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Effects of Land-Use Change on Water in Andean Páramo Grassland Soils

2013; American Association of Geographers; Volume: 103; Issue: 2 Linguagem: Espanhol

10.1080/00045608.2013.754655

1467-8306

Carol P. Harden, James Hartsig, Kathleen A. Farley, Jaehoon Lee, Leah L. Bremer,

Hydrology and Watershed Management Studies

Abstract Mountain environments, including the Andean páramo grasslands of Ecuador, are important water source areas. They are often sites of programs and policies intended to achieve multiple management objectives, such as carbon sequestration, biological conservation, and water resource protection; yet such environments are often data poor. This creates challenges for programs that compensate landowners for protecting ecosystem services and uncertainty regarding which land uses are compatible. For example, does afforestation for carbon sequestration complement or hinder efforts to protect water resources in Andean páramos? We compared characteristics of high-elevation soil profiles at sites in two Ecuadorian páramo study areas and measured soil–water properties to assess whether changes in land use affected the soil hydrology. Using a space-for-time substitution, we compared soils in plantations of pines and Polylepis racemosa in grasslands with different grazing and burning regimes. Methods included soil description in soil pits; soil moisture measurement in soil pits and across surface transects; tracer studies of soil–water movement; and laboratory determination of bulk density, particle size, and humic acid composition. Of the land uses examined, only afforestation significantly affected soil moisture, whereas soil properties did not differ among grassland burning and grazing regimes. The results suggest that afforestation of páramos hinders the production of water and they underscore the need for further investigation to inform the trade-offs needed in managing páramo landscapes to support multiple ecosystem services. 高山环境, 包含厄瓜多安地斯山的稀疏高原草原, 是相当重要的水资源地区。它们经常是各项计画与政策预期达成多重管理目标的场域, 例如碳截存、生物保育, 以及水资源保护; 但此一环境却经常缺乏研究资料, 因而造成为了保护生态系统服务对地主进行补偿计画的困难, 以及有关何为相容土地使用的不确定性。举例而言, 为了碳截存进行造林, 到底有助于还是会阻碍安地斯山稀疏高原的水资源保护呢? 我们比较两个厄瓜多稀疏高原研究区中高度演化的土壤剖面, 并测量土壤的水份特性, 评估土地使用的改变是否会影响土壤水文。我们运用空间替代时间研究法, 比较在有着不同放牧与火势的草原中种植松树与Polylepis racemosa之林场的土壤。研究方法包含在土坑中的土壤性质描述、土坑以及横跨表层横切的土壤水分测量、土壤水运动的示踪研究, 以及土体密度、粒径与腐殖酸组成的实验室确认。在检视的土地使用中, 只有造林显着地影响土壤水分, 而草原火烧与放牧地带的土壤性质并没有差别。 研究结果显示, 稀疏高原的造林阻碍了水的生产, 并强调需要进一步的调查以知晓管理稀疏高原地景时所需权衡的代价, 并进而支持多重生态系统服务。 Los entornos de montaña, incluyendo los pastizales de páramo andino del Ecuador, son importantes áreas generadoras de agua. A menudo estos sitios son objeto de programas y políticas diseñados para buscar múltiples objetivos de administración, tales como secuestro de carbono, conservación biológica y protección del recurso hídrico; pero con frecuencia tales espacios ambientales son pobres en datos. Esto genera retos para los programas que compensan a los propietarios por servicios de protección del ecosistema, e incertidumbre en lo que concierne a los usos del suelo que puedan ser compatibles. Por ejemplo, ¿la reforestación para efectos de secuestro de carbono, complementa o estorba los esfuerzos para proteger los recursos hídricos de los páramos andinos? Nosotros comparamos las características de perfiles del suelo de alta montaña obtenidos en dos áreas de estudio del páramo ecuatoriano y medimos las propiedades suelo–agua para establecer si los cambios en el uso del suelo afectaban la hidrología edáfica. Utilizando una sustitución de espacio por tiempo, comparamos los suelos en las plantaciones de pinos y de Polylepis racemosa en pastizales sometidos a diferentes regímenes de pastoreo y quema. Los métodos empleados incluyeron la descripción del suelo en barrancas o descapotes de la superficie; medición de la humedad edáfica en excavaciones y a través de transectos de la superficie; estudios de rastreo del movimiento suelo–agua; y determinación en laboratorio de densidad, tamaño de las partículas y composición de ácido húmico de los suelos, en general. De los usos del suelo examinados, solo la reforestación afecta significativamente la humedad del suelo, en tanto que las propiedades del suelo no mostraron diferencias entre los regímenes de quema y pastoreo de los pastizales. Los resultados sugieren que la reforestación de los páramos entorpece la producción de agua, y también subrayan la necesidad de formentar la investigación para informar de las compensaciones que se requieren para el manejo de los paisajes de páramo que sean asiento de múltiples servicios de ecosistema. Key Words: afforestationecosystem servicespáramo grasslandsoil moisturewater resources.关键词: 造林生态系统服务丛生草甸草原土壤水分水资源Palabras clave: reforestaciónservicios ecosistémicospastizal de páramohumedad del suelorecursos hídricos Acknowledgments This research was supported by the National Science Foundation (NSF Grant BCS-0852039). We thank the community of Zuleta and the Fundación Cordillera Tropical for helping us conduct this research on their properties, and we thank Gregory Metcalf, Alan Moore, and James Terrell for assistance in the field. Gregory Metcalf's participation was supported by the NSF GK-12 Earth Project (Grant DGE-0538420). We are grateful for the assistance of our other Ecuadorian partners, EcoCiencia, Proyecto Páramo Andino, and the Universidad del Azuay, and to Wesley Wright, Galina Meinichenko, and Will Fontanez, who provided technical, lab, and cartographic support at the University of Tennessee.