INTRODUCCIÓN

Los servicios ambientales son todos los beneficios que proporcionan los ecosistemas (servicios de provisión, regulación, culturales y de soporte) y generan beneficios para la sociedad y el equilibrio ecológico (INECOL, 2005; Niemelä, 2012; SEMARNAT, 2003). A pesar del impacto positivo que generan estos servicios en las economías mundiales, muchos de estos están desestimados o no tienen un valor financiero y el deterioro que sufre la base de los recursos naturales ha ocasionado que la permanencia de estos beneficios esté amenazada (MEA, 2005). Por ello la preocupación por mejorar la calidad de vida se funda en la idea de mantener los productos y servicios que el ambiente presta (Del Ángel-Pérez, Villagómez-Cortés, & Díaz-Padilla, 2011). Ante esta situación desde hace algunos años se han creado estrategias de conservación a nivel mundial a partir de la Conferencia de Río de Janeiro (Perevochtchikova, Rojo Negrete, Martínez, & Fuentes Mariles, 2015).

En México se inició con la estrategia del pago por servicios ambientales (modalidad de Hidrológicos, PSAH), y fue incluido en las políticas públicas de conservación. De 2003 a la fecha la Comisión Nacional Forestal (CONAFOR) opera el Programa de Pago por Servicios Ambientales Hidrológicos (PPSAH), con el objetivo de reducir la tasa de deforestación en zonas críticas para la recarga de agua (Perevochtchikova & Ochoa-Tamayo, 2012). Dicho programa cuenta con criterios y reglas de operación, los cuales se han ido modificando de acuerdo con las necesidades para administrar los recursos económicos y aspectos técnicos posibles de evaluar en campo (Cisneros, García, Muñoz-Piña & Rivera, 2011; COLPOS, 2008). Aunque la CONAFOR mantiene un programa de seguimiento de los proyectos aprobados en todo el país, no se tiene un análisis de los beneficios ambientales que generan estos mecanismos, por lo que se hace evidente la falta de cuantificación y monitoreo de los servicios ambientales (no sólo refiriéndose a la cobertura forestal analizada por la CONAFOR) (Perevochtchikova et al., 2015). Un punto de partida lo constituye la generación de información a nivel local para evaluar los beneficios que produce el programa en las áreas apoyadas.

En el ejido La Ciudad, Pueblo Nuevo, Durango, México, se encuentra un área de pago por servicios ambientales hidrológicos, fue beneficiado con dicho programa durante el periodo 2009-2013 y a la fecha sigue como beneficiario del mismo. Esta área no cuenta con información ecológica para realizar una evaluación del PPSAH a nivel local. Bajo la hipótesis de que el área se encuentra en buenas condiciones ecológicas, el principal objetivo de esta investigación fue realizar una caracterización ecológica del área de PSAH a siete años de la asignación del apoyo (ejercicio fiscal 2009) para la generación de información y establecer una línea base para evaluaciones futuras.

MATERIALES Y MÉTODOS

En cuanto al área de estudio, el ejido La Ciudad se ubica en el macizo montañoso denominado Sierra Madre Occidental dentro del municipio de Pueblo Nuevo (figura 1). Los principales tipos de clima son C (E) (M): semifrío húmedo, C (E) (W2): semifrío subhúmedo, C (W2): templado subhúmedo, todos con lluvias en verano, la precipitación media anual es de 1200 m.m., y una temperatura media anual de 18 ºC, con máximas de 22 ºC y mínimas de 3 ºC (UPSE 6, 2009). El área destinada a pago por servicios ambientales hidrológicos cuenta con una superficie de 780 hectáreas.

En cuanto a la metodología, se realizó una caracterización de la biodiversidad a través de índices de diversidad y se estimó la cobertura forestal por medio de técnicas de teledetección.

Caracterización de la biodiversidad

Se recopiló información general y dasométrica de 20 sitios de dimensiones fijas, distribuidos al azar dentro del área de PSAH, los sitios fueron de forma circular y de una superficie de 1000 m². Se contemplaron todos los árboles dentro del sitio con diámetro normal ≥ 10 cm, se identificó su especie y se midió diámetro normal (cm), altura total (m), y diámetro de copa (m) en x, y (norte-sur y este-oeste).

Con la información recopilada se estimaron índices de biodiversidad dentro de los cuales se estimó la riqueza de especies a través de los índices de Margalef y Menhinick (tabla 1): los cuales cuantifican el número de especies presentes.

También se estimó la dominancia de las especies con los índices Simpson, McIntosh y Berger-Parker (tabla 2); estos son métodos sustentados en la estructura ya que calculan la distribución proporcional del valor de importancia de cada especie, como la abundancia relativa; es decir, identifican las especies más comunes.

Además se estimó el valor de importancia ecológica para cada especie a través del índice de valor de importancia (IVI), el cual jerarquiza la dominancia de cada especie. Para esta investigación se agregó el parámetro de cobertura de copa relativa al índice de valor de importancia, por lo cual la expresión del índice de valor de importancia se estructuró de la siguiente manera:

donde:

IVI= Índice de valor de importancia.

Ar= Abundancia relativa, es igual al número de arboles de una especie sobre el número total de individuos de todas las especies.

Dr = Dominancia relativa, es la cobertura en área basal de una especie en relación a la cobertura en área basal total de las especies.

Fr = Frecuencia relativa, es el número de veces que se presenta una especie referida a la frecuencia total de todas las especies.

Cr = Cobertura relativa, es la cobertura de copa de una especie en relación con la cobertura de copa total de las especies.

Análisis de cobertura forestal. Se utilizó una imagen del satélite Landsat 8 con resolución de 30 m en sus bandas y una resolución de 15 m en la banda pancromática. La imagen se obtuvo a través del Servicio Geológico de los Estados Unidos (USGS, por sus siglas en inglés) (USGS, s. f.). La imagen utilizada (LC80310442015085LGN00) fue capturada por el sensor OLI_TIRS a las 23:54:32 horas del día 26 de marzo del año 2015.

La imagen se procesó con ayuda del software ArcGIS 10.2 (ESRI, s. f.), a través de la herramienta GEOBIA-LANDSAT 8, diseñada por el Centro de Sistemas de Información Geográfica de la Universidad de Gdansk, Polonia (Urbanski, 2014).

Debido a que las imágenes satelitales pueden presentar alteraciones radiométricas y geométricas de forma que no coincida con el tono, posición y tamaño de los objetos, se realizó una corrección atmosférica para eliminar los posibles errores (Flood, 2014; Vermote & Kotchenova, 2008). A través de un Pan-sharpen en todos los canales espectrales se mejoró la resolución espacial de la imagen, este es un proceso de fusión de alta resolución pancromática y menor resolución multiespectral de imágenes para crear una imagen en color de alta resolución (Mucher, Steinnocher, Kressler, & Heunks, 2000). Posteriormente se realizó una clasificación supervisada, la cual es un proceso en que se utilizan pixeles de identidad conocida, para clasificar pixeles de identidad desconocida (Arango Gutierrez, 2005; Chuvieco, 2006). Para la clasificación de la imagen se trabajó con seis categorías o clases:

1. -Clase 1: Sin cobertura vegetal (asentamientos, zo-nas rocosas, suelo).

   -Clase 2: Pastizal

   -Clase 3: Bosque abierto de pino (bosque poco denso, áreas de regeneración).

   -Clase 4: Bosque de pino-encino

   -Clase 5: Bosque de pino

   -Clase 6: Cuerpos de agua y sombras.

Un factor importante en el proceso de clasificación supervisada es la validación de la misma, que debe ser evaluada y reportada con métricas informativas adecuadas para la comunidad de usuarios. Se llevó a cabo un análisis de matrices de confusión, con la que se evaluó la precisión de la clasificación. Se utilizó el valor del coeficiente kappa (κ), el cual computa el acuerdo entre la imagen clasificada y la verdad de terreno.

Como complemento se calculó el Índice Diferencial de Vegetación Normalizado (NDVI), este índice se relaciona con el comportamiento radiométrico de la vegetación, la actividad fotosintética y la estructura foliar de las plantas y es utilizado generalmente para la discriminación de cubiertas vegetales, medir el vigor de las plantas y la producción de biomasa (Lillesand, Kiefer, & Chipman, 2015).

La fórmula del NDVI es:

donde:

IRC = valores de píxel de la banda infrarroja

R = valores de píxel de la banda roja

Análisis de las características físicas y químicas del agua. Se recolectaron muestras de agua en el arroyo Mexiquillo, perteneciente al área de PSAH y del cual se abastecen los habitantes del ejido. Se realizó un análisis de las características físicas y químicas, utilizando el analizador de iones C3010 y el equipo portátil HACH DR 2800, el cual es un espectrofotómetro con rango de longitud de onda que oscila de 340 a 900 nm. El equipo proporciona lecturas digitales en unidades directas de los resultados y brinda pruebas seguras (Hach Company, 2000).

Se analizaron algunas propiedades como conductividad eléctrica o conductividad, turbidez, pH, nitratos (NO₃), nitritos (NO₂), fosfatos y oxígeno disuelto. Los resultados se compararon con los valores y límites permisibles de calidad de agua de acuerdo con las normas oficiales mexicanas NOM-127-SSA1-1994 (SSA, 1995), NOM-001-ECOL-1996 (SEMARNAP, 1997), y NOM-CCA-032-ECOL-2010 (SSA, 2010).

RESULTADOS

Caracterización de la diversidad

Se contabilizaron 960 individuos (N) y un valor para la riqueza de especies (S) de 13 resultantes del muestreo. La Tabla 3 muestra la información silvícoladasométrica de las especies.

En los valores obtenidos de los índices de riqueza de especies (Margalef y Menhinick) se observó que el área se encuentra entre rangos aceptables y moderadamente regulares (tabla 4).

Los índices de dominancia (Simpson, McIntosh y Berger-Parker) toman en cuenta la representatividad de las especies con mayor valor de importancia sin evaluar la contribución del resto de las especies, en este caso los resultados muestran en rangos de cero a uno la dominancia de una espacie un valor muy cercano a uno representa muy baja biodiversidad (tabla 5).

El valor de importancia es un indicador de la importancia fitosociológica de una especie, dentro de una comunidad, describe que la variación en la composición florística es una de las características más importantes que deben ser determinadas en estudios de vegetación (Curtis & McIntosh, 1951). En la Tabla 6 se muestran los valores de importancia de las especies más y menos abundantes del área.

Con la corrección mejora la resolución de la imagen satelital (figura 2) y de la clasificación supervisada se obtuvieron seis clases o categorías de cobertura (figura 3).

Con base en dichas categorías resultantes se realizó el cálculo de cobertura en el área de PSAH. Para no tener una sobreestimación de la cobertura, la categoría de sombra se contabilizó como área sin cobertura, por lo cual el área con cubierta forestal abarca una superficie de 598.88 ha, con las cuales se estimó un porcentaje cubierto de 76%. La tabla 7 se presentan las superficies de las clases de cobertura identificadas.

El proceso de validación a través del coeficiente Kappa reveló la precisión de la clasificación, al arrojar valores para la precisión general de la clasificación de 79%. De acuerdo con la escala propuesta

por Monserud & Leemans (1992), para la interpretación del valor de dicho coeficiente donde valores menores a 0.40 se clasifican como pobres, 0.40-0.55 suficientes, 0.55-0.70 buenos, 0.70-0.85 muy buenos y mayores a 0.85 excelentes, se obtuvieron valores considerados muy buenos.

De acuerdo con el Índice Normalizado Diferencial de Vegetación (figura 4), se encontraron coincidencias entre los valores de dicho índice y los resultados de la clasificación supervisada, ya que se encuentran muy pocos valores negativos dentro del área. Este índice genera valores entre -1 y 1, que básicamente representan el verdor de las plantas, cualquier valor negativo corresponde principalmente a las nubes, al agua o nieve; mientras que valores cercanos a cero corresponden principalmente a las rocas y al terreno desnudo.

Análisis de las características físicas y químicas del agua

Los resultados de las características físicas y químicas del agua indican que son inferiores o se encuentran entre los límites permisibles enlistados por las normas oficiales mexicanas, excepto los niveles de fosfatos, lo cual indica una posible contaminación del agua (tabla 8).

DISCUSIÓN

Estos resultados constituyen una primer aproximación al establecimiento de una base para la evaluación del Programa de Pago por Servicios Ambientales Hidrológicos en el ejido La Ciudad, Pueblo Nuevo, Durango, México. Asimismo, constituyen una herramienta para la toma de decisiones para el buen manejo de esta área. Las técnicas utilizadas para la caracterización ecológica del área fueron de gran ayuda para el monitoreo de los servicios ambienta-les hidrológicos, ya que se contempla la evaluación de la calidad del agua, la cobertura forestal y la diversidad de especies presentes en el área, de acuerdo con Perevochtchikova et al. (2015) la cuantificación y monitoreo de los servicios ambientales no sólo debe basarse en la cobertura forestal.

Caracterización de la diversidad. El estudio de la biodiversidad es una herramienta que ayuda a monitorear el estado de los bosques. De acuerdo con Návar-Cháidez y González-Elizondo (2009), los bosques diversos son más productivos que los bosques simples. Los niveles de biodiversidad encontrados en el área son comparables con los reportados por un estudio de la diversidad de los bosques templados del estado de Durango (Návar-Cháidez & González-Elizondo, 2009). También son muy similares a los resultados reportados por Graciano-Luna (2001), para la región de El Salto, Pueblo Nuevo, Durango, México.

Los valores de importancia de las especies más altos fueron del género Pinus, seguidos del género Quercus, lo cual describe que el área de PSAH en su mayoría es un bosque mezclado de pino-encino. La especie dominante del área fue Pinus durangensis y la menos representativa fue Pseudotsuga mensiezii, es muy importante poner atención en las especies de baja representatividad, ya que una especie rara o escasa en una comunidad es sustituida por otra que es abundante, por tanto, la diversidad disminuye y las especies dominantes colonizan las áreas que quedaron de las especies que fueron eliminadas. Magurran (1988) menciona que el identificar un cambio en la diversidad, ya sea en el número de especies, en la distribución de la abundancia de las especies o en la dominancia, alerta acerca de procesos empobrecedores.

Análisis de cobertura forestal

El análisis de la cobertura forestal a través de técnicas de teledetección proporciona una herramienta útil para la toma de decisiones y para el monitoreo de la vegetación (Mucher et al., 2000). La identificación de los tipos de cobertura establece una línea base para las actividades de monitoreo (Gómez, White, & Wulder, 2016). En el análisis aquí realizado se detectaron distintas clases de cobertura, lo que en campo hubiera sido muy costoso, por tanto, el análisis de coberturas a través de manera remota constituyó una opción confiable, ya que este proceso es evaluado de manera estadística (Gómez et al., 2016; Monserud & Leemans, 1992). Además, el uso del Índice Estandarizado Diferencial de Vegetación (NDVI) ayudo a corroborar que no se encontraban muchos valores negativos en el área, lo que indica que la mayoría de la cobertura pertenece a vegetación. Este índice es derivado de las mediciones de la reflectancia óptica de la luz solar en las longitudes de onda rojas e infrarrojas cercanas, lo cual puede ayudar a monitorear el estado fenológico de la vegetación (Eastman, Sangermano, Machado, Rogan, & Anyamba, 2013).

Análisis de las características físicas y químicas del agua

Es importante realizar estudios de esta cuenca hidrográfica, ya que abastece de agua a la zona agrícola del estado de Sinaloa (Arriaga-Cabrera et al., 2000). Los resultados de las características físicas y químicas del agua mostraron que los niveles de fosfatos fueron muy elevados, esto indica la posible contaminación

del agua en esta zona, de la cual se abastecen los habitantes del ejido La Ciudad y otros habitantes de comunidades aguas abajo y sus principales usos son para riego y uso doméstico. Cuando hay cantidades excesivas de fosfato existe la fuerte sospecha de contaminación del agua debido al uso de fertilizantes y detergentes, así como materia fecal en el agua (Larrea-Murrell, Rojas-Badía, Romeu-Álvarez, Rojas-Hernández, & Heydrich-Pérez, 2013). Asimismo, esos altos niveles pueden causar eutrofización, proceso provocado por un exceso de nutrientes en el agua, principalmente de nitrógeno y fósforo. Las consecuencias son ríos con mucha vegetación y otros organismos que agotan el oxígeno del agua y llevan a la ausencia de vida en ella (Quirós, 2000).

En los humanos la ingesta masiva de productos con fosfatos puede ocasionar trastornos de salud como la hiperfosfatemia o aumento de los niveles de fosfato inorgánico en la sangre, que está relacionado con una insuficiencia renal, ya que es el riñón el encargado de eliminarlos del cuerpo humano (Carretero, 2009). Las muestras fueron recolectadas en temporada de lluvias, lo que pudo generar que las corrientes arrastraran sedimentos, pero de igual manera es importante que se ponga especial interés en este tema, ya que puede ocasionar enfermedades en las personas que se abastecen de las aguas de esta área.

CONCLUSIONES

El ejido La ciudad cuenta con una cobertura forestal considerable y con una biodiversidad moderada. En cuanto a la calidad del agua, se encontraron evidencias de contaminación y un análisis microbiológico escapa de los alcances de este estudio, por lo que se recomienda un monitoreo exhaustivo y la toma de medidas de prevención en la contaminación de cuerpos de agua y elaboración de obras para el cuidado de la misma. Esos resultados ayudarán para evaluaciones futuras de los beneficios del Programa de Pago por Servicios Ambientales Hidrológicos en la región estudiada.

REFERENCIAS

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Notas de autor

josema.zuva@gmail.com