Área de estudio

El campo petrolero Samaria (CPS) se ubica en el centro-sur de Tabasco, en una superficie de 8 052 ha, en los municipios de Cunduacán y de Centro (Figura 1). Tiene clima cálido húmedo con abundantes lluvias en verano, temperatura media anual de 25 °C y precipitación anual de 2 000 mm. Forma parte de la región fisiográfica Planicie Costera del Golfo y el paisaje geomorfológico de planicie fluvial, los ríos Samaria al norte y Carrizal al sur, han modelado diques naturales, llanuras de inundación y cubetas de decantación, sobre sedimentos aluviales del Cuaternario Holoceno, con alturas de 4 a 10 msnm. Prevalecen usos de pastizal, cultivos de plátano, cacao y maíz, vegetación secundaria, infraestructura petrolera y asentamientos humanos (^{Zavala-Cruz et al., 2003}).

Preparación de la base de datos geográfico

Se utilizaron fotografías aéreas de 1965 escala 1:30 000 del INEGI y una imagen satelital Sentinel-2 del año 2019 a una resolución de 10 m, proporcionado de la agencia espacial europea de la plataforma (https://scihub.copernicus.eu/dhus/#/home). Se utilizaron estos dos períodos porque 1965 es cuando inicio la actividad petrolera en el campo Samaría y 2019 por ser algo más actual. Los usos del suelo y las coberturas naturales se identificaron mediante fotointerpretación y digitalización de polígonos vectoriales a escala de observación en pantalla de 1:15 000, aplicando los criterios de tono, forma, tamaño y textura (^{Ramos-Reyes et al., 2016}).

Figura 1 Localización del campo petrolero Samaria, Tabasco. 

Se empleó un Datum WGS84-Proyección UTM zona 15N y el proceso de digitalización se realizó con el programa Arc GIS 10.5^®. La digitalización del vector de 1965 fue corroborada con información histórica del campo Samaria (^{Zavala-Cruz et al., 2003}) y la del vector de 2019 fue apoyada con una supervisión en campo y comparación con fuentes cartográficas de otros estudios realizados en Samaria y estudios sobre suelos de Tabasco (^{Zavala-Cruz et al., 2003}; ^{Zavala-Cruz et al., 2007}) y ubicación de sitios con equipo GPS.

Es primordial señalar que para asegurar que fuera equivalente el cruce de las categorías de uso del suelo y coberturas con las imágenes en Land Change Modeler y el cruce de tablas con CrossTab, se decidió unificar la metodología de clasificación con una reclasificación con el comando Reclassify de Arc GIS 10.5^®, obteniendo: 1) humedales (ríos, lagunas y pantanos); 2) arbórea (selva mediana y vegetación riparía); 3) agrícola (cultivos); 4) pecuario (pastizales con diferentes niveles de manejo y en asociación con matorrales y zarzales sujetos a inundación temporal); y 5) infraestructura petrolera.

Los vectores reclasificados (1965 y 2019) fueron transformados a formato raster con un tamaño de pixel de 20 m incluyendo 370 columnas y 252 renglones con el comando Polygon to Raster de ArcToolbox, dentro del programa Arc Gis 10.5^®, esta reducción de pixeles facilita que los modelos de análisis espacial programa IDRISI TerrSet^® puedan ejecutarse con mayor rapidez sin afectar los valores espaciales obtenidos en la digitalización de vectores en Arc Gis. Posteriormente los dos archivos raster (1965 y 2019) fueron exportados a formato TIF para facilitar la exportación de los dos archivos al programa IDRISI TerrSet^® empleando el comando GeoTIFF/Tiff to Idrisi y posteriormente ser utilizados para el cruce de imágenes con Land Change Modeler y también para el cruce de tablas con CrossTab.

Modelación del cambio de uso del suelo 1965-2019 (LCM)

El análisis del cambio de uso del suelo se llevó a cabo con Land Change Modeler (LCM) de IDRISI Selva^®. Este módulo se fundamenta en el análisis de dos fechas mediante una matriz de tabulación cruzada que consiste en una tabla con arreglos simétricos (Comando CrossTab) (Cuadro 1), el cual permite encontrar para cada categoría de uso del suelo y coberturas, las ganancias y las pérdidas, el cambio neto y contribuciones entre categorías experimentado entre dos momentos temporales (Cuadro 1).

Asimismo, facilita valorar el cambio total tomando como referencia las persistencias y así evaluar cuáles fueron las transiciones de un estado de la superficie terrestre a otro (^{Pineda-Jaimes et al., 2009}; Pontius et al., 2012). En dicha matriz las filas representan las categorías del mapa en el tiempo 1 (T1) y las columnas las categorías del mapa en el tiempo 2 (T2). Asimismo, la diagonal principal muestra las persistencias entre el T1 y T2, mientras que los elementos fuera de la diagonal principal dan cuenta de las transiciones ocurridas entre el T1 y T2 para cada categoría.

En la fila 6 se recoge el total ocupado por cada categoría en el T2 (P+j), mientras que en la columna 6 se recoge el total de cada categoría en el tiempo T1 (Pi+). La fila 7 muestra la ganancia que tuvo cada categoría entre el T1 y T2 y la columna 7 la pérdida que tuvo cada categoría entre el T1 y T2 (^{Pontius et al., 2004}; ^{Pineda-Jaimes et al., 2009}). Una vez obtenida la matriz de tabulación cruzada, se calcularon los siguientes parámetros para el análisis de los cambios de ocupación del suelo (^{Pontius et al., 2004}; ^{Pineda-Jaimes et al., 2009}): las ganancias, expresadas como la diferencia de la suma total de la fila 6 y los valores de la diagonal principal; es decir, Gij = P+j - Pjj; las pérdidas, expresadas como la diferencia de la suma total de la columna 6 y los valores de la diagonal principal; es decir, Lij = Pj+ - Pjj.

El cambio neto, expresado como el valor absoluto de la diferencia de las pérdidas y las ganancias de cada categoría Dj= |Lij - Gij|; las transiciones, expresadas como el doble del valor mínimo de las ganancias o las pérdidas; es decir, Sj= 2 x MIN (Pj+ - Pjj, Pj+ - Pjj). Con el módulo land change modeler (LCM) se generó la matriz de tabulación cruzada (CrossTab) entre los mapas de uso del suelo y coberturas de 1965 y 2019 (Figura 2). Las imágenes de 1965 y 2019 fueron cruzados con el módulo LCM y Crosstab para obtener una matriz de probabilidades de cambio validada.

El módulo CrosstaB generó las probabilidades de, Cramer’s V = 0.99, y Overall Kappa: 0.99 (Cuadro 2), demostrando que ambas imágenes representan un análisis espaciotemporal preciso y apegado a la realidad del territorio. Los resultados (1965-2019) incluyen un resumen cartográfico, tabular y gráfico que muestra la superficie de cada categoría, en comparación con otras, en términos de persistencias, ganancias, pérdidas, contribuciones y transiciones.

Tasa de cambio de uso del suelo

La tasa de cambio de uso del suelo identifica el tipo y magnitud de la presión sobre los recursos naturales e indica de manera porcentual el cambio anual de la superficie de una categoría de uso al inicio de cada año de análisis (^{Mas et al., 2002}; ^{Palacio-Prieto et al., 2004}). Se utilizaron los mapas de uso del suelo y coberturas de 1965 y 2019 (Figura 2) y para su cálculo se empleó la fórmula d = [(S2/S1)^1/n -1]100. Donde: S1, es el área cubierta por determinado uso del suelo al inicio del período; S2, es el área cubierta por determinado uso del suelo al final del periodo y T, es el número de años del periodo de análisis (^{Palacio-Prieto et al., 2004}).

Figura 2 Uso del suelo y coberturas en el campo petrolero Samaria, Tabasco (1965 y 2019). 

Cambio de uso del suelo (1965-2019)

En 1965 el 26.1% del área del CPS correspondía a humedales, y el 12% estaba representada por vegetación arbórea; la zona agrícola y pecuaria ocupaban las mayores superficies (28.3 y 32.7%, respectivamente), y la infraestructura para la extracción de petrolero apenas representaba 0.1% del territorio (Figura 2 y Cuadro 2). En 2019 se detectó que las coberturas de humedales y vegetación arbórea pasaron a ocupar 18% y 7.3%, las áreas agrícolas y pecuarias mantuvieron la mayor superficie (29.3 y 32.2%), la infraestructura petrolera incrementó su área (3.4%) y apareció el uso urbano (9.7%) (Figura 2 y Cuadro 2). Cabe resaltar, que en el cálculo de las pérdidas y ganancias (Cuadro 2) y el mapa de pérdidas, persistencias y ganancias para cada categoría (Figura 3).

Figura 3 Mapas de pérdidas, persistencias y ganancias en el campo petrolero Samaria, Tabasco (1965-2019). Humedales y vegetación arbórea. 

El análisis de las contribuciones entre las categorías muestra que la pérdida de coberturas de humedales durante las cinco décadas se relacionó con el aumento de 158 ha de área agrícola, 480 ha de superficie pecuaria y 104 ha de infraestructura petrolera (Figura 4). La degradación de esta vegetación coincide con la disminución de humedales en el entorno de Villahermosa que se relacionó con la modificación de su interconexión hidráulica mediante la construcción de canales, infraestructura urbana y caminos, así como la regulación de cauces de ríos para retención o desviación del agua, el dragado de humedales para control de inundaciones y la extracción de agua para usos agropecuarios (^{Hettiarachchi et al., 2014}; ^{Sánchez et al., 2015}).

Figura 4 Contribuciones de superficies (ha) para las coberturas naturales en el campo petrolero Samaria, Tabasco (1965-2019). 

En otros humedales como en la Reserva de la Biosfera Pantanos de Centla, ubicado en el delta de los ríos Usumacinta y Grijalva, la perdida de humedales también se ha atribuido a la apertura de vías de comunicación a actividades de la industria petrolera, la sobreexplotación de recursos naturales y la expansión ganadera y agrícola (^{Guerra-Martínez y Ochoa-Gaona, 2006}). De la misma forma, las pérdidas de vegetación arbórea en el CPS fueron causados por el establecimiento de 216 ha del uso pecuario y 82 ha de uso agrícola (Figura 4).

La tasa de cambio de la vegetación arbórea registrada en el CPS fue del 1%, siendo inferior a la de Villahermosa que se ubicó en 4.63 % en el periodo 1984-2008, debido a que perdió 4 008 ha, causando uno de los mayores impactos en las últimas tres décadas en Tabasco (^{Palomeque-De la Cruz et al., 2017a}). Las tasas de pérdida de vegetación arbórea y humedales conllevan la desaparición de servicios ambientales como la provisión de agua y alimento, el mantenimiento de la biodiversidad de flora y fauna y la regulación del clima e inundaciones (^{Balvanera, 2012}).

La superficie agrícola tuvo un incremento del 3.5% mientras que el uso pecuario presentó un leve descenso porcentual del 1.5% (Cuadro 2). El crecimiento del uso agrícola ocurrió sobre la superficie pecuaria (370 ha) y en menor grado sobre humedales y vegetación arbórea (240 ha); sin embargo, 497 ha de uso agrícola fueron desplazadas por el uso urbano (Figura 4). El incremento del área agrícola en el CPS concuerda con el auge agropecuario en Tabasco que inició en los años sesenta, con el impulso a la ganadería extensiva para abastecer al mercado nacional a través del Plan Chontalpa (1965-1976) y el Programa de Desarrollo Rural Integrado para el Trópico Húmedo (^{Flores-Santiago, 1987}; ^{Capdepont-Ballina y Marín-Olán, 2014}).

En los años noventa, las políticas de apoyo al campo influyeron en la dinámica de uso del suelo en Tabasco (^{Murillo y Martínez, 2010}). El Programa de apoyos directos al campo, PROCAMPO, propició la transformación de zonas de humedales y pastizales a superficies agrícolas, acelerando los procesos de cambio de uso del suelo (^{Klepeis y Vance, 2003}; ^{Schmook y Vance, 2009}; ^{Zarazúa-Escobar et al., 2011}). Además, en el estado de Tabasco, se impulsaron obras de drenaje para disminuir las inundaciones en zonas aledañas a humedales y fomentar la agricultura. En el CPS, a finales de los 80’s, se ejecutaron obras de drenaje por el Gobierno del Estado y PEMEX, en respuesta a ejidatarios que reclamaban retención de agua por efecto de la infraestructura petrolera y las terracerías en el flujo del agua, lo que incrementó los usos agropecuarios (^{Zavala-Cruz et al., 2003}; ^{Zavala-Cruz y Castillo-Acosta, 2007}).

En cuanto al uso pecuario, creció sobre 480 ha de coberturas de humedales y sobre 216 ha de vegetación arbórea, y perdió 305 ha por expansión de los usos agrícola, infraestructura petrolera y urbano (Figura 4). El aumento del uso pecuario en el CPS es congruente con el incremento de la superficie con pastizales para la ganadería en el estado de Tabasco, por efecto de programas de apoyo como el mejoramiento de praderas con especies de gramíneas más nutritivas en el periodo 1965-2019 (^{Zavala-Cruz y Castillo-Acosta, 2007}), la implementación de créditos a productores para al establecimiento de pastizales y mejoramiento de instalaciones para ganado bovino, mediante el Programa de Producción Pecuaria Sustentable y Ordenamiento Ganadero y Apícola (PROGAN), a finales del siglo XX y la ejecución del Programa de Apoyos Directos al Campo (PROCAMPO) (^{Kolb et al., 2013}).

El uso urbano en el CPS se expandió 100% desde 1965 a la fecha (Cuadro 2), esto se debió al fenómeno de periurbanización de Villahermosa sobre áreas agrícolas y pecuarias (^{Palomeque-De la Cruz et al., 2017a}). Dicho campo petrolero presenta características favorables para la urbanización, como: a) la posición geográfica, al ser punto de enlace entre las ciudades de Villahermosa (a 7 km), Cárdenas, Cunduacán y Reforma y dos petroquímicas, a través de la carretera 180 que facilita la conectividad; b) suelos Fluvisoles excentos de inundaciones fluviales, al ubicarse sobre geoformas de diques naturales del río Carrizal con la topografía más elevada en la planicie; y c) la protección del área con bordos contra inundaciones (^{Zavala-Cruz et al., 2003}; ^{Zavala-Cruz et al., 2016}).

Sin embargo, el cambio a uso urbano induce degradación de los Fluvisoles por sellamiento, no obstante que son los más fértiles y aptos para la producción de alimentos (^{Palma-López et al., 2017}), al pasar de usos con vegetación natural o cultivada, a usos de viviendas, oficinas, vialidades e industria petrolera, que reducen la aptitud agrícola y la capacidad de infiltración de agua hacia el manto acuífero (^{Franco-Idarraga, 2010}; ^{García-Rodríguez y Pérez-González, 2011}). La infraestructura petrolera del CPS incrementó 95.9% (Cuadro 2) y creció sobre 104 ha de humedales y 106 ha de superficie pecuaria (Figura 4). El impulso de esta industria coincidió con el boom petrolero en Tabasco, basado en la explotación de nuevos yacimientos de hidrocarburos en el sureste de México entre 1973 y 1980, lo que produjo un cambio radical en la economía de Villahermosa y aceleró la deforestación en el estado (^{Allub y Michel, 1979}; ^{Sánchez-Munguía, 2005}).

El CPS y la mayoría de los campos petroleros en Tabasco, se ubicaron en planicies de inundación, y la construcción de carreteras a través de los humedales para acceder a los pozos petroleros, modificaron los patrones de circulación natural del agua, ciclos biogeoquímicos y la biodiversidad de la fauna acuática, al carecer de pasos de agua eficientes (^{Zavala-Cruz et al., 2003}; ^{Capdepont-Ballina y Marin-Olan, 2014}; ^{Sánchez et al., 2015}). Además, se generó contaminación de agua y suelo por derrames de hidrocarburos y descarga de desechos tóxicos (^{Gutiérrez-Castorena y Zavala-Cruz, 2001}; ^{Zavala-Cruz et al., 2003}; ^{Olguín et al., 2007}).

El impacto ambiental en el CPS también se evidencia con la detección cartográfica y cuantitativa de las transiciones más sobresalientes durante el periodo 1965-2019, donde las actividades agrícolas y pecuarias en conjunto tuvieron mayor influencia (Figura 5). En primer lugar, se detectó el remplazo de 807 ha de superficie pecuaria por áreas agrícolas, seguido de la pérdida de 747.8 ha de humedales que se transformaron en uso pecuario (Figura 6). Otras transiciones que contribuyeron al deterioro ambiental fueron el crecimiento de 499.6 ha de la zona urbana sobre el uso agrícola y la deforestación de 400 ha de la vegetación arbórea para el establecimiento del uso pecuario (Figura 6).

Figura 5 Mapa de transiciones de uso del suelo y coberturas en el campo petrolero Samaria, Tabasco (1965-2019). 

Figura 6 Grafica de transiciones de uso del suelo y coberturas en el campo petrolero Samaria, Tabasco (1965-2019). 

El análisis de cambio de uso del suelo durante 1965-2019 indica que, de continuar la tendencia de perdida de humedales y vegetación en las próximas décadas por efecto del uso agropecuario y urbano, más los posibles impactos asociados a la reactivación de la industria petrolera en Tabasco, en campos petroleros nuevos y la nueva refinería en Dos Bocas, podrían desaparecer los últimos relictos de estos ecosistemas, magnificando la pérdida del hábitat de flora y fauna silvestre, la degradación de suelos agrícolas, la pérdida de espacios para recreación humana, y el deterioro de los servicios ambientales.

Las tierras del CPS son ejemplo del proceso de ganaderización y junto con la industria petrolera han provocado degradación de la vegetación natural y humedales, al no tomar en cuenta la capacidad de uso y potencial agroecológico de las tierras; por lo que es recomendable frenar el avance desordenado de estos usos. Las actividades de la industria petrolera y la construcción de carreteras deben ser planificadas con base en estudios de impacto ambiental y de ordenamiento ecológico, y priorizar el uso de las tierras para la producción agrícola y forestal (^{Zavala-Cruz y Castillo-Acosta, 2007}).

Este estudio demuestra que los modelos geomáticos de cambio de uso del suelo para la evaluación de la degradación de los ecosistemas por cambio de uso del suelo son precisos en la estimación de la distribución del cambio de coberturas naturales y usos artificiales, e identifica las coberturas que presentan los mayores impactos ambientales (^{Velázquez et al., 2002}). Es pertinente combinar modelos geomáticos para el estudio del cambio de uso del suelo, y simular escenarios futuros y las variables impulsoras del potencial de transición (^{Palomeque-De la Cruz et al., 2017b}).