1. Introducción

Los recursos naturales aprovechables por el hombre así como los servicios de los ecosistemas naturales proveen amplios beneficios a la humanidad. En este contexto, los servicios de los ecosistemas se refieren a las funciones que cumplen en términos ecológicos, biofísicos y ambientales. Estos servicios pueden verse afectados por factores tales como: cambios en la demografía, economía, sociopolítica, ciencia y tecnología, cultura y religión, y condiciones biológicas prevalecientes (Aide et al., 2013; Kolinjivadi et al., 2015). En general, los servicios que suministran los ecosistemas naturales, semi-naturales y administrados, han contribuido notablemente al desarrollo social del hombre (Casado et al., 2013). Sin embargo, las actividades humanas ejercen un impacto significativo y creciente sobre la biodiversidad de los ecosistemas y sus servicios (Cardinale et al., 2012); especialmente, en aquellos ambientes donde los usos agrícolas y pecuarios son dominantes (Bommarco et al., 2013; Robertson et al., 2014).

La cuenca del río Portuguesa es uno de los sistemas fluviales más extensos de los llanos venezolanos. Su cauce principal atraviesa bosques tropicales húmedos, sub-húmedos, secos y de sabana (Chacón-Moreno et al., 2013). En las últimas décadas, esta unidad hidrográfica ha experimentado diversas alteraciones ambientales debido al incremento de la población, la expansión de la frontera agrícola y la extracción minera en algunos de sus principales tributarios (González et al., 2013). Ante este contexto, es razonable suponer la ocurrencia de variaciones significativas en los servicios de los ecosistemas, causadas principalmente por actividades antropogénicas que afectan el uso/cobertura de la tierra.

Por su importancia agroalimentaria y ecológica, la cuenca del río Portuguesa ha recibido una especial atención por parte de la comunidad científica; en particular, en lo concerniente a su ictiofauna (Echevarría y Marrero, 2012; Rodríguez-Olarte y Barrios, 2014; Echevarría y Machado-Allison, 2015), sedimentología fluvial (Clemente et al., 2014; González y Millán, 2016) y biodiversidad (Briceño, 2004). No obstante, es muy poco lo que se conoce sobre los cambios de uso/cobertura de la tierra y los procesos de deforestación.

Comprender la manera cómo evoluciona el uso/cobertura en la cuenca del río Portuguesa tiene un gran valor científico, pues esta información permitiría ampliar nuestro conocimiento sobre los procesos ambientales y ecológicos que allí suceden a una gran escala espacial.

Por lo anterior, en el presente artículo se discuten los cambios más relevantes y recientes en la cuenca del río Portuguesa, vinculados con la variación espacial del uso/ cobertura de la tierra a escala anual e interanual. A diferencia de los estudios previos, los análisis efectuados se derivan de un producto desarrollado por la Administración Nacional de la Aeronáutica y del Espacio (NASA), basado en el sensor Espectroradiómetro de Imágenes de Moderada Resolución (MODIS por sus siglas en inglés), a bordo del satélite Terra.

2. Área de estudio

La cuenca del río Portuguesa se localiza en los llanos centro-occidentales venezolanos entre 70° 11’ – 67° 20’ O, 7° 56’ – 10° 22’ N (Figura 1). Cubre un área de alrededor de 49.730 km2, desde la cordillera de Los Andes (borde oeste-noroeste) y la serranía del Interior (borde norte), hasta la desembocadura de su cauce principal en el río Apure (extremo sureste). Su hipsometría varía entre 48 y 2.760 msnm, con una elevación mediana de 1.153 msnm.

Figura 1
Hipsometría y red de drenaje en la cuenca del río Portuguesa

El cauce principal tiene una longitud de 438 km y va desde la naciente del río Turbio hasta Camaguán, en el suroeste del estado Guárico. Las cuencas hidrográficas de los ríos San Carlos, Tinaco, Cojedes, Pao, Tiznado, Acarigua, Guache, Chirgua y Guanare son las áreas drenadas de mayor tamaño.

Por otro lado, Pao-Cachinche, Las Majaguas, Yacambú, Tiznados y Boconó-Tucupido son los embalses con mayor capacidad de almacenamiento (Quiroz et al., 2016).

Un clima tropical lluvioso predomina sobre gran parte de la cuenca. La precipitación es marcadamente estacional, con una temporada seca y cálida entre diciembre y marzo, y otra temporada fresca y lluviosa desde junio a septiembre, entre las cuales se da una transición gradual (Foghin-Pillin, 2002; Guenni et al., 2008). La precipitación media anual varía desde 475 hasta 3.068 mm. La región más seca se sitúa en la cuenca alta del río Turbio (< 800 mm/año), y la más húmeda sobre la naciente del río Boconó (> 3.000 mm/año). La Zona de Convergencia Intertropical es el principal mecanismo generador de lluvias, mientras que la influencia de la alta presión del Atlántico Norte modula la prolongación temporal y espacial del periodo seco (Martelo, 2003; Paredes et al., 2008).

Según el mapa de vegetación/usos del suelo de Huber y Alarcón (1988), las coberturas con mayor extensión superficial en esta cuenca son: la agricultura y ganadería (21 %), las sabanas arboladas (11 %) y las sabanas abiertas propensas a incendios forestales (10 %). Hugh et al. (2004), para el año 2000, mostró los mosaicos agrícolas o tierras degradadas (33 %), las sabanas herbáceas (26 %) y los bosques semi-deciduos abiertos (8 %) como categorías dominantes. Más reciente, en el mapa de cobertura de suelo, divulgado en 2010 por la Agencia Espacial Europea (ESA GlobCover Project, por su denominación en inglés), se aprecia que los pastizales-sabanas (35,15 %), los mosaicos vegetales/cultivos (26,78 %) y los bosques semi-deciduos abiertos (17,08 %) destacan por su dominio (Arino et al., 2007).

La cuenca del río Portuguesa cubre parte de los estados Barinas, Carabobo, Cojedes, Guárico, Lara, Portuguesa, Trujillo y Yaracuy, agrupando 172 parroquias, 55 municipios y 49 centros urbanos. Sobre la base del censo poblacional realizado por el Instituto Nacional de Estadística en el año 2011 (INE, 2011), y la cantidad de parroquias agrupadas dentro de la cuenca, se estima una población de 5.219.683 habitantes, concentrados principalmente en Carabobo (31,76 %), Lara (29,28 %), Portuguesa (16,79 %) y Cojedes (6,19 %).

3. Materiales y métodos

3.1 Materiales

Los usos/coberturas anuales de la tierra en el área de estudio para el periodo 2001-2012 fueron extraídas del producto global reticulado MCD12Q1 v 5.1, distribuido por el Fondo Global de Coberturas del Suelo (GLCF, por sus siglas en inglés), a través de su portal web: http://glcfapp.glcf.umd.edu/data/lc/. Este producto tiene una resolución espacial sobre el Ecuador de ¼ km2 (500 x 500 m2) y se deriva del análisis de imágenes de satélites captadas cada 16 días por medio del sensor MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer), el cual es uno de los sensores a bordo del satélite polar-heliosincrónico Terra, puesto en órbita por la NASA en diciembre de 1999.

El producto MCD12Q1 consta de una secuencia anual de imágenes GeoTIFF, cuyos pixeles se han pre-catalogado en 17 clases temáticas definidas por el Programa Internacional Geoesfera-Biosfera (IGBP, por sus siglas en inglés), utilizando un algoritmo de clasificación supervisada basado en árboles de decisiones, los cuales han sido entrenados con la información temporal y espectral de las bandas 1 hasta 7 de MODIS-Terra (reflectancia nadir ajustada por BRDF), el índice de vegetación mejorado (EVI, por sus siglas en inglés), y la temperatura superficial del suelo (LST, por sus siglas en inglés), colectada y posteriormente validada en 1.856 locaciones distribuidas en diferentes biomas del mundo (Loveland et al., 2000; Friedl et al., 2010).

El producto MCD12Q1 se escogió por haber presentado una alta precisión global cuando se contrastó con productos de alta resolución espacial (~75% en el caso de LANDSAT según Friedl et al., 2010), y haberse usado en el análisis de la variabilidad espacio-temporal fenológica de usos/coberturas de la tierra, en ambientes similares a los encontrados en la cuenca del río Portuguesa (Hugh et al., 2004; Clark et al., 2012; Blanco et al., 2013)

La altimetría de la cuenca del río Portuguesa así como su red de drenaje se deriva- ron de la Misión Topográfica Shuttle Radar (SRTM, por sus siglas en inglés; resolución: 90 x 90 m2; versión: 4.1; detalles en Vílchez, 2000), disponible en: http://srtm.csi.cgiar. org/. La información pluviométrica procede de los registros del Instituto Nacional de Meteorología e Hidrología (INAMEH; www. inameh.gob.ve/), y se usaron después de evaluar su calidad.

3.2 Métodos

3.2.1 Detección de cambios

Previo a los análisis, las salidas anuales del producto MCD12Q1 se agruparon en un archivo multicapa. Este último fue re-proyectado a UTM WGS 1984-19N, y cortado usando la divisoria hidrográfica como máscara. Con el objeto de facilitar la interpretación de los resultados, las 17 clases temáticas originales se re-codificaron en nueve grandes usos/coberturas de la tierra, tomando como referencia la clasificación planteada por Friedl et al. (2010): bosques (BO), matorrales (MA), pastizales (PA), sabanas (SA), tierras inundadas (TI), cultivos (CU), áreas urbanizadas (AU), cuerpos de agua (CA), y áreas no vegetadas (ANV).

Para estimar los cambios y persistencias de los usos/coberturas de la tierra, se usó la propuesta descrita en Aldana y Bosque (2008), en la cual un contraste requiere una matriz de transición, cuyas celdas muestren el área ocupada por cada categoría k (k = 1…9) en el año inicial i (i = 2001…2012), y el año final j (j = 2001…2012, tal que j > i). Hecho esto:

Donde: P es la perdida de la categoría k; Pc es la persistencia de la categoría k; Si y Sj son las superficies ocupadas por la categoría k en los años i y j, respectivamente; G es la ganancia; CN es el cambio neto; I es el intercambio; MPG es el valor mínimo entre P y G para la categoría k. Todas estas variables se expresan en hectáreas.

La significancia estadística de la tendencia en las series analizadas, se basa en la prueba no paramétrica de Mann-Kendall de dos vías a un nivel de confianza del 95 % (Libiseller & Grimvall, 2002), mientras que la tendencia se calculó usando el método de Sen (1968).

3.2.2 Estimación de tasa de deforestación anual

Este indicador se derivó del producto MCD12Q1 considerando la formulación referida por Angulo et al. (2011), en la cual:

Donde: TD es la tasa de deforestación anual (hectáreas/año); Bi y Bj son las superficies ocupadas por la categoría bosques en los años i y j, respectivamente, tal que j > i (hectáreas); N es el número de años entre i y j.

4. Análisis y discusión de los resultados

4.1 Usos/coberturas de la tierra

La contribución superficial de cada tipo de usos/coberturas de la tierra en la cuenca del río Portuguesa para el periodo 2001-2012 se muestra en el cuadro 1. Nótese que las áreas no vegetadas (ANV) y urbanizadas (AU) presentan una escasa variación interanual (< 0,10 %), mientras que los cultivos (CU) y las sabanas (SA) varían pronunciadamente entre un año y otro. También puede observarse que las clases CU y SA dominan el paisaje. En un año cualquiera, CU y SA en conjunto, ocupan más del 84 % del área total de la cuenca (min: 84,63 % en 2001; máx.: 90,73 % en 2009). Este resultado es consistente con la dominancia de los cultivos y las sabanas reportado previamente por Huber y Alarcón (1988), Hugh et al. (2004) y Arino et al. (2007).

El análisis delcuadro 1 revela que la superficie ocupada por la clase CU aumentó entre los años 2001 y 2009, pero decreció a partir del 2010. Al centrar la atención en la clase SA, se distingue una disminución de su área durante el periodo 2001-2011, seguido por su expansión súbita entre 2011 y 2012. En ninguno de estos casos, se identificó una tendencia monótona significativa (α = 0,95). Así que, en principio, no hay suficiente evidencia para señalar que la clase SA, aumentó o disminuyó de forma sostenida a lo largo del tiempo.

Un rasgo poco evidente asociado a la cubierta BO se observa en el cuadro 1. En el 2001, los bosques ocuparon 525.817 hectáreas, equivalente a 8,96 % del área total de la cuenca. Esta cobertura tendió a disminuir hasta el 2009 (343.894 hectáreas; 5.86 % respecto al área total), donde se advirtió una abrupta inversión en la tendencia, la cual se mantiene positiva para el año 2012 (613.845 Área de la cuenca: 5.868.500 hectáreas. BO: bosques; MA: matorrales; PA: pastizales; SA: sabanas; TI: tierras inundadas; CU: cultivos; AU: áreas urbanizadas; CA: cuerpos de agua; ANV: áreas no vegetadas hectáreas; 10,46 % respecto al área total). Bajo un contexto temporal, esto refleja una rápida recuperación de los bosques desde el 2009 en adelante.

Cuadro 1
Distribución porcentual anual de las clases de usos/coberturas de la tierra en la cuenca del río Portuguesa durante el periodo 2001-2012

4.2 Cambios y persistencia de los usos/coberturas de la tierra

Los cambios y persistencias de los usos/coberturas de la tierra para el periodo 2001- 2012 se resumen en el cuadro 2. En principio, se aprecia que las coberturas persisten entre 80,11 % y 84,73 %, es decir, exhiben una estabilidad promedio interanual de 81,47 %. Lo anterior indica que los cambios afectan menos del 20 % de la superficie total a una escala interanual.

Al observar la persistencia global (PG) en el cuadro 2, se advierte una tendencia negativa estadísticamente significativa (α:0,05; -0.35 %/año). También se nota un punto de cambio en la tendencia en el año 2003.

Ambas características implican que la estabilidad de las cubiertas, en términos de su capacidad interanual de persistencia, ha mermado de forma sostenida durante el periodo 2001-2012; aunque también es evidente que la persistencia es ampliamente dominante.

Cuadro 2
Persistencia y pérdida por coberturas/usos de la tierra en la cuenca del río Portuguesa durante el periodo 2001-2012

PG: persistencia global de las coberturas (%); Def.: tasa anual de deforestación del año j respecto al año i (%)

De acuerdo con los valores contenidos en el cuadro 2, el lento debilitamiento de la PG pudiese ser atribuido, al menos parcialmente, a la reducción de la persistencia interanual en las clases PA y SA. Estas últimas manifiestan una tendencia estadísticamente significativa de -8.743 y -12.514 hectáreas/año, respectivamente. La información de los cuadros 3 y 4sustenta esta hipótesis. En principio, téngase en cuenta que las clases PA y SA cubrieron en el año 2001, 242.369 y 3.002.325 hectáreas, respectivamente. La comparación de los cuadros 1 y3 muestra que en el año 2012, sólo 5,70 % de la cobertura PA observada en el año 2001 permaneció estable, mientras que 66,42 % fue reemplazada por sabanas (SA), 25,70 % por cultivos (CU), 1.18 % por bosques (BO); entre otros cambios cuyas contribuciones no superan el 1 %. Una respuesta similar se visualizó en la cobertura SA; aunque este caso, la persistencia fue de 69 %, con una importante conversión a cultivos (25,02 %) y bosques (4,71 %). El valor general de persistencia, PG, entre los años 2001 y 2012, resultó igual a 65,53 %. Resalta el hecho de que la ganancia de BO se debe en gran medida a la conversión de SA en BO; en efecto, cerca del 16 % de los bosques observados en el año 2012 resultan de una migración gradual de SA a BO durante un período de 12 años (i.e., 2001-2012).

En correspondencia con las inferencias derivadas de loscuadros 1 y 3, el cuadro 4 revela que las coberturas CU y SA experimentaron cambios netos notables (747.975 y 1.217.150 hectáreas, respectivamente), destacándose por registrar una alta proporción de persistencia, ganancia, pérdida e intercambio. Esto quiere decir que la interacción entre CU y SA, es la que determinó los cambios más extensos dentro de la cuenca en el año 2010, con relación a lo observado en el año 2001 (i.e., gran escala espacial y escala temporal casi decadal).

Cuadro 3

Transiciones expresadas en hectáreas de los usos/coberturas de la tierra en la cuenca del río Portuguesa en el año 2012 con relación al año 2001

Cuadro 4
Balance entre cambios y persistencias expresadas en hectáreas para el cuadro 3

Figura 2
Cambios y persistencias interanuales de las diversos tipos de usos/coberturas de la tierra en la cuenca del río Portuguesa durante el periodo 2002-2012. Cada panel muestra la ubicación espacial de los cambios y persistencias del año indicado con relación al anterior (e.g., s2002 ilustra los cambios y persistencias del año 2002 con relación al año 2001)

Lafigura 2 permite visualizar la localización y distribución espacial de los usos/coberturas persistentes o cambiantes a escala interanual durante el periodo 2002-2012. De nuevo, esta secuencia de mapas deja constancia de un incremento sutil en la superficie ocupada por aquellas unidades que cambian interanualmente a lo largo del tiempo (en color rojo). Nótese que las áreas que permanecen inalteradas son dominantes en todos los años (en color gris claro). Por otro lado, se percibe que la proximidad a los cuerpos de agua (en particular, ríos y quebradas), parece favorecer los cambios. En efecto, se advierte como las áreas cambiantes (en color rojo), tienden a conglomerarse cerca de los cauces superficiales, sugiriendo que la presencia de una fuente de agua induce el desarrollo de prácticas agrícolas en las planicies y montañas (i.e., conversiones: BO a CU y SA a CU). Un comportamiento similar se aprecia al tomar en cuenta la cercanía a las vías de acceso y los centros urbanos (no mostrados en la Figura 2). Con relación a este aspecto, estudios previos refirieron que estos factores físico-sociales son importantes causantes de cambios (Vergara y Gayoso, 2004; Aldana y Bosque, 2008; Pacheco et al., 2011; Hernández et al., 2014).

La recurrencia interanual de cambios en la cuenca se ilustra en la figura 3. Nótese que en las planicies de los ríos Guache, Acarigua y Cojedes se da una muy baja conversión entre clases; en especial, desde SA a CU y viceversa. En términos cuantitativos, se encontró que entre 2001 y 2012, 88,74 % de la superficie total de la cuenca fue predominantemente persistente (5.207.875 hectáreas), 11,25 % experimentó una recurrencia relativamente moderada de cambios (660.200 hectáreas), mientras que 0,01 % mostró un alta recurrencia de cambios entre años consecutivos (425 hectáreas).

Figura 3
Intensidad de los cambios en la cuenca del río Portuguesa durante el periodo 2002-2012. Las clases que cambian ocasionalmente corresponde a ‘Cambio Leve’; cambian entre 1 y 5 años corresponden a ‘Cambio Moderado’; cambian en más de 5 años corresponden a ‘Cambio Alto’

Este análisis espacial ejemplifica la marcada persistencia interanual de los paisajes que conforman la cuenca; en particular, las clases ANV y AU (ver en cuadro 1, como casi no varían entre años consecutivos).

4.3 Los procesos de deforestación

De acuerdo con el producto MCD12Q1, la tasa de deforestación promedio anual en la cuenca, entre los años 2001 y 2012, fue igual a 1,40 %. Esta métrica indica que la clase BO ganó terreno durante este periodo de 12 años. No obstante, su cálculo interanual (Cuadro 2), muestra que este proceso sigue un patrón no lineal. Por ejemplo, desde 2002 hasta 2005, así como en 2007 y 2009, los bosques se retrajeron (promedio: -7,27 %); pero en 2006, 2008 y desde 2010 en adelante, registraron una ganancia moderada (promedio: 14,28 %). Un análisis de las matrices de transición durante los años en que ocurrió una ganancia interanual en la clase BO (i.e., 2006/05, 2008/07, 2010/09, 2011/10 y 2012/11), reveló que tal ganancia se debió en gran medida a la migración de áreas ocupadas inicialmente por la clase SA hacia la clase BO, mientras que aquellos años en que la clase BO disminuyó en años consecutivos (i.e., 2002/01, 2003/02, 2004/03, 2005/04, 2007/06 y 2009/08), se observó una substancial migración de áreas ocupadas inicialmente por BO hacia CU o SA. La súbita ganancia interanual de bosques debe ser vista con relativa cautela, pues el algoritmo de clasificación usado en la elaboración de producto MCD12Q1, es susceptible a errores de clasificación; es decir, un pixel no boscoso, puede ser catalogado como BO.

Aunque el promedio anual de deforestación pudiese parecer pequeño (1,40%), debe enfatizarse que esta estimación es unas dos veces más grande que el valor nacional encontrado por Angulo et al. (2011) durante el periodo 2001-2008 (0,68%). Es decir, la conversión desde otras coberturas a bosques entre 2001 y 2012 puede interpretarse como moderadamente alta.

Al explorar la distribución espacial de los bosques en el periodo 2001-2012, se observó que los más extensos y persistentes se localizan en las tierras altas de los ríos Guanare, Guache, Acarigua y en el sector Río Claro, al noroeste del estado Cojedes (Figura 4). Fuera de estas regiones, los bosques se muestran fragmentados. Por otro lado, cabe resaltar que el mínimo en extensión para la clase BO registrado en el 2009 (Cuadro 1), coincidió con una amplia conversión a otras cubiertas en la cuenca alta de los ríos Guanare y Acarigua, pero que consiguió recuperarse entre 2010 y 2012.

5. Conclusiones

Los resultados de este estudio revelaron que: i) los cambios de uso/cobertura de la tierra con mayor extensión superficial se asociaron con la conversión de cultivos en sabanas y viceversa; ii) los cambios de uso/ cobertura de la tierra a escala interanual no afectaron más del 20 % del área total de la cuenca, pero su persistencia global a largo plazo mostró una débil tendencia negativa que se ve reflejada por una ligera merma temporal en su capacidad interanual de persistencia; iii) la ganancia en la categoría bosques se debió en gran medida a la migración de áreas de sabanas a bosques; iv) la tasa de deforestación interanual fue significativamente variable, pero se encontró que los bosques se recuperaron notablemente entre 2010 y 2012 sobre las tierras altas de las cuencas de los ríos Guanare y Acarigua.

Figura 4
Distribución espacial de los bosques en la cuenca del río Portuguesa durante el periodo 2001- 2012. Las regiones de color verde simbolizan los bosques. El panel BO1 corresponde al año 2001, BO2 al año 2002 y así sucesivamente

Agradecimientos

Este estudio fue financiado por CAPES/CEMADEN/MTCI Edital Pró-Alertas no 24/2014 en el marco del proyecto ‘Análise e Previsão dos Fenômenos Hidrometeorológicos Intensos do Leste do Nordeste Brasileiro’ y 26001012005P5 PNPD-UFAL/Meteorologia. Los autores agradecen los valiosos comentarios de los revisores.

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Notas

Información adicional

6. Agradecimientos: Este estudio fue financiado por CAPES/CEMADEN/MTCI Edital Pró-Alertas no 24/2014 en el marco del proyecto ‘Análise e Previsão dos Fenômenos Hidrometeorológicos Intensos do Leste do Nordeste Brasileiro’ y 26001012005P5 PNPD-UFAL/Meteorologia. Los autores agradecen los valiosos comentarios de los revisores.

Lugar y fecha de finalización del artículo: San Carlos (Cojedes), Venezuela; septiembre, 2016