Integrated assessment of drought-driven vegetation declines in Olive and Citrus Orchards of Semi-Arid Morocco: A Multi-Index Remote Sensing Framework

Resumen Técnico: Evaluación Integrada de la Disminución de la Vegetación Impulsada por la Sequía en Huertos de Olivos y Cítricos de la Zona Semiárida de Marruecos

Planteamiento del Problema
El estudio aborda la creciente amenaza de la sequía agrícola en regiones semiáridas, centrándose específicamente en la cuenca de Tensift en Marruecos. Desde 2019, la región ha experimentado una de las sequías más severas registradas en su historia, caracterizada por déficits significativos de precipitación y niveles reducidos en los embalses. Este estrés climático ha afectado gravemente a la arboricultura, particularmente a los huertos de olivos y cítricos, que constituyen una parte importante del uso de la superficie agrícola (UAA) en la cuenca. La falta de sistemas de monitoreo integrales y en tiempo real capaces de integrar datos meteorológicos con métricas de salud de la vegetación dificulta la gestión eficaz de la sequía y las estrategias de adaptación en este entorno con escasez de datos. La investigación tiene como objetivo cuantificar la variabilidad espaciotemporal de la severidad de la sequía y su impacto específico en los cultivos arbóreos entre 2018 y 2024.

Metodología
Los autores emplearon un marco de teledetección de índices múltiples integrado con observaciones terrestres para evaluar las condiciones de sequía. El estudio utilizó las siguientes fuentes de datos y técnicas de procesamiento:

• Datos de Teledetección:
  • Sentinel-2 MSI: Utilizado para imágenes multiespectrales de alta resolución (10–60 m) para distinguir tipos de cultivos específicos (olivo y cítricos) y calcular índices de vegetación.
  • MODIS: Utilizado para una cobertura temporal más amplia (1–2 días) para monitorear la dinámica de la vegetación y el estrés térmico.
  • Datos de Precipitación CHIRPS: Un conjunto de datos cuasi globales (~5 km de resolución) que combina datos satelitales y de estaciones in situ para analizar la variabilidad de la lluvia de 2018 a 2024.
• Índices y Modelos:
  • NDVI (Índice de Vegetación de Diferencia Normalizada): Calculado para evaluar el verdor y la salud de la vegetación. Las series temporales se suavizaron mediante el filtro Savitzky-Golay (ventana de rango = 7) para reducir el ruido y se completaron mediante regresión de proceso gaussiano.
  • Índices de Sequía: El estudio computó el Índice de Condición de la Vegetación (VCI), el Índice de Condición de la Temperatura (TCI) y el Índice de Salud de la Vegetación (VHI) para evaluar la severidad de la sequía agrícola. El Índice de Precipitación Estandarizado (SPI) se calculó a escalas de 3 y 6 meses para caracterizar la sequía meteorológica.
  • Clasificación: El estrés de la vegetación se categorizó en tres niveles: sin impacto, impacto moderado e impacto severo, basándose en valores umbral de VCI, TCI y VHI.
• Validación de Campo:
  • Los datos de campo se recolectaron en marzo de 2024 en 235 Regiones de Interés (ROI) utilizando muestreo estratificado y la aplicación QField.
  • Se realizaron evaluaciones visuales de los olivos y cítricos para correlacionar los índices derivados de satélite con las condiciones reales de los árboles.
  • Se realizó una encuesta socioeconómica a 120 agricultores para recopilar datos sobre variaciones de rendimiento, pérdidas económicas y percepciones de la sequía.
• Análisis Estadístico: Se realizaron análisis de correlación de Pearson y Spearman para validar la consistencia entre los indicadores de sequía meteorológica (SPI) y los basados en la vegetación (NDVI, VCI, VHI).

Resultados Clave

• Disminución de la Vegetación: El estudio observó una disminución marcada en la cubierta de la arboricultura, cayendo del 11.17% en 2020 al 7.40% en 2023. La degradación más significativa ocurrió en 2021, afectando a más de 3,000 hectáreas de olivos y 2,250 hectáreas de cítricos.
• Tendencias de Severidad de la Sequía:
  • Meteorológica: Los niveles de precipitación disminuyeron drásticamente de aproximadamente 350 mm en 2019 a menos de 50 mm en 2024. Los índices SPI-6 permanecieron continuamente negativos, confirmando condiciones de sequía meteorológica severa, particularmente de 2021 a 2023.
  • Agrícola: Los mapas de VCI, TCI y VHI indicaron que más de la mitad del área agrícola sufrió sequía moderada a severa entre 2018 y 2024. El año 2021 fue identificado como el pico de las condiciones de sequía extrema.
• Impacto en los Cultivos:
  • Olivo y Cítricos: Los perfiles de las series temporales de NDVI revelaron una clara correlación entre el estrés por sequía y la reducción de la vitalidad de la vegetación.
  • Pérdida de Rendimiento: Las encuestas de campo indicaron que el 80% de los productores de cítricos reportaron disminuciones de rendimiento de entre el 37% y el 41%. Aproximadamente el 47% de las áreas de cultivo de olivo y casi el 50% de la producción total de olivo fueron identificados como en riesgo debido al estrés climático.
• Validación Estadística: Se encontraron fuertes correlaciones positivas entre los índices meteorológicos y de vegetación. Específicamente, el SPI-6 mostró correlaciones significativas con el VCI (ρ = 0.68) y el VHI (ρ = 0.65). La correlación entre el NDVI y el VHI también fue fuerte (ρ = 0.77), validando la fiabilidad del enfoque de teledetección.

Significancia y Reivindicaciones
El artículo afirma proporcionar un marco robusto e integrado para el monitoreo de la sequía agrícola en regiones mediterráneas semiáridas combinando datos de teledetección de múltiples fuentes con la validación de campo. Su principal significancia radica en demostrar que:

1. Integración de Múltiples Índices: La combinación de índices meteorológicos (SPI) y de vegetación/térmicos (VCI, TCI, VHI) ofrece una visión integral de la dinámica de la sequía, capturando tanto el inicio (déficit de precipitación) como el impacto (estrés de la vegetación).
2. Validación de la Teledetección: El estudio valida el uso de índices derivados de satélite (NDVI, VHI) frente a las observaciones de campo y las encuestas a agricultores, confirmando su utilidad para evaluar la severidad de la sequía en regiones con escasez de datos como la cuenca de Tensift.
3. Potencial de Alerta Temprana: El marco apoya el desarrollo de sistemas de alerta temprana y estrategias de mitigación de riesgos, permitiendo a las partes interesadas tomar decisiones informadas sobre la gestión del agua y la protección de los cultivos.
4. Perspectiva Regional Específica: La investigación destaca la vulnerabilidad específica de los huertos de olivos y cítricos ante la sequía prolongada, proporcionando evidencia empírica de los costos económicos y ambientales de la variabilidad climática en Marruecos.

Los autores concluyen que, si bien la teledetección es una herramienta poderosa, su aplicación debe considerar factores locales como el estado de riego, los cambios en el uso del suelo y las políticas de gestión para asegurar una evaluación precisa de la sequía. El estudio enfatiza la necesidad de una reducción proactiva del riesgo de desastres para salvaguardar la seguridad alimentaria y minimizar el impacto humano en zonas agrícolas vulnerables.