Agua–suelo–clima

 

Cambio de uso de suelo en la Cuenca de San Cristóbal de las Casas, México

 

Land use change in San Cristobal de las Casas watershed, México

 

M. Lourdes Figueroa–Jáuregui¹*, L. Alicia Ibáñez–Castillo¹, Ramón Arteaga–Ramírez¹, J. Luis Arellano–Monterrosas², Mario Vázquez–Peña¹

 

¹ Ingeniería Agrícola y Uso Integral del Agua. Universidad Autónoma Chapingo. 56230. Montecillo, Estado de México. * Autor responsable.(mlfjauregui@hotmail.com), (libanez@correo.chapingo.mx).

² Organismo de cuenca Frontera Sur, Comisión Nacional del Agua. 29020. Tuxtla Gutiérrez, Chiapas. E–mail: (aremonterrosas@hotmail.com).

 

Recibido: julio, 2010.
Aprobado: junio, 2011.

 

Resumen

De manera similar a lo ocurrido con los bosques de otras zonas tropicales, la superficie forestal en algunas regiones de los Altos de Chiapas se ha reducido casi a la mitad desde 1970. Por ello se analizaron los cambios de uso del suelo y sus efectos sobre los procesos de degradación y los procesos hidrológicos en la cuenca endorreica de San Cristóbal de las Casas, en los Altos de Chiapas, México. Los usos de suelo de la cuenca se obtuvieron mediante la clasificación supervisada de imágenes de satélite Landsat de 1975, 1993 y 2000 y Spot de 2009. La tasa anual de erosión hídrica se calculó con la Ecuación Universal de Pérdida de Suelo (USLE, sus siglas en inglés), y el volumen de escurrimiento medio anual por el método indirecto de precipitación–escurrimiento de la norma NOM–011–CNA–2000, para los cuatro años en estudio. En la cuenca se identificaron cinco usos: agricultura de temporal (AT), bosque de encino (BQ), bosque de pino (BP), bosque mesófilo de montaña (BMM) y zonas urbanas (ZU). No se observó una tendencia marcada de cambio de superficie en AT, pero en las unidades BQ y BMM hubo una reducción de 1975 a 1993 y 2000, mientras que las zonas urbanas mostraron un tendencia de crecimiento para los cuatro años de estudio. Los niveles de erosión hídrica fueron afectados desde 1975 al 2000 debido a la pérdida de cubierta forestal y al aumento de zonas agrícolas y urbanas en ese periodo. Los volúmenes de escurrimiento anual tendieron a aumentar: 76.85 millones m³ en 1975; 78.12 en 1993; 79.48 en 2000 y 82.0 en 2009.

Palabras clave: erosión hídrica, escurrimiento medio anual, uso del suelo.

 

Abstract

Similar to what occurs with the forests of other tropical zones, the forest surface in some regions of the Chiapas Highlands has been reduced by nearly half since 1970. Therefore, an analysis was made of land use change and its effects on the degradation processes and the hydrological processes in the endorheic watershed of San Cristobal de las Casas, in the Chiapas Highlands, México. The land uses of the watershed were obtained through the supervised classification of Landsat satellite images of 1975, 1993 and 2000, and Spot of 2009. The annual rate of water erosion was calculated with the Universal Soil Loss Equation (USLE), and the mean annual runoff volume by the indirect method of rainfall–runoff of the norm NOM–011–CNA–2000, for the four years of study. Five uses were identified in the watershed: rainfall agriculture (RA), oak forest (OF), pine forest (PF), cloud forest (CF) and urban zones (UZ). A marked tendency of change of surface in RA was not observed, but in units of OF and CF there was a reduction from 1975 to 1993 and 2000, whereas the urban zones showed a tendency of growth for the four years of study. The water erosion levels were affected from 1975 to 2000, due to the loss of forest cover and the increase of agricultural and urban zones in this period. The volumes of annual runoff tended to increase: 76.85 million m³ in 1975; 78.12 in 1993; 79.48 in 2000 and 82.0 in 2009.

Key words: water erosion, mean annual runoff, land use.

 

INTRODUCCIÓN

El uso de suelo tiene gran influencia en el proceso de infiltración, distribución del agua en el suelo y evaporación afectada por la cobertura vegetal (De et al. 2003). Su análisis permite entender las causas y consecuencias de las tendencias de los procesos de degradación, desertificación, disminución de la biodiversidad y, en general, pérdida del capital natural y cultural (Mas et al., 2009).

En México, como en muchos países tropicales, hay importantes procesos de cambio de la cobertura vegetal del suelo, especialmente deforestación para el establecimiento de zonas agrícolas y urbanización (Mas et al., 2009). En la cuenca de estudio ha ocurrido este tipo de cambios debido a fenómenos naturales y económicos de escala regional o global, como incendios, huracanes de alta intensidad, migración y empobrecimiento (González–Espinosa et al. 2009), movilización de grupos indígenas, aumento de la población y flujo de visitantes hacia las zonas urbanas de la cuenca que demandan mayores servicios. Por tanto, los objetivos de este estudio fueron: 1) analizar el cambio de uso de suelo mediante la comparación de mapas creados con imágenes de satélite Landsat MSS de 1975, Landsat TM de 1993 y 2000, y Spot de 2009, y 2) estimar la tasa anual de erosión hídrica y el volumen medio anual de escurrimiento para los escenarios de uso de suelo en 1975, 1993, 2000 y 2009.

 

MATERIALES Y MÉTODOS

Afea de estudio

La cuenca de San Cristóbal de las Casas, Chiapas, México, está ubicada en la Región Hidrológica 30 Grijalva–Usumacinta (SRH, 1971). Incluye parte de los municipios de San Cristóbal de las Casas, Chamula, Huixtán, Tenejapa y Zinacantán, con una superficie de 287.42 km². Es una cuenca hidrográfica naturalmente endorreica, pero debido al historial de inundaciones en la ciudad, en 1974 se construyó un túnel (aproximadamente 4.3 km) para drenar el agua de la cuenca hacia el río Grijalva (García, 2005).

Uso de suelo

Para obtener los mapas de uso de suelo se usaron imágenes de satélite: Landsat MSS de 1975, Landsat TM de 1993 y 2000, y Spot de 2009. Las imágenes Landsat se obtuvieron del U.S. Geological Survey (http://glovis.usgs.gov/) y la imagen Spot fue proporcionada por el Centro de Percepción Remota y Análisis Espacial (CEPRAE) de la Universidad Autónoma Chapingo. Las cuatro imágenes referenciadas al sistema de coordenadas UTM–15n se estandarizaron a un tamaño de pixel de 30 m para la comparación entre ellas, ya que originalmente presentan resoluciones de 60 en imagen MMS, 30 en imágenes TM y 10 en Spot.

La clasificación supervisada de las imágenes de satélite se hizo con el el software Idrisi versión Andes (Eastman, 2006), con el procedimiento de máxima verosimilitud e igual probabilidad para cada firma espectral. Previamente, se obtuvieron los campos de entrenamiento y las firmas espectrales para cada uso de suelo con mapas creados por el Laboratorio de Análisis de Información Geográfica y Estadística (LAIGE) del Colegio de la Frontera Sur para 1975, 1993 y 2000 y un recorrido de campo en la cuenca, para identificar usos y creación de campos de entrenamiento para la clasificación de 2009. En la cuenca se identificaron cinco usos: 1) agricultura de temporal (AT), 2) bosque de encino (BQ), 3) bosque de pino (BP), 4) bosque mesófilo de montaña (BMM), 5) zonas urbanas (ZU).

Para analizar los cambios se utilizó el modelador de cambio de uso de suelo dentro de Idrisi (Eastman, 2006), que hace una sobreposición de dos mapas de uso, analiza las transiciones de un uso a otros en cada pixel, dando como resultado mapas de cambio entre todos los usos, o entre uno y otro uso, o las áreas de persistencia en un tipo de cobertura vegetal. Con esto se obtuvo la matriz de cambio. La tasa de cambio se calculó con la siguiente fórmula (Palacio et al., 2004):

donde, Td = tasa de deforestación anual en porcentaje, S₂ = área arbolada en el año final, S₁ = área arbolada en el año inicial, n = número de años del periodo de análisis.

Tasa de erosión hídrica

El modelo utilizado para el cálculo de la erosión hídrica fue la Ecuación Universal de Pérdidas de Suelo (EUPS) o USLE por sus siglas en ingles (Wischmeier y Smith, 1978). La EUPS es un modelo matemático diseñado para cuantificar la pérdida promedio de suelo bajo condiciones específicas. Su expresión general es la siguiente:

donde, A= pérdida anual de suelo (t ha^–1 año), R= factor de erosividad de la lluvia (MJ mm ha^–1 hr^–1), K= factor de erodabilidad del suelo (t ha hr MJ^–1 mm^–1 ha^–1), L= factor de longitud de la pendiente (adimensional), S= factor de grado de la pendiente (adimensional); C= factor de manejo de cultivos (adimensional), P= factor de las prácticas mecánicas de control de la erosión (adimensional).

Los factores y su multiplicación se obtuvieron con el software ArcView versión 3.2 y la herramienta SEDEOT (Sistema de Evaluación y Diagnóstico Ecológico para el Ordenamiento del Territorio) desarrollada por González (2003), que usa como insumos un modelo de elevación digital a partir del cual se generan los mapas en formato raster de los factores de longitud y grado de la pendiente; y mapas de precipitación (en este caso se obtuvo mediante polígonos de Thiesen), edafología, y uso de suelo para la obtención de mapas raster de los factores R, K y C.

Al factor P se le dio valor de 1 en toda la cuenca, por carecer de prácticas de control de erosión. Para el factor R se ubicó la cuenca en el mapa de regiones de erosividad de la lluvia en México, elaborado por Figueroa (1991), para determinar la ecuación a aplicar, y le corresponde la Región 12. Para esta región se usó la ecuación modificada:

donde, Y= erosividad de la lluvia (MJ mm ha^–1 hr^–1 año), P= precipitación anual (mm).

Escurrimiento medio anual

Para determinar los volúmenes medios anuales de escurrimiento superficial se usó el método indirecto precipitación–escurrimiento establecido en la norma oficial mexicana NOM–011–CNA–2000 (Comisión Nacional del Agua, 2000) mediante la siguiente expresión:

donde, Vm= volumen medio anual de escurrimiento (m³), P= precipitación anual de la cuenca (m), Ce= coeficiente de escurri–miento (adimensional), A= área de la cuenca (m²).

La precipitación media anual se determinó con el análisis de registros de cuatro estaciones ubicadas en la cuenca, mediante el método de polígonos de Thiessen y con el software ArcView 3.2.

El coeficiente de escurrimiento se determinó en función de la textura y uso de suelo, identificando primero el valor del factor K (Cuadro 1), para lo cual se hizo una sobreposición de mapas de textura y uso de suelo y se obtuvieron unidades con características definidas a las que se asignó un valor K.

Dado que en la cuenca existen diferentes tipos y uso de suelo, el valor K se calculó como el promedio ponderado de cada una de las áreas homogéneas. Una vez obtenido el valor K, el coeficiente de escurrimiento se calculó con las siguientes formulas:

Si K menor o igual que 0.15 entonces:

Si K mayor que 0.15 entonces:

donde, Ce= coeficiente de escurrimiento (adimensional), K= factor de tipo y uso de suelo (adimensional), P= precipitación media anual de la cuenca.

 

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Dinámica de los cambios

Con la clasificación supervisada de imágenes de satelite se obtuvieron cuatro mapas temáticos para los años 1975, 1993, 2000 y 2009 (Figuras 1, 2 3 y 4) y fueron la base para el análisis de los cambios de uso de suelo.

El uso de suelo predominante en todas las fechas fue la agricultura de temporal (AT), seguida del bosque de encino (BQ) y en tercer lugar el bosque de pino (BP) (Figura 5). Estos dos últimos tipos de vegetación, junto con el bosque mesófilo de montaña (BMM), indican aptitud forestal principal de la cuenca; sin embargo, el impacto antropogénico se refleja en la presencia de extensas áreas de AT cercanas a las pequeñas poblaciones en toda la cuenca.

Las tasas de cambio de 1975 a 1993, positivas para BP (0.33) y ZU (3.60), indican aumento; mientras que para las coberturas AT (–0.27), BQ (–0.43) y BMM (–0.59) muestran pérdida en ese periodo. De 1993 a 2000, las unidades en aumento fueron AT (0.98), BP (0.49) y nuevamente ZU (0.50); y hubo pérdida en BQ (–0.60) y BMM (–3.46), y esta unidad tuvo la mayor tasa de pérdida en los siete años.

Las tasas de cambio de 2000 a 2009 fueron: –1.39 en AT, –2.15 en BP, 1.62 en BQ, 3.26 en BMM y 2.06 en ZU. Las áreas agrícolas disminuyeron debido al abandono de la agricultura por las pequeñas poblaciones indígenas aledañas a la ciudad de San Cristóbal y para dedicarse a las actividades de venta de artesanías a turistas en la ciudad. Ese abandono permitió la regeneración de bosque; aunado a lo anterior, la zona urbana aumentó a más del doble en 34 años.

Las matrices de cambio de uso de suelo para los tres periodos de análisis se presentan en los Cuadros 2, 3 y 4; los valores mayores, principalmente para el periodo 1993–2000 y 2000–2010, se encuentran de forma diagonal, lo que se interpreta como mayor porcentaje de persistencia o permanencia en cada uso de suelo. Esto es similar a lo encontrado por Miranda et al. (2009) quienes señalan mayor persistencia en los usos de suelo que cambios en el periodo analizado.

La tasa anual de deforestación calculada fue – 0.19 desde 1975 hasta 2009, la cual es menor a la de 1 a 10 % en otras zonas del país (Velázquez et al., 2002).

Erosión hídrica

Las Figuras 6, 7, 8 y 9 muestran los mapas de erosión hídrica obtenidos para los años estudiados. La comparación directa de las capas permite observar que más allá de cambios generalizados, ha ocurrido un desplazamiento de las áreas con las tasas de erosión más altas. En efecto, como lo muestra la Figura 10, el porcentaje de área con diferentes grados de erosión hídrica oscila entre 20 y 30 %.

En el periodo de 1975 a 2000, la superficie de erosión ligera disminuyó y pasó a un grado de erosión moderada y alta. Pero, contrario a lo que se pudiera esperar, el porcentaje de la cuenca con un grado de erosión hídrica muy alta se mantuvo e incluso disminuyó en el 2009, como consecuencia de la reducción de la superficie agrícola y la regeneración de bosque mencionado anteriormente.

Si se toma en cuenta que la tasa máxima permisible de pérdidas de suelo es de 10 t h^–1, la superficie de la cuenca con degradación pasó de 70.5 a 75 % de 1975 a 2010, inferior a la media de 3 % anual en México. A diferencia de lo reportado por Cotler y Ortega (2006), el cambio de uso de suelo en la cuenca no afectó de manera considerable los valores de erosión, sino la distribución de las áreas con diferentes grados de erosión hídrica.

Escurrimiento medio anual

Las alteraciones que los humanos producen sobre la cobertura vegetal causan un aumento de los volúmenes escurridos (Choi, 2007), debido a que el coeficiente de escurrimiento está en función de la textura y el uso del suelo. Si se considera que las cubiertas arboladas representan los menores valores de K (0.16 Y 0.22 de acuerdo con el porcentaje de cobertura del suelo), la deforestación observada en la cuenca (–0.19), aunque baja, representa un cambio notable en los valores de coeficiente de escurrimiento y, en consecuencia, en los valores de escurrimiento de un año a otro (Cuadro 5).

Además, las zonas urbanas (que presentan el valor del factor K más alto con respecto a las unidades analizadas) aumentaron a más del doble de 1975 a 2009, lo que se refleja en un incremento de 6.7 % en el periodo analizado. Estos resultados son comparables con los de Mustafa et al. (2005), quienes indican que para una zona en la que las áreas forestales disminuyen 11 % y las áreas urbanas aumentan casi tres veces, el escurrimiento aumenta considerablemente.

 

CONCLUSIONES

En los periodos estudiados no se presentó una marcada tendencia de cambio de uso, con excepción de las zonas urbanas, las cuales aumentaron de 4.13 a 9.7 % de la superficie total de la cuenca. Los efectos del cambio de uso de suelo (urbanización) se manifestaron en los volúmenes medios anuales escurridos que aumentaron de 76.86 a 82.01 millones m³. La tasa anual de erosión hídrica fue afectada en el periodo 1975–2000, aunque más que en su valor, en la distribución de las áreas degradadas en la cuenca.

 

LITERATURA CITADA

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