Área de estudio

El estudio se realizó en el límite de influencia urbana de la ciudad de Villahermosa (92° 55’ O y 17° 59’ N), que tiene una superficie de 20,655 ha y se ubica en la parte baja de la zona de drenaje del río Grijalva. El río de La Sierra drena por el este y el Carrizal bordea el norte. La ciudad tiene una altura promedio de 10 m y un relieve mínimo dominado por zonas bajas inundables y algunos lomeríos en la zona Este (^{CONAGUA, 2012}).

Construcción de la base de datos

Las capas temáticas de uso del suelo se crearon en formato vectorial de 1984, 2000 y 2008 (1: 75,000, 1: 20,000, 1: 10,000), digitalizadas a partir de fotografías aéreas en blanco y negro mediante el software ArcGis® 10.2.2 (^{Environmental Systems Research Institute [ESRI], 2016}). Para corregir inconsistencias en el tamaño del pixel, se realizó una transformación por medio de restitución cartográfica (RMS < 0.5, WGS 84), tomando como base la imagen de 2008 y empleando el software PCI Geomatics® V9.1 (PCI Geomatics Enterprises, 2003). Se establecieron siete categorías de uso del suelo: 1) vegetación arbórea, 2) humedales, 3) pastizal, 4) terrenos baldíos, 5) industrial, 6) carreteras y 7) urbano. A la par de la digitalización se realizó un trabajo de campo para verificar las clases definidas.

Análisis del cambio de uso del suelo

El análisis multitemporal se realizó mediante el modelador de cambio de uso del suelo (Land Change Modeler for Ecological Sustainability) y el módulo CrossTab del software IDRISI Selva®, generando una matriz de tabulación cruzada (^{Eastman, 2012}). Los periodos considerados abarcaron de 1984 a 2000 y de 2000 a 2008. Las matrices resultantes se validaron con el estadístico Kappa (K) = 0.8963 (1984-2000) y Kappa (K) = 0.9033 (2000-2008), cercanas a 1.0000, generando un análisis confiable de la dinámica espacial. Los resultados incluyen el resumen de las matrices que muestra la superficie de cada categoría en comparación con otras, en términos de ganancias, pérdidas y contribuciones entre categorías (^{Eastman, 2012}).

Tasas de cambio

Las tasas de cambio de uso del suelo se calcularon mediante la fórmula de ^{Palacio-Prieto et al. (2004)}:

Td = [(S2 / S1) (1 / n) -1] * 100

Proyección del cambio de uso del suelo (2030)

Las probabilidades y escenarios espaciales del cambio de uso del suelo se proyectaron con las técnicas combinadas de los modelos de transición: cadenas de Markov y autómatas celulares. Las cadenas de Markov se utilizaron para calcular la probabilidad de cambio de un pixel a otro y generar una matriz de probabilidad de transición y otra de áreas de transición (^{Eastman, 2012}; ^{Reynoso-Santos et al., 2016}). Para este cálculo se emplearon los mapas de uso de suelo de 1984 (Figura 1) y de 2008 (Figura 2), y se ejecutó el módulo MARKOV del software IDRISI Selva®, considerando un intervalo de 22 años (2030). El resultado fue una matriz de probabilidad de transición y una matriz de áreas de transición, con una colección de mapas que representan las áreas de transición para las siete categorías de uso del suelo en 2030.

Figura 1 Mapa de uso de suelo de la ciudad de Villahermosa, Tabasco (1984). Escala 1:10,000. 

Figura 2 Mapa de uso de suelo de la ciudad de Villahermosa, Tabasco (2008). Escala 1:10,000. 

Posteriormente, el mapa de 2008 (Figura 2), la matriz de transición y la colección de mapas de áreas de transición del año 2030, generados con MARKOV, se emplearon como variables para ejecutar el módulo de autómatas celulares (CA-MARKOV) del software IDRISI Selva® (^{Eastman, 2012}; ^{Reynoso-Santos et al., 2016}), para generar el mapa de 2030 (Figura 3). La idoneidad del modelo se evaluó a través de una comparación de similitud entre la imagen de 2008 y el mapa proyectado de 2030, empleando el módulo VALIDATE. El estadístico Kappa señaló que K Estándar = 0.9081, Kno = 0.9488 y Klocalition = 0.9630 fueron cercanas a 1.0000; mostrando precisión para la construcción de escenarios. Ambas imágenes se cruzaron en los módulos Land Change Modeler y CrossTab, para obtener las matrices de cambio; de este modo se calcularon la ganancia, pérdida y contribución entre coberturas para el mapa de 2008 y el escenario 2030.

Figura 3 Mapa de uso de suelos de la ciudad de Villahermosa (proyección 2030). Escala 1:10,000. 

Análisis de cambios 1984-2000-2008

El Cuadro 1 reporta las superficies de uso de suelo y las tasas de cambio por periodo analizado. El uso del suelo en 1984 se distribuía de la siguiente manera: 44.5 % de la superficie lo ocupaba el pastizal, en tanto que a la vegetación arbórea y a los humedales les correspondía 28.6 y 12.3 %, respectivamente. Por el contrario, la zona urbana ocupaba 10.6 % del territorio. La Figura 1 muestra el mapa de uso de suelo en Villahermosa del año en cuestión, en el cual se observa que la mayor parte de la vegetación arbórea estaba próxima a los ecosistemas acuáticos en zonas no urbanizadas.

En el primer periodo de análisis (1984-2000), la vegetación arbórea perdió 2,384 ha con una elevada tasa de cambio de -3.18 %; en el caso de los humedales fueron 76 ha con una tasa de cambio de -0.19 %. En contraste, el área de pastizal y la zona urbana aumentaron 1,507 y 942 ha, con tasas de cambio de 0.95 y 2.27 %, respectivamente. ^{Sánchez-Munguía (2005)} determinó que, en Tabasco, del año 1950 al 2000, se habían perdido alrededor de 83,518 ha de humedales a un ritmo de 3,341 ha∙año-1 y que en Villahermosa, el avance urbano de 2,296 ha entre 1990 y 2000 invadió lagunas y pantanos, y se eliminaron popales y tulares que funcionaban como vasos reguladores

En el periodo 2000-2008, la pérdida de áreas de vegetación arbórea (1,624 ha) y de humedales (213 ha) incrementó en comparación con el periodo anterior, con amplias tasas de cambio (-7.45 y -1.13 %, respectivamente), mientras que el pastizal (540 ha) y la zona urbana (1,334 ha) continuaron ocupando más áreas, con tasas de cambio de 0.62 y 1.46 %, respectivamente (Cuadro 1).

Durante los 24 años (1984-2008), la vegetación arbórea y los humedales perdieron 4,008 y 289 ha, respectivamente. En cambio, el pastizal y la zona urbana aumentaron 2,047 y 2,276 ha (Cuadro 1), respectivamente, siendo los mayores impactos de las últimas tres décadas reflejados en su dinámica espacio-temporal. En el periodo 1984- 2008, la tasa de cambio de uso del suelo de la vegetación arbórea fue de -4.63 %, siendo mayor que lo registrado en la cuenca Grijalva-Usumacinta y el país. ^{Kolb y Galicia (2012)} observaron que la tasa de deforestación en la cuenca Grijalva-Usumacinta fue de 0.90 % durante 1993 y 2007, y los informes de la FAO (^{Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura, 2015}) reportaron tasas de deforestación en México de -0.3 % durante 1990 y 2015.

El análisis del cambio de uso del suelo demuestra que Villahermosa se está expandiendo de forma incontrolable ante un desarrollo sostenible deficiente; de ser una ciudad compacta se transformó en un perímetro sectorial y después en una urbe fragmentada, lo cual es común en las ciudades latinoamericanas (^{Bähr & Borsdorf, 2005}). La ciudad muestra un patrón de crecimiento asociado con la industrialización, reglamentos de uso del suelo, economía regional, movimientos de población, demanda de productos agrícolas y entorno político que dan control total al sector inmobiliario y los procesos socioculturales (^{Kolb et al., 2013}; ^{Linard, Tatem, & Gilbert, 2013}). El territorio también presenta la influencia del relieve, de la escasa pendiente y de las carreteras que facilitan el establecimiento de nuevos centros de población que demandan infraestructura urbana (^{Gutiérrez, Condeço- Melhorado, & Martín, 2010}; ^{Kolb et al., 2013}).

El Cuadro 2 reporta las pérdidas y ganancias de superficie de las siete categorías analizadas en los periodos 1984-2000 y 2000-2008. En el periodo 1984-2000, la vegetación arbórea ganó 0.08 % de su superficie, pero fue la categoría que más áreas aportó (3.65 %) a otros usos de suelo. Los pastizales y la zona urbana fueron las categorías que más área ganaron (3.31 y 1.44 %, respectivamente), aunque los primeros también perdieron 1.05 %, mientras que la segunda no registró pérdida. Del área total de los humedales, 0.18 % transitó a otros usos, mientras que las carreteras ganaron 0.03 % de su área. Entre 2000 y 2008, la presión sobre los humedales se intensificó, ya que su área disminuyó 0.74 %. Similarmente, la pérdida de pastizales (3.31 %) fue mayor, aunque se restituyó 2.26 % de su área. La vegetación arbórea perdió 2.61 %, mientras que otras categorías como la industrial, carreteras y urbana registraron un crecimiento en conjunto equivalente a 2.27 % de la superficie.

El Cuadro 3 muestra las contribuciones de superficie entre las siete categorías en los dos periodos evaluados. En el primer periodo (1984-2000), 38 ha de la vegetación arbórea se transformaron en humedales y 2,011 ha en pastizal. Asimismo, otras 306 ha de vegetación arbórea contribuyeron al crecimiento de la zona urbana, industrial y carreteras, y solo 29 ha se quedaron como terrenos baldíos. Si bien los humedales ganaron 38 ha de vegetación arbórea, cedieron 113 ha a los pastizales. Esta última categoría sumó otras 2,011 ha provenientes de la vegetación arbórea, pero perdió 528 ha por el crecimiento de la zona urbana, industrial y carreteras. La zona urbana requirió de 288 ha, 528 ha y 123 ha de vegetación arbórea, pastizal y terrenos baldíos, respectivamente. En el segundo periodo (2000-2008), la vegetación arbórea siguió aportando área al pastizal (1,252 ha) y a la zona urbana (424 ha), en cambio, debido a la reforestación, recuperó 77 ha provenientes de terrenos baldíos. La tendencia negativa de los humedales se mantuvo al contribuir con otras 212 ha al pastizal. Esta última categoría se expandió con 1,252 ha de vegetación arbórea, aunque se redujo 102 ha por el aumento de la zona industrial. En estos ocho años, 424 ha de vegetación arbórea, 762 ha de pastizal y 141 ha de terrenos baldíos fueron urbanizados.

En este estudio, la deforestación y la reducción drástica de los humedales fueron causados en primer lugar por la transición a pastizal de uso agropecuario y en segundo por la urbanización. Estos resultados coinciden con ^{Zavala et al. (2009)}, quienes detectaron que las actividades agropecuarias (60 %), sobre todo el pastizal para ganadería de bovinos, y las urbanas (9.1 %) fueron las dominantes en Villahermosa. En el mismo estudio, los autores señalaron que 74 % del paisaje fue transformado en los años 1984 y 2005 y que las áreas con vegetación arbórea y los humedales ocuparon 25.3 y 5.2 % del territorio urbano, respectivamente.

Entre 1940-1996 se perdió 95 % de selvas de Tabasco, debido al incremento de zonas para actividades agrícolas y pecuarias (^{Zavala & Castillo, 2007}). ^{Sánchez- Munguía (2005)} analizó el uso de suelo en Tabasco para el periodo 1950-2000 y reportó que el área de selvas distribuida en ejidos y propiedad privada era de 538,861 ha en 1950; 10 años después, el área de vegetación natural disminuyó a 453,411 ha; y en 1970 inició una deforestación acelerada que dejó 146,485 ha de selva, las cuales se redujeron a 71,387 ha en 1980 y 41,079 en 1990. Esta disminución significó que, en 40 años, las selvas pasaron de representar 21.7 % a 1.6 % de la superficie estatal. ^{Sánchez-Munguía (2005)} relacionó la deforestación del periodo 1950 a 1991 con el incremento del número de cabezas de ganado vacuno, que fue la actividad económica que sustituyó la exportación de plátano y otros productos agrícolas antes del boom petrolero (^{Allub & Michel, 1979}).

La tendencia de cambio de uso del suelo coincide con otros estudios (^{Kolb & Galicia, 2013}; ^{Perevochtchikova & Lezama, 2010}; ^{Sánchez-Munguía, 2005}; ^{Zavala & Castillo, 2007}; ^{Zavala et al., 2009}) en relación con la sustitución de las coberturas vegetación arbórea y humedales por pastizal y uso urbano; sin embargo, se detectan superficies y tasas de cambio diferentes debido a los periodos de análisis, métodos de evaluación y escalas de trabajo. ^{Velázquez et al. (2002)} señalaron que los enfoques empleados para el análisis del cambio de uso del suelo no son homogéneos y, por lo tanto, los resultados de diversos estudios son diferentes en categorías de mapeo y escalas de trabajo. Para comparar con mayor precisión y confiabilidad la dinámica de los diversos ecosistemas de México se resalta la necesidad de sistematizar los mecanismos de evaluación, predicción y seguimiento con bases de datos compatibles en categorías y escala de trabajo.

Aunque el modelador de cambio de uso del suelo detectó el crecimiento acelerado del pastizal de uso agropecuario ante la disminución de la vegetación arbórea y humedales, ^{Sánchez-Munguía (2005)} mencionó que en las últimas décadas se registró un notorio abandono de la actividad agropecuaria en el territorio, reflejado en el desplome de la matanza de cabezas de ganado en el frigorífico de Villahermosa. A pesar de la disminución de esta actividad, la transición de pastizal a vegetación arbórea por regeneración natural no se registró; en cambio, sólo se localizaron reducidas zonas reforestadas. La erosión de los suelos en la cuenca Grijalva-Usumacinta puede explicar la carencia de restauración natural, pues 47.64 % de su área registra pendientes de más de 8° (^{Sánchez- Hernández, Mendoza-Palacios, De la Cruz-Reyes, Mendoza-Martínez, & Ramos-Reyes, 2013}).

En Tabasco, los humedales se han deteriorado debido al incremento del pastizal, la infraestructura urbana y la construcción de zonas industriales y carreteras (^{Estrada, Barba, & Ramos, 2013}), a pesar de que tal cobertura es valorada por su carácter de regulador ambiental, amortiguamiento ante inundaciones, ecosistemas que albergan alta biodiversidad y hábitat para especies residentes y migratorias (^{Henny & Meutia, 2014}; ^{Hettiarachchi et al., 2014}). Con relación a la contaminación de los humedales, la descarga de productos químicos y el aporte de sedimentos derivados de los desarrollos urbanos han propiciado condiciones hipertróficas desde el inicio de la década de 1990 (^{Goñi-Arévalo, Hernández-Pérez, Toledo-Gómez, & Pérez, 1991}). Tales condiciones se han incrementado en Villahermosa (^{Hansen, Van Afferden, & Torres- Bejarano, 2007}; ^{Sánchez et al., 2012}) y en otras áreas urbanas y costeras de la cuenca (^{Salcedo, Sánchez, De la Lanza, Kamplicher, & Florido, 2012}).

Proyección de las probabilidades de cambios de uso de suelo (2030)

Para el año 2030, la sustitución de la vegetación arbórea por pastizales registró 0.52 de probabilidad, la cual fue seguida por 0.13 relacionado al crecimiento urbano (Cuadro 4). En este sentido, los humedales desaparecerán para transformarse en pastizales con una probabilidad de 0.11; sin embargo, los pastizales a su vez serán sustituidos por la zona urbana con un índice de probabilidad de 0.11 (Cuadro 4). Los terrenos baldíos tienen una probabilidad de 0.18 de transformarse en vegetación arbórea, por ser lugares adecuados para la reforestación; sin embargo, disminuirán por el crecimiento de la zona urbana (probabilidad de 0.45).

Con el modelo de los autómatas celulares se detectó que la vegetación arbórea y los humedales disminuirán 1,187 y 254 ha, respectivamente. En cambio, el pastizal aparentemente incrementará 1,114 ha, pues perderá 1,431 ha. La zona urbana seguirá acumulando área y sumará 6,137 ha en 2030 (Cuadro 5). Las contribuciones entre coberturas 2008-2030 (Cuadro 6) predijeron que la vegetación arbórea perderá 860 ha al ser sustituida por el pastizal; asimismo, 254 ha de humedales se transformarán en pastizal. De la misma manera, para su expansión inminente, la zona urbana invadirá 316 ha de vegetación arbórea y 1,252 ha de humedales.

El modelador del cambio de uso del suelo, las cadenas de Markov y los autómatas celulares detectaron con precisión la distribución de las coberturas naturales y usos artificiales, las probabilidades y la proyección espacial del cambio para el año 2030, generando información útil para la planificación ambiental de la ciudad de Villahermosa. ^{Jiménez-Moreno, González- Guillén, Escalona-Maurice, Valdez-Lazalde, y Aguirre- Salado (2011)} mencionaron que es imprescindible el empleo de uno o varios modelos de cambio de uso del suelo para que las autoridades y planificadores del suelo puedan comprender el alcance de los cambios registrados y los riesgos que ello implica. Además, los cambios registrados permiten identificar los factores que los están causando y, por lo mismo, son útiles para dar seguimiento al ordenamiento territorial.