Beraún & Alva

Determinacion de zonas potenciales para cultivos frutcolas en la regin Tacna, mediante sistemas de anlisis espacial4

Miguel Ernesto Alva Huayaney5 John James Beraun Chaca6

Resumen

La zonificacin agroecolgica (ZAE) define zonas en base a combinaciones de suelo, fisiografa y caractersticas climticas (FAO, 1997). Para esto, los Sistemas de Informacin Geogrfica (SIG) mediante los Sistemas de Ayuda a la Decisin Espacial (SADE), son una herramienta que tiene una importancia fundamental en temas orientados al desarrollo agrario. Esto nos permite manejar las variables que representan al medio fsico en donde se desarrolla esta actividad, tales como clima, suelo y recurso hdrico; cada uno de ellos se caracteriza por la variacin espacial que presentan dentro del territorio. El clima es influenciado principalmente por la topografa del medio, el suelo puede considerarse como un recurso potencial y como una limitacin para el desarrollo de los cultivos; finalmente el recurso hdrico se considera como una de las prin-cipales limitaciones dentro de la regin Tacna, siendo analizada su influencia para los cultivos en funcin a su disponibilidad y a su calidad. Todas estas variables debern estar espacializadas dentro del rea de estudio para poder integrarlas en funcin a su grado de influencia para el buen desarrollo de los cultivos bajo estudio, puesto que actualmente las condiciones se pre-sentan muy favorables para la regin; sobre todo en momentos que nuestro pas tiene Tratados de Libre Comercio con varios paises que son mercados potenciales para determinados frutos en ciertas epocas del ao.

La segunda etapa del Proyecto, comprende la modelacin en SIG para evaluar potenciali-dades y limitaciones de los principales cultivos de la regin, que tienen carcter de exportacin, como son: meln y sandia; ademas de otras cucurbitceas, organo y cebolla de la regin Tacna (Zonificacin agroecolgica). Esto consiste en formular cuatro submodelos, que son el fisico-geogrfico, el climtico, el agroecolgico, y el Hdrico, para luego integrarlos y formular la Zonificacin Agroecolgica (ZAE).

Palabras clave: SIG, ZAE, SADE.

4 Este artculo fue presentado como ponencia en el X Congreso Nacional de Geografa y V Internacional de Geografa de las Amricas, realizado en Trujillo del 5 al 7 de octubre, 2013.5 Gegrafo, Profesor de Geografa en la Escuela Acadmico Profesional de Geografa, Facultad de Ciencias Sociales, UNMSM. Correo electrnico: [email protected] Gegrafo. Correo electrnico: [email protected]

Espacio y Desarrollo N 25, 2013, pp.123-135 (ISSN 1016-9148)

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Espacio y Desarrollo N 25, 2013 / ISSN 1016-9148

Identification of Potential Zones to Fruit Agriculture in the Tacna Region, by Using Spatial Systems Analysis

Abstract

The Agro-Ecological Zonation (ZAE) defines areas based on soil, physiography and climatic characteristic combinations (FAO, 1997). To do this, the Geographic Information Systems (GIS) by using the Help Systems for Spatial Decision (SADE) are a tool of fundamental im-portance in topics related to the agrarian development. This allows us to manage the variables of the physical environment where this activity is made, such as the climate, soil, and water; each one is characterized by the spatial variation of the territory. Climate is mainly influenced by the place topography; soil is considered as a potential resource but also as a hindrance to the cultigens growth; water is considered as one of the main shortages for the Tacna Region, and its influence on crops is analyzed according to its availability and quality. All these variables should be spatialized within the study area to integrate them in function to its degree influence to the wealthy growth of crops, especially at present where there are very favorable conditions to the Region. This condition is accentuated because our country has Free Trade Agreements with several countries that are potential markets for some fruit.

The second part of the project covers the modeling in GIS to evaluate potentials and limita-tions of the main crops of the region for export: cantaloupe, water melon and other cucurbita-ceous, oregano and onion of the Region Tacna (Agro-Ecological Zonation). This consists on the formulation of four sub models: physical-geographical, climatic, agro-ecologic and hydric, which are next integrated to formulate the Agro-Ecological Zoning (ZAE).

Keywords: GIS, ZAE, SADE

Introduccin

La zonificacin agroecolgica (ZAE) define zonas sobre la base de combinaciones de suelo, fisiografa y caractersticas climticas (FAO, 1997). Los parmetros particulares usados en la definicin se centran en los requerimientos climticos y edficos de los cultivos y en los sistemas de manejo bajo los que estos se desarrollan.

La agricultura en general es una actividad estrechamente relacionada con el clima, con las condiciones fsico-geogrficas, condiciones de suelo y la disponibilidad del agua. De manera ms especfica, conocer la cantidad de lluvia, la humedad, las temperaturas mximas y mnimas del ambiente, las horas de sol, las propiedades fsicas y qumicas del suelo (PH, CE, profundidad, textura, etc.), la calidad del agua superficial y subte-rrnea (PH, CE, etc.), y otras variables, nos permiten identificar las potencialidades y limitaciones de cada zona. Los componentes del clima, suelo y agua se caracterizan por poseer una variacin espacio-temporal, condicionada por distintos factores fisiogrficos, la altitud, la latitud, el relieve y la posicin geogrfica.

En este sentido, durante el proceso de modelamiento de la zonificacin agroecolgica para los siete cultivos analizados se han utilizado cuatro submodelos terico-cartogrficos:

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Alva Huayaney & Beraun Chaca / Determinacin de zonas potenciales para cultivos frutcolas...

climtico, agrolgico, hdrico y fsico-geogrfico. La zonificacin agroecolgica se rea-liz para siete cultivos de la regin Tacna con el fin de identificar las zonas ptimas y nuevas zonas con potencialidades de produccin (ver Mapas 1, 2, 3, 4, 5). Los cultivos analizados son: zapallo, sanda, meln, cebolla, aj paprika, organo y aj amarillo. Los tres primeros cultivos responden a las familias de las cucurbitceas. El equipo tcnico del proyecto Fortalecimiento Institucional para el Desarrollo Agrario (P-FIDA) ha proporcionado todos los insumos para el desarrollo del estudio y tambin las fichas tcnicas de exigencias de cada cultivo.

Es importante mencionar que en las etapas desarrolladas se involucra a los sistemas de informacin geogrfica (SIG). En todo el proceso de anlisis espacial (SADE) se utiliz la geoestadstica (Pea Llopis, 2006) para determinar estimaciones probabilsticas de la calidad de interpolacin. Esta zonificacin agroecolgica se realiz mediante un procedimiento muy avanzado de modelamiento terico-cartogrfico ejecutado con el instrumento SIG: el Model Builder.

Este vnculo del SIG mediante los sistemas de ayuda a la decisin espacial (SADE) (Buzai & Baxendale, 2006) para la obtencin de resultados concretos dentro de variadas alternativas, permiti identificar los espacios agrcolas de acuerdo a las potencialidades y limitaciones de los lugares, para finalmente caracterizar zonas estratgicas para la produccin ptima de algunos principales cultivos de la regin Tacna.

Mapa 1. Zonificacin agroecolgica del zapallo Fuente: Landsat. Elaboracin propia.

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Mapa 2. Zonificacin agroecolgica de la sanda. Fuente: Landsat. Elaboracin propia.

Mapa 3. Zonificacin agroecolgica del meln. Fuente: Landsat. Elaboracin propia.

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Mapa 4. Zonificacin agroecolgica de la cebolla. Fuente: Landsat. Elaboracin propia.

Mapa 5. Zonificacin agroecolgica del aj paprika. Fuente: Landsat. Elaboracin propia.

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1. Planteamiento de hiptesis

La existencia de nuevos espacios agrcolas se puede identificar mediante los sistemas de informacin geogrfica y los sistemas de ayuda a la decisin espacial, y realizar una zonificacin agroecolgica.

2. Mtodos y resultados

Para el desarrollo de la presente investigacin se har uso de la geomtica tambin denominada tecnologas de informacin geogrfica (TIG) (Tomlinson, 2008) in-tegrando la cartografa, la teledeteccin, la fotogrametra digital, los sistemas globales de navegacin por satlite (GNSS) y los sistemas de informacin geogrfica (SIG) con los sistemas de ayuda a la decisin espacial (SADE).

Fasesa. Gabinete1. Recopilacin de bibliografa o investigaciones y trabajos realizados por diferentes

instituciones relacionadas con la temtica de estudio.2. Recopilacin de informacin cartogrfica bsica: Cartas Nacionales, imgenes

satelitales y datos estadsticos.3. Generacin de modelos de implementacin en un sistema de informacin geogr-

fica. Comprende los modelos conceptual, lgico, fsico y cartogrfico as como los submodelos.

4. Integracin de datos en la fase de modelamiento o anlisis espacial.

b. Trabajo de campo1. Toma de puntos de control con GPS para validar la calidad de los datos obtenidos

(exactitud posicional).2. Realizacin de itinerarios que nos permitan comprobar en campo los resultados

obtenidos como parte de la identificacin de las principales zonas potenciales.

2.1. Resultado final anlisis espacial

La metodologa empleada para el presente estudio, ha predominado el anlisis espacial y el lgebra de mapas (que se realiza con el modelo de datos raster), cada submodelo tiene su propia estructura de modelamiento cartogrfico y cada insumo de los sub modelos se rasteriza y reclasifica asignndole ciertos valores o pesos.

Posteriormente teniendo cada submodelo terminado, se utiliza el lgebra de ma-pas para sumar todos los submodelos que entraran como insumo para la zonificacin agroecolgica final.

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2.1.1. Procesamiento y anlisis espacial de informacin fsico-geogrfica (clasificacin y modelamiento)

Las variables de altitud y pendiente son las caractersticas en este submodelo. El mo-delo de elevacin digital (DEM) de la fuente SRTM de la NASA, fue el que permiti elaborar el mapa de pendientes y el de altitudes a 25x25 metros de resolucin (datos remuestreados, ya que originalmente se encontraban a 90 metros).

Antes de la aplicacin del submodelo geogrfico (observar Modelo cartogrfico 1), se procedi a la reclasificacin de todos los raster de las variables utilizadas y se les asign valores que van de 0 a 3 de acuerdo a las tablas de ponderaciones de variables.

Se asign cero (0) a lugares que no cumplen con el requisito exigido por los cultivos yUno (1), dos (2) o tres (3) a lugares que cumplen con exigencias ptimas de los

cultivos. Posteriormente, en la ejecucin del submodelo se sum las variables altitud y pendiente para obtener como resultado los lugares que cumplen con las dos variables y se obtuvo finalmente un raster de zonificacin fsico-geogrfica.

Modelo cartogrfico 1. Submodelo fsico-geogrfico

PENDIENTE ALTITUD

SUMA

ZONIFICACIN GEOGRFICA

2.1.2. Procesamiento y anlisis espacial de informacin climtica (interpolacin y modelamiento)

Los componentes del clima se caracterizan por poseer una variacin espacial y temporal, condicionada por distintos factores fisiogrficos, como la altitud, la latitud, el relieve y la posicin geogrfica. Para este submodelo se usaron datos de estaciones meteo-rolgicas disponibles para cuatro dcadas (1970-2008) ubicadas dentro del mbito de la regin Tacna. Dichos datos histricos fueron llevados a un clculo matemtico para hallar la media anual de los doce meses de cada ao y finalmente se procedi a

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hallar la media de las cuatro dcadas. A estos resultados de los principales parmetros climticos (temperatura mxima, temperatura mnima, precipitacin y humedad re-lativa) se interpolaron usando el mtodo Inverse Distance Weighting (IDW), mtodo de interpolacin multivariada.

Antes de la aplicacin del submodelo climtico (observar Modelo cartogrfico 2) se procedi a la reclasificacin de los raster con variables climticas y se les asign valores de 0 a 3.

Se asign cero (0) a los lugares que no cumplen con el requisito exigido por los cul-tivos y de uno a tres (1 a 3) a los lugares que cumplen con las exigencias de los cultivos.

Finalmente, ya en la ejecucin del submodelo se suma todas las variables utilizadas para obtener como resultado los lugares que cumplen con todas las variables a la vez o con solo algunas de ella. El resultado final es un raster de zonificacin climtica.

Modelo cartogrfico 2. Submodelo climtico

TEMPERATURA MXIMA

HORAS DE SOL

P_HSTN

TEMPERATURA MNIMAHUMEDAD

ZONIFICACIN CLIMTICA

P_HRTX

SUMASUMA

SUMA

2.1.3. Procesamiento y anlisis espacial de informacin suelo (interpolacin y modelamiento)

Los datos de suelo utilizados fueron de dos fuentes. Por un lado, informacin del Mi-nisterio de Agricultura (Minag) a una escala mayor, el Estudio de capacidad de uso de suelo y; por otro lado, informacin puntual recopilada en campo a travs de muestreos realizados por integrantes del proyecto en diferentes zonas dentro del mbito de estudio.

Todos los datos puntuales (pH, CE, profundidad y textura) fueron interpolados usan-do el mtodo de interpolacin IDW. Posterior a ello se ha generado superficies climticas

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para cubrir el territorio de la regin Tacna. En el interpolador del Geostatistical Analyst se escogi el mtodo IDW y se ha utilizado la opcin de ocho vecinos cercanos con un tipo de sector radial para cubrir todas las posibles orientaciones y/o variaciones de relieve.

Antes de la aplicacin del submodelo agrolgico (observar Modelo cartogrfico 3) se procedi a la reclasificacin de todos los raster de las variables utilizadas y se les asign los valores de 0 a 3. Cero (0) a los lugares que no cumplen con el requisito exigido por los cultivos y de uno a tres (1 a 3) a lugares que cumplen con las exigencias de los cultivos. Finalmente, en la ejecucin del submodelo se suma todas las variables para obtener como resultado los lugares que cumplen con todas estas variables o con solo algunas de ellas. Adicionalmente el raster de CUM (capacidad de uso mayor), tambin se reclasific con valores de 0 y 1. Finalmente el resultado de la suma de las variables se multiplica con el raster de CUM para obtener un rster final de zonificacin agrolgica.

Modelo cartogrfico 3. Submodelo agrolgico

PROFUNDIDADTEXTURA

SUMA

P_PT

SUELOS

CUM PH

SUMA

CE

P_CEPH

SUMA

MULTIPLICACION

ZONIFICACIN AGROLGICA

2.1.4. Procesamiento y anlisis espacial de informacin hdrica (interpolacin y modelamiento)

El recurso hdrico es una de las principales limitantes en zonas ridas como lo es gran parte de la regin Tacna. Por ello, conocer las caractersticas de este recurso desde el punto de vista de la disponibilidad y de su calidad, permiti determinar las limitaciones y potencialidades frente a la ubicacin de zonas potenciales para los cultivos en estudio.

Todos los datos puntuales recopilados en campo por muestreos (pH y CE) fueron interpolados usando el mtodo de interpolacin IDW. Posterior a ello se ha generado

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superficies hdricas para cubrir el territorio de la regin Tacna. En el interpolador del Geostatistical Analyst se escogi el mtodo IDW y se ha utilizado la opcin de ocho vecinos cercanos con un tipo de sector radial.

Antes de la aplicacin del submodelo hdrico (observar Modelo cartogrfico 4) se procedi a la reclasificacin de todos los raster de las variables utilizadas y se les asign los valores de 0 y 3. Cero (0) a los lugares que no cumplen con el requisito exigido por los cultivos y de uno a tres (1 a 3) a los lugares que cumplen con las exigencias de calidad de agua para los cultivos. Finalmente, ya en la ejecucin del submodelo se suma todas las variables interpoladas para obtener como resultado los lugares que cumplen con estas dos variables a la vez o con solo uno de ellas. Adicionalmente se utiliz los raster de disponibilidad de agua para los tres bloques de riego (Locumba, Sama y Caplina). Del mismo modo, estos raster tambin se reclasificaron con valores de 0 a 3 y luego se utiliz la opcin del mosaico para unir las tres cuencas en un solo raster. Todos los raster fueron sumados (opcin plus) para identificar los lugares que cumplen con todas las condiciones a la vez o solo con algunas de ellas. Finalmente el resultado de la suma de las tres variables fue un raster de zonificacin hdrica que cubre solamente lugares donde efectivamente hay presencia de agua.

Modelo cartogrfico 4. Submodelo hdrico

CE PH

SUMA

CALIDAD DE AGUA

SUMA

BLOQUE DE RIEGO

ZONIFICACIN HDRICA

2.1.5. Zonificacin agroecolgica - ZAE (modelamiento)

Esta fase del modelamiento consiste en utilizar los resultados generados en los cuatro sub modelos detallados (1-4) y generar de este modo el raster final de la ZAE. Como se mencion en los primeros prrafos, la ZAE es un procedimiento mediante el cual, en funcin a variables, exclusivamente naturales, se identifica las potencialidades y limitaciones del suelo para ciertos cultivos de anlisis especfico.

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En el proceso del modelamiento de la zonificacin agroecolgica final (ver Modelo cartogrfico 5), y en base al ltimo criterio expuesto, los resultados del submodelo climtico, agrolgico, hdrico y el submodelo geogrfico se suman.

Considerando que el resultado de los submodelos tiene valores que van de 0 a 9, la suma con cualquiera de los otros resultados no distorsiona el resultado final. Adicio-nalmente, el raster resultado de la multiplicacin de los raster de altitud y pendiente cumple la funcin de trabajar como filtro selector de espacios que cumplen las condi-ciones de cada uno de los submodelos, bajo los lmites fsico-geogrficos exigidos por cada cultivo. Es decir, se convierte en un lmite natural de produccin de cada cultivo.

Modelo cartogrfico 5. Modelo zonificacin agroecolgica (ZAE)

ZONIFICACIN HDRICA

ZONIFICACIN AGROLGICA

ZONIFICACIN GEOGRFICA

ZONIFICACIN CLIMTICA

SUMA SUMA

ZONIF_AGRO-HIDR

SUMA

ZAE

MULTIPLICACIN

ZAE_C

ZONIF_GEO-CLIM

EXCLUIR

ZONIFICACIN AGRO-ECOLGICA

FINAL

MULTIPLICACION

LIM

ITEN

ATUR

AL

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3. Anlisis y discusin

Lo que se puede apreciar en los mapas finales de zonificacin son zonas en donde se presentan las condiciones naturales ms apropiadas y que estn en condiciones de producir los cultivos. Debemos entender este resultado en trminos de probabilidad, es decir, podemos afirmar que en dichas zonas existe la mayor probabilidad de que el cultivo o la especie analizada se desarrollen mejor, porque las restricciones de tipo climtico, hdrico, agrolgico y fsico-geogrfico son mnimas o no existen. En otras palabras, el modelo ha permitido diferenciar zonas homogneas en donde el cultivo puede desarrollarse en condiciones distintas, pero que tiene variables naturales dentro de las exigencias requeridas.

Para los cultivos analizados (zapallo, sanda, meln, cebolla, aj paprika, organo y aj amarillo) se generaron los mapas mostrados que estn en formato raster. Las categoras resultantes en dichos mapas tienen valores que se clasifican por rangos numricos y que indican el cumplimiento o no de las exigencias del cultivo. Dichos valores permiten reproducir los mapas y saber las categoras que tiene cada lugar con respecto a los cultivos analizados.

Conclusin

En el modelamiento se han utilizado cuatro submodelos cartogrficos: fsico-geogrfico, climtico, agrolgico e hdrico. Estos modelos engloban toda la realidad de las con-diciones y variables naturales de la regin Tacna. Esto se realiz mediante el anlisis espacial raster con el Model Builder y se ha aplicado un proceso de lgebra de mapas. Se ha obtenido un raster final para cada cultivo identificando las potencialidades y limitaciones de cada espacio.

Los rangos finales de calificacin utilizados son:

Nula adaptacin. No cumple con variables exigidas por los cultivos. Baja adaptacin. Cumple con solo el 25% de variables exigido o con las variables

de solo un submodelo. Regular adaptacin. Cumple con solo el 50% de las variables analizadas o con las

variables de dos submodelos. Buena adaptacin. Cumple con el 75% de las variables analizadas o con las variables

de tres submodelos. Excelente adaptacin. Cumple con todas las variables analizadas y con todas las

exigencias de los cultivos.

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Los resultados finales obtenidos han demostrado que el uso de los cuatro submo-delos permite modelar y caracterizar las variables del medio ambiente a plenitud. Ello permite brindar una excelente alternativa que ayuda a distinguir zonas potenciales y zonas en donde es poco probable el desarrollo ptimo de un determinado cultivo.

Referencias bibliogrficas

Buzai, Gustavo y Claudia Baxendale (2006). Anlisis Socioespacial con Sistemas de Informacin Geogrfica. Buenos Aires: Editorial Gepama.

FAO (1997). Zonificacin agroecolgica. Gua general. Roma.Pea Llopis, Juan (2006). Sistemas de Informacin Geogrfica aplicados a la gestin del territorio.

Alicante: Editorial Club Universitario.Tomlinson, Roger (2008). Pensando en el SIG: Planificacin del Sistema de Informacin Geogrfica

dirigida a gerentes. 3ra. edicin. Redlands, CA: Esri Press.

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