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ESTRATEGIA METODOLÓGICA PARA LA EVALUACIÓN CUALITATIVA DE PASTIZAL MEDIANORev Mex Cienc Pecu 2015;6(2):171-191

Validación de una estrategia metodológica para laevaluación cualitativa de un pastizal mediano

abierto del estado de Zacatecas

Validation of a methodological strategy for the qualitativeevaluation of semiarid rangelands in Zacatecas

Francisco Guadalupe Echavarría-Cháireza, Juan Luis Santos de la Cruzb, RamónGutiérrez Lunaa, Guillermo Medina Garcíaa

RESUMEN

La degradación continua de los pastizales debido a una deficiente planeación en la producción ganadera de tipoextensivo, hace necesario el monitoreo rutinario del estado de salud de los agostaderos. Por ello, se requiere establecerun protocolo de seguimiento por medio de metodologías confiables, rápidas y económicas. Una metodología que seha utilizado es por medio del registro de 17 indicadores del suelo, agua y vegetación. La metodología se aplicóen 34 sitios del pastizal mediano abierto del estado de Zacatecas con cuatro repeticiones por sitio. Con los valoresestimados por componentes principales se calculó un semivariograma y por interpolación con Kriging, se generarontres mapas y se compararon con mapas de referencia generados por estudios de tipo cuantitativo para valorarsu coincidencia. El primer mapa se asoció con estadios de salud del pastizal utilizando un mapa de referencia convalores del “índice de vegetación de diferencia normalizada” (NDVI); el segundo mapa identifica las zonas másafectadas por el escurrimiento, y el tercero identifica las zonas afectadas por la erosión hídrica. Los mapas segeneraron con modelos matemáticos. La coincidencia entre mapas generados por componentes principales y mapasde referencia fue de 59.2, 31.2 y 17.2 %, los cuales fueron cercanos a los valores de varianza estimados por loscomponentes principales, así como la igualdad (P>0.05) entre los valores categóricos, permitieron validar lacorrespondencia entre ambos métodos.

PALABRAS CLAVE: Indicadores de salud, Componentes principales, Kriging, Salud del pastizal.

ABSTRACT

Rangeland degradation due to mismanagement practices in the extensive system for cattle and the need for monitoringrangelands continuously, leads to seek for methodologies which may be easily and quickly applied. In order toaccomplish such objectives, methodologies must be based upon qualitative indicators. Such methodology has beenapplied broadly using 17 indicators that represent soil, water and vegetation attributes. This study was carried outin the State of Zacatecas and included 34 sites located randomly in the grassland with four repetitions by site. Datawas analysed by principal components and a semivariogram and maps were generated by Kriging. Further, mapswere compared to reference maps, which were calculated by quantitative methods. First map was associated torangelands general health condition. The reference map was estimated from NDVI values. The second componentrefers to runoff, and the third component was associated to water erosion induced by bare soil. Those two werecompared to reference maps estimated from mathematical models. Coincidences among maps were as 59.2, 31.2 y17.2 %, which were the variance values estimated by principal components, and allowed to validate correspondencebetween them. Categorical data were not different (P>0.05). Low cost and easy methods are helpful and should bevalidated for use them when no other methods are available.

KEY WORDS: Rangeland, Principal components, Kriging, Grasslands health.

Recibido el 28 de febrero de 2014. Aceptado el 14 de mayo de 2014.a Campo Experimental Zacatecas, INIFAP. Km 24.5 Carretera Zacatecas-Fresnillo, 98500, Calera, Zacatecas. México. [email protected]. Correspondencia

al primer autor.b Área de Ciencias de la Salud. Universidad Autónoma de Zacatecas. México.

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Francisco Guadalupe Echavarría-Cháirez, et al. / Rev Mex Cienc Pecu 2015;6(2):171-191

INTRODUCCIÓN

Zacatecas cuenta con 5.5 millones de hectáreasdedicadas al pastoreo extensivo, de ellas, 2.3millones se consideran con un alto nivel dedegradación(1). El continuo deterioro debido almal manejo de los recursos naturales y losefectos climáticos, han repercutido sobre lacondición del pastizal mediano abierto. Laproducción de materia seca de los agostaderosde Zacatecas, ha ido disminuyendo de maneragradual, como consecuencia de la continuadegradación. Existe una correspondencia entrela degradación del suelo con la consecuentedisminución de la producción de materia seca(2).La pérdida del horizonte superficial A, puederepresentar una disminución de 200 kg/ha/añode materia seca, pero en ocasiones, cuando seha perdido también el horizonte B o C, laspérdidas llegan a ser superiores a 1 t/ha/año(2).

Además, la atención gubernamental y susprogramas, tradicionalmente atienden los efectosen el componente animal, por lo que el pastizales un recurso al que se le ha dado pocaimportancia, debido a la complejidad y magnituddel mismo. En ellos existe flora y fauna quesustentan a la sociedad, pero además son sitiosde recarga de acuíferos(3), los que favorecen larealización de labores productivas en la cuencabaja. Sin embargo el uso sin orden de lospastizales ha tenido repercusiones de grandesdimensiones como erosión del suelo, disminuciónde diversidad de flora y fauna así como unabaja producción animal. Para lograr unconocimiento continuo de la tendencia de lacondición del pastizal que permita regular eluso, se requiere utilizar metodologías de usosencillo y confiables, capaces de ofrecer unavaloración cualitativa de la condición del pastizal,por ello, en este estudio se contrasta lametodología de “salud del pastizal”(4) conmediciones cuantitativas realizadas indepen-dientemente, para establecer el grado deconfianza de esta metodología.

El seguimiento de las pérdidas de suelo yproductividad del agostadero son necesarias

INTRODUCTION

Zacatecas has 5.5 million hectares devoted toextensive grazing, of which 2.3 million areconsidered with a high level of degradation(1).The continued deterioration due tomismanagement of natural resources andclimate effects have affected the condition ofthe semiarid rangelands. The dry matterproduction of the rangelands of Zacatecas hasbeen declining gradually due to the continuousdegradation. There is a relationship betweenland degradation and the consequent decreasein dry matter production(2). The loss of topsoilA, may represent a decrease of 200 kg/ha/yrof dry matter, but sometimes, when the horizonof points B or C, has been lost, decreasesbecome greater than 1 t/ha/yr(2).

In addition, government attention and itsprograms, traditionally attend to the effects inthe animal component, hence that the pastureis a resource that has been given littleimportance due to the complexity andmagnitude. In them there is flora and faunathat sustain society, but also are aquiferrecharge sites(3), favoring productive work inthe lower basin. However, the use of rangelandshas had large impacts such as soil erosion,decreased diversity of flora and fauna as wellas low animal production. To achieve acontinuous understanding of the tendency ofrange condition for regulating the use, it isrequired to use methodologies simple andreliable, able to provide a qualitative assessmentof range condition; therefore, in this studycontrasts to the ”rangeland health”methodology(4) with quantitative measurementscarried out independently to establish theconfidence in this methodology.

Monitoring of the soil and rangeland productivitylosses are necessary for decision making ofimprovement and recovery of the same. Due tothe complexity in these determinations,qualitative simple tools have been developedwhich are easy and inexpensive, and can beuseful for decision making(5).

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para la toma de decisiones de mejoramiento yrecuperación del mismo. Debido a la complejidaden estas determinaciones, se han desarrolladoherramientas cualitativas, sencillas y de bajocosto, las cuales pueden ser útiles para la tomade decisiones(5).

Recientemente un panel de expertos de la“Society for Range Management” y el “NationalResearch Council” propusieron que la salud delos pastizales se puede determinar por mediode la evaluación del potencial ecológico de unsitio para conservar los recursos, a través deuna serie de indicadores de procesos ecológicosy por la estabilidad del sitio. Con base en estasrecomendaciones, se desarrolló un métodocualitativo para evaluar la salud de los pastizalesen un punto específico del tiempo, con el usode 17 indicadores enmarcados en tres atributos:estabilidad del suelo y sitio, funcionalidadhidrológica e integridad biótica(4,5).

Sin embargo, es necesario que dichasmetodologías sean comparadas y validadas conel uso de métodos de evaluación cuantitativos.La correspondencia entre métodos cualitativosy cuantitativos sirve tanto para hacer ajustesmetodológicos, como para dar certeza yconfiabilidad. Por ello, el presente estudio tuvopor objetivo el validar el uso de métodoscualitativos, y compararlos con estudios de tipocuantitativo, bajo la hipótesis de que ambosdeberán corresponderse entre sí.

MATERIALES Y MÉTODOS

El estudio se realizó en el estado de Zacatecas,el cual se localiza entre los 25°07’- 21°01’ N y100°43’-104°22’ O. Cuenta con una superficiede 7’553,930 ha que representan el 3.8 % dela superficie territorial del país(6).. El clima deacuerdo con Köppen corresponde al tipo B(secos) en el 80 % de la superficie, C(templados) en 19 % y A (cálido húmedos) en1 %(7).

La vegetación de Zacatecas incluye siete tiposde vegetación(8): bosque de coníferas y

Recently a panel of experts from the “Societyfor Range Management” and the “NationalResearch Council” proposed that the health ofgrasslands can be determined by evaluating theecological potential of a site to conserveresources through a number of indicators ofecological processes and the stability of thesite. Based on these recommendations, aqualitative method was developed to assess thehealth of grasslands at a specific point in time,using 17 indicators framed on three attributes:soil and site stability, hydrologic function andbiotic integrity(4,5).

Nevertheless, it is necessary that thesemethodologies can be compared and validatedusing quantitative methods of evaluation. Therelationship between qualitative and quantitativemethods serves both to make methodologicaladjustments, as well as to provide certaintyand reliability. Therefore, this study is aimed tovalidate the use of qualitative methods andcompared with quantitative studies, under thehypothesis that both must match each other.

MATERIALS AND METHODS

The study was conducted in the State ofZacatecas, which is located between 25°07’-21°01´ N and 100°43´-104°22´ W. It has anarea of 7,553,930 ha and represents 3.8 % ofthe land area of the country(6). The climateaccording to Köppen corresponds to B type (dry)in 80 % of the surface, C type (temperate) in19 % and A type (warm humid) in 1 %(7).

The vegetation of Zacatecas includes sevenvegetation types(8): forest of conifers andconifers hardwood, hardwood, desert scrub,mezquital, sub caducifolia, and deciduous forestand grassland; among them is the rangelands,the object of this study.

Semiarid rangelands are located in drytemperate climate with warm summers, theyare classified as BS1kw; with annual averagetemperature of 15 to 18 °C and average annualrainfall of 355 mm(9). They mainly deals with

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coníferas latifoliadas, latifoliadas, matorralxerófilo, mezquital, selva caducifolia y sub-caducifolia y pastizal; entre los cuales está elmediano abierto, objeto de este estudio.

El pastizal mediano abierto se localiza en climaseco templado, con verano cálido, clasificadocomo BS1kw; temperatura media anual de 15a 18 °C y precipitación promedio anual de 355mm(9). Ocupa principalmente terrenos quepresentan pendientes de 0 a 40 %, es decirondulados, suavemente ondulados, suavementequebrados o cerriles y escarpados, con relievenormal a excesivo. Las características de sussuelos son: ígneos y calizos, texturas arcillosa,franco arenosa, franco arcillosa, estructuragranular y bloque sub-angular; color castañorojizo o grisáceo claro, los cuales presentanerosión hídrica laminar ligera y eólica. Lasprincipales especies que caracterizan a estacomunidad vegetal son Bouteloua gracilis (Willd.ex Kunth) Lag. ex Steud., B. Curtipendula(Michx.) Torr., B. Hirsuta Lag., Lycurus phleoidesKunth., Buchloe dactyloides (Nutt.) Engelm,Aristida wrigthii (Nash) Setaria macrostachyaKunth(9). Geográficamente se distribuye desdelos municipios de Sombrerete, Miguel Auza yJuan Aldama, hasta llegar al municipio de Pinos,Zacatecas.

Estudio de campo

El muestreo consideró 17 indicadoresconsiderados para pastizal mediano abierto. Lossitios estudiados, en su mayoría se localizan,en la parte central del Estado, entre lascoordenadas: 25° 09´, 21° 04´ N; y 100° 49´,104° 19´ O(8) Los sitios de pastizal medianoabierto se ubicaron por medio de los mapasdel inventario nacional forestal de la UNAM(10).

Se seleccionaron, al azar, 34 sitios para realizarla evaluación de la salud del pastizal medianoabierto. En principio dentro de cada sitioecológico (localidad) estudiado se ubicó al demayor calidad (mejor condición ecológica delsitio), es decir un tipo de tierra con

lands that have slopes 0 to 40 %, i.e. wavy,gently undulating, gently broken or rough andsteep, normal to excessive relief. Thecharacteristics of the soils are igneous andlimestone, clay textures, sandy loam, clay loam,granular structure and sub-angular block;reddish brown or light gray, which exhibitlaminar light water erosion and wind. The mainspecies that characterize this plant communityare Bouteloua gracilis (Willd. ex Kunth) Lag. exSteud., B. Curtipendula (Michx.) Torr. B. HirsutaLag., Lycurus phleoides Kunth., Buchloedactyloides (Nutt.) Engelm, Aristida wrigthii(Nash), and Setaria macrostachya Kunth(9). Theyare geographically distributed from themunicipalities of Sombrerete, Miguel Auza andJuan Aldama, including the Municipality of Pinos,Zacatecas.

Field study

The sampling methodology considered 17indicators for rangelands. The sites studied,most are located in the central part of theState, between the coordinates: 25° 09' and21° 04', N; 100° 49' and 104° 19' W(8).Rangelands sites were found using the nationalforest inventory maps UNAM(10).

Thirty four (34) sites were randomly selectedfor assessing the health of rangelands. Inprinciple within each ecological site (location)studied, the highest quality area was ranked(in terms of better ecological condition of thesite), i.e. a type of land with specific physicalcharacteristics with capacity for greater diversityand plant production and increasedresponsiveness to ecological management.These were considered as reference sites forlater comparison with the other sampled areasfrom the same locality. Geographic location ofeach site was recorded using a GPS modelGarmin®, with 3 m of precision in order toperform a spatial analysis.

Evaluations conducted in each selected siteconsisted of categorical field measurements, inwhich values of the type of vegetation and

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características físicas específicas con capacidadpara mayor diversidad y producción vegetal,así como mayor capacidad de respuesta almanejo ecológico, considerándose estos comositios de referencia para posteriormentecompararse con los demás puntos muestreadosde la misma localidad. Se estableció la ubicacióngeográfica para cada sitio por medio de unGPS marca Garmin®, con 3 m de precisión,con el fin de realizar un análisis espacial.

Las evaluaciones realizadas en cada sitioseleccionado consistieron en medicionescategóricas de campo, en las cuales se asignaronvalores del tipo de vegetación y atributos delecosistema, de acuerdo con los 17 indicadoresestablecidos en la metodología utilizada(4), endonde se señala que la salud del pastizal puederesumirse en tres atributos:

1) Estabilidad del sitio/suelo: que es la capacidadde un sitio para delimitar la redistribución ypérdida de los recursos del suelo (incluyendonutrientes y material orgánico) por el agua yviento. 2) Funcionalidad hidrológica, que es lacapacidad de un sitio para capturar, almacenary liberar algo del agua de lluvia, escurrimientosy nieve (cuando aplique), resistir una reducciónen esta capacidad y recobrar esta capacidaddespués de una degradación. 3) Integridadbiótica, que es la capacidad de un sitio paramantener características funcionales y unaestructura de las comunidades en un contextode variabilidad normal, resistir la pérdida deesa función y estructura debido a un disturbio,y recobrarse después del mismo.

Con el fin de obtener un valor categórico decada uno de los indicadores de la salud, seutilizó una escala ordinal asignando un valorascendente a partir de uno, el cual se otorgaa una condición extrema (1) seguido por elintervalo de moderada a extrema (2), demoderada (3), de ligera a moderada (4) y, denula a ligera (5), a cada uno de los 17indicadores (Cuadro 1) de la salud del pastizala todos los sitios muestreados y susrepeticiones, usando como referencia el sitioideal ya seleccionado previamente.

ecosystem attributes were recorded accordingto the 17 indicators set out in themethodology(4). These were assigned so thatrangeland health can be summarized in threeattributes:

1) Stability of the site/soil, it is the ability of asite to delimit the redistribution and loss of soilresources (including nutrients and organicmaterial) by water and wind. 2) Hydrologicalfunctionality, which is the ability of a site tocapture, store and release some of rainwater,runoff and snow (when applicable), to resist areduction in this capacity and regain this abilityafter degradation. 3) Biotic integrity, which isthe ability of a site to maintain functionalcharacteristics and structure of communities ina context of normal variability, resisting theloss of the function and structure due to adisturbance, and recover afterwards.

In order to obtain categorical of each of thehealth indicators, assigning from one value onupward used an ordinal scale. Extremeconditions were given a value of one (1),followed by a moderate to extreme interval (2),moderate (3), mild to moderate (4), and zeroto light (5). This was carried out for each ofthe 17 indicators (Table 1) of rangeland healthfor all sampled sites and its repetitions, usingas reference the ideal site previously selected.

Analysis of the information

With the information obtained, a principalcomponents analysis was carried out for eachsite; it was found that the first three componentsprovide the largest contribution that betterexplained the variance(11). These were selectedand each component was named according tothe prevailing values of the variables (magnitudeof the characteristic vectors or eigenvectors).Subsequently, the new values of each site withthe use of the components were obtained. Thesewere associated with their geographicalcoordinates to develop a variogram, which wascalculated using the GS+(12) program, and thus

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Análisis de la información

Con la información obtenida se realizó un análisisde componentes principales para cada sitio, delos cuales se seleccionaron los tres primeroscomponentes que son los de mayor aportacióny que mejor explican la varianza(11). Cadacomponente se denominó de acuerdo a losvalores predominantes de las variables(magnitud de los vectores característicos oeigenvectors); posteriormente, se obtuvieron losnuevos valores de cada sitio con el uso de loscomponentes, y estos se asociaron con suscoordenadas geográficas para elaborar unsemivariograma, el cual se calculó en elprograma GS+(12), y de esta manera se verificóla correlación espacial. Posteriormente seelaboraron mapas en IDRISI(13) para extrapolarlos resultados hacia las áreas no muestreadas

the degree of spatial dependence was verified.Later, maps were drawn in IDRISI(13) toextrapolate the results in areas not sampled ofrangelands, and the results were presented atthe municipality level, which provides a moreprecise methodology and allows comparison withother quantitative studies.

Validation of the information

For validation of the results, quantitativeestimates made in previous studies werecompared with the definition of estimatedprincipal components obtained. For this study,the first three components were consideredlargely influenced by the overall health ofpasture runoff and water erosion, based on themagnitude of the characteristic vectors.

Cuadro 1. Indicadores que califican a los atributos del ecosistema: estabilidad de suelo/sitio (SS),

funcionalidad hidrológica (HF) e integridad biótica (BI)

Table 1. Indicators qualifying ecosystem attributes: stability of soil/site (SS), hydrologic function (HF) and

biotic integrity (BI)

Health features

Indicators Physical attributes observed in grassland SS HF BI

1 Rills X X

2 Water flow patterns X X

3 Pedestals or terracettes X X

4 Bare ground X X

5 Gullies X X

6 Wind-Scoured, blowout, and/or depositional areas X

7 Litter movement X

8 Soil surface resistance to erosion X X X

9 Soil surface loss or degradation X X X

10 Plant community composition and distribution

relative to infiltration and runoff X

11 Compaction layer X X X

12 Functional/structural groups X

13 Plant mortality/decadence X

14 Litter amount X X

15 Annual production X

16 Invasive plants X

17 Reproductive capacity of perennial plants X

Pellant et al., 2003(4).

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del pastizal mediano, y presentando losresultados a nivel de Municipio, lo queproporciona una mayor precisión a lametodología utilizada y permite su comparacióncon otros estudios cuantitativos.

Validación de la información

Para realizar la validación de los resultados, seutilizaron estimaciones de tipo cuantitativo,elaboradas en estudios previos, quecorrespondieran con la definición de loscomponentes principales estimados. En el casode este estudio, los tres primeros componentesse consideraron mayormente influenciados porla salud general del pastizal, el escurrimiento yla erosión hídrica, basados en la magnitud delos vectores característicos.

Para el caso de la comparación de cadacomponente principal se utilizaron mapaselaborados de investigaciones previas para elestado de Zacatecas(1,14). Dado que el primercomponente se definió como el que hacereferencia a la “salud general del pastizal”, sucontraparte cuantitativa utilizada fue el “índicede vegetación de diferencia normalizada” (NDVI,por sus siglas en inglés)(15). El NDVI es uníndice que fue originalmente propuesto comoun medio para estimar biomasa verde(15), yaque es un indicador de la cantidad de vegetaciónexistente y qué tan verde es en ese momento.El NDVI se obtiene a partir de imágenes desatélite y relaciona la reflexión en la región roja(absorción máxima cercana a la clorofila α) y laregión del infrarrojo cercano (NIR) a través dela siguiente expresión: NDVI = (NIR-ROJO) /(NIR+ROJO), en la imagen de satélite. Esteíndice representa la diferencia en la absorcióny reflexión de la longitud de onda del rojo, lacual es fuertemente absorbida por la vegetaciónverde, y la longitud de onda del infrarrojocercano, la cual es fuertemente reflejada por lavegetación verde(16).

Las bases de la relación entre el NDVI y labiomasa verde parecen estar relacionadas conla cantidad de radiación fotosintéticamente

For the case of comparing each principalcomponent, maps drawn from previous studiesfor the state of Zacatecas were used(1,14). Sincethe first component was defined as referring tothe “general health of the rangeland”, itsquantitative counterpart used was the“normalized difference of vegetation index”(NDVI)(15); index, which was originally proposedas a means to estimate green biomass(15), it isan indicator of the amount of vegetation andhow green an area is in time. The NDVI isobtained from satellite images and relatedreflection in the red region (maximum absorptionnear chlorophyll α) and the near-infrared (NIR)through the following expression: NDVI = (NIR-RED) / (NIR + RED) in the satellite image. Thisindex represents the difference in absorptionand reflection of the red wavelength, which isstrongly absorbed by the vegetation and thewavelength of the near infrared, which isstrongly reflected by green vegetation(16).

The basis of the relationship between NDVIand green biomass seem to be related to theamount of photosynthetically active radiationabsorbed by the canopy(17). NDVI ranges from-1 to 1; large values of this index indicate thatthe surface of the earth is covered with dense,healthy vegetation, i.e. that is no stress,moisture deficits, pests or diseases, whilenegative values indicate the presence of clouds,snow, water or bare ground(18). NDVI imageshandled corresponds to the sum of images forten days (decadal compounds). For this studythe images of the season vegetative growthwere used to obtain the values of this index(14).

Runoff

The method used was based on thedetermination of laminar flow(19). With theinformation of rainfall (PP in mm) and surfacerunoff expressed as runoff depth, the runoffcoefficient (CE) and the threshold for initiatingrain runoff (P0), according to the parameter ofthe linear model runoff as proposed byBlackburn et al(20):

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activa absorbida por el dosel(17). El intervalode valores del NDVI va de -1 a 1; valoresgrandes de este índice indican que la superficiede la tierra está cubierta con vegetación densay saludable, es decir, que no presenta estréspor déficit de humedad, plagas o enfermedades,mientras que valores negativos indican lapresencia de nubes, nieve, agua o suelodesnudo(18). Las imágenes de NDVI que semanejaron corresponde a la suma de imágenesdurante diez días (compuestos decenales). Paraeste estudio se utilizaron las imágenes de latemporada de crecimiento vegetativo paraobtener los valores de este índice(14).

Escurrimiento

El método usado fue el de la determinación dela lámina escurrida(19). Con la información dela precipitación pluvial (PP en mm) y elescurrimiento superficial expresado como láminaescurrida, se estimó el coeficiente deescurrimiento (CE) y la lluvia umbral para iniciarel escurrimiento (P0), de acuerdo con elparámetro del modelo lineal de escorrentíapropuesto por Blackburn et al(20):

Lesc= CE(PP-P0)

Donde Lesc= lámina de escurrimiento medida(mm); CE= coeficiente de escurrimiento(adimensional); PP= precipitación (mm); P0=precipitación necesaria para iniciar elescurrimiento (mm).

El coeficiente de escurrimiento se estimó a partirde la lámina escurrida en varios lotesexperimentales, que son sitios de 3 X 22 m (66m2) diseñados para colectar el agua de lluviaescurrida, ubicados en sitios contrastantes delestado de Zacatecas, que son los municipios deTabasco y Pánuco. Para generar los valores delCE y P0, se utilizaron los datos colectados endichos lotes, los cuales se derivaron demediciones de escurrimiento in situ durantevarios ciclos de 1986 al 2004(21). Con lainformación obtenida, se hizo un análisis deregresión lineal, utilizando el paquete decomputo SAS(11). Con el modelo se generó un

Lesc= CE(PP-P0)

Where Lesc = depth runoff measurement (mm);CE= runoff coefficient (dimensionless); PP=precipitation (mm); P0= rainfall necessary toinitiate runoff (mm).

The runoff coefficient was estimated from therunoff depth in several experimental plots, whichwere sites of 3 x 22 m (66 m2) and are designedto collect rainwater from runoff. This was donefrom contrasting sites located in the State ofZacatecas, which are the municipalities ofTabasco and Panuco. To generate the values ofthe CE and P0, data collected in these lotswere used, which were derived from in situmeasurements of runoff over several cycles from1986 to 2004(21). With the information obtained,linear regression analysis was carried out usingthe SAS computing package(11). With the model,a map was generated showing the runoff forthe medium-sized open pastures in Zacatecas.

Water erosion potential

The universal soil loss equation (USLE)(23) wasused to estimate levels of water erosion inZacatecas(22), which considers the followingfactors:

E= RKLSCP

Where E is the erosion (t/ha/year); R is thefactor of rainfall erosivity (MJ-mm/ha-h); K isthe soil erodibility factor (t-ha-h / MJ-mm-ha);L is the length factor of the slope (dimensionless);S is the degree angle factor of the slope(dimensionless); C is the cropping managementfactor (dimensionless) and P is the factor ofpractical mechanical control of erosion(dimensionless).

A map of potential erosion can detect the sitesmost vulnerable to erosion and is easy to build,as it eliminates the need to know the currentcrops status, native vegetation or the mechanicalpractices carried out to the soil. This meansthat vegetation components (C) and practicalmechanical factor (P) are not included in the

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mapa que muestra el escurrimiento para elpastizal mediano abierto de Zacatecas.

Erosión hídrica potencial

Para estimar los niveles de erosión hídrica enZacatecas(22) se utilizó la ecuación universal depérdida de suelo (USLE)(23), la cual consideralos siguientes factores:

E= RKLSCP

En donde E es la erosión (t/ha/año), R es elfactor de erosividad de la lluvia (MJ-mm/ha-h),K es el factor de erodabilidad del suelo (t-ha-h/MJ-mm-ha), L es el factor de longitud de lapendiente (adimensional), S es el factor degrado de la pendiente (adimensional), C es elfactor de la vegetación (adimensional) y P es elfactor de práctica mecánica de control de laerosión (adimensional).

Un mapa de erosión potencial permite detectarlos sitios de mayor vulnerabilidad a la erosióny es fácil de construir, ya que elimina lanecesidad de conocer el estado actual de loscultivos, vegetación nativa y las prácticasmecánicas realizadas al suelo. Esto quiere decirque los componentes de vegetación (C) y elfactor de práctica mecánica (P) no se incluyenen la construcción de un mapa de erosiónpotencial, quedando la ecuación como sigue:

E= RKLS

El producto final es un mapa categorizado devalores de erosión hídrica que va desde 0 hastavalores mayores a 50 t/ha. Aunque el mapagenerado consiste de valores continuos, parafacilitar su manejo y uso posterior, se decidiógenerar categorías predominantes, lo quesimplifica la información, pero además crea unaidea de áreas que tienen el mismo riesgo deser afectadas por la erosión hídrica.

Coincidencias entre mapas

Para interpretar la coincidencia de los mapasanalizados y los componentes principalesconvertidos a mapas, se comparó el componente

construction of a map of potential erosion, theequation being as follows:

E= RKLS

The final product is a categorized map of watererosion values ranging from 0 to values greaterthan 50 t/ha. Although the map generatedconsists of continuous values, to facilitatehandling and later use, it was decided togenerate predominant categories, whichsimplifies the information, but also creates anidea of areas that have the same risk of beingaffected by water erosion.

Matches between maps

To interpret the coincidence of the mapsanalyzed and the principal componentsconverted to maps, the principal component 1,which represented the grasslands health againsta map of NDVI were compared. Also analyzed,were principal component 2, which representedthe surface runoff against another surface runoffand principal component 3 which estimatedwater erosion, against a map of potential watererosion. The goal was to set each map to thesame number of classifications and values, sothat matches exist between them. The numericalvalues were analyzed by chi-square test toassess differences. The geographic coincidenceswere compared using the IDRISI(13) program.

RESULTS AND DISCUSSION

In Figure 1 the spatial location of sampling inthe field for assessing the current state of healthin 34 grassland sites of Zacatecas is presented.

Attributes of rangeland health

According to the numerical values obtained withthe use of the qualitative methodology forassessing rangeland health, the ecologicalattribute that is most noticeable is impairedbiotic integrity (IB) as described by indicators8 and 9 (surface resistance soil erosion andloss of land area) and 11 to 17 (soil compaction,

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principal uno, el cual representó la salud delpastizal contra un mapa de NDVI. Elcomponente principal dos, que representó elescurrimiento superficial, contra otro deescurrimiento superficial estimado y elcomponente principal tres, que representó laerosión hídrica, contra un mapa de erosiónhídrica potencial. Se trató de ajustar cada mapaal mismo número de clases y valores, de maneraque existieran coincidencias entre ellos. Losvalores numéricos se analizaron mediante unaprueba de Ji-cuadrada para valorar lasdiferencias. Las coincidencias geográficas secompararon mediante el programa IDRISI(13).

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

En la Figura 1 se presenta la ubicación espacialde los muestreos en campo sobre la evaluacióndel estado actual de la salud en 34 sitios delpastizal de Zacatecas.

Atributos de la salud del pastizal

De acuerdo a los valores numéricos obtenidoscon el uso de la metodología cualitativa para laevaluación de la salud del pastizal, el atributoecológico que se aprecia más deteriorado es laintegridad biótica (IB) descrita por losindicadores 8 y 9 (resistencia de la superficiedel suelo a la erosión y pérdida de la superficie)y del 11 al 17 (compactación, gruposfuncionales-estructurales, mortalidad de plantas,cantidad de matillo, producción anual, plantasinvasoras y capacidad reproductiva de perennes)(Cuadro 1). Esto se corroboró por observaciónde campo, ya que en todos los predios seconstata que los pastizales son sometidos alsobrepastoreo, el cual disminuye la coberturavegetal y las plantas de mayor preferencia opalatabilidad por los diferentes tipos de ganadoque pastorean libremente en cada sitio(24). Esteatributo considera indicadores de suelo, perose enfoca a los efectos de la disminución dediversidad, disminución de mantillo como fuentede materia orgánica, baja producción de materiaseca, la presencia de plantas invasoras y labaja producción de perennes como pastizales,

functional/structural groups, plant mortality,amount of mulch, annual production, invasiveplants and reproductive capacity of perennials)(Table 1). This was corroborated through fieldobservations, since all grasslands sites weresubjected to overgrazing, which decreases thedifferent types of vegetation cover and plantsthat are more preferred or palatable for cattlethat graze freely in each site(24). This attributeconsidered indicators of soil, but focuses onthe effects of declining diversity, such as lessmulch which is a source of organic matter, lowdry matter production, the presence of invasiveplants and low production of perennial aspastures, caused mainly by excessive stockingrate, which causes a decrease in dry matterproduction, which is essential for the productivefunction of the rangeland.

The second most affected attribute was soilstability (SS) described by indicators 1 to 6(small channels, patterns of runoff, stands andterracettes, bare soil, channels or waterways,

Figura 1. Distribución espacial de los sitios de muestreo

en el estado de Zacatecas

Figure 1. Spatial distribution of sampling sites in the state

of Zacatecas

181


causado principalmente por una carga animalexcesiva, y que repercute en la disminución deproducción de materia seca, lo que esfundamental para la función productiva delpastizal.

El segundo atributo más afectado fue laestabilidad del suelo (ES) descrita por losindicadores 1 al 6 (canalillos, patrones deescurrimiento, pedestales y terracetas, suelodesnudo, canales y deposiciones de suelo) y 8,9, 11 (ya mencionados) (Cuadro 1). Todo esteconjunto de indicadores conducen a mostrardos efectos principales que afectan el suelo yque están íntimamente ligados, la pérdida de lacapa superficial, la que al ser arrastrada,disminuye la infiltración y favorece elescurrimiento, provocando la inestabilidad delsistema suelo, lo cual fue corroborado alcompararse con los sitios de referencia, deacuerdo a la metodología.

El tercer atributo y el que mostró menorafectación, es la funcionalidad hidrológica (FH)descrita por los indicadores 1 al 5, (yamencionados) el 7 (movimiento de mantillo) ydel 8 al 11 (ya mencionados) y 14 (cantidad demantillo) (Cuadro 1). El menor efecto observadoen la FH, se explica por la reducida pendienteque presenta el pastizal mediano abierto, perola preocupación mayor es la falta de coberturavegetal que disminuye cada vez más, el arrastrede mantillo, ya que gran parte del agua delluvia se escurre y no se infiltra y que conducea una pérdida de fertilidad, lo que provocadaños en el pastizal, al alterar la composiciónde la comunidad vegetal (indicador 10, exclusivode este atributo) y la capacidad de permitir lainfiltración y favorecer el escurrimiento.

Estos resultados advierten que la disminuciónde la cobertura vegetal está afectando tanto laestabilidad del suelo como la funcionalidadhidrológica. El efecto del sobrepastoreo sobrela estabilidad del suelo y su impacto en laerosión hídrica ha sido documentado conanterioridad(25). Cualquier intervencióntecnológica dirigida a reducir el impacto del

wind erosion and deposited soil) and 8, 9, 11(mentioned above) (Table 1). This set of leadingindicators show two main effects affecting theground/soil and are intimately connected, theloss of the surface layer, which after being pulleddecreases and promotes the infiltration runoff,soil instability resulting system, which wasconfirmed when compared to reference sites,according to the methodology.

The third attribute showed less impairment, isthe hydrologic function (HF) described byindicators 1 to 5, (already mentioned) 7(movement of mulch) and 8 to 11 (mentionedabove) and 14 (amount of mulch) (Table 1).The minor effect observed in HF is explainedby the reduced slope of the rangelands.Nevertheless, the main concern is that the lackof vegetation cover decreases increasingly, thusreducing mulch due to erosion, since much ofrainwater runoff does not infiltrate. This leadsto a loss of fertility, causing damage to thepasture, altering the composition of the plantcommunity (indicator 10, exclusive of thisattribute) and the ability to allow infiltrationand instead favors runoff.

These results warn that the decrease invegetation cover is affecting both the stabilityof the soil and its hydrologic function. The effectof grazing on soil stability and its impact onwater erosion has been documentedpreviously(25). Any technological interventionaimed at reducing the impact of overgrazing,and the use of grazing systems, contribute tothe reduction of the damage which isexperiencing the pasture. In general, the overallresult of the application of the methodology,according to the data collected from the 34sites studied on a scale of 1 to 5, is 3, whichplaces it at a medium health (average). Thiscould be considered a limitation of themethodology of grassland health, since thediagnosis generates an average classification.It is unable to show the spatial variation. Thespatial analysis, displays the health of grasslandat a municipality level, as it will be presented.

182


sobrepastoreo, como el uso de sistemas depastoreo, contribuirá a la disminución deldeterioro que actualmente sufre el pastizal. Engeneral, el resultado global de la aplicación dela metodología, de acuerdo con los datosrecabados de los 34 sitios estudiados, elpromedio de valores obtenidos en una escalade uno a cinco, es de tres, lo que lo ubica enuna salud media (promedio). Esta podríaconsiderarse una limitante de la metodologíade salud de pastizal, ya que el diagnostico sereduce a una categoría promedio, sin podermostrar la variación espacial. El análisis espacialrealizado, permite visualizar el estado de saluddel pastizal a nivel de Municipio, como sepresentará adelante.

Comparación de métodos

Para complementar la información observadapor la metodología de Pellant et al(4) y facilitarel análisis de los 17 indicadores, se utilizó unanálisis multivariado de componentesprincipales. Se decidió utilizar únicamente los

Comparison of methods

To complement the information observed bythe methodology of Pellant et al(4) andfacilitate the analysis of the 17 indicators, amultivariate principal component analysiswas used. It was decided to use only thefirst three principal components (Table 2)since they provide the highest contribution,wh ich be tte r exp la ins the var iance .Coincidental ly, in accordance with themagnitude and participation of each of theindicators, such components refer to the mostimportant problems of pasture in Zacatecas,which are: rangeland health, runoff and watererosion.

The first three components provide 68 % ofthe total variance, highlighted by the first,which provides 52 %. To interpret the meaningof each of the components characteristicvalues were assigned to each of the indicatorvectors (Table 2).

Cuadro 2. Vectores característicos de los 17 componentes principales

Table 2. Characteristic vectors of the 17 principal components

Health indicators of pasture Health Runoff Water erosion

Rills 0.209400 0.371464 -0.327846

Water flow patterns 0.259507 0.295391 0.132618

Pedestals or terracettes 0.187439 0.280939 -0.072800

Bare ground 0.276962 -0.006420 0.206804

Gullies 0.250695 0.389795 -0.408056

Wind-Scoured, blowout, or depositional areas 0.162373 0.149985 0.196653

Litter movement 0.213522 0.199571 0.109461

Soil surface resistance to erosion 0.273290 -0.022446 0.158760

Soil surface loss or degradation 0.266542 -0.025000 0.215383

Plant community composition and distribution relative to infiltration and runoff 0.298764 -0.057320 0.117744

Compaction layer 0.151808 -0.023168 0.078493

Functional/structural groups 0.216313 -0.079540 -0.063480

Plant mortality/decadence 0.148821 -0.009697 0.160112

Litter amount 0.311061 -0.378644 0.331094

Annual production 0.250558 0.064121 0.042531

Invasive plants 0.268820 -0.482841 -0.520122

Reproductive capacity of perennial plants 0.288762 -0.299227 -0.326272

183


primeros tres componentes principales (Cuadro2) por ser los de mayor aportación y que mejorexplican la varianza. Coincidentemente y deacuerdo con la magnitud y participación de cadauno de los indicadores, dichos componenteshacen referencia a los problemas másimportantes del pastizal de Zacatecas, comoson: la salud del pastizal el escurrimientosuperficial y la erosión hídrica.

Los tres primeros componentes resumen el 68 %de la varianza total, resaltando el primero conun 52 %. Para interpretar el significado de cadauno de los componentes se utilizaron los valoresde los vectores característicos asignados a cadaindicador (Cuadro 2).

Salud del pastizal (componente principal uno)

El primer componente principal calculado incluyóvariables de suelo, agua y vegetación, los cualeshacen referencia, de forma general, a la saluddel pastizal. A partir de los valores estimadosde cada vector característico asignado a cadauno de los 17 indicadores, los cuales variaronde 0.15 a 0.31, que al ser valores muysemejantes, es una indicación de que todosestán involucrados y representan la saludgeneral del pastizal, por lo que se decidióconsiderar este componente de esta manera.

Una vez estimado el mapa a partir del primercomponente principal, con el sustento de unsemivariograma, se infiere que los municipiosque cuentan con pequeñas áreas de muy buenasalud del pastizal son Sombrerete y Pinos.

Los municipios que cuentan con áreas extensasen media y buena salud del pastizal son:Sombrerete, Sain Alto, Fresnillo, Calera,Zacatecas, Genaro Godina, Cuauhtémoc, VillaGarcía, Pinos, Monte Escobedo, Atolinga,Tepechitlán, Téul de González Ortega, VillaNueva y Chalchihuites.

Los municipios con áreas de salud pobre son:Francisco Murguía, Río Grande, Saín Alto,Fresnillo, Valparaíso, Jerez, Cañitas de FelipePescador, Villa de Cos y Monte Escobedo, Miguel

Rangeland health (principal component 1)

The first principal component calculatedvariables included soil, water and vegetation,which refer, in general, to rangeland health.From estimates of values of each characteristicvector assigned to each of the 17 indicators,which ranged from 0.15 to 0.31, indicates theyare similar and that all are involved in the overallhealth of grassland. Hence, it was decided todefine this principal component as such.

Once the map was estimated from the firstprincipal component, with the support of asemivariogram, it was possible to infer that themunicipalities with small areas of very goodrangeland health are Sombrerete and Pinos.

The municipalities with large areas of rangelandin medium and good health are: Sombrerete,Sain Alto, Fresnillo, Calera, Zacatecas, GenaroGodina, Cuauhtémoc, Villa García, Pinos, MonteEscobedo, Atolinga, Tepechitlán, Teúl deGonzález Ortega, Villa Nueva and Chalchihuites.

Municipalities with areas of poor health are:Francisco Murguia, Rio Grande, Sain Alto,Fresnillo, Valparaiso, Jerez, Cañitas de FelipePescador, Villa de Cos and Monte Escobedo,Miguel Auza, Juan Aldama, Francisco Murguia,and small areas of Rio Grande, Panuco, PánfiloNatera and Pinos.

The classification of surface area shows thatmost corresponds to the medium classification(Table 3), followed by the good, poor and verygood, respectively. For the period in which theassessment (2007) was performed, values ofpoor category accounted for only 3.5 % of thetotal. This should be considered in the contextof time due to weather conditions vary overtime even within each locality. The resultsindicate that the health status of rangeland, ingeneral, is in a medium condition, soilcomponent being the most affected bydecreasing vegetation cover due to overgrazing,which has been evidenced in Zacatecas byexcessive stocking rate used. Such overgrazingwas estimated at 140 %(1), with a mean

184


Auza, Juan Aldama, Francisco Murguía, ypequeñas áreas de Río Grande, Pánuco, PánfiloNatera y Pinos.

La superficie asignada a cada categoría muestraque la mayor superficie corresponde a lacategoría media (Cuadro 3), seguida por lacategoría buena, muy buena y pobre,respectivamente. Para el periodo en que serealizó la evaluación (2007), los valores de lacategoría pobre representaban sólo 3.5 % deltotal. Esto debe considerarse en el contextotemporal debido a que las condiciones de climavarían a través del tiempo aun dentro de cadalocalidad. Los resultados indican que el estadode salud del pastizal, en general, se encuentraen una condición media, siendo el componentesuelo el más afectado por disminución de lacubierta vegetal debido al sobrepastoreo, el cualha sido evidenciado en Zacatecas por la excesivacarga animal utilizada. Dicho sobrepastoreo seestimó en 140 %(1), con valores de coeficientede agostadero promedio para el pastizalmediano abierto de 12 ha/UA en 2007(24). Sinembargo, no se debe olvidar el efecto de lasequía que afecta comúnmente los pastizalesde este Estado. En el año 2011, la ComisiónNacional del Agua reportó que el 40 % delterritorio nacional registró el peor año con sequíaen los últimos setenta años(26) y cuyo iniciofue desde 2009 y se mantuvo hasta 2012. Esteperiodo de sequía afectó sensiblemente ladisponibilidad de forraje y el inventario animal,por lo que no se debe descartar la participacióndel clima en la disminución de la cubiertavegetal. Dicha disminución incrementa elescurrimiento superficial y, por consiguiente,acelera la erosión hídrica. Esta tendencia seobserva mayormente en las áreas de pastoreocomunal del Estado.

Escurrimiento superficial (componenteprincipal dos)

El segundo componente hace referencia alescurrimiento superficial, porque contienevectores característicos de valor alto, querepresentan características de drenaje superficial

stocking rate for rangeland of 12 ha/AU in2007(24). However, the effect of drought thatcommonly affects the rangelands of this Statemust be always taken into account. In 2011,the National Water Commission reported that40 % of the country recorded the worst yearof drought in the last 70 yr(26) that began in2009 and remained until 2012. This period ofdrought affected significantly the availability offorage and animal inventory; hence it is notpossible to rule out the involvement of climatewhen vegetation cover decreases. Suchdecrement increases amount of surface runoffand therefore accelerates water erosion. Thistrend is mostly seen in communal grazing areasof the State.

Surface runoff (principal component 2)

The second component refers to surface runoff,because it contains high-value vectorscharacteristic representing surface drainagefeatures, such as the formation of small channelsand gullies, which, showed positive numericvalue and that indicates as an increment ofrunoff values. By contrast, the eigenvectors ofless weight, which influenced the decrease inrunoff, are those that show a presence of mulchor natural water retention, which acts as abarrier and slows runoff. Also, runoff wasdecreased by the presence of plants and shrubs,which also contributed residues on the soil

Cuadro 3. Superficies estimadas con determinación de

estado de salud con NDVI y con estudio cualitativo de

salud del pastizal para el estado de Zacatecas

Table 3. Estimated surfaces to determine health status

with NDVI and qualitative study of rangeland health for

surfaces of the State of Zacatecas

NDVI Study of rangeland health

Surface (ha) Classification Surface (ha) Classification

50,618 POOR 49,317 POOR

909,067 MEDIUM 915,361 MEDIUM

421,353 GOOD 419,890 GOOD

14,185 VERY GOOD 10,656 VERY GOOD

185


como son la formación de canalillos y cárcavas,los cuales, por su valor numérico positivo,contribuyeron a incrementar los valores deescurrimiento. Por el contrario los vectorescaracterísticos de menor ponderación, los cualesinfluyeron en la disminución del escurrimiento,son la presencia de mantillo o retención naturalde agua, el cual actúa como barrera y frena elescurrimiento superficial; asimismo, elescurrimiento fue disminuido por la presenciade plantas como los arbustos, que tambiéncontribuyeron con residuos sobre la superficiedel suelo, contribuyendo a la disminución delescurrimiento superficial.

La pérdida de suelo por escurrimientossuperficiales depende tanto de la cantidad, comode la intensidad de la lluvia. Los municipiosque presentan las áreas de bajo escurrimientosuperficial son: Saín Alto, Fresnillo y Cañitas deFelipe Pescador y pequeñas áreas de Río Grandey Valparaíso.

Los municipios que muestran las áreas de altoescurrimiento superficial son: Juan Aldama,Francisco Murguía, Pánuco, Veta Grande y unaextensa área de Río Grande y Pinos. El Cuadro4 muestra las hectáreas y clases deescurrimiento superficial. Los valores más altosde superficie con escurrimiento es la clase deescurrimiento medio y bajo, los valores alto ymuy alto presentan superficies de menortamaño.

Erosión hídrica (componente principal tres)

El tercer componente se denominó erosiónhídrica, debido a que los valores de los vectorescaracterísticos de mayor ponderación positiva,son el suelo desnudo, la pérdida de suelo y lapresencia de mantillo; el primero es el indicadorde máxima erosión potencial y se corroboracon la presencia del indicador de pérdida desuelo; por otro lado la presencia de mantillo,reduce el escurrimiento e incrementa lacobertura y disminuye la erosión. Por otro lado,los valores característicos negativos, que son lapresencia de plantas invasoras, presencia de

surface, contributing to the decrease in surfacerunoff.

Soil loss by surface runoff depends on both theamount and intensity of rainfal l. Themunicipalities with areas of low runoff are: SainAlto, Fresnillo and Cañitas de Felipe Pescadorand small areas of Rio Grande and Valparaiso.

The municipalities that show areas of highsurface runoff are: Juan Aldama, FranciscoMurguia, Panuco, Veta Grande and a large areaof Rio Grande and Pinos. Table 4 shows thehectares and classifications of surface runoff.Highest values of areas with runoff were foundwith those classified with medium and lowrunoff, the high and very high values showedsmaller areas.

Water erosion (principal component 3)

The third component was named water erosionbecause the characteristic values that have morepositive weight are the indicators of bareground, litter amount and soil surface loss ordegradation. The first is the indicator of higherosion potential and is corroborated by thepresence of soil loss indicators; moreover thepresence of mulch reduces runoff and increasescoverage and reducing erosion. On the otherhand, negative eigenvalues, which indicate thepresence of invasive plants, the presence of

Cuadro 4. Superficies estimadas de estudio de

escurrimiento superficial y con estudio cualitativo de salud

del pastizal para el estado de Zacatecas

Table 4. Estimated areas of the study of surface runoff

and qualitative study of rangeland health for the state of

Zacatecas

Surface runoff Study of rangeland health


292,173 POOR 291,603 POOR

796,160 MEDIUM 819,028 MEDIUM

189,763 HIGH 174,447 HIGH

117,128 VERY HIGH 110,145 VERY HIGH

186


cárcavas, canales, canalillos, y la capacidadreproductiva (presencia de macollos y materialpresente con semilla); todo esto último muestraque la disminución de los mismos, contribuye areducir los valores de erosión hídrica y, por elcontrario, su presencia incrementa los valores.Sin embargo, nos indica que no son elementosque contribuyen directamente en el procesoerosivo, del pastizal de Zacatecas en particular,y que la erosión hídrica presente en el pastizalmediano abierto, es principalmente del tipolaminar, sin la influencia directa de canales ocárcavas, que son comunes cuando los nivelesde erosión hídrica son más altos.

Los valores numéricos de erosión hídrica variaronpoco entre las categorías. Sobresale la categoríabaja, seguido de la clase alta (extremos), convalores numéricos intermedios no muy distantesentre sí (Cuadro 5). Esto es una indicación queel proceso erosivo, aunque constante, no generagrandes valores. Valores máximos medidos enáreas de pastizal mediano abierto de Zacatecas,son del orden de 7 t/ha(27), por lo que sepresentan valores bajos constantes. Dado quela capa de suelo susceptible de ser afectadapor la erosión es de tamaño reducido, los valoresmedidos de erosión son de baja magnitud,subestimando de esta manera, el nivel dedegradación real que se presenta en la zona ydebe tomarse en cuenta el nivel de degradaciónprevio de los sitios observados.

VALIDACIÓN DE METODOLOGÍA

Salud del pastizal

Para validar los resultados de aplicación de lametodología de salud del pastizal y ladistribución espacial generada a partir de loscomponentes principales, se comparó la Figura2 (derecha), con la imagen izquierda, la cualrepresenta la medición de la biomasa verde dela vegetación nativa evaluada mediante el NDVI.La coincidencia entre ambas imágenesrepresenta un 59.2 % del total (Figura 2,izquierda). El valor de coincidencia categóricano fue diferente entre mapas (Ji-cuadrada,P>0.05) (Cuadro 4). Esto nos indica una

gullies, channels, rills, and reproductive capacity(bunch of tillers with seeds); the latter showsthat lowering them, helps to reduce watererosion values and, conversely, their presenceincreases the values. However, this indicatesthat these are not elements that contributedirectly to the erosion process of the grasslandsof Zacatecas in particular, and that water erosionpresent in the rangeland, is mainly laminar,without the direct influence of channels or gullieswhich are common when levels of water erosionare higher.

The numerical values of water erosion variedlittle between the different classifications orcategories. Low classification is the mostabundant, followed by the high classification,followed by the moderate classification, whichis no very distant in numerical values (Table 5).This is an indication that the erosion process,although constant, does not generate largevalues. Maximum values measured in areas ofrangelands in Zacatecas are about 7 t/ha(27),thus low values are common. Given that theground layer that is susceptible to erosion issmall, the measured erosion values have lowmagnitude. This may be causing underestimatingthe actual level of degradation that occurs inthe zone and thus, it must be taken into accountthe previous level of degradation at the observedsites.

Cuadro 5. Superficie estimada de erosión hídrica potencial

y coincidencia con estudio cualitativo de salud del pastizal

para el estado de Zacatecas

Table 5. Estimated water erosion potential matched with

a qualitative study of rangeland health for the State of

Zacatecas area

Surface runoff Study of rangeland health


221,945 VERY LOW 230,703 VERY LOW

432,448 LOW 445,921 LOW

268,500 MODERATE 256,797 MODERATE

315,997 HIGH 305,738 HIGH

156,334 SEVERE 156,058 SEVERE

187


distribución semejante de valores entre unmismo número de categorías. Sin embargo, parafines de validación de la metodología, el valormás importante es el de la coincidencia numéricapor ubicación geográfica. El valor obtenidoresultó semejante al estimado de varianza querepresenta el primer componente principal, elcual fue de 52.5 %. Esto solo se mencionacomo una relación del alcance explicativo delprimer componente, y no corresponde en ningúnmodo a una relación numérica esperada. Sinembargo, sí ayuda a comprender que un valorexplicativo mayor del primer componenteayudaría a que la coincidencia hubiera sidomayor. Esto implica también la importancia deun mayor número de sitios de muestreo, lo quemejora la evaluación y contribuye a generarcomponentes principales que representen mayorporcentaje de varianza. Por otro lado, cabemencionar que la salud hace referencia alconjunto suelo, agua y vegetación, y que al nocontar con un mapa especifico que presente lacondición temporal del pastizal, se utilizó elmapa de NDVI, el cual estima una disminucióno incremento del verdor de las plantas delpastizal, y aunque representa la suma de tres

VALIDATION OF METHODOLOGY

Rangeland health

To validate the results of application of themethodology of rangelands health and spatialdistribution generated from the principalcomponents, Figure 2 (right) was compared withthe left image, which represents themeasurement of green biomass assessed of thenative vegetation by NDVI. The coincidencebetween both images represents a 59.2 % oftotal (Figure 2, left). The classification valuescoincidence did not differ between maps (Chi-square, P>0.05) (Table 4). This indicates asimilar distribution of values among the samenumber of categories. However, for purposesof validation of the methodology, the mostimportant value is the numerical coincidenceby geographic location. The value obtained wassimilar to the estimated variance; it representsthe first principal component, which was52.5 %. This result is only mentioned in anexplanatory scope of the first component, anddoes not correspond in any way to a numericalvalue expected. However, it helps to understandthat a greater explanatory value of the firstcomponent would have helped increase the

Figura 2. Distribución espacial de superficie con el estado de salud del pastizal

Figure 2. Spatial distribution of surface with the health of grassland

Right= generated from the principal components for the State of Zacatecas; Left= spatial coincidence when

compared to the estimate generated from the use of NDVI.

Very low

Low

Medium

Good

Very good

Very low

Low

Medium

Good

Very good

188


años, y resume en ellas el final del año (primeradecena de octubre), el mapa representa sóloun acercamiento al complejo denominado saludgeneral del pastizal. Las coincidencias sepresentaron en los sitios más estables, entérminos de productividad, y con esto secorrobora que ambos métodos expresan unamisma condición del pastizal. Por lo anterior, seconsidera que al margen del mapa de referenciaque se haya utilizado, la conversión a mapaspor la vía del análisis de componentesprincipales, puede ayudar a precisar losresultados generados por la metodologíautilizada, y puede colaborar para expresar demanera espacial, la toma de decisiones, dirigidaa un sitio especifico, para la gestión del pastizal.

La validación del siguiente mapa generado porel segundo componente principal, querepresenta el escurrimiento superficial delpastizal de Zacatecas, fue comparada con laFigura 3 (izquierda) calculada mediante elcomponente principal y la estimación deescurrimiento generada por balance hídrico(derecha). La coincidencia en los valores desuperficie por categorías no presentó diferencias(Ji-cuadrada, P>0.05) (Cuadro 4); sin embargo,

similitude. This also involves the importance ofa greater number of sample sites, whichimproves the evaluation and principalcomponents and contributes to representing thehighest percentage of variance. Furthermore, itis important to take note that health refers toall soil, water and vegetation, and the map ofNDVI, which estimates a decrease or increaseof “greenness” and although represents the sumof three years, and summarizes the results atthe end of the year (first ten days of October),the map represents only an approximation tocomplex denominated rangeland health.

Matches are presented in the most stable sitesin terms of productivity, and this is confirmedby both methods since they express the samerangeland condition. Therefore, it is hoped thatreference map that was used and the conversionto maps by means of principal componentanalysis can help for clarifying results when themethodology is used. Thus, aiding others toexpress spatial decision making, targeting a sitespecific, for grassland management.

The validation of the map generated by thesecond principal component, which represents

Figura 3. Distribución espacial de superficie con escurrimiento superficial

Figure 3. Spatial distribution of surface runoff

Right= estimated from the principal components; Left= spatial coincidence with a study of surface runoff in the

State of Zacatecas.

Very low

Low

Medium

Good

Very good

Very low

Low

Medium

Good

Very good

189


la coincidencia categórica y su localizacióngeográfica, representó 31.2 %. Al igual que elanterior, el valor obtenido es mayor que lavarianza representada por el segundocomponente principal (9.6 %). Además, comoen el componente principal anterior, la indicaciónde disminución de coincidencia espacialcorresponde, exclusivamente, a una menorcapacidad del segundo componente principalpara explicar la varianza. La interpretación delos componentes principales y su ubicacióngeográfica ayudan a una mejor interpretaciónde los resultados de la metodología de saluddel pastizal, y pueden ayudar a tomar decisionesde gestión como la rehabilitación del pastizal.

Para la validación de la erosión hídrica secomparó la Figura 4 (derecha) calculadamediante el uso de los componentes principales.Igual que en los casos anteriores, los valorescategóricos no fueron diferentes (P>0.05). Lacoincidencia categórica y su localizacióngeográfica fue de 17.3 %. En este caso el valorestá por encima del que representa el tercercomponente principal (6 %). Al igual que losanteriores componentes, existe una relaciónentre las coincidencias con los mapas usados

the runoff from rangelands of Zacatecas, wascompared with Figure 3 (left) calculated usingthe principal components and the estimation ofrunoff generated by water balance (right). Thecoincidence in the values of categories ofsurfaces showed no differences (Chi-square,P>0.05) (Table 4). However, categoricalmatching and geographic location represented31.2 %. Like the previous one, the retrievedvalue is greater than the variance representedby the second principal component (9.6 %).Moreover, as in the previous principalcomponent, indication of decrease of spatialcoincidence corresponds exclusively to a lowercapacity of the second principal component toexplain the variance. The interpretation of theprincipal components and their geographicallocation help a better interpretation of the resultsof the methodology of rangeland health, andcan help make decisions of management suchas the rehabilitation of the rangeland.

For validation of water erosion in the rangelandsof Zacatecas, Figure 4 (right) was comparedwith that calculated by the use of the principalcomponents. As in the previous cases, theclassification values were not different (P>0.05).

Figura 4. Distribución espacial de superficie con diferentes grados de erosión hídrica potencial

Figure 4. Spatial distribution of surface with different degrees of potential water erosion

Right= estimated from the use of principal components; Left= matched to an estimate of estimated potential

erosion from the use of Universal equation of soil loss.

Very low

Low

Medium

Good

Very good

Very low

Low

Medium

Good

Very good

190


como referencia; en este caso de la erosiónhídrica potencial y el generado por el tercercomponente principal y el porcentaje de varianzaexplicado por el mismo. A medida que disminuyóla capacidad explicativa del mismo, disminuyeronlas coincidencias. A medida que los componentesengloben una mayor cantidad de la varianza delos datos, ayudarán a explicar mejor losresultados y contribuirá a ubicar sitios noincluidos en el estudio. Esto último, en referenciaa la posibilidad de representar geográficamenteel estado de salud, representa una ventaja quepuede complementar los estudios de monitoreodel pastizal. Esto significa una ampliación delos alcances de una metodología puntual ypermite el uso de información adicional deestudios previos, ya sea de índole espacial ogeneral. Esto hará posible además, utilizarherramientas como los sistemas de informacióngeográfica, imágenes de satélite, etc., lo quemejorará el entendimiento de la condicióntemporal del pastizal, la gestión de laintervención tecnológica dirigida a sitiosespecíficos de interés, de mejor capacidad derespuesta o productividad y una mayor eficienciaen el uso de recursos escasos.

CONCLUSIONES E IMPLICACIONES

De acuerdo con la metodología para determinarla salud actual del pastizal mediano abierto enel estado de Zacatecas, se ubica en el valor detres, en la escala de uno a cinco, lo querepresenta una condición de salud media, en elaño en que se realizó el estudio. La coincidenciaentre mapas generados por componentesprincipales y mapas de referencia fue de 59.2,31.2 y 17.2 %, lo que equivale a la varianzaestimada por los componentes principales ypermitió validar la correspondencia entre ambos.La semejanza de valores da confianza sobre eluso de una metodología cualitativa de aplicaciónrápida, confiable y económica. Una implicacióndel estudio realizado es la posibilidad de ampliarlos resultados hacia sitios ecológicos similaresno muestreados, y facilitar la incorporación delos resultados a análisis de tipo espacial, quepermitan dirigir la intervención tecnológica hacia

The categorical matching and geographiclocation was 17.3 %. In this case, the value ishigher than the third principal component (6 %).Like the above components, there is arelationship between matches with maps usedas a reference; in this case the water potentialerosion and that generated by the third principalcomponent can be explained by the percentageof variance. However, as the explanatory powerdeclined thereof matches decreased. Ascomponents encompass a greater amount ofvariance of the data, they will help to betterexplain the results and help locate sites notincluded in the study. The latter, referring tothe possibility of representing geographicallyhealth status, represents an advantage that cancomplement rangeland monitoring studies. Thismeans an extension of the scope of themethodology and allows the use of additionalinformation from previous studies, either spatialor general nature. This will also enable to furtheruse tools such as geographic informationsystems, satellite images, etc., which willimprove the understanding of the temporalrangeland condition. Thus allowing formanagement of specific sites in terms oftechnological intervention, better responsecapacity or productivity and greater efficiencyin the use of scarce resources.

CONCLUSIONS AND IMPLICATIONS

According to the methodology to determine thecurrent health of the rangelands in the State ofZacatecas, it has a value of three, on the scaleof one to five, representing a condition ofmedium health, in the year the study wasconducted. The overlap between mapsgenerated by principal components andreference maps were 59.2, 31.2 and 17.2 %,equivalent to that variance estimated by theprincipal components and allowed to validatethe relationship between the two. The similarityof values gives confidence about using aqualitative methodology for a fast, reliable andeconomical application. One implication of thestudy is the possibility to extend the results tosimilar ecological sites not sampled, and facilitate

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sitios específicos de interés, con lo que se puedemejorar la eficiencia del uso de recursos escasos.

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the incorporation of the results to analysis ofspatial type. Thus, al lowing for directtechnological intervention to specific sites ofinterest, which can be used to improve theefficient use of scarce resources.

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