03 Dic Mapa de vegetación de alta resolución espacial de la Reserva de la Biosfera de Monfragüe

Mapa de vegetación de alta resolución espacial de la Reserva de la Biosfera de Monfragüe

El gran avance de los satélites y sensores en los últimos años permite obtener información geográfica actual y de alta resolución muy útil para la gestión y conservación de los Espacios Naturales Protegidos (ENP) de España. Los autores exponen la relevancia y calidad de los resultados cartográficos y de caracterización de la vegetación obtenidos en el Parque Nacional de Monfragüe y su entorno, que constituyen la Reserva de la Biosfera de Monfragüe (Cáceres). Es un paisaje cultural que se extiende en un territorio de más de 100.000 ha, especialmente valioso por su fauna mediterránea. Se exponen algunos resultados del proyecto PAISIG, realizado por la Fundación Matrix con la colaboración de la Universidad de Vigo, orientado a conocer y evaluar la estructura y funcionalidad del paisaje de ENP, y cofinanciado por el Ministerio para la Transición Ecológica. Es una apuesta clara para contribuir de forma significativa a la protección y uso sostenible de los recursos naturales y la biodiversidad asociada a ENP mediante mapas de alta resolución espacial de los hábitats naturales y seminaturales y generación de conocimiento ecológico a escala de paisaje.

La Reserva de la Biosfera de Monfragüe (RBM) es un espacio natural muy valioso. Las reservas de la biosfera son territorios de regiones biogeográficas más amplias, donde el desarrollo económico y la conservación de la diversidad biológica y cultural resultan de una relación armoniosa de la población humana y sus actividades con su medio ambiente. La RBM cuenta con áreas de vegetación natural con el 90% de las especies de la flora mediterránea ibérica y una proporción muy representativa de las especies de fauna mediterránea. Es un paisaje cultural establecido en un territorio extenso, de 116.000 ha. Su extraordinario valor para la conservación de la fauna mediterránea mereció el reconocimiento por la UNESCO en 2003.

Su origen se explica por la complementariedad ecológica a escala de paisaje de extensas superficies de dehesa ­–un sistema de aprovechamiento sostenible– donde se alimenta gran parte de la fauna silvestre con áreas boscosas o de monte más cerrado, donde la fauna encuentra hábitats de reproducción y refugio. La zona núcleo de la RBM alberga el Parque Nacional de Monfragüe, que presenta hábitats de especies de fauna emblemáticas y en peligro de extinción, cuya población local es muy destacable. Ángel Rodríguez, director de este parque nacional extremeño y con cuatro décadas ligado a su conservación, destaca la mayor densidad local conocida de águila imperial y buitre negro, entre otras especies de aves rapaces. Entre los mamíferos destacan por su relevancia para el desarrollo local dos especies cinegéticas: ciervo y jabalí. Alberto Martínez, Coordinador del Área de Conservación de la Fundación Matrix, destaca la relevancia de las poblaciones de garduña y meloncillo, entre otras especies de mesocarnívoros.

Mapas, investigación y conservación

La gestión de un ENP requiere mapas de calidad y actualizados. No se trata de disponer de una cartografía meramente descriptiva y poco detallada, sino de información espacial cuantitativa y fiable sobre la distribución, extensión y estado de la vegetación o hábitats naturales. Los cambios en la intensidad o presencia de usos cinegéticos o aprovechamientos forestales, como la densidad de ciervos o la saca de corcho; la dinámica sucesional natural de la vegetación o la regeneración tras intervenciones de plantación o manejo; o los impactos acumulativos del cambio climático sobre la estructura física de la vegetación, son algunos ejemplos de factores que pueden afectar a la superficie y calidad de los tipos de vegetación presentes en muchos ENP mediterráneos. Un buen mapa es una herramienta de comunicación eficaz y también una base apropiada para diseñar actividades de investigación y planificar mejor cualquier intervención.

Figura 1. Imagen en falso color del satélite Sentinel-2 de dehesas de la Reserva de la Biosfera de Monfragüe (18 de agosto de 2018). Se muestra una ortofoto de alta resolución (píxel de 20 cm) del área seleccionada por el cuadrado amarillo; en la imagen inferior aparece ampliada esta imagen de ortofoto y un detalle de la misma. Fuente: imágenes multiespectrales Sentinel-2 de la ESA y ortofotos del PNOA (2018).

Un mapa de alta resolución espacial es, por tanto, una herramienta muy útil para el control y seguimiento de un espacio protegido y así asegurar los objetivos de conservación y uso sostenible.

La tecnología actual de teledetección y gestión de información geográfica ha evolucionado mucho en los últimos años y permite generar una cartografía temática con un alto grado de detalle y exactitud en la distribución espacial de clases o valores numéricos. Además, es posible disponer de datos de calidad recientes idóneos para la vigilancia e identificación de áreas vulnerables, o de riesgos que requieren atención para la conservación del ENP.

Se han usado imágenes del satélite Sentinel-2 procedentes de la ESA (Agencia Espacial Europea) con una alta resolución espacial (píxeles de 10 x 10 m) y cuya fecha de captura es 18 de agosto de 2018 (Figura 1). La principal ventaja de estas imágenes es su mejor resolución, ya que es, por ejemplo, nueve veces superior a la del satélite Landsat 8 de la NASA (píxeles de 30 x 30 m), cuya utilización es aún habitual por las Administraciones y otros usuarios de datos de teledetección. Mediante la clasificación supervisada de la información multiespectral recogida en las imágenes Sentinel, se identificaron y delimitaron diferentes clases de vegetación y otras áreas artificiales con un grado de discriminación espacial adecuado (Figura 2). Así, tras un proceso de afinado y tratamiento apropiado mediante herramientas de SIG (Sistema de Información Geográfica) y ortofotografías aéreas del mismo año 2018 procedentes del Plan Nacional de Ortofotografía Aérea (PNOA), y validación de campo mediante registros con GPS, se generó el mapa de escala fina que aparece en el encabezamiento del presente artículo.

En este mapa de la RBM se diferenciaron 15 clases de vegetación y otras unidades espaciales, incluidas las de tipo artificial. Aunque el método de mapeo aplicado no permite identificar especies vegetales, se citan a continuación algunas como información ilustrativa complementaria derivadas de registros de campo. Con diferencia, la dehesa es la clase de vegetación que ocupa un área más extensa, aproximadamente dos quintas partes de la RBM, con teselas con un área relativamente grande y una distribución muy continua, apenas fragmentada por intercalación de otras clases de vegetación. En el área predominan las dehesas de encina, aunque también existen dehesas de alcornoque o mixtas. El matorral bajo, muy común en solanas, ocupa un área relevante (alrededor del 20% de la superficie total), sobre todo dentro del Parque Nacional de Monfragüe. Entre las especies arbustivas mediterráneas componentes de este tipo de vegetación, podemos citar jara pringosa, brezo rojo, romero, cantueso o aulaga, entre otras muchas.

Figura 2. Detalle de tres áreas del mapa de vegetación de la Reserva de la Biosfera de Monfragüe con predominio de tres clases de vegetación (superficie representada de 1,8 km²) comparadas con la ortofoto y la imagen del satélite Sentinel-2 (18 de agosto de 2018). La intensidad del color rojo muestra la respuesta multiespectral asociada a la reflectancia de la vegetación y otros componentes del territorio usados en la clasificación multiespectral realizada para generar el mapa de vegetación de alta resolución (ver texto). Fuente: ortofotos del PNOA e imágenes multiespectrales Sentinel-2 de la ESA (2018).

El bosque planoesclerófilo mediterráneo típico se restringe a ciertas áreas, sobre todo también dentro del Parque: en las laderas de umbría de las pequeñas sierras centrales de la RBM, al sur del río Tajo, en una superficie que ocupa alrededor del 4% de la RBM. Son frecuentes madroño, alcornoque, cornicabra, brezo blanco, durillo y acebuche, entre otras especies arbóreas o con porte arbóreo. Esta superficie de bosque mediterráneo es bastante continua y mayor que la de otra vegetación arbórea más o menos densa, de distribución a veces muy local. Así, la superficie conjunta de bosque de ribera (con aliso, fresno, sauce, tamujo, etc.), olivar y plantaciones de pinos y eucaliptos, ocupa menos del 10% de la RBM.

Figura 3. Mapa del valor del índice NDVI de la Península Ibérica derivado del satélite PROBA-V de la ESA de mayo (izquierda) y agosto de 2018. Ver texto. Fuente: Copernicus Global Land Service (2018).

Clases de vegetación y NDVI

Otra aplicación de las imágenes de satélite de alta resolución es que permiten calcular índices espectrales, como el NDVI , un índice de vegetación normalizado, que es un indicador espacial de la densidad de vegetación verde. El índice NDVI se basa en una respuesta espectral diferente según la capacidad de absorción o reflectancia de la radiación solar derivada de la concentración espacial de clorofila. La variación temporal del NDVI está asociada a variables ambientales. Por ejemplo, en España un valor de NDVI alto indica áreas con una vegetación más activa o vigorosa, y puede aparecer tras periodos con alta precipitación que favorecen mayor desarrollo o biomasa verde –sobre todo de hojas­­– en la vegetación. Sin embargo, en las áreas de clima mediterráneo más cálido y seco, el valor de NDVI es bajo durante el estío, o incluso puede disminuir si aumenta la temperatura.

La Figura 3 muestra mapas del índice NDVI de la Península Ibérica derivado de imágenes del satélite PROBA-V con una resolución espacial moderada (333 m). En primavera (mayo) predomina el color verde (valor alto de NDVI) sobre el amarillo en la mayor parte del territorio; se corresponde con una mayor proporción de áreas con vegetación verde. En cambio, en verano (agosto), el color amarillo (menor NDVI) ocupa una mayor extensión, reflejando una propiedad espectral territorial con una menor biomasa verde de la vegetación arbórea y arbustiva, y extensas áreas de pastizales agostados o de rastrojos de cultivos herbáceos. Son excepción la parte norte peninsular, Pirineos y las montañas mediterráneas, donde diferentes tipos de vegetación permanecen verdes. Es estos casos, dada la resolución espacial moderada, existen varias clases de vegetación (y otros usos del suelo) en cada píxel, y el valor del NDVI expresa una respuesta espectral agregada de una mezcla local de unidades de paisaje.

Figura 4. Mapa del valor del índice NDVI de la Reserva de la Biosfera de Monfragüe y entorno derivado del satélite Sentinel-2 (18 de agosto de 2018). Ver texto. Fuente: elaboración propia desde datos de imagen multiespectral Sentinel-2 de la ESA (2018).

Frente a este tipo de imágenes, las obtenidas por el satélite Sentinel-2 y utilizadas en nuestro estudio permiten delimitar más claramente la variabilidad territorial existente entre hábitats naturales y seminaturales y áreas artificiales, distinguiendo además infraestructuras lineales (carreteras, caminos, cortafuegos, etc.), difícilmente distinguibles por imágenes de resolución moderada.

Es muy conocida la aplicación del índice NDVI para el seguimiento del estado de la vegetación a varias escalas espaciales, aunque su valor y utilidad interpretativa dependen de la escala usada. Pero, ¿el NDVI sirve también para la discriminación y caracterización de clases de vegetación mediterránea a una escala espacial detallada? Si consideramos una resolución espacial más de 1.000 veces superior a la usada en los mapas de la Figura 2, como la del satélite Sentinel-2, es posible producir mapas de NDVI con una escala espacial más fina, mucho más detallados. Permite identificar y evaluar la variabilidad espacial del NDVI dentro de las clases de vegetación de un territorio y entre diferentes clases.

La Figura 4 muestra un mapa del índice NDVI de alta resolución espacial de la RBM y su entorno. Es un mapa de escala fina, detallado. Muestra la variabilidad ecológica territorial vinculada a la heterogeneidad espacial del paisaje, expresando la heterogeneidad y gradientes espaciales en las clases de vegetación presentes. Existe un ‘grano fino’ por la alta resolución espacial que ofrece contrastes durante el periodo estival, apenas apreciables en mapas de territorios extensos con una menor resolución espacial, que no pueden representar el carácter de mosaico tan característico de muchos paisajes culturales mediterráneos.

En el mapa de la Figura 4 predominan los valores entre 0,2 y 0,5 (tonos de naranja y amarillo), que corresponden a áreas de dehesa fundamentalmente y, en menor medida, de matorral bajo. Los valores entre 0,5 y 0,8 (tonos de verde) corresponden a vegetación arbórea densa, que incluye bosque planoesclerófilo y plantaciones de pinos y eucaliptos. Podemos establecer una correspondencia con las clases identificadas en el mapa de vegetación.

Figura 5. Distribución de frecuencia de valores del índice NDVI de ocho clases de vegetación de la Reserva de la Biosfera de Monfragüe (18 de agosto de 2018). La curva es una representación simplificada o suavizada. Ver Figura 3 y texto. Fuente: imagen multiespectral Sentinel-2 de la ESA (2018).

La Figura 5 muestra la variabilidad espectral y espacial de ocho clases de vegetación representativas de este territorio. Las áreas de pastizal ­–sin presencia de árboles o muy escasa– presentan el valor promedio más bajo (alrededor de 0,2), y una alta uniformidad espacial (concentración alrededor del promedio). Las áreas de dehesa, debido a que es una vegetación mixta –un pastizal con una densidad relativamente baja de encinas, en general– presentan un aumento del 40% en el valor promedio de NDVI por la cobertura de la copa de estos árboles, respecto al observado en pastizal (alrededor de 0,3); su heterogeneidad espacial es mayor. Las áreas de olivar muestran una distribución de frecuencias de NDVI muy similar a las de dehesa. El matorral bajo presenta un valor promedio de 0,4, con una heterogeneidad espacial notable, correspondiente por ejemplo a jarales con diferente grado de desarrollo y presencia de suelo desnudo.

El bosque planoesclerófilo presenta un valor promedio de 0,7, mucho más alto que el matorral bajo, por la presencia de un dosel arbóreo con mayor cobertura, densidad y complejidad; presenta una heterogeneidad apreciable, con una asimetría positiva indicadora de la presencia de claros con dosel menos denso o de tipo arbustivo. Los cultivos de pinos y eucaliptos, por un lado, y el bosque de ribera por otro, presentan menores valores promedio de NDVI, en particular este último tipo de vegetación. Probablemente están asociados a una heterogeneidad espacial en la densidad y edad de los árboles, y al carácter lineal y presencia adyacente de áreas de cauce fluvial con pedregosidad superficial o menor densidad de árboles, respectivamente.

Una de las funciones de las reservas de la biosfera es la investigación sobre modelos de desarrollo sostenible. Por otra parte, son objetivos del Plan Director de la Red de Parques Nacionales promover la investigación para la conservación y la difusión de resultados; el desarrollo sostenible en las áreas de influencia socioeconómica; métodos homologables de seguimiento ecológico de su estado de conservación; y la formación y sensibilización ambiental en su ámbito territorial. Disponer de mapas de calidad como los realizados por la Fundación Matrix puede ayudar mucho a lograr estos objetivos.

El Plan Rector de Uso y Gestión (PRUG) del Parque Nacional de Monfragüe, aprobado en 2014, tiene entre sus objetivos de conservación promover la protección integral del paisaje, y entre los objetivos de investigación y seguimiento, promover los estudios que faciliten la gestión y la mejora del conocimiento de sus valores, y establecer un adecuado sistema de seguimiento de cambios que requieran  “contar con referencias comparativas de calidad”. Sin embargo, el PRUG no contiene una cartografía de la vegetación presente en la RBM. Por este motivo consideramos que el mapa de clases de vegetación obtenido es una herramienta útil para la Junta de Extremadura como responsable de gestión de un área tan importante y singular como la de Monfragüe.

Hoy un mapa temático de un ENP no es un mero producto final, es un medio. Los mapas digitales y los SIG en la actualidad son sistemas eficientes de almacenamiento y análisis de datos espaciales, de generación de nueva información cartográfica y de geovisualización. Son una herramienta de gestión espacial e integrada imprescindible en el siglo XXI que no se debe ignorar.

Dr. Enrique Ruiz, Coordinador del Área de Teledetección e Investigador de la Fundación Matrix

Dr. Javier Montalvo, Profesor de Ecología de la Universidad de Vigo y Director de la Fundación Matrix

Artículo divulgativo de resultados de investigación del Proyecto PAISIG, cofinanciado por el Ministerio para la Transición Ecológica, realizado por la Fundación Matrix con la colaboración de la Universidad de Vigo.