1

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 Ponentes 2 Coordinador de la investigación

2

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

3

abierta en Canadá, Argentina, Brasil y Venezuela (From Landscape to Ecosystem: Across-

scales 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

4

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

5

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

6

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

7

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).

8

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: 387-391.

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.