El área de estudio se localiza en el oriente de la ciudad de Bogotá (Colombia), definida como reserva forestal protectora Bosque Oriental, representada por una cadena de montañas que forma parte de la estructura ecológica principal de la ciudad, con una extensión aproximada de 13.142,11 ha, y una altitud desde 2650 hasta los 3600 m s. n. m.

La reserva limita al norte con el municipio de Chía, y al oriente, con los municipios de La Calera, Choachí, Ubaque y Chipaque [18] (figura 1).Las fibras del fruto del cocotero (Cocos nucifera), de la variedad “coco enano”, se suministraron por la empresa Sustitutos Ecológicos, de Medellín, Colombia. Las fibras se extrajeron mecánicamente con la técnica llamada descortezamiento. Las fibras no se sometieron a ningún tratamiento químico posterior

Figura 1

Con respecto a las características climáticas de la zona de estudio, se presentan cinco unidades climáticas:

1. Páramo bajo semihúmedo.

2. Páramo bajo húmedo.

3. Páramo frío semiárido.

4. Páramo frío semihúmedo.

5. Páramo frío húmedo.

Las unidades de páramo bajo semihúmedo y bajo húmedo presentan temperaturas en el intervalo de 7-12 °C y se encuentran en una altitud comprendida entre los 3001 y los 3600 m s. n. m. Cabe aclarar que dentro de la unidad de páramo bajo semihúmedo se encuentran ubicadas cinco localidades de la ciudad de Bogotá (Usaquén, Chapinero, Santa Fe, San Cristóbal y Usme). En el ecosistema de los Cerros Orientales se caracterizan zonas de páramo frío semiárido, frío semihúmedo y frío húmedo, cuyas temperaturas varían de 12 a 17,5 °C, las cuales se encuentran en una altitud que abarca desde los 2001 hasta los 3000 m s. n. m. [18].

Al presentar diferentes unidades climáticas tiene gran biodiversidad, donde hay diferentes especies de flora como encenillales bajos, medios y altos (Weinmmania tormentosa), mano de oso (Oreopanax floribundum), uva camarona (Macleania rupestris), eucalipto (Eucalyptus), retamo espinoso (Ulex europaeus) y retamo liso (Genista monspessulana). En el subpáramo encontramos matorrales nativos, y en el páramo, pajonales, rosetales y frailejones [19].

El procesamiento de las imágenes satelitales toma como referencia la base de datos de la hemeroteca del Instituto Distrital de Gestión del Riesgo y Cambio Climático. Seguidamente, los datos utilizados en la investigación estudian los incendios forestales de los años 2001, 2015 y 2016, pues los eventos seleccionados se determinaron de acuerdo con la disponibilidad de imágenes satelitales en la Unidad de Servicio Geológico de Estados Unidos (USGS, por sus siglas en inglés). Las imágenes satelitales empleadas en el estudio pertenecen a Landsat 5, 7 y 8, las cuales se caracterizan por contar con un equipo de exploración desde 7 hasta 11 bandas espectrales ubicadas entre la fracción visible, infrarrojo y térmico del espectro electromagnético [20].

En la tabla 1 se muestran las imágenes utilizadas para el desarrollo metodológico, sometidas a corrección atmosférica. Para las imágenes provenientes de Landsat 5 y 7, este proceso se ejecutó en el software ENVI, que utiliza el algoritmo Corrección Atmosférica Rápida. Finalmente, las imágenes Landsat 8 se corrigieron a través del software ArcGis y la herramienta Landsat 8, que fusiona las bandas con la banda pancromática y mejora la calidad visual de la imagen. Después se corrige la radiancia de cada una de las bandas para obtener la corrección atmosférica de la imagen.

Tabla 1

Los principales cálculos analizan el NDVI y la LST, los cuales se describen a continuación.

Los resultados obtenidos en la figura 2 permitieron analizar la calidad de vegetación en la zona de estudio, durante los años 2001, 2015 y 2016. Los resultados obtenidos en la figura 2 permitieron analizar la calidad de vegetación en la zona de estudio, durante los años 2001, 2015 y 2016.

Figura 2

En el 2001 se observó que el 53,47 % de vegetación en los Cerros Orientales era de buena calidad, se caracterizaba por tener mayor absorbancia de la luz visible proveniente de la banda RED, que reflejaba gran parte del espectro NIR, con un valor máximo del NDVI de 0,7241, propio de las zonas boscosas, con alto vigor vegetativo. Seguidamente, la vegetación moderada representó el 37,89 %; las particularidades de este tipo de cobertura vegetal presentan un índice con una menor reflectancia de la banda NIR, es decir, que la calidad de la vegetación es menor frente a la vegetación vigorosa y el NDVI tiene valores cercanos a 0,3272, lo cual indica que la cobertura vegetal predominante de la zona estaba compuesta por arbustos y matorrales. Finalmente, la vegetación escasa representó un 8,63 % del área total de la zona de estudio, con un NDVI mínimo de 0,0697 producto de 13 incendios forestales, que afectaron un área aproximada de 68 ha. Estos eventos ocurrieron en las localidades de Chapinero, San Cristóbal y Usaquén, siendo esta última la localidad que presentó mayor afectación, con 6 incendios forestales y 31,38 ha consumidas por el fuego.

Al comparar los años 2001 y 2015, se evidenció una disminución del 21,44 % en la vegetación de buena calidad; así mismo, se tuvo una reducción del NDVI, el cual pasó de 0,7241 a 0,6155. Sin embargo, el tipo de cobertura vegetal aún es densa y con alto vigor vegetativo. Con respecto a la vegetación moderada, se redujo en un 5,41 % frente al 2001. Esto es, decreció el NDVI, al tomar valores cercanos a 0,2964, y ello afecta principalmente a las localidades de Usaquén y Chapinero. Al decrecer el área de vegetación vigorosa y moderada, se incrementó en un 26,85 % el área de vegetación escasa, debido al acontecimiento de 14 incendios forestales cuya afectación consumió aproximadamente 46,25 ha, a pesar de que la cantidad de hectáreas afectadas es inferior a las consumidas en el 2001. El NDVI de la vegetación escasa en el 2015 es superior al del 2001, con un valor mínimo de 0,0227. El cambio en la cobertura vegetal presenta un mayor impacto en las localidades de San Cristóbal, Usme y Santa Fe, dado que en el 2001 estas localidades tenían una vegetación moderada y, por tanto, los incendios ocurridos en esta zona alteraron la cobertura vegetal, pasando de vegetación moderada a escasa.

En el 2016, la vegetación vigorosa ocupó un 27,57 % del área total de la zona de estudio, pero tuvo una disminución del 25,91 % frente a la vegetación del 2001 y una reducción del 4,46 % con respecto al 2015; sin embargo, el NDVI obtuvo su valor máximo con 1, en otras palabras, disminuyó el área de vegetación vigorosa pero la calidad aumento en relación con los años 2001 y 2015. La vegetación moderada fue la más representativa en este año, al incrementarse en un 19,9 % con respecto al 2001 y un 25,31 % frente al 2015. Así mismo, se ve una pérdida en la calidad de la vegetación moderada, ya que el NDVI tiene un valor de 0,2814, el cual es inferior en razón a los años anteriores. Este aumento se debe a los 30 incendios forestales que consumieron cerca de 377,9 ha y alteraro la calidad de la vegetación. Por último, la vegetación escasa abarcó el 14,63 %, con un NDVI de 0,0437; esto es, aumentó un 6 % en comparación con el año 2001 y decreció en un 20,85 % con respecto al 2015.

El 21 de enero de 2001 se presentó un incendio forestal en la localidad de Usaquén, que consumió aproximadamente 800 m² de cobertura vegetal. En la figura 3 se observa cómo el fuego alteró el comportamiento del NDVI. Las zonas más críticas presentaron valores de 0,0266 y los lugares menos afectados alcanzaron valores de 0,3673. Al comparar los valores del NDVI obtenidos en la figura 3 con los enseñados en la figura 2 se ve un cambio significativo en la calidad de la vegetación, puesto que la vegetación escasa presenta una reducción en el NDVI, al pasar de 0,0697 a 0,0266 y disminuir un 61,84 %, es decir, que la calidad de la cobertura vegetal empeoró, debido al incendio forestal. Por otra parte, la vegetación que no se vio afectada por el incendio forestal también mostró alteraciones en el índice, dado que la vegetación en mejor estado tiene un índice de 0,3673; mientras que la vegetación vigorosa en la figura 2 tiene un NDVI máximo de 0,7241. Por lo tanto, tuvo una reducción del 49,27 % y la vegetación en mejor estado durante el incendio no se caracteriza como vegetación vigorosa, sino como vegetación moderada, de acuerdo con los valores encontrados.

En las localidades de Chapinero y Santa Fe, el 23 de febrero de 2015 tuvo lugar un incendio forestal que afectó 3 ha de vegetación; frente al incendio del 2001 tuvo mayores repercusiones, puesto que el área consumida durante este año solo representa el 2,6 % del área afectada en el incendio del 2015. Al analizar el comportamiento del NDVI se encontró que las zonas más afectadas por el evento registran valores de 0,0049, lo cual representa una disminución del 78,41 % frente al valor mínimo del NDVI mostrado en a figura 2 para la vegetación escasa. De igual forma, al compararlo con el porcentaje de reducción del 2001, se muestra la relación entre la magnitud del incendio forestal y el cambio entre la calidad de la vegetación: a medida que aumenta el área consumida por el fuego mayor es el menoscabo en la cobertura vegetal. En las zonas con poca afectación, el NDVI tiene un valor de 0,4928, aun cuando presentó un decrecimiento del 19,94 % frente al valor registrado antes del incendio; sin embargo, mostró un cambio menor con respecto al 2001, pues en este año se tuvo una reducción mayor. A pesar de esto, la vegetación vigorosa, al igual que en el 2001, cambia de calidad, a vegetación moderada.

Figura 3

El 20 de enero de 2016 se identificó el incendio forestal de mayor impacto en la localidad de Chapinero, donde se vieron afectadas 10 ha de cobertura vegetal. La vegetación vigorosa registró el porcentaje más bajo, al abarcar únicamente el 27,57 % y registrar una reducción del 25,91 % con respecto al 2001 y del 4,46 % en relación con el 2015. El NDVI en el incendio del 2016 obtuvo un valor máximo de 0,3965; por consiguiente, se evidencia una disminución del 60,35 % en razón al valor máximo del índice mostrado en la figura 2, cuyo valor es de 1. Las zonas más damnificadas por el evento tuvieron un NDVI mínimo de 0,0321 y, en consecuencia, se registró un decrecimiento del 26,54 %, teniendo en cuenta el valor registrado en la figura 2, el cual corresponde a 0,0437. No obstante, en el 2016 se refleja una reducción del 20,85 % en el área de vegetación escasa, al contrastar este resultado con los obtenidos en el año 2015. Esto indica la relación entre la calidad de vegetación (figura 2) presente en los Cerros Orientales y su incidencia en los incendios forestales mostrados en la figura 3, dado que en las localidades que tenían una cobertura vegetal con calidad moderada y escasa ocurrieron dichos eventos. En la tabla 2 se muestran los cambios del NDVI en los Cerros Orientales antes de que ocurrieran los incendios forestales y durante el transcurso de estos.

Tabla 2

El comportamiento de la LST en los tres incendios es análogo, puesto que se registran temperaturas mínimas de 10,00 °C y máximas de 26,54 °C. En cada evento se evidencia un incremento aproximado de 12,87 °C en relación con la temperatura ambiente de la zona de estudio. En el evento del 2001 se muestra que el foco del incendio tuvo una temperatura de 26,54 °C, y a pesar de que es el evento de menor magnitud, registra la temperatura más alta; mientras que en el 2015 la LST presentó un valor máximo de 24,66 °C y en el año 2016 obtuvo un valor de 23,41 °C.

Las variaciones en la LST se dan por el tipo de cobertura vegetal que conforman los Cerros Orientales, la cual se caracteriza por la alta presencia de árboles, vegetación herbácea y arbustos. Los árboles presentan baja ignición, es decir, que no se prenden con facilidad; sin embargo, cuando el fuego ataca este tipo de vegetación, la duración del incendio tiende a prolongarse (se estima que los eventos pueden durar aproximadamente 10 horas, puesto que es más difícil controlar las llamas debido a la altura que tienen los árboles) [33]. En la zona de estudio se identifican 946,30 ha de Eucalyptus globulus (árbol altamente comburente), el cual presenta una frecuencia de ignición del 90 % y un tiempo de ignición 2-58,95 s [34].

En relación con los arbustos y la vegetación herbácea, tienen un punto de ignición medio; pero, a pesar de esto, la duración del incendio también se aproxima a las 10 h. Dentro del grupo de los arbustos se encontraron dos especies que influyen en los incendios forestales: retamo espinoso (Ulex europaeus) y retamo liso (Genista monspessulana). Se estima que hay 84,14 ha de estas especies provenientes del continente europeo, caracterizadas por ser altamente invasoras y constituir una amenaza para la biodiversidad y, con ello, a los hábitats propios de la flora y fauna nativa. Además, en el caso del retamo espinoso, es un riesgo latente para la generación de incendios forestales, dado que tienen bajo contenido de humedad y gran cantidad de taninos, los cuales se constituyen principalmente por compuestos fenólicos, que son altamente comburentes, es decir, arden con facilidad y alimentan el fuego [18]. Como los árboles, los arbustos y la vegetación herbácea se encuentran en altas cantidades, se incrementa la intensidad del fuego y, a su vez, los valores de la temperatura que incide en el comportamiento del NDVI, como se observa en la figura 3.

El NDVI es uno de los índices de vegetación más utilizados para analizar el estado y la calidad de la vegetación. El comportamiento de esta variable se ve influenciado por factores como las condiciones meteorológicas de la zona de estudio, el tipo de vegetación e, incluso, la temperatura, como se logró evidenciar en esta investigación. Al analizar el NDVI encontrado en los Cerros Orientales, observamos que la cobertura vegetal se encuentra en un buen estado, pues el índice registró valores superiores a 0,5, y ello indica que la vegetación representativa de la zona de estudio es de tipo boscosa con alto vigor vegetativo. En otros estudios desarrollados por [35] y [36] se registraron valores similares entre 0,6 y 0,7 en ecosistemas montañosos. Estas similitudes se dan porque el NDVI tiene patrones análogos de acuerdo con la clasificación de las plantas por tamaño. Así, sin importar las especies que conformen los ecosistemas, los árboles, los arbustos y la vegetación herbácea, tendrán valores similares, como se refleja en la investigación desarrollada por [35].

Durante el desarrollo de los incendios forestales en los Cerros Orientales se mostró cómo la cobertura vegetal de la zona disminuye su calidad drásticamente (un 19 %-78 % en el peor de los escenarios). Los porcentajes de reducción más altos se evidencian en los valores del NDVI mínimo durante los años 2001, 2015 y 2016; por tanto, el tipo de vegetación más afectada por estos incidentes es aquella que antes de las llamas ya presentan una baja calidad, catalogada como vegetación escasa.

Estudios desarrollados en países latinoamericanos como Bolivia muestran comportamientos similares en el NDVI antes del incendio y después de este. En Bolivia se analizó el comportamiento de la vegetación en la cuenca del Titicaca para determinar las áreas afectadas por incendios forestales, y los resultados mostraron que el NDVI antes del incendio tenía valores superiores a 0,6. Posterior al fuego, el NDVI tenía valores mínimos de 0,1, que disminuyeron la calidad de vegetación y su actividad fotosintética. Se observa que el decrecimiento en el Titicaca es análogo al registrado en los Cerros Orientales, debido a que las características climáticas de ambas zonas de estudio son parecidas; sin embargo, el ecosistema del Titicaca tiene una mayor resiliencia, pues su vegetación consiste en grandes plantaciones de totora (Typha latifolia), plantas que se dan alrededor de los cuerpos de agua, tienen alto contenido de humedad, y al estar en las condiciones propicias, poseen una alta tasa de regerminación, convirtiéndose en una especie invasora [37].

La investigación [38] desarrollada en Ecuador evidenció cómo la vegetación más afectada es la que posee una mala calidad, donde el área más susceptible catalogada como suelo desnudo incrementó en un 69,96 % después del incendio, con un NDVI de 0,05, cuyo valor antes del incendio era de 0,17; por tanto, tuvo un decrecimiento del 70,58 %, y se ve un comportamiento similar en el incendio forestal de los Cerros Orientales durante el 2015, el cual presenta una reducción del 78,41 %. Esta similitud se debe a que las dos zonas de estudio poseen plantaciones de eucalipto que incrementan la severidad del fuego [38].

En el estudio desarrollado por [5], ubicado en Las Hurdes (Extremadura, España), ocurrió un incendio forestal que disminuyó la calidad de la vegetación. Antes de que tuviera lugar el evento, la zona registraba un NDVI de 0,65, y después del incidente se registró un NDVI de 0,2. Se evidenciaron reducciones similares en las dos zonas de estudio, tanto en los Cerros Orientales como en Las Hurdes, porque la vegetación en los Cerros Orientales es más susceptible frente a los incendios forestales, dado que se encuentran especies inflamables como el eucalipto y retamo espinoso. Por su parte, Las Hurdes se caracteriza por la alta presencia de Pinus pinaster, una especie pirófita, es decir, resiliente al fuego y con alta tasas de regerminación que ayudan al ecosistema a recuperar su actividad fotosintética y verdor de manera más rápida; por esto, a pesar de que el incendio de los Cerros Orientales es de menor magnitud, trae los mismos efectos, pues las especies presentes en el ecosistema no presentan características pirófitas.

Otro caso, como el estudiado por [39] en Italia, presenta de qué modo la cobertura vegetal durante los incendios forestales registra un NDVI de 0,423, valor que al compararlo con los resultados encontrados en el presente estudio no implica una reducción tan significativa, dado que aún el NDVI registra valores relativamente altos, lo que permite inferir que la calidad de la vegetación en Fonte della Vetica (Italia) es mejor con respecto a la calidad encontrada en los Cerros Orientales en condiciones normales (sin la presencia de incendios forestales). Por otro lado, en la investigación desarrollada en Italia se encontró que dentro de la zona de estudio hay presencia de Pinus pinaster (especie pirófita), que argumenta por qué la calidad de la vegetación no presenta cambios abruptos [39].

La LST es un indicador utilizado frecuentemente que identifica la relación de dicha variable con los incendios forestales o su comportamiento en las áreas quemadas antes de los incidentes, durante y después de estos [5], [14] [36]. En diversas investigaciones se observó cómo la LST incrementa sus valores conforme a la magnitud de los incendios forestales, las condiciones meteorológicas de la zona y las características de la imagen satelital (azimut, ángulo de elevación del sol, fecha de adquisición de la imagen, entre otros) [5]; sin embargo, también se evidenció cómo la LST disminuye en el transcurso de los meses y años siguientes, debido a la recuperación de la vegetación.

En los Cerros Orientales, la LST registró una temperatura máxima de 26 °C y durante los incendios forestales tiene un incremento aproximado de 12 °C frente a la temperatura ambiente que presenta la zona de estudio. En España, la LST durante esta clase de incidentes alcanza una temperatura de 48 °C con respecto a la temperatura ambiente de 30 °C que se tiene en la época seca o en la estación de verano [5]. La LST en cada zona de estudio difiere, puesto que las condiciones geográficas son diferentes. La de España tiene una elevación de 130 a 2400 m s. n. m.; por tanto, su clima se caracteriza por ser más cálido y registrar temperaturas más altas en épocas secas. Al contrario, los Cerros Orientales tienen una elevación desde los 2650 hasta los 3600 m s. n. m., y al tener mayor elevación posee una menor temperatura en condiciones normales; por ende, cuando ocurren incendios forestales, se registrarán incrementos superiores en la zona de estudio de España que en los Cerros Orientales. También se debe tener en cuenta la magnitud del incendio, ya que entre mayor sea el área afectada por el fuego, el incremento en la LST será mayor [4].

En función de lo anterior, se deduce que cuanto más largo sea el periodo seco en esas zonas, más puede descender la humedad del combustible forestal [40], [41]. El peligro de ignición se incrementará a medida que se prolonga el déficit hídrico o la influencia de la sequía meteorológica, debido al menor contenido de humedad en la vegetación, con cierto retraso se irán secando también los combustibles vegetales pesados que, una vez iniciado el fuego, lo alimentarán aportando su gran reserva de energía [41], [42].

Como se acaba de explicar, los periodos de sequía prolongados crean las condiciones adecuadas de humedad en la vegetación para que un pequeño aporte de calor pueda ser el origen de una gran conflagración [43]-[45]. De esta manera, queda evidenciada la influencia directa de la sequía meteorológica y los demás factores meteorológicos en la iniciación de los incendios, tal y como los reportan los estudios en llanos venezolanos [46]-[48].

Al respecto, es conveniente discutir la importancia del NDVI en la detección de la fase de combustión del carbón. Justamente en esa fase se consume el carbono combinado con el oxígeno y quedan las cenizas formadas por sustancias minerales que no arden. La magnitud de este contenido de humedad no es un dato meteorológico, sino el resultado de los efectos acumulativos de los elementos meteorológicos, que dan lugar al llamado equilibrio higroscópico entre la humedad de la materia vegetal [49] y la humedad del aire [50], [51], según lo reportan los valores del NDVI en sabanas tropicales de Venezuela [41], [52].

El contenido de humedad de la madera, considerada combustible, determina la iniciación y propagación del fuego. Cuando es alto, los fuegos se prenden con dificultad y no se propagan. Cuando es bajo, el foco inicial de calor no necesita ser muy grande para producir un fuego, en cuya propagación el viento [53] y la topografía del terreno serán decisivos [54], [55]. Finalmente, los resultados aquí mostrados representarán la base para el cálculo de un índice potencial de ignición que sirva como entrada para la creación de cartografía temática de zonas de alto riesgo de incendios forestales en Colombia, por condiciones de sobrecarga hídrica, en conjunto con otras variables relevantes en el inicio o la propagación del fuego como: el factor humano, la incidencia de rayos, la vulnerabilidad del territorio, entre otros, usando como herramienta un sistema de información geográfica [56], [57].