Propuesta metodológica para la planificación y gestión de los espacios protegidos red natura 2000, utilizando teledetección (análisis de imágenes en base a objetos) y sistemas de información geográfica = Methodological proposal for planning and managing protected natura 2000 areas, using remote sensing (object based image analysis) and geographic information systems.

Resumen

La preocupación por el agotamiento de los recursos naturales y la continua pérdida de la biodiversidad surge, con más relevancia, en los años setenta del siglo pasado. Estas preocupaciones se reflejan a nivel Internacional, en conferencias de Naciones Unidas y convenios, y se plasma de igual manera en el ámbito europeo con la creación de la Red Natura 2000. El objetivo de dicha red es detener la pérdida de biodiversidad en Europa, para ello se debe conservar y vigilar el estado de conservación de los hábitats naturales y las especies de interés comunitario. Estas necesidades de protección también se trasponen al ámbito nacional español. En la primera parte de este trabajo se hace una revisión de estos aspectos. Todo ello lleva a la necesidad de una correcta planificación y gestión en la Red Natura. Los objetivos de la gestión en los espacios de esta Red demandan la inclusión de varios aspectos nuevos en las tradicionales planificaciones de ordenación de montes. Las “ordenaciones por rodales”, por su flexibilidad, se adaptan a estos requerimientos. Para la vigilancia, evaluación del estado de conservación de los hábitats y gestión por rodales es necesario disponer de una cartografía lo más precisa posible. Actualmente, la información disponible para los organismos que gestionan estos espacios es, en muchos casos, imprecisa e incompleta. La teledetección y los sistemas de información geográfica (SIG) son dos herramientas que, por su potencialidad y sus grandes avances en los últimos años, pueden aplicarse para generar esta cartografía tan necesaria. La gran resolución de las imágenes de muy alta resolución produce limitaciones en las tradicionales clasificaciones por píxeles. Este hecho ha dado paso al empleo de técnicas alternativas como son el análisis de imágenes en base a objetos (OBIA). Los objetos, agrupaciones de píxeles, se clasifican mediante características espectrales, forma, tamaño, relaciones de contexto…imitando los procesos cognitivos. Se propone una “Metodología para la cartografía y gestión de los Espacios Protegidos de la Red Natura 2000”. La aplicación de esta metodología se ha llevado a cabo en el área Red Natura, “Pinares del Bajo Alberche”, Ávila. Se enmarca en el “Convenio para la elaboración de criterios de ordenación y gestión selvícola para la conservación de la Biodiversidad en la Red Natura 2000” para el que se han redactado tres proyectos de ordenación de montes en tres montes de utilidad pública. La metodología tiene tres fases. La primera fase, CARTOGRAFÍA, constituye el mayor objeto de estudio de esta tesis, y en ella se proponen dos metodologías. La primera es una metodología para la cartografía de hábitats y la segunda es una metodología para la formación de rodales, en ambas se utiliza OBIA. En la metodología para la cartografía de hábitats se segmentan cinco niveles jerárquicos, a diferentes escalas, reservando el nivel 3, con un tamaño medio de los objetos, para la clasificación final de hábitats. En el nivel 5 se proporcionó la pre información temática, en el nivel 4 se extrajeron las zonas arables y en el nivel 1 se clasificó la cubierta del terreno basada en el NDVI. Toda esta información fue usada para clasificar especies en gran detalle en el nivel 2. El nivel 3, reservado para hábitats, fue clasificado basándose en relaciones de contexto. La matriz de confusión presenta una buena fiabilidad global 86,3% (Kappa 0,84) presentando mejores resultados para los hábitats arbóreos y los de pastos que para los hábitats dominados por matorrales. Para la metodología de formación de rodales se segmentaron dos niveles jerárquicos. En el de mayor detalle y menor tamaño medio de los objetos, nivel 1, se diferenciaron distintas coberturas y tipos característicos de árboles mediante variables espectrales y de textura. El nivel 2, se reserva para la formación de rodales y se clasifica mediante relaciones de contexto y uso de variables creadas por el propio experto. Se propone la matriz de confianza en el análisis de objetos, OFAmatriz, como técnica novedosa para evaluar la correspondencia temática y espacial. Las medidas de fiabilidad propuestas presentan resultados prometedores del uso de esta matriz para la validación de OBIA así como para la formación de rodales. En la segunda fase, ANÁLISIS, se desarrolla una metodología para la determinación del estado de conservación de los hábitats a partir de rodales. Para ello, se utilizan los atributos: vitalidad, capacidad de recuperación, riqueza florística y estructura para obtener el estado de conservación de los rodales, cuya integración dará lugar al estado de conservación del hábitat. En la tercera fase, GESTIÓN, se dan medidas de gestión forestal para asegurar el estado de conservación favorable en los hábitats objeto de estudio. Para mantener la biodiversidad en el hábitat 9230- Robledales galaico-portugueses de Quercus pyrenaica se propone la conversión de monte bajo en fustal sobre cepa, con distintas intervenciones en los rodales definidos para un periodo de quince años. Para el hábitat 9340- Encinares de Quercus ilex subsp.rotundifolia se proponen podas de formación para intentar favorecer la producción de bellota. ABSTRACT In the early 1970 there was a surge of concern regarding global environmental degradation in the form of deforestation, loss of biological diversity and extinction of species, among others. These concerns led to a series of international conferences (United Nation Conferences), conventions (Convention on Biological Diversity) and agreements. At the European level, Natura 2000 network was created aiming at avoiding the loss of biodiversity and assuring and monitoring the conservation status of habitats and the species of community interest. These protection requirements were also adopted at Spanish national level. The first part of this thesis looked through all of these topics. This entire framework led to the necessity of a correct management in Natura 2000 network. The objectives at this network require the inclusion of new aspects in the traditional forest planning. The “method of managing forest by stands” is appropriate for these requirements because of its flexibility. For monitoring, evaluating the conservation status of habitats and managing by stands would be necessary to have detailed mapping. Nowadays, the available data for government’s authorities is, in most cases, inconsistent and inaccurate. Remote Sensing and Geographic Information Systems have made enormous progress over last decades and showed strength. These tools could be used for creating this necessary cartography. The high spectral variability offered by the current available very high spatial resolution images produce limitations in the traditional pixel classifications and Object Based Image Analysis (OBIA) emerged as an alternative. The objects, group of pixels, are classified considering features not only the spectral ones but also shape, size and context trying to imitate the image human understanding. This thesis proposes a “methodology for mapping and managing protected Natura 2000 sites” and was applied to “Pinares del Bajo Alberche”, Ávila, an area within this network. Its development and implementation is in the framework “Agreement for the elaboration of criteria of selvicultural management for the biodiversity conservation in Natura 2000 Network”. This methodology has three phases. The first one, MAPPING, is the main study of this thesis and it consists of two methodologies. The first one is a “methodology for habitats mapping” and the second one a “methodology for stands mapping”. Both use OBIA which allows segmentation and classification algorithms adapted to the user necessities. Regarding the methodology for habitats mapping five scales levels were created and classified. Level 5 supplied thematic pre knowledge, level 4 extracted arable areas and level 1 classified the land cover based on NDVI. All of this information was used for classifying species in a detailed scale, level 2. The level 3 reserved for habitats was classified based in class related features. The confusion matrix revealed an overall accuracy of 86,3% (Kappa 0,84). Classification accuracies are significantly higher in tree habitats and pastures habitats than shrubs habitats. Considering the methodology for stands mapping two levels were created. Level 1, with greater detail and smaller objects, was classified in different land covers and types of trees using spectral and textural features. Level 2 is reserved for stands mapping and it is classified using class related features and variables created by the expert user. The object fate analysis matrix, OFAmatrix, is proposed as a novelty technique to evaluate the thematic and spatial accuracy. To characterize overall object stability object-specific measures were proposed. They showed promising results for the use of this matrix for OBIA validation as well as stands mapping. The second phase, ANALYSIS, proposes a methodology for evaluating the conservation status of habitats. It considers factors such as: functional health, restoration, floral richness and structure. A total value integrating the conservation status of stands is then calculated for the habitat. In the third phase, MANAGEMENT, forest management measures area proposed to assure biodiversity and maintain a favourable conservation status in the habitats. To assure the biodiversity in H. 9230- Galicio-Portuguese oak woods Quercus pyrenaica the conversion of coppice forest to high forest is proposed in different stands over the next 15 years. The forestry measures use cattle as part of the solution rather than a drawback. For 9340- Quercus ilex subsp. rotundifolia forests some pruning is planned to increase natural regeneration.