El Indice normalizado de vegetación como indicador de la sustentabilidad de un territorio agrícola

Abstract

Se propuso evaluar de manera comparativa la sustentabilidad de diferentes ambientes agrícolas, utilizando la vegetación como un indicador dinámico de tal condición. Para ello se estudiaron los cambios temporales y la heterogeneidad espacial de un territorio a través de información satelital y se ensayaron diferentes indicadores de estas variaciones. Se analizó la cuenca denominada "Rafael García-Lozada", localizada en el departamento Santa María, Córdoba, con una extensión de 350 km 2 y uso actual de la tierra con predominio agrícola. Se contó con imágenes digitales de NDVI obtenidas de información de dominio público de Internet. Se dispuso de una serie de imágenes decádicas de resolución 1,1 x 1,1 km (1992-1996, en forma discontinua) y de una serie de imágenes mensuales NOAA de resolución 8 x 8 km (1981-2001). Mediante clasificación no supervisada del primer componente principal estandarizado obtenido de un análisis de serie temporal, se delimitaron tres unidades homogéneas (UH), que se caracterizaron física y biológicamente. Se usaron diferentes indicadores de su heterogeneidad espacial y temporal, que se integraron en un diagrama tipo tela de araña. La UH 3, ubicada hacia el NO, en la cabecera de la cuenca, alcanzó el mayor valor del índice de productividad edafo-climático (IP) y promedios superiores de NDVI, especialmente en los valores de los ciclos invernales. Fueron elevados los índices de correlación entre los NDVI promedio y los IP de las regiones geomorfológicas (r = 0,97) y de las unidades homogéneas (r = 0,99). En el relevamiento más reciente (año 1999), la vegetación leñosa ocupaba el 7% de la superficie, mostrando además una distribución heterogénea y fragmentada. La cantidad de biomasa de los cultivos que retorna al suelo a través de los rastrojos, calculada a partir de la estimación de la productividad primaria neta aérea, fue 683 (± 95.0) Kg/ha/año de materia seca mayor en la UH 3 que en la UH 1, ubicada en la porción inferior de la cuenca. Por otra parte, la fecha promedio de máximo crecimiento en la UH 3 se anticipa en algo más de un mes a la fecha de las otras. Durante el período analizado (1970-1999), se eliminó de la cuenca el 61% de los bosques (3881,7 ha), con mayor descenso (47%) en los primeros quince años. Los sistemas de cultivo revelan una simplificación creciente, con un marcado predominio del cultivo de soja; este proceso se cuantificó con el Índice de Diversidad de Shannon, que descendió de 0,51 en la primera década a 0,38, en la segunda. Los promedios de NDVI de los ciclos estivales de la UH 3 aumentaron significativamente un 8,9% en la última década. Las correlaciones entre los valores mensuales de las series de precipitación y NDVI resultaron significativas. Con los promedios anuales, sólo los años de precipitación desfavorables presentaron ajustes elevados y significativos. Es decir, en estos períodos secos la precipitación fue el factor determinante de la captación fotosintética. Las unidades homogéneas se diferenciaron en su respuesta frente a la lluvia, presentando la UH 1 el mayor ajuste y la UH 3 el menor; poniendo en evidencia su menor dependencia de la precipitación. De las relaciones entre NDVI y las estadísticas de cultivos del Departamento Santa María que se analizaron, surgió que los promedios de NDVI de los meses de Agosto y Setiembre, en el caso de los cultivos invernales y el NDVI del mes de Febrero, para los estivales, permiten realizar estimaciones tempranas de los rendimientos. También el ICV (índice de condición de la vegetación) correlacionó positiva y significativamente con los datos de producción total de cultivos del departamento, pero no alcanzó a mejorar el ajuste obtenido con el NDVI. La variable Derivada del NDVI discriminó las diferencias entre los distintos ambientes, tanto por sus valores máximos como por las fechas en que ocurrieron. Las diferencias entre los valores de NDVI máximos y mínimos de los períodos anuales para la serie 1981-2001 fue significativamente menor en la UH 3 que en las otras dos. Se destaca la validez del procedimiento metodológico, basado en la utilización de información satelital de acceso público para definir unidades ambientalmente homogéneas, corroborar estas delimitaciones a través de la evaluación de diferentes características de su estructura física y biológica y comparar el estado o condición actual y los cambios a los que estuvieron sujetos. Estas características, junto al análisis de las relaciones entre el NDVI y la precipitación, la calidad del suelo y las estadísticas de cultivos del departamento, permitieron interpretar el funcionamiento de las unidades homogéneas y establecer un conjunto de indicadores para evaluar la productividad, la eficiencia y la estabilidad, bases de la sustentabilidad ambiental de estos agroecosistemas.

The objective of this work was the comparative evaluation of different agricultural environments using the vegetation like a dynamic indicator of sustainability condition. Temporary changes and space heterogeneity of a test site watershed were evaluated and interpreted for this purposes through satelite information. The techniques were applied to "Rafael García-Lozada" watershed, an area of about 350 km 2 located in Santa Maria, Cordoba (Argentina) where land use is mainly agriculture. We used decadic NOAA NDVI images with 1.1 x 1.1 Km pixel size from 1992 to 1996 period and series of monthly NOAA NDVI images with 8 x 8 Km pixel size from 1981 to 2001. Working with the first standardized main component a nonsupervised classification of the temporary series was performed. Three homogenous units (HU) were delimited trough this way and this parameters provided for a physical and biological characterization. In addition, we considered too spatial and temporary indicators. HU 3 reached the greater value of the index of edafo-climatic productivity (IP) and superior averages of NDVI, specially in the values of the winter cycles. The indices of correlation between the NDVI average and the IP of the geomorphic regions (r = 0.97) and of the homogeneous units (r = 0.99) were elevated. In the most recent period (1999), the woody vegetation occupied 7% of the surface, showing too an heterogeneous fragmented distribution. The amount of biomass of the crops that returns to the ground through the stubbles, calculated from the estimation of the aerial net primary productivity, was 683 (± 95,0) Kg/ha/year of dry matter greater in the HU 3 that in HU 1. On the other hand, the date average of maximum growth in HU 3 is anticipated in something more of a month to the date of the others. During the analyzed period (1970-1999), 61% of forests were eliminated in the watershed (3881.7 ha), with greater reduction (47%) in the initial stage. The crops systems reveal an increasing simplification, with a noticeable predominance of the soybean. This process was quantified with the diversity Index of Shannon, that descend from 0.51 in the first decade to 0.38, in the second. viiThe NDVI averages of summer cycles of HU 3 significantly increased about 8.9% between both decades. Monthly values of precipitation series and NDVI correlations were significant. With the annual averages, only unfavorable years of precipitation showed high and conspicuous adjustments. In these dry periods precipitation was the determining factor of the photosynthetic activity. The homogenous units were different in their answer rain, presenting the HU 1 the greater adjustment and HU 3 the minor; putting in evidence its smaller dependency of the precipitation. NDVI and statistics of crops relations for all Santa Maria arose that NDVI August and September averages (in winter crops) and NDVI of the month of February (in summer crops) would allow to make early estimations of the yields. VCI (vegetation condition index) also correlated positively and significantly with total production data of crops of Santa Maria, but it did not reach to improve the adjustment obtained with the NDVI. The NDVI Derived discriminated the differences between environments, as much by its maximum values as by the dates in which they happened. The differences between values of maximum and minimum of the annual NDVI periods for series 1981- 2001 were significantly smaller in the HU 3 that in the others. The methodological procedure validation using public satellite images information stands out to delimit environmentally homogenous units, to corroborate these boundaries through the evaluation of different characteristics from its physical and biological structure and to compare the present condition and changes to which they were subject. These characteristics, with the analysis of relations between the NDVI with precipitation, ground quality and crops statistics, allows the interpret the function of homogenous units and to detect a set of indicators to evaluate the productivity, the efficiency and the stability, bases of the environmental sustainability of an agroecosystems.