Área de estudio

La Región Hidrológica Prioritaria (RHP) número 53 tiene una extensión de 13 724.34 km², se distribuye en los estados de Nuevo León y Tamaulipas (^{Arriaga et al., 2002}), e incorpora una gran porción en la Cuenca del Río Bravo-San Juan (^{Návar y Rodríguez, 2002}) (Figura 1).

Figura 1 Localización de la Región Hidrológica Prioritaria Núm. 53 río San Juan y río Pesquería, Nuevo León. 

Las actividades productivas en la RHP incluyen el cultivo de cítricos, la ganadería, la acuacultura y la agricultura de temporal; sin embargo, existen problemas ambientales por falta de control en las descargas de agua por fuentes industriales, urbanas y agrícolas, debido a la desregulación del uso del agua, la falta inventarios de biológicos: monitoreo y estado actual de grupos biológicos. En el lugar, 14 % del uso del suelo está bajo algún régimen de protección, ya sea como Áreas Naturales Protegidas (ANP) o como Región Terrestre Prioritaria (RTP) (Figura 1), lo que la constituye como una zona de importancia para la conservación, tanto de recursos biológicos como hídricos.

Generación cartográfica de uso de suelo 2011

La generación de la cartografía de cobertura y uso del suelo para 2011 se realizó mediante el procesamiento de dos imágenes Landsat TM (path 27, row 42), con una proyección UTM zona 13 N, Datum WGS84, que se seleccionaron para la época seca (marzo y abril) de los años considerados en el estudio (^{Meneses, 2009}). Cada imagen se corrigió atmosférica y radiométricamente, además fue ortorrectificada, para posteriormente realizar un mosaico con el sistema de información geográfica Idrisi Selva (^{Eastman, 2009}). Se aplicó un análisis de componentes principales (PCA) para identificar las bandas que permitieran una mejor clasificación de la imagen.

Dicha clasificación se ejecutó con un proceso de segmentación de imágenes empleando el módulo Segmentation Analysis de Idrisi, que posibilita reconocer los pixeles y agruparlos con base en su simetría en el espectro; los segmentos se definieron de acuerdo a parámetros establecidos de similitud a la escala 1: 250 000 y las categorías designadas de acuerdo a ^{Velázquez et al. (2002)} (Cuadro 1). Se seleccionaron los polígonos de entrenamiento por categoría de acuerdo con los centroides de los polígonos que no mostraron cambio alguno desde 1976 hasta 2000, para posteriormente obtener las firmas espectrales y hacer una clasificación supervisada con un algoritmo de máxima verosimilitud.

La evaluación de la calidad de la clasificación de cobertura vegetal para el año 2011, se hizo con el módulo Validate de Idrisi mediante el estadístico de Kappa a partir de una matriz de confusión con puntos de control obtenidos del Inventario Nacional Forestal y de Suelos 2009-2014 (^{Conafor, 2018}); asimismo, se emplearon puntos de control verificados mediante la plataforma Google Earth ^® (^{Google Earth, 2017}) para corroborar con verdad de imagen.

Análisis del cambio del uso del suelo

La cartografía empleada para el análisis multitemporal fue de ^{INEGI Serie I (1976)}, ^{INEGI Serie II (1993)}, del Inventario Nacional Forestal INF (2000) (^{Semarnat, 2001}), así como la producida para el 2011, todas a escala 1: 250 000 y transformadas a un formato raster con una resolución espacial de 100 m pixel^-1 a través del sistema de información geográfica Idrisi Selva (^{Eastman, 2009}). Para lograr un sistema de clasificación jerárquico y homogéneo, cada una de las cartografías se reclasificó como se muestra en el Cuadro 1.

Para el análisis del cambio de uso de suelo se utilizó el módulo Crosstab de Idrisi (^{Eastman, 2009}), el cual, genera matrices de cambio entre las distintas categorías para cada periodo (1976-1993, 1993-2000 y 2000-2011). Posteriormente, se analizaron con el programa de cómputo SPSS (^{SPSS, 2004}), mediante la prueba de Kruskal-Wallis para establecer si los cambios eran estadísticamente significativos. A partir de dichas matrices, se hizo el análisis de las transiciones por categoría de acuerdo a la metodología de ^{Pontius et al. (2004)}; se estimaron las matrices de pérdidas y ganancias para cada categoría y se calculó la probabilidad de cambio/permanencia en los distintos periodos, con el fin de distinguir sí las transiciones fueron sistemáticas (significativas) o aleatorias. Para ello, se calcularon las matrices de ganancias y pérdidas sistemáticas mediante las siguientes ecuaciones:

Donde:

Gij = Ganancia esperada desde la categoría i a la categoría j debido a un proceso de ganancias al azar

P + j - Pij = Ganancia neta total de la categoría j entre el tiempo 1 y tiempo 2

Pi+ = Tamaño de la categoría i en tiempo

P - Pi + = Suma de los tamaños de todas las categorías excepto j en tiempo 1

Donde:

Pij = Pérdida esperada desde las categorías i a la categoría j debido a un proceso de pérdidas al azar

Pi + - Pjj= Pérdida neta total de la categoría i entre el tiempo 1 y el tiempo 2

P + j= Tamaño de la categoría j en el tiempo 2

P - P + j= Suma de los tamaños de todas las categorías excepto j en el tiempo 2

Asímismo, se calculó la tasa de cambio para cada categoría por periodos con la ecuación formulada por la ^{FAO (1996)}:

Donde:

X = Tasa de cambio (para expresar en % hay que multiplicar por 100)

S ₁ = Superficie de la fecha 1

S ₂ = Superficie de la fecha 2

n = Número de años entre las dos fechas

Representatividad del Uso del Suelo

La representatividad del uso de suelo para cada uno de los años (1976, 1993, 2000 y 2011) se describe en el Cuadro 2 y la Figura 2. El uso de suelo en 1976 estuvo dominado por el matorral y los cultivos, que ocupaban cerca de 95 % de la extensión total y el resto correspondía a bosques y pastizales, en menor proporción. Sin embargo, a partir de 1993, el matorral registró una pérdida significativa de su superficie; por su parte, los cultivos y pastizales experimentaron un incremento de 70 % y 115 %, respectivamente; de igual manera otras coberturas, que incluyen asentamientos humanos, aumentaron en 94 %. Para 2000 y 2011 se observó el mismo patrón para los matorrales y cultivos, con cambios en menor extensión; destacan los pastizales, los cuales aumentaron su superficie. El análisis de los cambios de cobertura, mediante la prueba de Kruskal-Wallis mostró que los matorrales, cultivos, pastizales y otros presentaron cambios significativos a lo largo del periodo entre 1976 y 2011.

Figura 2 Usos de suelo y vegetación de la Región Hidrológica Prioritaria Núm. 53 Río San Juan y Río Pesquería, Nuevo León (1976, 1993, 2000 y 2011). 

Dinámica de cambio de uso de suelo

Análisis de pérdidas y ganancias

De manera general, durante todos los periodos analizados (1976-1993, 1993-2000 y 2000-2011), la cobertura de los matorrales fue la más afectada (Figura 3), al registrar pérdidas para cada uno de ellos, lo que acentúa el proceso de degradación ambiental, con tasas de deforestación de 0.33 % anual y que ha propiciado la desertificación con efectos a nivel nacional (^{Semarnat, 2013}). El patrón de perdida de matorrales está aunado al incremento de pastizales y cultivos derivados de actividades antrópicas (^{Lambin, 1994}; ^{Rosete et al., 2008}; ^{Challenger y Dirzo, 2009}; ^{Pineda et al., 2009}; ^{Pérez et al., 2012}); de acuerdo a ^{Vela y Lozano (2010)}, para 2030 se proyectan aumentos de pastizales de 10 % y cultivos 5 % en la región noreste del país.

Figura 3 Cambios de cobertura en términos de ganancias y pérdidas: a) 1976-1993; b) 1993-2000 y c) 2000-2011, expresado en porcentaje relativo al área total de la Región Hidrológica Prioritaria Núm.53. 

La tendencia de expansión de los terrenos dedicados a la ganadería (pastizales) y la agricultura (cultivos) resulta ser un factor importante de deterioro ambiental, ya que se registraron cambios en el intervalo de 5 % y 14 %, respectivamente, en diversos estudios a nivel regional y nacional durante el periodo 1993-2000 (^{Vela et al., 2007a}; ^{Semarnat, 2013}); lo que se refleja en el informe publicado por ^{Sagarpa (2001)}, en el que estos terrenos ocupaban, aproximadamente, 57 % del territorio nacional.

A pesar de la tendencia generalizada de pérdida de cobertura de matorral, se han consignado aumentos en el mismo debido al abandono de zonas agrícolas, lo que conlleva a la recuperación de este tipo de vegetación (^{López et al., 2006}; ^{Rosete et al., 2008}; ^{Valenzuela et al., 2012}).

Transiciones del cambio de uso de suelo

A partir del análisis de transición entre categorías se observó que, particularmente, para el periodo comprendido entre 1976 a 1993 (Figura 4a), la principal transición de índole sistemática fue la de matorrales a cultivos y pastizales; otra transición que tuvo una probabilidad alta fue la de pastizales a cultivos (0.19); sin embargo, esta transición se consideró como aleatoria. Además, se registró el cambio de pastizales tanto a matorrales (0.22) como a cultivos (0.19), lo que representa una gran tendencia de modificación hacia estos usos de suelo desde los pastizales), transiciones que se consideraron producto de un cambio aleatorio debido a su representatividad en el área; y es similar a la señalada por ^{Masera et al. (1997}.

El eje vertical indica la categoría de origen y las barras la probabilidad de permanencia o de cambio hacia otra categoría.

Figura 4 Probabilidad de Cambio/Permanencia de Uso de Suelo: a) 1976-1993; b) 1993-2000 y c) 2000-2011.  

De 1993 a 2000 (Figura 4b), el cambio de cobertura más drástico en extensión ocurrió en la transformación de cultivos y matorrales a pastizales, lo que dio lugar a transiciones de carácter sistemático. Para el periodo de 2000 a 2011 (Figura 4c) se mantuvo la tendencia respecto a la sustitución de matorrales y pastizales por cultivos, semejante a la registrada para el periodo de 1990 a 2010 (^{Velázquez et al., 2002}; ^{Mas et al., 2004}; ^{Pérez et al., 2012}; ^{Monroy, 2013}).

Un factor decisivo en las trayectorias del cambio en la cobertura de la Región Hidrológica Prioritaria Núm. 53 es su localización en una zona en la que se concentra gran parte de la población del estado, la cual presentó cambios significativos de 1970 (1 694 000 habitantes) a 1995 (3 550 000) y 4 653 458 en 2010 (^{INEGI, 1970}; ^{INEGI, 1995}; ^{INEGI, 2010}). Este aumento ha resultado en una mayor demanda de terrenos para satisfacer las necesidades productivas y de consumo de la población; lo que, a su vez, ha propiciado la degradación de las coberturas de vegetación nativa (matorrales y pastizales), así como la presencia de áreas con vegetación secundaria (^{Vela et al., 2007c}); debido a que las tierras dedicadas a la producción de ganado han soportado un número de animales que exceden el coeficiente de agostadero permisible (^{Vela et al., 2007a}, ^{Vela et al., 2007b}; ^{Semarnat, 2013},) y al aprovechamiento de recursos maderables con fines comerciales y de uso local (^{Ortega, 2011});

Tasa de cambio de uso de suelo

Las tasas de cambio de uso del suelo entre 1976 y 1993 son mayores que las registradas entre 1993 y 2000 para casi todas las coberturas, excepto en los pastizales y otros tipos de vegetación (Figura 5), lo que refleja un escenario que sigue la tendencia que indica ^{Semarnat (2013)}. Para el periodo 2000-2011 destaca el incremento de otras coberturas, que incluyen asentamientos humanos, así como cuerpos de agua, los cuales, debido a diversos eventos meteorológicos, alcanzaron sus niveles máximos extraordinarios en 2003 de acuerdo a los registros de ^{Conagua (2009)}, lo que impactó a la vegetación que en años previos estaba dentro de los límites del vaso.

De manera particular, para el periodo 1976-1993 sobresalen los cultivos, pastizales y otras coberturas con tasas de cambio positivas. Entre 1993 y 2000 las tasas de aumento más significativas fueron las de los pastizales y otras coberturas, que contrasta con los registros de ^{Pérez et al. (2012)} para los pastos, cuya tasa negativa de -1.2 %; sin embargo, en dicho periodo tanto los matorrales como los bosques tuvieron tasas de cambio negativas por arriba de la registrada a nivel regional (-0.1 %) (^{Pérez et al., 2012}) y nacional (-0.33 y -0.52) (^{Velázquez et al., 2002}; ^{Mas et al., 2004}).

De 2000 a 2011, la tasa de cambio positiva con mayor magnitud fue la de otras coberturas, pastizales y otros tipos de vegetación. El uso de suelo con mayor tasa de pérdida correspondió a los matorrales, con 0.6 % anual.

Figura 5 Tasa de cambio (% anual) de Uso de Suelo en los periodos 1976-1993, 1993-2000 y 2000-2011. 

La dinámica de cambios de cobertura que ha mostrado la Región Hidrológica Prioritaria Núm. 53 conduce a diversas consecuencias en los ecosistemas, las más importantes corresponden a las modificaciones en la estructura del sistema hídrico y socioeconómico a nivel de cuencas (^{Monroy, 2013}; ^{Khadka, 2014}). Esto repercute en la capacidad de bienes y servicios que se proveen y la pérdida de diversidad biológica en distintos grupos taxonómicos (^{Martínez et al., 2009}; ^{Newbold et al., 2014}).

Otro problema derivado de la dinámica del uso del suelo es la sobreexplotación del recurso hídrico (^{Arriaga et al., 2002}; ^{Esquivel, 2012}). Las subcuencas de la zona tienen un déficit en la disponibilidad del agua superficial, debido a que está comprometida para los distritos de riego dentro de la cuenca y aguas abajo (^{Návar y Rodríguez, 2002}; ^{Ortega, 2011}); asímismo, el reemplazo de coberturas con vegetación densa, como pastizales y matorrales, favorece cambios en la disponibilidad de aguas subterráneas (^{Mendoza et al., 2010}). Por otra parte, se registró un incremento en las descargas a los afluentes por los diversos sectores productivos (^{Monroy, 2013}).

En cuanto al cambio climático, de acuerdo a una proyección para el año 2080, en el estado de Nuevo León, se presentará un déficit de precipitación y un aumento de la temperatura de hasta 3 °C (^{Cabral et al., 2010}), lo cual implica posibles impactos a los bosques, matorrales y cultivos, principalmente; además, podría agudizar dichas tendencias.