Scientific registration n° : 2200 Symposium n° : 35 Presentation : Poster

Análisis de la cobertura vegetal y el uso de la tierra con el uso de sensores remotos en la Mojana, Colombia Analyse du couvert végétal et de l'utilisation des terres par Télédétection dans la Mojana, Colombie Vegetal cover and land use analysis by using remote sensing in the Mojana, Colombia SALVATIERRA Cristina (1), ROVEDA Gabriel (2), AGUILERA Elizabeth (2) (1) IGAC, Instituto Geografico Agustin Codazzi, AA. 20182 Bogota, Colombia. (2) Programa Nacional Ecofisiología Vegetal y Agroecosistemas, CORPOICA. AA 240142 Las Palmas. Bogotá, Colombia, South America. 1. INTRODUCCIÓN En el ámbito mundial, las técnicas de teledetección han sido utilizadas en la identificación de cambios en la cobertura y el uso de la tierra ; esta valiosa tecnología sirve para el monitoreo de fenómenos naturales u otras modificaciones que experimenta una región, como consecuencia de la intervención del hombre (Muchoney & Haack, 1994 ; Chuvieco, 1996 ; Lambin, 1996). Los estudios relacionados con el análisis multitemporal de la cobertura vegetal, contribuyen a la definición de las categorías debido proporcionan un elemento adicional de análisis como son los cambios del estado fenológico en las especies vegetales (Conese & Maselli, 1991); por este motivo es que este tipo particular de investigaciones se han desarrollado con mayor éxito en estudios detallados del uso de la tierra (Carlson & Rubingh, 1979 ; Byrne et al., 1980 ; Stow et al., 1980 ; Jensen, 1982). A nivel nacional son escasas las investigaciones que utilizan imagenes de satélite para estudios de dinámica de la cobertura vegetal y uso de la tierra, algunos se refieren a estudios de monitoreo de la cobertura y uso de la tierra en zonas de colonización (Departamento del Guaviare) y en zonas con uso agrícola como en los Departamentos del Valle del Cauca y Cundinamarca (IGAC, 1991 y 1997). Los principales usos de la tierra reportados en la zona de la Mojana se relacionan con explotaciones ganaderas extensivas dedicadas a la cría , levante y ceba de hatos vacunos (Rosero y Gutiérrez, 1996). La ganadería trashumante ocurre entre las tierras altas y las tierras bajas y en los humedales o basines de la zona norte de la Mojana, cuando en época seca son aprovechados los rebrotes de pasturas al descender las aguas (CORPOICA, 1997). Las principales especies agrícolas de la región, por su importancia económica, productividad y área sembrada son : arroz mecanizado, arroz secano manual, sorgo, maíz 1

tecnificado y tradicional, yuca, plátano, caña panelera, patilla, coco y ahuyama (CORPOICA, 1997). Otras especies de relativa importancia son : ñame, ajonjolí, fríjol, cacao, verduras y más recientemente se ha iniciado el cultivo de algunos frutales como mango, con variedades nativas e introducidas (Rosero y Gutiérrez, 1996). 2. METODOLOGÍA El análisis de la dinámica de la cobertura y uso de la tierras se realizó con base en dos imagenes de satélite tipo Landsat TM de enero de 1987 y 1996 (path 9 row 54, 7 bandas, en formato BSQ, cuadrante II). El procesamiento digital se realizó con el software Erdas imagine versión 8.2 operando bajo plataforma Silicon Graphics con sistema operativo IRIX versión 5.3. Los procesos de edición y diseño de las coberturas topológicas necesarias para su uso en Arcview (versión 3.0) se realizó en AUTOCAD y ARCAD. El sistema de Información geográfico utilizado fue ARC/INFOC Versión 7.0. Como fuente de información secundaria, se utilizó cartografía básica (IGAC y DMA) y la información de campo (CORPOICA - IGAC, 1996). El modelo metodológico utilizado integra las técnicas del procesamiento digital de imágenes de satélite con el análisis espacial de la información temática georreferenciada, a través de un Sistema de Información Geográfico. Los procesos desarrollados fueron los siguientes : i) Preprocesamiento digital de imágenes Inicialmente, se hizo una ventana de trabajo a partir del cuadrante II de las imagenes LANDSAT TM de 1987 y 1996, donde se aplicaron algoritmos que permitieron hacer correcciones (de tipo Radiométricas y geométricas), mejoramientos, Análisis de Componentes Principales (ACP), como se describen a continuación. La corrección geométricas utilizada corresponde al sistema de proyección Transverse Mercator, dando lugar a una imagen georreferenciada, con un Error Medio Cuadrático de 0.8, el cual se considera aceptable para la zona. Para la corrección radiométrica del fenómeno Mojana (bruma) se evaluó un algoritmo de corrección atmosférica, denominado HAZE, el cual no ofreció el resultado esperado debido a que enmascaraba las clases espectrales ubicadas debajo de la zona de influencia de las nubes, razón por la cual, se utilizó la imagen en su formato original. La variación en intensidad de los pixeles debida al terreno fue insignificante y no se detectaron errores por mal funcionamiento de los sensores del satélite. El mejoramiento espacial consistió en la aplicación del algoritmo Convolution Filtering (3x3 edge enhancement). Para una mejor visualización de las categorías temáticas a discriminar en la clasificación, el algoritmo utilizado fue el Histograma de Equalization (Erdas Imagine, 1993). El mejoramiento espectral de las imágenes procesadas se hizo de acuerdo al método de Análisis de Componentes Principales (ACP). Este método permite comprimir y sintetizar las bandas originales creando nuevas bandas de salida, de las 7 bandas originales se originaron 3 componentes principales, los cuales fueron utilizados posteriormente para la clasificación digital de cada una de las imágenes.

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ii) Procesamiento digital de imágenes Se evaluó la clasificación supervisada de las imágenes a partir del ACP, los resultados obtenidos no fueron satisfactorios debido a que algunas clases espectrales quedaron enmascaradas causando confusión en la identificación de las categorías temáticas específicas. Por esta razón, la clasificación definitiva se hizo sobre las bandas originales. El procesamiento digital de imagenes consistió en la ejecución de una clasificación mixta, donde se consideraron tres etapas, a saber : a) Definición digital de las categorías (fase de entrenamiento) En las imagenes Landsat se inicio con una clasificación no supervisada sobre las bandas originales, de allí se seleccionaron 7 de las 12 clase espectrales originadas por la clasificación. A partir de esta clasificación se generaron 6 nuevas clases para un total de 13 categorías de cobertura y uso de la tierra, a una escala aproximada de 1:100.000. Sin embargo, no todas las categorías se presentaron en cada una de las imágenes. b) Agrupación de los pixeles de la imágen por categorías (fase de asignación) A partir de la fase de entrenamiento se realizó una asignación de las categorías al resto de la imagen. El criterio empleado para definir los limites entre clases fue el de Máxima verosimilitud, en donde el pixel se asigna a aquella clase con la que posee mayor probabilidad de pertenencia. Las imágenes de salida mostraron una buena aproximación temática, situación que sirvió para diferenciar los diferentes estratos vegetales y la sedimentación en los cuerpos de agua. Estos resultados se verificaron con los índices de separabilidad de la imagenes Landsat, con 1358 en1987 y 1357 en 1996, los cuales estaban dentro del rango permisible. c) Elaboración del mapa preliminar Con el propósito de minimizar el número de polígonos se eliminaron las unidades menores de 25 hectáreas. Las imagenes clasificadas y recodificadas fueron convertidas de formato raster a formato vector a través de un proceso automatizado, para originar las respectivas coberturas que fueron procesadas en AUTOCAD - ARCAD para lograr ajustes en relación con la delimitación del área de trabajo y su posterior edición. iii) Elaboración del mapa final a) Verificación de campo La verificación se realizó de forma estratificada, con énfasis en aquellas unidades cartográficas, donde la respuesta espectral de las clases no permitió su completa identificación y con menor detalle en aquellas unidades que no presentaban confusión espectral. b) Captura de información de campo y ajuste de la clasificación La información colectada se hizo a partir de una identificación visual a lo largo de los transectos y sobre parcelas de muestreo, donde se estimaron los siguientes parámetros: estructura, altura, cobertura, especies dominantes y composición florística relacionados

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con datos de abundancia. Con base en esta información se realizaron los ajustes del mapa de 1996. El mapas de 1987 no tuvo comprobación de campo. Para el ajuste de la clasificación se asignando nuevas áreas de entrenamiento a las categorías con confusión espectral utilizando la técnica de la clasificación supervisada mediante el criterio de máxima verosimilitud. Posteriormente, se procedió a la aplicación de filtros de generalización y a la realización de una nueva vectorización. c) Edición mapa final La edición final de la cartografía temática se realizó de acuerdo a las normas internacionales de color y achurado para las distintas clases de cobertura y uso de la tierra. El nivel de levantamiento de la cartografía temática final fue de reconocimiento (escala 1:100.000), de acuerdo con lo propuesto Vargas (1991). iv) Análisis de la información Las coberturas vectoriales resultantes de los mapas temáticos fueron introducidas a un SIG para su correspondiente análisis espacial y temporal, a partir de relaciones de unión e intersección de las coberturas. Los resultados de este proceso fueron analizados estadísticamente a partir de los cambios detectados en la cobertura y uso de la tierra. 3. RESULTADOS Y DISCUSION Los mapas resultado del procesamiento digital de las imágenes de satélite representan la cobertura y uso de la tierra para la región de la Mojana en la época seca, durante el mes de enero de 1987 y 1996. Para su elaboración se utilizó leyenda del sistema de clasificación propuesto por el IGAC - CIAF (1995). a) Cobertura Vegetal y Uso de la Tierra Los principales tipos de cobertura encontrados en enero de 1987 fueron : Vegetación Arbustiva medianamente densa (27.5%) y abierta (26.8%), Tierras agropecuarias con énfasis Pecuario (19.8%), Cuerpos de Agua (13.3%) y Humedal Reciente (6.5%), que corresponden al 74.1% de la superficie total del área de estudio. Otras coberturas que ocupan una menor proporción fueron :Vegetación Herbácea, Vegetación de Humedal Antiguo y Bosque Natural. A diferencia de 19987 en 1996, los principales tipos de cobertura encontrados fueron : Cuerpos de Agua (25.9%), Praderas Arbustivas (24.1%), Tierras Agropecuarias (15.3%), y Arbustivo medianamente denso (14.1%), que corresponden al 79.4% de la superficie total del área de estudio. Otras coberturas que ocupan una menor proporción fueron : Humedal Reciente, Arbustivo abierto, Humedal Antiguo (Tabla 1). b) Dinámica de la Cobertura Vegetal y Uso de la Tierra, entre 1987 y 1996 Al comparar las imágenes Landsat, se establecieron las tendencias de cambio en la Cobertura y el Uso de la Tierra, de la siguiente forma : La superficie ocupada por los Cuerpos de Agua prácticamente se duplicó entre los dos períodos, pasando de 33028 ha en 1987 a 62014 ha en 1996. Los Cuerpos de Agua están representados por las Ciénagas permanentes, que en 1987 ocupaban el 13.3% de la zona 4

y en 1996 (25.9%). Las Ciénagas se originan por desbordamiento de ríos y anegamiento por aguas de escorrentía. La Vegetación de Humedal presentó una reducción en área del 8% al 5% de la zona entre 1987 y 1996, tanto en Humedales Antiguos (1.5% en 1987 a 1.2% en 1996), como en Humedales Recientes (6.5% en 1987 a 3.8% en 1996). Esta reducción se explica en parte por el incremento de las tierras ocupadas por Ciénagas, debido a su localización en tierras aledañas a los Cuerpos de Agua, principalmente al norte de la Mojana. Dentro de la Vegetación Herbácea se distinguieron dos tipos : Praderas Herbáceas y las Praderas Arbustivas. En el caso de las primeras, se observó una reducción del 3.1% entre ambas fechas, mientras que en las segundas se detecto un incremento del 23.7% en 1996 con relación a 1987. Estas variaciones podrían explicarse por un cambio en el uso de la tierra, con el abandono en las tierras dedicadas a la ganadería. La Vegetación Arbustiva presentó una severa reducción entre ambas fechas del 54.3% a 16.5% de la zona. En la actualidad, este tipo de vegetación esta formada por arbustos medianamente densos (33678 ha) y poco densos o Abierta (5772 ha), las cuales, se encuentran localizada en las tierras más altas de la zona central de la Mojana, contigua a la región de bosque natural, lo que hace suponer que es un estado de sucesión del bosque natural, ocasionada por una mayor intervención antrópica. La Vegetación Arbórea ocupada en 1996 refleja un proceso de tala y quema de bosque, con una disminución de 1574 ha con relación a 1987. Los bosques naturales se localizan principalmente circundando zonas de ciénagas y vegetación de humedal. Es probable que los valores de absorción y reflectividad observados en esta categoría representen una asociación estrecha entre vegetación arbórea y arbustiva. Las Tierras Agropecuarias representaban cerca del 20% de la superficie en 1987 y el 15% en 1996. La reducción se explica por el aumento en los Cuerpos de Agua de la región, debido a las inundación registradas en el año de 1996. Estas tierras se localizan en las parte altas de la zona sur y a lo largo de los diques de los ríos San Jorge, Cauca y principales caños de la región (Mojana y Panceguita). Es importante destacar que la imágen corresponde a una época de verano, donde los niveles de inundación de la región se encuentran en su mínima expresión, por lo tanto lo niveles de reflectancia de la vegetación son más evidentes. Durante éste período la mayoría de las tierras agropecuarias dedicadas a la agricultura se encuentran en descanso (barbecho) con la presencia de áreas con suelo desnudo. Por lo tanto, durante esta época del año la utilización del suelos se hace con un énfasis pecuario y algunas actividades de trashumancia. Algunos cambios observados en la cobertura vegetal son de difícil análisis debido al efecto de nubes y sombras presentes en la imagen de 1996. En conclusión se observó un incremento en 12.6% de la superficie total ocupada por Cuerpos de Agua (Ciénagas) y 23./% por Praderas Arbustivas, en detrimento de la Vegetación Arbustiva con 37.8% y de Tierras Agropecuarias de 4.5%.

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TABLA 1. DINÁMICA DE LA COBERTURA Y USO DE LA TIERRA, ENERO 1987 Y 1996 NIVEL I

CUERPOS DE AGUA

VEGETACION DE

NIVEL II

AREA

CIENAGAS

ANTIGUA

HUMEDAL RECIENTE

VEGETACION

PRADERAS

HERBACEA

HERBACEAS PRADERAS ARBUSTIVAS

VEGETACION

ABIERTA

ARBUSTIVA MEDIANAMENTE DENSA VEGETACION

BOSQUE NATURAL

ARBOREA TIERRAS

CON ÉNFASIS

AGROPECUARIAS

PECUARIO

NO IDENTIFICADO

NUBES, SOMBRAS Y OTROS

TOTAL

6

DINÁMICA

1987

1996

% y TIPO

32028 ha

62014 ha

12.6%

13.3%

25.9%

GANÓ

3523

2809 ha

0.3%

1.5%

1.2%

PERDIÓ

15629 ha

9173 ha

2.7%

6.5%

3.8%

PERDIO

8351 ha

985 ha

3.1%

3.5%

0.4%

PERDIÓ

865 ha

57728 ha

23.7%

0.4%

24.1%

GANÓ

64321 ha

5772 ha

24.4%

26.8%

2.4%

PERDIÓ

65865 ha

33678 ha

13.4%

27.5%

14.1%

PERDIÓ

1628

54 ha

0.7%

0.7%

0.0%

PERDIÓ

47452

36695 ha

4.5%

19.8%

15.3%

PERDIÓ

--

30754 ha

NO

--

12.8%

SIGNIFICATIVO

239662 ha

239662 ha

100%

100%

7. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS BYRNE, G.F., CRAPPER, P.F., MAYO, K.K., 1980. “Monitoring Land -Cover Change by Principal Component Analysis of Multitemporal Landsat Data”. Remote Sensing of Environment, vol.10 pp.175-184. CARLSON, D & RUBINGH, J., 1979. “Agricultural Land Conversion in Colorado”. Denver, Colorado Department of Agriculture. CONESE, C. & MASELLI, F. ISPRS., 1991. “Journal of Photogrammetry and Remote Sensing” 46 (1991) 187-197. Elsevier Science Publishers B. V. Amsterdam. CORPORACIÓN COLOMBIANA DE INVESTIGACIÓN AGROPECUARIA (CORPOICA), 1997. “Caracterización de los Sistemas de Producción de la Mojana”. Informe de Avance. CORPORACIÓN COLOMBIANA DE INVESTIGACIÓN AGROPECUARIA (CORPOICA), 1997. “Análisis Agroclimático de la Región de la Mojana”. Informe de Avance. CHUVIECO, E., 1996. “ FUNDAMENTOS DE TELEDETECCION ESPACIAL”. Ediciones RIALP, S.A. Segunda edición. 451 p. ERDAS IMAGINE  “ERDAS FIELD GUIDE, 1993. “. Third Edition. ERDAS Inc. INSTITUTO GEOGRÁFICO AGUSTIN CODAZZI (IGAC - CIAF), 1995. “Sistema de clasificación de la cobertura/ uso de la tierra” P 9. INSTITUTO GEOGRÁFICO AGUSTIN CODAZZI (IGAC - CIAF), 1991 y 1997. “Monitoreo de la cobertura y uso de la tierra en zonas de colonización en el Departamento del Guaviare y del Valle del Cauca”. JENSEN, J. R. & TOLL, D. L., 1982. “Detecting Residential Land-Use Development as the Urban Fringe”. Photogrammetric Engineering and Remote Sensing. vol.48 pp.629-643. LAMBIN,E.F., 1996 “Change Detection at Multiple Temporal Scales: Seasonal and Annual Variations in Landscape Variables”. Photogrammetric Engineering and Remote Sensing. vol.62. N|8, pp.931-938. MUCHONEY, D. & HAACK, B., 1994. “Change Detection for Monitoring Forest Defoliation”. Photogrammetric Engineering &Remote Sensing. Vol.60, N°10.pp.12431251. ROSERO, O. A. & GUTIERREZ, M., 1996. “La Ciénaga de Ayapel un paraíso Amenazado y desprotegido” Corporación para la protección y el desarrollo sostenible del Bajo Cauca y de la Ciénaga de Ayapel. 20 p. STOW, D.A., TINNEY, L.R., ESTES, J.E., 1980. “Deriving Land-Use Land Cover change statistics from Landsat: A Study of Prime Agricultural Land”. Proceedings, 14th International Symposium on Remote Sensing of Environment. Ann Arbor, Mich.: ERIM, pp.1227-1237. VARGAS, E., 1991. “Análisis y Clasificación del uso y Cobertura de la Tierra con Interpretación de imágenes. IGAC, Subdirección de Docencia e Investigación. Palabras claves : cobertura vegetal, uso de la tierra, sensores remotos, MojanaColombia Mots clés : couvert végétal, utilisation des terres, Télédétection, Mojana, Colombie Key words : vegetation covert , land used, remote sensing, Mojana- Colombia.

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