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Introducción
La importancia de la restauración ecológica se deriva de la existencia generalizada de distintas formas de degradación de los recursos naturales y las condiciones ambientales, que se manifiesta en la pérdida de vegetación y suelo, aguas contaminadas; contaminación atmosférica; pérdida de recursos genéticos; destrucción de partes vitales de hábitat; cambios climáticos, geológicos y evolutivos (Gálvez, 2002). La restauración ecológica intenta dirigir el sistema por una ruta de estadios sucesivos que recupere la composición de especies y las interrelaciones que tenía la comunidad original en un tiempo relativamente corto (Martínez-Romero, 1996). El proceso de restauración ecológica se puede dividir en niveles o etapas según el estado del área que se va a intervenir, el objetivo y el resultado final del proyecto (Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial, 2003).
Una de las primeras acciones a realizar en un proyecto de restauración ecológica es identificar el ecosistema que servirá de referencia para guiar el proceso de restauración, por ejemplo, un ecosistema menos alterado lo más similar posible al ecosistema original del sitio a restaurar, en donde puedan encontrarse los rasgos funcionales y estructurales que se quieran reconstruir (MAVDT, 2003; Society for Ecological Restoration, 2004). El modelo de referencia también puede consistir en descripciones de estos ecosistemas o de las expresiones ecológicas sobresalientes que se desean al restaurar un ecosistema (Clewell y Aronson, 2007).
Un ecosistema de referencia puede servir de modelo para la planificación de un proyecto de restauración ecológica y posteriormente, servir en la evaluación de ese proyecto, pues se espera que con el tiempo el ecosistema restaurado emule los atributos de la referencia, y se desarrollen las metas y estrategias del proyecto de acuerdo con esas expectativas (SER, 2004). Además, la elección de la referencia depende del estado sucesional del área tratada, por lo que es indispensable que el referente se encuentre bajo condiciones ambientales similares como la altitud, pendiente, u orientación (MAVDT, 2003). Por lo tanto, el contenido y la calidad de la referencia puede variar ampliamente entre los proyectos, dependiendo de la disponibilidad de información y sitios en los que se puede desarrollar (Clewell y Aronson, 2007).
¿Dónde actuar primero? es la pregunta clave sobre la restauración y conservación de la naturaleza a causa de la limitación de los recursos financieros. Por tanto, la restauración debería centrarse en áreas con mayor riesgo de degradación y que produzcan los mayores beneficios ambientales. Desafortunadamente, el establecimiento de prioridades ha recibido poca atención en el contexto específico de la restauración ecológica (Geneletti, Orsi, Lanni y Newton, 2011); por lo que usualmente no se cuenta con estrategias para priorizar los esfuerzos de restauración. Muchos de estos trabajos se ubican en pocos sitios específicos por la escasez de recursos económicos disponibles; de manera que, es importante llevar a cabo la identificación de sitios prioritarios en los que la restauración favorezca los mayores beneficios ambientales (Echeverría et al., 2010).
La elección de los sitios destinados a restauración ecológica, es una decisión que debe tomarse en conjunto con los criterios y preferencias de los propietarios y con la opinión de expertos. Esta debe justificarse en una priorización técnica, basada en las necesidades de la comunidad y en criterios de estrategias globales de conservación o en las políticas de gestión de autoridades públicas (MAVDT, 2003; Geneletti et al., 2011). La naturaleza del problema de tipo espacial hace necesario el uso de los Sistemas de Información Geográfica (SIG) para manejar de manera sencilla los datos georeferenciados (Geneletti et al., 2011). Los SIG integrados con técnicas de evaluación multicriterio pueden asistir, o bien constituirse en una importante herramienta para procesos de planificación y priorización. Esta combinación de técnicas es uno de los métodos utilizados para la determinación de áreas prioritarias, siendo una herramienta de apoyo para la descripción, evaluación, ordenación, jerarquización y selección de alternativas o cursos de acción (Gómez y Barredo, 2005; Olivas, Valdez, Aldrete, González y Vera, 2007).
En la Sierra Norte de Puebla, en particular en algunas partes de los municipios de Chignahuapan y Zacatlán, los recursos naturales han sido degradados; por ejemplo, se ha estimado que hay 7779 ha con problemas de degradación en Chignahuapan y 15 072 ha en el municipio de Zacatlán (Avalos y Baca, 2007). Debido a esto, los objetivos del presente estudio son identificar las áreas con necesidad de ser restauradas y asignarles un nivel de prioridad de atención en los municipios de Chignahuapan y Zacatlán usando una técnica de análisis multicriterio; así como, la identificación de las áreas de referencia mediante teledetección que servirán en futuros trabajos de restauración caracterizados como prioritarios.
Materiales y métodos
Localización del área de estudio
El estudio se realizó en los municipios de Chignahuapan y Zacatlán localizados en el occidente de la Sierra Norte de Puebla (Fig. 1) con una superficie de 124 956 ha (Centro Nacional de Desarrollo Municipal, 1999). Predominan seis tipos de clima, todos catalogados como templados y fríos con humedad clasificada de media y mayor. La zona forma parte del Eje Neovolcánico, con una altitud de 2400 m hasta los 2800 m, en cadenas de cerros bien definidos en el sur y al oriente de la vertiente. Las principales actividades económicas en la zona de estudio son la agricultura y la silvicultura, donde el bosque de coníferas ocupa aproximadamente 43% de la superficie total (Avalos y Baca, 2007).
Base de datos cartográfica
Se recopiló la información cartográfica de la zona de estudio publicada por el INEGI y Conabio escala 1:250 000, la cual se homogeneizó a la proyección Universal de Mercator (UTM) zona 14 y Datum WGS84 (1984), para realizar el modelado cartográfico. También se utilizó un modelo de elevación digital a 30 m (Chávez, 2014) y dos imágenes de satélite Landsat 5 TM del año 2011.
Proceso Analítico Jerarquizado (PAJ)
La identificación de áreas prioritarias con necesidad de restauración, se realizó mediante la técnica de evaluación multicriterio denominada Proceso Analítico Jerarquizado desarrollado (PAJ) por Saaty (Gómez y Barredo, 2005). Este método conduce a los tomadores de decisiones a analizar una decisión en partes, iniciando por definir el objetivo principal (jerarquía 1), los criterios (jerarquía 2), los subcriterios (jerarquía 3) y finalizando por las alternativas (jerarquía n), lo que corresponde al primer paso del proceso. Mediante el proceso PAJ se consideraron criterios basados en factores que causan algún tipo de degradación en los ecosistemas los cuáles fueron consensuados por 21 expertos en el tema de restauración mediante una encuesta. Los criterios seleccionados fueron: clima (precipitación), suelo (textura, profundidad, nivel de erosión, permeabilidad y humedad del suelo), topografía (pendiente), cobertura vegetal (uso del suelo, presencia de vegetación secundaria y vegetación densa) y perturbación (cercanía a caminos y localidades) (Fig. 2).
Pp: precipitación; Tex: textura; Prof: Profundidad; Eros: erosión; Perm: Permeabilidad; Hum: Humedad; Pen: pendiente; C.vegetal: cobertura vegetal; V.Sec: Vegetación secundaria; V.den: Vegetación densa; Loc: localidades; Cam: caminos.
Figura 2: Organización jerárquica de los criterios considerados para obtener las áreas prioritarias a restaurar.
Una vez jerarquizado el problema se utilizan técnicas de comparación pareada dentro de cada jerarquía, con la finalidad de hacer juicios simples a través de la jerarquía utilizando la escala fundamental (Tabla 1), y de esta manera llegar a las prioridades globales de dichas alternativas. En un problema de decisión de tipo espacial, las alternativas son representadas en una base de datos SIG, donde cada capa, o mapa, contiene los valores de los atributos asignados a las alternativas y cada alternativa se relaciona con los atributos del nivel superior (Malczewski, 1999).
Estandarización de criterios
Los mapas de criterios poseen diferentes escalas de medida; el PAJ requiere que los valores de estos sean transformados a unidades comparables para poder correr el modelado cartográfico (Malczewski, 1999). Este procedimiento se realizó estableciendo la prioridad relativa de cada uno de los rangos que comprendía cada criterio, se definieron cinco niveles de prioridad (S1, S2, S3, N1 y N2), donde S1 representa la máxima prioridad y N2 la prioridad nula (Tabla 2). Después de determinada la importancia relativa, se crearon matrices de comparación pareada y mediante el valor máximo (se divide cada valor por el máximo valor), se obtuvieron los valores estandarizados de los subcriterios (Tabla 3).
Tabla 2 Clasificación de valores para estandarizar los subcriterios para determinar la prioridad de restauración.
Obtención de los pesos (W)
La importancia relativa (W) de los subcriterios, se obtuvo mediante la opinión de 21 expertos en el tema de restauración ecológica de México, España, Paraguay y Venezuela. Los pesos de las matrices construidas por cada experto, así como su consistencia, se calcularon con el módulo Weight del programa IDRISI Selva. Para determinar la importancia relativa (W) de cada criterio se promediaron los resultados de las matrices que resultaron consistentes. La consistencia es el grado de coherencia lógica entre las comparaciones pareadas (Fondo Mexicano para Conservación de la Naturaleza, 2009) y se calculó para asegurar que las respuestas de las matrices fuera lo más objetiva posible, valores de consistencia menores o igual a 0.10 son considerados aceptables (Gómez y Barredo, 2005).
Generación del mapa de áreas prioritarias para restauración ecológica
Se diseñó un modelo cartográfico para crear el mapa de áreas prioritarias para restauración ecológica (Fig. 3), el cual se implementó en el programa IDRISI Selva mediante el módulo Macro Modeler. En el modelo se incluyen restricciones al objetivo como las zonas urbanas, carreteras pavimentadas, caminos de terracería, cuerpos y corrientes de agua. Se crearon mapas booleanos con cada una de las restricciones, en donde a las áreas consideradas restricciones se les asignó el valor de 0 y a las áreas consideradas dentro del análisis se les asignó el valor 1. Del mapa de áreas prioritarias para restauración ecológica, se eligieron 98 puntos al azar, se consideraron 20 puntos por prioridad de atención para realizar la verificación en campo (Chuvieco, 2008).
Prof: Profundidad; Eros: erosión; Perm: Permeabilidad; Ero: erosión; Hum: Humedad; Pen: pendiente; Cob: cobertura vegetal; VSec: Vegetación secundaria; Vden: Vegetación densa; Loc: localidades; Cam: caminos; Topo: topografía; Cober: cobertura.
Figura 3 Modelo cartográfico para generar el mapa de áreas prioritarias para restauración ecológica.
Identificación de los sitios de referencia potenciales
La identificación de los sitios de referencia potenciales en la zona de estudio se realizó mediante una clasificación supervisada de dos imágenes de satélite multiespectrales Landsat 5 TM (path y row 25-46 y 26-46), tomadas en el mes de abril del año 2011, a las cuáles se les realizaron correcciones radiométricas, atmosféricas y topográficas, con apoyo del programa IDRISI Selva.
Los sitios de entrenamiento se determinaron a través de salidas de campo, por lo que se georreferenciaron 145 puntos de las cuatro clases determinadas (bosque, zonas de uso agropecuario, áreas desprovistas de vegetación [incluye las áreas urbanas] y cuerpos de agua) (Gil, García, Ponvert-Delisles, Sánchez y Vega, 2003). Con los sitios de entrenamiento se generaron las firmas espectrales con el módulo Makesig del programa IDRISI. La clasificación se ejecutó con el método Fisher (Discriminación linear) en el programa IDIRISI Selva, después se eliminaron los pixeles aislados y se generalizó la imagen clasificada aplicando un filtro de modo (Eastman, 2012).
La validez de la clasificación se realizó mediante una "matriz de confusión", de la cual se obtuvo la fiabilidad global de la imagen clasificada y el índice Kappa (Chuvieco, 2008). La verificación en campo, se llevó a cabo bajo un diseño aleatorio simple con 110 puntos de muestreo, aproximadamente 27 por clase temática. Con la clase temática determinada como bosque, se realizó un mapa booleano y se eliminaron las áreas con algún tipo de perturbación, como las áreas bajo algún tipo de aprovechamiento y zonas donde hay trabajos de conservación y restauración de suelos. La información se obtuvo de la Comisión Nacional Forestal (2010, 2011 y 2012), quedando presumiblemente las áreas con vegetación con menor perturbación mediante álgebra de mapas.
Resultados y discusión
Una fase crucial del PAJ es la asignación de pesos a los subcriterios, de las 21 encuestas aplicadas a expertos, únicamente 14 criterios resultaron consistentes. La opinión de los expertos fue variable, existiendo diferencias de hasta 0.73 entre valores máximos y mínimos (escala es de 0 a 1), por tanto, se utilizaron los promedios de los vectores calculados de las matrices consistentes. De tal manera que fue factible aplicar la técnica apropiadamente con los pesos asignados a cada criterio y subcriterio (Tabla 4).
La prioridad de restauración dominante es la prioridad baja (56%) y se encuentra principalmente en las áreas boscosas destinadas a la silvicultura (Fig. 4). En segundo lugar, las áreas sin prioridad que ocupan 21% de la superficie (Tabla 5) con presencia de vegetación boscosa densa. En ambas categorías se concentran aproximadamente tres cuartas partes de la superficie de la región Chignahuapan-Zacatlán.
Fuente: Elaboración propia.
Figura 4 Distribución de las áreas con necesidad de ser restauradas clasificadas por orden de prioridad en Chignahuapan y Zacatlán.
Tabla 5: Superficie ocupada por prioridad de restauración en los municipios de Chignahuapan y Zacatlán, Puebla.
1. Superficie total de Chignahuapan, 76 023 ha
2. Superficie total de Zacatlán, 48 933 ha
3. Superficie total del área de estudio de 124 956 ha
La prioridad de restauración media concentró 14% de área de estudio caracterizándose por ser áreas destinadas a la agricultura y ganadería y en algunos casos con problemas de erosión. Mientras que la prioridad alta y máxima agrupó únicamente 4% de la superficie principalmente en la parte noreste y central en áreas que en algún momento fueron usadas para actividades agropecuarias. A pesar de ser un área de menor proporción, debido a las características de pendiente alta o descubiertas de vegetación, requieren atención en el corto plazo para evitar un proceso de deterioro mayor. La ventaja de usar la evaluación multicriterio es que proporciona una herramienta de manejo para la determinación de sitios prioritarios con diferentes fines de manera fácil y precisa (Echeverría et al., 2010; Bojórquez-Tapia et al., 2004; Cipollini, Maruyama y Zimmerman, 2005).
Cabe señalar que en la verificación de campo se obtuvo 75% de certeza. Los resultados obtenidos se consideran aceptables, sin embargo, podrían obtenerse mejores resultados si se anexaran más criterios al estudio y se manejara una escala más grande, para lo cual se tendría que generar la cartografía de la zona de estudio. Otro punto, que podría mejorar los resultados sería incluir la opinión de personas que habitan en la zona de estudio, ya que ellas conocen mejor las condiciones biofísicas del área y su comportamiento a lo largo del tiempo.
Al identificar los sitios de referencia, la clasificación supervisada indicó 46% para la categoría de bosque, 42% para las áreas con uso agrícola y pecuario, y 11.5% para las áreas sin vegetación aparente y áreas con uso urbano. La exactitud global del proceso de clasificación es de 79%, de acuerdo con lo obtenido en la matriz de confusión (Tabla 6), considerándose aceptable para imágenes Landsat (Chuvieco, 2008); así mismo se obtuvo un valor de 0.67 de Índice Kappa, que de acuerdo con Landis y Koch (1977), es considerado como bueno. En el caso particular de la categoría Bosque -objetivo de la investigación- se tienen valores altos en la confiabilidad (> 84%); lo cual indica que la cobertura de bosque se ha clasificado de manera correcta y el error se disminuye en gran medida.
Tabla 6: Matriz de confusión resultante de la clasificación supervisada.
Exactitud global = 79; Índice Kappa = 0.67
Fuente: Elaboración propia
* Los números del 1 al 4 hacen referencia a las categorías de clasificación: 1. Bosque; 2. Cuerpo de agua; 3. Áreas sin vegetación aparente y 4. Áreas de uso agropecuario.
Una vez eliminadas las áreas con algún tipo de perturbación, las zonas con potencial para fungir como sitios de referencia se estimaron en aproximadamente 4753 ha (Fig. 5), de las cuáles 3637 ha corresponden al municipio de Zacatlán y 1115 ha al municipio de Chignahuapan. Al sobreponer el mapa de sitios de referencia con el mapa de áreas prioritarias para restauración ecológica, se vuelve de mayor importancia ya que facilita la ubicación de las posibles áreas que servirán como bosques o sitios de referencia más cercanas al sitio de restauración (Moore, Covington y Fulé, 1999).
Conclusiones
La mayor parte de la región Chignahuapan-Zacatlán (79%) se calificó con alguna prioridad de restauración y solamente 21% se consideró como de nula prioridad. En la región, solo una pequeña porción del total (4%) correspondió a prioridades alta y máxima y aunque es poca la superficie, esta debe atenderse de manera prioritaria para evitar un mayor deterioro en el corto o mediano plazo. Por otro lado, en la región se detectó 8% de la superficie boscosa con potencial para fungir como sitios de referencia para la restauración. Dada la capacidad que tiene para combinar múltiples criterios de decisión, incorporar los juicios y opiniones de las diferentes partes interesadas, así como tratar información espacial, el Proceso Analítico Jerarquizado se adecuó en la identificación de áreas potenciales prioritarias para restauración ecológica y para la priorización de actividades.
