Tesis Doctorales UPM: Consulta online

Autor: NATAL TELLO, Angel

Título: Aportación de técnicas geoespaciales para la determinación de los niveles de referencia de la deforestación y la degradación de bosques en el ámbito de proyectos REDD. Análisis de factores de causalidad subyacentes y directos.

Fecha: 2015

Materia: Sin materia definida

Escuela: E.T.S. DE INGENIEROS AGRONOMOS

Departamentos: INGENIERIA AGROFORESTAL

Acceso electrónico: http://oa.upm.es/37522/

Director/a 1º: GARCIA RODRIGUEZ, Rafael

Resumen: La pérdida de bosques en la Tierra, principalmente en ecosistemas amazónicos, es un factor clave en el proceso del cambio climático. Para revertir esta situación, los mecanismos REDD (Reducing Emission from Deforestation and forest Degradation) están permitiendo la implementación de actividades de protección del clima a través de la reducción de emisiones por deforestación evitada, según los esquemas previstos en el Protocolo de Kioto. La zona del estudio se ubica en la región de San Martín (Perú), provincia cubierta fundamentalmente por bosques tropicales cuyas tasas de deforestación son de las más altas de la cuenca amazónica. En las últimas décadas del siglo XX, la región empezó un acelerado proceso de deforestación consecuencia de la integración vial con el resto del país y la rápida inmigración desde zonas rurales en busca de nuevas tierras agrícolas. 1.2 Programa REDD Si bien la idea principal en la que se soporta REDD es sencilla y, a priori, podría ser fácil de aplicar, existen un número importante de variables que han de considerarse para la implementación efectiva de proyectos REDD: medición, escala, adicionalidad, fugas y permanencia, responsabilidad o niveles de referencia son algunas de las complejas cuestiones que han de tenerse en cuenta para garantizar la efectividad del carbono retenido, la eficiencia de costos y la equidad en los beneficios resultantes (Angelsen & Wertz-Kanounnikof, 2008). Es incuestionable, asimismo, destacar el potencial del programa REDD en la aportación de notables beneficios agregados como la reducción de la pobreza, el mejoramiento de la gobernanza y la conservación de la biodiversidad, así como el suministro de otros servicios ambientales (Angelsen & Atmadja, 2008). Beneficios éstos que están determinados, en gran medida, por las estrategias REDD a nivel nacional y por la forma en que los países las implementen, de manera que se aseguren los flujos financieros procedentes de REDD a las comunidades más vulnerables. 1.3 Justificación de la tesis La deforestación y degradación forestal se pueden considerar 'multicausales' y, por tanto, sus cambios pueden obedecer a tendencias más o menos erráticas, aunque bien es cierto que existen algunas correlaciones claras: precios más altos y mayor demanda de los bienes de consumo pueden considerarse agentes de deforestación. El establecimiento de los niveles de referencia es un factor clave en el desarrollo e implementación de REDD en tanto que sirve, en su último fin, para calcular las cantidades que se deberán pagar a aquellos países, regiones o proyectos que reducen emisiones. Sin embargo, el cálculo de los RELs es complejo de llevar a cabo a consecuencia de que, por un lado, la información histórica disponible es, con frecuencia en muchos países, insuficiente y compleja de obtener; y, por otro, el conocimiento de los factores de causalidad es imprescindible no solamente para la determinación causa – efecto de los procesos de pérdida de bosque sino también para la evolución proyectiva de los mismos. Se considera, en este sentido, que una de las mayores aportaciones de la tesis doctoral ha sido abordar el estudio de la totalidad de los procesos que conlleva el establecimiento de los niveles de referencia. Este hecho puede llevar a pensar, sin embargo, que se trata de un planteamiento complejo y excesivamente amplio de la investigación, en la medida que han sido tratadas temáticas que, como en el caso de los factores subyacentes, pudieran parecer inconexas con las técnicas geoespaciales, eje principal de la tesis. No obstante, esto es precisamente lo que confiere la principal aportación y lo novedoso de la investigación, la concurrencia en un único estudio de análisis retrospectivos con análisis proyectivos, y de modelos geoespaciales con modelos estadísticos no geográficos (ver Figura 2). De manera sintética, el alcance del estudio ha incluido:  en los estudios prospectivos, utilización, por un lado, de teledetección así como implementación de algoritmos de clasificación por Análisis de Mezclas Espectrales para el estudio de los efectos de la deforestación y degradación forestal; y, por otro, el uso de herramientas SIG (factores directos) y modelos estadísticos (factores subyacentes) para el análisis de las causas.  en los estudios proyectivos, se realizaron las prospecciones en el futuro de los factores causales en función de las causas históricas (directas y subyacentes), para obtener, en consecuencia, los efectos que dicha evolución producirá sobre los bosques. 1.4 Objetivos En este apartado de describen los objetivos, tanto generales como particulares, de la tesis doctoral. 1.4.1 Objetivo general El objetivo principal en esta tesis doctoral es la determinación de los niveles de referencia de la deforestación y degradación forestal, en el ámbito de programas REDD, basándose en técnicas geoespaciales para la medición histórica de los cambios de bosque así como en el análisis de los agentes causales de dichos cambios, a fin de estimar las perspectivas futuras de evolución de ambos procesos en la Región de San Martín, en Perú. En la implementación eficaz de los niveles de referencia dentro del mecanismo REDD se consideran tres factores, cada uno de los cuales cuyo tratamiento constituye la base de la presente Tesis Doctoral: i. Que las medidas de la deforestación y degradación forestal tengan suficiente precisión. ii. Que se consideren los agentes o vectores causantes de ambos procesos. iii. Que el análisis de los dos anteriores permita la estimación de tendencias futuras de deforestación y degradación forestal. El establecimiento de los niveles de referencia de la deforestación y la degradación forestal es un proceso complejo que agrupa, de manera implícita, distintos alcances con naturalezas dispares: por un lado, se han de combinar metodologías tanto retrospectivas como prospectivas; y, por otro, se han de determinar tanto las causas (factores causales) que han dado lugar a los procesos de pérdida de masas forestales como los efectos provocados por los mismos (cálculos de la deforestación y degradación forestal). 1.4.2 Objetivos particulares Los objetivos particulares de la tesis doctoral son los que se describen a continuación: 1. Análisis de las diferentes metodologías de cálculo de nivel de emisiones de referencia en el ámbito de mecanismos REDD. 2. Desarrollo de una metodología de clasificación forestal (bosque / no bosque), a partir de imágenes de satélite de observación de la Tierra, para la determinación de la deforestación y degradación forestal en la zona de estudio a partir de algoritmos de Análisis de Mezclas Espectrales. 3. Análisis de los agentes y vectores de la deforestación y degradación forestal y su correlación causa – efecto con dichos procesos en el mismo período temporal determinado para el análisis anterior. 4. Desarrollo de la estimación futura más probable como consecuencia de los resultados obtenidos anteriormente. 1.5 Metodología de estudio En el desarrollo de las actividades de la metodología propuesta se llevaron a cabo las siguientes actividades: Fase1: Cálculo de la línea base histórica de la región de San Martín durante el período de referencia Alcance: Cálculo de la línea base histórica o tasa histórica de deforestación y degradación forestal: cálculo, de manera retrospectiva, de la evolución de la deforestación y degradación histórica a lo largo del período de proyecto mediante el análisis multitemporal con imágenes de satélite Landsat 5/TM y la implementación de algoritmos de clasificación bosque / no bosque basados en técnicas de Análisis de Mezclas Espectrales. Fase 2: Determinación y Análisis de agentes y causas de la deforestación y degradación forestal Alcance: determinación y análisis de diferentes factores causales y el estudio de correlación con la deforestación y degradación forestal. Para ello, se tendrán en cuenta tanto variables endógenas (biogeográficas y ecológicas como la climatología, elevación y pendientes, áreas naturales protegidas, redes de transporte, zonas urbanizadas, etc.) como subyacentes o indirectos (factores económicos, sociales, demográficos y medioambientales). Fase 3: Desarrollo de modelos de correlación de ocurrencia Alcance: sobre la base de los resultados obtenidos en las dos fases anteriores, se implementarán modelos de correlación de ocurrencia de los fenómenos de deforestación y degradación en función de los factores examinados con objeto de analizar las relaciones causa – efecto en la región de San Martín y su evolución en el tiempo. Todos aquellos agentes y causas recopilados serán comparados de manera unitaria con la información histórica de deforestación y la degradación a fin de derivar las correlaciones oportunas. Esta modelización servirá para estudiar la probabilidad de los factores con respecto a las causas. 1.6 Conclusiones De acuerdo a los procedimientos y técnicas llevados a cabo a lo largo de la investigación, y, en consecuencia de los resultados derivados, se exponen a continuación las conclusiones obtenidas: 1. El cálculo de los niveles de referencia es particularmente complejo en aquellos países cuyas estimaciones de pérdida de cobertura forestal están basadas, con frecuencia, en el conocimiento subjetivo de expertos, en inventarios inconsistentes y en información escasa y deficiente. En este sentido, se ha podido constatar que las técnicas geoespaciales son herramientas capaces de caracterizar en el espacio y en el tiempo los procesos de deforestación y degradación forestal de la zona de estudio, obteniendo resultados homogéneos, comparables y reproducibles. Incluso en el caso de la degradación forestal donde la teledetección no permite monitorizarla con alta certeza (Herold et al., 2012) (Achard et al., 2009), las técnicas geoespaciales en combinación con el análisis de factores directos y subyacentes han permitido obtener resultados con unos elevados índices de correlación. 2. El gran volumen de datos utilizados y de procesos y análisis realizados a lo largo de la investigación, ha permitido determinar la totalidad del flujo de procesos del cálculo de los niveles de referencia de la deforestación y degradación forestal. La concurrencia en un único estudio de análisis retrospectivos con análisis proyectivos, y de modelos geoespaciales con modelos estadísticos no geográficos ha permitido obtener una línea histórica de deforestación y degradación fiable y unos elevados índices de correlación de los factores causales analizados. 3. La disponibilidad de datos históricos consistentes, cartografía temática suficiente y adecuada e imágenes de satélite de alta resolución espacial, libres de nubes y de ventanas temporales amplias y continuas y de bajo coste, se presentan como elementos limitantes para el estudio de los principales factores de causalidad de la deforestación y degradación forestal. A pesar de lo descrito, y gracias a las técnicas de procesamiento aplicadas y descritas en la metodología, se han podido utilizar 7 coberturas completas Landsat5/TM, en fechas homogéneas, de la región de San Martín para el análisis de un periodo de 13 años. 4. Se ha demostrado que el análisis de mezclas espectrales, para el proceso de clasificación de deforestación y degradación a nivel subpíxel, es un método capaz de proporcionar resultados fiables. Asimismo, la posibilidad de utilizar librerías específicas de especies forestales amazónicas permitió trabajar con un alto grado de confianza en la obtención de los productos. En este sentido, los resultados de la deforestación mediante clasificación SMA de la serie multitemporal de imágenes Landsat 5/TM llevado a cabo en las tesis han diferido en un 2% y un 14,22% respectivamente respecto a estudios de deforestación realizados por Conservación Internacional y el Ministerio del Ambiente de Perú (Ministerio del Ambiente. Dirección General de Ordenamiento Territorial, 2014a). 5. Se constata que los factores endógenos permiten evaluar de manera directa su responsabilidad en los procesos de cambio en el bosque. La representación de la cartografía temática permite no solamente analizar estadísticamente la causalidad de dichos efectos sino también determinar localmente su impacto sobre la zona de estudio. Aunque pueden estar condicionados por causas superpuestas, tal como citan (Geist & Lambin, 2001), son, a priori, menos complejos de correlacionar con los impactos producidos que los factores subyacentes. 6. En el análisis de los factores directos que presentaron un mayor impacto como causantes de la deforestación y degradación forestal se obtuvieron las siguientes conclusiones: a. Las redes de comunicación se confirman como principal factor de deforestación y degradación forestal, produciéndose un intenso aumento de estos procesos tanto en las redes hidrográficas como en las viarias. Este hecho es especialmente significativo en las zonas de influencia de 1 km de los ríos y en las redes viarias vecinales, indicadoras del intenso proceso migratorio producido en la región durante la década de estudio. b. Los límites de las Áreas Naturales Protegidas ejercen como factor de control en la deforestación (6,23%), aunque no así en la degradación, que registra tasas incluso superiores a la media regional (21,70% de la degradación para una superficie del 18%). El efecto del paso de la carretera nacional PE-5N de norte a sur por Alto Mayo así como las actividades económicas a pequeña escala juega un papel fundamental en el proceso de degradación, principalmente en las ANPs Cordillera Azul y el Río Abiseo. c. La relación de los factores geofísicos (altitud, pendiente, orientación y temperatura) en el análisis geoespacial con los procesos de deforestación y degradación forestal se han ajustado a los patrones clásicos, que determinan que estos episodios se producen, en mayor proporción, en aquellas zonas donde la habitabilidad es más confortable y el acceso es más fácil para el ser humano. 7. Los factores subyacentes o indirectos asociados a la deforestación y degradación forestal son fenómenos “multicausales” y, por tanto, sus cambios pueden obedecer a tendencias de gran complejidad, causadas por la interacción sinérgica de más de una variable. En el estudio de la tesis se ha comprobado la existencia de algunas correlaciones claras: los factores económicos y sociales son los más influyentes en la ocurrencia de los procesos de pérdida de bosque. Las relaciones infraestructuras – asentamientos de población – agricultura de subsistencia, inmigración – expansión agrícola, actividad crediticia en micro y pequeñas empresas – expansión agropecuaria son las interacciones más relevantes del estudio. 8. De manera más detallada, las conclusiones obtenidas respecto a los factores subyacentes o indirectos fueron las siguientes: a. La medida del tránsito de vehículos, especialmente los pesados, por la región y su correlación con los datos de pérdida de bosque resulta un dato relevante en el análisis causa – efecto. En este sentido, se observa una alta correlación entre la pérdida de bosque y el enorme crecimiento del flujo vehicular total (r=0,89 tanto para la deforestación como para la degradación) y el flujo de vehículos pesados (r=0,92 para deforestación, y r=0,89 para degradación forestal), cuyas mercancías son principalmente productos agrícolas y de extracción de la madera, ambos directamente relacionados con los procesos de deforestación y degradación forestal. b. En el caso de la actividad agropecuaria, existe una importante correlación con el desarrollo de la agricultura de subsistencia basada en productos como el cacao (r=0,89 en deforestación), el plátano (r=0,89 en degradación forestal) o la yuca (r=0,89 en deforestación). Asimismo se obtuvieron correlaciones muy elevadas en el Valor Bruto de Producción Agropecuaria (r=0,89 en deforestación) y en la población de ganado vacuno (r=0,90 en deforestación). c. La actividad de las entidades financieras regionales presentaron un enorme crecimiento, particularmente en el ámbito crediticio tanto en la banca múltiple (686% acumulado) como en las cajas municipales (1.240%) (Tabla 64, Tabla 65 y Tabla 66), muy vinculado al negocio con microempresas y PYMES, lo cual evidencia una intensa actividad económica de San Martín en el período de análisis. Como, por otro lado, las principales actividades económicas de la región son la industria agropecuaria (más del 30% del PIB regional) y sectores manufactureros (casi el 14%) se deduce que gran parte de esa aportación crediticia fuese destinada a la industria citada; que, por otro lado, presenta altos índices de responsabilidad en los procesos de deforestación y degradación forestal, alcanzando los coeficientes de correlación: créditos a la banca múltiple, r=0,94 para deforestación y 0,97 para degradación forestal; depósitos de la banca múltiple, r=0,90 para deforestación y 0,97 para degradación forestal; créditos directos de las cajas municipales, r=0,94 para deforestación y 0,92 para degradación forestal. d. La pobreza afecta a amplios sectores de la población; siendo un factor determinante de ello la falta de empleo y los bajos niveles de ingreso que obtienen las personas por actividades que realizan para sobrevivir. En este caso, se ha considerado las condiciones de capacidad de gasto (r=0,87 y r=0,95 para deforestación y degradación forestal, respectivamente) y habitabilidad, medida como la carencia de servicios básicos, en este caso, alcantarillado (r=0,97 y r=0,81 para deforestación y degradación forestal, respectivamente), como factores de degradación medioambiental. 9. Debido a la numerosa información, tratada y necesaria, para realizar este tipo de estudios REDD, las técnicas geoespaciales constituyen una herramienta imprescindible para la obtención de resultados consistentes y la realización de análisis y simulación de diferentes escenarios, a la vez que permiten gestionar con facilidad las condiciones de contorno derivadas de las variaciones de los numerosos parámetros considerados. 10. A la vista de los resultados obtenidos en esta tesis, se considera que la predicción de las tasas futuras de cambios de la cubierta forestal es una tarea muy compleja, donde ciertamente las tasas históricas puedan marcar una tendencia pero, en ningún caso, de una forma incuestionable. En el análisis concreto de la estimación de las perspectivas de evolución futura en la Región de San Martín existe una dinámica claramente en ascenso de los procesos de deforestación y degradación forestal. En la definición de los dos escenarios planteados, se obtuvo un incremento acumulado del 36% (en el caso del supuesto más favorable) tanto en la deforestación como en la degradación forestal para el período 2011-2021; mientras que en el escenario más desfavorable, el incremento fue superior al 150% para ambos procesos. Entre los factores subyacentes analizados que mayor impacto podrían tener en la proyección de la deforestación y degradación se encuentran, indudablemente, los indicadores económicos y, en concreto: (1) el desarrollo de nuevas infraestructuras, (2) la actividad agrícola y ganadera, (3) la evolución de la industria maderera, (4) la mejora de las infraestructuras eléctricas, y (5) la mejora socioeconómica de la población de San Martín. 1.7 Líneas futuras de investigación A consecuencia de la amplitud de información que se ha tratado a lo largo de la tesis, los retos en líneas futuras de investigación son amplios y, sin duda, de gran interés. De manera general, una mejora u optimización en los datos permitiría acometer investigaciones que permitiesen obtener resultados con un mayor grado de certidumbre. De manera específica, estas mejoras podríamos caracterizarlas de la siguiente manera: 1. Cartografía La disponibilidad de cartografía temática de mayor calidad y más actualizada permitiría obtener una base de apoyo más fiable para los procesos analíticos así como la disponibilidad de un número mayor de años para el seguimiento evolutivo de los diferentes factores analizados. En sentido, las inversiones en producción de cartografía temática es un factor indispensable para la mejora de este tipo de procesos. 2. Datos estadísticos Si bien se seleccionaron previamente 195 factores subyacentes, posteriormente se descartaron 86 al no disponer de una serie histórica con un número de registros suficientes para realizar los análisis estadísticos de correlación de causalidad. Es de esperar que estas series estadísticas se vayan implementando y actualizando con más rigor de forma que su organización y accesibilidad permita en el futuro la utilización de un mayor número de parámetros. Desde el punto de vista del análisis estadístico, en los análisis de regresión simple lineal realizados entre factores se han podido cuantificar relaciones de dependencia entre variables así como la estabilidad e idoneidad de los propios análisis. En este sentido, el estudio ha permitido detectar relaciones de no linealidad entre variables, que, sin duda, podrían ser susceptible de análisis estadísticos de mayor profundidad en el futuro. Asimismo, es interesante indicar el potencial de realizar en un futuro análisis multivariantes de los factores, en particular de los subyacentes, donde existen importantes fenómenos de responsabilidad cruzada o multicasual. Para la actual tesis, el propósito fue la búsqueda, recopilación y validación de un número muy importante de factores subyacentes a fin de determinar la correlación de éstos, de manera unitaria, con respecto a los fenómenos de deforestación y degradación forestal calculados. En este sentido, se han logrado resultados muy significativos, con coeficientes de correlación muy altos para algunos indicadores, que pueden ser, sin duda, un interesante punto de partida para futuros análisis multivariante de factores causales subyacentes. 3. Teledetección El propósito de la tesis acerca de la utilización de datos de observación de la tierra ha sido que, por un lado, éstos estuviesen disponibles de manera gratuita y, por otro, que existiese un archivo histórico anterior al año 2000. Bajo estas premisas la opción de Landsat 5/TM era, de manera lógica, la más concluyente. No obstante, sin considerar estos condicionantes, nuevas líneas futuras de investigación basadas en otros satélites y sensores permitirían la mejora de manera notable de los resultados, específicamente en lo que se refiere a la posibilidad de evitar la presencia de nubes en las imágenes. Se plantean, en este caso, dos líneas de interés: a. Sensores ópticos: utilización de otros sensores satelitales ópticos, embarcados en satélites como Landat 8, la familia de Sentinel, etc. b. Sensores activos (radar): utilización de imágenes radar que solas o combinadas con sensores ópticos permitieran la obtención de imágenes sin nubes. c. LiDAR: las imágenes LiDAR permitirían obtener una información extraordinaria para la valoración de activos y pasivos forestales; sin embargo, el alto precio de la técnica, sumado a las extensas áreas a cubrir así como el número de fechas necesarias, dificulta concebir proyectos como el planteado en la tesis con este tipo de sensores. 4. Algoritmos y librerías espectrales Es importante destacar también la mejora que se podría obtener con la implementación de librerías espectrales, de mayor detalle, de especies forestales locales en los algoritmos de clasificación de análisis de mezclas espectrales utilizados en los trabajos de la tesis.

Tesis:

Aportación de técnicas geoespaciales para la determinación de los niveles de referencia de la deforestación y la degradación de bosques en el ámbito de proyectos REDD. Análisis de factores de causalidad subyacentes y directos.