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Evaluación de los recursos forestales Documento de trabajo 173

Diciembre, 2009

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La ordenación sostenible de los bosques tiene varias funciones ambientales y socioeconómicas que son importantes en el ámbito mundial, nacional y escala local, y juegan un rol vital en el desarrollo sostenible. Datos e información confiable sobre el estado de los recursos forestales –no solo área, o cambio en el área, pero también variables como crecimiento existencia en formación productos maderables y no maderables, carbón, áreas protegidas, uso de los bosque para la recreación y otros servicios, diversidad biológica y la contribución de los bosques a las economías nacionales- es crucial al apoyo de lo procesos de toma de decisiones para la formulación de políticas y programas en materia forestal y para el desarrollo sostenible a todos los niveles.

Medición de la degradación de los bosques En el marco de la Evaluación de los recursos forestales mundiales 2010 (FRA 2010) y junto con los miembros de la Asociación de Colaboración en materia de Bosques (ACB) y otros asociados, la FAO ha iniciado un estudio especial para identificar los componentes de la degradación de los bosques y las mejores prácticas para evaluarlos. Objetivos Ayudar a fortalecer la capacidad nacional en la evaluación, el seguimiento y la presentación de informes sobre la degradación de los bosques, mediante:

• Identificación de los componentes e indicadores de la degradación de los bosques y los bosques degradados

• Clasificación de los elementos y armonización de las definiciones • Identificación y descripción de las metodologías de evaluación experimentadas y

prometedoras • Elaboración de directrices y herramientas de evaluación

Resultados y beneficios esperados • Mejor comprensión del concepto y de los componentes de la degradación de los bosques • Un análisis de las definiciones de degradación de los bosques y de los términos asociados • Directrices y tecnologías y herramientas eficientes y eficaces, en función de su costo, a fin de

contribuir a evaluar y monitorear la degradación de los bosques • Mayor capacidad para satisfacer los requisitos actuales y futuros de la presentación de

informes sobre la degradación de los bosques El programa mundial de la Evaluación de los recursos forestales mundiales es coordinado por el Departamento de Montes de la FAO en Roma. La persona contacto es: Mette Løyche Wilkie Oficial Forestal Principal FAO Departamento Forestal Viale delle Terme di Caracalla Roma 00153, Italia E-mail: Mette.LoycheWilkie@fao.org Los lectores también puede dirigirse a la siguiente dirección electrónica: fra@fao.org Mayor información acerca del programa de Evaluación de los recursos forestales mundiales pueden encontrarse en www.fao.org/forestry/fra Los coordinadores de este trabajo quieren reconocer la contribución financiera hecha por el gobierno de Finlandia, y Noruega, y a la FAO, el programa BIP y la OIMT.

Descargo de responsabilidad La serie de documentos de trabajo para la Evaluación de los Recursos Forestales (FRA) fue ideada para ilustrar las actividades y el progreso realizado por el Programa FRA de la FAO. Los documentos de trabajo no son una fuente oficial de información y no reflejan la posición oficial de la FAO, por lo tanto no deberían ser utilizados con fines oficiales. Para obtener información oficial, sírvase consultar el sitio web de Montes de la FAO (www.fao.org/forestry Los documentos de trabajo de FRA proporcionan un foro importante para la divulgación rápida de resultados preliminares, necesarios para validar y facilitar el desarrollo final de publicaciones oficiales sometidas a control de calidad. Si el usuario identifica errores en estos documentos o si desea hacer comentarios para mejorar la calidad de los mismos, sírvase escribir a: fra@fao.org

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Departamento Forestal Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación

Documento de trabajo Evaluación de los Recursos Forestales

Estudios de caso sobre la evaluación de la degradación de los bosques

Análisis del índice normalizado de la vegetación (NDVI) para detección de degradación de la cubierta forestal en México

2008 – 2009

Carmen Lourdes Meneses Tovar

Diciembre 2009 ___________________________________________________________________________ Programa de evaluación de los recursos forestales Documento de trabajo173 Roma, Italia, 2009

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El estudio pretende encontrar una relación entre el Índice Normalizado Diferencial de la Vegetación, -- mejor conocido como NDVI-- estimado a partir de imágenes MODIS, con la cantidad de biomasa aérea en diferentes ecosistemas terrestres. El escenario de estudio corresponde a México con una extensión de casi 2 millones de km2 y que presenta diversidad de ecosistemas terrestres desde las zonas áridas, pasando por ecosistemas templados hasta culminar en ecosistemas tropicales. La premisa del estudio se basa en que el NDVI es un indicador del vigor vegetal, entonces una degradación en los ecosistemas vegetales deberá ser reflejada también en una disminución en el NDVI. La estimación de la biomasa aérea se basa en datos de 22000 conglomerados medidos en campo en el Inventario Nacional Forestal realizado en México entre el 2004 y 2007 y su remedición en 2008 y 2009.

Los resultados reflejan una correlación de 0.8334 entre la biomasa aérea expresada en toneladas de carbono por hectárea con el valor del NDVI estimado a partir de imágenes MODIS y además indica que un disturbio en una comunidad vegetal se ve reflejada también en un decaimiento en el valor del NDVI. Debido a las limitaciones en la estimación de biomasa en comunidades tropicales se encuentra que ésta relación puede mejorarse aún más. Esta metodología es usada como un indicador de degradación y deforestación en el sistema de Monitoreo da Cobertura Forestal de México y permitirá seguir abriendo un camino al entendimiento de la compleja dinámica de los ecosistemas terrestres del país.

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El presente estudio pretende buscar relaciones entre las funciones del bosque y el Índice Normalizado Diferencial de la Vegetación (NDVI) estimado a partir de imágenes de satélite.

El área de estudio es México y cubre casi los 2 millones de km² por lo que en particular se usan imágenes de la época seca del sensor MODIS de los satélites Terra y Aqua.

Como información básica o variables independientes están las mediciones dasométricas del Inventario Nacional Forestal y de Suelos (INFyS) realizado por la Comisión Nacional Forestal CONAFOR durante el período 2004-2007 y su remedición realizada en el año 2008 y 2009 (INFyS).

Como ejemplo de las variables indicadoras de las funciones del bosque y que a su vez deberían estar relacionadas con el espacio eucludiano de las imágenes satelitales se seleccionaron: tipo de comunidad vegetal, número de árboles vivos, número de especies, diámetro de copa, altura total, diámetro normal (DAP) y las estimaciones de volumen de madera y biomasa aérea.

Se usan otras variables de apoyo como son la precipitación, la temperatura, los días de lluvia al año, la evaporación, el modelo digital de elevación y el mapa de regiones ecológicas del país, además de variables relacionadas con presencia de antropismos.

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Para entender los procesos involucrados en el cambio de la cobertura forestal debemos primero entender o aclarar ciertas definiciones:

La palabra Deforestación: indica acción de deforestar y deforestar significa despojar un terreno de plantas forestales.

De acuerdo a la definición de FAO “Bosque” es la tierra que abarca más de 0.5 hectáreas, con cubierta de árboles cuya altura es superior a 5 metros y con una cubierta de copas de al menos 10 por ciento, o árboles capaces de alcanzar estos límites mínimos in situ. No incluye la cobertura vegetal de las zonas agrícolas como por ejemplo las barreras rompe vientos; ni los parques y jardines de las zonas urbanas. (FAO, 2000).

Existe otra categoría definida por la FAO “Otras Tierras Boscosas” (OTB) y se refiere a la tierra no clasificada como “Bosque”, que se extiende por más de 0.5 hectáreas; con árboles de una altura superior a 5 metros y una cubierta de copas de un 5 a 10 por ciento, o árboles capaces de alcanzar estos límites mínimos in situ; o que cuentan con

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una cubierta mixta de matorrales, arbustos y árboles superior al 10 por ciento. No incluye la tierra que se encuentra sometida a un uso predominantemente agrícola o urbano (FAO, 2004).

Para poder analizar la dinámica de cambio de la cobertura vegetal debemos tener al menos dos escenarios temporales levantados con la misma metodología y detalle cartográfico. Históricamente éste análisis sólo se pudo hacer en el país a partir de que el el Instituto Nacional de Estadística y Geografía (INEGI) liberara su serie III de la Carta de Uso de Suelo y Vegetación basada en imágenes satelitales tomadas en el año 2002 la cual se pudo comparar con su serie II basada en imágenes satelitales tomadas durante el año 1993 y levantadas con la misma metodología. (INEGI, 2004)

La Carta de Uso de Suelo y Vegetación del INEGI tiene una leyenda muy completa, basada en composición florística y fisonomías de plantas, explica hasta los niveles sucesionales de la vegetación. Históricamente hablando existe un impacto sobre la cobertura vegetal del país que viene desde la colonización de los españoles y luego los procesos de consolidación de las primeras poblaciones y los desarrollos ferroviarios y petroleros del país.

En éste sentido, es necesario entender la presencia en el país de los conceptos de de “Vegetación Primaria” y “Vegetación Secundaria” y éste último en sus diferentes grados sucesionales: “Herbácea”, “Arbustiva” y “Arbórea”. (INEGI, 2004)

La “Vegetación primaria” se define como la vegetación que conserva en su mayoría, su condición de densidad, cobertura y número de especies del ecosistema original (primario) y que está representada en la cartografía de Uso del Suelo y Vegetación del INEGI a escala 1:250,000. (INEGI, 2004)

La “Vegetación secundaria” se define como la vegetación presente donde ha habido la sustitución total o parcial de la comunidad de vegetación original (primaria), ya sea por algún cambio de uso del suelo o por causas naturales o inducidas donde actualmente es evidente la recuperación de la comunidad vegetal, en alguna de las etapas sucesionales de vegetación. (INEGI, 2004)

Cuando hablamos de cambios de la cobertura vegetal debemos hablar de procesos de “Pérdida”, “Alteración” y “Recuperación”.

• De acuerdo con la FAO la deforestación se define como la transformación del bosque en otro uso de la tierra o reducción, a largo plazo, de la cubierta de copa por debajo del umbral mínimo del 10 por ciento de su cobertura. (FAO, 2004)

• Asimismo, la misma FAO aclara que la deforestación implica la pérdida duradera o permanente de la cubierta forestal y la transformación del bosque en tierras dedicadas a otros usos. (FAO, 2004)

Cuando hablamos de pérdida del bosque o deforestación debemos englobar dos casos: la pérdida de vegetación primaria ejemplo: Bosque Pino (BP) y la pérdida de vegetación

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primaria con condición de vegetación secundaria, ejemplo: Bosque Pino con Vegetación Secundaria Arbórea (BP/VSA) que pasó a un uso de suelo distinto al original (CONAFOR, 2005) y (CONAFOR, 2005).

La alteración de la condición forestal indica un cambio o degradación de la cobertura sin llegar a perder su condición original, pero afecta en forma negativa la estructura disminuyendo la capacidad de generar servicios y productos y se puede estar hablando de pérdida de la biodiversidad o disminución de la biomasa. En este proceso debemos hablar de la vegetación primaria que pasó a ser vegetación secundaria y la vegetación secundaria que dentro de su misma condición secundaria pasó a un estado sucesional inferior por ejemplo arbóreo hacia arbustivo ó arbustivo hacia herbáceo. (CONAFOR, 2005)

Por otro lado tenemos los procesos de recuperación o aforestación que es la expansión natural de la cobertura forestal sobre áreas que tenían un uso de suelo. (UNFCCC - SBSTA, 2007)

Con las aclaraciones de la terminología tenemos cono datos disponibles, por un lado el Inventario Nacional Forestal y de Suelos (INFyS) con mediciones de campo realizadas entre el año 2004 y el 2007. Durante este período se levantaron 25000 conglomerados distribuidos en forma estratificada y sistemática sobre todas la comunidades vegetales del país incluyendo las zonas áridas y semi áridas.

Cada conglomerado está formado de 4 sitios de medición y en cada sitio se midieron variables dasométricas de los árboles mayores de 7.5 cm de diámetro normal ó de altura de pecho (DAP). Entre estas variables se encuentran: el número de árboles, número de especies, número de árboles vivos, altura total, comercial y altura de fuste limpio, su diámetro a la altura del pecho, el diámetro de copa, área basal entre otras 21 variables cuantitativas y unas 45 variables cualitativas que tienen que ver con rebrote, condición de impacto, datos del mantillo, uso del recurso, entre otros temas. (CONAFOR, 2004)

En el 2008 y en el 2009 se comenzó un proceso de remedición de los sitios visitados en el primer INFyS por lo que ahora disponemos de información referente al crecimiento y estimación de cambios en las funciones del bosque en el 20% del los 25000 conglomerados levantados además de haber incorporado información del suelo, incendios y de sanidad. (CONAFOR, 2009)

Por el otro lado contamos con imágenes MODIS que cubren la totalidad del país y a partir de ellas estimamos el NDVI que es un indicador del vigor fotosintético o salubridad vegetal y tiene un reconocimiento a nivel mundial por toda la comunidad científica. Se estima a partir de las bandas roja e infraroja cercana de las imágenes de satélite, lo que lo hace un producto fácil de obtener y reproducir y puede ser aplicado a extensas zonas. (Goward, 1991) (Huete A. J., 1999)

El primer paso es relacionar la información de tipo de comunidades vegetal levantada en campo en el INFyS 2004 -2007 (más de 65000 sitios) con el producto de NDVI

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derivado de los compuestos de 32 días de imágenes MODIS tomados entre diciembre de 2000 hasta septiembre de 2005 (53 meses) obtenidos del “Institute for Advanced Computer Studies” de la Universidad de Maryland, USA.

El comportamiento fenológicos de las diferentes comunidades queda claramente representado en la figura N°1 (CONAFOR, 2008).

Figura N°1. Comportamiento del NDVI para diferentes comunidades vegetales de México.

En general podemos decir que se pueden diferenciar los patrones de comunidades vegetales desde las zonas áridas como los desiertos con valores bajos de NDVI hasta las selvas altas perennifolias que muestran los valores de NDVI más altos. También se puede observar la dinámica intra anual o ciclo fenológico de cada comunidad con índices muy variables como las selvas bajas ó índices más estables como los desiertos.

Las clases de comunidades vegetales se definieron según la especie más frecuente encontrada en campo en el INFyS y según la definición de INEGI. (INEGI, 2004)

La figura Nª2 muestra el histograma de frecuencia del NDVI para el país y hallamos diferentes comportamientos identificándose un patrón cuasi unimodal para la época seca, meses de transición y un patrón bimodal para la época húmeda. Este comportamiento lo debemos considerar como patrón general ya que la época húmeda no ocurre en forma simultánea para todo el país, en la parte norte tenemos influencia de las zonas templadas con presencia de cuatro estaciones o también la parte sur cambia un poco por la influencia tropical y el período húmedo es un poco más largo.

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1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52

selvas altas

bosque mesofilo

manglar

bosque pino

bosque quercus

selvas bajas

matorral

pastizales

desiertos

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Figura N° 2. Histogramas de frecuencia del NDVI de México para compuestos mensuales de imágenes MODIS.

Con esta figura se sugiere el cuidado que se debe tener al elegir imágenes para análisis de cambio de la cobertura del suelo, no se debe mezclar fechas de toma de una época contra otra y por supuesto tener sumo cuidado con imágenes tomadas durante los meses de transición ya que son muy variables y dificulta su uso e interpretación.

Con las consideraciones anteriores, el estudio se enfoca en la época seca por dos razones importantes: la primera es la cobertura de nubes en las imágenes, ya que MODIS es un sensor óptico; y segundo es por la agricultura de temporal, el manejo de estas zonas para esta fecha corresponde a la preparación para la siembra y durante éste período se labran las tierras y aparecen como suelo desnudo. Por otro lado, éste período compromete los análisis en los ecosistemas caducifolios ya que coincide con la caída de hojas y el comportamiento del NDVI se mezcla con la respuesta del suelo y también hay que tener cuidado las zonas de cultivos permanentes como frutales que pueden confundirse con áreas forestales y con los cultivos de riego que presentan los mayores valores de NDVI.

Centrándonos en el comportamiento de la época seca, lo primero que analizaremos es si existe alguna relación entre el NDVI y el tipo de comunidad vegetal levantada en campo según los datos del INFyS. A estos 65000 sitios, se agregó un grupo de 2500 puntos sobre cuerpos de agua que no fueron levantados en campo y los cuales se obtuvieron vía interpretación visual de imágenes satelitales de mayor resolución espacial.

Para determinar el NDVI de la época seca se usan compuestos de imágenes MODIS tomados entre el 15 de febrero al 15 de abril y se estima el valor promedio del NDVI* para cada año desde 2005 hasta 2008.

Ene Feb Mar Abr Ma-Jun Jun-Jul Jul-Ago Ago-Sep Sep- Oct Oct-Nov Dic

� Época Seca � | Transición | � Época Húmeda � |Transición

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*NDVI se traslada en escala (NDVI+1)*127 para tener un dominio de 0 a 255

Figura Nª3. Comportamiento promedio del NDVI de la época seca para diferentes ecosistemas.

Para cada comunidad se calcula el promedio del NDVI mostrado en la figura Nª3. Este gráfico sugiere de nuevo cierto patrón relacionado con el contenido de biomasa aérea de los ecosistemas dado que los bosques mesófilos (se incluye Oyamel y Ayarin) son las comunidades que poseen mayor contenido de biomasa de las comunidades representadas siguiéndole las selva (se promedio selvas altas y medianas) mientras que los pastizales en época seca casi no tienen un valor de biomasa aérea hasta llegar a los cuerpos de agua con valores nulos de actividad fotosintética como lo muestra la figura N°4. Se generalizaron las clases para mostrar menos categorías en la figura.

Se establece una línea de referencia en color marrón que nos muestra el umbral que separa Bosques y Otras Tierra boscosas según FAO, (FAO, 2004) de las otras categorías. Este umbral se define cada año según los valores de la clasificación del NDVI los cuales varían ligeramente de un año a otro dependiendo del comportamiento climático, del tratamiento de las imágenes (Threshold) y de la región ecológica del país.

El Threshold del NDVI se corrige según los valores obtenidos en los cuerpos de agua. Para eliminar las diferencias en el tipo de procesamiento, almacenamiento así como el efecto atmosférico que afecta las bandas roja e infraroja de las imágenes en cada año, se usa el valor promedio del NDVI obtenido para 2500 puntos correspondientes a los cuerpos de agua. Se corrige un año de manera que el NDVI promedio sea el mismo para ambos año. De esta manera se asegura que al comparar un año con el siguiente exista una correspondencia: espacial (el RMS es de 30 m); temporal (imágenes tomadas entre

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el 15 de febrero y el 15 de abril) y radiométrica (calibración radiométrica basada en el valor de NDVI para cuerpos de agua).

Se estimó la biomasa total como la suma de la aérea y subterránea expresada en Ton/ha y el volumen de madera en m3/ha para 16842 conglomerados medidos en campo en el INFyS (2004 a 2007). Las ecuaciones de volumen y biomasa se tomaron de una revisión bibliográfica según cada ecosistema. Estos son los conglomerados con información de DAP y Altura, se toman en cuenta sólo los árboles cuyo diámetro a la altura de pecho es mayor a 7.5 cm. Se usó información de las mediciones de rebrotes para estimación de biomasa, no se usaron las especies suculentas de las zonas áridas y algunas comunidades no cuentan con ecuaciones de estimación de biomasa ó de volumen de madera (Popal, Sabanas, Tular, Palmar, Manglar y algunas Selvas). Del universo total muestreado 1´305.307 se tomaron en consideración 1´230.127 individuos. (ECOSUR, 2009)

La figura N°4 muestra la relación entre el promedio de la biomasa aérea estimada en Ton / ha para cada comunidad con respecto al NDVI correspondiente a la fecha de la visita de campo. El color verde muestra ecosistemas en condición primaria, el rojo muestra ecosistemas primarios con vegetación secundaria arbórea y el azul muestra vegetación primaria con condición de vegetación secundaria herbácea. El color negro corresponde al promedio de condición primaria y primaria con condición de vegetación secundaria arbórea y arbustiva. Los resultados indican un decaimiento en las curvas según su grado de disturbio.

Figura Nª4. Comportamiento promedio de la Biomasa aérea y subterránea en Ton/ha contra el NDVI promedio de la época seca para diferentes ecosistemas.

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La figura N° 5 muestra una clasificación del NDVI de la época seca de 2009 la cual se basa en términos muy generales en las categorías de comunidad de la Carta de Uso de Suelo y Vegetación del INEGI en su serie III y las muestras de campo según la especie más frecuente de los conglomerados medidos en campo. Este mismo proceso se aplica para los años 2005 a 2008. Se calcula la deferencia entre el NDVI de un año y el siguiente.

Figura N° 5. Imagen clasificada del NDVI promedio de la época seca de 2009.

Las disminuciones pueden ser un indicador de degradación o deforestación según su cantidad absoluta de cambio y su valor inicial, es decir, que se considera deforestación si la disminución es lo suficientemente importante para que quede fuera del umbral de bosque en el siguiente año y se clasifica como degradación si la disminución no es tan grande para que salga del unbral de esta categoria. Los aumentos pueden estar relacionados con un incremento natural del ecosistema o con una recuperación de áreas con disturbios.

La siguiente figura nos muestra los cambios en el NDVI entre 2008 y 2009, en color verde los cambios indican un aumento en el NDVI y en color rosado las disminuciones.

En líneas generales, si no existe disturbio de un año a otro, las comunidades vegetales deben reflejar un incremento natural en la biomasa, lo cual se ve reflejado en el aumento general del NDVI y la mayor parte de las disminuciones son muy leves que también se considera como un comportamiento normal. Se pone mayor atención a disminuciones severas o aquellas que salen del umbral de bosque para el año

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2009.

Figura N° 6. Cambios en el NDVI de 2008 a 2009. Aumento y Disminución.

Por la misma definición de deforestación ó pérdida (cambio de uso del suelo en forma permanente) y basados en el estudio de dinámica de cambio de la vegetación forestal entre 1993 – 2002, encontramos que la pérdida de los ecosistemas forestales obedece o se transforma a:

• Agrícola y pecuario 45677.72 km2 (82.3%) • Asentamientos humanos 592.00 km2 (1.0%) • Pastizales Inducidos 7795.68 km2 (14.0%) • Sin Vegetación 70.11 km2 (0.4%) • Otros cambios 1356.81 km2 (2.4%)

Los resultados obtenidos en la comparación de NDVI se cruzan con información relacionada a la presencia de antropismos tales como carreteras, zonas urbanas, zonas agrícolas y energía eléctrica. (INEGI, 2004) y con el mapa de presencia de energía eléctrica tomado de un mosaico de imágenes capturadas durante la noche por la NASA y procesada para representar solo zonas de existencia de infraestructura.

• Buffer de 1.5 km a zonas agrícolas y pecuarias • Buffer de 1.5 km a carreteras principales • Buffer de 1.0 km a zonas urbanas • Presencia de energía eléctrica

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Del universo posible de cambios filtramos los resultados según diferentes criterios:

• Zonas de disminución relacionadas a presencia de antropismos se consideran posible deforestación

• Zonas de alta pendiente tienen limitaciones para detección de cambio por la sombra topográfica se indica como otros cambios.

• Zonas cercanas a cuerpos de agua son consideradas como otros cambios excepto las relacionadas con presencia de manglares.

• Todos los cambios muy bajos y bajos en el NDVI se denotan como sin cambio • Zonas de aumento en NDVI relacionada o detectadas en años anteriores como

posible deforestación o relacionadas a daños por paso de huracanes se indican como posible recuperación.

• Zonas de disminución del NDVI pero sin salir del umbral NDVI definido como categoría de Bosque u Otras tierras boscosas para el 2009 (según cada comunidad) y que además no coincide con antropismos e considera como posible degradación

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Al analizar los valores que indican cambio en el NDVI entre 2008 y 2009 en las zonas correspondientes a Bosques y Otras Tierras Boscosas encontramos los resultados siguientes resultados mostrados en la tabla N° 1 y N° 2 y figura N°7.

CAMBIO % TIPO CAMBIO SUP HA % RELAT. %TOTAL

COMP CADUCIFOLIO 494245.43 28.31 25.59 SIN CAMBIO 90.41

FLUCT NORMALES 1251773.23 71.69 64.82

TOPOGRAFIA 59032.5 48.36 3.06 OTROS CAMBIOS 6.32

BUFFER H2O 63039.01 51.64 3.26

BUFFER VIAS 3535.15 11.59 0.18

BUFFER AGRIC. 24428.8 80.07 1.26

BUFFER URBANA 179.82 0.59 0.01 POSIBLE

DEGRADACION 1.58

FOREST. TALA ILEGAL 2364.33 7.75 0.12

BUFFER AGRIC. 1606.72 4.92 0.08

BUFFER VIAS 19781.33 60.56 1.02

BUFFER URBANA 46.86 0.14 0 FOREST. TALA ILEGAL 11213.07 34.33 0.58

POSIBLE DEFORESTACIÓN

1.69

DETECTADA 2008 16.64 0.05 0

Tabla Nº1. Disminución del NDVI entre 2008 y 2009 en zonas de Otras tierras boscosas.

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CAMBIO % TOTAL TIPO CAMBIO SUP HA % RELAT. %TOTAL

COMP CADUCIFOLIO 7545810.31 67.75 41.76 SIN CAMBIO 61.64

FLUCT NORMALES 3591806.96 32.25 19.88

TOPOGRAFIA 5893224.28 90.59 32.61 OTROS CAMBIOS 36

BUFFER H2O 611269.58 9.4 3.38

BUFFER VIAS 20590.45 5.31 0.11

BUFFER AGRIC. 272199.07 70.2 1.51

DETECTADA 2008 87.5 0.02 0

BUFFER URBANA 950 0.24 0.01

POSIBLE DEGRADACIÓN.

2.15

FOREST. TALA ILEGAL 93940.8 24.23 0.52

BUFFER AGRIC. 6806.25 17.37 0.04

BUFFER VIAS 1156.25 2.95 0.01

BUFFER URBANA 287.5 0.73 0

BUFFER A C. AGUA 16827.08 42.93 0.09

MANGLAR 1643.75 4.19 0.01 FOREST. TALA ILEGAL 12505.18 31.91 0.07

POSIBLE DEFORESTACIÓN

54.54

DETECTADA 2008 775 1.98 0

Tabla Nº2. Disminución del NDVI entre 2008 y 2009 en zonas de Bosques y Selvas.

La mayor parte de la disminución obedece a cambios considerados normales y a comportamiento caducifolio de la vegetación sólo un 3.25 % en Otras tierras boscosas y un 2.37% en Bosques y Selvas corresponde a posible degradación y posible deforestación. La figura N°7 muestra la ubicación de las áreas críticas. En su mayoría están relacionadas a ampliación de zonas de agricultura.

Figura Nº7. Mapa de Disminución de NDVI entre 2008 y 2009.

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De los puntos del INFyS que tuvieron remedición y que caen en zonas identificadas como posible degradación tenemos 5 conglomerados:

Conglomerado 71952 – Chiapas: Disminución en el NDVI: de 192 a 174

visitado 13 enero 2006

Comunidad Vegetal: Selva alta perennifolia con VS Arborea (SAP/VSA) en los 4 sitios

Número de especies (10, 11, 3 y 7) ;Especie con mayor frecuencia: null, Lysoloma acapulcense, Vernonia deppeana y Conostegia xalapensis. Número de individuos: 26, 25, 20 y 15.Promedio de diámetro de copa: 3.05, 3.96, 2.55 y 2.46 m.Cobertura: 340, 492, 107 y 94%. Altura promedio de árbol por sitio: 11.6, 11.8, 6.7 y 8.5 m.

visitado 1 julio 2008

Uno de los sitios cambio a cultivo temporal. De los 1600 m2 medidos en el conglomerado, tuvo un cambio en la cobertura de 400 m2.

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Conglomerado 65961 – Campeche: Disminución en el NDVI de 194 a 178

Visitado 27 de Abril de 2005

Comunidad Vegetal: Selva mediana subperennifolia con VS Arborea (SMQ/VSA) en los 4 sitios. Número de especies: 12, 7, 12 y 10. Especie con mayor frecuencia: Vitex gaumeri, Bursera simaruba, Lochocarpus castilloi y Croton reflexifolius. Número de individuos: 17, 18, 27 y 38. Promedio de diámetro de copa: 0.9, 1.27, 1.29 y 1.72 m. Cobertura: 340, 492, 107 y 94%. Altura promedio por sitio: 9.7, 9.3, 11.1 y 9.5 m.

Visitado 14 Mayo 2008

Los cuatro sitios presentan indicios de daño por fuego.

De los 67 individuos 56 reportan daño por incendio, por insectos y viento.

Conglomerado 66730 – Oaxaca: Disminución en el NDVI de 204 a 180

Visitado 27 Octubre de 2006

Comunidad Vegetal: Selva Alta perennifolia con VS Arborea (SAPVSA) en los 4 sitios.Número de especies:10, 7, 9 y 7. Especie con mayor frecuencia: Bauhinia ungulata y Brosimun alicastrum en los sitios 2,3 y 4. Número de individuos: 24, 22, 33 y 22. Promedio de diámetro de copa: 6.8, 5.6, 6.5 y 6.1 m. Cobertura: 975, 628, 1231 y 726 %. Altura promedio de árbol por sitio: 13, 11, 12 y 12.6 m.

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Visitado 15 Julio 2008

Los 107 individuos del conglomerado se reportan bien.

Conglomerado 63448 – Campeche: Disminución en el NDVI de 207 a 169

Visitado 19 mayo 2005

Comunidad Vegetal: Selva Mediana subperennifolia con VS Arbustiva (SAP/VSaa) en los 4 sitios. Número de especies: 7, 10, 4 y 2.Especie con mayor frecuencia: Albertia edulis, Croton reflexifolius, Ceiba aesculifolia y Sweetia panamensis. Número de individuos: 12, 19, 9 y 2. Promedio de diámetro de copa: 1.7, 1.64, 2.3 y 0 m. Cobertura: 39, 111, 47 y 0 %. Altura promedio de árbol por sitio: 9.9, 9.6, 8.5 y 8.19 m.

visitado 3 sep 2008

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Las fotos muestran la caducifoleidad del ecosistema en la última visita se reporta daño por incendio en 10 del los 26 individuos del conglomerado.

Conglomerado 76944 – Oaxaca: disminución en el NDVI de 227 a 212

Visitado 7 Junio 2007

Comunidad Vegetal: Bosque Mesófilo de montaña primario (BM) en los 4 sitios. Número de especies: 4, 5, 4 y 4. Especie con mayor frecuencia: En identificación en los 4 sitios. Número de individuos: 11, 14, 13 y 11. Promedio de diámetro de copa: 4, 4.6, 4.9 y 4.95 m. Cobertura: 154, 251, 248 y 218 %. Altura promedio de árbol por sitio: 15, 14, 17 y 18.75 m.

visitado 19 de junio 2008

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De los 44 árboles que tiene el conglomerado 6 presentan daño por insecto y 33 por otras causas sólo 1 no reporta daño.

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El NDVI es una relación muy sensible a los cambios en la reflectancia captada por los sensores. Cuando comparamos el NDVI de un año con el siguiente encontramos diferentes razones en el cambio algunas de ellas debido a razones naturales ligadas a la recuperación en el vigor vegetal o a una degradación de la cobertura, pero hay muchas otras razones por las cuales se pueden reflejar estos cambios. Existen limitaciones en el uso de esta tecnología según las siguientes consideraciones:

Consideraciones anisotropía de iluminación. En el proceso de obtención del NDVI intervienen tomas de imágenes con diferentes ángulos de incidencia del sol-objeto-sensor. Como primer factor tenemos el efecto que genera la diferencia en el ángulo de iluminación del sol el cual varía hasta unos 20° dependiendo de la latitud por la época del año y también varía por la hora de toma. Para poder aprovechar al máximo las imágenes tenemos que se usan tanto tomas ascendentes (10:00 a.m.) y descendentes (3:00 p.m) por lo que el ángulo de toma del sensor varia a lo ancho de la cobertura de cada imagen entre ±20 a ±55°.

Como segundo factor tenemos que las irregularidades del terreno en las zonas de una alta disección vertical en la cual en algunas escenas, según su toma ascendente o descendente, generan diferencias en la iluminación sobre la imagen, lo que llamamos anisotropía topográfica (sombras por topografía).

Por otro lado tenemos los diferentes comportamientos de los objetos, en nuestro caso es la vegetación la cual dependiendo de la época del año y de la especie tienen respuesta particular al comportamiento de la heliofanía modificando a lo largo del año la dirección de exposición de sus hojas.

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Estos factores generan una anisotropía de iluminación que afecta el valor de NDVI. Los autores recomiendan un mayor estudio del comportamiento de la distribución bidireccional de la reflectancia en coberturas específicas y evaluar cuanto afecta a los NDVI. (Cihlar, 1994)

Consideraciones por efecto atmosférico. Según (Goward, 1991) la atmósfera degrada el NDVI al disminuir el contraste entre la banda roja y la infrarroja debido a la atenuación de la banda infrarroja en la atmósfera por su contenido en humedad, gases aerosoles y contaminantes. El resultado neto es una subestimación de la cantidad de verdor presente en la superficie. (Teillet, 1995)

Durante la época seca tenemos la presencia de altas presiones sobre México lo que genera una estabilidad atmosférica importante en la cual el efecto de contaminantes está presente y puede aumentar la distorsión de la señal y por lo tanto generar cambio en la estimación del NDVI. Pese a que en ésta época del año tenemos menor cantidad de humedad atmosférica, ésta limitación es difícil de eliminar ya que ocurre en forma aleatoria y variable a lo largo de toda la escena.

Presencia de nubes y sombras de nubes. El sensor MODIS es óptico por lo tanto en sus diferentes bandas están reflejadas las nubes. Esta problemática se ha tratado de resolver creando imágenes compuestas como los promedios de cada 10 días o cada 16 días. El período mínimo para generar una composición va a variar según la frecuencia de aparición de nubes pudiendo ser de más de 30 días para zonas tropicales, en las cuales México está incluido. Los períodos más cortos de composición darán mejor idea de la dinámica de cambio intra anual de la vegetación, sin embargo se toma el riesgo de omitir mayor cantidad de píxeles por presencia de nubes. (Townshend, 1994)

En el proyecto se tomaron 60 días para lograr un compuesto de imagen promedio libre de nubes. Durante la época seca la problemática de presencia de nubes es menor que en el resto del año y su comportamiento diario indica que hay mas presencia de nubes en la tarde que en las tomas de la mañana

De las escenas que se usaron el problema de las nubes se presenta en forma persistente en la medida que nos movemos hacia el sur del país. De los 60 días analizados encontramos la presencia de nubes en toda la península de Yucatán y en parte sur del Golfo de México, particularmente en la zona de ascenso forzoso de las masas de aire cargadas de humedad sobre la Sierra Madre Oriental en Veracruz.

Aunque la dinámica de cambio de uso del suelo en México es muy variable, el objetivo del estudio tiene una periodicidad anual, por lo tanto, se puede considerar como adecuado la composición hecha. La razón principal del período tomado fue la de garantizar la detección de cambios en la totalidad del país, es decir con el menor número de píxeles nulos o eliminados.

Otro aspecto importante a considerar es el proceso de eliminación de nubes y sombras de nubes de las escenas. A pesar de que cada escena pasa por un proceso riguroso de

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eliminación de nubes, es necesario considerar que en los píxeles de los alrededores de las nubes y sus sombras se genera un ruido o contaminación de la radiación captada por el sensor que es difícil de eliminar en cada imagen. Este incremento en la radiación genera una variación en el NDVI que se ve reflejada como un aumento de vigor de la vegetación cuando son restos de nubes pero cuando son sombras de nubes se representa como una disminución en el NDVI.

Ruido por la reflectancia del suelo de la vegetación. El NDVI es extremadamente sensible a la reflectancia o al brillo que existe bajo el dosel del bosque (suelo desnudo, contenido de humedad del suelo, hojarasca, nieve o agua) (Huete A. R., 1985). El suelo de la vegetación natural tiene cambios significativos a lo largo del año, esta variación se debe básicamente al comportamiento de las lluvias, nevadas, acumulación de hojarasca o de material combustible, contenido de materia orgánica y a su rugosidad, por lo que es muy difícil cuantificar el efecto que tiene en su aporte al NDVI sobre todo en zonas donde han ocurrido heladas o nevadas, en humedales o en áreas bajo riego que introducen un error que puede exceder más de ±15%,

En nuestro caso se usan imágenes de la temporada seca (febrero, marzo y abril) para tratar de minimizar el efecto en el NDVI del comportamiento variable de sus suelos, sin embargo encontramos que para estas fechas la parte norte del país aún queda sometida a posibles nevadas que pueden generan mayor error en los resultados. En las imágenes analizadas no se reflejó respuesta de posibles nevadas sin embargo no podemos garantizar la variabilidad de humedad en el suelo ya que hay que recordar que este año tuvo presencia de cabañuelas al comienzo del año que pueden introducir errores en la comparación de los NDVI.

Efecto del tratamiento de los datos o saturación del NDVI. El mejoramiento radiométrico en las imágenes puede degenerar la información resaltando el resultado en zonas con muy baja condición de biomasa pero a su vez desmejora sus efectos en zonas de alto índice de biomasa (Huete A. J., 1999). En este sentido se decidió no hacer ningún mejoramiento radiométrico a los datos para el cálculo de NDVI ni para su conversión a 8 bit. (Huete A. J., 1999)

Aspectos fenológicos de la vegetación. El ciclo fenológico de la vegetación genera diferencia en la reflectancia captada por el sensor en las bandas roja e infrarroja. El NDVI es una medida de la fracción fotosintéticamente activa de la cobertura vegetal existente en un pixel de información.

Desde el punto de vista temporal tenemos que a lo largo del ciclo de vida de las plantas esta fracción fotosintéticamente activa varía según su fase de crecimiento vegetal, su etapa de floración o en su etapa de pérdida de follaje y translocación de nutrientes en la etapa de fructificación y maduración, también depende del grado de salubridad de la planta o el nivel de stress hídrico a que esta sometida representada en la turgidéz de las hojas. Por lo tanto es de esperarse entonces un cambio en el NDVI. Estas diferencias en el NDVI son cambios reales o naturales de la vegetación. (Huete A. J., 1999)

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Manejo agrícola. El continuo cambio de cobertura vegetal en las zonas sometidas a agricultura bien sea de temporal o de riego genera cambios importantes en la respuesta del NDVI. Estos cambios se presentan tanto como un aumento o como una disminución dependiendo del manejo reflejado en la época de la imagen.

Por lo general tenemos que en la época seca los suelo agrícolas de temporal con cultivos anuales están en preparación para la siembra y lucen en la imagen como zonas desprovistas de vegetación sin embargo las zonas de agricultura de riego poseen un alto vigor vegetal por lo que podemos tener NDVI muy alto o un NDVI muy bajo.

En el estudio se descartan las zonas de agricultura, sin embargo estas zonas siguen en aumento sobre zonas de bosques y selvas tomando las zonas adyacentes a las mismas ya que poseen una infraestructura ya establecida. Se puede afirmar que estas zonas, en la mayoría de los casos, están relacionadas a la presencia de zonas urbanas y a la presencia de vías de comunicación que permita extraer la cosecha. En el estudio, este cambio de uso de suelo de bosques y selvas hacia zonas agrícolas puede reflejarse como un aumento en el NDVI al pasar de suelos desprovistos de vegetación hacia zonas con un índice de crecimiento de la vegetación alto, pero a su vez se puede reflejar como una disminución en el NDVI originado por la degradación de zonas boscosas y de selvas hacia suelos desnudos.

Cambios en el nivel de los cuerpos de agua. Los NDVI de los cuerpos de agua son muy bajos por lo tanto tenemos que cualquier fluctuación en el nivel de agua genera cambios severos en el NDVI. Algunos de estos cambios obedecen a comportamiento normal de los procesos hídricos del país, sin embargo le damos especial atención a los lugares que poseen manglares. En los últimos años el desarrollo de camaroneras en el país ha ido en crecimiento, generando un cambio de uso de suelos de zonas de manglares hacia lagunas construidas para éste fin. Este cambio se refleja como una disminución severa en el NDVI.

Con las limitaciones de las imágenes y con las limitaciones en la estimación de la biomasa encontramos que la relación entre el NDVI y el volumen de biomasa pueden mejorar. Esta es la primera inmersión en el volumen de datos levantados en el INFyS. Se encontraron detalles como por ejemplo algunos conglomerados mostraron 39 individuos y se levantaron como condición de vegetación secundaria herbácea por lo que se pasaron a la categoría de otras tierras según en las definiciones de FAO pero a su vez encontramos conglomerados con un menor valor de NDVI que estaban considerados en la condición de vegetación secundaria Arbórea pero tienen árboles muertos en pie o tienen sólo 2 o 3 individuos.

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Con la información que se tiene en el país se requiere más dedicación a la explotación de las bases de datos del INFyS.

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Incorporar de alguna manera a la estimación de biomasa la medición de rebrotes pues las relaciones del NDVI con la biomasa se ven truncadas al considerar sólo individuos de más de 7.5 cm de diámetro a la altura de pecho.

Dada las limitaciones de existencia de ecuaciones para zonas áridas, especies suculentas y especies de humedales la expresión total de la relación no se muestra en su mayor expresión así que considera un valor de R2= 0.8334 muy bueno según las limitaciones del procesamiento de las imágenes y de las estimaciones de biomasa.

Por otro lado se puede usar la información a nivel de sitios pero se requiere el uso de imágenes de menor resolución espacial ya que tenemos que para las imágenes MODIS los 4 sitios quedan dentro del mismo pixel y si alguno de ellos muestra una condición diferente de tipo de comunidad le va a corresponder el mismo valor del NDVI.

El NDVI es sensible a la cantidad de biomasa ya que como se muestra en la validación de 3 de los conglomerados, un mínimo impacto de 400 m2 se vé reflejado en el NDVI de 6.25 ha (tamaño de pixel de MODIS)

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Comisión Nacional Forestal CONAFOR

Coordinador de Planeación e Información Dr. Rodolfo Orozco Galvez

Al personal de la Gerencia de Inventario Forestal y de Geomática.

Gerente Ing. Rigoberto Palafox Rivas

Mc. Adriana Rodríguez estimación de volumen de madera y Dinámica de cambio.

Lic. Vanessa Silva Mascorro manejo SQL de la base de datos

Nora Isabel Muñoz: Procesamiento de imágenes MODIS

Dr. William Prescott Voluntario de Peace Corp en la automatización de la adquisición de imágenes MODIS.

Rafael Flores Subgerente Técnico del Inventario.

Lic. Julissa Nayeli Orozco análisis estadístico de control de calidad de proceso.

Instituto Nacional de Estadística e Información INEGI

Colegio de la Frontera Sur ECOSUR estimación de biomasa

Dr. Bernardus de Jong

Dr. Marcela Olguin

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