Approaching the concepts of ecosystems resilience and stability through spatiotemporal system dynamics and agent-based modelling

RESUMEN: Se presenta un modelo ecohidrológico simplificado para evaluar cuantitativamente la resiliencia y estabilidad de los ecosistemas durante largos períodos. El modelo acopla el balance hidrológico de humedad del suelo con un conjunto de dinámicas espaciotemporales de sistemas y algoritmos basa...

Full description

Autores:
Cañón Barriga, Julio Eduardo
Tipo de recurso:
Article of investigation
Fecha de publicación:
2017
Institución:
Universidad de Antioquia
Repositorio:
Repositorio UdeA
Idioma:
eng
OAI Identifier:
oai:bibliotecadigital.udea.edu.co:10495/8926
Acceso en línea:
http://hdl.handle.net/10495/8926
Palabra clave:
Resiliencia (Ecología)
Dinámica de sistemas
Ecosystem
Rights
openAccess
License
Atribución-NoComercial-CompartirIgual 2.5 Colombia (CC BY-NC-SA 2.5 CO)
id UDEA2_b670a83ecfff4aea510da415038246f1
oai_identifier_str oai:bibliotecadigital.udea.edu.co:10495/8926
network_acronym_str UDEA2
network_name_str Repositorio UdeA
repository_id_str
dc.title.spa.fl_str_mv Approaching the concepts of ecosystems resilience and stability through spatiotemporal system dynamics and agent-based modelling
dc.title.alternative.spa.fl_str_mv Aproximación a los conceptos de resiliencia y estabilidad de ecosistemas a través de un modelo espaciotemporal de dinámica de sistemas y agentes
title Approaching the concepts of ecosystems resilience and stability through spatiotemporal system dynamics and agent-based modelling
spellingShingle Approaching the concepts of ecosystems resilience and stability through spatiotemporal system dynamics and agent-based modelling
Resiliencia (Ecología)
Dinámica de sistemas
Ecosystem
title_short Approaching the concepts of ecosystems resilience and stability through spatiotemporal system dynamics and agent-based modelling
title_full Approaching the concepts of ecosystems resilience and stability through spatiotemporal system dynamics and agent-based modelling
title_fullStr Approaching the concepts of ecosystems resilience and stability through spatiotemporal system dynamics and agent-based modelling
title_full_unstemmed Approaching the concepts of ecosystems resilience and stability through spatiotemporal system dynamics and agent-based modelling
title_sort Approaching the concepts of ecosystems resilience and stability through spatiotemporal system dynamics and agent-based modelling
dc.creator.fl_str_mv Cañón Barriga, Julio Eduardo
dc.contributor.author.none.fl_str_mv Cañón Barriga, Julio Eduardo
dc.subject.none.fl_str_mv Resiliencia (Ecología)
Dinámica de sistemas
Ecosystem
topic Resiliencia (Ecología)
Dinámica de sistemas
Ecosystem
description RESUMEN: Se presenta un modelo ecohidrológico simplificado para evaluar cuantitativamente la resiliencia y estabilidad de los ecosistemas durante largos períodos. El modelo acopla el balance hidrológico de humedad del suelo con un conjunto de dinámicas espaciotemporales de sistemas y algoritmos basados en agentes para representar las interacciones entre varias poblaciones de plantas en un área de grilla bajo diferentes restricciones de agua, suelo y temperatura. Las poblaciones de plantas se caracterizan por reglas alométricas (por ejemplo, leyes de potencia para tiempos generacionales y reproductivos; aproximaciones lineales para ganancias de agua y temperatura; pérdidas y valores óptimos; y un conjunto de reglas de interacción intra e interespecíficas basadas en respuestas de competencia altas, óptimas y bajas entre las poblaciones), que representan diferentes fenotipos de plantas. Los trastornos se determinan por una remoción de las poblaciones en un área dentro del dominio del modelo. La resistencia y la estabilidad se calculan con índices simples para determinar la capacidad del ecosistema para recuperarse de una perturbación. Los índices evaluados en cada población y sobre la estructura de todo el ecosistema muestran cómo las poblaciones responden de manera diferente a los disturbios, siguiendo patrones similares a los esperados en la naturaleza. El modelo puede representar la sucesión espacial y temporal del ecosistema después de ser perturbado, lo que sugiere que las diferencias en las características fenotípicas de las poblaciones de plantas pueden ser ventajosas o desventajosas para la recuperación del ecosistema. Palabras clave: Resiliencia de ecosistemas; estabilidad de ecosistemas; ecohidrología; modelos basados en agentes; dinámica de sistemas.
publishDate 2017
dc.date.issued.none.fl_str_mv 2017
dc.date.accessioned.none.fl_str_mv 2018-01-25T14:29:49Z
dc.date.available.none.fl_str_mv 2018-01-25T14:29:49Z
dc.type.spa.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/article
dc.type.coarversion.fl_str_mv http://purl.org/coar/version/c_970fb48d4fbd8a86
dc.type.coar.spa.fl_str_mv http://purl.org/coar/resource_type/c_2df8fbb1
dc.type.redcol.spa.fl_str_mv https://purl.org/redcol/resource_type/ART
dc.type.local.spa.fl_str_mv Artículo de investigación
format http://purl.org/coar/resource_type/c_2df8fbb1
dc.identifier.citation.spa.fl_str_mv S. Peña-Alzate and J. E. Cañon-Barriga, "Approaching the concepts of ecosystems resilience and stability through spatiotemporal system dynamics and agent-based modelling," Rev. Facultad de Ingeniería, no. 84, pp. 84-96, 2017.
dc.identifier.issn.none.fl_str_mv 0120-6230
dc.identifier.uri.none.fl_str_mv http://hdl.handle.net/10495/8926
dc.identifier.doi.none.fl_str_mv 10.17533/udea.redin.n84a10
dc.identifier.eissn.none.fl_str_mv 2422-2844
identifier_str_mv S. Peña-Alzate and J. E. Cañon-Barriga, "Approaching the concepts of ecosystems resilience and stability through spatiotemporal system dynamics and agent-based modelling," Rev. Facultad de Ingeniería, no. 84, pp. 84-96, 2017.
0120-6230
10.17533/udea.redin.n84a10
2422-2844
url http://hdl.handle.net/10495/8926
dc.language.iso.spa.fl_str_mv eng
language eng
dc.relation.ispartofjournalabbrev.spa.fl_str_mv Rev. Fac. Ing. Univ. Antioquia
dc.rights.*.fl_str_mv Atribución-NoComercial-CompartirIgual 2.5 Colombia (CC BY-NC-SA 2.5 CO)
dc.rights.spa.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
dc.rights.uri.*.fl_str_mv https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/2.5/co/
dc.rights.accessrights.spa.fl_str_mv http://purl.org/coar/access_right/c_abf2
dc.rights.creativecommons.spa.fl_str_mv https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/
rights_invalid_str_mv Atribución-NoComercial-CompartirIgual 2.5 Colombia (CC BY-NC-SA 2.5 CO)
https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/2.5/co/
http://purl.org/coar/access_right/c_abf2
https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.extent.spa.fl_str_mv 12
dc.format.mimetype.spa.fl_str_mv application/pdf
dc.publisher.spa.fl_str_mv Universidad de Antioquia, Facultad de Ingeniería
dc.publisher.group.spa.fl_str_mv Grupo de Investigación en Gestión y Modelación Ambiental (GAIA)
dc.publisher.place.spa.fl_str_mv Medellín, Colombia
institution Universidad de Antioquia
bitstream.url.fl_str_mv http://bibliotecadigital.udea.edu.co/bitstream/10495/8926/1/PenaSebastian_2017_ApproachingConceptsEcosystems.pdf
http://bibliotecadigital.udea.edu.co/bitstream/10495/8926/2/license_url
http://bibliotecadigital.udea.edu.co/bitstream/10495/8926/3/license_text
http://bibliotecadigital.udea.edu.co/bitstream/10495/8926/4/license_rdf
http://bibliotecadigital.udea.edu.co/bitstream/10495/8926/5/license.txt
bitstream.checksum.fl_str_mv 535064100399a62d044c0c1ca470d63d
4afdbb8c545fd630ea7db775da747b2f
d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e
d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e
8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33
bitstream.checksumAlgorithm.fl_str_mv MD5
MD5
MD5
MD5
MD5
repository.name.fl_str_mv Repositorio Institucional Universidad de Antioquia
repository.mail.fl_str_mv andres.perez@udea.edu.co
_version_ 1812173249913552896
spelling Cañón Barriga, Julio Eduardo2018-01-25T14:29:49Z2018-01-25T14:29:49Z2017S. Peña-Alzate and J. E. Cañon-Barriga, "Approaching the concepts of ecosystems resilience and stability through spatiotemporal system dynamics and agent-based modelling," Rev. Facultad de Ingeniería, no. 84, pp. 84-96, 2017.0120-6230http://hdl.handle.net/10495/892610.17533/udea.redin.n84a102422-2844RESUMEN: Se presenta un modelo ecohidrológico simplificado para evaluar cuantitativamente la resiliencia y estabilidad de los ecosistemas durante largos períodos. El modelo acopla el balance hidrológico de humedad del suelo con un conjunto de dinámicas espaciotemporales de sistemas y algoritmos basados en agentes para representar las interacciones entre varias poblaciones de plantas en un área de grilla bajo diferentes restricciones de agua, suelo y temperatura. Las poblaciones de plantas se caracterizan por reglas alométricas (por ejemplo, leyes de potencia para tiempos generacionales y reproductivos; aproximaciones lineales para ganancias de agua y temperatura; pérdidas y valores óptimos; y un conjunto de reglas de interacción intra e interespecíficas basadas en respuestas de competencia altas, óptimas y bajas entre las poblaciones), que representan diferentes fenotipos de plantas. Los trastornos se determinan por una remoción de las poblaciones en un área dentro del dominio del modelo. La resistencia y la estabilidad se calculan con índices simples para determinar la capacidad del ecosistema para recuperarse de una perturbación. Los índices evaluados en cada población y sobre la estructura de todo el ecosistema muestran cómo las poblaciones responden de manera diferente a los disturbios, siguiendo patrones similares a los esperados en la naturaleza. El modelo puede representar la sucesión espacial y temporal del ecosistema después de ser perturbado, lo que sugiere que las diferencias en las características fenotípicas de las poblaciones de plantas pueden ser ventajosas o desventajosas para la recuperación del ecosistema. Palabras clave: Resiliencia de ecosistemas; estabilidad de ecosistemas; ecohidrología; modelos basados en agentes; dinámica de sistemas.ABSTRACT: We introduce a simplified ecohydrological model to quantitatively assess the resiliency and stability of ecosystems over long periods. The model couples a hydrological soil moisture balance with a set of spatiotemporal systems dynamics and agent-based algorithms to represent the interactions among several plant populations in a gridded area under different water, soil and temperature constraints. We characterize the plant populations by allometric rules (i.e., power laws for generational and reproductive times; linear approximations for water and temperature gains, losses and optimal values; and a set of intra and interspecific interaction rules based on high, optimal and low competition responses among the populations), that represent different plant phenotypes. We define the disturbances by a clearance of populations in an area within the model’s domain and calculate the resiliency and stability with simple indices to determine the ability of the ecosystem to recover from a disturbance. The indices evaluated on each population and over the structure of the entire ecosystem show how the populations respond differently to disturbances, following patterns similar to those expected in nature. The model can represent the spatial and temporal succession of the ecosystem after being disturbed, suggesting how the differences in the phenotypical characteristics of plant populations can be advantageous or disadvantageous for the ecosystem recovery. keywords: Ecosystem resilience; ecosystem stability; ecohydrology; agent-based models; system dynamics.12application/pdfengUniversidad de Antioquia, Facultad de IngenieríaGrupo de Investigación en Gestión y Modelación Ambiental (GAIA)Medellín, Colombiainfo:eu-repo/semantics/articlehttp://purl.org/coar/resource_type/c_2df8fbb1https://purl.org/redcol/resource_type/ARTArtículo de investigaciónhttp://purl.org/coar/version/c_970fb48d4fbd8a86Atribución-NoComercial-CompartirIgual 2.5 Colombia (CC BY-NC-SA 2.5 CO)info:eu-repo/semantics/openAccesshttps://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/2.5/co/http://purl.org/coar/access_right/c_abf2https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/Resiliencia (Ecología)Dinámica de sistemasEcosystemApproaching the concepts of ecosystems resilience and stability through spatiotemporal system dynamics and agent-based modellingAproximación a los conceptos de resiliencia y estabilidad de ecosistemas a través de un modelo espaciotemporal de dinámica de sistemas y agentesRev. Fac. Ing. Univ. AntioquiaRevista Facultad de Ingeniería Universidad de Antioquia849684ORIGINALPenaSebastian_2017_ApproachingConceptsEcosystems.pdfPenaSebastian_2017_ApproachingConceptsEcosystems.pdfArtículo de investigaciónapplication/pdf2052119http://bibliotecadigital.udea.edu.co/bitstream/10495/8926/1/PenaSebastian_2017_ApproachingConceptsEcosystems.pdf535064100399a62d044c0c1ca470d63dMD51CC-LICENSElicense_urllicense_urltext/plain; charset=utf-849http://bibliotecadigital.udea.edu.co/bitstream/10495/8926/2/license_url4afdbb8c545fd630ea7db775da747b2fMD52license_textlicense_texttext/html; charset=utf-80http://bibliotecadigital.udea.edu.co/bitstream/10495/8926/3/license_textd41d8cd98f00b204e9800998ecf8427eMD53license_rdflicense_rdfLicenciaapplication/rdf+xml; charset=utf-80http://bibliotecadigital.udea.edu.co/bitstream/10495/8926/4/license_rdfd41d8cd98f00b204e9800998ecf8427eMD54LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-81748http://bibliotecadigital.udea.edu.co/bitstream/10495/8926/5/license.txt8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33MD5510495/8926oai:bibliotecadigital.udea.edu.co:10495/89262021-06-04 08:33:22.109Repositorio Institucional Universidad de Antioquiaandres.perez@udea.edu.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