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Análisis de los efectos del cambio global sobre el ecotono bosque – páramo: un enfoque de integración de escalas Dimas Acevedo, Michelle Ataroff, Eulogio Chacón-Moreno1, Raphael Dulhoste, Carlos García, Luis D. Llambí1, Fermín Rada, Liccia Romero, Guillermo Sarmiento2, Lina Sarmiento, Teresa Schwarzkopf y Julia K. Smith. Instituto de Ciencias Ambientales y Ecológicas (ICAE), Facultad de Ciencias, Universidad de Los Andes, Mérida 5101, Venezuela. Introducción A nivel mundial están ocurriendo cambios relativamente rápidos en el funcionamiento y distribución continental de los ecosistemas como consecuencia del cambio climático global, el crecimiento de la población humana y la globalización de las actividades económicas y los mercados (Turner et al. 1990, Meyer & Turner 1994, Chapin et al. 1997, 2000). Aunque muchos procesos ecosistémicos parecen estar siendo afectados, como la fotosíntesis, la asignación de carbono de las especies, la dinámica hídrica y la descomposición y mineralización de la materia orgánica (Schultze & Mooney 1994, Schlesinger 1997) todavía no está claro como cada cambio específico pudiera afectar cada proceso particular y como el ecosistema en su conjunto y sus límites pudieran responder a las nuevas condiciones. Pocos estudios han identificado los mecanismos que pudieran mediar una transición climáticamente inducida entre ecosistemas contrastantes en términos de estructura y función. En Sur América, donde todavía se encuentran grandes áreas de ecosistemas naturales y semi-naturales, es particularmente importante predecir el comportamiento de los ecosistemas bajo escenarios de cambio global. En el continente, los límites entre los ecosistemas abiertos herbáceos y los ecosistemas boscosos han sufrido cambios muy marcados desde el Pleistoceno tardío hasta el presente. Estos cambios han sido consecuencia tanto del cambio climático asociado a los ciclos glaciales-interglaciales como de la larga historia de ocupación 1 2 Ponentes Coordinador de la investigación 1 humana. Por otro lado, la velocidad de los mismos ha aumentado de manera dramática durante las últimas tres a cuatro décadas como resultado de la expansión de la frontera agrícola y la intensificación del uso de la tierra. En los Andes de Venezuela, las selvas nubladas montanas alcanzan los 3000 a 3400 m, altitud a partir de la cual comienzan los páramos (Monasterio 1980, van der Hammen et al. 1983, Monasterio & Sarmiento 1991, Sarmiento et al. 2003). Esta línea de árboles ha mostrado amplios desplazamientos altitudinales siguiendo los cambios climáticos asociados con las glaciaciones (van der Hammen 1974, 1981, 1985, Salgado Labouriau et al. 1974). La expansión de la agricultura, la ganadería y otros usos de la tierra está modificando radicalmente la distribución original en áreas de uso intensivo como son varios de los mas extensos valles altiandinos. El límite actual entre los dos ecosistemas es complejo, dada la influencia de una amplia gama de factores meso-climáticos que varían conjuntamente con la exposición, pendiente, material parental y geografía de las principales cadenas montañosas Andinas (Monasterio y Reyes 1980, Azocar y Monasterio 1980). Por todo esto, no es una tarea fácil predecir como los cambios en la temperatura y la precipitación pudieran afectar a ambos ecosistemas y sus límites. El objetivo principal de este trabajo es comprender y predecir el comportamiento de dos ecosistemas contrastantes: la selva montana y el páramo, así como el posible desplazamiento de sus límites, en diferentes escenarios de cambio global. Este objetivo es llevado a cabo a través de un enfoque metodológico que involucra la caracterización y modelización de los procesos ecológicos a diferentes escalas espaciales y temporales de análisis (Figura 1). Esta investigación forma parte de un proyecto internacional financiado por el Instituto Interamericano para Estudio del Cambio Global (IAI CRNII 005) que tiene el objetivo de comprender la dinámica del ecotono de contacto entre la vegetación boscosa y la vegetación 2 abierta en Canadá, Argentina, Brasil y Venezuela (From Landscape to Ecosystem: Acrossscales Functioning in Changing Environments, LEAF). A continuación presentamos el enfoque metodológico utilizado en este proyecto de investigación y los principales resultados que se están obteniendo, así como su integración. A B Figura 1 Escala espacial (a) y temporal (b) de análisis de los procesos ecológicos allí mencionados para el ecotono bosque-páramo en los Andes venezolanos Área de estudio Para la escala regional y de paisaje se analizaron los procesos de cambio de coberturas, y se modeló la distribución del límite o ecotono de contacto entre el bosque y el Páramo para el núcleo central de Los Andes venezolanos (Figura 2a). Para analizar los impáctos del uso de la tierra sobre la dinámica del limite se analizaron ventanas de mayor escala en la zona de contacto entre la selva nublada montana alta y el Páramo en los alrededores de la estación La 3 Aguada del sistema teleférico de Mérida en el Parque Nacional Sierra Nevada y áreas de contacto y gradiente altitudinal entre el Bosque Paramero y el Páramo en el sector La Arenosa, en la vertiente llanera. Para los niveles de análisis a mayor escala (gradientes-ecosistemas) se realizaron los estudios en el gradiente altitudinal en la zona de contacto entre la selva nublada montana alta y el Páramo en los alrededores de la estación La Aguada del sistema teleférico de Mérida en el Parque Nacional Sierra Nevada (Figura 2b). a b Figura 2 Localización del área de estudio para el análisis regional y de paisaje (a) y análisis a mayor escala (b). El círculo blanco en la figura a, muestra la localización de los estudios a mayor escala realizados en b. Enfoque conceptual-metodológico y resultados a) Análisis regional del límite bosque-páramo (escala de Paisaje) El objetivo es determinar el límite actual, relacionándolo con variables climáticas, geológicas y topográficas. Por otra parte se determinó la magnitud de los posibles cambios sufridos en 4 los últimos 50 años (análisis multitemporal), así como la influencia humana y los procesos productivos responsables de los cambios en la distribución de los ecosistemas. La herramienta fundamental para estos análisis son las imágenes remotas: fotos aéreas e imágenes satelitales. Además se estudió y determinó la distribución potencial del ecotono de contacto entre el bosque nublado y el páramo en relación a las características ambientales. A partir de esta relación se modeló dicha distribución del ecotono en escenarios de cambio climático. b) Caracterización de la Vegetación y sus Factores Moduladores: Análisis de Gradientes Para intentar distinguir los efectos de factores climáticos de aquellos derivados de los cambios en el uso de la tierra, trabajamos dentro del Parque Nacional Sierra Nevada (estación del teleférico La Aguada), donde la influencia humana sobre selva y páramo ha sido mínima en los últimos 50 años (principalmente ganadería extensiva con muy bajas cargas animales). Nuestro análisis se desarrolló en primer lugar a la escala de gradiente y parcelas. Para esto, se definieron 3 transectas entre los 3250 y 3550 m con exposiciones contrastantes (desde el Oeste al Norte). En cada transeca se establecieron parcelas en páramo abierto, islas de bosque, lenguas de páramo y bosque en la zona de ecotono y zonas de bosque continuo. En cada una se monitoreó continuamente la temperatura del aire y del suelo, el contenido de agua en el suelo y la radiación fotosintéticamente activa incidente sobre el dosel de la vegetación (PAR). Para esto, se instalaron pequeñas estaciones automáticas de monitoreo climático en cada parcela (micro estaciones HOBO). Asimismo medimos con métodos cuantitativos (método del cuadrado puntual) la cobertura de las especies de plantas vasculares y formas de vida presentes en cada parcela, y el área basal y la densidad de cada especie arbórea en el caso de la selva montana. Igualmente se tomaron en cada parcela muestras de los diferentes horizontes del suelo para caracterizarlos desde un punto de vista físico-químico, pedogenético y ecológico. c) Funcionamiento ecosistémico 5 El análisis del funcionamiento de los ecosistemas se centró en dos aspectos principales: dinámica de descomposición de la materia orgánica y flujos del agua. Por una parte la descomposición de los materiales vegetales en el suelo fué estimada mediante experimentos sencillos de campo, colocando in situ un material standard bajo diferentes condiciones a lo largo del gradiente altitudinal (efecto del sitio sobre la dinámica de la materia orgánica). Así mismo, se tomó suelo de las diferentes parcelas ubicadas en las transectas y se realizaron experiencias de mineralización de carbono en el laboratorio en condiciones estándar (efecto de la características del suelo y de la materia orgánmica sobre la dinámica de la materia orgánica). A partir de esta información se pretende definir modelos predictivos sobre la mineralización de la materia orgánica según sus características y bajo diferentes condiciones ambientales. Esto permitirá a su vez, evaluar los posibles efectos del cambio climático sobre la dinámica de acumulación de MOS. Los flujos hídricos se están analizando detalladamente en dos sitios: uno en el límite superior del bosque y otro en el límite inferior del páramo. Se están monitoreando los procesos como precipitación vertical, precipitación horizontal (neblina), intercepción de la lluvia por la vegetación, escorrentía superficial, almacenamiento de agua en el suelo y drenaje profundo. Con esta información y los datos sobre pérdidas por evapotranspiración se establecerán los respectivos balances hídricos anuales en las diferentes situaciones fisionómicas en la zona de transición. d) Dinámica de la vegetación en el ecotono Para entender la posible dinámica de avance de un ecosistema sobre el otro analizamos mediante experimentos sencillos en el campo (transplante de plántulas, remoción de coberturas) la influencia de la radiación y la temperatura sobre el establecimiento de plántulas en el páramo abierto inmediatamente sobre el límite del bosque continuo. Así mismo, caracterizamos las condiciones bióticas y abióticas en la vecindad inmediata de las plántulas 6 de la principal leñosa que se establece en el páramo, para examinar los sitios seguros para el establecimiento y avance de esta especie. Así mismo, en un área agrícola abandonada en los años 60 realizamos un análisis de la estructura de la vegetación en parcelas en sucesión y áreas no cultivadas a lo largo del gradiente bosque páramo. Este estudio nos permitió analizar el efecto de la denudación (remoción de competencia) sobre la dinámica de la vegetación en el límite y comparar la capacidad de colonización de plantas del páramo y del bosque en espacios abiertos. Así mismo, nos permitió analizar el efecto de la intervención antrópica (agricultura y posterior abandono) sobre la dinámica del límite. e) Síntesis de la información y desarrollo de modelos dinámicos La información de campo y de laboratorio obtenida en las diferentes escalas de análisis se utilizará para alimentar diferentes modelos funcionales y de dinámica de sistemas que son utilizados tanto para comprender el funcionamiento de las especies, ecosistemas y paisajes como para predecir la respuesta de los procesos funcionales frente a alteraciones en las variables externas que las modulan. De esta manera podrán predecirse las posibles respuestas frente a los diferentes escenarios de cambio global que se esperan pudieran tener lugar en el futuro próximo y permitirán tomar medidas adecuadas de adaptación. Consideraciones finales Muchos de los resultados de cada una de las escalas de análisis han sido obtenidos a través de diversas tesis de grado de la Licenciatura en Biología y del Postgrado en Ecología Tropical, ambos de la Universidad de Los Andes en Mérida, que ya han sido concluidas o están en curso (7 tesis de pregrado: Lirey Ramirez, Alberto Arzac, Yolanda Cáceres, Patricia Suárez, Wiston Santaella, Erica Rodríguez y Samantha Ruiz; 4 tesis de postgrado: Johanna Puentes, Wilmer Gonzales, Francisca Ely (Doctorado) y Raphael Dulhoste (Docotrado). 7 Esta investigación también ha sido posible al aporte del personal técnico del ICAE, en las personas de Nelson Márquez, Alejandra Soto, Jesus Eloy Torres, Darcy Suárez, Williams Dugarte y Zulay Méndez. Esta investigación se encuentra en una fase de análisis e integración de los resultados obtenidos en las diferentes escalas de análisis, y esperamos que permita comprender el funcionamiento del ecotono bosque – páramo y su respuesta en diferentes escenarios de cambio ambiental. Literatura citada Azócar, A. & Monasterio, M. 1980. Estudio de la variabilidad meso y microclimática en el Páramo de Mucubají. En M. Monasterio (Ed.): Estudios Ecológicos en los Páramos Andinos, 226-262. Ediciones de la Universidad de los Andes, Mérida, Venezuela. Chapin, F.S.III & Starfield A.M. 1997. Time lags and novel ecosystems in response to transient climatic change in arctic Alaska. Climatic Change 35: 449-461. Meyer, W.B. & Turner, B.L. 1994. Changes in Land Use and Land Cover. A Global Perspective. Cambridge University Press, UK. Monasterio, M. (Ed.). 1980. Estudios Ecológicos en los Páramos Andinos. Ediciones de la Universidad de los Andes, Mérida, Venezuela. Monasterio, M. & Reyes, S. 1980. Diversidad ambiental y variación de la vegetación en los páramos de los Andes Venezolanos. In M. Monasterio (Ed.): Estudios Ecológicos en los Páramos Andinos, 47-92. Ediciones de la Universidad de los Andes, Mérida, Venezuela. Monasterio,M. & Sarmiento, L. 1991. Adaptive radiation of Espeletia in the cold Andean tropics. TREE 6: 387391. Salgado-Labouriau, M.L., Schubert, C. & Valastro Jr, S. 1977.Paleoecologic analysis of a Late-Quaternary terace from Mucubají, Venezuelan Andes. J. Biogeography 4: 313-325 Schultze, E. & Mooney, H.A. (Eds.) 1994. Biodiversity and Ecosystem Function, Springer, Berlin. Van der Hammen, T. 1974. The Pleistocene changes of vegetation and climate in tropical South America. J. Biogeography 1: 3-26. Van der Hammen, T. 1981. The Pleistocene changes of vegetation and climate in the Northern Andes. In S. Hastenrath (Ed.): The Glaciation of the Ecuadorian Andes, 125-145. Balkema, Rotterdam, The Netherlands. Van der Hammen, T. 1985. The Plio-Pleistocene climatic record of the tropical Andes. Journal Geological Society London 142: 483-489. 8