Respuesta del índice de vegetación de diferencia normalizada (NDVI) a la actividad antrópica, variabilidad climática y ambiental en bosque de encino

Abstract

"Los ecosistemas forestales han desarrollado umbrales de resistencia y resiliencia para mantener sus funciones, procesos y estructura. En bosques con alto grado de disturbio, se han superado los umbrales debido al cambio global y expansión de la frontera agrícola, lo que modifica el paisaje y composición vegetal a través de cambios sucesionales, que pueden seguir el camino determinista, o de estados alternativos. El presente estudio diferencia comunidades vegetales por su grado de disturbio antrópico, mediante un análisis espacio – temporal de la productividad vegetal medida indirectamente por el índice de vegetación de diferencia normalizada (NDVI). Además, se analizó la relación entre las variaciones de NDVI y variables climáticas, florísticas, edáficas y antrópicas. Para ello, se consideraron transectos con diferentes composiciones vegetales y ubicados en zonas con distinto historial de uso y grados de disturbio en una matriz de parches de bosque de encino: 1) historial de uso agrícola y ganadería (matorral), 2) únicamente ganadería (transición), 3) poca actividad antrópica (bosque con disturbio antrópico), y 4) bosque sin disturbios antrópico. Se aplicó un ANOVA de medidas repetidas con análisis post hoc Tukey que diferenció el NDVI de los grupos por su grado de disturbio y composición (p < 0.05). La zona más conservada presentó los valores más altos y la zona con mayor disturbio lo opuesto. Esta última presentó una tendencia significativa (p < 0.05) durante los 47 años evaluados en el análisis y con pendiente positiva de 3.75e-06. Los modelos lineales simples demostraron que, de las variables climáticas, la precipitación predice mejor el NDVI, pero sin superar el 40% de la variación explicada, lo que se confirmó con el algoritmo de bosques aleatorios. Fluctuaciones climáticas correlacionaron menos con el NDVI en la zona más conservada, siendo las más representativas las referidas a legados de precipitación, en contraste, para la comunidad con mayor grado de disturbio, tanto las variables rápidas como de legado tuvieron altas correlaciones. Las variables florísticas en su mayoría presentaron pendiente positiva con el NDVI, y 60% de poder explicativo; mientras que las antrópicas fueron las más sobresalientes con pendientes negativas, sin superar el 40% del poder explicativo. El diferenciar las comunidades permitió identificar el papel de los disturbios en la respuesta de los ecosistemas a variaciones climáticas y variables florísticas, edáficas y antrópicas, asimismo el análisis espacio – temporal detectó estabilidad para la comunidad de transición con actividad ganadera, así como para el bosque con disturbio, y recuperación para la comunidad con mayor disturbio, sin embargo, debido a las retroalimentaciones e interacciones así como el banco de semillas presentes, no existe evidencia de una convergencia hacia un bosque de encino, por ello, esta última comunidad se considera como un estado alternativo estable en comparación con el bosque conservado."

"Forest ecosystems have developed resistance and resilience thresholds to maintain their functions, processes and structure. In forests with a high degree of disturbance, the thresholds have been exceeded due to the global change and expansion of the agricultural frontier, which modifies the landscape and plant composition through successional changes that can follow the deterministic path, or alternative states. The present study differentiates plant communities by their degree of anthropic disturbance through a spatio-temporal analysis of plant productivity was measured indirectly by the index of vegetation of normalized difference (NDVI). In addition, the relationship between NDVI variations and climatic, floristic, edaphic and anthropic variables was analyzed. For this, transects with different plant compositions and located in areas with different history of use and degrees of disturbance in a matrix of oak forest patches were considered: 1) history of agricultural and livestock use, (scrubland), 2) only livestock (transition), 3) little anthropic activity (forest with anthropic disturbance), and 4) forest without anthropic disturbance. A repeated measures ANOVA was applied with Tukey post hoc analysis that differentiated the NDVI of the groups by their degree of disturbance and composition (p <0.05). The most conserved community presented the highest values and the community with greater disturbance the opposite. The latter presented a significant trend (p <0.05) during the 47 years evaluated in the analysis and with a positive slope of 3.75e-06. The simple linear regression models showed that, of the climatic variables, precipitation better predicts the NDVI, but without exceeding 40% of the explained variation, which was confirmed with the Random Forest algorithm. Climatic fluctuations correlated less with the NDVI in the most conserved area, being the most representative those referred to precipitation legacies. In contrast, for the community with the highest degree of disturbance, both the rapid and legacy variables had high correlations. The floristic variables mostly presented a positive slope with the NDVI, and 60% explanatory power; while the anthropic ones were the most outstanding with negative slopes, without exceeding 40% of the explanatory power. Differentiating the communities allowed identifying the role of the disturbances in the response of the ecosystems to climatic variations and floristic, edaphic and anthropic variables, as well as the space - time analysis detected stability for the transition community with livestock activity, as well as for the forest with disturbance, and recovery for the community with greater disturbance, however, due to the feedback and interactions as well as the seed bank present, there is no evidence of a convergence towards an oak forest, therefore, the latter community is considered alternative stable state compared to the conserved forest."