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DIAGNÓSTICO DE LA CONFIGURACIÓN ESPACIAL DE LAS ÁRE AS PROTEGIDAS EN CHILE, ENTRE LAS REGIONES DE ARICA Y DE LOS LAGO S

Jaime Hernández P., Claudia Cerda, Carmen Luz de la Maza, Paz Acuña

Universidad de Chile, Santa Rosa 11.315.La Pintana, Santiago Chile

(562) 9785879, jhernand@uchile.cl

Palabras clave: Áreas protegidas, paisaje, conservación, eficacia, Chile Resumen Muchas áreas protegidas en Chile se encuentran con algún grado de amenaza lo cual

pone en riesgo la conservación efectiva de sus recursos naturales. La Política Nacional

de Áreas Protegidas (CONAMA, 2005) plantea la necesidad de asegurar la protección

efectiva in situ, donde el monitoreo de la eficacia del manejo es urgente.

La escala de paisaje es considerada relevante para la gestión de la conservación de la

naturaleza. Así, con el objeto de contribuir a avanzar en la conservación eficaz de los

recursos naturales de las áreas protegidas, se argumenta la necesidad de fomentar

estudios a nivel de paisaje, a fin de identificar con mayor claridad las diferentes

variables involucradas en el estado actual de conservación, proporcionando

lineamientos que contribuyan a una conservación eficaz de los recursos naturales en

las áreas. Se efectúa un diagnóstico de la configuración espacial actual de las áreas

protegidas entre las regiones de Arica y De los Lagos, en la cual se analiza la

distribución de tamaños, la forma, la continuidad espacial, y el nivel de aislamiento que

presentan. Lo anterior permite diseñar una estrategia para determinar la eficacia de la

conservación de dichas unidades.

Introducción

La ecología del paisaje provee un marco conceptual para entender procesos ecológicos

complejos y su interacción con la actividad humana (Forman & Godron 1986). Los

Sistemas de Información Geográfica y los sensores remotos han facilitado el estudio

cuantitativo del paisaje (Pauchard et al. 2006). Más recientemente se han desarrollado

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marcos conceptuales de la ecología del paisaje destinados a entender y remediar

problemas de conservación de especies y ecosistemas (ver por ejemplo Meffe & Carroll

1997).

En Chile, el uso de las métricas del paisaje en aspectos de conservación está siendo

abordado crecientemente, existiendo desde algún tiempo información espacial que ha

sido generada para analizar los ecosistemas naturales, como por ejemplo el Catastro de

Vegetación Nativa (CONAF-CONAMA-BIRF 2000), el cual ha sido utilizado en

numerosos estudios en conservación de ecosistemas que han requerido el uso de

métricas de paisaje (Pauchard et al. 2006).

Dentro del marco mencionado anteriormente el análisis se enfoca sobre tres

características del paisaje (Neef 1967, Forman & Godron 1981, Forman & Godron

1986):

- Estructura: se refiere a la distribución de energía, materiales y especies en

relación a los tamaños, números, forma, tamaño y configuración de los

ecosistemas.

- Función: se refiere a los flujos de energía, materiales y especies entre los

ecosistemas componentes.

- Cambio: se refiere a la alteración en estructura y función del mosaico

ecológico en el tiempo.

En relación al tamaño de las reservas naturales, se ha investigado que es un aspecto

particularmente crítico ya que mientras más grandes son éstas mayor es el número de

especies que pueden contener y menor es la tasa de extinción que en ellas tenderá a

ocurrir (MacArthur & Wilson 1967, Sepúlveda et al. 1997).

Por otra parte la relación entre la superficie de las áreas protegidas y el perímetro de

sus bordes es otro factor que claramente afecta la conservación de la diversidad

biológica al interior del área (Gary & Carroll 1994). Por ejemplo, una reserva con mayor

relación superficie-perímetro será capaz de mantener mayor heterogeneidad interna en

3

términos de variedad de hábitat, lo cual es fundamental para lograr eficacia en la

conservación.

Además del tamaño también es fundamental la forma que tengan las áreas protegidas.

Por ejemplo, una reserva natural “alargada” tiene un mayor perímetro que otra circular

con la misma área, lo que produce en el primer caso un mayor efecto-borde, es decir,

mayor permeabilidad a las influencias del entorno, como por ejemplo: ingreso de

plantas y animales domésticos que pueden ser competidores y depredadores de las

especies nativas, pudiendo llegar incluso a extinguirlas localmente. En cambio, una

reserva con una mayor relación superficie-perímetro, será capaz de contener una mayor

proporción de hábitat interior o poco alterado, más difícil de colonizar por especies

invasoras exóticas y, por lo tanto, de resistir mejor a las perturbaciones externas

(Buechner 1987).

Es necesario mejorar el actual nivel de conocimiento respecto el estado de

conservación en relación a su configuración espacial, lo cual irá en beneficio directo a

los objetivos de las áreas y su manejo, así como también analizar la eficacia de las

áreas protegidas en la conservación.

Chile ha realizado grandes esfuerzos por expandir las áreas protegidas públicas y por

mejorar su manejo, siendo destacable que estas áreas alcanzan a un 19,2% de la

superficie de Chile continental (Luebert & Pliscoff 2006). Sin embargo, el Sistema

presenta varias debilidades:

- Representación parcial y sesgada de las especies y ecosistemas nacionales.

Algunas especies con problemas de conservación se encuentran pobremente

representadas en el SNASPE (Oltremari 2005; Armesto et al. 1992, Mella &

Simonetti 1994).

- Las superficies provistas por diferentes unidades del SNASPE podrían ser

insuficientes para mantener poblaciones viables de las especies protegidas,

con la consecuente extinción local de las mismas y la pérdida de diversidad

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biológica (Sepúlveda et al. 1997, Simonetti 2002).

- Existe una falencia en investigación sistemática lo que dificulta el

conocimiento exacto del patrimonio que se pierde, aumenta o mantiene

(CONAMA 2003).

- Muchas áreas protegidas no reciben un financiamiento suficiente para cubrir

los costos de su funcionamiento.

Si bien se ha mencionado, por ejemplo, que factores como el tamaño y la forma de las

áreas protegidas influyen en el estado de conservación de los ecosistemas dentro del

área y por lo tanto en la conservación de la diversidad biológica (Sepúlveda et al. 1997),

la relación entre ambas variables y la eficacia en la conservación del patrimonio natural,

aún no ha sido investigada ni analizada empíricamente en el país y los esfuerzos son

muy preliminares y parciales.

Objetivos

El objetivo principal de este estudio es realizar un diagnóstico de la configuración

espacial actual de las áreas protegidas y su relación con la eficacia de conservación

entre la región de Arica y la Región de Los Lagos.

Se definen dos objetivos específicos:

a.- Describir la distribución de tamaños y formas de las áreas protegidas utilizando

métricas de paisaje.

b.- Determinar la eficacia en la conservación de los paisajes interiores de las áreas

protegidas utilizando diferencias relativas en valores medios de NDVI hacia fuera y

hacia adentro de los bordes comparadas entre los años 1975 y 2000.

Método

Base de Datos

Se construyó una base de datos geoespacial en ambiente SIG (ArcGIS 9.2) para la

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zona de estudio. Para el tratamiento digital de las imágenes se utilizó Erdas Imagine

9.1. Se usó como sistema de coordenadas UTM WGS84 Huso 19 Sur. Las capas de

información incluidas fueron (ver figura 1):

– Vector (1:50.000):

• Límites administrativos

• Límites de áreas protegidas (55 Parques y Reservas)

– Ráster (rectificadas):

• 26 Escenas Landsat MSS (~1975, rango 1972-1979)

• 24 Escenas ETM+ (~2000, rango 1999-2001)

Figura 1: Zona se estudio, desde Arica a Los Lagos (Chile). Las áreas silvestres protegidas se muestran en rojo. El mapa de la izquierda muestra las escenas Landsat MSS (26) y la derecha Landsat ETM+ (24)

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Procesamiento de los datos

A partir de la cobertura vectorial de límites de las unidades se obtuvo en primer lugar,

las métricas de tamaño y forma pasando el archivo a formato ráster (píxel de 50 m) y

utilizando el programa Fragstats (McGarigal y Marks, 1994), y en segundo lugar, las

zonas “buffer” internas y externas usando distancias de 1 Km y 5 Km en ambas

direcciones (figura 2 y 3).

Las imágenes Landsat MSS y ETM+ fueron procesadas para calcular el Índice de

Vegetación de Diferencia Normalizada (NDVI) de acuerdo a la siguiente expresión:

Figura 2: Esquema metodológico general.

Por construcción, el NDVI varía de -1 a +1 y cuando se trabaja con fechas distintas es

necesario corregir radiométricamente las imágenes para minimizar la influencia

atmosférica y los efectos de la topografía, de manera de hacerlas comparables. Para

evitar estas correcciones y poder comparar los datos de los sensores MSS y ETM+

directamente, se trabaja con diferencias estandarizadas de acuerdo a la siguiente

Límites de áreas protegidas

Ráster de límites Métricas de tamaño y forma

Fragstat

Escenas Landsat MSS y TM

NDVI

Buffers a 1 Km y 5 Km interior y exterior

Estadísticas Zonales NDVI por buffer

Diferencias NDVI interior-exterior

Variación de la diferencias entre 1975

y 2000

Análisis estadístico descriptivo y modelos

lineales

Donde: IRC = banda infrarroja cercana. R = banda roja.

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expresión:

∆NDVIi = [(1+NDVIint )– (1+NDVIext)] / 2 [1]

donde: NDVIint = NDVI medio de la zona buffer interior (1 o 5 Km ).

NDVIext = NDVI medio de la zona buffer exterior (1 o 5 Km ).

Se suma 1 al NDVI para llevar el rango [-1, +1] a un rango enteramente positivo [0, 2] y

se divide por 2 para dejarlo como proporción. Debido a que se utiliza la diferencia

relativa en ambas fechas (1975 y 2000) los valores son directamente comparables y no

necesitan corrección debido a que están intrínsecamente calibrados en forma relativa.

La eficacia en la conservación de los paisajes internos se estima usando la variación de

las diferencias anteriores entre las dos fechas de acuerdo a la siguiente expresión:

E = ∆NDVIMSS - ∆NDVIETM [2]

Si E es positivo quiere decir que las diferencias de NDVI entre los paisajes de afuera y

adentro del borde de la unidad son menores en el año 2000 y por lo tanto ha sido poco

eficaz. Al contrario si es negativo la eficacia en la conservación es mayor.

Figura 3: Zonas “buffer” de 1 Km y 5 Km hacia el interior y exterior del P. N. Llullaillaco dispuestas sobre la imagen NDVI año 2000 (ETM+).

8

Las métricas de tamaño y forma calculadas para cada unidad fueron:

- AREA: Superficie total de la unidad.

- CIRCLE (C): 1 – ( a / acir), donde a es el área de la unidad y acir es el área del

círculo más pequeño circunscrito a ella.

- SHAPE = P / Pmin , donde Pmin = mínimo perímetro posible para una unidad

de igual tamaño en términos de número de píxeles. Ha diferencia del índice

perímetro / área no es sensible al tamaño de la unidad y da cuenta en forma

simple y directa de la forma del parche.

Los análisis estadísticos se efectuaron para analizar las distribuciones de las métricas

de paisaje y su relación (lineal) con los valores de diferencias relativas de NDVI. Para

ello se uso el paquete estadístico con R (licencia GNU).

Resultados

Distribución de tamaños

La distribución de superficies

presenta una forma “J” inversa

dando cuenta de la mayor

frecuencia de unidades de

menor tamaño (figura 4).

La gran mayoría de las

unidades no sobrepasa las

25.000 ha y más allá de las

50.000 ha la distribución tiende

a frecuencias unitarias por cada

clase de tamaño.

Figura 4: Distribución de tamaños.

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Para poder apreciar de mejor manera la relación entre los tamaños promedios y la

cercanía a los grandes centros económicos se construyó (ArcGIS) un segundo gráfico

que muestra esta relación (figura 5).

.

La tendencia de tamaños medios tiene una simetría respecto de la posición central en la

que se encuentra la ciudad de Santiago y aumenta en forma más que proporcional

(exponencial) a medida que se incrementa la distancia a este polo de desarrollo

económico.

Distribución de formas

El índice CIRCLE tiene una distribución claramente asimétrica con mayores frecuencias

para valores mayores 0,5, lo cual indica que existe una mayor proporción de unidades

con formas más alongadas y poco compactas (figura 6).

Figura 5: Distribución de superficies promedio de áreas protegidas en un gradiente latitudinal desde la Región de Arica (R1) hasta la región de los Lagos (R10). Santiago se encuentra en la posición central.

10

Figura 6: Histograma del índice CIRCLE.

El índice SHAPE ratifica la tendencia que presenta el índice CIRCLE y presenta valores

que muestran una mayor proporción de unidades con formas menos compactas (figura

7).

Figura 7: Histograma del índice SHAPE.

Diferencias de NDVI

Las diferencias entre los valores medios de NDVI en las zonas “buffer” hacia fuera y

CIRCLE

Fre

cuen

cia

0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8

02

46

8

0 ≤ CIRCLE < 1

formas más

elongadas

formas

circulares y

compactas

formas más

elongadas

formas

circulares y

compactas

Mayor frecuencia de unidades

con formas poco compactas y

elongadas

SHAPE

Fre

cuen

cia

1.0 1.5 2.0 2.5

02

46

810

12

SHAPE ≥ 1 (sin límite)

Formas cada vez

menos compactas

SHAPE = 1 equivale

a una unidad

cuadrada perfecta

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adentro de los bordes de las unidades se presentan en la figura 8 (A y B). En general,

la tendencia lineal se mantiene en ambas fechas (1975 y 2000). No se aprecian

deferencias significativas entre el estado de la vegetación en ambos lados de los

bordes. Por otra parte, los valores de las zonas “buffer” a 5 Km tienen una mayor

dispersión (figura 8D) lo que implica que el uso de suelo ha sufrido cambios importante

entre ambas fechas, lo cual ha afecta por igual adentro y afuera de los bordes de las

unidades.

Figura 8: A y B muestran la comparación de valores medios de NDVI para las unidades adentro y fuera de sus bordes para zonas “buffer” de 1 Km (negro) y 5 Km (rojo) en ambas fechas. 1975 (MSS) y 2000 (ETM+). En forma similar, C y D presentan las desviaciones estándar de los valores de NDVI adentro y

afuera de los bordes (negro para 1 Km y rojo para 5 Km).

-0.2 0.0 0.2 0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

Adentro

Afu

era

-0.2 0.0 0.2 0.4

0.0

0.2

0.4

Adentro

Afu

era

MSS (1975) TM (2000)

0.0 0.1 0.2 0.3

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

Adentro

Afu

era

MSS (1975) TM (2000)

0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

Adentro

Afu

era

A B

C D

12

Relación entre E y métricas de tamaño y forma

Inicialmente se exploró la relación que existe entre las métricas de forma y tamaño y la

eficacia en la conservación E definida por la ecuación [2]. La tabla 1 resume las

correlaciones parciales encontradas para las variables indicadas:

Tabla 1: Correlaciones parciales (Pearson) entre las métricas de tamaño y forma y el

indicador de eficacia de conservación (E).

E (1975 –

2000) AREA CIRCLE SHAPE

“buffer” 1 Km -

0.0079 0.0694 0.2773

“buffer” 5 Km 0.0654 0.0930 0.3398

Modelación de la relación entre forma y eficacia (E)

Habiendo identificado una correlación importante entre el índice SHAPE y el indicador

de eficacia E se indagó acerca de la significancia de esta relación a través de la

construcción de modelos lineales simples.

El primer modelo utiliza la eficacia E calculada con valores de zonas “buffer” de 1 Km el

segundo modelo los valores de 5 Km. En ambos casos, la relación resultó ser

significativa con un 99% de confianza. Los modelos se presentan en las figuras 9 y 10.

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Figura 9: Modelo lineal de la relación del índice de forma SHAPE y la eficacia de la conservación (valores de NDVI promedio en zonas buffer de 1 km). A la derecha se presenta el histograma de los residuos.

Figura 10: Modelo lineal de la relación del índice de forma SHAPE y la eficacia de la conservación (valores de NDVI promedio en zonas buffer de 5 km). A la derecha se presenta el histograma de los

residuos.

Modelo 1 (Dif. 1000 vs SHAPE)

1.0 1.5 2.0 2.5

-0.0

4-0

.02

0.0

00

.02

0.0

4

SHAPE

DIF

100

0

Relación lineal significativa al 99% de confianza

Histogram of resid(r2)

resid(r2)

Fre

quen

cy

-0.04 -0.02 0.00 0.02 0.04

05

1015

DID_1000 = -0.016745 + 0.011868 * SHAPE

Residual standard error: 0.02099 on 53 degrees of freedom

Multiple R-Squared: 0.09619, Adjusted R-squared: 0.07913

F-statistic: 5.64 on 1 and 53 DF, p-value: 0.0212

Modelo 2 (Dif. 5000 vs SHAPE)

1.0 1.5 2.0 2.5

-0.0

4-0

.02

0.00

0.02

0.04

0.06

0.08

SHAPE

DIF

_500

0

Relación lineal significativa al 99% de confianza

DID_5000 = -0.026005 + 0.018502 * SHAPE

Residual standard error: 0.02099 on 53 degrees of freedom

Multiple R-Squared: 0.09619, Adjusted R-squared: 0.07913

F-statistic: 5.64 on 1 and 53 DF, p-value: 0.0212

Histogram of resid(R1)

resid(R1)

Fre

quen

cy

-0.06 -0.04 -0.02 0.00 0.02 0.04 0.06 0.08

05

1015

2025

14

Las figuras 9 y 10 dan cuenta de la influencia que tiene la forma del área protegida, y

en consecuencia la cantidad de borde y su “efecto borde” asociado, sobre la capacidad

de proteger los paisajes contenidos en ellas.

A medida que aumenta el valor de SHAPE, y se tienen formas menos compactas,

aumenta la diferencia en la variación interna-externa del NDVI medio. Debido a que E

fue calculado como NDVI 1975 - NDVI 2000 los valores positivos significan que la

diferencia era mayor en el año 1975 que en el año 2000 (valores de NDVI adentro de la

unidad tienden a ser diferentes a los de afuera de la unidad). Esta diferencia aumenta a

medida que la forma se hace menos compacta.

La interpretación anterior asume que en el caso de haber diferencias, la condición de la

vegetación al interior de la unidad es la mejor. Esto tiene sentido y es probablemente la

condición real pero podrían haber excepciones que introducen tendencias diferentes a

las anteriormente expuestas.

Conclusiones

Los resultados muestran que la distribución de tamaños presenta una distribución “J”

inversa con muchas unidades de menor superficie (heterogeneidad en la

representatividad). Existe una mayor frecuencia de unidades con formas menos

compactas y elongadas. La cantidad de superficie protegida aumenta en forma

inversamente proporcional a la distancia a Santiago.

El método de las diferencias relativas entrega resultados fáciles de obtener e interpretar

y parece tener utilidad como indicador de eficacia de conservación. Se encontró

evidencia de que existe una relación significativa entre la forma y la eficacia de la

conservación de los paisajes al interior de las unidades.

Es necesario realizar análisis por macrozonas debido e indagar con otros índices

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espectrales (independientes de la vegetación). La influencia antrópica (poblados,

caminos, etc.) puede aportar otras fuentes de explicación a los procesos que tienen

lugar en los bordes.

Referencias ARMESTO ET AL. 1992. Biodiversidad y Conservación del bosque templado en Chile.

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