Variación espacial de la morfometría foliar en manglares de La Habana, Cuba

Introducción: Los manglares representan cerca del 11 % de la superficie forestal de Cuba. No existen estudios previos que describan sus características foliares, a pesar de que estas variables pueden constituir indicadores del estado de los ecosistemas boscosos. Objetivo: En el presente trabajo se describen las características morfométricas de las hojas en cuatro manglares periurbanos de la ciudad de La Habana: Bajos de Santa Ana, Cojímar, Rincón de Guanabo y la laguna El Cobre-Itabo. Métodos: Se emplearon 1 472 muestras de hojas de Rhizophora mangle, Avicennia germinans y Laguncularia racemosa, recolectadas entre abril y julio 2019, a las cuales se les extrajeron ocho variables: largo de la lámina, ancho máximo, área, perímetro, asimetría lateral, ángulos interiores anterior y posterior y un índice de forma. Resultados: Se detectaron diferencias geográficas en varias de las dimensiones de las hojas en R. mangle y A. geminans, pero L. racemosa mostró características altamente constantes entre localidades. Las diferencias se relacionaron con las características geográficas y ambientales de las localidades. Las dimensiones de las hojas fueron consistentes con estudios realizados en otros países. Conclusiones: Es necesario continuar evaluando de forma precisa estos indicadores foliares para sustentar su uso en futuros monitoreos o investigaciones, y para ello el empleo de fotografías digitales presenta numerosas ventajas, que fundamentan su uso.

Introduction: Mangroves represent 11 % of the emerged land of Cuba. There is no previous research describing foliar characteristics, but these variables can be used as health indicators in forest ecosystems. Objective: In the current study we describe folial morphometry in four mangroves around Havana city: Bajos de Santa Ana, Cojímar, Rincón de Guanabo and El Cobre - Itabo lagoon. Methods: We collected 1 472 leaves´ samples of Rhizophora mangle, Avicennia germinans and Laguncularia racemosa, between April and July in 2019, to extract eight foliar variables: length, width, area, perimeter, lateral asymmetry, inner angles and shape index. Results: Geographic differences several variables of leaves in R. mangle and A. germinans were detected, but L. racemosa showed high similarity among localities. Differences can be explained by environmental differences in localities. Conclusions: There is a need for more extensive research on these kinds of foliar indicators to support it use in future monitoring or researches, and for that using digital pictures fotografías pose many advantages.

Variación espacio-temporal de la respuesta espectral en manglares de La Habana, Cuba, evaluada con sensores remotos

Introducción: Los manglares son una de las formaciones vegetales de mayor relevancia global por los servicios ecosistémicos y roles ecológicos que desempeñan, y representan el 5 % de la superficie emergida de Cuba. No existen estudios previos que describan las variaciones en los índices espectrales de vegetación por sensores remotos en los manglares cubanos, pero con este tipo de variable se pueden constituir indicadores del estado de estos ecosistemas y emplearse en evaluaciones a nivel nacional. Objetivo: En el presente trabajo se evalúa la variabilidad espacial y temporal de dos índices espectrales de vegetación en cuatro manglares periurbanos de la ciudad de La Habana y se comparan con un sitio natural como control. Métodos: El estudio se desarrolló en las localidades de Bajo de Santa Ana, Cojímar, Rincón de Guanabo y la laguna El Cobre - Itabo y el control fue tomado en la ciénaga de Zapata. A través de la plataforma Climate Engine se extrajeron, de 2 460 imágenes satelitales LandSat, los valores promedio de los índices espectrales NDVI y EVI en 5 parcelas por cada localidad de estudio, entre 1984 y 2019. Las variables se compararon estadísticamente entre localidades y se describió su tendencia a lo largo del periodo de estudio. Resultados: Se detectaron diferencias geográficas en los índices, que pueden correlacionarse con las propiedades estructurales y grado de conservación de cada localidad. La tendencia global de los índices fue a un aumento, pero difirió entre localidades. Los menores cambios se produjeron en el sitio control y, entre los humedales periurbanos, en el Rincón de Guanabo y en Cojímar. El ordenamiento de las localidades a partir de variables espectrales fue consistente con el de grado de conservación general. Conclusiones: La respuesta espectral permitió caracterizar cada manglar de manera individualizada, mostrando relación aparente con las características ecológicas y de conservación de cada lugar. Es necesario continuar promoviendo estudios con sensores remotos de estas formaciones boscosas y generar indicadores sólidos que sustenten su uso en futuras investigaciones y monitoreos en manglares del Caribe.

Introduction: Mangroves are one of the most important forest types because of their ecosystem services and ecological roles. They represent 5 % of the emerged land of Cuba. No previous studies are describing spectral vegetation indexes variations by remote sensing in Cuban mangroves, but these variables can be used as indicators of the conservation status of the ecosystem and sustain national wide assessments. Objective: In the current paper we describe spatial and temporal variations in two spectral vegetation indexes in four near-city mangroves at Havana, Cuba and compare them to a natural control site. Methods: Study was conducted in localities named: Bajo de Santa Ana, Cojímar, Rincón de Guanabo, and El Cobre - Itabo lagoon and as control site was selected northern Zapata swamp. By using Climate Engineplatform we extract, from 2 460 Landsat satellite images, mean values of spectral indexes NDVI and EVI in 5 parcels per locality, from 1984 to 2019. Variables were statistically compared among localities and the global trend was described. Results: We detect geographic differences in both indexes, which can be related to structural properties and conservation degree of mangroves in each locality. Global trend of indexes was to increase, but differently among localities. Slighter changes appear in the control site and, among near city mangroves, in Rincón de Guanabo and Cojímar. The ordering of localities from spectral variables was consistent with the ranking in general conservation degree. Conclusions: Spectral responses describe uniquely each mangrove forest, in concordance to each ecological and conservation characteristics. There is a need for promoting studies using remote sensors at these forest types and to generate strong and reliable indicators that can sustain future researches and monitoring schemes in Caribbean mangroves.

Modelación del efecto de la reproducción colonial de Bubulcus ibis (Aves: Ardeidae) en el flujo de biomasa y energía de los manglares costeros

Introducción: Las colonias de aves zancudas alcanzan miles de nidos densamente agrupados, que influyen marcadamente sobre las características del suelo o el agua que las rodea por un efecto de hiperfertilización. Esto provoca la acumulación nociva de compuestos nitrogenados, alterando la química del sustrato y produciendo defoliación y muerte de la vegetación. El impacto de estas colonias en los manglares de Cuba no se ha evaluado, por las dificultades logísticas que implica y la complejidad de sus procesos. Objetivo: En el presente trabajo se realizó la estimación de las cantidades de biomasa, energía y nutrientes movilizados en una colonia de Bubulcus ibis, durante una etapa de cría, a través de un modelo bioenergético de dinámica de sistemas. Métodos: Se emplearon 29 variables primarias, 3 ecuaciones bioenergéticas y la ecuación de crecimiento postnatal de esta especie, implementadas en el programa STELLA 9.1.3. De la interacción de estas variables se obtuvieron: la energía requerida por ciclo de reproducción, la biomasa consumida y los nutrientes depositados en la colonia. Se realizó un análisis de sensibilidad y un análisis de incertidumbre para explorar las variables que más influencia tienen sobre los resultados. El modelo fue validado mediante la consistencia en las unidades, la prueba de valores extremos y la comparación con valores registrados en la literatura. Finalmente, se simularon escenarios de disturbios que pueden afectar a una colonia real. Resultados: Según el modelo, para el crecimiento cada pichón requiere de 10 219.2 kcal totales. La colonia debe invertir en total 6.71x106 kcal, lo que representa un consumo cercano a 2.2 toneladas de presas en una etapa de cría. Debido a este consumo, los nutrientes depositados en la colonia mediante las excretas estuvieron compuestos de 49 kg de nitrógeno, 7 kg de fósforo y 56 kg de calcio. Según el análisis de sensibilidad, las variables que producen cambios más fuertes en el resultado son el número de adultos de la colonia y el tamaño medio de puesta. El análisis de incertidumbre mostró poca influencia de las variables seleccionadas sobre las variables respuesta. Los disturbios simulados más dañinos para la colonia fueron las afectaciones al reclutamiento y el aumento de la mortalidad de los pichones.

Introduction: The colonies of wading birds reach thousands of highly grouped nests, which have a marked influence on the characteristics of the soil or the water that surrounds them due to a hyperfertilization effect. This causes the harmful accumulation of nitrogen compounds altering the chemistry of the substrate and causing defoliation and death of vegetation. The impact of these colonies on the mangroves in Cuba has not been evaluated, due to the logistical difficulties involved and the complexity of their processes. Objective: Mathematical modeling is a useful tool in these situations, so in this work the estimation of the quantities of biomass, energy and nutrients mobilized in a colony of herons was carried out, through a bioenergetic model of system dynamics. Methods: We used 29 primary variables, 3 bioenergetic equations and the postnatal growth equation of this species, implemented in the STELLA 9.1.3 program. From the interaction of these variables, the energy required by the reproduction cycle, the biomass consumed and the nutrients deposited in the colony were obtained. A sensitivity analysis and an uncertainty analysis were carried out to explore the variables that have the most influence on the results. The model was validated by the consistency in the units, the test of extreme values and the comparison with values recorded in the literature. Finally, disturbances scenarios that can affect a real colony were simulated. Results: According to the model, each nestling require 10 219.2 kcal to growth. The colony must totally invest 6.71x106 kcal, which represents consumption close to 2.2 tons of dams. Due to this consumption, the nutrients deposited in the colony by the excreta were 49 kg of nitrogen, 7 kg of phosphorus and 56 kg of calcium. According to the sensitivity analysis, the variables that produce the strongest changes in the result are the number of adults in the colony and the average clutch size. The uncertainty analysis showed little influence of the variables selected on the response variables. The most harmful simulated disturbances for the colony were the affectations to the recruitment and the increase of the mortality of the nestlings.

Aplicación de las funciones elípticas de Fourier para la descripción de la forma de los huevos de las aves / Application of the elliptic Fourier functions to the description of avian egg shape

Egg shape is difficult to quantify due to the lack of an exact formula to describe its geometry. Here I described a simple algorithm to characterize and compare egg shapes using Fourier functions. These functions can delineate any closed contour and had been previously applied to describe several biological objects. I described, step by step, the process of data acquisition, processing and the use of the SHAPE software to extract function coefficients in a study case. I compared egg shapes in three birds’ species representing different reproductive strategies: Cuban Parakeet (Aratinga euops), Royal Tern (Thalasseus maximus) and Cuban Blackbird (Dives atroviolaceus). Using 73 digital pictures of eggs kept in Cuban scientific collections, I calculated Fourier descriptors with 4, 6, 8, 16 and 20 harmonics. Descriptors were reduced by a Principal Component Analysis and the scores of the eigenvalues that account for 90% of variance were used in a Lineal Discriminant Function to analyze the possibility to differentiate eggs according to its shapes. Using four harmonics, the first five component accounted for 97% of shape variances; more harmonics diluted the variance increasing to eight the number of components needed to explain most of the variation. Convex polygons in the discriminant space showed a clear separation between species, allowing trustful discrimination (classification errors between 7-15%). Misclassifications were related to specific egg shape variability between species. In the study case, A. euops eggs were perfectly classified, but for the other species, errors ranged from 5 to 29% of misclassifications, in relation to the numbers or harmonics and components used. The proposed algorithm, despite its apparent mathematical complexity, showed many advantages to describe eggs shape allowing a deeper understanding of factors related to this variable. Rev. Biol. Trop. 62 (4): 1469-1480. Epub 2014 December 01.

La forma de los huevos es difícil de cuantificar por la ausencia de fórmulas exactas que describan su geometría. Se describe un algoritmo para la caracterización y comparación de estas formas, basado en la aplicación de las funciones de Fourier. Estas permiten delinear cualquier tipo de contorno cerrado y han sido aplicadas efectivamente al análisis de varias formas biológicas. Se describen los pasos para la toma de datos, su procesamiento y el empleo del programa SHAPE para la obtención de los descriptores, a partir de un estudio de caso. En este se comparan las formas de los huevos de tres especies de aves que representan tres estrategias reproductivas bien diferentes: el Catey (Aratinga euops), la Gaviota Real (Thalasseus maximus) y el Totí (Dives atroviolaceus). A partir de 73 fotografías digitales a huevos depositados en colecciones, se calcularon los coeficientes de las funciones para 4, 6, 8, 16 y 20 armónicos, y se redujeron por medio de un Análisis de Componentes Principales. Los puntajes de los componentes que describen hasta el 90 % de la variabilidad fueron empleados en un Análisis de Función Discriminante Lineal para analizar la posibilidad de separar los huevos según sus formas. Con solo cuatro armónicos los primeros cinco componentes explicaron 97% de la varianza en formas. Más armónicos disminuyen la varianza explicada, requiriéndose hasta ocho componentes para explicar la misma cantidad. Los polígonos convexos en el espacio discriminante muestran una clara distinción entre especies sugiriendo la posible discriminación (errores de clasificación entre 7-15%). Los errores en las clasificaciones estuvieron relacionados a diferencias específicas en la forma entre especies. En el estudio de caso, los huevos de A. euops fueron perfectamente clasificados pero en las otras especies los errores fueron entre 5 y 29%, con este número de armónicos y componentes empleados. El algoritmo propuesto a pesar de su complejidad matemática aparente muestra muchas ventajas para cuantificar las formas de los huevos permitiendo una mayor comprensión de los factores que determinan esta variable en las aves.

Patrones de crecimiento postnatal en ocho especies de garzas (Ciconiiformes: Ardeidae)

Postnatal growth patterns in eight species of herons and egrets (Ciconiiformes: Ardeidae). Avian postnatal growth has received considerable attention and its ecological implications have been deeply analyzed. In this current paper, I describe the patterns of culmen and tarsus growth, as well as of weight gain patterns in eight species of herons and egrets (Aves: Ardeidae) found in the Birama Swamp in Eastern Cuba. Between 1998 and 2006, 714 nestlings of the following species were measured every two days: Butorides virescens, Bubulcus ibis, Egretta thula, E. tricolor, E. caerulea, E. rufescens, Ardea alba and Nycticorax nycticorax. Logistic and Gompertz equations were adjusted to data using non-lineal regression models with adult values as the asymptote. For each species, the following were determined and recorded: growth rate, age at inflexion, instantaneous growth rates at each age interval, and time taken to reach 90% of adult size. Reported hatchling sizes were similar in other localities, with a variation coefficient ranging between 10-19%. At hatch, each species exhibited differing sizes relative to adult values. In all cases, Gompertz equations were best fitted to explain more variance and lesser residuals. Rates of weight change and tarsus growth were alometrically related to the log of adult weight. Two main growth processes were identified: a physical extension in dimensions of each measure ment reflecting inter-specific morphometric differences, and a lineal increase of the growth period from Green Heron to Great Egret. The Black-crowned Night Heron, Cattle Egret and Reddish Egret exhibited some unique measurement characteristics in comparison to the remaining members of the family. All results support the hypothesis that hypermorphosis, as the main evolutionary process in the microevolution of Ardeidae, is caused by a delayed final moment of growth. Rev. Biol. Trop. 59 (2): 771-787. Epub 2011 June 01.

El crecimiento en aves forma parte de las estrategias reproductivas y su implicación ecológica ha sido profundamente debatida. En este trabajo se describe el crecimiento del pico, peso y tarso de ocho garzas (Aves: Ardeidae) en la ciénaga de Birama, Cuba. Para ello, entre 1998-2006, se midieron en días alternos un total de 714 pichones de Butorides virescens, Bubulcus ibis, Egretta thula, E. tricolor, E. caerulea, E. rufescens, Ardea alba y Nycticorax nycticorax, durante sus dos primeras semanas de vida. Se hicieron ajustes a las curvas Logística y de Gompertz y se usó regresiones no lineales y valores adultos como asíntotas, además se determinaron las variables que describenel crecimiento. El tamaño de los pichones al eclosionar fue similar al encontrado en otras localidades, con CV entre 10-19% y diferencias relativas al tamaño adulto. Las ecuaciones de Gompertz tuvieron menos residuos en todos los casos. Entonces, se identificaron dos procesos fundamentales de extensión en el crecimiento de cada estructura: uno físico y otro de duración, entre B. virescens y E. alba. Nycticorax, B. ibis y E. rufescens mostraron variaciones que los diferenciaron del resto. Los resultados apoyan la hipótesis de la microevolución de Ardeidae por hipermorfosis, por un retardo en el momento final del crecimiento.