Colombia's Central Eastern Andes Páramo Ecosystem Land Cover Monitoring: A Disturbance Temporal Trajectory Assessment for Protected Areas

The Páramo is a high-elevation ecosystem found only in the tropical Americas. It is characterised by rich biodiversity, plant endemism, and plays a key role in carbon storage and water regulation. Anthropogenic disturbance from agriculture, grazing, and mining have historically threatened this fragile ecosystem. Colombia hosts nearly half of the world's total Páramo surface areas and has delimited 37 different protected Páramo Complex areas since 2011, as a measure to counteract their decline. This decline is significant in the central Eastern Andes, which hosts the majority of the country’s population and forms a central hub of economic activity. This Thesis focused on 3 Paramo Complexes (Guerrero, Rabanal y Río Bogotá and Altiplano Cundiboyacense) that were sub-divided into 6 Protected Areas (GUE, RRB, ACB_A, ACB_B, ACB_G, ACB_R). The disturbance due to agriculture was assessed over 47 years using Landsat and Sentinel-2 multispectral images, from a strictly land-cover perspective. The assessment revealed that between 1977 and 2024, Agriculture-Grass areas have increased in most of the protected areas with some of them being historically dominated by this land cover: GUE: 34,1% to 41,4%; RRB: 9,9% to 16,3%; ACB_A: 78,7% to 74,2%; ACB_B: 69,9% (year 1988) to 79,2%; ACB_R: 55,4% to 69,2%; ACB_G: 27,0% to 31,9%. Change analysis detected dynamic agriculture gain-loss behaviour, with a clear deceleration of Agriculture-Grass gain. A spatial-temporal Index to determine agriculture disturbance was proposed and calculated (GUE: 40,52 RRB: 12,85; ACB_A: 74,82; ACB_B: 75,02; ACB_R: 71,84; ACB_G: 39,96). The Index should be interpreted as a representative—and optimistic lower bound— persistent Agriculture-Grass land cover percentage of the given area for the 47-year period. The findings of this study should be used to form a multidisciplinary approach to Páramo ecosystem monitoring, in order to fully understand the consequences of agricultural disturbance.

Il Páramo è un ecosistema di alta quota che si trova solo nelle Americhe tropicali. È caratterizzato da una ricca biodiversità, endemismi vegetali e svolge un ruolo chiave nello stoccaggio del carbonio e nella regolazione dell'acqua. I disturbi antropici derivanti da agricoltura, pascolo ed estrazione mineraria hanno storicamente minacciato questo fragile ecosistema. La Colombia ospita quasi la metà delle aree di superficie totale del Páramo del mondo e ha delimitato 37 diverse aree protette del Complesso del Páramo dal 2011, come misura per contrastare il loro declino. Questo declino è significativo nelle Ande centro-orientali, che ospitano la maggior parte della popolazione del paese e costituiscono un fulcro centrale dell'attività economica. Questa tesi si è concentrata su 3 Complessi del Páramo (Guerrero, Rabanal y Río Bogotá e Altiplano Cundiboyacense) che sono stati suddivisi in 6 Aree Protette (GUE, RRB, ACB_A, ACB_B, ACB_G, ACB_R). Il disturbo dovuto all'agricoltura è stato valutato in 47 anni utilizzando immagini multispettrali Landsat e Sentinel-2, da una prospettiva strettamente di copertura del suolo. La valutazione ha rivelato che tra il 1977 e il 2024, le aree agricole-erbacee sono aumentate nella maggior parte delle aree protette, alcune delle quali sono state storicamente dominate da questa copertura del suolo: GUE: dal 34,1% al 41,4%; RRB: dal 9,9% al 16,3%; ACB_A: dal 78,7% al 74,2%; ACB_B: dal 69,9% (anno 1988) al 79,2%; ACB_R: dal 55,4% al 69,2%; ACB_G: dal 27,0% al 31,9%. L'analisi del cambiamento ha rilevato un comportamento dinamico di guadagno-perdita dell'agricoltura, con una chiara decelerazione del guadagno agricolo-erbaceo. È stato proposto e calcolato un indice spazio-temporale per determinare la perturbazione agricola (GUE: 40,52 RRB: 12,85; ACB_A: 74,82; ACB_B: 75,02; ACB_R: 71,84; ACB_G: 39,96). L'indice dovrebbe essere interpretato come un limite inferiore rappresentativo e ottimistico della percentuale di copertura persistente di terreni agricoli e pascoli dell'area data per il periodo di 47 anni. I risultati di questo studio dovrebbero essere utilizzati per formare un approccio multidisciplinare al monitoraggio dell'ecosistema di Páramo, al fine di comprendere appieno le conseguenze della perturbazione agricola.