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Estimaci�n de la tasa de deforestaci�n a trav�s de an�lisis multitemporal de im�genes satelitales en las comunidades de Warints y Yawi

 

Estimation of deforestation rate� through multitemporal analysis of satellite images in warints and yawi communities

 

Estimativa da taxa de desmatamento por meio de an�lise multitemporal de imagens de sat�lite nas comunidades de Warints e Yawi

			Justo Moises Narv�ez-Brito V moises4271@gmail.com� �https://orcid.org/0000-0001-6844-5549 ��

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Correspondencia: miguel.osorio@espoch.edu.ec

 

 

Ciencias T�cnica y Aplicadas ���

Art�culo de Investigaci�n

��

* Recibido: 17 de junio de 2023 *Aceptado: 22 de julio de 2023 * Publicado: �16 de agosto de 2023

 

         I.            M�ster en Ingenier�a Ambiental, Ingeniero Ambiental, Docente de la Escuela Superior Polit�cnica de Chimborazo Sede Morona Santiago, Macas, Ecuador.

       II.            Magister en Farmacia Cl�nica, Bioqu�mica Farmac�utica, Docente Ocasional, Escuela Superior Polit�cnica de Chimborazo, Facultad de Ciencias Pecuarias, Ecuador.

     III.            M�ster Universitario en Cambio Global: Recursos Naturales y Sostenibilidad, Ingeniero en Biotecnolog�a Ambiental, Docente de la Escuela Superior Polit�cnica de Chimborazo Sede Morona Santiago, Macas, Ecuador.�������

    IV.            Ingeniero Agr�nomo, Magister en Formulaci�n, Evaluaci�n y Gerencia de Proyectos para el Desarrollo, Escuela Superior Polit�cnica de Chimborazo, Macas, Morona Santiago, Ecuador.

      V.            Investigador Independiente, Macas

Resumen

El objetivo de esta investigaci�n fue determinar la tasa de deforestaci�n para las comunidades de Warints y Yawi del cant�n Lim�n Indanza, mediante el an�lisis multitemporal de im�genes satelitales, durante los periodos 2000-2020. El m�todo empleado es de nivel descriptivo, su dise�o es no experimental longitudinal; presenta un proceso secuencial donde se recolectan las im�genes del repositorio virtual (USGS Earth Explorer), a trav�s del empleo de los softwares ENVI y ArcGIS se preprocesaron y procesaron los insumos necesarios: clasificaci�n de las coberturas del suelo y elaboraci�n de mapas. Como an�lisis estad�stico, se validaron los resultados con la matriz de confusi�n e �ndice de Kappa, para posterior c�lculo de la tasa de deforestaci�n. Los resultados fueron los siguiente; el �rea boscosa representa el 73% del �rea en estudio un cambio de 2760,61 Ha con una tasa de -1,37% y una deforestaci�n anual de 117,87 Ha. Se concluye que la deforestaci�n esta aumenta debido al crecimiento poblacional de la zona, es as� que se recomienda replicar este tipo de estudio para la elaboraci�n de proyectos y pol�ticas de la zona.

Palabras clave: Deforestaci�n; Teledetecci�n; An�lisis multitemporal; Warints y Yawi (comunidades).

 

Abstract

The objective of this research was to determine the deforestation rate for the Warints and Yawi communities of the Lim�n Indanza canton, through the multitemporal analysis of satellite images, during the periods 2000-2020. The method used is descriptive, its design is longitudinal non-experimental; presents a sequential process where the images from the virtual repository (USGS Earth Explorer) are collected, through the use of ENVI and ArcGIS software, the necessary inputs were preprocessed and processed: classification of land cover and map making. As a statistical analysis, the results were validated with the confusion matrix and Kappa index, for later calculation of the deforestation rate. The results were the following; The forested area represents 73% of the area under study, a change of 2760.61 Ha with a rate of -1.37% and an annual deforestation of 117.87 Ha. It is concluded that deforestation is increasing due to the population growth of the area, so it is recommended to replicate this type of study for the development of projects and policies in the area.

Keywords: Deforestation; remote sensing; Multitemporal analysis; Warints and Yawi (communities).

 

Resumo

O objetivo desta pesquisa foi determinar a taxa de desmatamento para as comunidades Warints e Yawi do cant�o Lim�n Indanza, atrav�s da an�lise multitemporal de imagens de sat�lite, durante os per�odos 2000-2020. O m�todo utilizado � descritivo, seu desenho � longitudinal n�o experimental; apresenta um processo sequencial onde s�o recolhidas as imagens do reposit�rio virtual (USGS Earth Explorer), atrav�s da utiliza��o dos softwares ENVI e ArcGIS, foram pr�-processados ​​e processados ​​os inputs necess�rios: classifica��o da ocupa��o do solo e cartografia. Como an�lise estat�stica, os resultados foram validados com a matriz de confus�o e �ndice Kappa, para posterior c�lculo da taxa de desmatamento. Os resultados foram os seguintes; A �rea florestal representa 73% da �rea em estudo, uma altera��o de 2760,61 Ha com uma taxa de -1,37% e uma desfloresta��o anual de 117,87 Ha. Conclui-se que a desfloresta��o est� a aumentar devido ao crescimento populacional da �rea, pelo que Recomenda-se a replica��o desse tipo de estudo para o desenvolvimento de projetos e pol�ticas na �rea.

Palavras-chave: Desmatamento; sensoriamento remoto; An�lise multitemporal; Warints e Yawi (comunidades).

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Introducci�n

En las �ltimas d�cadas a nivel global se han presentado cambios en coberturas del suelo, seg�n Grimm et al. (1), motivo de causa a la expansi�n de las zonas urbanas y la agricultura. La deforestaci�n es uno de los m�s grandes problemas de car�cter ambiental, lo que puede generar como efecto la erosi�n, sequ�a, inundaciones y p�rdida de h�bitat aportando negativamente con el cambio clim�tico (2), Mel�ndez (3) establece una estimaci�n para 30 a�os en cuanto a la deforestaci�n, supera los 350 mil hect�reas por a�o.

Ecuador es uno de los pa�ses m�s megadiversos del planeta (4), sin embargo, se ha encontrado en constante cambio de coberturas del suelo, en mayor�a por procesos agropecuarios y miner�a, alterando el balance de los ecosistemas (5).

El an�lisis de datos a trav�s de la teledetecci�n se ha aplicado para el estudio forestal comprendiendo categor�as para la estimaci�n de coberturas boscosas, atributos forestales, detecci�n de cambios en los bosques y modelamiento espacial (6).

En Ecuador la deforestaci�n es un reto complejo de establecer, pese a las actividades de distintos asentamientos que han ocasionado el 60% de la superficie talada cada a�o, esta para fines personales e industriales (7), seg�n el estudio realizado por Ponce (8) el 2018, la tasa de deforestaci�n es de 2,3% (34000 Ha), en cuanto a Morona Santiago� le correspondiente el 16,7% del total (7920 Ha), as� mismo Camacho et al. (9) determin� que para la provincia fue el 0,73% (2874 Ha) del total de bosque protector para un periodo de 1990 hasta el 2018, evidenciando el crecimiento de la actividad agr�cola.

Se�alando que los estudios dispuesto anteriormente son generalizados con datos proporcionados por el geoportal del Ministerio del Ambiente, y su escala no proporciona datos con alta severidad para las comunidades de Warints y Yawi, ubicadas dentro de la provincia, se crea este estudio con la finalidad de obtener la tasa de deforestaci�n de la zona para los a�os 2000, 2010 y 2020, bas�ndose en m�todos cient�ficos y la teledetecci�n; as� mismo generar mapas de coberturas que sirvan para establecer pol�ticas contribuyentes para la conservaci�n, restauraci�n y regulaci�n de �reas de protecci�n forestal, aportando as� datos preliminares de l�nea base para la ejecuci�n de futuros proyectos ambientales, sociales, productivos y econ�micos, que en conjunto lleven a un manejo integral de la zona boscosa.

 

Materiales y m�todos

La investigaci�n es de nivel descriptivo, ya que cuantifica la deforestaci�n; no experimental debido a que no manipula ninguna variable y de tipo longitudinal pese a que analiza un periodo de tiempo de un �rea determinada.

El m�todo sigue un proceso secuencial (figura 1), empezando en primer lugar definiendo el �rea de estudio en Earth Explorer, posteriormente se descargan las im�genes para los a�os 2000, 2010, 2020 y estas atraviesan un preprocesamiento y procesamiento empleando los aplicativos ENVI y ArcGIS; se definen los mapas de cobertura vegetal a trav�s de la clasificaci�n supervisada siendo validada con la matriz de confusi�n e �ndice de kappa, con la finalidad de establecer un an�lisis multitemporal y posterior c�lculo de la deforestaci�n:

 

Figura 1. Proceso secuencial para la estimaci�n de la tasa de deforestaci�n

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Definici�n del �rea de estudio

Las comunidades Warints y Yawi se encuentran en el cant�n Lim�n Indanza en la parroquia San Antonio limita al norte con el cant�n Santiago de M�ndez; al sur con San Juan Bosco; Este con Per� y oeste con la provincia de Azuay; estas comunas se encuentran separadas por una distancia de 1,9 km aproximadamente y a 120 km de distancia de la capital Macas. Est�n en las coordenadas geogr�ficas 3� 4'23.98"S y 78�20'19.35"O, posee una altitud de entre 1.200 a 1.600 m.s.n.m., su clima es templado y h�medo, mantiene una temperatura promedio de 18 �C a 22 �C. La precipitaci�n oscila entre los 1500 mm y 3000 mm (10).

 

Figura 2. Espacios de la comunidad centro shuar Warints a�o 2021.

En esta investigaci�n se tom� como el �rea de an�lisis un tramo de 107,62 km2, debido a que son dos comunidades que aun no cuentan con l�mites en los registros nacionales.

 

Figura 3. Mapa de localizaci�n de las comunidades Warints y Yawi, Lim�n Indanza.

 

Selecci�n y descarga de im�genes satelitales

Para la aplicaci�n de la clasificaci�n supervisada se emple� con tres im�genes de diferentes a�os adquiridas de la plataforma Earth Explorer, corresponde al a�o 2000 a trav�s del sensor TM 5, multiespectral con siete bandas y las dos restantes a�o 2010 y 2020 con el sensor OLI y TIRS 8 adquiriendo datos en 11 bandas espectrales tanto termales como operacionales, esta mantienen un formato Geo TIFF con una resoluci�n del 30m/pixel con un porcentaje de nubosidad del 20%, siendo un factor limitante pese a que en la Amazonia es caracterizada por exhibir gran presencia de nubes y excesiva precipitaci�n, las im�genes fueron tomadas de las siguientes fechas: 29 de agosto de 2000, 12 de agosto de 2010 y 4 de agosto de 2020 (seleccionadas debido a que la zona no presentaba mucha nubosidad).

 

Figura 4. Descarga de im�genes del portal Earth Explorer.

A cada imagen se le aplic� un preprocesamiento debido a las fallas que presentan los sensores tales como poca calidad de luminosidad, brillo y reflectancia en el caso del sensor ETM+ del Landsat 7, y efectos innecesarios de aerosoles y radiancia en el Landsat 8 (11), se le aplican correcciones radiom�tricas y atmosf�ricas con el software ENVI 5,3 a trav�s de las herramientas Radiometric Calibration y Flaash, respectivamente. El �rea de la imagen es excesivamente amplia as� que se gener� un mosaico, recortando un espacio limitado con la herramienta Subset Data from ROIs.

Se efect�a la combinaci�n de bandas empleando la combinaci�n �5,4,3� para Landsat 5 y �6,5,2� Landsat 8, es la m�s empleada para visualizar la vegetaci�n sana, �reas desnudas y pastizales (12) (figura 5).

 

Figura 5. Combinaci�n de bandas.

(A)

(B)

(C)

Nota: (A) A�o 2000 (combinaci�n 5-4-3), (B) 2010 y (C) 2020 (combinaci�n 6-5-2).

 

Clasificaciones supervisadas

Una vez definido la delimitaci�n del �rea de estudio, se procede a la clasificaci�n, en este caso se definieron 3 clases (pastos, suelos desnudos y bosque), se colocan puntos de control con la herramienta ROI del software ENVI 5.3; se genera un reporte de separabilidad entre sus regiones donde valores entre el rango de 1,99-2 es una buena clasificaci�n (13), para el estudio se definieron 10 muestras, y finalmente con la herramienta Supervised Classification >> Maximum Likelihood Classification, se genera cada una de las coberturas.�

Con el software ArcGIS 10.8 se define el mapa, para ello se convierte el r�ster generado a pol�gono con la herramienta Raster to Polygon, obteniendo as� los resultados en hect�reas y porcentuales por clase.

 

Validaci�n de la clasificaci�n

Para evaluar la fiabilidad de la clasificaci�n supervisada de las im�genes satelitales obtenidas, se emple� una matriz de confusi�n y el �ndice de Kappa, de acuerdo con una escala entre 0 y 1 donde 0 corresponde a una correlaci�n no acertada y 1 siendo una relaci�n, la ecuaci�n expresada a continuaci�n fue formulada por la FAO (14).

Donde:

Po: Proporci�n de acuerdos observados (precisi�n global).

Pe: Proporci�n de acuerdos esperados por azar (proporci�n esperada).

En este proceso se conoce el % de confiabilidad y el �ndice kappa, el cual maneja los siguientes rangos (12):

 

Tabla 3. Rangos para la correlaci�n con el �ndice de Kappa

 

Se tomaron muestras train para cada clase y as� mismo muestras test para cada imagen, para ser validadas acorde a su aceptaci�n con las del test.

 

Figura 6. Reporte de ENVI del �ndice de kappa y matriz de confusi�n.

Nota: Valor establecido para la clasificaci�n de la imagen del a�o 2000.

 

An�lisis multitemporal

Este procedimiento se realiz� a partir de la comparaci�n de los mapas de coberturas para los a�os 2000, 2010 y 2020, se emple� la herramienta Intersect de ArcGIS, para realizar la sobreposici�n de los datos y cuantificar de los cambios de coberturas. Posteriormente a trav�s de la denominada tabulaci�n cruzada, se origin� un nuevo archivo con las combinaciones; esta matriz se traslad� a Excel y se procesaron los datos, la misma determin� los cambios relevantes y evoluci�n en la l�nea de tiempo, una vez establecida, se logra calcular la ganancia, perdida y cambio total de cobertura (15).

Los valores de la matriz que se encuentran diagonales corresponden a las coberturas persistentes (sin cambio), y los valores fuera de ella lo contrario (clase 1 paso a clase 2). En dicha matriz (Tabla 3) las filas representan las categor�as del mapa en el tiempo 1 (T1) y las columnas las categor�as del mapa en el tiempo 2 (T2) (16).

 

Tabla 3. Representaci�n de la matriz de transici�n.

Se elaboraron los mapas tem�ticos para cada a�o, se calcul� el �rea y se agrupo por la transici�n: persistencia y cambio, valores interpretados a trav�s de gr�ficos en Excel.

Finalmente, se determin� la tasa de deforestaci�n a trav�s de la f�rmula propuesta por Puyravaud (17), con el fin de comparar las coberturas de los distintos per�odos.

(2)

Donde:

TDA= tasa de deforestaci�n (%)

A2 = superficie fecha 2 (ha)

A1 = superficie en la fecha 1 (ha)

t2 = A�o fecha 2

t1 = A�o fecha 1

El valor de la deforestaci�n anual promedio se calcul� con la formula dictada por el Ministerio del Ambiente (18).

(3)

Donde:

R= Deforestaci�n anual promedio (ha)

A2 = superficie fecha 2 (ha)

A1 = superficie en la fecha 1 (ha)

t2 = A�o fecha 2

t1 = A�o fecha 1

Los valores fueron representados a trav�s de gr�ficos, tablas comparativas y mapas tem�ticos.

 

Resultados

Desde de la clasificaci�n se identificaron cuatro coberturas (suelos desnudos, pastos, bosques, nubes), las que variaron conforme ha pasado el periodo de tiempo. La tabla 4 y figura 6 se presentan los resultados correspondientes a las tres fechas, donde se evidencia el cambio para cada una de las coberturas, valores en hect�reas y porcentuales. Lo que se destaca en el an�lisis es la cobertura boscosa las que ha disminuido su �rea ocupada, el mismo que refleja crecimiento en coberturas de pastos y suelos desnudos.

 

Figura 6. Representaci�n gr�fica de superficie de coberturas del suelo.

Nota: Los valores representados se encuentran en hect�reas por coberturas ocupada en cada uno de los a�os 2000, 2010 y 2020.

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Figura 4.� Comparaci�n de coberturas periodos 2000-2020.

 

�En la prueba de concordancia recibida por ENVI con el �ndice de kappa y matriz de confusi�n se logr� obtener un valor promedio de concordancia de 86%, se�alando un grado de aceptaci�n muy bueno.

 

Tabla 5: Valores obtenidos del �ndice de kappa y precisi�n global.

 

A continuaci�n, se ilustran los distintos mapas tem�ticos expresados en base a los resultados obtenidos para cada a�o (figura 6). Se logra apreciar que la extensi�n de suelo desnudo creci� a un 4% (532,78 Ha) y pasto a 25% (2721,30 Ha) del periodo en estudio.

 

Figura 6. Mapas tem�ticos de cobertura del suelo a�os 2000, 2010 y 2020.

(A)

(B)

(C)

Nota: En cada uno de los mapas se expresan las coberturas del suelo Pasto (verde oscuro), Bosque (verde claro), Suelos desnudos (rojo) y Nubes (celeste) para los a�os 2000 (A), 2010 (B) y 2020 (C).

 

A trav�s de intersect se sobrepusieron las coberturas y con un c�digo Python se establecieron las �reas que presentaron cambios y permanencias de manera global, 33,54% (3627,99 Ha) y 66,46 (7188,41 Ha), respectivamente. As� mismo se estableci� los valores de cambios del bosque a suelo desnudo 3% (365,06 Ha), bosque a pasto 24% (2395,55 Ha), el �rea boscosa que no ha presentado cambio le corresponde el 73% (7398,12 Ha).

 

Figura 7. Cambios de coberturas del suelo periodo 2000-2020.

Del siguiente resultado se estableci� la superficie deforestada con relaci�n al bosque que presento cambios en sus distintas coberturas constituyendo 2760,61 Ha (figura 7).

 

Figura 8. Deforestaci�n para el peri�do 2000-2020 de Warints y Yawi.

Nota: La deforestaci�n se encuentra representada con el color rojo y los puntos negros corresponden a la ubicaci�n de las comunidades en estudio.

 

Para cada periodo se determin� la tasa de cambio anual, los datos obtenidos que corresponden a p�rdidas de bosque, se considerar� los dos �ltimos a�os 2000 y 2020, mientras que los a�os del 2000 al 2010 no se tomaron en cuenta (Tabla 6). Se obtuvo como resultado para el per�odo 2000 y 2020 una tasa de cambio del -1,37%.

 

Tabla 6: Tasa de deforestaci�n para cada a�o en estudio.

 

La mayor tasa de deforestaci�n anual que se present� fue del periodo 2010-2020, con un total de 136,22 Ha/a�o.

 

Figura 9. Tasa de deforestaci�n anual promedio 2000-2020.

 

Discusi�n

Las im�genes satelitales permitieron clasificar las coberturas b�sicas tales como bosque, pastos y suelos, para posterior facilidad de validaci�n con el �ndice de kappa, seg�n Torres et al. (19), se trabaja e interpreta de mejor manera las coberturas con im�genes 30x30 m con pocas clases debido al tama�o del pixelado.

Sobre las coberturas descritas en los mapas tem�ticos en la zona se destaca la presencia del 25% (2721,30 Ha) constituyente a pastizales ya sea para diversos usos como ganader�a, agricultura o por actividad extractiva forestal, seg�n el PDOT de Lim�n Indanza (10) el �rea ocupada de tierras agropecuarias es de 55105 ha; y desde el a�o 2000 al 2008 se ha dado un incremento de esta cobertura de suelo de un 7.68%; as� mismo en cuanto a la clase de suelo desnudo determinada fue de 532,78 Ha, esta representa el �rea rural y parte de los suelo sin vegetaci�n; as� mismo el reporte define que en el cant�n, las comunidades se han expandido generando fronteras convirtiendo los suelos en desnudos, siendo esto un tema complejo en el �mbito de ambiente.

Los valores obtenidos de tasas de deforestaci�n (-1,37%) superan a los conseguidos por Camacho et al. (9) como promedio de Morona Santiago (-0,5%), si bien es cierto los valores calculados se determinaron a trav�s de im�genes satelitales y en diferentes tiempos y fragmento de espacios, los mismos que resultan a manera de orientaci�n para determinar diferentes espacios de la provincia.

Por otro lado, Ponce (8) tambi�n determin� la tasa de deforestaci�n a nivel de Ecuador pero considerando una metodolog�a distinta, a trav�s de la recolecci�n de datos nacionales del Ministerio del Ambiente, los mismos que no presentan un correcto pixelado a la hora de establecer sus coberturas, se estableci� una tasa de 16,7%, algo muy significante para tomarlo como referencia nacional.

 

Conclusiones

Se obtuvo la tasa deforestaci�n para las comunidades de Warints y Yawi a trav�s del an�lisis de im�genes satelitales, para el periodo de 2000 y 2020 resulto de -1,37 % con una deforestaci�n anual promedio de 117,87 hect�reas cada a�o.

Se analiz� las coberturas de las distintas clases en los mapas tem�ticos, y se determin� que el �rea boscosa representa el 73% (7398,12 Ha) del �rea total en estudio, y esta fue cambiando a pasto o suelo desnudo con un �rea aproximada de 2760,61 Ha, se evidenci� el desgaste forestal por el crecimiento poblacional de la zona.

Los resultados presentados en la investigaci�n nos permiten tener una l�nea base para diversos proyectos o pol�ticas contribuyentes para la conservaci�n, restauraci�n y regulaci�n

de �reas de protecci�n forestal, generando as� una aproximaci�n de la situaci�n actual de las comunidades.

 

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