Análisis de la evolución de la cubierta vegetal en las minas restauradas de Teruel a partir de Teledetección y un modelo machine learning

Abstract

La minería a cielo abierto proporciona materiales imprescindibles para la sociedad moderna. Sin embargo, ocasiona impactos ambientales severos que reducen los servicios ecosistémicos. La restauración ecológica constituye una herramienta capaz de compatibilizar explotación y sostenibilidad de un territorio. El presente trabajo pretende estudiar la tendencia de la vegetación en 21 explotaciones mineras de carbón a cielo abierto restauradas en la provincia de Teruel desde 1985 hasta 2016. A partir de imágenes del satélite Landsat se calculó el índice de vegetación NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) para analizar la evolución de la vegetación. Mediante el método Boosted Regression Tress se identificaron los 6 factores más importantes en dicha evolución, en relación a la teoría ecológica del ensamblaje de comunidades y el contexto mediterráneo-continental, así como las actuaciones de restauración llevadas a cabo. Se modelaron tres escenarios diferentes: considerando todas las variables y todas las minas (Modelo 1), considerando todas las minas pero excluyendo la variable relativamente más influyente del Modelo 1 (Modelo 2), y considerando un escenario de restauración pasiva (Modelo 3). Se observó que la geomorfología es el factor más determinante en la recuperación de la cubierta vegetal. El diseño del modelo topográfico es fundamental, favoreciendo el desarrollo de la vegetación cuando se basa en pendientes suaves (<20º). El tiempo y la distancia a parches de vegetación natural resultaron los siguientes en importancia, seguidos por otros factores abióticos y climáticos (incidencia de la radiación solar, especialmente de invierno, régimen de sequías, disponibilidad de agua en el suelo y riego). Estos difirieron ligeramente de un modelo a otro, aunque presentaron patrones similares. Las futuras restauraciones deberán superar las limitaciones por erosión y estrés hídrico, característicos de estos ambientes, mediante la regulación eficiente de la dinámica hidrológica y la selección de especies vegetales tolerantes a las condiciones climáticas locales.

Open-cast mining provides essential materials for modern society. However, it severely damages the environment reducing ecosystem services. Ecological restoration is a tool capable of reconciling territory exploitation and sustainability. This paper aims to study the vegetation trend in 21 restored open-cast coal mining operations in the province of Teruel from 1985 to 2016. Using Landsat satellite images the NDVI vegetation index (Normalized Difference Vegetation Index) was calculated to analyze the evolution of vegetation. The Boosted Regression Trees method was used to identify the 6 major factors that have influenced this evolution, regarding the community assembly theory and a mediterranean-continental context, as well as the restoration actions taken. Three different scenarios were modeled: considering all variables and all mines (Model 1), considering all mines but excluding the relatively most influential variable from Model 1 (Model 2), and considering a passive restoration scenario (Model 3). It was observed that geomorphology is the most determining factor in the recovery of the vegetation cover. The design of the topographic model is essential, as it favours the development of vegetation when based on gentle slopes (<20º). Time and distance to natural vegetation patches were the next most important variables, followed by other abiotic and climatic factors (incidence of solar radiation, especially in winter, drought regime, availability of water in the soil and irrigation). These differed slightly from one model to another, although they all presented similar patterns. Future restorations must overcome the limitations due to erosion and water stress, common in these environments, through the efficient regulation of hydrological dynamics and the selection of plant species tolerant to local climatic conditions.