Abstract: Catastrophic regime shifts in ecosystems are generally difficult to predict and often leads to negative ecological and socioeconomic consequences. In addition, they are generally difficult to reverse; desertification is an extreme and worrying example of this type of phenomenon. Despite the difficulty to predict these phenomena, in recent decades, theoretical-mathematical models that seek to capture the fundamental underlying mechanisms have been proposed, providing measurable indicators to identify the occurrence of these processes early. In dry ecosystems, models suggest that regime shifts to desert states can be related to the emergence of spatial patterns of vegetation, similar to those observed in phase transitions in physical systems. Combining satellite images analysis and simulations of a minimal model, the relationship between the characteristics of vegetation patches in Médanos del Chaco, one of the driest regions of Paraguay, and a catastrophic regime shift process to a desert state was analyzed. By studying the size distribution of vegetation patches, the presence of a scale-free pattern was identified, characterized by a power law distribution. In addition, high spatial correlation and spatial variance in the density of vegetation in relation to less dry regions was observed. The spatial characteristics. The spatial characteristics of the vegetation of Médanos del Chaco are compatible with theoretical quasi-critical conditions, suggesting that the region is close to a catastrophic regime change.
Resumen: Los cambios de régimen catastróficos en ecosistemas son generalmente de difícil reversión y a menudo traen consigo consecuencias ecológicas y socioeconómicas devastadoras, siendo la desertificación un ejemplo extremo y preocupante de este tipo de fenómenos. Pese a la dificultad para predecir estos fenómenos, en las últimas décadas se han propuesto modelos teórico-matemáticos que buscan capturar los mecanismos fundamentales subyacentes, proporcionando indicadores mensurables para identificar de manera temprana la ocurrencia de estos procesos. En ecosistemas secos, los modelos sugieren que cambios de régimen a estados desertificados están relacionados con la emergencia de patrones espaciales en la vegetación, análogos a lo observado en transiciones de fase en sistemas físicos. Combinando el análisis de imágenes satelitales y simulaciones en un modelo mínimo, se analizó la relación entre las características de los parches de vegetación de Médanos del Chaco, una de las regiones más secas del Paraguay, y un proceso de cambio de régimen catastrófico a un estado desértico. Mediante el estudio de la distribución de tamaños de parches de vegetación se identificó la presencia de un patrón libre de escala, caracterizado por una distribución que se ajusta a una ley de potencia. Además, se observó una alta correlación y varianza espacial en la densidad de vegetación en comparación con regiones menos secas, siendo estos indicadores de una transición de régimen según el modelo estudiado. Las características espaciales de la vegetación de Médanos del Chaco son compatibles con condiciones de cuasi-criticidad teóricas, sugiriendo que la región se encuentra próxima a un cambio de régimen catastrófico.
