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Introducción
Los humedales se consideran uno de los ecosistemas más productivos del mundo (Mitsch & Gosselink, 1993), pues favorecen al reciclaje de nutrientes, brindan seguridad alimentaria y almacenan carbono, su presencia disminuye el impacto de las inundaciones y, además, proporcionan agua dulce y brindan alimento a las especies, incluida la población humana (Constanza et al., 1997, 2014; Farber et al., 2002). Muchos humedales también tienen un gran valor cultural, espiritual y recreativo, y son fuente de inspiración (De Groot et al., 2007; Ramsar, 2018). Por todo ello, es importante establecer medidas para su gestión y conservación, de manera que se preserven dichos servicios ecosistémicos para las generaciones futuras (De Groot et al., 2007).
En Perú los humedales costeros se alimentan del agua proveniente de las cuencas de la vertiente occidental de los Andes, la cual puede llegar directamente a la costa o filtrarse para formar parte de la napa freática, pasando inclusive por irrigaciones, campos agrícolas y urbanizaciones (Aponte et al., 2020). Forman parte de un corredor biológico a lo largo de la costa desértica del Perú (Aponte & Ramírez, 2011) con una gran cantidad de organismos que suman más de 300 especies inventariadas (Pacheco et al., 2015; Aponte & Apeño, 2019; Castillo & Huamantinco, 2020; Pulido et al., 2020). Los humedales se encuentran amenazados por actividades antropogénicas como el crecimiento urbano, el exceso de pastoreo, los incendios, la disposición de desmonte y la introducción de especies exóticas (Ramírez & Cano, 2010; Aponte et al., 2020), lo que genera cambios en el área que ocupan.
El uso de sistemas de información geográfica (SIG) y de teledetección permite evidenciar cambios en los ecosistemas (Lowry, 2007; Flores et al., 2020). El análisis de los índices espectrales más comunes, conocidos como índices de vegetación, resalta las diferencias en la cobertura vegetal (Chuvieco et al., 1999). Uno de ellos, el índice de vegetación normalizada (Normalized Difference Vegetation Index, NDVI), determina tanto la presencia como el estado de la vegetación mediante la diferencia en la reflectividad entre bandas espectrales (Hernández et al., 2014); este índice arroja valores del verdor y proporciona la cantidad de vegetación presente en una superficie midiendo las relaciones entre la energía absorbida y la emitida por los objetos terrestres (Tovar, 2012), con lo cual se puede calcular el área de la cobertura vegetal para una determinada zona, así como sus variaciones en el tiempo.
Ya se han hecho algunas aproximaciones sobre el área que ocupan los humedales de la costa peruana. Por ejemplo, en el Atlas de los humedales costeros del Pacífico se registra el área de cada uno de los humedales de la costa (https://humedalescosteros.org/atlas/), y en algunos otros estudios, publicados como artículos científicos e informes técnicos, se aborda la variación del área y la cobertura vegetal de los humedales marino-costeros, por ejemplo, en los manglares de Tumbes-Perú (Príncipe & Céspedes, 2014) y en Los Pantanos de Villa (Flores et al., 2020; Rojas et al., 2020); en estos dos casos el patrón de reducción de las áreas con vegetación es coincidente. Dado que los métodos de evaluación de la extensión, las estimaciones de la tasa de pérdida y la degradación de los humedales a nivel mundial no siempre concuerdan (Lehner & Döll, 2004; Finlayson et al., 2005), es importante saber si los patrones del cambio del área se cumplen también en otros humedales aún no evaluados, así como comparar si tales cambios siguen las tendencias globales (Lehner & Döll, 2004; MacKay et al., 2009; Rebelo et al., 2018).
En ese marco, el objetivo de la presente investigación fue determinar las áreas totales y la cobertura vegetal de seis humedales de la costa de Lima mediante el uso de teledetección y SIG, así como evaluar los cambios entre el 2002 y el 2019.
Materiales y metodos
Area de estudio
Se comparó el área de seis humedales ubicados a lo largo de la costa de Lima: Albufera de Medio Mundo (MM), Laguna El Paraíso (PAR), Humedales de Puerto Viejo (PV), Humedal Santa Rosa (SR), Humedales de Ventanilla (VEN) y Pantanos de Villa (PAN), entre las latitudes 10°58'05.15" S y 12°34'16.77" S (Figura 1). Estos humedales forman una franja costera en medio del desierto, son contiguos o cercanos a urbanizaciones, y la mayoría está atravesada por carreteras. Las formaciones vegetales comunes en estos ecosistemas son los juncales (con predominio de Schoenoplectus americanus (Pers.)), los gramadales (especialmente especies del género Sporobolus o la especie Distichlis spicata (L. Greene)), y los totorales de Typha domingensis (Pers.) o Schoenoplectus californicus (C. A. Mey), que rodean uno o varios espejos de agua (Aponte & Ramírez, 2011; Gonzales et al., 2019). Tres de estos humedales han sido declarados como zonas protegidas por el Estado peruano a través de decretos supremos (D.S.): D. S. 055-2006-AG para el Refugio de Vida Silvestre Pantanos de Villa; D. S. 074-2006-AG para el Área de Conservación Regional Humedales de Ventanilla y D.S. 006-2007-AG para el Área de Conservación Regional Albufera de Medio Mundo.
Figura 1 Mapa de ubicación del área de estudio. A la izquierda, el mapa del Perú y en naranja el departamento de Lima. La ubicación de los humedales costeros se encuentra señalados en el mapa de la derecha, donde MM: Albufera de Medio Mundo; PAR: Laguna El Paraíso; PV: Humedales de Puerto Viejo; SR: Humedal Santa Rosa; VEN: Humedales de Ventanilla y PAN: Pantanos de Villa.
El procedimiento descrito a continuación se siguió para el análisis del área de todos los humedales en estudio, con excepción de Pantanos de Villa, donde se calculó solamente la variación de la cobertura y la tasa de cambio a partir de la información disponible en el estudio de Flores et al. (2020).
Búsqueda y adquisición de imágenes satelitales e información cartográfica básica
Se adquirieron imágenes satelitales Landsat 7 ETM+ y 8 OLI-TIRS de los humedales estudiados durante el periodo 2002-2019 (Tabla 1). Para ello se utilizó la plataforma Earth Explorer (http://earthexplorer.usgs.gov) del Servicio Geológico de los Estados Unidos (United States Geological Service, USGS) de donde se descargaron las imágenes en formato GeoTIFF. Se seleccionaron aquellas que mostraban poca nubosidad y se procuró que fueran de la misma época del año (por tener la menor nubosidad, se eligieron las de los meses de verano). Todas las imágenes Landsat 7 ETM+ y 8 OLI-TIRS cuentan con una resolución multiespectral de 30 m y una resolución pancromática de 15 m. Como cartografía de base se utilizaron fuentes secundarias a partir de revisiones bibliográficas y se descargó información geopolítica y demográfica del portal del Ministerio de Educación (http://sigmed.minedu.gob.pe/).
Análisis, interpretación digital y cálculo del área total
La delimitación de los humedales se basó en el procedimiento explicado por Condori et al. (2018): el área se delimita a mano alzada mediante una interpretación visual de las imágenes satelitales en el programa informático Google Earth, con una escala entre 1:400 y 1:1400 dependiendo del humedal (Tabla 1), y su función de delimitación de polígonos. Se estableció como límite del humedal el de la distribución de la vegetación de los humedales; los lagos, lagunas y canales asociados se consideraron como parte del humedal. No se consideraron los campos agrícolas.
A continuación se procedió a convertir el polígono digitalizado en un formato shapefile en el programa ARCGIS 10.5. Posteriormente se agregaron las imágenes satelitales y se hizo su respectivo geoprocesamiento (composición de bandas y corrección atmosférica y de calidad de la imagen cada vez que fue necesario). Todos los datos se proyectaron en el sistema de coordenadas UTM del datum WGS84 de la zona 18S. El área se calculó utilizando las capas de polígono para cada humedal.
Cálculo del índice NDVI
Para el cálculo del NDVI se utilizó el programa ARCGIS 10.5 y la herramienta calculadora de trama (raster calculator) siguiendo la ecuación (1):
El rango de valores de este índice fluctúa entre -1 y 1 (de -1 a 0 se considera suelo sin vegetación o cuerpo de agua; de 0 a 1, generalmente suelo con vegetación). Mediante el método de clasificación no supervisada y el índice se clasificó cada imagen utilizando los cinco rangos de la tabla 2 con base en la clasificación propuesta por Mohamed Eid et al. (2020) para diferenciar entre suelos sin vegetación y con vegetación.
Una vez obtenidos los valores de los índices de vegetación para cada imagen, se hizo un proceso de filtrado y suavizado para, posteriormente, sectorizarlos haciendo la conversión de trama a polígono en el programa ARCGIS 10.5 y calcular la cobertura vegetal en las imágenes.
Comparación temporal y tasa de cambio anual del área de los humedales
Se comparó el área total de cada humedal en el periodo establecido (2002-2019) con base en los resultados obtenidos previamente y la información actual de su área. La cobertura vegetal obtenida a través de los años servirá para estimar las tasas de cambio anual (T) mediante la ecuación (2):
Resultados
Area de los humedales
Con base a la delimitación generada mediante el análisis visual de las imágenes satelitales, se obtuvieron las áreas totales de cada humedal en cada ano evaluado, la variación multitemporal y la tasa de cambio (Tabla 3).
Tabla 3 Área total, variación multitemporal y tasa de cambio de los humedales, 2002 y 2019
ha: hectáreas
El humedal con mayor área actual es Laguna El Paraíso (652,56 ha), seguido de la Albufera de Medio Mundo (606,34 ha), los Humedales de Ventanilla (278,04 ha), lod de Puerto Viejo (270,45 ha) y el Humedal Santa Rosa (61 ha). Las figuras 2 y 3 corresponden a los mapas de los humedales en el periodo evaluado (2002-2019); el humedal con mayor variación del área total fue la Albufera de Medio Mundo, con un aumento de 38 % (principalmente en las zonas norte y oeste), seguido del humedal de Ventanilla, donde el área se redujo en 22 % (en las zonas norte y este y en la zona del ACR, con -59,88 ha, -14,26 ha y -3,24 ha, respectivamente); el humedal con menor variación fue el Santa Rosa, que solo se redujo en 2 ha, es decir, el 3 % del área total (en la zona este).
Figura 2 Mapa multitemporal del área total de los humedales (ATH): Albufera de Medio Mundo (A y B), Laguna El Paraíso (C y D) y Humedales de Puerto Viejo (E y F). Las siglas hacen referencia a: ZU= Zona Urbana; ZI= Zona Industrial; ZA= Zona Agrícola y el trazo azul corresponde al territorio categorizado como Área de Conservación Regional (ACR).
Figura 3 Mapa multitemporal del área total de los humedales (ATH): Humedal Santa Rosa (G y H) y Humedales de Ventanilla (I y J). Las siglas hacen referencia a: ZU= Zona Urbana; ZI= Zona Industrial; ZA= Zona Agrícola. El Humedal de Santa Rosa contiene algunos parches de desmonte y restos arqueológicos; el trazo azul corresponde al territorio categorizado como Área de Conservación Regional (ACR).
La tasa de cambio siguió la misma tendencia que la variación del área, siendo la mayor tasa (+2,2 1 % por año) y la menor (-1,29 % por año) la de los humedales de Albufera de Medio Mundo y de Ventanilla, respectivamente. La tasa de cambio estimada para los humedales que han disminuido (Santa Rosa, Puerto Viejo y Ventanilla) fue de -0,64 % al año en promedio; la tasa promedio de todos los humedales evaluados fue de +0,14 % anual.
Cobertura vegetal
La variación multitemporal de la cobertura y la tasa de cambio de cada humedal por cada ano evaluado se encuentran en la tabla 4.
Tabla 4 Cobertura vegetal, variación multitemporal y tasa de cambio de los humedales, 2002 y 2019
ha: hectáreas; *Datos tomados de Flores et al. (2020)
En la figura 4 y en la 5 se pueden apreciar los cambios multitemporales de la cobertura vegetal, con patrones similares a los descritos para el área total, lo que evidencia variaciones positivas para los humedales de Albufera de Medio Mundo (+123,24 ha), Laguna El Paraíso (+95,64 ha) y el Humedal Santa Rosa (+5,22 ha), en tanto que los humedales de Puerto Viejo, Ventanilla y Pantanos de Villa presentaron reducciones en su cobertura vegetal (con -3,55 ha, -19,01 ha y -41,76 ha, respectivamente). Por otro lado, la mayor tasa de cambio correspondió a la Albufera de Medio Mundo (+3,03 % por año) y la menor (-1,07 % por año) a Los Pantanos de Villa.
Figura 4 Mapa multitemporal de la cobertura vegetal (CVH) de los humedales de Albufera de Medio Mundo (K y L), Laguna El Paraíso (M y N), Humedales de Puerto Viejo (Ñ y O). Las siglas hacen referencia a: ZU= Zona Urbana; ZI= Zona Industrial; ZA= Zona Agrícola y el trazo azul corresponde al territorio categorizado como Área de Conservación Regional (ACR).
Figura 5 Mapa multitemporal de la cobertura vegetal (CVH) del Humedal de Santa Rosa (P y Q) y Humedales de Ventanilla (R y S). Las siglas hacen referencia a: ZU= Zona Urbana; ZI= Zona Industrial; ZA= Zona Agrícola para el Humedal de Santa Rosa esta zona contiene también algunos parches de desmonte y restos arqueológicos; el trazo azul corresponde al territorio categorizado como Área de Conservación Regional (ACR).
Discusión
Los resultados indican que algunos humedales evaluados presentan una reducción de sus áreas, probablemente relacionada con el crecimiento urbano o el establecimiento de zonas agrícolas o de avicultura (Figuras 2 y 3). La disminución del riego para los cultivos agrícolas modifica la infiltración de agua en estos humedales (Verones et al., 2012), así como los cambios en el uso del suelo y la disposición del desmonte de construcciones, desechos, basura y otros residuos sólidos (Aponte et al., 2020; Castillo-Velásquez & Huamantinco-Araujo, 2020), lo que afecta las condiciones del terreno. La creación de áreas de conservación regional parece tener éxito, ya que sus límites se ven poco afectados por la urbanización, como sucede en la Albufera de Medio Mundo, en tanto que las zonas donde no hay contacto directo con la población parecen conservarse y aumentar su área, como en el caso de la Laguna El Paraíso. Otra causa de la reducción del área en algunos humedales son las invasiones informales de pobladores de bajos recursos, como las reportadas en los Humedales de Ventanilla (Moschella, 2012).
Por otra parte, Aponte & Ramírez (2011) enfatizan la necesidad de evaluar las granjas destinadas a la avicultura que, amparadas bajo la designación de zona industrial (Figuras 2 y 3), han afectado la Albufera de Medio Mundo, la Laguna El Paraíso, los Humedales de Puerto Viejo y los de Ventanilla por su impacto químico, sonoro y visual.
Las actividades agrícolas y ganaderas pueden afectar los humedales reduciendo su área, como se ha visto en los de Ventanilla y Santa Rosa, pero también ocasionan cambios en la estructura de sus comunidades vegetales mediante la introducción de plantas invasoras potenciales, lo que no necesariamente disminuye el área o la cobertura. En este sentido, un caso interesante es el reportado por Gonzáles et al. (2019), quienes recientemente evaluaron el Humedal de Santa Rosa y encontraron nuevas especies para el área, incluidas especies propias de humedales (Equisetum giganteum L. y Wolffiella oblonga (Phil.) Hegelm.), pero también invasoras potenciales (Galinsoga parviflora Cav., Ipomoea digitata L., Medicago sativa L., Flaveria bidentis (L.) Kuntzey Polypogon viridis (Gouan) Breistr.). Todo ello resalta la importancia de hacer un seguimiento de sus comunidades vegetales para entender mejor el grado de invasividad (invasiveness, sensuMcClay et al., 2010; Gordon & Gantz, 2011) y el daño que estarían causando esas especies de malezas previamente identificadas. Además, el Humedal Santa Rosa presenta una zona de disposición de desmonte dentro de la zona agrícola, en el lado este (observación personal), que a largo plazo podría cambiar el uso del suelo y convertirse en zona urbana.
Durante los últimos 17 años los incendios se vienen registrando en la mayoría de los humedales estudiados, como el caso de Laguna El Paraíso, Pantanos de Villa, y los Humedales de Puerto Viejo y Ventanilla, siendo las principales causas la quema para el manejo del junco, la totora y el carricillo, la eliminación de plagas, la quema de residuos sólidos, las actividades recreativas con fogatas dentro de los humedales y la quema con fines invasores (Ramírez, et al., 2018). A pesar del evidente impacto que estos siniestros ocasionan, es interesante constatar que los humedales tienden a recuperar su cobertura vegetal rápidamente, como en el caso reportado por Aponte et al. (2017), lo que implica que esta se recuperaría en el largo plazo, aunque no necesariamente sucedería lo mismo con la biomasa; por ello, es necesario mapear dichos eventos con el fin de corroborar estas observaciones. Además, el almacenamiento y la fijación de carbono dependerán del tipo de humedal, su extensión y otros factores como el tipo de vegetación, la profundidad del suelo y el contenido de nutrientes, entre otros. En el peor de los casos, la degradación de los humedales en el planeta podría liberar 300 millones Tn C/año (Quintana, 2018), de ahí la importancia de proteger estos ecosistemas, ya que la fijación del carbono en ellos mitiga los impactos del crecimiento poblacional y del cambio climático (Pérez et al., 2022). En los próximos años también se requerirán estudios que permitan reconocer otros servicios ecosistémicos (por ej., la provisión de beneficios inmateriales como la inspiración) y protegerlos (como en el ejemplo reportado por Ochoa et al., 2022) para promover la implementación de compensaciones a cambio de ellos.
En el presente estudio se encontraron algunas zonas en donde aumentó la cobertura vegetal, por ejemplo, el borde de las lagunas de la zona norte y sur del humedal de Laguna El Paraíso, especialmente con especies como Bolboschoenus maritimus (L.) Palla, T domingensis y Schoenoplectus americanus (Aponte & Ramírez, 2011), cuya cobertura pudo haber aumentado debido a su estrategia de crecimiento clonal y gran adaptabilidad a estos ecosistemas. En el caso de Santa Rosa, la cobertura vegetal aumentó en el cuerpo de agua principal; a esta laguna llegan afluentes provenientes de actividades agrícolas y desagües, lo que ha conducido a su eutrofización (Verones et al., 2012; Loayza-Basan et al., 2018), con la proliferación de plantas acuáticas como Pistia stratiotes L. y Eichhornia crassipes (Mart.) (Aponte & Ramírez, 2011; Castillo & Huamantinco, 2020), que eventualmente impide el crecimiento y desarrollo de otros organismos. Es importante continuar el seguimiento espacial y de las variables abióticas, así como el monitoreo del agua, en estos humedales para verificar si aumenta la cobertura vegetal. Si dicho patrón de crecimiento continúa en los próximos años tendrá que evaluarse su mantenimiento en caso de que traiga beneficios, o su control, en caso de que afecte la calidad del ecosistema.
Debe mencionarse, asimismo, que los espacios no cubiertos albergan especies particulares (por ejemplo, algunas aves de los arenales, o aves playeras), por lo que es importante estudiar su diversidad en esos espacios no vegetados, identificarlas y protegerlas adecuadamente (Apeño & Aponte, 2022).
En otros humedales costeros del Perú los impactos antropogénicos son similares. Por ejemplo, en el humedal Chochoc (Trujillo, Perú) la destrucción por parte de los pobladores es continua: las lagunas del humedal se rellenan con residuos de construcción para secarlas, hay corrales de animales domésticos cercanos, ganadería vacuna y ovina y cultivos, entre otras actividades, lo que tiene un impacto negativo en la biodiversidad, pues provoca la pérdida de flora, la mala calidad del agua y reduce el área total que ocupan las lagunas (Ruiz-Santillán et al., 2020). Otro es el caso del humedal de Carquín (Huaura, Lima), donde se han registrado algunas especies potencialmente invasoras que pueden haber ingresado por los canales o por la interacción con los pobladores; en este humedal en particular, el uso del agua de los canales para lavandería puede contribuir a su deterioro (Aponte et al., 2020).
Cabe mencionar que los datos sobre la pérdida de extensión de los humedales en las diversas regiones de Suramérica son escasos, pero dicha disminución estaría asociada con la mala planificación del uso de suelo (Junk et al., 2013). En estudios previos se ha demostrado la tendencia a la reducción del tamaño de los humedales costeros a nivel global (Davidson, 2014; Dixon et al., 2016; Davidson & Finlayson, 2018) y en Latinoamérica (Rojas et al., 2020). Es el caso del humedal de Rocuant-Andalién en Chile, cuya área superficial ha disminuido 10 % en un periodo de diez años por efecto del crecimiento urbano (Rojas et al., 2019), lo que coincide con los resultados obtenidos en nuestro trabajo en los humedales de Puerto Viejo y Ventanilla.
También hay que tener en cuenta que los factores ya mencionados, el cambio climático y la presencia de especies introducidas o invasoras originan ecosistemas emergentes (Hobbs et al., 2006), los cuales presentan cambios en la composición biótica y en los regímenes de funcionamiento (Andrade & Castro, 2012). Este fenómeno se ha apreciado en los humedales de la región (Aponte, 2022; Aponte & Apeño, 2019), con implicaciones para la gestión de la biodiversidad, pues ahora habría que establecer corredores de diversidad, intensificar su estudio e, incluso, proteger humedales pequeños.
Según nuestros resultados, la tasa de cambio promedio de los humedales estudiados ha disminuido (-0,64 % anual) menos que a nivel mundial (-1,08 % anual estimado para el siglo XX y principios del XXI en los humedales del mundo) (Davidson, 2014); la diferencia es mayor si comparamos el promedio de todos los humedales evaluados (+0,14 % anual) con la cifra mundial o con la tasa de pérdida anual desde el 2000 (-0,85 % a -1,60 % anual) (Ramsar, 2018). Todo ello llevaría a pensar que los humedales evaluados se encuentran en mejores condiciones que los del resto del mundo; sin embargo, las tasas por localidad revelan casos (por ej., los humedales de Ventanilla) en los que la disminución se encuentra dentro de dichas tendencias. Ello invita a tomar los resultados con cautela y sugiere que la evolución de los humedales debe evaluarse de manera local.
El estado peruano ha tomado medidas para proteger algunos humedales, entre ellas, la estrategia nacional de humedales, cuyo objetivo es establecer un marco de políticas y proponer actividades que promuevan el uso sostenible y la protección de los humedales y sus recursos como aporte al desarrollo integral del país (MINAM, 2014). Como ya se mencionó, una de las estrategias que parece tener éxito es la protección de estos ecosistemas mediante la creación de reservas regionales. En el presente estudio se sientan las bases para entender algunos de los cambios en las áreas y en su cobertura vegetal y brinda información que de seguro será de utilidad para la toma de decisiones, la planificación y la gestión de tales ecosistemas en la costa de Lima.
Conclusión
Nuestros resultados indican que ha habido un aumento del área total y la cobertura vegetal en los humedales de Albufera de Medio Mundo y Laguna El Paraíso, en tanto que en los de Ventanilla y Puerto Viejo estas han disminuido en el periodo estudiado. El NDVI permitió medir los cambios de los humedales en los años evaluados. Por último, las posibles causas de la disminución de las áreas incluyen el crecimiento urbano y el establecimiento de zonas agrícolas, así como la acción de otros impulsores de cambio específicos de cada humedal. Debe considerarse en todo momento que la disminución de los humedales puede afectar los servicios ecosistémicos que brindan y las interacciones ecológicas.
