Introducción

La determinación de los cambios en la cubierta terrestre (CT) tiene un papel relevante para el entendimiento de las dinámicas y procesos en los ecosistemas que se dan a través del tiempo y el espacio, al ofrecer un primer indicio de la reducción o aumento de la vegetación, la fragmentación del hábitat y el uso y conversión de tierras (^{United Nations Convention to Combat Desertification [UNCCD] 2016}; ^{Orr et al., 2017}; ^{Mousivand y Arsanjani, 2019}). Los cambios producidos son reconocidos como un factor implicado en problemáticas ambientales como la degradación de tierras, la pérdida de la biodiversidad y el aumento de gases de efecto invernadero (^{Feddema et al., 2005}; ^{Grekousis, Mountrakis y Kavouras, 2015}; ^{Jiang y Yu, 2019}).

La combinación derivada del uso de teledetección y sistemas de información geográfica (SIG), es un recurso efectivo que permite la identificación de dichos cambios, así como su análisis y monitoreo a bajo costo (^{Guidigan, Sanou, Ragatoa, Fafa y Mishra, 2019}). Sin embargo, pese a que los datos satelitales disponibles son abundantes y se han desarrollado diversos productos y herramientas para estimar los cambios producidos sobre la superficie de la Tierra, ha sido desafiante mantener un mapeo continuo y series temporales anuales durante largos periodos, que conserven la misma metodología de principio a fin, por lo que la determinación de los cambios en la CT presenta inconsistencias (^{Grekousis et al., 2015}; ^{Liu et al., 2018}; ^{Jiang y Yu, 2019}).

En este sentido, existen diferencias entre precisión, diseño del sensor, resolución, procedimiento y esquema de clasificación utilizado en los productos disponibles, lo que dificulta la comparación de un conjunto de datos (clases de CT, área y su distribución espacial) de una misma zona en un tiempo determinado, o con otras regiones (^{Fritz et al., 2011}; ^{Jiang y Yu, 2019}). Esta problemática se acentúa a escalas menores, debido a la diversidad de clasificaciones de uso de suelo y cubierta vegetal que existen a escalas regionales y nacionales.

Recientemente la Agencia Espacial Europea (ESA, por sus siglas en inglés) lanzó la Iniciativa de Cambio Climático (CCI, por sus siglas en inglés), con el objetivo de proporcionar un conjunto de datos de CT (LC, por sus siglas en inglés) que fueran estables y completos, pero, sobre todo, que tuvieran una consistencia temporal (^{Li et al., 2016}). El producto generado con dicha iniciativa (llamado ESA-CCI-LC) ofrece una resolución espacial más alta en comparación con la que ofrecen la mayoría de los productos a escala global, así como una resolución temporal mayor, con intervalos de un año y un abanico completo de tipos de cobertura, lo que permite detectar los cambios que se producen en el tiempo a diversas escalas (^{Li et al., 2018}; ^{Mousivand y Arsanjani, 2019}).

En México, está disponible el conjunto de datos de uso de suelo y vegetación realizado por el Instituto Nacional de Estadística y Geografía (Inegi), sin embargo, la temporalidad de las series (I-VI) varía (1997, 2001, 2005, 2009, 2013 y 2016); así mismo las clases utilizadas en cada serie son disímiles (^{Peralta-Carreta, Gallardo-Cruz, Solórzano y Hernández-Gómez, 2019}), por lo que no es posible realizar una cuantificación detallada sobre el cambio en las categorías de CT o conocer una tendencia anual de cambios en una zona determinada.

Por lo anterior, existe la necesidad de utilizar conjuntos de datos que presenten coherencia temporal y una clara compatibilidad en las categorías de CT que permitan la comparación entre regiones, y que a su vez faciliten la interpretación de los resultados, esto con la finalidad de comprender las interacciones entre las actividades antropogénicas y el ambiente que puedan generar estrategias para mitigar los impactos negativos que se produzcan (^{Dewan, Yamaguchi y Rahman, 2012}; ^{Guidigan et al., 2019}).

La región de la Sierra Norte de Puebla ha presentado un constante deterioro ambiental; particularmente en el municipio de Ixtacamaxtitlán (^{Sánchez, 2015}). A la fecha, estos cambios no han sido cuantificados para conocer la magnitud del deterioro ambiental presentado durante los últimos años.

Objetivos

El presente estudio planteó como objetivos identificar las categorías de cubierta terrestre presentes en el municipio de Ixtacamaxtitlán, Puebla, México y su distribución, así como analizar los cambios espaciales y temporales producidos en el periodo 2000 a 2015 mediante los mapas globales de ESA-CCI-LC.

Materiales y métodos

Área de estudio

El municipio de Ixtacamaxtitlán se localiza al norte del estado de Puebla, México (Fig. 1), entre los paralelos 19° 27’ y 19° 45’ de latitud norte y los meridianos 97° 41’ y 98° 03’ de longitud oeste. Tiene una superficie aproximada de 56 767 ha, su altitud varía entre 2000 m y 3400 m s.n.m. El clima es templado y semifrío subhúmedo con lluvias en verano. La precipitación media anual del municipio es de 800 mm y la temperatura varía entre 12 °C y 18 °C (^{Inegi, 2009}). Los suelos con mayor cobertura en la zona son litosoles, regosoles y feozems; en menor medida se encuentran zonas con suelos del tipo andosol, cambisol y luvisol (^{Inegi, 2014}).

Fuente: Elaboración propia con información de ^{Inegi (2009)}.

Figura 1 Localización del municipio de Ixtacamaxtitlán, Puebla, México. 

El municipio concentra sus principales actividades económicas en agrícolas, pecuarias y forestales (^{Secretaría de Medio Ambiente y Recursos Naturales [Semarnat], 2013}). De acuerdo con la Secretaría de Medio Ambiente y Recursos Naturales (^{Semarnat, 2013}), a escala estatal, Ixtacamaxtitlán ocupa el cuarto lugar con mayor superficie de vegetación primaria de bosque de coníferas (12.62%); así mismo, alrededor de 40% del municipio está compuesto por zonas forestales con vegetación primaria y secundaria de bosque de pino, oyamel, táscate y pino-encino, así como áreas de matorrales desértico rosetófilo que se desarrollan sobre elevaciones de rocas sedimentarias.

Cambios y flujos

Con los datos obtenidos se generó un mapa de zonas que representaron cambios de CT del año 2000 a 2015, así como un mapa de flujos de CT del mismo periodo. Los cambios se consideraron positivos o negativos cuando pasaron de una a categoría a otra bajo los criterios mostrados en la Figura 2. Los flujos por su parte fueron considerados como ganancias o pérdidas de cada categoría de CT presentes en la superficie (^{UNCCD, 2018}).

Fuente: Elaboración propia con información de ^{Semarnat (2014)}.

Figura 2: Diagrama de cambios de cubierta terrestre presentes en el municipio de Ixtacamaxtitlán. 

Resultados y discusión

La distribución espacial de las categorías de CT para los años 2000 y 2015 sobre el territorio de Ixtacamaxtitlán se muestra en la Figura 3. En el centro del municipio se observan áreas de pastizal que se han perdido al año 2015. Las superficies arboladas con mayor área se ubican en pendientes mayores a 50% de inclinación, a altitud superior a los 2700 m s.n.m. y de difícil acceso, distribuidas hacia el centro-sur del municipio, con fragmentos al norte y noreste. Las tierras de cultivo se encuentran en zonas con pendientes menores a 25% y altura menor a 2500 m s.n.m., así como en la planicie ubicada al centro del municipio; aunque, existen porciones distribuidas en toda el área de estudio.

Fuente: Elaboración propia con información de ESA.

Figura 3: Distribución espacial de las categorías de cubierta terrestre sobre la zona de estudio para los años 2000 y 2015. 

La distribución en términos porcentuales y hectáreas de cada categoría de CT presentes en el municipio en los años 2000 y 2015 se especifica en la tabla 2. De las 56 767 ha que componen la superficie total del área de estudio, la CT predominante en el año 2000 fue de superficies arboladas (36.8%). Pese a que la categoría anteriormente mencionada presentó un aumento en distribución porcentual (0.9%), para el año 2015 se convirtió en la segunda categoría predominante, por debajo de la de tierras de cultivo (38.38%).

En la Tabla 3 se observan los procesos de cambio anuales sobre la CT, en donde se incluye el cambio neto en hectáreas y porcentaje para cada categoría y las tasas de cambio expresadas en porcentaje. La categoría de superficies arboladas presentó un cambio neto negativo de 57.2 ha (0.27%); sin embargo, se observan fluctuaciones entre pérdidas y ganancias de superficie a lo largo del periodo de estudio, lo que puede indicar un proceso de deforestación acompañado de un nuevo crecimiento (^{Pontius et al., 2004}). Otro cambio negativo se observó en los pastizales con una reducción de 1358 ha (8.83%), dicha categoría ha perdido terreno en la superficie municipal cada año. Ambas categorías muestran una tasa de cambio anual menor a cero (-0.02% y -0.61%, respectivamente), es decir, se presentaron reducciones en su superficie y los pastizales mostraron mayores decrementos.

Las categorías de tierras de cultivo y superficies artificiales presentan cambios netos positivos de 1407 ha y 9 ha, respectivamente, con tasas de cambio anuales mayores a cero (0.45% y 0.52%), lo que reafirma los incrementos de estas en la superficie e indica que la categoría superficies artificiales presenta proporcionalmente mayor crecimiento en comparación con las demás categorías.

La baja pérdida de superficies arboladas puede deberse a los diferentes programas aplicados por parte del gobierno estatal para la reforestación (^{Gebhardt et al., 2014}). Por ejemplo, en el año 2000, con el apoyo del gobierno, el municipio de Ixtacamaxtitlán, junto con otros ocho municipios, sumaron aproximadamente 3770 ha reforestadas, lo que representó 55% de la reforestación estatal; adicionalmente, en ese mismo año, a través del Programa Nacional de Reforestación (Pronare), fueron declaradas 153 ha como zonas de restauración ecológica (ZRE) en el municipio, debido a los incendios forestales ocurridos en 1998, con lo que se llevaron a cabo obras para la rehabilitación forestal (^{Comisión Nacional Forestal [Conafor], 2001}). Ante este contexto, las comunidades de la zona de estudio registraron una alta participación en el aprovechamiento de los apoyos enfocados a la mejora de los bosques, lo que promovió la recuperación y restauración de la vegetación y el suelo (^{Conafor, 2002}; ^{Carabias, Arriaga y Cervantes-Gutiérrez, 2007}). En la misma línea, en 2015, Ixtacamaxtitlán fue uno de los municipios del estado que tuvo mayor superficie reforestada con 299 585 árboles plantados y distribuidos en 298 ha (^{Inegi, 2016}).

La tendencia de los cambios anuales con los incrementos y reducciones en hectáreas de cada categoría se muestra en la Figura 4. En las tierras de cultivo se presentó un incremento mayor a 100 ha en los años de 2001, 2008, 2010, 2011 y 2012; mientras que en los años 2005 y 2015 se presentó una reducción en esta categoría (<10 ha). La reducción de pastizal mayor a 100 ha, en los años 2008, 2010 y 2011, ocurrió a la par de los incrementos de tierras de cultivo. Por otro lado, para el año 2006, la disminución de pastizal resultó en un incremento en las superficies arboladas. Otros incrementos en esta última categoría menores a 100 ha sucedieron en los años 2005 y 2008, mientras que reducciones importantes se observaron en 2001.

En el eje Y se muestra la pérdida en hectáreas y en el eje X los años de estudio. Fuente: Elaboración propia

Figura 4: Cambios anuales de la cubierta terrestre en Ixtacamaxtitlán en el periodo 2000-2015. 

Con lo descrito anteriormente se puede explicar que el detrimento de pastizales se relaciona con la expansión de superficies agrícolas. Dicha transición está dada por múltiples factores y depende de un contexto agrícola determinado (^{Martínez, 2017}); en el caso de Ixtacamaxtitlán, la principal actividad económica ha sido la agricultura para autoconsumo, cuyos cultivos principales son: maíz, cebada, papa, frijol y trigo (^{Inegi, 2002}), sin embargo en años recientes se ha observado una diversificación de cultivos a los que se suman avena, alberjones, calabaza, ajo, sorgo, haba, alfalfa, café cereza y naranja; aunque la mayoría de la producción agrícola es para autoconsumo, también se comercializa al interior de la región y en municipios cercanos, mostrando una actividad productiva variable (^{López, 2005}; ^{Bautista, Díaz, Estrada, 2007}; ^{Inegi, 2007}; ^{Tapia, 2018}).

unado a esta situación, Ixtacamaxtitlán es uno de los municipios que pertenece a las Zonas de Atención Prioritaria (ZAP) por su alto grado de marginación (^{Consejo Nacional de Población [Conapo], 2012}), por lo que forma parte de diversos apoyos, entre los que destacan el Programa de Atención a Jornaleros Agrícolas y el Programa 3 × 1 para Migrantes, este último cuenta con apoyo para proyectos productivos comunitarios y familiares para el desarrollo de las comunidades de origen de migrantes (^{Inegi, 2015}); la migración es un fenómeno común en el municipio y se realiza principalmente a la Ciudad de México y a los Estados Unidos de Norteamérica (^{Bautista et al., 2007}), en este sentido, cabe resaltar que la población tuvo una disminución de 13.4% al pasar de 28 358 habitantes a 24 512 en el periodo de estudio (^{Inegi, 2015}); a pesar de esta disminución, hubo un aumento de población económicamente activa dedicada al sector primario, de 69.4% en el 2000 a 72.8% en el 2015. Todos estos factores en su conjunto explican la expansión de tierras de cultivo en el territorio.

La matriz expresa los datos de tabulación cruzada entre las categorías de CT entre 2000 y 2015 y muestra la superficie total de tierra en hectáreas asociada con cada cambio, en donde el total de filas menos el valor diagonal que significa “sin cambios”, representa las reducciones totales por categoría, mientras que el total de las columnas menos el valor diagonal representa los incrementos totales por categoría. Los datos de la matriz de cambios de CT (Tabla 4) muestran que 96.5% (54 805 ha) de la superficie permaneció estable, por lo que, solo en 3.5% (1962 ha) se registraron transiciones entre categorías. Los cambios negativos (reducciones) suman un total de 1715 ha, mientras que los cambios positivos (incrementos) fueron de 247 ha, estos cambios son atribuibles principalmente al paso de superficies de áreas naturales a actividades de producción.

El mayor incremento se produjo en las tierras de cultivo con 1569 ha, seguida de las superficies arboladas con 234 ha. Las categorías con menor incremento fueron los pastizales y las superficies artificiales con 150 ha y 9 ha, respectivamente. Las reducciones totales por categorías de mayor a menor son 1508 ha de pastizales, 291 ha de superficies arboladas y 163 ha de tierras de cultivo.

Los cambios positivos y negativos por categoría se muestran, como ganancias y pérdidas, en la Tabla 4. Las 234 ha de incremento en las superficies arboladas son consideradas como ganancias, ya que son áreas forestadas que representan mejoras en los bienes y servicios ecosistémicos (^{Velázquez et al., 2002}).

Los pastizales se incrementaron en total 150 ha; sin embargo, únicamente 13 ha son consideradas ganancias, ya que pasaron de tierras de cultivo a pastizal; en este caso el proceso de cambio se considera como repliegue agrícola y podría estar dado por el abandono de tierras de cultivo debido a la disminución de los rendimientos agrícolas a causa de la erosión, lo que en muchos casos promueve que estas zonas se regeneren a su condición previa de pastizales o bosques (^{López, 2005}; ^{Bautista et al., 2007}). El área restante (137 ha) es considerada como pérdida, ya que resultó en la reducción de 137 ha de superficies arboladas, por lo que se presentaron procesos de pérdida de cubierta forestal, posiblemente para la explotación maderable y el establecimiento de pastizal inducido para agostadero (^{López, 2005}).

Los cambios en las tierras de cultivo únicamente se considerarán como ganancias si la transición proviniera de una superficie artificial; es decir, un proceso de expansión agrícola; sin embargo, esta transición no se presentó en la zona de estudio, más bien hubo pérdidas por deforestación, pérdida de vegetación diferente a la forestal y expansión agrícola, ya que los cambios se dieron de superficies arboladas y pastizales a tierras de cultivo (154 ha y 1415 ha respectivamente), por lo que se consideran como procesos degenerativos (^{UNCCD, 2018}). Otro proceso degenerativo presente, fue el crecimiento urbano en la zona de 9 ha, ya que significa la pérdida irremediable del suelo y la vegetación a causa del sellado.

En la Figura 5 se muestra la distribución espacial de los cambios (positivos y negativos) y los flujos (ganancias o pérdidas por categoría) que se presentaron en la zona de estudio (2000-2015). Se observa que la mayoría de los cambios negativos, así como las pérdidas de pastizales, se presentaron en el centro-norte del municipio, lo que probablemente se explique por la mayor accesibilidad que se tiene en esa zona.

Fuente: Elaboración propia

Figura 5: Mapa de cambios y flujos en la cubierta terrestre sobre el territorio municipal 2000-2015. 

Todas las categorías superan 90% de probabilidad de permanencia, por lo que esta se considera como alta (Fig. 6); es decir, pese a los diversos procesos de cambio, existe una baja probabilidad de transformaciones en la CT en la zona de estudio, lo que podría estar causado como se mencionó anteriormente, por la disminución de la población en el periodo, así como la falta de vialidades en la zona que dificulta la comunicación y comercialización. La probabilidad de permanencia de las superficies urbanas es de 100% y, aunque existe cierta probabilidad de transformación de tierra de cultivo a superficie urbana, esta es mínima (0.04%) por lo que no fue considerada dentro del diagrama.

Fuente: Elaboración propia

Figura 6: Diagrama de transformaciones sobre la cubierta terrestre de Ixtacamaxtitlán, Puebla en el periodo del 2000-2015 y su probabilidad de permanencia (%). 

El análisis comparativo entre los puntos validados y el mapa de CT de 2015 mostró una precisión de 85.64% y un error de 14.36%, de un total de 564 puntos evaluados (Tabla 5). Si bien la resolución espacial puede perder algunos de los detalles importantes para escalas estatales y municipales (subnacionales), el conjunto de datos de CCL-LC de ESA presentó un buen nivel de precisión a escala municipal, ya que rebasa el porcentaje mínimo permitido para la validación cartográfica, la cual corresponde a 80% (^{Camacho-Sanabria et al., 2017}, ^{Emanuelli et al., 2017}) y que, en el caso de las series de uso de suelo y vegetación de Inegi ubican su precisión a escala nacional entre 74% y 89% (^{Mas, Velázquez y Couturier, 2009}).

Conclusiones

De acuerdo con los resultados obtenidos, en el periodo de 15 años (2000-2015) las categorías de CT en el municipio presentaron diferentes procesos de transformación. En el caso de las superficies arboladas y los pastizales presentaron decrementos de 0.27% y 8.83%, respectivamente. Mientras que las tierras de cultivo y superficies urbanas presentaron incrementos de 6.9% y 8.11%. Espacialmente, la mayoría de los cambios se concentraron principalmente en las zonas de fácil acceso presentes en el centro-norte del municipio.

La mayor parte del territorio municipal (96.5%) se ha mantenido estable, lo que determinó que las categorías de CT tengan alta probabilidad de permanencia; sin embargo, 3.5% de la superficie presentó transiciones o intercambios entre categorías. Los cambios negativos sumaron 87.4%, mientras que los cambios positivos fueron de 12.6%. En este sentido, resaltan como los cambios más importantes, las pérdidas de pastizales convertidas a tierras de cultivo (1415 ha) y los intercambios entre superficies arboladas y tierras de cultivo, que se han mantenido relativamente estables.

Las transformaciones de la superficie se deben a diversos procesos, entre los cuales destacan los programas a escala estatal que han promovido que las superficies arboladas se mantengan desde el año 2000. Así mismo, la diversificación del cultivo y la actividad productiva variable en la zona de estudio pueden explicar la disminución de pastizales debido al aumento de tierras de cultivo. De igual manera, las dinámicas socioeconómicas de la población en la zona de estudio como la disminución de la población, la migración y el aumento de personas dedicadas al sector primario pueden intervenir en los procesos de cambio.

Se concluye que el conjunto de datos de ESA-CCI-LC tiene una alta precisión (> 85%) a escala subnacional y permite la visualización de las transformaciones más importantes ocurridas sobre la superficie del territorio de Ixtacamaxtitlán.