INTRODUCCIÓN

El cambio en el uso del suelo es uno de los principales conductores del cambio global, así como una causa de la pérdida de biodiversidad (^{Rodríguez-Echeverry & Leiton 2021}). La intervención antrópica afecta alrededor de unos 100 millones de km² de la superficie terrestre libre de hielo, entre el 18-29% sufre cambios antrópicos en su cobertura original y entre el 42-58% maneja los recursos con fuerte intensificación sin experimentar cambios antrópicos (^{Luyssaert et al. 2014}). La explosión demográfica y la expansión de la frontera agrícola han causado la deforestación y la degradación de muchos ecosistemas (^{Erb et al. 2013}, Parihar et al. 2018, ^{López 2022}), lo que se ha manifestado por la alteración de su estructura, composición y función; afectando la calidad de los hábitats y recursos (^{Zheng 2022}) y la interrupción de los servicios ecosistémicos (^{Padilla et al. 2018}). Por tanto, entender los cambios en las coberturas naturales es una prioridad global para la gestión sostenible de los recursos biofísicos (^{Fashae et al. 2022}).

El bosque seco es uno de los ecosistemas más amenazados y se encuentra en peligro crítico (Ferrer-Paris et al. 2018). De una extensión mundial de 1.1 millón de km², el 48.5% cambió de uso (^{Hoekstra et al. 2005}). El problema es especialmente intenso en América, que alberga más del 50% de la superficie de este ecosistema (^{Miles et al. 2006}). Las actividades mineras, la expansión urbana y de la frontera agrícola (^{Hocquenghem 2001}) son causantes de una pérdida estimada en 66% en su cobertura potencial (^{Portillo-Quintero & Smith 2018}) y una disminución aproximada del 80% en su distribución histórica (Ferrer-Paris et al. 2018).

En Ecuador los bosques secos se encuentran en dos regiones. En la costa aparecen en la región tumbesina, que comprende unos 135000 km² entre Ecuador y Perú (^{Aguirre-Mendoza et al. 2006}). En la sierra, son denominados matorral seco montano, puesto que lo definieron y sistematizaron junto con el espinar seco montano como parte del ecosistema bosque seco interandino del norte (^{Valencia et al. 1999}, Ministerio del Ambiente, Agua y Transición Ecológica 2013). Aparecen en valles secos interandinos de las provincias de Zamora Chinchipe y Loja, al sur, y en las provincias de Imbabura y Pichincha, al norte (Valencia et al. 1999). En la zona norte, donde los valles son más altos, estos ecosistemas se ubican entre los 1800 y 2600 m de altitud, destacan los valles de los ríos Chota y Guayllabamba.

Estudios sobre la importancia de estos ecosistemas en Ecuador son recientes y desarrollados principalmente en los bosques secos de la zona suroccidental (^{Aguirre-Mendoza et al. 2006}); mientras que, los estudios del matorral seco montano de las zonas interandinas del norte son menos y poco detallados (Aguirre-Mendoza et al. 2006, ^{Troya et al. 2012}). Aunque la cuantificación de la incidencia de los factores antrópicos en la variación de la cobertura de los ecosistemas es indispensable para evaluar los cambios ambientales locales y regionales, la identificación exacta de estos factores continúa siendo un desafío (^{Tao et al. 2022}), a pesar de que su comprensión es fundamental para contribuir a un desarrollo sostenible.

Se planteó como objetivo general determinar el cambio en la cobertura del matorral seco montano del valle del río Chota, en el N de Ecuador, entre 1990 y 2020. Para ello se consideraron dos objetivos específicos: i) analizar la transición hacia otras coberturas y usos de suelo inducidas por factores antrópicos: ii) evaluar el estado de conservación del ecosistema.

MATERIAL Y MÉTODOS

Área de estudio. Se estudió el matorral seco montano del valle del río Chota, entre las provincias de Imbabura y Carchi, al norte del Ecuador (Figura 1). Esta zona presenta dos estaciones marcadas, una seca de mayo a septiembre y de diciembre a febrero, y la otra lluviosa en los meses restantes (^{Mothes 1987}). La temperatura y precipitación promedio anuales son de 20 a 25 °C y 480 mm, respectivamente (^{Portilla 2018}). Comprende tres bioclimas: el ecuatorial de alta montaña, el ecuatorial mesotérmico seco y el ecuatorial mesotérmico semihúmedo. En la zona de estudio habitan más de 2500 afrodescendientes, la mayoría agricultores y se distribuyen en 38 comunidades, 5 cantones y 14 parroquias rurales (^{Naranjo et al. 2013}). Los suelos son principalmente molisoles, de buena fertilidad (^{Bertsch et al. 1993}, ^{Jaramillo 2002}), pero también existen entisoles, histosoles e inceptisoles. En el valle del río Chota se ubican 11 zonas de vida según la clasificación de ^{Holdridge (1967}): bosque muy húmedo montano (bmhM), bosque muy húmedo montano bajo (bmhMB), bosque húmedo montano (bhM), bosque húmedo montano bajo (bhMB), bosque húmedo premontano (bhPM), bosque pluvial montano (bpM), bosque pluvial subalpino (bpSA), bosque seco montano bajo (bsMB), bosque seco premontano (bsPM), matorral desértico premontano (mdPM) y estepa espinosa montano bajo (eeMB). Predomina el bosque húmedo que ocupa el 14.28%, mientras que el bosque pluvial o páramo ocupa el 8.07% y el bosque seco o matorral seco montano, de vegetación xerófila, ocupa el 6.6% de los 4132 km² del valle.

Figura 1 Ubicación del matorral seco montano en el valle del río Chota. 

Clasificación de imágenes y tipos de cobertura. Para el análisis del cambio de la cobertura del matorral seco montano se usaron seis imágenes de los satélites Landsat 4-5, 7 y 8 para los años 1990, 2007 y 2020, respectivamente, localizadas en el Path-Row (10-59 y 10-60) provenientes del Servicio Geológico de los Estados Unidos (https://earthexplorer.usgs.gov/). La selección del periodo 1990-2020 fue por la detección tangible del cambio en su cobertura mediante la técnica de percepción remota con las imágenes satelitales (^{Pineda 2011}; Romo et al. 2013), y debido a que en 1984 se comenzó a tener imágenes de alta calidad y resolución con el satélite Landsat 5 (^{Wulder et al. 2008}). Las imágenes cuentan con una resolución de cuadrículas ráster de 30 m, ideal para identificar la cobertura de esta formación vegetal y cuantificar su variación en el tiempfo (^{Millington et al. 2003}). Las imágenes se corrigieron con el software ENVI 5.3, mediante realces radiométrico y multiespectral, y una corrección atmosférica.

En el software ArcGIS 10.8 se aplicó el método de clasificación supervisada para cada imagen, pues presenta un criterio de máxima verosimilitud por las áreas de entrenamiento que agrupan los pixeles de mayor probabilidad de las clases determinadas (^{Chuvieco 2010}). Con este procedimiento se determinaron diez tipos de coberturas: área sin vegetación (1), bosque (2), masas de agua (3), cultivos (4), infraestructura agrícola (5), matorral seco montano (6), nubes (7), páramo (8), vegetación arbustiva (9) y zona urbana (10).

Validación de clasificación. Para la validación del método de clasificación supervisada se usaron 352 puntos, a partir de los 4132 km² de superficie del valle, a un nivel de significancia del 95%, de los cuales 176 puntos fueron tomados en campo y los 176 restantes en la aplicación Google Earth. La distribución de puntos por tipo de cobertura fue lo más equitativo posible para evitar sesgos. Con los datos recopilados en campo y los de referencia como valores de entrenamiento, se procedió a medir la exactitud de la clasificación, es decir el grado de concordancia entre los tipos de cobertura y sus correctas ubicaciones (^{Dou et al. 2007}, ^{Li et al. 2009}), por medio de los métodos matriz de contingencia e índice Kappa.

Análisis del cambio en la cobertura. Se analizó el cambio de cobertura, mediante los índices “R” y “q” definidos por el Ministerio del Ambiente, Agua y Transición Ecológica (2017):

Donde R es la pérdida total anual promedio para un periodo determinado, q la tasa anual de pérdida neta, A₁ el área inicial (ha), A₂ el área final (ha), t₁ el año inicial y t₂ el año final.

Se complementó este análisis con la comparación de las coberturas entre los tres periodos de estudio, a través de una matriz de transición, donde la diagonal principal representa en superficie (ha) la persistencia de los tipos de cobertura entre periodos, y las dos hemimatrices la magnitud de cambio de un tipo a otra. De esta manera se determinaron las pérdidas, ganancias, cambio total (sumatoria de pérdida y ganancia), índice swat (doble de la pérdida) y cambio neto (diferencia entre cambio total e índice swat) de los diez tipos de coberturas analizados (^{Gallardo & Martínez 2012}).

Evaluación del estado de conservación del matorral seco montano. Se aplicaron dos metodologías para la evaluación del estado de conservación del ecosistema. La primera propuesta por el Centro Informático de Geomática Ambiental et al. (2006), consistió en una matriz de evaluación, donde se realizó una apreciación subjetiva y calificación de siete variables (salud de la biodiversidad, estructura del bosque, manejo, población, cultivos, problemática ambiental y conflicto socioambiental) por medio de 25 indicadores en campo, acorde a los atributos del ecosistema. A cada indicador se le dio un valor de importancia de uno a tres (bajo, medio, alto) y un valor de campo de uno a cuatro (malo, regular, bueno y muy bueno). El grado de conservación se obtuvo con el índice:

Donde, vip = Valor de importancia ponderado; vmc = valor de campo; vmc = valor máximo de campo. Se clasifico de acuerdo con los rangos: 0 a 25% como Malo, 25.1 a 50% Regular, 50.1 a 75% Bueno y de 75.1 a 100% Muy Bueno (^{López et al. 2010}, ^{Aguirre-Mendoza & Geada-Lopez 2017}).

La segunda consistió en la aplicación de SIG (Sistemas de Información Geográfica) para evaluar el componente biofísico del valle y corroborar el resultado cualitativo del primer método. Básicamente se sobreponen cuatro capas temáticas, la de cobertura vegetal actual (clasificación supervisada) y las de uso actual del suelo, uso potencial del suelo y conflictos de uso de suelo que se obtienen del Sistema Nacional de Información (sni.gob.ec/coberturas). En la capa resultante se realizó una reclasificación de los valores de todos los atributos que agrupa en cuatro categorías: Malo, Regular, Bueno y Muy Bueno (^{Dzendoletas 2015}, ^{Buzai & Principi 2017}).

RESULTADOS

Variación de la cobertura. En el periodo de 30 años estudiados se evidenció una considerable reducción de la cobertura del matorral seco montano. En el subperiodo de 1990-2007 hubo una disminución del 13%, de 34480.81 a 30168.23 ha, mientras que en el subperiodo 2007-2020 la disminución fue del 9%, de 30168.23 a 27525.96 ha. Un total de 6954.85 ha (20%) de matorral seco montano existente en 1990 fue intervenido o reemplazado por otro tipo de cobertura hasta el año 2020, lo cual supone una pérdida anual promedio de 231.83 ha/año y una tasa anual de pérdida neta de -0.75% (Tabla 1).

Tabla 1 Área estimada, tasa anual de pérdida neta (q) y variación de cambio de los diferentes tipos de cobertura y uso de suelo. 

La cobertura de usos del suelo antrópicos registró un aumento considerable: las infraestructuras agrícolas aumentaron de un 0.03 a un 0.08% del área total del valle; la zona urbana de un 0.18 a un 0.94%; los cultivos, el uso dominante del territorio, del 46.43 al 60.91% (Tabla 1, Figura 2). Por el contrario, la cobertura del matorral seco montano pasó del 8.34 al 6.66% (Tabla 1, Figura 2).

Figura 2 Variación temporal en los tipos de cobertura y usos de suelo del valle del río Chota. 

Validación de la clasificación. La precisión general fue del 88.92%, con una alta correlación entre los datos de coberturas y uso del suelo de la clasificación supervisada con los datos recopilados en campo. El índice Kappa fue de 0.87 indicó una clasificación muy precisa en el rango de 0.81-1.00.

Análisis de la transición entre coberturas y usos del suelo. En el periodo de 1990-2020 el 58.96% de las coberturas y usos de suelo mantuvieron su área ocupada. La mayor parte de este porcentaje correspondió a los cultivos, que presentaron una persistencia del 38.37%. La cobertura que presentó mayor ganancia en superficie fueron los cultivos con un 22.55%, mientras que la cobertura con mayor porcentaje de pérdida fue la vegetación arbustiva con 8.44% (Tabla 1).

En 1990, el matorral seco montano tenía una cobertura de 8.34% (34473.19 ha), del cual el 4.95% (20430.48 ha, más de la mitad) se sustituyó por otros usos, principalmente por los cultivos (3.96%; 16345.72 ha), las áreas sin vegetación y zonas urbanas. En menor porcentaje se produjo una transición hacia otras coberturas naturales como el bosque y la vegetación arbustiva (Figura 3).

Figura 3 Transición del matorral seco montano a otros usos del suelo entre 1990 y 2020. 

El cambio neto del matorral seco montano fue -1.68% (-6954.85 ha) de pérdida en 30 años (Tabla 1). Los tipos de cobertura que presentaron una ganancia neta, a excepción del bosque, fueron las de usos del suelo antrópicos: los cultivos con 14.48% (59830.64 ha) y ligeramente la zona urbana e infraestructura agrícola (Tabla 1).

Estado actual de conservación del ecosistema. La combinación del valor ideal ponderado y valoración de campo dio como producto un valor de 41.10%, que indica un estado actual de conservación Regular para el matorral seco montano del valle del río Chota. Las variables que inciden de manera perjudicial en el estado de conservación del matorral seco montano fueron principalmente la salud de la biodiversidad; el poco interés en el manejo del ecosistema que se deriva en una baja preocupación por la conservación y protección de sus recursos; la problemática ambiental latente dentro y adyacente al ecosistema por gran presión de los monocultivos y actividades mineras; las actividades antrópicas de la población que presionan y provocan una dinámica socioeconómica destructiva de la biodiversidad (Figura 4).

Figura 4 Valor ponderado y estado de conservación para las siete variables indicadoras del estado del matorral seco montano. 

Zonificación. Del área total del matorral seco montano, el 47.19% (12989.76 ha) presentó un estado actual de conservación Regular y el 17.31% (4765.30 ha) un estado de conservación Malo (Figura 5). Del 35.50% restante un 28.76% (7917.82 ha) se encontró en un estado de conservación Bueno y el 6.73% (1853.08 ha) un estado de conservación Muy Bueno (Figura 5).

Figura 5 Mapa del estado de conservación del matorral seco montano. 

DISCUSIÓN

La composición y estructura del matorral seco montano en el valle del río Chota cambió drásticamente en los últimos 30 años. Las tasas de variación mostraron una disminución de 6954.85 ha (20%) en su cobertura, con una tendencia alta de pérdida de 231.83 ha/año (-0.75%) en promedio. Acorde con la matriz de transición de entre coberturas y usos del suelo, los factores antrópicos fueron responsables de la transformación de más de la mitad del 8.34% que inicialmente ocupaba el matorral seco montano en el valle. La expansión de la frontera agrícola resultó ser el principal promotor con un 3.96%. La minería, los accesos a carreteras, la extracción de recursos maderables y la contaminación por desechos sólidos (identificados in situ) fueron decisivos en la determinación del estado de conservación del ecosistema como Regular.

La pérdida del 20% matorral seco montano y otros hábitats naturales fue producto de la intervención humana. Estudios a nivel nacional e internacional muestran una tendencia similar (Tabla 2), donde la pérdida de cobertura de los ecosistemas secos ocurre principalmente por el cambio de uso de suelo sujeto a la expansión de la frontera agrícola. Este factor se basa en dos grandes actividades: producción ganadera y desarrollo de cultivos que son la base económica de muchos, amortigua la pobreza y garantiza seguridad alimentaria (^{Byers 2000}, ^{Preston et al. 2003}, ^{Quiroga-Mendiola 2004}), por lo que siempre buscan expandirla o intensificarla. Con una economía estable y turismo desarrollado, el sector agrícola deja de ser indispensable y reduce sus áreas de ocupación (^{Carandang et al. 2013}). La implementación de buenas prácticas agroecológicas puede reducir las pérdidas de coberturas naturales (^{Ellis et al. 2017}).

Tabla 2 Pérdida de cobertura del bosque seco en distintas áreas geográficas. 

La población reconoce que la sequía es el mayor impacto del cambio climático que afecta al matorral seco montano, registros en los últimos años revelan una prolongación continua (^{Subía et al. 2007}). En consecuencia, el 98.16% de las áreas semiáridas de la cuenca del río Chota presentan una baja recarga hídrica (^{Villota 2022}). Aumenta el riesgo de incendios, pese a esto no hay reporte alguno en el valle, solo prácticas de quemas controladas de Saccharum officinarum y Vachellia macracantha para la obtención de carbón vegetal.

La tasa anual de pérdida del ecosistema fue elevada y a gran ritmo a nivel local, por la alta presión agrícola y extracción de recursos maderables. El promedio de la tasa anual de deforestación de bosques en América Latina es de -1.54%, Ecuador tiene los niveles más altos de deforestación anual (^{Armenteras & Rodríguez 2014}), seguido de México que tiene una tasa anual de -1.9% en un periodo de 25 años (1977-1992) (^{Porter-Bolland et al. 2007}). Los bosques secos presentan las tasas más elevadas con -2.67% (Armenteras & Rodríguez 2014). Sin embargo, a este valor deben sumarse varios países que aún no reportan estudios de este ecosistema, entre ellos Ecuador. Las investigaciones se deben realizar a diferentes escalas para comprender las causas del cambio de uso de suelo y proporcionar información crítica (^{Pan et al. 2004}).

Más de la mitad del área del matorral seco montano sufrió una transición hacia otras coberturas naturales y usos de suelo. Dado que son áreas preferentes para la agricultura y asentamientos poblacionales desde tiempos remotos (^{Ewel 1999}, ^{Sánchez-Azofeifa et al. 2005}, ^{Pennington et al. 2006}), se convirtió el proceso de transición en la principal amenaza de los bosques secos (^{Janzen 1986}, ^{Houghton et al. 1991}). Los cambios de uso de suelo están asociados al desarrollo agrícola y en menor medida a las áreas rurales y residenciales (^{Corona et al. 2016}). El reemplazo de los ecosistemas desencadena cambios estructurales y funcionales que influyen perjudicialmente en la provisión de servicios ecosistémicos para la subsistencia (^{Paruelo et al. 2005}, ^{Schröder et al. 2021}). La cubierta vegetal de los bosques secos contribuye en los ciclos biogeoquímicos que proporcionan agua, nitrógeno y carbono al resto de seres vivos; protección al suelo contra la erosión del viento y agua; mantiene fértiles los suelos; sombra, recursos maderables, entre otros (^{Balvanera 2012}, Schröder et al. 2021).

El estado de conservación del matorral seco montano en el valle del río Chota fue Regular. En la misma situación se encuentran las áreas de bosque y vegetación protectora de las provincias de Loja y Zamora Chinchipe: El Guabo, La Chorrera, Rumihuilco y Santa Rita (Centro Informático de Geomática Ambiental et al. 2006). Al sur del Ecuador, los bosques secos se encuentran en un buen estado de conservación, pero con tendencia a ser Regular (^{Aguirre-Mendoza & Geada-Lopez 2017}). Las variables determinantes en la calificación estado de conservación fueron el manejo del ecosistema y conflicto socioambiental, donde las actividades agrícolas y forestales se dan con prácticas de producción y aprovechamiento no sustentable (Centro Informático de Geomática Ambiental et al. 2006, Aguirre-Mendoza & Geada-Lopez 2017). La extracción de los recursos maderables es destinada a la comercialización y elaboración de carbón (^{Zorogastúa et al. 2011}).

El uso de SIG también sugirió un estado de conservación Regular. Además, permitió identificar y delimitar las áreas específicas donde se requiere centrar esfuerzos (Regular y Malo). No tomar en consideración estas herramientas limita la posibilidad de construir estrategias de manejo oportunas, así como acciones de restauración y conservación.

El matorral seco montano en el valle del río Chota enfrenta cada vez más amenazas por las perturbaciones antrópicas. La protección en los valles interandinos es prácticamente inexistente (^{Miles et al. 2006}). A pesar de tener un rol fundamental en el sustento de los seres vivos, las autoridades locales, nacionales y ONGs se mantienen con esfuerzos esporádicos al momento de establecer mecanismos de protección y manejo sostenible de los recursos (^{Sánchez-Azofeifa et al. 2005}). La designación de un área protegida no garantiza que la conservación sea eficaz (Miles et al. 2006)

Se sugiere desarrollar un estudio complementario que integre factores económicos, sociales y culturales con los procesos ecológicos. La valoración económica de los servicios ecosistémicos del matorral seco montano para conocer la disposición a pagar (DAP) de los actores interesados por la conservación del ecosistema. Con la finalidad de que la sociedad comprenda la importancia ecológica de los ecosistemas secos y cambien la perspectiva de verlos como ecosistemas inertes a llenos de vida (^{Schröder et al. 2021}).

En conclusión, los cambios de uso del suelo en el matorral seco montano fueron perceptibles. El análisis de la variación de las coberturas y usos de suelo reveló una pérdida de la cubierta del matorral seco montano debido al incremento de los factores antrópicos, principalmente por la expansión de la frontera agrícola que reemplazó grandes extensiones originarias de cubiertas naturales. En menor proporción también lo hizo el crecimiento demográfico. Estos factores fueron identificados a gran escala, pero in situ se determinaron otros que asimismo tuvieron su grado de afectación y categorizaron el estado de conservación del ecosistema como Regular. Las estrategias necesarias para frenar el deterioro ambiental y garantizar un desarrollo sostenible acorde a los objetos de conservación del valle del río Chota son: el desarrollo de buenas prácticas agroecológicas; la gestión ambiental integral con una participación interinstitucional debe gestionar las cuencas y priorizar esfuerzos de protección en el ecosistema; y la educación ambiental con un enfoque particular para cada grupo social presente en el valle.