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Cambios en la cobertura de manglares en Bahia Culebra, Pacifico Norte de Costa Rica (1945-2010).

Changes in mangrove coverage in Culebra Bay, North Pacific of Costa Rica (1945-2010).

Los manglares son ecosistemas reconocidos por su importancia ecologica y economica, su riqueza natural y los servicios ambientales que prestan (Ewel, Twilley, & Ong, 1998; Duke et al., 2007). Sin embargo, son amenazados por la sobreexplotacion, la contaminacion y el cambio de uso de suelo (FAO, 2007a; Polidoro et al., 2010). La agricultura, la acuacultura, la extraccion de sal y la expansion urbana, especialmente ligada al turismo, reducen la cobertura de manglar (Soto, 1988; Pizarro & Angulo, 1993; Bilio, Coze, & Portocarrero, 1999; FAO, 2007a; Flores-Mejia, Aguirre-Vallejo, FloresHernandez, & Guarddo-Govea, 2010; Polidoro et al., 2010; Vargas, 2010; Samper-Villarreal Cortes, & Benavides-Varela, 2012). Ademas de esto, modelos de prediccion sobre las consecuencias del cambio climatico indican que habra un fuerte impacto en los ecosistemas costeros (Alongi, 2008). Todos estos factores hacen de los manglares uno de los ecosistemas mas amenazados del mundo (Duke et al., 2007; Polidoro et al., 2010).

Costa Rica tiene importantes areas de manglar en las costas pacifica y caribena. La mayor parte (99 %) se encuentra en la costa pacifica, principalmente en el Golfo de Nicoya y en el Golfo Dulce (Zamora-Trejos, 2006). Segun estimaciones de la FAO (2007b), en Costa Rica la cobertura de manglar disminuyo de 63 400 hectareas en 1980 a 41 000 hectareas en 2005 (Pizarro & Angulo, 1993). MIRENEM (1993) registro una perdida de un 27 % en la cobertura de manglar del pais entre 1964 y 1989. Sin embargo, estos datos no estan actualizados y estan basados en estimaciones poco precisas, por lo que no hay una valoracion exacta de cual es la extension actual de los manglares en Costa Rica, ni de cual ha sido la tasa de cambio de la cobertura en los ultimos anos. Esta informacion es necesaria para poder determinar cambios en la cobertura a futuro. Se sabe que muchos de los otros manglares han sido deteriorados (Morales-Cabalceta, 1983; Soto, 1988) y algunos no han sido descritos (Zamora-Trejos & Cortes, 2009). Es probable que se haya perdido cobertura, a pesar de que estan protegidos.

Los manglares del Pacifico Norte de Costa Rica, en comparacion con otros manglares del pais, se caracterizan por ser de menor extension, tener un menor numero de especies de mangle y la vegetacion, por lo general, es mas pequena (Soto & Jimenez, 1982; Jimenez & Soto, 1985; Jimenez, 1994; Zamora-Trejos & Cortes, 2009; Loria-Naranjo, Samper-Villarreal, & Cortes, 2014). Dado que los manglares de Bahia Culebra estan inmersos entre complejos turisticos, es necesario conocer si ha habido cambios en su cobertura.

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El objetivo de esta investigacion fue estudiar la cobertura de dos manglares a lo largo del tiempo: Iguanita y Playa Panama, ubicados en la region de Bahia Culebra, Pacifico Norte de Costa Rica. Para esto se analizaron los cambios durante un periodo de 65 anos utilizando fotografias aereas e imagenes satelitales; y se determino su extension mas reciente como una referencia para el futuro.

MATERIALES Y METODOS

Sitio de estudio: Los manglares de los esteros Iguanita (10[grados]37'50" N - 85[grados]37'40" W) y Playa Panama (10[grados]35'16" N - 85[grados]39'26" W) se encuentran ubicados en la zona de Bahia Culebra, Pacifico Norte de Costa Rica (Fig. 1 y 2). Ambos manglares y las caracteristicas de la zona de estudio fueron descritos por Samper-Villarreal et al. (2012).

Cobertura de los bosques de manglar: Para estudiar los cambios en la cobertura de manglar, se utilizaron fotografias aereas pancromaticas y a color; e imagenes satelitales de 1945 al 2010 (Cuadro 1 y Cuadro 2). Ambas se obtuvieron en formato digital con una resolucion de 1 200dpi. La orto-imagen QuickBird fue descargada de Google Maps, utilizando la extension Screengrab (Andy, 2007), segun la metodologia descrita por Fallas (2009). Se hicieron observaciones de campo en 2007 y 2008 (Samper-Villarreal et al., 2012).

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Las fotografias fueron corregidas geometricamente usando puntos de control tomados en el campo y el sistema de coordenadas Costa Rica Transversal de Mercator, Datum WGS84 (CRTM05). Para la georreferenciacion se uso una transformacion polinomial de primer orden, con un algoritmo de re-muestreo del vecino mas cercano, un tamano de celda de 1 m y se determino el error medio cuadratico (RMS), que en promedio fue de 11.3 para Iguanita y 5.6 para Panama. Esto se hizo usando el programa ArcGIS 10.0 (ESRI, 2012).

Para las imagenes satelitales se hizo la correccion radiometrica, geometrica y atmosferica, usando el programa ENVI 5 (Exelis VIS, 2012). La imagen RapidEye fue adquirida con un nivel de procesamiento 1B, que incluye solamente la correccion radiometrica y fue preprocesada segun Kalacska y Sanchez-Azofeifa (2008). La orto-rectificacion de la imagen se hizo usando un modelo de elevacion digital de 90 m, tomado de Shuttle Radar Topography Mission SRTM (Farr et al., 2007). Se usaron las coordenadas y la elevacion del punto central de la imagen, para determinar la altura del geoide, usando el sitio web del University NAVSTAR Consortium (UNAVCO, 2013). La correccion atmosferica se hizo con los valores de reflectancia, usando el modulo FLASS del programa ENVI 5.0 (Exelis VIS, 2012).

Para determinar la cobertura de cada tipo de vegetacion y sustrato, se hizo una clasificacion supervisada con base en los datos de campo. Para esto se uso un indice de vegetacion de antocianinas (NDVI) y un modelo de maxima verosimilitud, en el programa ENVI 5.0, segun Kalacska y Sanchez-Azofeifa (2008). Sin embargo, dado que los valores de reflectancia para la vegetacion de manglar y otros tipos de bosque son similares en la imagen RapidEye, no se obtuvo una separacion entre estas coberturas; los indices de separabilidad de bandas segun Jeffries-Matusita fueron muy bajos (<1.0) para manglar vs bosque (Richards & Jia, 1999). Despues de hacer varias pruebas, se determino hacer una interpretacion y digitalizacion de la imagen, con base en los datos de campo.

Para el manglar de Iguanita se obtuvo una imagen ASTER 1A del 2010 (Cuadro 2). A esta imagen se le hizo la calibracion radiometrica y la correccion geometrica, usando los valores obtenidos de los metadatos de la imagen y siguiendo el procesamiento descrito por van Ede (2004). La imagen ASTER tambien fue interpretada visualmente, debido a que la baja resolucion espectral y espacial de la imagen no permitio hacer una clasificacion supervisada. Para el manglar de Playa Panama se trabajo con una imagen QuickBird del 2010, incluye la correccion geometrica y radiometrica (sensu Fallas, 2009).

Los limites del area de estudio se determinaron con el borde externo de los manglares y con base en los datos de campo. A partir de ese borde se trazo una zona de amortiguamiento de 200 m alrededor de cada uno, para estudiar los cambios de cobertura en esas zonas. Despues de analizar visualmente las fotografias e imagenes, junto con los datos de campo, se elaboro una lista de los diferentes tipos de cobertura.

Se hizo la interpretacion de las fotografias aereas e imagenes y la digitalizacion de las coberturas, incorporando los datos de campo, a una escala de 1:10 000. Se corrigieron los errores de digitalizacion y se calcularon las areas y perimetros de cada cobertura, usando el programa ArcGIS 10.0 (ESRI, 2012).

Se trabajo con las capas en formato raster y un tamano de celda de 4 [m.sup.2]. Con la extension Spatial Analyst Tools (ESRI, 2012), se genero una capa en la que se pudieran ver los cambios a traves del tiempo.

RESULTADOS

Se determinaron las siguientes categorias de coberturas presentes:

Manglar: Vegetacion con especies de mangle como Avicennia germinans, Avicennia bicolor, Rhizophora mangle, Conocarpus erectus y Laguncularia racemosa. En las fotografias aereas e imagenes, este tipo de cobertura se ve muy homogenea y continua. Tambien se incluyeron zonas con baja densidad de manglar, i.e., con arboles o parches de arboles aislados.

Bosque: Incluye otros tipos de vegetacion diferente a manglar, como bosque de galeria, bosque seco de transicion, bosque seco caducifolio y sabanas arboladas. No se hizo diferencia entre bosque secundario y bosque primario. En las fotografias e imagenes esta cobertura se observa heterogenea.

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Sin vegetacion: Corresponde a zonas con pastizales, pastizales con arboles o arbustos aislados, suelo descubierto o arena.

Agua: Dulce o salada.

Urbano: Con casas, edificaciones y carreteras.

No determinado: No fue posible determinar el tipo de cobertura, debido a una baja resolucion espacial, porque habian nubes o porque la fotografia o imagen no incluia esa porcion del sitio.

Manglar de Iguanita: El area total analizada fue de aproximadamente 138 ha. El manglar oscilo entre 28.4 ha (1971) y 38.9 ha (2010) (Fig. 3) y 21.3 ha permanecieron espacial y temporalmente como manglar durante los 65 anos, esto corresponde al area nucleo de manglar (Fig. 1).

Alrededor del manglar de Iguanita, las categorias con mayor cambio correspondieron a las de bosque y sin vegetacion (Fig. 3). El bosque oscilo entre 81.7 ha (1945) y 37.1 ha (2003), mientras que un area de 21.6 ha permanecio invariable como bosque. El area sin vegetacion oscilo entre 5.6 ha (1987) y 42.2 ha (2003) (Fig. 1). Esta se correlaciono de manera inversa con el area de manglar y bosque juntas (r= -0.98, p<0.001), mas que solamente al area de bosque (r= -0.92, p<0.001). La tendencia en los alrededores del manglar de Iguanita fue una reduccion en la cobertura de bosque en los ultimos anos, a pesar de que hubo una recuperacion en la decada de 1990. En 2010 la cobertura del bosque era de 45.6 ha, solo un 55 % de lo que habia en 1945 (Fig. 3).

Manglar de Playa Panama: El manglar oscilo entre 4.8 ha (1977) y 14.8 ha (1997) (Fig. 4). Un area de 1.7 ha fue manglar durante los 65 anos (nucleo del manglar, Fig. 2). El manglar de Playa Panama disminuyo antes de la decada de 1980, despues de eso hubo una recuperacion, incremento y llego a ocupar un maximo de 14.8 ha en 1997. Despues de esto y hasta el 2010, se mantuvo en 12.0 ha (Fig. 4).

Las categorias con mayor cambio alrededor del manglar fueron bosque y sin vegetacion. El bosque oscilo entre 24.5 ha (1971) y 45.3 ha (1997) (Fig. 4). El area nucleo de bosque fue de 4.5 ha. El area sin vegetacion oscilo entre 27.7 ha (1980) y 3.7 ha (1997) (Fig. 4). Esta se correlaciona de manera inversa con el area conjunta de manglar y bosque (r=-0.72, r=0.019). Igual que el manglar, el bosque disminuyo hasta mediados de la decada de 1970 y despues se recupero hasta alcanzar un maximo en 1997.

[FIGURA 4 OMITIR]

La cobertura urbana alrededor del manglar de Playa Panama aparecio en 1977 y aumento hasta 2003, cuando alcanzo 4.22 ha. Despues de esto se ha mantenido y algunas estructuras o calles han desaparecido.

DISCUSION

La cobertura de los manglares de Iguanita y de Playa Panama ha variado desde 1945 hasta 2010; la menor cobertura registrada en el periodo evaluado fue en la decada de 1970 y la mayor en anos posteriores. En otras regiones tambien se ha registrado aumentos en la cobertura de manglar en los ultimos anos. Alfaro-Trejos (2011) informa sobre un aumento en El Salvador, Honduras y Nicaragua, entre 1997 y 2007 de 3.1 %. En el Area de Conservacion Tempisque en Costa Rica, Cordero-Montoya, Acevedo-Mairena y Calvo-Alvarado (2008) tambien comunicaron un aumento de 2 % en la cobertura entre 1998 y 2003. Sin embargo, no se tiene claras las razones por las que aumentaron en extension. Algunos estudios demuestran que la recuperacion del manglar puede ser rapida, si se dan las condiciones optimas para esto (Ross et al., 2006; Alongi, 2008). En menos de 10 anos puede lograr un estado de sucesion pionera y en menos de 20 anos alcanza un estado maduro joven, caracterizando a los manglares como uno de los ecosistemas mas dinamicos (Fromard et al., 1998). Estas condiciones se pueden favorecer por cambios en el nivel del mar o en la geomorfologia de la costa, levantamiento o hundimiento de la costa, aumento de precipitacion o del volumen de agua que se acumula en el estero, cambios en el uso del suelo en los alrededores y en las politicas de conservacion (Jimenez, 1994; Fromard et al., 1998; Flores-Mejia et al., 2010; Lizano, 2013). Aunque no hay datos de este tipo para los manglares estudiados, se sabe que la costa del Pacifico Norte de Costa Rica es muy dinamica. Lizano (2013) ha documentado procesos de erosion en playas de esa region; sin embargo, anota que la erosion podria ser leve en playas que se encuentran en bahias y podria darse por aumento en el nivel del mar, mayor energia del oleaje, hundimientos por subduccion de la Placa de Coco bajo la Placa Caribe, efectos del fenomeno de El Nino, mareas astronomicas extraordinarias y cambios en las fuentes y sumideros de los sedimentos desde el oceano y el continente. La mayoria de estos fenomenos ocurren en el Pacifico de Costa Rica y podrian afectar el crecimiento de los manglares. A pesar de la evidencia de estos procesos de erosion, otro estudio reciente revela que en la costa del Pacifico mas bien hubo un levantamiento de casi 1 mm/ano entre 1992 y 2010 (Biomarcc-SINAC-GIZ, 2013). Por otra parte, los manglares analizados tambien han sido sujetos de politicas de conservacion: el de Iguanita esta protegido desde 1994, cuando se creo el Refugio Nacional de Vida Silvestre Iguanita y ambos manglares estan protegidos por la Convencion RAMSAR, ratificada por ley en 1991.

El aumento en la cobertura de manglar no es una tendencia global. Valiela, Bowen y York (2001) hicieron una revision de 29 estudios sobre el cambio mundial en su cobertura, y el patron general fue una disminucion de un 35 % entre las decadas de 1980 y 1990. El continente americano registra la mayor disminucion de cobertura. Usando imagenes del 2000, Giri et al. (2011) observaron una disminucion a nivel global. En Costa Rica varios manglares han sido afectados por tala ilegal y por expansion urbana ligada a infraestructura para actividades turisticas. En agosto 2014 el Tribunal Ambiental denuncio la perdida de 400 hectareas de manglar en el estero de Puntarenas (Rojas, 2014); ese mismo tribunal condeno a una marina al pago de danos ambientales por la corta de 173 arboles de manglar en Golfito (Redondo, 2008). Asimismo, otros casos de destruccion de manglar en playas de Guanacaste han sido denunciados (Ramirez-Flores, 2009).

Igualmente, ha variado la cobertura boscosa adyacente a los manglares de las zonas estudiadas. Estos resultados son similares a los de otras investigaciones en Centroamerica. Berlanga-Robles, Garcia-Campos, Lopez-Blanco y Ruiz-Luna (2010) encontraron un patron similar en los cambios de cobertura en el Pacifico norte de Mexico, entre los anos 1973 y 2000. Ellos informaron que las reducciones en cobertura ocurrieron principalmente en el bosque cercano al manglar y no en el manglar (Berlanga-Robles et al., 2010). Alfaro-Trejos (2011) tambien senala cambios en la cobertura de vegetacion alrededor del manglar, que fue afectada por el avance de la frontera agricola en El Salvador y en Nicaragua. Segun dicho estudio, la vegetacion arborea y arbustiva disminuyo en un 9.6 % entre 1997 y 2007. En el Area de Conservacion Tempisque en Costa Rica, Cordero-Montoya et al. (2008) observaron una disminucion en la cobertura de bosque de 4.9 % entre 1998 y 2003.

Los cambios en la cobertura de bosque alrededor de los manglares de Iguanita y Playa Panama concuerdan con otros analisis a un nivel mas amplio en Costa Rica. Arroyo-Mora, Sanchez-Azofeifa, Rivard, Calvo, y Janzen (2005) establecen dos periodos de tiempo que marcan la historia del uso del suelo alrededor de Bahia Culebra. El primer periodo entre 1960 y 1980, caracterizado por un aumento de las practicas de ganaderia extensiva e intensiva, que aumentaron las tasa de deforestacion. El segundo, entre 1980 y 2000, caracterizado por el abandono de esas practicas y un aumento de la cobertura de bosque secundario (Sanchez-Azofeifa, Harris, & Skole, 2001; Joyce, 2006; Calvo-Alvarado, McLennan, Sanchez-Azofeifa, & Garvin, 2009). Ambos periodos son claramente distinguibles en nuestros resultados con los mismos patrones. Calvo-Alvarado et al. (2009) mencionan que esta recuperacion del bosque se da por multiples factores socioeconomicos, pero resaltan la caida internacional del precio de la carne y el desarrollo de politicas de conservacion mas efectivas. Despues del 2000 no hay mucha informacion sobre como han sido los cambios en la cobertura de bosque en la region; sin embargo, la informacion disponible parece indicar que la recuperacion de bosque secundario se detuvo y que mas bien muchos de los bosques recuperados en las decadas de 1980 y 1990 se han perdido, tal y como ocurrio en los alrededores de los manglares de Iguanita y Playa Panama. Esta perdida de cobertura de bosque, ha estado ligada al desarrollo inmobiliario, producto del incremento de la actividad turistica (Vargas, 2010). En los alrededores del manglar de Playa Panama, hubo un aumento del uso urbano a partir del 2003, asociado a una perdida de cobertura de bosque.

El manglar de Playa Panama actualmente esta rodeado por una carretera y algunas obras de infraestructura hacia los sectores sur y oeste, ademas de la construccion de un proyecto residencial (obs. pers.). Ante un eventual aumento en el nivel del mar, el manglar no podria extenderse tierra adentro. De igual manera, el manglar de Iguanita tiene una topografia que no permitiria su expansion tierra adentro (Samper-Villarreal et al., 2012).

Este y otros estudios senalan que los manglares son ecosistemas muy dinamicos, y para asegurar su adecuada proteccion, es necesario evaluar tambien el uso del suelo y la topografia de las areas aledanas. Es conveniente que la proteccion de los manglares tambien incluya la proteccion de areas de amortiguamiento a su alrededor, que permita reducir impactos futuros.

La evaluacion de cambios espacio-temporales en la cobertura, no necesariamente requiere de inversiones costosas de dinero, las fotografias aereas e imagenes satelitales, pueden constituir recursos de libre acceso y la unica base retrospectiva para comparar con datos de cobertura actuales.

AGRADECIMIENTOS

Este proyecto fue financiado por la Vicerrectoria de Investigacion de la Universidad de Costa Rica, el Laboratorio del Programa de Investigaciones Aerotransportadas (Laboratorio PRIAS-CENAT), el Ministerio de Ambiente Aleman a traves de la Agencia de Cooperacion Alemana para el Desarrollo (GIZ) y el Centro del Agua del Tropico Humedo para America Latina y el Caribe (CATHALAC).

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Catalina Benavides-Varela (1,2), Jimena Samper-Villarreal (1) & Jorge Cortes (12)

(1.) Centro de Investigacion en Ciencias del Mar y Limnologia (CIMAR), Ciudad de la Investigacion, Universidad de Costa Rica, San Pedro, 11501-2060 San Jose, Costa Rica; tabebuiaguayacan@gmail.com; jimena.samper@gmail.com; jorge.cortes@ucr.ac.cr

(2.) Escuela de Biologia, Universidad de Costa Rica, San Pedro, 11501-2060 San Jose, Costa Rica.

Recibido 15-X-2015. Corregido 18-III-2016. Aceptado 14-IV-2016.
CUADRO 1 / TABLE 1
Informacion de las fotografias aereas e imagenes utilizadas /
Information of the aerial photographs and images used

Fecha            Tipo        Escala       Proyecto       Fuente

01/03/1945   Pancromatica   1:40 000   CAW M-1083        IGNCR
02/12/1964   Pancromatica   1:10 000   Hard-Catastro     IGNCR
24/08/1971   Pancromatica   1:20 000   Nicoya            IGNCR
24/11/1971   Pancromatica   1:20 000   Nicoya            IGNCR
21/12/1977   Pancromatica   1:20 000   Valle Tempisque   IGNCR
05/03/1980   Pancromatica   1:10 000   Bahia Culebra     IGNCR
11/12/1981   Pancromatica   1:20 000   INS Guanacaste    IGNCR
22/07/1987   Pancromatica   1:35 000   Stamp             IGNCR
03/12/1997      Color       1:40 000   Terra             IGNCR
10/03/2003    Infrarojo     1:40 000   CARTA 2003        VI-UCR
04/03/2005    Infrarojo     1:40 000   CARTA 2005        VI-UCR

Fecha        Manglar Iguanita   Manglar Playa Panama

01/03/1945          X                    X
02/12/1964          X
24/08/1971          X
24/11/1971                               X
21/12/1977                               X
05/03/1980          X                    X
11/12/1981                               X
22/07/1987          X
03/12/1997          X                    X
10/03/2003          X                    X
04/03/2005          X                    X

Fuente: IGNCR: Instituto Geografico Nacional de Costa Rica, VI-UCR:
Vicerrectoria de Investigacion de la Universidad de Costa Rica.

CUADRO 2 / TABLE 2
Caracteristicas de las imagenes satelitales utilizadas /
Characteristics of the satellite images used

                  Tipo de
                  imagen y           Resolucion espectral Banda:
Fecha          resolucion (m)             espectro de banda

21/03/2009   Rapid Eye (6.5 m)    1: 0.44-0.51 [micron]m (Azul)
                                  2: 0.52-0.59 [micron]m (Verde)
                                  3: 0.63-0.69 [micron]m (Rojo)
                                  4: 0.69-0.73 [micron]m (Infrarrojo)
                                  5: 0.76-0.85 [micron]m (Infrarrojo
                                    cercano)
08/12/2010      ASTER (15 m)      1: 0.52-0.60 [micron]m (Verde)
                                  2: 0.63-0.69 [micron]m (Rojo)
                                  3: 0.78-0.86 [micron]m
                                  (Infrarrojo cercano)
10/03/2010   Quick Bird (2.4 m)   1: 0.44-0.51 [micron]m (Azul)
                  Nivel 17        2: 0.52-0.59 [micron]m (Verde)
                                  3: 0.63-0.69 [micron]m (Rojo)

                                  Manglar    Manglar Playa
Fecha              Fuente         Iguanita      Panama

21/03/2009   GIZ (1)-PRIAS (2)                     X

08/12/2010   PRIAS-CATHALAC (3)      X

10/03/2010   Digital Globe                         X
             Google Maps (4)

(1.) GIZ: Agencia de Cooperacion Alemana. (2.) PRIAS: Laboratorio del
Programa de Investigaciones Aerotransportadas. (3.) CATHALAC: Centro
del Agua del Tropico Humedo para America Latina y el Caribe, Panama.
(4.) http://archive. digitalglobe.com/archive/
showBrowse.php?catID=1010010004F41C05.
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Author:Benavides-Varela, Catalina; Samper-Villarreal, Jimena; Cortes, Jorge
Publication:Revista de Biologia Tropical
Date:Sep 1, 2016
Words:5236
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