Frontiers in páramo water resources research: A multidisciplinary assessment

Abstract

Interdisciplinary knowledge is necessary to achieve sustainable management of natural resources. However, research is still often developed in an exclusively disciplinary manner, hampering the capacity to holistically address environmental issues. This study focuses on páramo, a group of high-elevation ecosystems situated around ∼3000 to ∼5000ma.s.l. in the Andes fromwestern Venezuela and northern Colombia through Ecuador down to northern Peru, and in the highlands of Panama and Costa Rica in Central America. Páramo is a social-ecological system that has been inhabited and shaped by human activity since ∼10,000 years BP. This system is highly valued for the water-related ecosystem services provided to millions of people because it forms the headwaters of major rivers in the Andean- Amazon region, including the Amazon River. We present a multidisciplinary assessment of peer-reviewed research on the abiotic (physical and chemical), biotic (ecological and ecophysiological), and social-political aspects and elements of páramo water resources. A total of 147 publications were evaluated through a systematic literature review process. We found that thematically 58, 19, and 23 % of the analyzed studies are related to the abiotic, biotic, and social-political aspects of páramo water resources, respectively. Geographically, most publications were developed in Ecuador (71 % of the synthesized publications). From 2010 onwards, the understanding of hydrological processes including precipitation and fog dynamics, evapotranspiration, soil water transport, and runoff generation improved, particularly for the humid páramo of southern Ecuador. Investigations on the chemical quality of water generated by páramo are rare, providing little empirical support to the widespread belief that páramo environments generate water of high quality.Most ecological studies examined the coupling between páramo terrestrial and aquatic environments, but fewdirectly assessed in-streammetabolic and nutrient cycling processes. Studies focused on the connection between ecophysiological and ecohydrological processes influencing páramo water balance are still scarce and mainly related to the dominant vegetation in the Andean páramo, i.e., tussock grass (pajonal). Social-political studies addressed páramo governance and the implementation and significance ofwater funds and payment for hydrological services. Studies directly addressing water use, access, and governance in páramo communities remain limited. Importantly, we found only a few interdisciplinary studies combining methodologies from at least two disciplines of different nature despite their value in supporting decision-making. We expect this multidisciplinary synthesis to become a milestone to foster interdisciplinary and transdisciplinary dialogue among individuals and entities involved in and committed to the sustainable management of páramo natural resources. Finally, we also highlight key frontiers in páramo water resources research, which in our view need to be addressed in the coming years/decades to achieve this goal.

El conocimiento interdisciplinario es necesario para lograr una gestión sostenible de los recursos naturales. Sin embargo, la investigación todavía se desarrolla a menudo de manera exclusivamente disciplinaria, lo que obstaculiza la capacidad de abordar las cuestiones ambientales de manera integral. Este estudio se centra en el páramo, un grupo de ecosistemas de alta elevación situados alrededor de ∼3000 a ∼5000 msnm. en los Andes desde el oeste de Venezuela y el norte de Colombia a través de Ecuador hasta el norte de Perú, y en las tierras altas de Panamá y Costa Rica en Centroamérica. El páramo es un sistema socioecológico que ha sido habitado y moldeado por la actividad humana desde aproximadamente 10.000 años antes de Cristo. Este sistema es muy valorado por los servicios ecosistémicos relacionados con el agua que brindan a millones de personas porque forma las cabeceras de los principales ríos de la región andino-amazónica, incluido el río Amazonas. Presentamos una evaluación multidisciplinaria de investigaciones revisadas por pares sobre los aspectos y elementos abióticos (físicos y químicos), bióticos (ecológicos y ecofisiológicos) y sociopolíticos de los recursos hídricos del páramo. Se evaluaron un total de 147 publicaciones mediante un proceso de revisión sistemática de la literatura. Encontramos que temáticamente 58, 19 y 23 % de los estudios analizados están relacionados con los aspectos abióticos, bióticos y sociopolíticos de los recursos hídricos del páramo, respectivamente. Geográficamente, la mayoría de las publicaciones se desarrollaron en Ecuador (71 % de las publicaciones sintetizadas). A partir de 2010, mejoró la comprensión de los procesos hidrológicos, incluida la dinámica de la precipitación y la niebla, la evapotranspiración, el transporte de agua del suelo y la generación de escorrentía, particularmente para el páramo húmedo del sur de Ecuador. Las investigaciones sobre la calidad química del agua generada por los páramos son escasas y brindan poco apoyo empírico a la creencia generalizada de que los ambientes de los páramos generan agua de alta calidad. La mayoría de los estudios ecológicos examinaron el acoplamiento entre los ambientes terrestres y acuáticos de los páramos, pero pocos evaluaron directamente los niveles metabólicos y Procesos de ciclo de nutrientes. Los estudios centrados en la conexión entre los procesos ecofisiológicos y ecohidrológicos que influyen en el equilibrio hídrico del páramo aún son escasos y se relacionan principalmente con la vegetación dominante en el páramo andino, es decir, el pajonal. Los estudios sociopolíticos abordaron la gobernanza de los páramos y la implementación e importancia de los fondos de agua y el pago por servicios hidrológicos. Los estudios que abordan directamente el uso, el acceso y la gobernanza del agua en las comunidades de páramo siguen siendo limitados. Es importante destacar que encontramos solo unos pocos estudios interdisciplinarios que combinan metodologías de al menos dos disciplinas de diferente naturaleza a pesar de su valor para apoyar la toma de decisiones. Esperamos que esta síntesis multidisciplinaria se convierta en un hito para fomentar el diálogo interdisciplinario y transdisciplinario entre personas y entidades involucradas y comprometidas con el manejo sostenible de los recursos naturales del páramo. Finalmente, también destacamos fronteras clave en la investigación de los recursos hídricos de los páramos, que en nuestra opinión deben abordarse en los próximos años/décadas para lograr este objetivo.