Evaluación del cambio de cobertura vegetal en la Reserva de la

Evaluación del cambio de cobertura vegetal en la Reserva de la

La Geoinformación
al Servicio de la Sociedad
Memorias
Sociedad Latinoamericana en
Percepción Remota y Sistemas
de Información Espacial
Capítulo Colombia
Medellín, Colombia
29 de Septiembre al 3 de Octubre de 2014
Evaluación del cambio de cobertura vegetal en la Reserva de la
Biosfera Sierra La Laguna, B.C.S.: Uso de imágenes Landsat y
SPOT
Assessment of vegetation change in the Biosphere Reserve
Sierra La Laguna, BCS: Using Landsat and SPOT
Genaro Martínez Gutiérreza , Jennie H. Hernández Martínezb , Jobst Wurla
y Ernesto Ramos Velázqueza
a Departamento Académico de Geología Marina, Universidad Autónoma de Baja California Sur
Carretera al sur km 5.5, La Paz, B.C.S., email: [email protected]
b Departamento Académico de Biología Marina, Universidad Autónoma de Baja California Sur
Carretera al sur km 5.5, La Paz, B.C.S.
Resumen
La reserva de la biosfera Sierra La Laguna (REBISLA) ubicada en el extremo sur de la península de
Baja California es una de las regiones de gran importancia en recursos naturales para la región. La Sierra
de La Laguna forma parte de un complejo montañoso (Sierra de la Victoria y San Lázaro) que contienen la
mayor diversidad biológica en el estado. Aunque la reserva es considerada como área natural protegida federal,
existen zonas en donde algunas actividades antrópicas son permitidas. Dichas acciones tales como pastoreo de
ganado, tala indiscriminada y recreación ecoturística han impactado a la reserva. El presente trabajo realiza un
análisis multi-temporal empleando imágenes de los satélites SPOT y Landsat (TM-ETM). El objetivo principal
es evaluar los cambios en la cobertura vegetal y del terreno en los últimos 20 años. Índices de vegetación
(NDVI, SAVI) y análisis de vectorial de cambio (CVA) fueron los principales tratamientos realizados a las
imágenes. Las imágenes fueron adquiridas para temporada de los meses más secos del año (abril y junio) a
fin de identificar las áreas impactadas. La diferencia de resolución espacial y espectral de las dos plataformas
satelitales facilitó la identificación de cambios en la cobertura vegetal y del terreno. La mayor superficie
alterada se localizó principalmente en las vertientes de las principales subcuencas que conforman la reserva.
El deterioro ambiental identificado se correlacionó principalmente con las actividades de recreación que se
realizan, así como la deforestación para áreas de cultivo.
Palabras clave: Sierra La Laguna, cobertura vegetal, Landsat, SPOT, Baja California Sur
Abstract
The Biosphere Reserve Sierra La Laguna (REBISLA) located on the southern tip of the Baja Peninsula
is a region of great importance in natural resources for the region. The Sierra de La Laguna is part of a
mountain complex (Sierra de la Victoria and San Lazaro) containing the greatest biological diversity in the
state. Although the reserve is considered federal protected area, there are some areas where human activities
are allowed. Such actions such as livestock grazing, logging, and recreation ecotourism have impacted the
reservation. This paper takes a multi-temporal analysis using images from the SPOT and Landsat (TM-ETM)
satellite. The main objective is to evaluate the changes in vegetation cover and soil in the past 20 years.
Vegetation indices (NDVI, SAVI) and change vector analysis (CVA) were the main treatments done to the
images. Images were acquired for the driest season of the year (April to June) in order to identify the impacted
areas. The difference in spatial and spectral resolution of the two satellite platforms facilitated the identification of changes in vegetation cover and terrain. Most altered surface is mainly located on the slopes of the
1
main watersheds that make up the reserve. The identified environmental degradation is mainly correlated with
recreational activities that are performed, as well as deforestation for cropland
Keywords: Sierra La Laguna, vegetation change, Baja California Sur
Introducción
En Baja California Sur, la Reserva de la Biosfera Sierra de La Laguna (REBISLA) es de gran importancia
para el balance hídrico de la región, ya que en ella ocurre la mayor precipitación del estado, produciéndose un
beneficio para la recarga de los acuíferos. Lo anterior hace que la sierra sea proveedora de la mayor parte del
agua subterránea en el sur del estado, generándose una estrecha relación entre la serranía y las zonas cercanas
a la costa como almacenadoras. A fin de que se mantenga la recarga de los acuíferos en la región es necesario
que se conserve la cubierta vegetal en la reserva. La reserva tiene una superficie de 112,437 hectáreas, decretada
como reserva de la biosfera el 6 de junio de 1994, y es publicado el programa de manejo en el 2003 (CONANP,
2003). La reserva es considerada como una «isla» de vegetación en el entorno árido del estado de Baja California
Sur.
La REBISLA está regionalizada en 5 subcuencas hidrográficas basadas en sus características fisiográficas,
entendidas como el área drenada por los sistemas fluviales dentro de cada una y delimitada topográficamente
(Castorena & Breceda-Solis, 2003). Las subcuencas son las unidades terrestres que mejor expresan las relaciones funcionales entre los procesos físico-biológicos y climáticos con los productivos y sociales. Las cuencas
representan patrones de distribución de ganado y de los asentamientos humanos, así mismo las cuencas siguen
un criterio natural y son base de la organización social (Olmos-Martínez, 2005). Sin embargo, no existe una
información completa que permita determinar la captación anual que registra cada una de las cuencas hidrográficas, ni el volumen aprovechado que permita determinar con cierta precisión las condiciones del recurso.
Existen presiones por parte de los asentamientos humanos actualmente localizados dentro del área natural
protegida y las reservas territoriales como lo son: construcción de nuevas viviendas (no centros de población);
infraestructura para el monitoreo ambiental; instalación de talleres; industrias artesanales y de productos agropecuarios; agricultura orgánica y de forrajes de traspatio; corrales ganaderos; construcción de silos y la realización
de sus actividades habituales.
2
La pérdida de la cubierta vegetal en gran parte de la superficie es señalada debido a diversos factores, dentro
de los que se pueden citar los fenómenos físicos ocasionados principalmente por los ciclones, el sobrepastoreo
derivado de la práctica de ganadería extensiva y la tala clandestina.
La ganadería (bovina, caprina, ovina y porcina) con 9,763 cabezas en total, constituye el principal factor que
evita la regeneración natural de las comunidades vegetales representadas en la sierra, particularmente aquellas
que se distribuyen en la selva baja caducifolia, se estima que existe aproximadamente 3 veces más ganado que
lo que puede soportar el área de acuerdo a su índice de agostadero, es decir, existen aproximadamente tres veces
más individuos que el que puede tolerar el sistema, derivado esto de un sobrepastoreo.
Si bien es cierto los habitantes de la Sierra de la Laguna son principalmente pequeños productores, donde
para complementar sus ingresos extraen productos forestales (CONANP, 2003), la reserva desde hace años ha
sido presa de una serie de ilícitos como lo es la extracción de palo de arco, mauto y palma real las cuales son
utilizadas para la construcción de pérgolas en las residencias turísticas. La Procuraduría Federal de Protección
al Ambiente (PROFEPA) ha localizado áreas afectadas en el cambio en el uso de suelo en donde se han afectado
especies de flora típica de la región como mauto, palo zorillo, palo blanco, caribe o mala mujer, rama blanca,
monte, canutillo, yerba del cáncer, lengua de buey y lomboy colorado entre otras. (CONANP, 2003)
Debido a las presiones reales que las actividades económicas representan en la cobertura de suelo es necesario cuantificar su dimensión y su efecto hidrológico en las cuencas de la región a fin de conocer el impacto en
la desembocadura de estas tanto en el Océano Pacífico, como en el Golfo de California.
Varias investigaciones sobre esta temática han demostrado que la conservación de la cubierta vegetal contribuye a la infiltración, reducción de erosión hídrica, y a la recarga de los acuíferos. De ahí que el principal
objetivo de este trabajo es determinar el grado de deforestación y degradación de la cubierta vegetal de 1986 al
2009, utilizando imágenes satelitales SPOT y Landsat.
Área de estudio
La REBISLA se localiza en el extremo sur de la península de Baja California (Fig. 1). El área puede ser
accedida por medio de caminos rurales transitables la mayor parte del año. Geopolíticamente la REBISLA
3
contiene los municipios de La Paz y Los Cabos. Según el censo de población y vivienda 2010 (INEGI, 2010),
existen en la reserva 61 poblaciones con un total de 231 habitantes (Tabla 1). La REBISLA ha sido zonificada
en 11 usos de suelo de acuerdo al plan de manejo de la CONANP (2003). Dentro de la zona de la reserva existen
5 subcuencas hidrográficas, i.e., El Carrizal, Las Palmas, Santiago, San José y Santa Inés (Fig. 2).
Tabla 1: Principales poblaciones ubicadas dentro de la Reserva de la Biosfera Sierra La Laguna.
Municipio
Localidad
Habitantes
San Jorge
66
Los Cabos
El Chorro
44
Sta. Anita
11
Sta. Gertrudis
Texcamala
Sto. Domingo
41
20
11
Los Corredores
La Palmilla
San Simón
15
12
11
La Paz
114°0'
112°0'
110°0'
30°0'
30°0'
Sonora
5
90
6
00
6
6
10
20
28°0'
28°0'
Golfo
ja
Ba
2620
2620
Ca
de
lifo
26°0'
26°0'
rn
ia
La Paz
24°0'
2610
California
r
Su
Oceáno Pacífico
24°0'
La Paz
2610
RBSL
22°0'
22°0'
Los Cabos
114°0'
112°0'
110°0'
Leyenda
2600
Carretera Federal
2600
RBSL
Municipios
Altimetría
90 000m. N
2069 msnm
25
2590
0
0
2.5
5
10
15
Kilómetros
2580
2580
590000m.E
600
610
620
Figura 1: Localización de la Reserva de la Biosfera Sierra La Laguna, B.C.S., México.
4
590
600
610
620
2620
2620
Las Palmas
El Carrizal
2610
2610
Santiago
2600
2600
Leyenda
Santa Inés
Arroyos
San José
90000m. N
Santiago
2590
25
Las Palmas
El Carrizal
San José
Santa Inés
RBSL
0
2.5
5
10
Kilómetros
2580
1:250,000
2580
590000m.E
600
610
620
Figura 2: Cuencas hidrográficas dentro de la REBISLA.
La RBSLA se localiza en una región que es beneficiada por precipitación convectiva, tormentas tropicales e
invernales durante los meses de verano (julio-septiembre) e invierno (diciembre-enero) (Fig. 3). Lo que la hace
una zona con poca o escasa humedad en el suelo y subsuelo. La región sur del estado de Baja California Sur
está caracterizada por presentar lluvias monzónicas (junio-julio) y por tormentas tropicales (agosto a octubre),
ocasionalmente se presentan lluvias en invierno (diciembre-enero).
Feb
Abr
Jun
Ago
Oct
Dic
Figura 3: Distribución mensual promedio de temperatura y precipitación del estado de Baja California Sur (Comision
Nacional del Agua (CONAGUA, 2013)).
Una de las problemáticas que se presentan en los bosques de todo el mundo es la perdida de vegetación
(desforestación), debido a actividades o prácticas antropogénicas. Uno de los principales efectos que se tienen
5
por este proceso es la reducción o perdida en la recarga hídrica en los acuíferos en cuencas hidrográficas, así
como la perdida suelo en la superficie del terreno. Estudios recientes informan que la RBSLA es afectada por
una deforestación continua (Arriaga & Ortega, 1988; León de la Luz & Domínguez, 1989; Anguiano Huerta,
1998). Por tal motivo, a fin de evaluar los efectos de deforestación en la RBSLA en los últimos años (1986 a
2009) se analizará la distribución del bosque de encino y pino-encino utilizando imágenes de satélite Landsat y
SPOT.
Datos y métodos
La evaluación de la cubierta vegetal de pino-encino se realizó utilizando imágenes Landsat y SPOT. Las
imágenes Landsat fueron obtenidas de la página oficial del Servicio Geológico de los Estados Unidos (USGS),
las cuales son gratuitas. La adquisición de las imágenes SPOT se realizó a través de la Secretaría de Marina en
su portal ERMEXS (Tabla 2). Un total de 7 imágenes de satélite fueron procesadas. La metodología empleada
se bosqueja en la figura 4.
Tabla 2: Satélites utilizados y fechas en el análisis de cobertura vegetal en la RBSL.
Satélite
Landsat
SPOT
Año
15/031986
13/05/1990
09/06/1994
24/05/2000
05/07/2004
09/13/2006
05/01/2009
Corrección atmosférica fue aplicada a todas las imágenes con el propósito de eliminar efectos de albedo
y diferencias de reflectancia en las bandas rojo e infrarrojo. La corrección se realizó utilizando el método
propuesto por Elvidge et al. (1995). Corrección geométrica fue realizada únicamente a las imágenes SPOT, ya
que a pesar de que son pre-procesadas por ERMEXS estas no están correctamente georreferenciadas, dichas
imágenes fueron geocorregidas aplicando la metodología propuesta por (Kardoulas et al., 1996).
6
Landsat TM
SPOT
15/03/1986
13/05/1990
09/06/1994
24/05/2000
05/07/2004
09/13/2006
05/01/2009
Correcion atmosférica
Co-registradas
Índices
NDVI - Índice de Vegatación de Diferencia Normalizada
SAVI - Índice de Vegatación de Suelo-Ajustado
Multi-temporal TM
Multi-temporal SPOT
Figura 4: Diagrama de flujo seguido para el procesamiento de imágenes de satélite Landsat y SPOT.
Índices de vegetación (NDVI y SAVI) fueron obtenidos a cada una de las imágenes para determinar la
extensión del bosque pino-encino para un periodo de 20 años. La obtención los índices se realizó aplicando las
metodologías propuestas por diversos autores (Huete, 1988; Chen et al., 1998; Lyon et al., 1998; Price et al.,
1992; Chavez & MacKinnon, 1994).
NIR − R
NIR + R
(1)
NIR − R
(1 − L)
NIR + R + L
(2)
NDV I =
SAV I =
El valor de L (ec. 2) utilizado en el cálculo del índice SAVI fue de 0.5.
Resultados
El análisis NDVI realizado con las imágenes Landsat mostró que hay una reducción de la cubierta de pino
y encino en la sierra, de 11,422 hectáreas en 1986 a 9,505 hectáreas en 2000 (Fig. 5).
7
590
600
610
620
590
600
610
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2620
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2620
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2610
2620
La Paz
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2610
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Municipios
2590
Los Cabos
.
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TM NDVI 1990
Índice
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2600
.
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RBSL
90000m. N
2590
.
!
.
!
Poblaciones
0.8
.
!
0.8
0
2.5
5
10
0
Kilómetros
0.3
2580
590000m.E
590
2.5
600
610
620
600
610
620
5
10
Kilómetros
0.3
1:250,000
2580
1:250,000
2580
2580
590000m.E
590
600
610
620
600
610
620
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2620
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2620
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2610
2620
La Paz
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2610
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2610
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Índice
25
Los Cabos
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!
Poblaciones
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.
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!
RBSL
90000m. N
2590
TM NDVI 1994
.
!!
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.!
Leyenda
.
!
.
!
Municipios
2590
0.8
Los Cabos
.
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TM NDVI 2000
Índice
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2600
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2600
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Municipios
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2600
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RBSL
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2610
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!
Poblaciones
2620
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La Paz
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Leyenda
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90000m. N
2610
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.!
Leyenda
Los Cabos
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!
Índice
25
.
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!
.
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Municipios
.
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2600
25
90000m. N
25
2600
TM NDVI 1986
2600
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RBSL
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2610
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Poblaciones
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Leyenda
2620
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La Paz
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2600
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620
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0.8
0
2.5
5
10
0
Kilómetros
0.3
2580
590000m.E
600
610
5
10
Kilómetros
0.2
1:250,000
2580
2.5
1:250,000
2580
620
2580
590000m.E
600
610
620
Figura 5: Resultados del Índice de Vegetación Diferencial Normalizado (NDVI) de las imágenes Landsat.
Por otro lado, el análisis con las imágenes SPOT para el periodo 2004 a 2009, el indice NDVI presentó
también una reducción de la cubierta forestal de 3,968 hectáreas en 2004 a 1,715 hectáreas para el 2009 (Fig.
6). Asimismo, el índice SAVI en las imágenes SPOT mostró una reducción en la cubierta vegetal, pero con
diferentes valores, de 8,406 ha en 2004 a 3,964 ha para el 2009.
8
590
600
610
620
590
600
610
La Palmilla
2620
!!
.
.
.
!
La Palmilla
.
!
.
!
2620
.
!
!!
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Los Correderos
.
!
'
4
.
!
.
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2610
.
!
.
. !
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2610
La Palmilla
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2610
La Palmilla
.
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'
4
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.
.Santa Gertrudis
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.
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'
4
2600
.
!
Leyenda
2600
Poblaciones
.
!
'
4
RBSL
.
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4
!'
.
.'
!
4
Texcalama
.
!
!
.
4
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.
!
'
4
Santo Domingo
Índice
25
Los Cabos
.
!
Santa Rita San Jorge
.
!
4
!'
.
.'
!
4
Los Cabos
El Chorro
2590
Municipios
SPOT NDVI 2004
2600
.
!
Leyenda
'
4
Principales poblaciones
.
!
.
!
Poblaciones
.
!
'
4
RBSL
.
!
90000m. N
Principales poblaciones
.
!
.
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.
!
.
!
Santa Rita San Jorge
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4
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.Santa GertrudisLa Paz
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4
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90000m. N
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.
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.
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'
4
.
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25
.
!
2620
.
!
La Paz
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4
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4
.
!
Los Correderos
.
!
.
!
.San Simón
!
.
!
'
4
.
!
.
!
.
. !
!
2600
.
!
La Palmilla
.
!
2610
2620
La Paz
..
!
!!
4
.'
'
4
.
!
.
!
.
!
'
4
.
!
.San Simón
!
620
La Palmilla
.
!
'
4
Texcalama
.
!
.
!
'
4
Santo Domingo
Municipios
El Chorro
2590
Los Cabos
.
!
SPOT NDVI 2009
Índice
.
!
!
.
4
. '
!
.
!
0.8
0.8
0
2.5
5
10
0
Kilómetros
0.3
2580
590000m.E
600
610
2.5
5
10
Kilómetros
0.3
1:250,000
2580
1:250,000
2580
620
2580
590000m.E
600
610
620
Figura 6: Resultados del Índice de Vegetación Diferencial Normalizado (NDVI) obtenidos de las imágenes SPOT.
Discusión
Las diferencias encontradas en el procesamiento de las imágenes Landsat y SPOT indican que la RBSLA
continua la deforestación. Sin embargo, una comparación y relación de datos precipitación para el mismo periodo analizado, pueden dar una explicación de la posible deforestación en la sierra. La cobertura de pino-encino se
ha reducido de 1986 a 200 en 17 % (Landsat TM-NDVI) y 30 % (Landsat TM-SAVI). Por otro lado la cubierta
se redujo de 2004 a 2009 en 57 % (SPOT-NDVI) y 56 % (SPOT-SAVI) (Fig. 7). A pesar de la información proporcionada por el procesamiento de las imágenes de satélite no se observaron evidencias de tala indiscriminada.
En visitas de campo al área montañosa se logró identificar indicios de enfermedades en la zona de pino-encino,
posiblemente por las fluctuaciones de aporte hídrico a la región (Fig. 7). Algunas evidencias identificadas a
nivel visual fueron una degradación del terreno en algunas localidades inducida por actividades antropogénicas,
como son los senderos turísticos.
9
600
Índices vs. Precipitacipitación
TM-NDVI
TM-SAVI
SPOT-NDVI
SPOT-SAVI
3×104
500
400
2×104
300
Precipitación (mm)
Area (hectáreas)
2.5×10
4
104
200
5000
100
0
1985
1990
1995
2000
2005
2010
Año
Figura 7: Tendencia de la cobertura vegetal de pino-encino en la RBSLA.
Agradecimientos
Los autores agradecen a la Secretaria de Educación Pública que a través del Programa de Mejoramiento
del Profesorado (PROMEP) otorgo el financiamiento para realizar esta investigación como parte del proyecto
Investigación del balance hidrológico de las cuencas en le biosfera Sierra La Laguna, B.C.S., México. Asimismo
agradecemos al Ing. Jesús E. Quiñónez Gómez Director General de la Reserva de la Biosfera Sierra La Laguna
y Lic. Lazaro I. Rangel Castañeda técnico de la CONANP.
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