Definition of areas with high conservation priority in Southern Ecuador – An approach combining spatial and temporal patterns of deforestation and human impact with endemic plant diversity
by María Fernanda Tapia Armijos
Date of Examination:2015-10-29
Date of issue:2016-10-28
Advisor:Prof. Dr. Christoph Leuschner
Referee:Prof. Dr. Holger Kreft
Referee:PD Dr. Dirk Gansert
Referee:Prof. Dr. Erwin Bergmeier
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Name:SUB_Thesis_Final_Maria_Fernanda_Tapia.pdf
Size:4.59Mb
Format:PDF
Description:"UTPL"; "Conservation"; "Deforestation"; "Footprint"; "Endemic species"; "South Ecuador"
Abstract
English
The forests of South Ecuador have high conservation value because they are highly threatened, but also possess high diversity and endemism levels. However, as the process of conservation is inherently spatial, the little available information about the factors that promote vulnerability of these forests as well as the spatial distribution of the conservation targets have produced some conservation pitfalls. The main objective of this dissertation was to generate spatial information about the threats and biological values occurring in this region to prioritize areas for conservation. The second chapter analyzes the deforestation and fragmentation patterns in the region since the 1970s using aerial photographs and satellite images to identify areas with remaining forest, fronts of deforestation, annual deforestation rates and the dynamics in the composition and configuration of the landscape of South Ecuador. We recorded annual deforestation rates of 0.75% (1976 – 1989) and 2.86% (1989 – 2008) for two consecutive survey periods. Also, we found that South Ecuador is experiencing an ongoing fragmentation process due to an increase in the number of patches, a decrease in mean patch size and an increase in the isolation of forest fragments. This study also contributes to a better understanding of forest change dynamics in the tropics. We found that substantial portions of natural forests are being degraded or converted into pastures and that main fronts of deforestation are located in the lowest areas in the premontane evergreen forest. The third chapter describes the temporal and spatial patterns of human pressure, as it is one of the main factors that influence the effectiveness of conservation strategies. At local scale, we adapted at local scale the Human Footprint Index (HF) developed by Sanderson et al. (2002), to evaluate spatial changes in HF during a 26 year period at both landscape and ecosystem levels. This information allowed us to identify “hotspots of change” and the wildest areas remaining in order to evaluate how different human proxies contribute to HF and to demonstrate how effective the most important protected areas have been in reducing human pressure inside and outside their boundaries. The findings show a noticeable increase in human pressure levels in South Ecuador and a progressive reduction in the wildest areas. We also identified that the important “hotspots of changes” are located in the western region and the Rio Zamora river basin. The most impacted vegetation types were seasonally dry forest and shrubland. Here, population density is the human proxy with the highest contribution to the observed patterns. Finally, we found that Podocarpus National Park has been partially effective in reducing human pressure inside and outside its borders. HF levels have increased inside and outside the boundaries of the protected area, but the human pressure was always lower than that observed in the surrounding landscape. The fourth chapter analyzes the patterns of alpha and beta diversity of endemic plant species to evaluate the congruence of both patterns and to identify areas with the highest diversity of endemic plants in order to prioritize areas for conservation. We found that hotspots of alpha diversity are concentrated along the Andes, but this diversity was only slightly congruent with beta diversity patterns of endemic plants mostly concentrated in the western and eastern escarpments of the Andes, and in the Coastal and Amazon cordilleras. We also found that approximately 40% of the areas with the highest alpha and beta diversities have already disappeared due to deforestation and that only 30% is under protection in Ecuador. Thus, we propose 12 potential areas with a high priority of conservation mostly located in South Ecuador to improve the representativeness and complementarity of the current reserve network. Finally, the fifth chapter synthesizes the principal findings of this thesis highlighting the implications for conservation and suggesting potential areas to be preserved based on human pressure levels, remaining forest and alpha and beta diversity patterns of endemic plants.
Keywords: Conservation; Deforestation; Fragmentation; Human impact; Endemic plants; Biodiversity
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Los bosques del Sur del Ecuador tienen un alto valor para la conservación puesto que están muy amenazados pero también poseen altos niveles de biodiversidad y endemismo. Sin embargo, como el proceso de conservación es inherentemente espacial, la baja disponibilidad de información espacial acerca de los factores que promueven la vulnerabilidad de estos bosques y acerca de la distribución espacial de los objetivos de conservación ha provocado varios obstáculos para la conservación de los mismos. El objetivo principal de esta tesis fue generar información espacial acerca de las amenazas y los valores biológicos que ocurren en esta región para priorizar áreas de conservación.
El segundo capítulo analizó los patrones de deforestación y fragmentación en la región desde 1976 usando fotografías aéreas e imágenes satelitales para identificar las áreas de bosque remanente, los frentes de deforestación, las tasas anuales de deforestación y las dinámicas de la composición y configuración del paisaje del Sur del Ecuador. Se registraron tasas anuales de deforestación de 0.75% (1976 – 1989) y 2.86% para dos periodos consecutivos. Se encontró también que el Sur del Ecuador está bajo un creciente proceso de fragmentación debido al incremento en el número de parches, el decremento en el tamaño promedio de los parches y el incremento en el aislamiento de los parches. Este estudió también contribuyó al mejor entendimiento de las dinámicas de cambio de los bosques tropicales. Se registró que la mayor superficie de bosque natural fue degradado o convertido a pastizales y que los principales frentes de deforestación están localizados en las zonas de bajas altitudes en los bosques siempreverdes premontanos.
El tercer capítulo describe los patrones espaciales y temporales de la presión humana, debido a que este es uno de los principales factores que influencian la efectividad de las estrategias de conservación. Para esto se adaptó el Índice de Impacto Humano (HF) generado por Sanderson et al. (2002) y así evaluar los cambios espaciales en el HF durante 26 años a nivel de paisaje y de ecosistema. Esta información permitió identificar algunos “hotspots de cambio” y las áreas con menor influencia para de esta forma evaluar como los diferentes factores humanos contribuyen al HF y demostrar cuan efectiva ha sido el área protegida más importante de la región para reducir la presión humana al interior y exterior de sus límites. Los resultados muestran un notable incremento en los niveles de presión humana en el Sur del Ecuador y un decremento en el número de áreas sin influencia. Se identificó también que uno de los más importantes “hotspots de cambio” está localizado en la región occidental del área de estudio y en la cuenca baja del Río Zamora. Los tipos de vegetación con mayor influencia humana fueron los bosques secos estacionales y los matorrales en donde la densidad de la población fue el principal factor humano que contribuyó a los niveles de presión humana observados. Finalmente, se encontró que el Parque Nacional Podocarpus ha sido parcialmente efectivo para reducir la presión humana en su interior y exterior, puesto que los niveles de HF se incrementaron al interior del área protegida y en el área buffer pero fueron menores a los observados en las áreas circundantes.
El cuarto capítulo analizó los patrones de diversidad alfa y beta de plantas endémicas para evaluar la congruencia entre ambos patrones e identificar áreas con prioridad para ser conservadas. Se encontró que el “hotspot” de diversidad alfa para las plantas endémicas está localizado en los Andes y que es poco congruente con las zonas que muestran los más altos niveles de diversidad beta, los cuales están concentrados mayormente en las estribaciones orientales y occidentales de los Andes y en las cordilleras costeras y amazónicas. También se encontró que aproximadamente 40% de la superficie con altos niveles de diversidad alfa y beta ha desaparecido debido a la deforestación y que solo el 30% remanente está bajo alguna categoría de conservación. De esta forma se proponen 12 áreas potenciales con alta prioridad para la conservación, las cuales mayormente esta localizadas en el Sur del Ecuador, para de esta forma mejorar la representatividad y complementariedad de la actual red de reservas.
Finalmente, el quinto capítulo analiza los principales hallazgos de esta investigación remarcando las implicaciones para la conservación y sugiriendo áreas potenciales para ser conservadas con base a los niveles de presión humana, vegetación remanente y patrones de diversidad alfa y beta de plantas endémicas en la región Sur del Ecuador.