Uso de los sensores remotos y SIG para la identificación de áreas erosionadas y en riesgo de erosión en cuencas hidrográficas

Abstract

El suelo es un recurso esencial para los seres humanos y para toda la vida terrestre, el cual no tiene reemplazo, pues es un recurso vital para: i) la producción de biomasa, ii) el acopio, filtraje y transformación de nutrientes y sustancias, iii) la regulación de la infiltración, almacenamiento y flujo del agua, iv) la reserva de biodiversidad, hábitats, especies y genes, v) el soporte como ambiente físico y cultural de los seres humanos y sus actividades, vi) la producción de materias primas, vii) el depósito de carbono y la regulación de emisiones de CO2, N2O y CH4 y viii) el custodio del patrimonio geológico y arqueológico. Dicho recurso multifuncional, debe conocerse para que sea utilizado adecuadamente, lo cual implica también su conservación para asegurar su sostenibilidad y seguridad. Aunque resulta evidente la importancia del recurso suelo, este ha sido sometido a procesos de degradación, entre los que destaca, la erosión hídrica, considerada como un riesgo ambiental, que se hace presente por las precipitaciones caídas sobre terrenos desnudos vulnerables, que, en su escurrimiento por las laderas, arrastran el suelo para depositarlos en zonas bajas o enlodar y obstruir cuerpos de agua. Dicho riesgo compromete todos los servicios ecosistémicos señalados previamente. En este orden de ideas, la Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación (FAO), conjuntamente a instituciones afines, partiendo de la crucial importancia de la conservación del suelo, han planteado la identificación de opciones a consolidar, generar y armonizar los datos sobre los procesos de erosión de suelos, así como también de herramientas de evaluación para promover su uso en la toma de decisiones, contribuyendo de dicha forma al monitoreo de la cubierta terrestre y la productividad de la tierra. Encontrar evidencias de la acción de los procesos de erosión del suelo en las áreas naturales e intervenidas es común (y Venezuela no es la excepción), por lo que el estudio e identificación de áreas sujetas a estos procesos resulta necesario y concordante con las ideas planteadas por la FAO y demás instituciones. Por tales motivos, esta tesis doctoral se planteó como objetivo principal establecer un marco metodológico factible para identificar áreas erosionadas y en riesgo de erosión como indicadores de degradación de suelos por erosión hídrica empleando técnicas de percepción remota y Sistemas de Información Geográfica (SIG) sobre datos aportados por sensores gratuitos y disponibles, enfatizándose como requerimiento la simplicidad de datos netamente espectrales para su aplicación en cuencas hidrográficas. Para ello, se establecieron cinco capítulos: en el capítulo I, se señala la importancia de la ciencia del suelo, su interdisciplinaridad, aplicaciones múltiples y necesidad de su seguridad para contribuir al desarrollo sostenible; en el capítulo II, se define la erosión hídrica, sus fundamentos, su evaluación y representación cartográfica, haciéndose una revisión con énfasis en el uso de sensores remotos y sistemas de información geográfica; en el capítulo III, se incluye una evaluación de métodos de corrección atmosférica y sombreado topográfico en una imagen Landsat 8 OLI sobre un área montañosa semiárida, como fase previa, para el estudio de procesos de erosión mediante productos de sensores remotos; en los capítulos IV y V, se realizan identificaciones de áreas erosionadas y en riesgo de erosión mediante percepción remota y SIG en microcuencas, como una manera para alcanzar el objetivo originalmente propuesto. Finalmente, se presenta una serie de conclusiones, recomendaciones y líneas futuras de investigación, cuyo propósito es optimizar los conocimientos y propuestas metodológicas planteadas, así como también el abordaje de otros objetos de estudio vinculados a los procesos de erosión.

The soil is an essential resource for human beings and all human life. It is unreplaceable, since it is a vital resource for i) the production of biomass; ii) the collection, filtering, and transformation of nutrients and substances; iii) the regulation of water infiltration, storage, and flow, iv) the biodiversity, habitat, species, and genetic reserve; v) support as a physical and cultural environment for human beings and their activities; vi) the production of raw materials; vii) carbon storage and the regulation of CO2, N2O, and CH4 emissions; and viii) safeguarding the geological and archaeological heritage. Such a multifunctional resource must be understood in order to be adequately utilized, which also implies its conservation to ensure sustainability and security. Although the importance of the soil resource is evident, it has been subjected to degradation processes, highlighting water erosion, regarded as an environmental risk present in precipitations falling on bare and vulnerable terrains. In their runoff down the slopes, these precipitations drag the soil, depositing it in low areas or muddying and obstructing bodies of water. This risk compromises all of the aforementioned ecosystem services. In this vein, the Food and Agriculture Organization of the United Nations (FAO), in a joint effort with related institutions, and considering the importance of soil conservation, has proposed identifying options to consolidate, generate, and harmonize data on soil erosion processes, as well as evaluation tools, in order to promote their use in decision-making, thereby contributing to the monitoring of land cover and soil productivity. It is common to evidence of soil erosion processes in natural and intervened zones (and Venezuela is no exception), which is why studying and identifying the areas subjected to these processes is necessary and in line with the ideas proposed by the FAO and other institutions. Therefore, this doctoral thesis had the main objective of establishing a feasible methodological framework to identify areas that have been eroded or are at risk of erosion, as indicators of soil degradation due to water erosion. This was done while employing remote sensing techniques and geographic information systems (GIS) on data supplied by free and available sensors, emphasizing the simplicity of purely spectral data as a requirement for application in watersheds. To this effect, five chapters were established. Chapter I points out the importance of soil science, its interdisciplinarity, and its multiple applications, as well as the need for security in contributing to sustainable development. Chapter II defines water erosion and its foundations, assessment, and cartographic representation, conducting a review focused on the use of remote sensing and GIS. Chapter III includes an evaluation of atmospheric correction and shaded relief methods in the Landsat 8 OLI image of a mountainous, semiarid area, as a preliminary phase for the study of erosion processes via remote sensing products. Chapters IV and V identify areas that have been eroded and are at risk of erosion through remote sensing and GIS in micro-basins, as a way to fulfill the initially proposed objective. Finally, a series of conclusions, recommendations, and future lines of research is presented, whose purpose is to optimize the knowledge and methodological proposals presented, as well as addressing other subjects of study related to erosion processes.