Land-cover and land-use change and deforestation in Colombia: spatial dynamics, drivers and modelling

Abstract

Este estudio analiza el cambio en la cobertura y uso del suelo con énfasis en los procesos de deforestación en dos regiones contrastantes de Colombia: Andes y Guyana, entre 1985 y 2005. Se aplicó un enfoque espacial y temporal a partir del análisis del cambio de uso y cobertura del suelo (LULCC) para evaluar y predecir los procesos de cambios asociándolos a variables explicativas y junto con métricas del paisaje y sistemas de información geográfica se analizaron patrones y tendencias de deforestación. La utilización del suelo es el resultado de la interacción de una serie de factores biofísicos, económicos, tecnológicos, institucionales, culturales, etc, que operan en un rango de escalas espaciales y temporales y se correlacionan con los procesos y patrones del paisaje. Dado que los cambios en el uso de la tierra son cada vez más rápidos, es necesario comprender las fuerzas que impulsan esos cambios y predecir sus efectos sobre los procesos del ecosistema o del ambiente global La información de cobertura del suelo para el presente estudio se basó en la interpretación de imágenes satelitales y las variables explicativas incluyeron datos biofísicos y socioeconómicos provenientes de una amplia gama de fuentes de información. Para la región de los Andes, el enfoque se dirigió a la aplicación de modelos de cambio de la tierra y de deforestación entre bosques montanos (montane forest) y bosques de piedemonte (lowland forest), usando enfoques espacialmente explícitos (Land Change Modeler-LCM) y modelos lineales generalizados (GLM). A nivel de la región de la Guayana, se estudiaron los patrones de deforestación en los modelos de ocupación típicos de la región, comparando tasas de cambio, patrones del paisaje y efectividad de figuras de conservación. Finalmente se modelizo el potencial de cambio futuro en ambas regiones prediciendo su evolución e identificando zonas de alto riesgo de deforestación y sus implicaciones frente a la conservación de la biodiversidad. Las tasas de deforestación varían entre las regiones y al interior de ellas. Para los Andes la tasa anual de deforestación fue de 1.41%, mientras que para Guayana de 0.25%; sin embargo en Guyana se evidenciaron las mayores tasas asociadas con una fase rápida e intermedia de pérdida de bosque en un modelo de transición de colono a establecimientos permanentes. Los modelos utilizados en esta tesis, sugiere que el modelo espacial de LCM basado en probabilidades de Markov tiene un mejor respuesta para explicar los cambios en el uso del suelo que los modelos lineales generalizados. La variable explicativa que mayor incide en los procesos de cambio de uso del suelo y deforestación es la distancia de las carreteras, pero existen variables como la actividad económica, pendiente, distancia a pastos y precipitación que impulsan procesos de cambio y el peso de estas variables depende del tipo de bosques y la región. Los resultados de esta tesis mostraron que algunas figuras de protección como el sistema de parques naturales nacionales y los resguardos indígenas pueden ser efectivas para frenar procesos de deforestación y que las zonas de transición entre Andes y Amazonia, Orinoquia y Magdalena Medio se encuentran bajo una mayor amenaza de conversión probable debido a su accesibilidad y migración de la población. Finalmente, una mejor comprensión de la dinámica de LULCC en Colombia, es un paso importante en el desarrollo de estrategias de planificación del territorio y conservación de la región y las investigaciones futuras deberán evaluar la incidencia de las políticas nacionales tales como tenencia de la tierra, REDD, políticas sectoriales, económicas y energéticas ante cambios en el uso del suelo y la deforestación.

This study analyzes the land cover change with emphasis on the deforestation processes in two contrasting regions of Colombia: Andes and Guyana between 1985 and 2005. A spatial and temporal statistical approach was applied from the analysis of land cover change to evaluate and predict the processes of change associated with explanatory variables and together with metrics of landscape and systems of information patterns and tendencies of deforestation were analyzed. Land use is the result of the interaction of a series of biophysical, economic, technologic, institutional and cultural factors, among others, that operate in a level of spatial and temporal scales and correlate with landscape processes and partners. Given land change are faster and faster, it is necessary to understand the strengths that drive those changes and predict their effects on the processes of the ecosystem or the global environment. Land use information for this study was based on the interpretation of satellite images and the explanatory variables including biophysical and socioeconomic data from a wide range of source of information. For the Andean region, the approach was directed towards the application of land change and deforestation models in montane and lowland forests, using Land Change Modeler – LCM and Generalized Lineal Models (GLM). At the level of La Guyana region, the patterns of deforestation were studied in the models of typical occupation of the region, comparing change rates, landscape patterns and effectiveness of figures of conservation. Finally the potential of change was modeled in both regions predicting its evolution and identifying zones of high risk of deforestation and their implications in the conservation of the biodiversity. The rates of deforestation vary in the regions and in the inside of them. For the Andean region the annual rate of deforestation was 1.41%, whereas for Guyana was 0.25%; however in Guyana the highest rates were showed associated with a fast and intermediate stage of loss of forest in a transition model from settler to permanent establishment. The models used in this thesis, suggest that the spatial model of LCM based on probabilities of Markov has a better response to explain land use changes than the generalized lineal models. The explanatory variable that greatly affect in land use change processes is the distance of roads, but variables like the economic activity, slope, distance to pasture and precipitation exist and drive processes of change and the burden of these variables depend on the type of forests and the region. The results of this thesis showed that some figures of protection like the system of National Natural Parks and the indigenous reserves can be effective to hold deforestation processes back and that the transition zones between Andes and Amazonia, Orinoquia and Magdalena Medio are under a greater threat of conversion probably because of their accessibility and migration of the population. Finally, a better understanding of the dynamic of LULCC in Colombia, is an important step in the development of strategies of planning of the territory and conservation of the region and the future investigations must evaluate the incident of the national policies, like land ownership, REDD, sectorial, economic and energetic policies in the view of land use change and the deforestation.