las actividades humanas están presentes, la forma realizada y dinámica de los ecosistemas terrestres, incluyendo la presencia de árboles y su estado sucesional, están determinados en gran medida por el tipo, la intensidad y duración de las interacciones humanas con los ecosistemas (Hobbs et al, 2006;. Ellis & Ramankutty, 2008). Para caracterizar y comprender estas interacciones y los patrones ecológicos globales producidos por ellos, Ellis & Ramankutty (2008) introdujo el concepto de los biomas antropogénicos o anthromes, y desarrollaron una clasificación global y mapa de estos como un nuevo marco para la ecología global y ciencias de la tierra (Alessa y Chapin, 2008). Aquí nos basamos en este marco mediante la evaluación y cartografía de la transformación antropogénica de 'potenciales de vegetación natural "biomas basados en el clima (también denominado' biomas clásicos" o "vegetación potencial") en anthromes a partir de 1700, un período de tiempo totalmente preindustrial, y procediendo a través de la Revolución Industrial hasta 2000, con el objetivo de entender la historia y el estado actual de la transformación antropogénica de la biosfera terrestre.

Ellis & Ramankutty (2008) clasifican anthromes empíricamente utilizando un algoritmo de análisis de grupo que identifica patrones de importancia mundial en el uso del suelo y la densidad de la población humana; variables claves que caracterizan el tipo y la intensidad de las interacciones humanas directas con los ecosistemas (Ellis y Ramankutty, 2008). Sin embargo, este enfoque a posteriori encaja anthrome clases y sus firmas estadísticos a los patrones estadísticos únicos dentro de un conjunto de datos específico, lo que produce clasificaciones óptimas, pero diferentes, cuando los conjuntos de datos de entrada difieren por período de tiempo o el método de estimación. Para investigar los cambios en anthromes través periodos de tiempo, por lo tanto, desarrollamos un a priori anthrome procedimiento de clasificación para facilitar la identificación constante de anthrome clases similares a las de Ellis & Ramankutty (2008) a través de períodos de tiempo basados en el mismo uso de la tierra y las variables de población humana.

Estudios anteriores han analizado los cambios en el alcance y la composición de los biomas clásicas causadas por los cambios de uso en los últimos 300 años (por ejemplo Ramankutty y Foley, 1999; Klein Goldewijk, 2001;. Hurtt et al, 2006). En este estudio, investigamos la transformación de los biomas clásicos en anthromes con el objetivo de comprender el contexto y la historia de los nuevos ecosistemas antropogénicos creados por el ser humano en el largo plazo (Hobbs et al., 2006). Con este fin, se investiga tanto el uso intencional de la tierra para la agricultura y los asentamientos y la principal consecuencia no deseada de este uso: la incorporación de remanente, recuperación y otras tierras no agrícolas y no urbanas dentro de los complejos mosaicos antropogénicas del paisaje creado por el uso humano de tierra (Ellis & Ramankutty, 2008).

MATERIALES Y MÉTODOS

Los patrones globales de transformación antropogénica de los biomas terrestres se evaluaron a los 5 'la resolución mediante la comparación de los posibles mapas de vegetación natural con anthrome mapas a intervalos siglo 1700-2000 usando análisis de superposición y otro sistema de información geográfica de análisis (SIG) herramientas de software.

Anthrome clasificación y mapeo se logró utilizando un anthrome modelo de clasificación basado en las reglas de nuevo desarrollo aplicado a los datos globales existentes para la densidad de población humana y el uso de la tierra agrícola y urbana. Todos los datos espaciales, incluidos los insumos y resultados, están disponibles para su descarga en http:// ecotope.org/anthromes/v2.

Vegetación natural potencial - los biomas clásicos Ramankutty y de Foley (1999) "potencial de la vegetación natural" conjunto de datos sirve como el sistema de bioma principal utilizado en este estudio, como su nativa 'resolución y la derivación 5 tanto de teledetección y mapas terrestres hace que sea una conjunto de datos de base especialmente fiable. Píxeles que faltan en el conjunto de datos original, limitada por una máscara de tierra relativamente restringido (principalmente falta alguna isla y zonas costeras), se llenaron utilizando un algoritmo de vecino más cercano. Clases de hoja ancha y de Coníferas separados se combinaron, al igual que "desierto" y "desierto polar" para producir una simplificada 12-class 'vegetación potencial' conjunto de datos bioma de las 15 clases originales. Por "clásico" vista alternativa de la biosfera, también realizaron análisis utilizando los 'Olson biomas "de Olson et al. (2001), el conjunto de datos actual bioma más utilizada, tal como se describe en el Apéndice S1 en la información de apoyo.

Anthromes

Las fuentes de datos

Los datos de entrada para anthrome clasificación se obtuvieron en los años 1700, 1800, 1900 y 2000 de los actuales y de nueva producción 5 'conjuntos de datos mundiales, para que coincidan con los de Ellis & Ramankutty (2008). Los datos globales de la densidad de población humana y el porcentaje de cobertura de tierras urbanas, de cultivos y pastos en 5 'resolución se obtuvieron mediante el modelo de datos de HYDE (Klein Goldewijk & van Drecht, 2006), un estándar ampliamente utilizado en las investigaciones globales del cambio de uso del suelo y sus efectos

(Feddema et al, 2005;.. Hurtt et al, 2006). Los datos utilizados aquí se obtuvieron utilizando una versión actualizada del modelo de datos HYDE 3.1, basado en Klein Goldewijk & van Drecht (2006) en tres configuraciones: un modelo de datos inicial muy similar a la publicada HYDE 3.1 conjunto de datos original (http://www. pbl.nl / hyde), una "mejor" modelo revisado de datos (el estándar utilizado en este análisis) y conjuntos de datos de límites inferior y superior que pongan de relieve las incertidumbres en el conjunto de datos HYDE. Datos de población HYDE para el año 2000 se obtuvieron por agregación espacial de los datos de población LandScan (Laboratorio Nacional de Oak Ridge, 2006), y 2000 las tierras de cultivo y pastos combinan teledetección cobertura terrestre con y datos del censo agropecuario. Estimaciones de población y uso de la tierra históricos HYDE se produjeron a partir de la población histórica y datos de uso de la tierra obtenida en varios niveles administrativos (las unidades más grandes son a nivel nacional) mediante el uso de estos para restringir los modelos de asignación espacial que distribuyen las densidades poblacionales históricos y áreas de tierra agrícola a base de su proximidad a los asentamientos urbanos, las limitaciones climáticas, la vocación del suelo, la distancia a los ríos y terrenos (Klein Goldewijk & van Drecht, 2006). Los datos para el porcentaje de las tierras de regadío se producen al combinar el mapa mundial de zonas de riego para el año 2000 (Siebert et al., 2007) con un conjunto de estadísticas de riego históricos y ajustar para que concuerden con los datos del área de cultivos en el "mejor" modelo de datos ( véase el Apéndice S2).

Los datos globales 5 'para la cubierta de arroz en 2000 se obtuvieron de Monfreda et al. (2008). Regiones con cobertura sustancial arroz (> 20%) en los siglos anteriores fueron asignadas de esta suponiendo que, en 1700, las áreas de arroz en las regiones densamente pobladas del mundo (> 100 personas km-2 o urbana cubierta ≥ 20%) se han sido similares a los de 2000, pero para la conversión de algunas tierras de arroz en los asentamientos y otros uses.While no agrícola este enfoque no permite el cálculo de las zonas históricas de arroz, sí permiten 'aldeas de arroz' sean identificados de períodos históricos utilizando las áreas de cobertura sustancial arroz asignadas para cada siglo. Pueblos de arroz se determinaron mediante la combinación de células sustanciales de arroz-cubierta con las células densamente pobladas situadas dentro de 1 grado geográfica de estos en 2000 para crear una capa 'arroz máxima', y luego la eliminación de las células densamente pobladas presente en cada siglo.

Sistema de clasificación:

Para clasificar anthromes consistentemente a través de períodos de tiempo, una nueva a priori anthrome algoritmo de clasificación fue desarrollado para emular la forma básica del a posteriori anthrome clasificación de Ellis y Ramankutty ('Anthromes 1'; 2008), utilizando una clasificación a priori relativamente simple y transparente modelo construido sobre umbrales normalizados para la clasificación de las mismas variables ('Anthromes 2', Tabla 1, véase el Apéndice S3). En primer lugar, la etapa inicial de la clasificación Anthromes 1 se repitió estratificando 5 células en clases de densidad de población de seis diferentes órdenes de magnitud (urbano,> 2.500 personas kilometros -2; denso,> 100 personas km-2; residencial, a 10 - 100 personas km-2; poblada, 1-10 personas km-2; remota; <1 persona km-2; salvaje, 0 personas km-2). Entonces, anthromes se clasificaron mediante la aplicación de una serie de umbrales de clasificación para datos reticulados

globales de la superficie cubierta por los asentamientos urbanos, el arroz, los cultivos de regadío como de secano y pastizales, como se detalla en el Apéndice S3 y se describe a continuación.

La clasificación Anthromes 2 utiliza los mismos cinco niveles básicos de clasificación anthrome como Anthromes 1 (véase el Apéndice S3; anthrome "grupos" en Ellis & Ramankutty, 2008), mientras que la simplificación del sistema para mejorar la coherencia y la interpretación de anthrome clases. El nivel 'boscoso' de Anthromes 1 se amplió a un nivel "seminatural" incorporando tanto los bosques y 'sin árboles habitadas y las tierras áridas ", conservando el significado general de este nivel como tierras con niveles relativamente bajos de la agricultura y el uso del suelo urbano (Tabla 1 véase el Apéndice S3). Se retuvieron THEMOST aspectos distintivos de Anthromes 1 clases al tiempo que simplifica anthrome identificación de clase y la interpretación por el colapso de las clases de la aldea de 6 a 4, tierras de cultivo clases 5-4, y las tierras silvestres clases 3-2. Clasificación se simplificó aún más mediante la estandarización en una sola ' dominante "umbral de cobertura de suelo del 20% y el uso de este para clasificar anthromes manera decreciente, según su intensidad de uso del suelo y la densidad de población, empezando por el de uso más intensivo (urbana> Arroz> regadío> recortadas> pastoreo) y la densidad de población (urbana > densa> residencial> poblada> remotos) anthromes y terminando con las áreas silvestres al final (véase el apéndice S3). La identidad de anthromes aldea fue aclarado mediante la limitación de estos sólo a las regiones con historia de la agricultura de subsistencia intensiva (áreas fuera de América del Norte, Australia y Nueva Zelanda; consulte el Apéndice S3). Para simplificar la interpretación, anthrome niveles fueron agregados en tres categorías básicas: 'anthromes usados "(una combinación de los asentamientos densos, pueblo, tierras de cultivo y los niveles anthrome pastizales),' anthromes seminaturales» y tierras silvestres. Aunque la configuración espacial de las áreas silvestres que quedan en la tierra es en parte el resultado de la actividad humana, su ecología todavía se considera distinta de la de anthromes y por lo tanto se conocen como "áreas silvestres" y no como "tierras silvestres anthromes '.

Nivel Clase Descripción

Asentamientos densos Asentamientos urbanos densos y otros

11 Urbano Entornos construidos densos con altas poblaciones

12 Asentamientos mixtos Suburbios, pueblos y asentamientos rurales con poblaciones altas pero fragmentados

Pueblos Asentamientos agrícolas densos

21 aldeas de arroz pueblos dominados por el arroz con cascara

22 pueblos de regadío Pueblos dominados por cultivos de regadío

23 pueblos de secano Pueblos dominados por la agricultura de secano

24 pueblos pastorales Pueblos dominados por pastizales

Las tierras de cultivo Tierras utilizadas principalmente para cultivos anuales

31 Las tierras de cultivo de regadío Residenciales Las tierras de cultivo de regadío con las poblaciones humanas sustanciales

32 Las tierras de cultivo de secano Residenciales Las tierras de cultivo de secano con las poblaciones humanas sustanciales

33 Las tierras de cultivo de secano poblada Las tierras de cultivo con las poblaciones humanas significativas, una mezcla de cultivos de regadío y de secano.

35 tierras de cultivo a distancia Las tierras de cultivo que carecen de poblaciones significativas

Pastizales Tierras utilizadas principalmente para el pastoreo de ganado y pastos.

41 pastizales Residenciales Pastizales con las poblaciones humanas sustanciales

42 praderas pobladas Pastizales con poblaciones humanas significativas

43 pastizales remotos Los pastizales sin poblaciones humanas significativas

Terrenos seminaturales Tierras habitadas con un uso de menor importancia para la agricultura y los asentamientos permanentes.

51 bosques Residenciales Regiones forestales con el uso del suelo menor y poblaciones importantes.

52 bosques poblados Regiones forestales con el uso del suelo de menor importancia y las poblaciones significativas.

53 bosques remotos Regiones forestales con el uso del suelo menor sin poblaciones significativas

54 Habitada sin árboles y tierras áridas Regiones sin cobertura arbórea natural que tiene el uso del suelo de menor importancia y una gama de poblaciones

Áreas Silvestres Tierras sin poblaciones humanas o uso sustancial de la tierra

61 bosques silvestres Los bosques y la sabana

62 Sin árboles salvajes y tierras áridas Regiones sin cobertura de árboles naturales (pastizales, arbustales, la tundra, el desierto y las tierras áridas)

Sensibilidad clasificación

Para el desarrollo del procedimiento de clasificación Anthromes 2 se utiliza aquí, una variedad de algoritmos fueron exploradas hacia el objetivo de replicar las clases Anthromes 1 lo más posible el uso de un procedimiento sencillo, tanto desde el original Anthromes 1 conjunto de datos de entrada y de la información del año 2000 de nuestra conjunto de datos históricos.

Similitudes entre mapas con las definiciones y los números de clase clases diferentes se probaron utilizando V estadística de Cramer (Rees, 2008), un indicador simétrica adimensional de asociación corregida para el azar que es similar a la de Kappa, con 1 representa mapas idénticos y 0 representa la ausencia de relación entre mapas, calculada a partir del área de tierra ponderados tabulaciones cruzadas de las cuadrículas asignadas (véase el apéndice S4). Los valores de V de Cramer anteriores 0.4 y 0.6 indican 'relativamente fuerte' y similitudes "fuertes" entre los conjuntos de datos, respectivamente (Rea y Parker, 1997).

La fuerte similitud de Anthromes 1 y 2 de clasificación fue demostrado por valores altos de V de Cramer cuando el modelo Anthromes 2 se aplicó a theAnthromes 1 conjunto de datos de entrada (0,67; ver Apéndice S4 y Tabla 1). La similitud se mantuvo relativamente fuerte, incluso cuando se aplicaron los dos modelos de clasificación diferentes para sus dos bases de datos nativas diferentes (V de Cramer = 0,53), especialmente cuando se considera Anthromes 2 mapas para 2000 en comparación con 1900 (V de Cramer = 0,46) y la comparación del potencial biomas de vegetación (Ramankutty y Foley, 1999) con los biomas Olson (Olson et al, 2001;. V de Cramer = 0,49). La sensibilidad de Anthromes 2 de clasificación para la elección del umbral de modelo, las variaciones en los conjuntos de datos de entrada, y la resolución espacial de los análisis también se puso a prueba en relación con los cambios entre los períodos de tiempo, y en comparación con el 1Mapa Anthromes y mapas de vegetación potencial que se detallan en el Apéndice S4. Con una sola excepción, se observaron las mayores diferencias entre los mapas de distintos períodos temporales (V de Cramer de 0,46 para el año 2000 en comparación con 1900, disminuyendo a 0,33 en 1700; Apéndice S4 andTable 1), con cambios en anthrome áreas de nivel de 82% a 135% con relación a 2000 (Apéndice S4 y Tabla 2). Enrudecimiento la resolución espacial de análisis (0.5 ° de cuadrícula y 7.700 km2 hexágonos de igual área) tuvo el segundo mayor efecto (V de Cramer tan bajo como 0,48), especialmente al nivel de los asentamientos densos, produciendo el único caso de un efecto mayor que el cambio temporal. Reducir a la mitad y duplicar los umbrales de clasificación anthrome para clases de tierra y población también produjeron diferencias significativas, pero estos fueron mucho menores que las que existen entre los períodos de tiempo y las resoluciones espaciales (V de Cramer tan bajo como 0,59; anthrome cambios de nivel entre 19% y 89%), mientras que el uso de conjuntos de datos de entrada con diferentes hipótesis del modelo, y con el aumento y disminución de la población y el uso del suelo tuvo los efectos más pequeños, con Cramer'sVs superiores a 0,94 y anthrome cambios de nivel entre el 4% y el 51% del año estándar de los valores de 2000.

Áreas de anthromes, 'tierras usadas "y áreas Anthrome" tierras ociosas "representan superficies totales de tierra dentro anthrome células y, por tanto, incluyen tanto las tierras en uso para la agricultura y los asentamientos y los que no tienen dicho uso. Por lo tanto, las zonas de las diferentes clases de uso del suelo pueden calcularse dentro de cada clase anthrome, por ejemplo, la superficie de pastos o cultivos de uso del suelo en pastizales anthromes, cultivos y tierras urbanas dentro de tierras de cultivo anthromes o cultivos y tierras urbanas dentro anthromes urbanas.

Para facilitar la investigación mundial de tierras con y sin uso para la agricultura y los asentamientos, se define aún más la categoría de "tierras usadas" como la suma de todos los cultivos, pastos y zonas de uso del suelo urbano dentro de cada célula. Las áreas de "tierras ociosas" fueron calculados a partir de las áreas de tierra que quedan en las células después se restaron las áreas 'de la tierra utilizada. 'Tierras no utilizadas' Así, se definen como "las tierras no se use para la agricultura o asentamientos urbanos 'y, por tanto, que todavía contiene tierras administradas para usos distintos de los cultivos, los pastos y los asentamientos urbanos (por ejemplo, la silvicultura, la minería, parques y viviendas no urbanas), junto con los ecosistemas

terrestres ya sea recuperando de alguna utilidad, o nunca utilizado directamente por los seres humanos. A menos que se indique lo contrario, "tierras ociosas" incluyen tanto las tierras no utilizadas incrustadas en anthromes y áreas forestales anthromes externos.

RESULTADOS

Los cambios globales y regionales en los biomas y anthromes, 1700-2000

Los cambios en áreas globales

Anthromes aremapped por siglo en la fig. 1 y caracterizado como un porcentaje de la tierra libre de hielo por bioma y la región en la figura. 2 (véase el apéndice S5 para las estadísticas más completas; conjuntos de datos originales y los mapas en línea están disponibles en: http://ecotope.org/ anthromes/v2). La Figura 3 muestra el porcentaje de la población mundial y las tierras usadas y no usadas se encuentra dentro de cada anthrome. En 1700, aproximadamente el 95% de la tierra libre de hielo de la Tierra se encontraba en las tierras silvestres y anthromes seminaturales (Fig. 2a). Para el año 2000, el 55% de la tierra libre de hielo de la Tierra se había transformado en pastizales, tierras de cultivo, pueblos y anthromes densamente pobladas, dejando menos del 45% de su hábitat natural de la biosfera terrestre y seminatural (Fig. 2a). Además, los cambios antropogénicos entre 1700 y 1800 fueron muchos menores que las de los siglos siguientes, y la tasa de cambio aumentaron con el tiempo. Como resultado, el siglo 20 se destaca no sólo como el período más dinámico de la transformación de los ecosistemas antropogénica de los últimos 300 años, sino también como el período durante el cual la biosfera terrestre transición de un estado salvaje y sobre todo a un estado seminatural utilizado principalmente (. Fig. 2a).

Los cambios en los biomas

Transformación antropogénica de la mayoría de los biomas seguido tendencias similares, con algunas excepciones importantes (Fig. 2B). Los biomas más fríos y secos, incluidos los bosques, la tundra y los desiertos boreales y mezclados, mostraron muy poco cambio en el área silvestre con el tiempo. Lo mismo se observó en los biomas Olson análogos (véase el Apéndice S1), con excepción de los "desiertos y matorrales xéricos 'bioma, probablemente debido a que fusiona matorrales con desiertos. Bosques caducifolios templados ya se utilizaban bastante fuertemente en 1700 (28% en anthromes utilizados), pero la mayoría de los bosques, sabanas y pastizales fueron predominantemente en uso en los niveles inferiores, seminaturales. Durante los próximos 300 años, la mayoría de estos biomas fueron convertidos en tierras salvajes y seminaturales en tierras de cultivo, pastizales y otros anthromes utilizados más intensivamente (Fig. 2b).

Las diferencias en el bioma composición ayudan a explicar algunas diferencias regionales en las modalidades de transformación de bioma (Fig. 2c), incluyendo el mantenimiento a largo plazo de las áreas silvestres en el Cercano Oriente, África y Eurasia, que tienen grandes desiertos y / o zonas boreales. Pero otras diferencias regionales son distintas de este, incluyendo los altos niveles pre-industriales de las áreas silvestres en América del Norte, Australia y Nueva Zelanda, y en América

Latina y el Caribe, y su conversión muy dramático utilizado anthromes el año 2000. Estas regiones contrastan con África, Asia y Oceanía, que eran principalmente seminatural en 1700 y luego se transformó en anthromes tierras de cultivo y de las aldeas más intensamente utilizadas. Europa, que se utiliza sobre todo en 1700, se quedó de esa manera.

Los cambios en la población humana

Como las poblaciones humanas y el uso de la tierra ampliaron 1700-2000, su distribución entre anthromes también cambió (Figura 3a). En 1700, casi la mitad de la población humana de la Tierra vivía en tierras seminaturales - finamente dispersos en paisajes relativamente ampliamente utilizados, y el resto viven casi por igual en las tierras de cultivo y pueblos (Fig. 3a). Para el año 2000, esto había cambiado por completo, con sólo el 4% que aún viven en anthromes seminaturales y más de la mitad viven en las aldeas (51%). La mitad de la población de la Tierra vive en ciudades (UNFPA, 2007), de los cuales aproximadamente el 60% reside en anthromes urbanas (29% de la población mundial), con el otro 40% de las poblaciones urbanas que habitan en las ciudades y pueblos más pequeños incrustados dentro de los pueblos y otros anthromes.

Los cambios en la distribución de la tierra dentro y entre anthromes

Los cambios en la distribución de la tierra libre de hielo entre anthromes seguido tendencias similares a las de la población, con un dramático alejamiento de anthromes seminaturales y áreas silvestres hacia los anthromes utilizados (Fig. 3a, b). Sin embargo, los asentamientos densos y poblados, los niveles anthrome más poblados, constituyen aún hoy en día menos del 8% de la superficie mundial libre de hielo. Cambie las tendencias en las tierras no utilizadas (Fig. 3c) continuó a parecerse a las de la superficie total (Fig. 3b), incluso mientras su superficie total se redujo en un 34% a nivel mundial, de casi el 95% de la tierra libre de hielo de la Tierra en el año 1700 a sólo 61% en 2000. Durante este período, la porción de terrenos no utilizados que fueron incorporados dentro de los anthromes seminaturales y usados, y por lo tanto fuera de las áreas silvestres, se mantuvo bastante estable, flotando cerca de la mitad del total mundial de 1700-1800 y el aumento de alrededor del 60% en 1900 y permanecer allí (Fig. 3c) Sin embargo, la proporción mundial de las tierras no utilizadas incrustados dentro de los anthromes utilizadas se multiplicó por diez desde 1700 hasta 2000, del 3% al 30% del total mundial, con las tierras no utilizadas incrustados en los anthromes seminaturales disminución simultánea de 45% al 29% de la superficie mundial quede inutilizada.

De 1700-2000, las tierras utilizadas para la agricultura y los asentamientos urbanos aumentó de 5% a 39% del área total de la tierra libre de hielo, mientras que conserva una proporción bastante constante de los asentamientos densos, aldeas y campos de cultivo (Fig. 3d). Sin embargo, la extensión de las tierras de pastoreo se incrementó rápidamente en todos los siglos, sustituyendo en el futuro seminatural como el nivel anthrome dominante entre 1900 y 2000 (Figura 3b, d). Como resultado, el cambio de uso de la tierra mundial más importante de la revolución industrial en términos de superficie total fue la expansión de los pastizales del 3% de la tierra libre de hielo en 1700 al 26% en 2000 (Fig. 3e). Durante este período, los pastos pasado de ser

predominantemente un uso de la tierra de menor importancia intrínseca de los anthromes seminaturales a convertirse esencialmente un anthrome en sí mismo, con casi tres cuartas partes de todos los potreros ubicados dentro de pastizales anthromes el año 2000 (Fig. 3e). Del mismo modo, las áreas de cultivo aumentaron espectacularmente durante la Revolución Industrial, de aproximadamente 2% en 1700 a aproximadamente el 12% de la superficie terrestre mundial para el año 2000, y al igual que las tierras de pastoreo, los cultivos también se hicieron menos un componente de anthromes seminaturales que el componente de la definición de las tierras de cultivo y el pueblo anthromes durante este período (Fig. 3f). Zonas de regadío también aumentaron rápidamente, sin embargo, siempre se concentran en los más intensamente utilizada de las anthromes agrícolas - los pueblos y tierras de cultivo -- con su aumento provoca "aldeas de arroz ',' pueblos regados" y "tierras de cultivo de regadío residenciales para expandirse con el tiempo (. Fig. 3g). Por último, las tierras transformadas con mayor intensidad en la tierra, tierras urbanas, también se expandieron en el más dramático de la moda de todo, el cambio en un factor de 40 desde casi insignificante en 1700 (0,01% del total de tierras) a 0,4% de todas las tierras en 2000 (0.53 x 10 6 km 2), pasando de un componente menor de las aldeas y campos de cultivo de convertirse en el uso de la tierra que define a anthromes urbanas para el año 2000 (Fig. 3h).

2000

1900

Figura 1 biomas antropogénicos, 1700-2000 (anthromes; descripciones de las clases de la Tabla 1). Límites de la región (2000) se distinguen por las líneas negras; mismas regiones que Ellis & Ramankutty (2008). Proyección de Eckert IV.

1800

1700

Figure 1 Continued

Caminos y la dinámica de transformación bioma

La visión clásica de la biosfera, como consta de los biomas de vegetación natural, se ilustra en la figura. 4 (a) junto con mapas que retratan la medida global a la que estos se transformaron en anthromes por 1700 (Fig. 4c) y 2000 (Fig. 4B). De estas cifras se desprende que, incluso en 1700, un poco más de la mitad de la biosfera terrestre ya estaba habitada y utilizada de manera significativa (Fig. 4c), aunque en su mayoría a niveles relativamente bajos seminaturales y sobre todo en Europa, África subsahariana, Asia meridional y Este de Asia y América central. Para el 2000, la inmensa mayoría de la biosfera terrestre se había transformado en anthromes (figuras 2a, 4b y 5a), el resultado de la conversión de la mitad de las tierras silvestres (ambas figuras 4d y 5a) y los anthromes seminaturales (Figuras 4e y 5 bis) de 1700 en anthromes utilizados. Las áreas silvestres históricos de 1700 se convirtieron en pastizales en la mayor parte del mundo y de las tierras de cultivo en América del Norte y Australia del Sur (Fig. 4d). Los terrenos seminaturales de 1700 se convirtió en una mezcla de pastizales y tierras de cultivo en la mayor parte del mundo, y los pueblos de Asia (Fig. 4e).

La dinámica de la transformación antropogénica diferían profundamente entre los biomas (Fig. 5b). Bosques, la tundra y los desiertos boreales y mixtos cambiado poco en los últimos 300 años, con menos del 20% de sus tierras silvestres transformadas y más cambio que se produce en zonas ya transformadas para anthromes seminaturales en 1700. Contrastando con esto, praderas, sabanas y matorrales mostraron los grandes cambios en el tiempo, con todos estos experimentar> 80% de conversión en anthromes utilizados 1700-2000. La mayor parte de esto fue el resultado de convertir ambas áreas silvestres y anthromes seminaturales a los pastizales, aunque la conversión a tierras de cultivo fue sustancial en los pastizales (28%), sabana (23%) y matorrales densos (19%).

Bosques mostraron un cambio más moderado. En el transcurso de la Revolución Industrial, cerca de un tercio de los bosques tropicales de hoja perenne de la tierra se convirtieron en anthromes utilizados (desde las tierras silvestres y anthromes seminaturales), y alrededor del 22% de sus tierras vírgenes se convirtieron en pastizales seminaturales y anthromes. Más de la mitad de la zona de las otras tierras arboladas biomas se transformaron en anthromes utilizados entre 1700 y 2000. Bosques caducifolios tropicales se transformaron principalmente en pastizales (28%) y pueblos (24%), mientras que los bosques templados se transformaron en tierras de cultivo (23 -28%), pueblos (14-18%) y los asentamientos densos (4-7%), con más cambios que ocurren en áreas previamente cubiertas por anthromes seminaturales.

Figura 2 Los cambios globales en anthromes, 1700-2000, expresados como porcentaje de la superficie mundial libre de hielo de la tierra (a), como porcentaje de la superficie terrestre dentro potenciales biomas de vegetación natural, (b; Ramankutty y Foley, 1999) y en porcentaje de área de región global (C; regiones descritas en la Figura 1.). Columnas en (a), (b) y (c) la suma de 100% libre de hielo superficie terrestre del planeta. Las tendencias en las áreas combinadas de anthromes 'utilizados' se destacan por el sombreado de color rojo y las zonas silvestres mediante sombreado verde; anthromes seminaturales dejan en blanco. Anthrome cambios dentro de las clases de biomas Olson (Olson et al., 2001) se encuentran en el Apéndice S1

Estado actual de la biosfera antropogénico

La historia y la intensidad de la transformación del suelo varían enormemente en toda la superficie de la tierra, con algunos biomas y regiones casi totalmente transformadas y otros casi no influenciados por la actividad humana directa (figuras 2 y 6). Los mapas en la fig. 6 resumir e ilustrar estas diferencias y sus dinámicas de una manera general. En 1700, la mayor parte de la tierra de la tierra fue moderadamente ya transformados por las poblaciones humanas y el uso del

suelo (Fig. 6a). En siglos posteriores, el uso del suelo se intensificó, aceleró y se extendió en los patrones de alta dinámica y muchas veces contradictorios (Fig. 6b, c, d), de tal manera que aun cuando la mayoría de las regiones se están transformando en la mayoría de sus tasas rápidas de la historia, otros, como el este de América del Norte y la periferia norte de la antigua Unión Soviética experimentaron una atenuación de la influencia humana, especialmente en la (Fig. 6d) del siglo 20. Y mientras que las regiones que experimentan la transformación más intensa, a las aldeas y campos de cultivo (Fig. 6f), tendieron también a tener los períodos más largos de la vida humana y el uso del suelo (Fig. 6 g), esto no fue siempre el caso, especialmente, en el pastizales del centro de América del Norte, que experimentaron una importante transformación (Fig. 6f), pero en su mayoría no utilizados para la agricultura y los asentamientos urbanos antes de 1800 (Fig. 6a, b).

Incluso después de 300 años de extensa transformación antropogénica, más del 60% de la biosfera terrestre no se utiliza directamente para la agricultura o asentamientos urbanos (Fig. 3c). De estas tierras no utilizadas que aún permanecen en la tierra en 2000, sólo un 40% son tierras vírgenes (véase el apéndice S5;. Fig. 7). El otro 60% se inserta dentro de los asentamientos densos (1%), pueblos (3%), las tierras de cultivo (7%), pastizales (19%) y anthromes seminaturales (29%). En conjunto, estas tierras no utilizadas incorporadas (Fig. 6h) representan una extensión de los ecosistemas terrestres alterados por el hombre que es sustancialmente mayor que la de todos las áreas silvestres que quedan en la tierra combinados, que representa alrededor del 37% de toda la tierra libre de hielo (19% en anthromes de segunda mano, 18% seminaturales). Aún así, la extensión global, el tipo, la duración y la intensidad de la transformación antropogénica de estas tierras no utilizadas embebidas es un desafío de determinar. La estimación de la magnitud de anthromes mayores, con más de 300 años desde su transformación de tierras silvestres (Fig. 6 g), y con áreas significativas (> 20%) de sus tierras restantes no utilizados (Fig. 6i), revela que potencialmente antiguas nuevos ecosistemas antropogénicos ahora cubren más del 19% de toda la tierra libre de hielo (11% en anthromes utilizados, 8% en seminatural). El grado en que las tierras restantes no utilizados de la tierra están presentes en áreas silvestres frente incrustados en diferentes anthromes se ilustra para distintos biomas y regiones en la fig. 7 (a) y (b), respectivamente. De esto, está claro que sólo los biomas fríos y secos (boreales, matorrales, desiertos), y las regiones del mundo, con grandes extensiones de estos (América del Norte, Australia y Nueva Zelanda, el Cercano Oriente y Eurasia) todavía tienen grandes extensiones de las tierras silvestres. La mayor parte de las tierras ociosas de la Tierra están ahora incrustadas dentro de los paisajes agrícolas y liquidados de seminatural, pastizales, tierras de cultivo y de las aldeas anthromes.

Figura 3 Los cambios globales en anthromes, 1700-2000, en relación con la población global (a) y el uso de la tierra (b-h). Porcentajes globales para cada período de tiempo están en la parte superior, los valores absolutos de la parte inferior (las escalas son diferentes para cada variable, como se marca), para la población mundial (a), toda la tierra libre de hielo (b), las tierras no utilizadas (c; tierras no en uso para la agricultura o asentamientos urbanos), las tierras utilizadas (d; cultivos + pasturas + urbana), pastizales (e), surgido de la tierra (f), las tierras de regadío (g) y suelo urbano (h).

Figura 4 biomas vegetación natural potencial (A; Ramankutty y Foley, 1999) y su transformación antropogénica 1700-2000 (b-d). Niveles de anthrome transformación de la biosfera terrestre en el año 2000 (b) y en 1700 (c) se ilustran, junto con el año 2000 anthrome niveles de las áreas silvestres de 1700 de la era (d) y anthromes seminaturales (e). Los espacios en blanco en (d) y (e) son zonas de no-salvajes y no seminaturales, respectivamente, en 1700. proyección Eckert IV

Figura 5 La transformación de la biosfera terrestre (a) y potenciales biomas naturales de vegetación (b; Ramankutty y Foley, 1999). 1700-2000 Año 1700 anthrome niveles en toda la biosfera terrestre (a) y dentro de cada bioma vegetación potencial (b) se representan mediante barras horizontales en la parte superior de (a) y (b); bares suman el 100% de la superficie terrestre del planeta libre de hielos. Cambios Anthrome nivel 1700-2000 a través de la biosfera terrestre (a) y dentro de cada bioma vegetación potencial (b) se ilustran mediante gráficos de áreas verticales que representan toda la tierra (toda la tierra; una a la izquierda; b en la fila superior), y el 1700 áreas de tierras silvestres, anthromes seminaturales y anthromes utilizados (a la derecha en una; filas inferiores en b).

DISCUSIÓN

Anthromes como descriptores de la biosfera

Límites a anthrome clasificación

Anthromes, como biomas, son generalizaciones útiles para la comprensión de los patrones globales de forma ecosistema y process.Moreover, anthromes proporcionan un marco sencillo para evaluar y modelar el pasado y el futuro biótico global y patrones ecológicos a la luz de la magnitud, intensidad y duración de su modificación por los seres humanos. Aún así, anthromes, como biomas o cualquier otro sistema de clasificación mundial, se basan en intercambios subjetivos entre detalle y sencillez y por lo general requieren una variedad de compromisos prácticos para hacer su cartografía posible con los datos disponibles. Un ejemplo de un intercambio de este tipo es el uso de umbrales de clasificación a priori, que obligan a la división de las tierras en diferentes categorías en un determinado valor de una variable, aun cuando pueden diferir ligeramente. Un caso importante de ello es la distinción entre las áreas silvestres y los bosques remotos, pastizales y tierras de cultivo anthromes, que puede ser diferente sólo por muy pequeñas diferencias en la densidad de población y el uso de la tierra (véase el apéndice S3). Por ello es necesario que cualquier clasificación anthrome, incluido éste, se aplica con pleno conocimiento de estas limitaciones y con la consideración del hecho de que otras clasificaciones anthrome son posibles. Diferentes sistemas, sin duda, podrían dar resultados diferentes, dependiendo tanto de las diferencias en el modelo de clasificación y en los datos utilizados como entrada.

DISCUSIÓN

Anthromes como descriptores de la biosfera

Límites a anthrome clasificación

Anthromes, como biomas, son generalizaciones útiles para la comprensión de los patrones globales de forma ecosistema y el proceso. Por otra parte, anthromes proporcionan un marco sencillo para evaluar y modelar el pasado y el futuro biótico global y patrones ecológicos a la luz de la magnitud, intensidad y duración de su modificación por los seres humanos. Aún así, anthromes, como biomas o cualquier otro sistema de clasificación mundial, se basan en intercambios subjetivos entre detalle y sencillez y por lo general requieren una variedad de compromisos prácticos para hacer su cartografía posible con los datos disponibles. Un ejemplo de un intercambio de este tipo es el uso de umbrales de clasificación a priori, que obligan a la división de las tierras en diferentes categorías en un determinado valor de una variable, aun cuando pueden diferir ligeramente. Un caso importante de ello es la distinción entre las áreas silvestres y los bosques remotos, pastizales y tierras de cultivo anthromes, que puede ser diferente sólo por muy pequeñas diferencias en la densidad de población y el uso de la tierra (véase el apéndice S3). Por ello es necesario que cualquier clasificación anthrome, incluido éste, se aplica con pleno conocimiento de estas limitaciones y con la consideración del hecho de que otras clasificaciones

anthrome son posibles. Diferentes sistemas, sin duda, podrían dar resultados diferentes, dependiendo tanto de las diferencias en el modelo de clasificación y en los datos utilizados como entrada.

En el lado positivo, nuestro sistema actual anthrome demostró tener más en común con el sistema original de Ellis & Ramankutty (2008) que los dos sistemas clásicos bioma que se utilizó en este estudio tenían entre sí (véase el apéndice S4). Por otra parte, el grado de variación introducida por nuestra elección de modelo, los datos y la resolución espacial de análisis, aunque significativo, era cuantificable y bastante previsible, con los mayores efectos causados por el cambio de resolución espacial, y con todas estas variaciones es sustancialmente menor que las causadas por cambios en el tiempo (ver Apéndice S4). Por ejemplo, en comparación con nuestra estimación de área estándar para el año 2000, las tierras silvestres globales estiman en alrededor de variada? 20% a través de conjuntos de datos y modelos, pero se redujo en un 79% en la resolución más tosca de análisis, con nuestra estimación 1700 estándar es 95% inferior a la de 2000.

Interpretación de la ecología de anthromes

Las propiedades ecológicas de anthrome clases también también interpretarse con cierta cautela. Por ejemplo, mientras que el uso de pastos que define pastizales anthromes suele ser indicativo de una mayor herbivoría y la perturbación por las poblaciones de ganado, también hay casos en que los efectos ecológicos del uso de la tierra de pastos en el formulario y la diversidad de la vegetación puede ser muy pequeño, de manera que pastizales pueden parecerse a los de cerca las áreas silvestres dentro de un determinado bioma (Steinfeld et al., 2006). Además, a diferencia de los biomas clásicos, que intentan representar formas bastante homogéneas de vegetación, anthromes representan mezclas complejas de diferentes usos de la tierra y cubiertas de tierra que son mucho más difíciles de caracterizar en términos simples (Ellis y Ramankutty, 2008). Por otra parte, las mismas características estadísticas poblaciones de humanos y de uso del suelo que definen un anthrome particular, pueden producir muy diferentes ecosistemas en los diferentes biomas, como pastizales remotos clasificadas en los bosques frente a los matorrales o desiertos. La misma clase anthrome también puede diferir de manera importante durante los diferentes períodos de la historia humana. Un ejemplo clave es proporcionado por los bosques seminaturales - arbolados con niveles relativamente bajos de uso de la tierra y las poblaciones humanas (véase cuadro 1 del apéndice S3). En 1700 y sobre todo antes, la mayoría de los bosques seminaturales probablemente fueron manejadas por los agricultores itinerantes, dejando la mayor parte de su vegetación forestal en etapas relativamente tempranas de la recuperación de la limpieza del terreno y el uso breve para la agricultura (Hurtt et al, 2006;. Ruddiman & Ellis, 2009) . Para el año 2000, sin embargo, la agricultura migratoria era mucho menos común, dejando bosques seminaturales en regiones con terreno heterogéneo que permite el uso parcial de las tierras para la agricultura, como en gran parte del sudeste de Asia (Fig. 1), y en áreas que experimentan el abandono agrícola, como el este de Estados Unidos y el norte de Europa (Fig. 6d). En ambos casos, estos anthromes probablemente soportan los bosques en etapas mucho más tarde de sucesión, ya menudo con los asentamientos humanos por debajo de la cubierta forestal (Rudel et al., 2005).

Figura 6 patrones globales de transformación antropogénica y novedoso desarrollo del ecosistema, 1700-2000. Transformaciones de suelo antropogénica se resaltan mediante un índice de transformación calculada restando anthrome clases entre períodos de tiempo (de la leyenda en la parte superior a la derecha), a pesar de cambiar hasta 1700 (a), entre 1700 y 1800 (b), 1800 y 1900 (c), 1900 y 2000 (d), 1700 y 2000 (e) y para todo el cambio hasta 2000 (f).

Tiempo transcurrido desde la conversión a anthromes (g), el porcentaje de anthrome área consiste en tierras no utilizadas incorporadas (h; tierras no utilizadas para la agricultura o asentamientos, sin incluir las tierras silvestres), y el nivel anthrome de todas las células con> 20% cubierta por tierras no utilizadas con al menos 300 años transcurridos desde su conversión de biomas silvestres (i). Proyección de Eckert IV.

Figura 7 Evolución de las superficies de tierras no utilizadas y su distribución entre anthromes 1700-2000 dentro potenciales biomas de vegetación natural, (a) y regiones (b). Áreas de tierras no utilizadas (tierras no utilizadas para la agricultura o asentamientos) dentro de los biomas de vegetación potencial (a) y regiones (b) se representan como porcentaje de la tierra mundial libre

de hielo a la izquierda en (a) y (b) las áreas relativas de potenciales biomas de vegetación se destacan en (b) el uso de los mismos colores que en (a); columnas suman 100% de la superficie global. Los cambios en la distribución de tierras ociosas entre anthromes con el tiempo se ilustran a la derecha dentro de cada bioma vegetación potencial (a) y región (b) como un porcentaje del área total de la tierra no utilizada en cada momento (suma = 100% de la superficie no utilizada dentro de cada bioma o región en cada momento). Las tendencias en las áreas combinadas de 'anthromes utilizados' se destacan por el sombreado de color rojo y las zonas silvestres mediante sombreado verde; anthromes seminaturales se dejan en blanco.

La comprensión científica de la ecología anthrome

Las dificultades en la interpretación de los patrones ecológicos globales creados y sostenidos por las interacciones humanas directas con los ecosistemas son el resultado de nuestra comprensión científica muy limitada de los sistemas humanos y ecológicos acoplados (Turner et al, 2007;. Ellis & Ramankutty, 2008). Ciertamente, nuestra comprensión de estos sistemas es muy inferior a nuestra comprensión de los patrones ecológicos globales producidos por los procesos biofísicos solamente. Si bien las observaciones de teledetección han revolucionado nuestra capacidad de ver los patrones globales y la dinámica de la vegetación y otras tierras cubre toda la superficie de la tierra, las causas de estos patrones y sus dinámicas no son directamente observables desde arriba, o incluso desde el suelo, sin que los esfuerzos de investigación locales intensivos destinados a comprender tanto los sistemas ecológicos y humanos (Rindfuss et al, 2004;.. Turner et al, 2007; Ellis et al., 2009). Dado que tales esfuerzos son extremadamente costosos y requerir mucho tiempo, se requieren estrategias globales para asignar dichas observaciones locales con eficacia (Ellis et al., 2009). Al estratificar los patrones ecológicos globales creadas por los seres humanos, anthrome clasificación puede servir tanto como una ayuda en la selección de las muestras globales de los procesos de cambio de tierras locales para la observación y en la síntesis de estas observaciones en teoría, ayudar a construir una ecología global que incorpora los humanos como sostenida moldeadores y directivos de forma ecosistema local y global y la función.

Transformación antropogénica de la biosfera, 1700-2000

¿Cuándo empezó la biosfera terrestre convertirse antropogénico?

El análisis histórico de los cambios en anthrome extensión y composición confirman que la biosfera terrestre pasó de un salvaje principalmente a un estado principalmente antropogénico entre 1700 y 2000 y que la rápida intensificación del uso de la tierra en el siglo 20, finalmente llevado a la biosfera en su actual estado antropogénico (Fig. . 2a). Sin embargo, es importante reconocer que, si bien casi la mitad de esta transición fue causada por la transformación antropogénica de tierras que aún eran salvajes en 1700 (figuras 4d y 5 bis) la otra mitad se debe a la intensificación del uso del suelo en los anthromes seminaturales que ya cubierto casi la mitad de la biosfera terrestre en 1700 (figuras 4e y 5a). La importancia ecológica de más del 45% del hielo de la tierra libre de la tierra está habitado y utilizado en los niveles más bajos en 1700 no debe ser

subestimada, ya que alrededor del 60% de los bosques tropicales y templadas de la Tierra se incluyeron en esta área seminatural, las cuales fueron muy probablemente habitada principalmente por agricultores que pueden haber despejados casi toda la materia migratoria, un pequeño parche a la vez, en algún momento de la historia o la prehistoria (Ruddiman & Ellis, 2009). Por otra parte, incluso las zonas que carecen de poblaciones humanas significativas o el uso de la tierra para cultivos o pastos en 1700 y más tarde, y por lo tanto considerada "salvaje" en este análisis, aún puede haber sido alterado de manera significativa ecológicamente por el uso anterior de la tierra y por la búsqueda de alimento intensivo y sistemático por parte de poblaciones humanas dispersas (Cronon, 1983). También es importante señalar que la mayor parte de la transformación global de la tierra desde 1700 fue el resultado del aumento de las zonas de pasto y el consiguiente aumento de los pastizales anthromes (Fig. 2a).

Esto puede haber tenido un impacto relativamente ligeros en forma de ecosistemas y procesos, incluso en comparación con la conversión de tierras silvestres en los bosques remotos seminaturales, si éstos fueron gestionados por los agricultores itinerantes. Sin embargo, en casi cualquier punto de vista, la extensión de las poblaciones humanas y su uso de la tierra en el siglo 20 apoya la conclusión de que, para el año 2000, la mayor parte de la biosfera terrestre se transformó en patrones ecológicos predominantemente antropogénicos que combinan las tierras utilizadas para la agricultura y los asentamientos urbanos y su legado; el remanente, la recuperación y otros nuevos ecosistemas administrados incrustados dentro anthromes.

¿Cómo surgió la biosfera terrestre convertirse antropogénico?

El cambio global más grande de uso de la tierra en los últimos 300 años ha sido el aumento de seis veces cerca de la extensión global de los pastos 1800-2000 (figuras 2a y 3a). Este gran aumento en los pastos impulsó el surgimiento de nuevos anthromes pastizales a través de la naturaleza y en su mayoría los biomas más secas de América, Australia, Asia Central y el sur de África (Figuras 1 y 4d) y en los anthromes seminaturales de los biomas mayormente húmedo boscosas de sub-África subsahariana, América central y Eurasia (Fig. 4e). El otro importante factor de transformación de la biosfera fue la rápida expansión de los cultivos y tierras de cultivo en las praderas silvestres de Norteamérica y Sudamérica, los matorrales y bosques silvestres

en el sur de Australia (Fig. 4d) y los pastizales seminaturales de Eurasia (Fig. 4e).

Si bien estas tremendas expansiones en el uso del suelo pueden parecer los más importantes cambios antropogénicos en la biosfera terrestre durante la Revolución Industrial, dado que juntos cubren casi el 50% de la tierra mundial, no hay que olvidar que en el mismo período éstas se combinaron con dramática intensificaciones de uso del suelo. Uso de la tierra causó la intensificación anthromes utilizados más intensamente para ampliar en cada siglo, no sólo en términos de las crecientes extensiones globales de aldeas y asentamientos densos, sino también por el aumento de las áreas de los anthrome clases más densamente pobladas dentro de cada nivel anthrome (Figuras 1, 2a y 6f). Por tanto, el descenso en picado de las dos áreas naturales y seminaturales anthromes en todo menos en los biomas más fríos y secos, debe interpretarse en el

resultado combinado de la expansión del uso del suelo y la intensificación del uso del suelo (figuras 2a y 5b). Como consecuencia de ello, la biosfera terrestre se utiliza ahora mucho más intensamente de lo que nunca ha sido, aunque algunos atenuación de uso de la tierra se produjo en el siglo 20 debido al abandono agrícola en el norte de Eurasia, el este de Estados Unidos y partes de África subsahariana (Fig. 6d).

Implicaciones de una biosfera antropogénico

La conservación de la naturaleza en anthromes

En este punto de la historia, alrededor del 40% de toda la tierra libre de hielo en la tierra está en uso directo para la agricultura o asentamientos urbanos (Fig. 3d). Un adicional de 37% de la tierra libre de hielo no es utilizado en la actualidad para estos fines, pero está incrustado dentro anthromes que tienen estos usos (Figs 6i y 7). Esto deja a las áreas silvestres en la minoría, un mero 22% de la superficie terrestre del planeta sin hielo, con alrededor del 85% de éstos se encuentra sólo en los biomas fríos y secos del mundo, un resultado que confirma las estimaciones anteriores (Sanderson et al., 2002) . Como la mayor parte de la tierra de la tierra no está actualmente en uso para la agricultura o asentamientos urbanos está ahora integrada dentro anthromes, es la ecología de estos incrustados "tierras ociosas" que deberíamos ahora importa más en la conservación de las especies y los ecosistemas que valoramos. El reto fundamental, por lo tanto, está en mantener, mejorar y restaurar las funciones ecológicas en el remanente, la recuperación y el manejo de ecosistemas formados por el uso del suelo y sus legados en los complejos multifuncionales mosaicos antropogénicas del paisaje que serán la forma predominante de los ecosistemas terrestres, hoy y en el futuro (Hobbs et al., 2006). Cada vez hay más evidencia de que algunas tierras utilizadas directamente para la producción agrícola pueden sostener altos niveles de biodiversidad, similares a los de las tierras no utilizadas para la agricultura o asentamientos, especialmente en las antiguas regiones agrícolas (Ranganathan et al, 2008;.. Chazdon et al, 2009) . Por otra parte, dependiendo de cómo se gestiona la estructura de mosaico de paisajes para mejorar los valores de conectividad y de hábitat, es posible mantener altos niveles de biodiversidad autóctona silvestre, incluso en anthromes urbanas y aldeas donde las tierras urbanizadas y los sistemas de cultivo intensivos predominan (Ricketts, 2001 ; Fahrig, 2003;. Lindenmayer et al, 2008;. Chazdon et al, 2009). Sin embargo, los esfuerzos para mantener y mejorar la biodiversidad en anthromes pueden ser impugnadas por el equilibrio entre los valores de conservación y los beneficios del uso de la tierra para la producción agrícola y los asentamientos (Chazdon et al., 2009). A pesar de este desafío, anthromes compuesto en su totalidad de las tierras agrícolas y liquidados son raros; mosaicos de paisajes que contienen áreas sustanciales de tierra agrícola sin resolver son la norma mundial (Fig. 6h). Como resultado, los esfuerzos mundiales para conservar, mejorar y restaurar la biodiversidad dentro anthromes pueden ser posibles sin desafiar directamente a estos usos de la tierra. El éxito en este esfuerzo requerirá que los ecosistemas antropogénicos novedosos ser el foco de la investigación ampliada, la supervisión y los esfuerzos de conservación más íntimo de los biomas terrestres, ya que su manejo óptimo, el paisaje y la estructura de la comunidad, la conectividad del hábitat, procesos de los ecosistemas y la dinámica siguen siendo poco conocidos y no se pueden predecir de forma

fiable de las tendencias pasadas o limitaciones ambientales históricos (Hobbs et al, 2006;. Lindenmayer et al, 2008;. Chazdon et al, 2009;. Jones y Schmitz, 2009).

Sistemas mundiales de observación y modelos apropiados para una biosfera antropogénico

El actual uso de la tierra global y los datos de población, modelos de vegetación, plataformas de sensores remotos y otros sistemas de adquisición de datos y los modelos son sin duda útiles para la investigación de patrones ecológicos actuales, pasado y futuro a través de la biosfera terrestre. De hecho, el presente estudio se realizó con éstos para investigar los patrones históricos y actuales, y métodos similares pueden ayudar a impulsar esta investigación sobre la prehistoria. Pero esto sigue siendo un mero bosquejo descriptivo. Quedan enormes incertidumbres en el conocimiento y la capacidad de modelar incluso los patrones mundiales actuales de la función del ecosistema y de la biodiversidad a través de la biosfera antropogénico.

Sólo ahora se están desarrollando sólidos modelos globales teóricos y predictivos de la dinámica de sistemas acoplados humanos y ecológicos (por ejemplo, Bouwman et al, 2006;.. Bondeau et al, 2007), y la mayoría tienden a centrarse en las interacciones de la cubierta terrestre con el clima, en lugar de ecosistemas. (por ejemplo Brovkin et al, 2006;. Olofsson y Hickler, 2008) Necesitamos modelos de sistemas humanos que son tan teóricamente fuerte, predictivo y útil como los mejores modelos biofísicos actuales del patrón de la biosfera natural, proceso y dinámica, y necesitamos estos modelos para ser acoplados entre sí para producir predicciones útiles de patrones ecológicos globales, procesos y dinámicas.

El remedio es claro, pero costoso y logísticamente desafiante: una biosfera humana observando y sistema de modelado basado en observaciones globales estandarizados de los sistemas humanos y ecológicos, junto en el campo. Sensores remotos del planeta es un enorme activo en este esfuerzo, pero es simplemente incapaz de observar las causas de la dinámica humana y ecológica. Necesitamos observaciones normalizadas de todo el espectro mundial de los ecosistemas antropogénicos que integren medidas ecológicas y estudios sociales de las prácticas humanas a las escalas espaciales relativamente finas en el que las relaciones entre ellos (Alessa y Chapin, 2008;. Ellis et al, 2009). En última instancia, sobre la base de estas observaciones, podemos construir fuertes modelos teóricos y aplicados de la dinámica de los ecosistemas antropogénicos a escala local, regional y mundial. Dado que la mayoría de la biosfera terrestre es ahora antropogénico, el futuro de todas las especies, incluida la nuestra, dependerá de la comprensión y la modelización del pasado, presente y futuro potencial ecología de nuestra biosfera antropogénico a medida que continuamos alterar directamente y gestionarlo.