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Niveles de vigorosidad de una plantaci�n forestal mediante el �ndice NDVI (�ndice de vegetaci�n de diferencia normalizada) utilizando aeronave no tripulada RPAS, en la parroquia palmira, cant�n Guamote, provincia de Chimborazo

 

Vigority levels of a forest plantation using the NDVI index (normalized difference vegetation index) using RPAS unmanned aircraft, in the Palmira parish, Guamote canton, Chimborazo province

 

N�veis de vigor de uma planta��o florestal utilizando o �ndice NDVI (�ndice de vegeta��o por diferen�a normalizada) utilizando aeronaves n�o tripuladas RPAS, na freguesia de Palmira, cant�o de Guamote, prov�ncia de Chimborazo

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Correspondencia: fabianforestal1991@gmail.com

 

Ciencias de la Educaci�n

Art�culo de Investigaci�n

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* Recibido: 30 de octubre de 2023 *Aceptado: 30 de noviembre de 2023 * Publicado: �14 de diciembre de 2023

 

        I.            Escuela Superior Polit�cnica de Chimborazo (ESPOCH), Ecuador.

      II.            Escuela Superior Polit�cnica de Chimborazo (ESPOCH), Ecuador.

   III.            Escuela Superior Polit�cnica de Chimborazo (ESPOCH), Ecuador.

   IV.            Escuela Superior Polit�cnica de Chimborazo (ESPOCH), Ecuador.

 

Resumen

La presente investigaci�n tuvo como prop�sito realizar un an�lisis del nivel de vigorosidad de una plantaci�n forestal de la especie Pinus radiata D. Don ubicada en la parroquia Palmira, cant�n Guamote, provincia de Chimborazo, para lo cual se delimit� y georreferenci� el �rea neta de la plantaci�n la misma que contaba con 29.22 has, no se evidenci� ning�n tipo de manejo silvicultural tampoco la presencia de plagas y enfermedades. Mediante un dron Matrice DJI 200 con c�mara multiespectral se calcul� el �ndice de Vegetaci�n de Diferencia Normalizada (NDVI) obteniendo como resultado un valor m�nimo de 0.23 y un valor m�ximo de 1, con una media de 0.62 y una desviaci�n est�ndar de 0.10. Se determin� las categor�as en base a los niveles de coloraci�n en los �rboles dentro del rodal, donde se obtuvo lo siguiente: 3.89 has correspondiente al 13,31% de �rea sin cubierta vegetal, 5.55 has equivalente al 18,99% con bajo vigor, 7.12 has equivalente al 24,36 % con medio vigor y 12.66 correspondiente a 43,32% has con alto vigor. Por lo que se aprecia un buen nivel de vigorosidad en los �rboles producto de una buena calidad de sitio y una buena calidad de la planta a ello se suma las condiciones edafoclim�ticas del sitio.

Palabras Clave: NDVI, Plantaci�n forestal, Dron.

 

Abstract

The purpose of this research was to carry out an analysis of the level of vigor of a forest plantation of the species Pinus radiata D. Don located in the Palmira parish, Guamote canton, province of Chimborazo, for which the net area of the plantation was delimited and georeferenced. plantation, which had 29.22 hectares, there was no evidence of any type of silvicultural management nor the presence of pests and diseases. Using a Matrice DJI 200 drone with a multispectral camera, the Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) was calculated, resulting in a minimum value of 0.23 and a maximum value of 1, with a mean of 0.62 and a standard deviation of 0.10. The categories were determined based on the levels of color in the trees within the stand, where the following was obtained: 3.89 hectares corresponding to 13.31% of area without vegetation cover, 5.55 hectares equivalent to 18.99% with low vigor, 7.12 hectares equivalent to 24.36% with medium vigor and 12.66 corresponding to 43.32% hectares with high vigor. Therefore, a good level of vigor is seen in the trees as a result of a good quality of site and a good quality of the plant, in addition to the edaphoclimatic conditions of the site.

Keywords: NDVI, Forest plantation, Drone.

Resumo

O objetivo desta pesquisa foi realizar uma an�lise do n�vel de vigor de uma planta��o florestal da esp�cie Pinus radiata D. Don localizada na freguesia de Palmira, cant�o de Guamote, prov�ncia de Chimborazo, para a qual a �rea l�quida do A planta��o foi delimitada e georreferenciada.Na planta��o, que tinha 29,22 hectares, n�o havia evid�ncias de qualquer tipo de manejo silvicultura nem presen�a de pragas e doen�as. Utilizando um drone Matrice DJI 200 com c�mera multiespectral, foi calculado o �ndice de Vegeta��o por Diferen�a Normalizada (NDVI), resultando em valor m�nimo de 0,23 e valor m�ximo de 1, com m�dia de 0,62 e desvio padr�o de 0,10. As categorias foram determinadas com base nos n�veis de cor das �rvores do talh�o, onde se obteve: 3,89 hectares correspondendo a 13,31% de �rea sem cobertura vegetal, 5,55 hectares equivalentes a 18,99% com baixo vigor, 7,12 hectares equivalentes a 24,36 % com m�dio vigor e 12,66 correspondendo a 43,32% hectares com alto vigor. Portanto, percebe-se um bom n�vel de vigor nas �rvores como resultado de uma boa qualidade do local e de uma boa qualidade da planta, al�m das condi��es edafoclim�ticas do local.

Palavras-chave: NDVI, Planta��o florestal, Drone.

 

Introducci�n

La superficie total de las plantaciones forestales existentes en el mundo oscila entre 120 y 140 millones de hect�reas. Estas est�n en aumento tanto en los pa�ses templados como en los tropicales. Especialmente en los tr�picos, el ritmo de establecimiento de plantaciones (2-3 millones de hect�reas al a�o) duplica el de los a�os sesenta y setenta (FAO, 1992; Evans, 1992). La finalidad de las plantaciones es la producci�n industrial o la utilizaci�n dom�stica de la madera en forma de postes para la construcci�n, le�a y forraje.

Seg�n la FAO (2020)� las plantaciones forestales abarcan alrededor de 131 millones de hect�reas, el cual representa el 3% de la superficie forestal y un 45% de la superficie total de bosques plantados. En Am�rica del Sur, se encuentra una proporci�n alta de plantaci�n forestal representa un 99 % de la superficie total de bosque plantado y el 2 % de la superficie forestal total.

La mayor extensi�n de plantaciones productivas se encuentra en Asia, donde totalizan 44,4 millones de hect�reas. La segunda regi�n con mayor extensi�n de plantaciones forestales es Europa, seguida de la regi�n Am�rica del Norte y Central con 21,65 y 17,65 millones de hect�reas respectivamente.

En el Ecuador el 34,7% de la superficie nacional est� cubierta por bosques, el 98.5% son bosques naturales, las plantaciones no superan el 1.5% restante del patrimonio forestal (Grijalva et al., 2012). Durante el per�odo 2007-2010, la madera autorizada para aprovechamiento con el 58,5%, correspondi� a plantaciones forestales (Palacios & Quiroz, 2012).

En el per�odo 1990-2018 la remanencia de los bosques nativos del Ecuador se redujo de 68% a 56% del �rea forestal original te�rica. Aproximadamente el 86% del �rea agropecuaria, de acuacultura y plantaciones en el 2018 fue creada mediante la transformaci�n de bosques naturales

La especie Pinus radiata D. Don es una de las especies ex�ticas que mayormente predomina en climas templados y suelos diversos (Carle et al., 2009). Despu�s del eucalipto es la segunda especie plantada en la serran�a ecuatoriana de alta capacidad productiva que prospera en suelos de textura media con pH desde �cido a neutro y con buen drenaje. Entre 1800 a 3500 msnm, con una precipitaci�n de 800 a 1300 mm y una temperatura de 11 a 17 ⁰C (Ecuador Forestal, 2013). En la regi�n sierra, esta especie es priorizada para la reforestaci�n con fines comerciales debido a su adaptabilidad, r�pido crecimiento y rentabilidad (MAGAP, 2015, p.42).

El estudio de los �ndices de Vegetaci�n Normalizados (NDVI), obtenidos a partir de la toma de fotos a�reas con drones y c�mara multiespectral, permite zonificar las plantaciones por niveles de vigorosidad. Estos niveles, a su vez, pueden asociarse con zonas de buen o mal crecimiento, permitiendo en los sitios de bajo crecimiento realizar acciones de manejo puntuales para mejorar las condiciones de sitio y as� minimizar o reducir las posibilidades de enfermedades en las plantaciones. (S�nchez et al, 2016), demostraron en estudios realizados con drones la gran utilidad de estos equipos para el seguimiento y evaluaci�n de actividades agroforestales. Por otra parte, las limitaciones determinadas por la distancia y las grandes extensiones a ser objeto de an�lisis pueden ser mitigadas por la disponibilidad de informaci�n captadas por estos sensores remotos (Jobb�gy et al., 2002); (Knapp y Smith, 2001).

Este �ndice es utilizado en todo el mundo, para hacer el seguimiento a fen�menos como: sequ�as, supervisi�n y predicci�n de zonas con riesgo de incendios, cartografiar desertizaci�n, compensaci�n de cambios en condiciones de iluminaci�n, pendiente de la superficie, orientaci�n, entre otros (Lillesand, Kiefer & Chipman, 2007).

La aplicaci�n de tecnolog�as geoespaciales es cada vez m�s relevante para estimar y monitorear par�metros forestales en per�odos cortos (Foody et al., 2003; Hall et al., 2006) (Fuchs et al., 2009) (Sobrino et al., 2019) (Verbesselt et al., 2010)

De acuerdo con Herold et al. (2011) existe un particular inter�s en el manejo forestal del uso de sensores remotos para la estimaci�n de atributos forestales, ya que favorecen la obtenci�n de datos consistentes, actualizada y espacialmente expl�cita en �reas de dif�cil acceso y con amplia cobertura. Al respecto, la estimaci�n de par�metros forestales a partir de la combinaci�n del uso de sensores remotos y de sitios de campo georreferenciados (sitios permanentes) se han convertido en t�cnicas �tiles y confiables para estimar variables como el volumen forestal, el �rea basal y la biomasa forestal a�rea (Hern�ndez-Ramos et al., 2020) (L�pez-Serrano et al., 2020).

El objetivo de este trabajo fue evaluar el nivel de vigorosidad de la plantaci�n a trav�s de �ndices espectrales (NDVI), con el prop�sito de que sirva de base para la implementaci�n de un manejo forestal sostenible y sustentable que permita un mejor rendimiento volum�trico a la hora de la cosecha final.

 

Metodolog�a

�rea de Estudio

La parroquia Palmira se encuentra ubicada al sur occidente de la provincia de Chimborazo (Figura 1), pertenece al cant�n Guamote. Presenta las siguientes caracter�sticas geogr�ficas y clim�ticas:

 

Fuente: PDOT Palmira (2019)

 

Una vez localizada la plantaci�n, se realiz� el recorrido y reconocimiento, con el acompa�amiento de t�cnicos de investigaci�n de la Escuela Superior Polit�cnica de Chimborazo, se analiz� in-situ las caracter�sticas dasom�tricas de los �rboles cumpliendo ciertos par�metros primordiales como homogeneidad, di�metros, alturas totales y comerciales, raleos, estado fitosanitario y �rea basal

Figura 1. Ubicaci�n de plantaci�n forestal

Levantamiento cartogr�fico y fotogram�trico

Con la ayuda de un GPS, se tom� las coordenadas geogr�ficas UTM (latitud y longitud) de los per�metros de cada zona de la plantaci�n, posteriormente, con el uso de un DRON MULTIESPECTRAL se captur� las fotograf�as a�reas. El �rea neta de la plantaci�n permiti� definir el n�mero de parcelas a implementar.

 

Figura 2. Vista a�rea y geolocalizaci�n de unidades de muestreo

 

Determinaci�n del tipo de muestreo y n�mero de parcelas

Se us� el muestro al azar realizando tres unidades de muestreo circulares de radio 12,62 m², lo que equivale a un �rea de 500 m², este tipo de parcela se aplic� debido a las facilidades que present� el rodal en t�rminos de transitabilidad y manejo silvicultural (FERREIRA, O.1994).

Registro de datos dasom�tricos������

Para la medici�n del DAP se utiliz� la forc�pula, esta la ubicamos a la altura del pecho, es decir, 1.30 m en todos aquellos �rboles que estaban dentro del sitio de muestreo y que ten�an un di�metro igual o superior a 10 cm, por ser considerados como �rboles aprovechables.

En cuanto a la altura total y comercial, se manej� el clin�metro SUUNTO tanto en grados como en porcentaje.

Figura 3. Distribuci�n de parcelas de monitoreo

 

Toma de variables cualitativas

A cada uno de los �rboles de la parcela se le asign� un valor entre 1 y 4 el cual determin� el nivel de su estado fitosanitario. La p�rdida de vigor se evalu� en base a los c�digos que van de PV0 a PV3.

 

N	P�rdida de Vigor	C�digo
1	Cuando el �rbol est� totalmente sano y no presenta p�rdida de vigor.	AV0
2	El �rbol presenta pocos s�ntomas de p�rdida de vigorosidad.	AV1
3	El �rbol tiene s�ntomas avanzados de p�rdida de vigorosidad. Clorosis	AV2
4	La p�rdida de vigor en los �rboles es muy alta. El �rbol est� cerca de morir o muerto.	AV3

Fuente: Autor

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Procesamiento y an�lisis

Mediante los datos obtenidos de las variables cualitativas y cuantitativas de las unidades de muestreo y los an�lisis del �ndice de Vegetaci�n Normalizada de Vegetaci�n en las fotograf�as obtenidas del �rea, se determin� la correlaci�n existente entre los valores obtenidos de las observaciones en campo versus los valores NDVI a partir de fotos (Cargua, 2018).

El �ndice de diferencia normalizada de vegetaci�n se calcula a partir de la siguiente formula:

 

Donde:

 

NIR: Reflectancia espectral del canal infrarrojo cercano

RED: Reflectancia en el canal del rojo visible

Una vez encontradas las correlaciones, se realiz� el m�todo inverso; con el uso de las fotograf�as se determinaron los valores para otros sitios fuera de las parcelas de monitoreo. Estos valores se verificaron en campo para validar las correlaciones existentes entre los an�lisis NDVI a partir de las fotograf�as versus los datos reales de campo.

Para el proceso del an�lisis NDVI de las im�genes multiespectrales se emple� el software de informaci�n geogr�fica ArcGIS 10.6.1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Resultados y discusi�n

Figura 4. Valores NDVI por parcela

 

Con las im�genes obtenidas en el vuelo realizado con el uso del dron con c�mara multiespectral que trabaja con cuatro bandas (Red, Blue, Green y NIR). Se obtuvo el mapa de reflectancia sin correcci�n radiom�trica, el cual fue procesado con el software ArcGIS 10.6.1 (Plaza, 2020)

La cantidad de �rboles fueron diferentes en cada parcela, lo que concuerda con que las condiciones del sitio, orograf�a y orientaci�n en que se encuentren los sitios muestreados tienen influencia sobre las mediciones. Otra variable por considerar es la edad de la plantaci�n, asumiendo por sus caracter�sticas dasom�tricas que se trata de un rodal coet�neo.

Para el proceso del an�lisis NDVI de las im�genes multiespectrales se emple� el software Pix4D. Los datos obtenidos, de los an�lisis de im�genes y del monitoreo en campo se analizaron de igual manera en los softwares antes mencionados. Los valores de los �ndices encontrados mediante los an�lisis NDVI, se contrastaron con los valores de los �ndices encontrados en la valoraci�n del estado fitosanitario de los �rboles.

La din�mica del NDVI permite identificar una firma funcional para cada tipo de vegetaci�n puesto que captura diferencias que van m�s all� de su rango de factores clim�ticos (Alcaraz et al., 2009).

Figura 5. Valores NDVI de plantaci�n forestal Pinus radiata D. Don

 

La figura N⁰ 5 para el a�o 2023 muestra un valor m�nimo de 0.23 su valor m�ximo corresponde a 1, con una media de 0.62 y una desviaci�n est�ndar de 0.10. Seg�n Robalino (2021), en su estudio �An�lisis multitemporal de la evoluci�n de Plantaciones de Pino establecidas en la parroquia Palmira, cant�n Guamote, con la aplicaci�n de tecnolog�as geoespaciales� mediante im�genes satelitales obtuvo los siguientes resultados para el a�o 2014, un valor que oscila entre 0.082 a 0.864, se puede observar que el valor m�ximo es cercano al 1 y se encuentran en mayor cantidad a los a�os anteriores.

Seg�n Robalino (2021), para el a�o 2019 obtuvo un valor que oscila entre 0.063 a 0.897, igual que en el caso anterior se puede observar seg�n datos positivos obtenidos son valores altos cercanos a 1, con valores dispersos en toda el �rea de la zona representada por la existencia de vegetaci�n densa.

Seg�n Morocho (2018), en el an�lisis espacio temporal en Atapo � Palmira en el periodo del 2001 al 2017, se obtuvo valores m�ximos para el NDVI en el a�o 2017, los cuales oscilan entre 0,025 a 0,538, de tal modo los datos comparados no presentan similitud, esto se deber�a a la presencia de una temporada invernal al momento de la selecci�n de im�genes satelitales, lo que aumenta el NDVI de la cobertura vegetal.

El �ndice NDVI presenta un valor m�ximo de 0,86� seg�n (Mej�a et al., (2023) encontrando resultados m�s precisos en la estimaci�n de este �ndice. En un estudio denominado Estimaci�n de biomasa y carbono con herramientas de teledetecci�n en bosques secos tropicales del Tolima, Colombia.

 

Figura 6. Reclasificaci�n de NDVI por coberturas

 

Mediante el software ArcGIS 10.6.1 con la herramienta Arc Toolbox en la opci�n Raster Reclass se obtuvo los valores por las siguientes categor�as: 3.89 Has correspondiente 13.31% (�rea sin cubierta vegetal), 5.55 Has equivalente al 18.99% (�rboles con bajo vigor), 7.12 Has correspondiente al 24.36% (�rboles con medio vigor) y finalmente 12.66 Has equivalente al 43.32% (�rboles con alto vigor).

 

 

 

 

Figura 7. Gr�fico de cajas y bigotes de �rboles sanos

 

Figura 8. Histograma de valores NDVI �rboles sanos

En las figura 7 y 8 se puede observar la interpretaci�n realizada mediante gr�ficos de cajas y bigotes e histograma, los �rboles con alto nivel de vigorosidad se encuentran en el rango 0.6158 � 0.7285, adem�s se evidencia una tendencia similar en las evaluaciones con el NDVI y las mediciones directas en campo. La medici�n del estado de los bosques cuenta con un alto reconocimiento, las que han sido utilizadas para monitorear los cambios ocurridos en la plantaci�n forestal (Coppin y Bauer 1996) (Hame et al., 1998) (Fraser et al., 2005) (Panigrahy et al., 2010), y la evaluaci�n de las perturbaciones forestales, ya sean antropog�nicas o naturales, las que dependen cada vez m�s de datos detectados a distancia (Sader et al., 2003).

�El NDVI obtenido en campo son valores elevados, aproximados a 1, siendo vegetaci�n densa densa y sana seg�n Gonzaga (2014).

Esta respuesta de la plantaci�n forestal est� ligada con una alta productividad primaria neta, lo que coincide con lo reportado por algunos autores (Paruelo et al., 2000, 2004; Pi�eiro et al., 2006).

Por otra parte (Oliveira et al., 2016), indicaque la eficiencia en el uso del agua y el mejoramiento de las condiciones fotoqu�micas arroja valores aceptables del NDVI.

 

Figura 7. Gr�fico de cajas y bigotes de �rboles muertos

 

Figura 9. Histograma de valores NDVI de �rboles muertos

 

En el histograma, mostrado en la Figura. 9 los �rboles que presentan menor nivel de vigorosidad se encuentran en un rango que va desde los 0.33648 hasta 0.48778, estos presentan una coloraci�n amarillenta en sus ac�culas debido a la alta humedad y al poco manejo que present� el rodal. Con la llegada del verano present� una mejor�a lo cual conlleva a elevar su valor NDVI.

Seg�n (Paruelo, 2004). Los datos proporcionados por las im�genes Landsat TM nos permitieron generalizar la informaci�n de campo tanto para las caracter�sticas estructurales (fisonom�a de la vegetaci�n) como funcionales (ANPP) de los ecosistemas de una extensa �rea de la Patagonia. A partir de informaci�n espacialmente expl�cita sobre la estructura de la vegetaci�n, el funcionamiento del ecosistema y los factores abi�ticos, se pudo describir patrones regionales y generar hip�tesis cuantitativas sobre los controles abi�ticos y bi�ticos de los atributos ecol�gicos.

La estructura flor�stica y fision�mica (proporci�n de tipos funcionales de plantas) de la vegetaci�n de las estepas patag�nicas no estuvieron relacionadas. Muchas de las estepas herb�ceas-arbustivas, estepas herb�ceas de cubierta baja y semidesiertos mapeados en el an�lisis correspond�an a estados degradados, ya sea por sobrepastoreo (Le�n & Aguiar, 1985) o por incendios accidentales. A pesar de los cambios en la abundancia de PFT o la cobertura total, muchas de las especies de la comunidad vegetal original permanecen en estados degradados. Por ejemplo, los semidesiertos, que cubr�an el 10% del �rea, se presentaron como grandes parches hacia el este, en los ambientes m�s secos de la regi�n.���

Estos resultados son similares con lo reportado por (Kelly, 2002) e (Ismail et at., 2006) que demuestran que las im�genes de NDVI, en comparaci�n con otros �ndices de vegetaci�n, puede evaluar mejor las afectaciones de la poblaci�n forestal.

En un estudio mencionado por S�nchez (2020) se encontr� que el �ndice NDVI muestra que a manera que se incrementa la densidad, tambi�n lo hace la importancia de las especies, proyectando su permanencia en la cobertura vegetal. Este �ndice comienza a saturar cuando la cubierta vegetal es superior a 50%, y no es sensible al verde cuando la cubierta vegetal es baja. Sin embargo, puede sobre o subestimar la cubierta vegetal, dando informaci�n err�nea en algunas zonas (Zhongming et al., 2010)

Por otro lado, Alatorre et al (2010) analizaron la evoluci�n espacio temporal del �ndice NDVI en �reas con distinta cantidad de cobertura vegetal y determinaron que el clima influye sobre la vegetaci�n al igual que la temperatura result� ser el factor m�s explicativo, mientras que la precipitaci�n influy�.

 

Conclusiones

-          Los niveles de vigorosidad detectados por la c�mara multiespectral mediante el �ndice NDVI en el rodal fueron diferentes y fluctuaron en los siguientes rangos: 3.89 Has (correspondiente a caminos y �reas sin plantar), 5.55 Has (6166 �rboles bajo vigor/enfermos), 7.12 Has (7910 medio vigor/�rboles sanos) y 12.66 Has (14065 con alto vigor/�rboles dominantes).

-          Los porcentajes de �ndices de vegetaci�n encontrados a trav�s de la foto a�rea muestran tendencias similares a los resultados obtenidos a trav�s de la toma de datos en campo de cuatro parcelas de monitoreo instaladas. Se obtuvo el mapa multiespectral con el �ndice de vegetaci�n NDVI para el �rea neta de la plantaci�n, identific�ndose los diferentes estados de vigorosidad y salud.

 

Referencias

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