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MONITOREO DE LA COBERTURA VEGETAL EN ÁREAS DE CIERRE PROGRESIVO MEDIANTE TELEDETECCIÓN Y NDVI

Por: Iván Salas, Hudbay Perú y Abdhiel Bustamante, Universidad Nacional de San Antonio Abad del Cusco.


Resumen

Se efectúan análisis de correlación con base en los índices de diversidad de áreas revegetadas dentro de los procesos de cierre progresivo en la unidad minera Constancia, en la provincia de Chumbivilcas, región Cusco. Estos índices fueron correlacionados con los valores de cobertura vegetal e Índice Normalizado de Vegetación (NDVI), el primero es el valor considerado dentro de los compromisos asumidos en los procesos de cierre.

Se encontró una correlación casi nula entre la cobertura vegetal y los índices de diversidad, en tanto la correlación entre el NDVI e índices de diversidad fue positiva, lo que permitiría que la riqueza, abundancia y diversidad de especies en las áreas evaluadas dentro de procesos de cierre progresivo pueda ser caracterizada y monitoreada en largos periodos mediante el método del Índice Normalizado de Vegetación.

Introducción

Hudbay Perú, subsidiaria de la canadiense Hudbay Minerals Inc., se encuentra en la etapa de operación de la unidad minera Constancia, que se localiza aproximadamente a 112 km al sur de la ciudad del Cusco, y a 634 km de Lima (distancias en línea recta), en los distritos de Chamaca, Velille y Livitaca, pertenecientes a la provincia de Chumbivilcas, sobre los 4,000 msnm. En Constancia se realiza la explotación a tajo abierto de minerales de cobre y molibdeno, y su procesamiento para producir concentrados como productos finales.

Los impactos generados en minas a cielo abierto provocan que el abandono de las actividades sin hacerse cargo de los efectos post operacionales sea contrario a cualquier idea de sostenibilidad. De todos los efectos, el cambio de coberturas del suelo es la alteración más visible en los terrenos intervenidos. La vegetación constituye uno de los componentes de mayor importancia y fundamental para el equilibrio del medio ambiente, además la cubierta vegetal juega un papel decisivo para el adecuado soporte, conservación y mantenimiento de otros recursos (fauna, suelos y paisaje).

La revegetación, que se llevan a cabo en la etapa final del cierre y cierre progresivo de mina, es considerada como la principal actividad de restauración de las áreas disturbadas por la actividad minera con el objetivo de crear en estas una cubierta vegetal sostenible con el fin de integrarlas con el medio ambiente y proporcionar condiciones ecosistémicas adecuadas para evitar la terosión, mejorar las propiedades del suelo, y para el establecimiento e interacción con otras especies de flora y fauna nativas. La revegetación es una forma de restauración, con la cual se trata de restablecer las diferentes comunidades vegetales, que se encontraban en un inicio, previo al impacto que las llevó a su estado actual (Bradshaw, 1997). La revegetación se considera un proceso continuo que puede durar hasta 5 años (Ministerio de Energía y Minas, 2007). El cierre progresivo es beneficioso tanto para el medio ambiente como para el titular de la mina, ya que impacta positivamente en los ecosistemas al permitir la recuperación rápida de tierras y al controlar la degradación ambiental futura (Ministerio de Energía y Minas, 2006).

Los Índices de Vegetación (IV) generados mediante sistemas de teledetección, realzan la cubierta vegetal en función de su respuesta espectral, resaltando parámetros como densidad, índice de área foliar, actividad clorofílica, y atenuando otros componentes como suelo, iluminación, etc. Uno de los más usados es el Índice de Vegetación de Diferencia Normalizada (NDVI), que discrimina coberturas vegetales comparando la firma espectral de vegetación sana, vegetación seca y suelo, permitiendo determinar el estado de la vegetación o la ausencia de esta (Chuvieco 1995), además de identificar la variación de esta vegetación (incremento, decremento, vigor, densidad, estrés hídrico, etc.) resaltándola sobre otros elementos del paisaje, y permitiendo, además, caracterizar su evolución mediante análisis multitemporales que posibilitan identificar cómo varía la presencia de vegetación.

1. Experiencias previas encontraron que el NDVI tiene una relación lineal cuando el índice de área foliar o la densidad de la vegetación aumentan, demostrando que es un buen indicador de biomasa de la vegetación secundaria en una sucesión vegetal, además de que la riqueza de especies puede ser caracterizada y monitoreada a nivel regional y en largos periodos (Carlson & Ripley, 1997; Amaral et al., 1996; Fairbanks & Mcgwire, 2004; Levin et al., 2007; Zorogastua et al., 2012). Estos antecedentes demuestran que el NDVI se constituye en una herramienta sencilla y accesible para el estudio de la cobertura vegetal en procesos de cierre minero, permitiendo no solo determinar el cambio en la cobertura vegetal a través de los años, sino también correlacionarlo con la recuperación de la fauna en las áreas impactadas. Esto está permitiendo el desarrollo de metodologías para el monitoreo de cambios de cobertura, con base en el NDVI, en el ámbito minero (Wajs, 2018).

En la unidad minera Constancia se viene efectuando el seguimiento de las áreas revegetadas en las actividades de cierre progresivo mediante teledetección; para ello se utilizaron imágenes satelitales de la plataforma Planet, provenientes del satélite SkySat, con una resolución espacial de 0.5 m (4.0-5.0 NIIRS) y cinco bandas espectrales (RGB, pan y NIR). Este proceso se da de manera complementaria al monitoreo biológico de áreas restauradas, el que se ejecuta como parte de los compromisos ambientales asumidos por la empresa, establecidos dentro de sus instrumentos de gestión ambiental.

Para la revegetación en la unidad se consideraron ocho áreas de revegetación, y la siembra fue realizada por semillas, entre nativas y exóticas, mediante el método de voleo y entre los años 2015 y 2020.

Objetivos

Determinar la correlación entre los valores de diversidad biológica obtenidos en los monitoreos biológicos de compromiso en áreas revegetadas dentro de procesos de cierre progresivo, y los parámetros de cobertura vegetal e Índice Normalizado de Vegetación obtenidos mediante procesos de teledetección.

Desarrollo y colección de datos

El estudio se efectuó en el área denominada Depósito de Materiales 7 (DM7), el que cuenta con 12.5 ha de extensión. Esta zona fue revegetada en el periodo 2015- 2016 con tres especies nativas: festuca dolichophylla, festuca orthophylla, y jarava ichu (ver Tabla 1).

Los trabajos de monitoreo biológico en el área revegetada se iniciaron en 2017, cuando se consideró que las plantaciones habían alcanzado la madurez fenológica, además del desarrollo de vegetación colonizadora en el área revegetada.

Los muestreos en el área revegetada se desarrollaron en la época húmeda (abril) de 2017, época seca (septiembre) de 2017, época seca (septiembre) de 2018, época húmeda (abril) de 2019, época seca (septiembre-octubre) de 2019, época seca (octubre) de 2020, época húmeda (abril) de 2021, época seca (septiembre) de 2021, época húmeda (marzo) 2022, y época seca (noviembre) de 2022. Los trabajos de monitoreo se llevaron a cabo en seis transectos permanentes dentro del ámbito del DM7 (ver Tabla 2).

El DM7 mostró altos valores de riqueza de especies en los monitoreos biológicos efectuados entre los años 2017-2022 (ver Tabla 3) y, donde del total, el 93% corresponde a especies colonizadoras, mostrando que las áreas revegetadas representan un hábitat adecuado para la colonización de otras especies vegetales de los hábitats aledaños, además la cobertura promedio en las áreas revegetadas era cercana al 63%. Estas también mostraron los mayores índices de diversidad, aunque siempre mostrando la dominancia de festuca orthophylla. Adicionalmente se tomaron datos relativos a la cobertura vegetal de las áreas revegetadas, como indicador de cumplimiento de los compromisos asumidos (ver Tabla 3).

El monitoreo mediante el análisis NDVI correspondiente a las épocas indicadas, se efectúa para tratar de encontrar correlación entre estos valores y los índices de diversidad encontrados (Figura 2). Esto permitió, por un lado, determinar que los valores NDVI promedio de las áreas revegetadas fueron superiores a 0.5, semejantes a los valores de NDVI de las áreas no disturbadas. Esto es relevante, puesto que un análisis basado solo en el porcentaje de cobertura no mide el vigor de la vegetación, que es un elemento que indica el grado de restauración de un área disturbada.

De esta manera, se busca correlacionar los valores de riqueza, diversidad y cobertura obtenidos en los monitoreos biológicos, permitiendo complementar estos resultados.

Presentación y discusión de resultados

Como parte de los compromisos asumidos se considera el parámetro de porcentaje de cobertura vegetal establecido en las áreas intervenidas con labores de cierre progresivo. Sin embargo, este valor no necesariamente refleja los índices de biodiversidad de las áreas evaluadas.

Los índices de diversidad son herramientas matemáticas que se utilizan para evaluar la diversidad de especies en un área dada; por lo general, en una comunidad o ecosistema. El índice de Shannon (H´) se usa en ecología u otras ciencias similares para medir la biodiversidad específica, y se expresa con un número positivo, que en la mayoría de los ecosistemas naturales varía entre 0.5 y 5, aunque su valor normal está entre 2 y 3; valores inferiores a 2 se consideran bajos en diversidad y superiores a 3 son altos en diversidad de especies.

Se estableció una comparación entre los parámetros de cobertura vegetal y el índice de Shannon en el área estudiada. En la comparación (ver Figura 3) se puede observar que no parece existir relación entre ambos juegos de datos.

Para validar esta observación se elaboró una matriz de correlación que busca encontrar correspondencia entre los valores de cobertura vegetal, NDVI y el índice de diversidad en todas las épocas de evaluación (Tabla 4).

Entre los valores de porcentaje de cobertura vegetal y los índices de diversidad se encontró un coeficiente de correlación de -0.15400199, indicando una nula correlación entre ambos valores para el área de revegetación en el DM7. El gráfico de dispersión generado con base en la matriz confirma que no hay una correlación lineal entre la cobertura vegetal y los índices de diversidad (ver Figura 3).

Por otro lado, el mismo análisis, esta vez entre los valores del NDVI y los índices de diversidad arroja un coeficiente de correlación de 0.98147849. Esta correlación positiva se ve reflejada en el gráfico de dispersión, donde se puede observar una tendencia lineal entre ambos juegos de datos (ver Figura 4).

Conclusiones

1. De los análisis preliminares se puede concluir que el Índice Normalizado de Vegetación (NDVI) presenta una relación lineal respecto a los índices de diversidad (Figura 5).

2. El porcentaje de cobertura vegetal parece tener una menor relación con los parámetros biológicos de riqueza, abundancia y diversidad encontrados en los monitoreos biológicos efectuados en las diferentes épocas de evaluación (Figura 3).

3. El monitoreo de las labores de revegetación aplicando la técnica del NDVI permitiría que los índices biológicos como riqueza, abundancia y diversidad de especies puedan ser caracterizados y monitoreados en largos periodos.

4. Es posible afirmar que el uso de técnicas de monitoreo con sensores remotos es una herramienta con la que se puede realizar el análisis de un territorio a través del tiempo, levantar información útil para su gestión eficiente y hacer un seguimiento y evaluación de los cambios a los que se ha visto sometido.

Bibliografía

Amaral, S., Soares, J. V., Alves, D. S., Mello, E. de, Almeida, S. A. S., Silva, O. da y Silveira, A. M. 1996. Relações entre Índice de Área Foliar (LAI), Área Basal e Índice de Vegetação (NDVI) em relação a diferentes estágios de crescimento secundário na Floresta Amazônica em Rondônia. Simpósio Brasileiro de Sensoriamento Remoto, 8.

Bradshaw, A. D. 1997. What do we mean by restoration? In: K. M. Urbanska, N. R. Webb & P. J. Edwards (eds.), Restoration Ecology and Sustainable Development, pp, 8-16. Cambridge University Press, Cambridge

Carlson, T. N. y Ripley, D. A. 1997. On the relation between NDVI, fractional vegetation cover, and leaf area index. Remote Sensing of Environment, 62(3), 241–252.

Chuvieco, E. 1995. Fundamentos de Teledetección Espacial. Segunda edición. Ediciones RIALP, Madrid, España.

Levin, N., Shmida, A., Levanoni, O., Tamari, H. y Kark, S. 2007. Predicting mountain plant richness and rarity from space using satellite-derived vegetation indices. Diversity and Distributions, 13(6), 692–703.

Fairbanks, D. H. K. y Mcgwire, K. C. 2004. Patterns of floristic richness in vegetation communities of California: regional scale analysis with multitemporal NDVI. Global Ecology and Biogeography, 13(3), 221- 235.

Ministerio de Energía y Minas. 2005. Reglamento de Cierre de Minas. DS 033-2005 EM, Perú.

Ministerio de Energía y Minas. 2006. Guía para la elaboración de Planes de Cierre de Minas, Perú.

Ministerio de Energía y Minas. 2007. Guía para el diseño de Coberturas de Depósitos de Residuos Mineros, Perú.

Wajs, J. 2018. First experience with remote sensing methods and selected sensors in the monitoring of mining areas - a case study of the Belchatow open cast mine. E3S Web of Conferences, 29, 1.

Zorogastúa, P., Quiróz, R. y Garatuza, J. 2012. Dinámica de los bofedales en el altiplano peruano-boliviano. Revista Latinoamericana de Recursos Naturales, 8(2), 63-75.

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