Teledetección y sistemas de información geográficos aplicados al seguimiento de procesos de deforestación en bosques secos de Ecuador

Abstract

Ecuador es un país mega diverso, con cuatro regiones claramente diferenciadas: Costa, Sierra, Las islas Galápagos y la Amazonía, presentando la región de la Costa un menor grado de protección. Esta región está dominada fundamentalmente por dos ecosistemas: los bosques secos y húmedos. El bosque seco es el ecosistema tropical con menos superficie remante a nivel mundial, esto lo ha llevado a un estado crítico en gran parte de Sudamérica, estando menos estudiado que los bosques verdes. En Ecuador la situación es similar, el bosque seco ecuatoriano se encuentra en estado crítico a pesar de formar parte del punto caliente de biodiversidad mundial “Chocó/Darien/Western Ecuador”. Los bosques secos ecuatorianos se encuentran principalmente en la región de la Costa y se dividen, a su vez, en dos: deciduo y semideciduo. Al presentar la región costa menor protección y dos tipos de ecosistemas mayoritarios, el primer capítulo de la tesis tiene como objetivo comparar el grado de protección y conservación de los remanentes de bosque seco y húmedo de la costa ecuatoriana. Para esta comparación se usó una categorización que clasifica los ecosistemas de Ecuador a partir de cinco parámetros: amenaza, vulnerabilidad, conectividad, fragmentación y fragilidad, y se estudiaron las figuras de protección “Patrimonio de Áreas Naturales del Estado” (PANE) y “Bosque protector”. Los resultados pusieron en evidencia el mal estado de conservación del bosque seco, presentando peores parámetros en conectividad, fragilidad y amenaza que los bosques húmedos. Además, presentaba menos superficie protegida, tanto en bosque remanente como en superficie dentro de las áreas protegidas. Estos datos demuestran que existe una discriminación del bosque seco respecto al húmedo en su protección, siendo necesario aumentar la protección de los bosques secos como parte de una estrategia nacional integral que garantice la conservación de los altos niveles de biodiversidad y endemicidad de este tipo de bosques. La deforestación de Ecuador ha sido la más alta de Sudamérica entre 1990 y 2010, lo que ha llevado a muchos ecosistemas a presentar una alta tasa de fragmentación, siendo una de las mayores amenazas para los bosques del país. El segundo capítulo, tiene como objetivo conocer la evolución de la deforestación y de la fragmentación del bosque seco durante casi 30 años (entre 1990 y 2018), y evaluar si las figuras de protección son efectivas para evitar estos fenómenos. El bosque seco se dividió en tres tipos (bosques deciduos, semideciduos y una transición entre ambos), y se teselaron en hexágonos de 10 km2. Los resultaros mostraron un alto grado de deforestación en los bosques secos, aumentando sus parámetros de fragmentación y el índice de fragmentación reticular en los tres tipos de bosques, siendo el bosque semideciduo el más afectado, caracterizado por el valor más alto del índice de fragmentación reticular y presentando un tamaño medio de tesela o parche muy preocupante. No todas las figuras de protección fueron efectivas para reducir la fragmentación, ya que las áreas PANE son las que menor aumento de fragmentación tuvieron, luego el bosque sin protección, y por último el Bosque protector, demostrando que esta última figura de protección no es efectiva para detener la fragmentación y la deforestación. Debido a la complejidad del estudio de la fragmentación, dado que existen múltiples parámetros para medirla, aunque la mayoría se pueden agrupar en 4 parámetros, y que ningún parámetro de tesela por sí mismo explica el estado de fragmentación de una tesela, en el capítulo tres se propone un índice que integra los principales parámetros de fragmentación a escala de tesela. Esta fórmula se aplicó al caso concreto del bosque seco ecuatoriano, arrojando un índice de fragmentación muy alto, y un aumento de la fragmentación de un 7% entre 1990 y 2018. La métrica de fragmentación también se mostró efectiva cuando se extrapolaba y se calculaba a escala de zonas. Para estos cálculos zonales se usaron hexágonos de 10 km2 y el área de influencia de las teselas. Este parámetro es uno de los aspectos más novedosos del índice propuesto, ya que calcula la fragmentación en función del área de influencia de la tesela, que se corresponde con el área que puede ocupar dicha tesela. Posteriormente se calcularon patrones espaciales, más concretamente un análisis de puntos calientes, donde el índice se mostró muy eficiente para identificar teselas en riesgo de desaparición. La conectividad es un factor clave en el mantenimiento de la biodiversidad, y se ve afectada por la fragmentación y la deforestación, jugando un papel fundamental en los ecosistemas altamente fragmentados como el bosque seco ecuatoriano. El capítulo cuatro tiene como objetivo calcular la evolución de la conectividad en los bosques secos entre 1990-2018. Para el cálculo de la conectividad se usó el software Graphab, que se basa en la teoría de grafos, demostrando ser una potente herramienta para calcular la conectividad. Los resultados mostraron que el bosque seco ha perdido más del 50% de conectividad global en algunos parámetros, y que existen zonas con una conectividad muy baja y en riesgo de desaparición. Además, se observó que la conectividad por tesela no es útil al extrapolarla a escala de paisaje, pero sí es útil en la toma de decisiones relativas a la escala de tesela, como por ejemplo en políticas de conservación. El análisis de usos de suelo permitió, además, identificar que la matriz que rodea el bosque seco se ha vuelto menos permeable, cambiando el bosque por terrenos agrícolas mayoritariamente, aunque también aumentaron los terrenos antrópicos y las zonas de matorral. Esto ha hecho que las conexiones entre las teselas cada vez sean menores en número y en distancia. En este aspecto destaca la importancia de las teselas pequeñas y de los otros tipos de bosques naturales para mantener la conectividad del bosque seco. Estas teselas pequeñas son de gran importancia también a la hora de las actuaciones de restauración ecológica, donde se demostró la importancia de la conectividad en la toma de decisiones, siendo más efectivas las acciones de restauración con pequeñas teselas que la restauración de grandes superficies concentradas en teselas extensas, ya que la reforestación con teselas pequeñas requiere de menos superficie y puede tener mejor resultados en la conectividad global. En conclusión, los bosques secos de Ecuador están poco protegidos, sufriendo una alta tasa de deforestación, aumento de la fragmentación y perdida de conectividad, que los ha llevado a un pobre estado de conservación y riesgo de desaparición.

Ecuador is a mega diverse country with four clearly differentiated regions: The Coast, the Andean, the Galapagos Islands and the Amazon. The Coast region presenting a lower degree of protection. This region is fundamentally dominated by two ecosystems: dry and humid forests. The dry forest is the tropical ecosystem with the least remaining surface in the world and as a result, its situation is critical in South America and therefore less investigated than humid forests. In Ecuador has a similar situation, the Ecuadorian dry forest is in critical condition despite being part of the global biodiversity hotspot "Chocó / Darien / Western Ecuador". Ecuadorian dry forest is mainly found in the Costa region and subdivided into two: deciduous and semideciduous. Costa region suffers lack of protection and two types of major ecosystems, the first chapter of the thesis aims to compare the degree of protection and conservation of the remnants of dry and humid forest on the Ecuadorian coast. In the study we used a categorization that classifies the ecosystems of Ecuador based on five parameters: threat, vulnerability, connectivity, fragmentation and fragility, and the protection figures “Patrimony of Natural Areas of the State” (PANE) and “Forest Protective". The results showed the poor state of conservation of the dry forest, presenting worse parameters in connectivity, fragility and threat than the humid forests. In addition, it also has less protected area, both in the remaining forest and on the surface within the protected areas. This led to a discrimination between the dry forest versus the humid forest in its protection, making necessary to increase the protection of dry forests as part of a comprehensive national strategy that guarantees the conservation of the high levels of biodiversity and endemicity of this type of forest. Ecuador's deforestation has been the highest in South America between 1990 and 2010, which led to high number of ecosystems show an increase fragementation rate, and therefore being one of the greatest threats to the country's forests. The second chapter aims to know the evolution of deforestation and fragmentation of the dry forest during almost 30 years (between 1990 and 2018) and to evaluate if the protection figures are effective to avoid these phenomena. The dry forest was divided into three types (deciduous, semi-deciduous and a transition between the two) and they were tessellated into 10 km2 hexagons. The results showed a high degree of deforestation in dry forests, increasing its fragmentation parameters and the reticular fragmentation index in the three types of forests. With semideciduous forest being the most affected, characterized by the highest value of the reticular fragmentation index, and presenting a very worrying average tile size. Not all the protection measures were effective to reduce fragmentation since the PANE areas are the ones with the lowest increase in fragmentation, secondly the unprotected forest and finally the Protective Forest, showing that this last protection figure is not effective to stop fragmentation and deforestation. Due to the complexity of the study of fragmentation as there are many parameters to measure it (although most can be explained by 4 of the parameters) and that no patch parameter by itself explains the fragmentation state of a patch, in the chapter three proposes an index that integrates the main fragmentation parameters at the patch scale. This formula was applied to the specific case of the Ecuadorian dry forest, showing a very high fragmentation index, and an increase in fragmentation of 7% between 1990 and 2018. The fragmentation metric was also effective when extrapolated and calculated from zone scale. For these zonal calculations, 10 km2 hexagons and the area of influence of the patches were used. Subsequently, spatial patterns were calculated, more specifically an analysis of hot spots, where the index was very efficient to identify tiles at risk of disappearance. Connectivity is a key factor to maintaining biodiversity and is affected by fragmentation and deforestation, playing a fundamental key in highly fragmented ecosystems such as the Ecuadorian dry forest. Chapter four aims to calculate the evolution of connectivity in dry forests between 1990-2018. For the calculation of connectivity, Graphab software was used which is based on graph theory, proving to be a powerful tool for calculating connectivity. The results showed that the dry forest has lost up to 50% of global connectivity in some parameters, as well as that there are areas with very low connectivity and at risk of disappearance. In addition, it was observed that connectivity by patch is not useful when extrapolated to the landscape scale, but it is useful in making decisions related to the patch scale such as conservation policies. Land use analysis allowed to identify that the matrix that surrounds the dry forest has become less permeable, changing the forest for mostly agricultural lands, although anthropic lands and scrub areas also increased. This has made that the connections between the patches are decreasing in number and in distance. In this regard, the importance of small patches and other types of natural forests to maintain the connectivity of the dry forest is crucial. These small patch are also of great importance when it comes to ecological restoration actions where the importance of connectivity in decision-making was demonstrated, restoration actions with small patches being more effective than large surfaces concentrated in patches large, since reforestation with small patches requires less surface area and may have better results in global connectivity. In conclusion, the dry forests of Ecuador are poorly protected suffering a high rate of deforestation, increased fragmentation and loss of connectivity, which has led to a poor state of conservation and risk of disappearance.