Plant diversity and vegetation of the Andean Páramo

Abstract

The páramo is a high mountain ecosystem that includes the natural and semi-natural habitats located between the montane treeline and the permanent snowline in the humid Northern Andes. Given its recent origin and continental insularity among tropical lowlands, the páramo evolved as a biodiversity hotspot, with a vascular flora of more than 3400 species and high endemism. Moreover, the páramo provides many ecosystem services for human populations, essentially water supply and carbon storage. Anthropogenic activities, mostly agriculture and pasture practices, as well as climate change are major threats for the páramo’s ecological integrity. Consequently, further scientific research and conservation strategies must be oriented towards this unique region. Botanical and ecological knowledge on the páramo is extensive but heterogeneous. Moreover, most research studies and management strategies are carried out at local to national scale and given the vast extension of the páramo, regional studies are also needed. The principal limitation for regional páramo studies is the lack of a substantial source of good quality botanical data covering the entire region and freely accessible. To meet the needs for a regional data source, we created VegPáramo, a floristic and vegetation database containing 3000 vegetation plots sampled with the phytosociological method throughout the páramo region and proceeding from the existing literature and our fieldwork. We made VegPáramo accessible online through a webportal, www.vegparamo.com, from which the data can be freely consulted and downloaded. We then used the VegPáramo data to conduct a regional vegetation classification of the páramo. We used a clustering technique and classified the region into 17 clusters, 14 representing natural phytogeographical units of one or several plant communities and 3 artificial ensembles. We characterized the 17 clusters and estimated the alpha diversity and beta diversity to highlight species richness and floristic similarities. Our last study focused on the plant diversity patterns in the páramo region. We used the VegPáramo data and our classification results to estimate and compare plant diversity at local and regional scale in the altitudinal belts of the páramo. We evaluated the importance of the environment as driver of species richness using regression models. Finally, we modeled the predicted species richness in the páramo region and highlighted biodiversity hotspots. Our project contributes to a better understanding of the páramo biogeography and makes primarily suggestions for conservation. We believe further research should focus on the impacts of climate change on the páramo flora and vegetation.

La región biogeográfica que incluye los ecosistemas naturales y semi-naturales de alta montaña distribuidos entre el bosque montano y las nieves perpetuas en los Andes del Norte recibe el nombre de páramo, el cual es considerado un hotspot de biodiversidad, con más de 3.400 especies de plantas vasculares y un alto grado de endemismo. La gran biodiversidad del páramo se debe en gran parte a su reciente origen y a su insularidad continental. Los páramos proporcionan muchos servicios ecológicos a las poblaciones humanas, sobretodo en el subministro de agua y el secuestro de carbono. Las actividades antrópicas como la agricultura y el pastoreo, y el cambio climático son las principales amenazas para el equilibrio ecológico del ecosistema. Consecuentemente, es imprescindible aumentar nuestro conocimiento científico y proponer nuevas estrategias de gestión y de conservación. La mayoría de estudios botánicos y ecológicos sobre el páramo, al igual que los planes de gestión, se desarrollan desde escala local hasta nacional. Aunque estos estudios son aportaciones de gran valor científico, también es importante considerar el ecosistema en toda su extensión para obtener unos resultados y patrones válidos en la región biogeográfica. Los estudios regionales sobre la biogeografía de plantas en el páramo son muy escasos, siendo las principales limitaciones la dificultad de establecer colaboraciones científicas y de gestión internacionales y la falta de fuentes de datos biológicos de buena calidad y de libre acceso. Consecuentemente, construimos VegPáramo, una base de datos de flora y vegetación para el páramo andino, que contiene 3.000 inventarios de vegetación muestreados con el método fitosociológico en la región, y que proceden tanto de la literatura como de nuestro trabajo de campo. Creamos un portal web para VegPáramo, www.vegparamo.com, a partir del cual se pueden consultar y descargar los datos libremente. Usamos los datos de VegPáramo para clasificar la vegetación de páramo a nivel de la región. Con una metodología de clustering no-jerárquico, clasificamos el páramo en 17grupos (o clusters) de los cuales 14 representan a unidades fitogeográficas naturales conteniendo una o varias comunidades vegetales y 3 son artificiales. Caracterizamos los 17 grupos por su flora diagnóstica y los comparamos a nivel de diversidad alpha y beta. Finalmente, usamos los datos de VegPáramo y los resultados de nuestra clasificación para estimar y comparar la diversidad de plantas a escala local y regional en los pisos altitudinales del páramo con el objetivo de destacar y entender los principales patrones de riqueza florística en la región. Evaluamos el poder explicativo del ambiente en la riqueza florística mediante modelos de regresión. Finalmente, modelamos la riqueza florística potencial en la región y destacamos unos hotspots de biodiversidad. Nuestro proyecto contribuye a entender mejor el páramo como región biogeográfica y propone primeras sugerencias de áreas concretas para la conservación. Pensamos que los esfuerzos futuros de investigación y de gestión deberían enfocarse particularmente en los impactos del cambio climático sobre la flora y la vegetación del páramo.