La teledetección y los Sistemas de Información Geográfica para el manejo de las tierras
Remote Sensing and Geographic Information System in the Decision Making Process for Land Management
Beatriz Lao Ramos, Dania Peláez Hernández
Centro de Investigaciones de Medio Ambiente de Camagüey, Camagüey, Cuba.
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RESUMEN
El manejo apropiado del recurso tierra constituye un indicador importante en la producción de alimentos y el desarrollo económico de las localidades. El empleo de herramientas como la teledetección y los Sistemas de Información Geográfica (SIG) permiten la obtención y procesamiento de información relacionada con el uso de la tierra, áreas inaccesibles y períodos de tiempos retrospectivos , lo que contribuye al proceso de toma de decisiones para una correcta planificación del recurso. Este estudio tiene como objetivo mostrar la aplicación de estas herramientas en el manejo de tierras, analizado desde su uso, para el municipio Jimaguayu durante el período 1977-2012. La teledetección permitió obtener la distribución espacial del uso de la tierra para el año 1986. El SIG se empleó en el análisis de la dinámica espacio-temporal. Los resultados muestran que los cambios de uso de la tierra repercutieron, en muchos casos, de forma negativa en el desarrollo agropecuario local, con tendencia al decrecimiento en las áreas ocupadas por pastos naturales y un incremento en las tierras desoladas. Esto originó problemas dentro del sector agropecuario como: el desaprovechamiento del recurso tierra, el sobrepastoreo de las áreas, la compactación de los suelos, etc. Este resultado fue utilizado en el análisis del Modelo de Ordenamiento Ambiental local.
Palabras clave: manejo de tierras, sistema de información geográfica, teledetección, uso de la tierra.
ABSTRACT
Proper management of the land resource is an important indicator of food production and the localities’ economic development. The use of tools such as remote sensing and GIS allow collecting and processing information related to land use, inaccessible areas and retrospective time periods, which contribute to the decision making process for proper resource planning. This study aims to show the application of these tools in land management, analyzing since its use, for Jimaguayu Municipality during 1977-2012 period. Remote sensing allowed obtaining the spatial distribution of land use by 1986. The GIS was used in the analysis of spatial-temporal dynamic. The results show that changes in land use had, in many cases, a negative impact on local agricultural development, with decrease tendency in the natural pastures areas and an increase of the uncultivated area. This caused problems in agricultural sector such as loss of land resources, overgrazing of areas, compaction of soils, etc. This result was used in the local Environmental Management Model analysis.
Keywords: land management, geographic information system, remote sensing, land use.
INTRODUCCIÓN
]]> La provincia de Camagüey se ha caracterizado por el desarrollo de la actividad agropecuaria, fundamentalmente la rama ganadera, desde siglos anteriores. La existencia de un terreno llano, caracterizado por la presencia de terrazas marinas con varios niveles (Faloh et al., 1989) favorece el desarrollo de esta actividad en la provincia. El avance del Programa Ganadero en el territorio requirió de la realización de numerosas transformaciones, aparejado a trabajos de deforestación y cambios de uso de la tierra en muchos municipios, alrededor de los años 80.El presente estudio tiene como objetivo mostrar la aplicación de herramientas como la teledetección y los SIG en el manejo de tierras, analizado desde la perspectiva de la dinámica espacio-temporal de su uso, para el municipio Jimaguayú durante el período 1977-2012, información utilizada en el modelo de ordenamiento ambiental (MOA) y el proceso de planificación territorial. Como parte del estudio se identifica además, la influencia del cambio de uso de la tierra en el desarrollo agropecuario del municipio; así como las áreas deforestadas durante este período. La ausencia de información relacionada con el uso de la tierra para el año 1986, brindo la posibilidad del empleo de la teledetección para la obtención de la cartografía correspondiente. El empleo del SIG en el análisis de la dinámica espacio-temporal permitió identificar problemas en el sector agroproductivo del territorio que aún persisten en nuestros días.
En Cuba, los SIG son ampliamente utilizados como herramientas de análisis en los estudios ambientales. El uso de técnicas como el mapeo participativo, empleado por varios autores como Chapin et al. (2005), han sido utilizadas en nuestra provincia para la captura de información primaria durante el desarrollo de otros estudios como los de peligro, vulnerabilidad y riesgo (Montero et al., 2013). Actualmente se trabaja en la incorporación del SIG participativo en las tareas de mapeo de uso de la tierra, con el fin de perfeccionar los resultados.
Otros autores como Uriarte et al. (2009) vinculan los SIG y la teledetección para el mapeo del uso de suelo con fines arqueológicos.
En la provincia de Camagüey, el empleo de la teledetección como herramienta para la cartografía del uso de la tierra, es algo novedoso atribuido a este estudio. En Cuba, existen antecedentes de investigaciones ejecutadas por el Instituto de Geografía Tropical que vinculan la teledetección y el mapeo del uso de la tierra (Tamarit, 2006; Reyes, 2010; Ponvert y Lau, 2013; Colina et al., 2016; Marmol et al., 2016).
Como parte del desarrollo del proyecto BASAL (Bases Ambientales para la Sostenibilidad Alimentaria Local) en la provincia, el municipio Jimaguayú fue seleccionado, teniendo en cuenta su especialización económica, como objeto de trabajo del proyecto para aplicar estrategias que permitan el mejoramiento y conservación de los suelos ante cualquier tipo de uso, con el fin de restaurar o mantener su agroproductividad, promoviendo las buenas prácticas de manejo sostenible de tierras (Primelles et al., 2015). Esta condición que lo distingue de los otros municipios de la provincia, permite que el mismo sea seleccionado como área de estudio para el manejo de tierras, basado en el análisis de la dinámica espacio-temporal del uso.
El municipio Jimaguayú posee una extensión superficial de 783.43 km2 y una población de 20 581 habitantes distribuidos en seis consejos populares que abarcan zonas urbanas y rurales. La densidad de población alcanza 26.3 habitantes por km2 (ONEI, 2016). Geográficamente, el municipio se encuentra situado entre los 21°, 05’, 00” y 21°, 22’, 00” de latitud norte y los 77°, 36’, 00” y 78°, 03’, 00” de longitud oeste y limita al norte con el municipio Camagüey; al este con el municipio Sibanicú; al oeste con los municipios Vertientes y Camagüey y al sur con el municipio Najasa (Figura 1).
MÉTODOS
En este estudio el desarrollo agropecuario de municipio Jimaguayú es analizado tomando como base la influencia ejercida en el cambio de uso de la tierra para el período 1977-2012. Teniendo en cuenta que el período 1977-1986 no existía información previa del mapa de uso de suelo del municipio, se hizo necesario el empleo de otras herramientas como la teledetección y la digitalización para la obtención de los mapas de uso de suelo correspondientes. Los Sistemas de Información Geográfica (SIG) fueron utilizados en el análisis de la dinámica espacio-temporal para el período estudiado. Durante la investigación se emplearon como materiales principales las hojas topográficas del municipio a escala 1: 50 000 correspondiente al año 1977, imágenes LANDSAT (LAND=tierra y SAT= Satélite) 5 TM tomadas el 24 de febrero de 1986 y el mapa de uso de la tierra correspondiente al año 2012; este último obtenido a través de la Dirección Provincial de Planificación Física (DPPF).
]]> El trabajo fue desarrollado en tres etapas; las cuales aparecen contenidas en el siguiente diagrama de flujo (Figura 2).La primera etapa de trabajo se encuentra relacionada con la preparación de las imágenes satelitales. Durante el pre-procesamiento digital, las correcciones atmosféricas y radiométricas de las imágenes Landsat 5 TM (30 m de resolución), se realizaron utilizando los parámetros de calibración de cada imagen (ángulo de elevación del sol, valores de radianza mínimos y máximos de cada banda). Para las correcciones atmosféricas se empleó el método de sustracción de los pixeles oscuros o método de Chávez (Sadeck y Rodríguez, 2005). Las correcciones geométricas se realizaron empleando el ILWIS 3.3. La georeferenciación se realizó a través del proceso de registro de imagen a imagen. Para el resample de la imagen fue utilizado el método del vecino más cercano, teniendo en cuenta que se considera la distancia más corta, es decir el valor del punto más cercano.
La segunda etapa comprendió el procesamiento digital de las imágenes. Como técnicas de análisis fueron empleadas: el color compuesto y la clasificación supervisada. Para la diferenciación de la vegetación fueron empleada las combinaciones: 4-3-2 y 3-2-1 (Dirección General de Geografía y Medio Ambiente, 2014). La clasificación supervisada se realizó con el empleo de la herramienta Sample Set, donde numerosos pixeles fueron muestreados para cada tipo de uso de la tierra, tomando como base las muestras de campos adquiridas en estudios previos. Como método de clasificación se empleó el Maximum Likelihood (Westen y Farifteh, 2001). Por otro lado, el mapa de uso de la tierra de 1977 se obtuvo a partir del proceso de digitalización de las hojas topográficas del municipio a escala 1: 50 000.
La tercera etapa de trabajo estuvo centrada en el uso de las técnicas de los SIG para el análisis espacio-temporal de los mapas de uso de la tierra en el municipio Jimaguayú. Como técnicas de análisis se emplearon para el modelo vectorial las operaciones de superposición con varias capas y operaciones matemáticas con los mapas (Klee, 2010). Finalmente, fueron identificadas las áreas deforestadas durante el proceso de cambio de uso de la tierra y las nuevas áreas reforestadas existentes en el año 2012.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Como resultado fueron obtenidos los mapas de uso de la tierra correspondientes a los años 1977 y 1986. La Figura. 3 muestra la distribución espacial para los diferentes usos de tierra en el municipio de Jimaguayú, durante el año 1986. Este mapa se obtuvo como resultado del procesamiento digital de las imágenes Landsat 5 TM, de 30 m de resolución.
El análisis del mapa de uso de la tierra correspondiente al año 1986 muestra que durante ese año en el municipio Jimaguayú las mayores extensiones de tierra pertenecían a los pastos naturales; los cuales ocupaban 556,17 km2, representando el 70,7% de todo el territorio. Seguidamente se encontraban las tierras ociosas o no cultivadas con 116,76 km2, ocupando un 14,84% del municipio. Las superficies forestales con 80,98 km2 de bosques naturales (10,3%), se localizaban en los alrededores de los embalses, ríos y cercanía de los poblados; entre las áreas de pastos fueron identificados solamente los que aparecen congregados. Cultivos como la caña de azúcar ocupaban 9,71 km2, constituyendo el 1,23% del municipio. Por otro lado las plantaciones forestales y los frutales ocupaban áreas muy pequeñas de 4,29 km2 (0,55%) y 3,67 km2 (0,47%) respectivamente. La superficie acuosa, representada por áreas superiores a 1,5 ha, ocupaba un área de12,85 km2, constituyendo el 1,6% del área del municipio. La existencia de una resolución espacial no apropiada para delimitar los pequeños asentamientos, así como la continuidad de los tramos de carreteras que podrían ser enmascarados por la vegetación, imposibilitaron un estudio más detallado de estos usos.
Con el objetivo de unificar las clases existentes en el mapa de 1986, con las existentes en los mapas de usos de la tierra de los años 1977 y 2012, una nueva clasificación fue creada. Para la identificación de las clases de uso de la tierra en las hojas cartográficas de 1977, fue utilizado el manual de símbolos convencionales (1982). Para el análisis de la hidrografía solo se consideraron las presas cuya áreas superaba las 1,5 ha, de modo que pudieran ser bien delimitadas en las imágenes satelitales empleadas; siendo definidas como superficie acuosa. Finalmente el mapa de uso de la tierra de 1977 es mostrado en la Figura. 4.
El mapa de uso de la tierra de 1977 muestra un predominio de los pastos naturales en todo el municipio, llegando a ocupar estos 614,56 km2, lo que representaba el 78,1% de la totalidad del área. Seguidamente se encontraban las superficies con bosques naturales ocupando un área de 70,02 km2, representando el 8,9%. Las tierra ociosas o desoladas, abarcaban un área de 68,89 km2, constituyendo el 8,76% del terreno. La caña de azúcar ocupaba 13,75 km2, constituyendo el 1,75% del municipio. Por otro lado las plantaciones forestales y los frutales ocupaban áreas muy pequeñas de 4,89 km2 (0,62%) y 4,14 km2 (0,52%) respectivamente. La superficie acuosa, representada por áreas superiores a 1,5 ha, ocupaba un área de 10,45 km2, constituyendo el 1,3% del área del municipio.
]]> Por otro lado, un trabajo previo de compilación de las clases de uso de la tierra para el mapa 2012, fue llevado acabo. Las clases previamente denominadas como: los pastos naturales, pastos y forrajes, forrajes temporales, pastos y forrajes cultivados, pastos y forrajes no cultivados fueron clasificadas como pastos naturales. Los frutales, plátano, arroz, cítricos, café, cultivos varios y cultivos permanentes fueron agrupados dentro de la clase frutales. Las áreas de bosques naturales y cañas de azúcar fueron mantenidas con esa clasificación. La clase de tierra ociosa o desolada fue creada mediante la compilación de las áreas de superficie ociosa, deforestadas, no aptas y superficies no cultivadas. Las clases hídrica natural y embalses fueron incluidas dentro de la clase superficie acuosa. Las áreas ocupadas por plantaciones forestales fueron incluidas dentro de las áreas de bosques naturales, según la clase creada por la DPPF. Otras clases tales como superficie de infraestructuras y asentamiento también fueron creadas. Dentro de la clase de superficie de infraestructuras fueron incluidas: canales, Ferrocarriles Público, ferrocarriles Industrial (cañeros), carreteras, vías de interés específico, otras instalaciones, educacionales, turística recreativa, superficie de apoyo a las instalaciones agrícolas, superficie de instalaciones industriales, superficie de producción pecuaria y superficies ocupadas por vertederos. La superficie ocupada por la clase urbana y rural, conformaron la clase de asentamientos. La ausencia de una resolución espacial apropiada para estos estudios, no permitió incluir las clases de superficie de infraestructura y la clase de asentamientos en la etapa de análisis de los mapas.El mapa final de uso de la tierra del 2012 (Figura. 5) muestra a la clase tierra ociosa ocupando las mayores extensiones, con un área de 331,14 km2, esto representa el 42,4% del municipio. Por otro lado, los pastos naturales abarcan un área de 311,47 km2 constituyendo el 39,6%. Los bosques naturales representan un 5,31% del área municipio, ocupando un área de 41,81 km2. Las clases de frutales y cañas de azúcar abarcan áreas menores, 38,3 km2 (4,9%) y 16,82 km2 (2,1%) respectivamente. La superficie acuosa ocupa 18,06 km2, lo que representa el 2,3% del área del municipio.
Discusión de los resultados
El análisis de los mapas de uso de la tierra de 1977 y 1986, refleja que durante esos años las tierras en el municipio Jimaguayú estaban ocupadas principalmente por pastos naturales, lo que favorecía grandemente el desarrollo pecuario del municipio, fundamentalmente de la rama ganadera. El decrecimiento de estas áreas hacia 1986, provocó que 58,0 km2 que eran usados como pastos naturales, con fines ganaderos fueran utilizados con otro objetivo al ocurrir un cambio en el uso de la tierra, pasando a convertirse en tierras no cultivadas. Por otro lado, las áreas ocupadas por caña de azúcar, plantaciones forestales y frutales, mostraban similar tendencia, con ligeros decrecimientos de 4,04 km2, 0,60 km2 y 0,47 km2 respectivamente, lo que provocaba afectaciones en el sector agrario. Sin embargo, un incremento significativo ocurrió en las áreas de las tierras no cultivadas, para 1986, llegando a alcanzar los 47,87 km2. Esto permitió el surgimiento de numerosos problemas dentro del sector agropecuario en el municipio, entre los que se destacan el desaprovechamiento del recurso tierra y la baja productividad. Finalmente, un ligero incremento en las áreas ocupadas por superficies acuosas es determinado (2,40 km2). Esto se debió a la especial atención que brindaba el país en esos años para el incremento de las presas y micropresas, con el fin de garantizaría el desarrollo agropecuario de las provincias.
Un análisis del valor obtenido para las áreas de bosques naturales arrojó que su incremento estaba asociado a dos causas fundamentales. La primera estaba relacionada con la resolución del pixel; durante el proceso de clasificación, la clase de bosque le es asignada a toda el área (30 m) ocupados por el pixel. La segunda causa se corresponde con la inexistencia de los límites establecidos para las áreas de bosques jóvenes y bosques espaciados; estos fueron establecidos a criterios del autor.
La comparación entre los mapas de uso de la tierra de 1986 y 2012 arroja cambios significativos en cuanto al uso de la tierra en el municipio. Los pastos naturales continúan mostrando tendencia al decrecimiento, llegándose a reducir en 244,7 km2, lo que conducía a la concentración del ganado en áreas más pequeñas, el sobrepastoreo de las áreas, provocando así una mayor compactación y erosión de los suelos, además de un menor aprovechamiento de la superficie terrestre. Hacia el año 2012, alrededor de 39,0 km2 de bosques habían desaparecidos. Por otro lado, las tierras no cultivadas habían ocupado más de 214,0 km2.
El diseño de nuevas estrategias productivas permitió que las áreas ocupadas por caña de azúcar se incrementaron en 7,11 km2; lo que favorecía el incremento de las fuentes de alimentación para el ganado. Los frutales mostraban un significativo incremento de 35,0 km2 con nuevas áreas ocupadas por plátano, arroz, cítricos, café y otros; influyendo de forma positiva en el desarrollo agrario local. Las superficies acuosas continúan mostrando un incremento (5,21 km2) en las áreas, debido al aumento en el municipio de la actividad agrícola, lo que requirió de la creación de nuevas micro presas y canales.
Un análisis comparativo de las áreas ocupadas por bosques naturales, durante el período 1977-2012, permitió determinar las áreas que fueron deforestadas. La Figura 6 refleja la distribución espacial de los bosques correspondientes al período de estudio. Las mayores áreas de bosques muestran similar distribución, encontrándose las mayores acumulaciones hacia la parte sur, suroeste y noreste del municipio. Las mayores concentraciones localizadas hacia el sur y suroeste se corresponden con las franjas hidroreguladoras localizadas en los alrededores de los embalses y ríos. Por otro lado, hacia la parte noreste, las mayores áreas se corresponden con los bosques existentes en la cercanía de la Sierra de Maraguan.
Un análisis detallado de la figura anterior muestra, durante el año 2012 alrededor de 16.03 km2 de áreas de bosques naturales, existentes durante el año 1977, estaban conservadas. Por lo tanto, cerca de 53 km2 de bosques naturales habían desaparecido. Sin embargo, durante el año 2012, nuevas áreas de bosques son obtenidas; las cuales representan el 50% del total de las áreas perdidas. La Figura 7 muestra la distribución espacial de las nuevas áreas reforestadas. Estas se localizan fundamentalmente hacia la parte central del municipio, correspondiéndose principalmente con las franjas hidroreguladoras ubicadas en los alrededores de los ríos, arroyos y algunos embalses.
]]> CONCLUSIONES
NOTA
La mención de marcas comerciales de equipos, instrumentos o materiales específicos obedece a propósitos de identificación, no existiendo ningún compromiso promocional con relación a los mismos, ni por los autores ni por el editor.
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