Modelo multiobjetivo de asignación sostenible de usos del suelo

Los usos de suelo juegan un papel preponderante en el complejo proceso de planeación espacial; constituyen el sustento territorial de la mayoría de las actividades económicas de las sociedades, y en consecuencia evidencian el ritmo de explotación de los recursos naturales del planeta. El control de las asignaciones y el establecimiento de los límites de su utilización son tareas urgentes a todas las escalas territoriales puesto que permitirían alcanzar significativas contribuciones en la preservación del medio ambiente y la biodiversidad de nuestro hogar común. La tarea no es sencilla al estar en juego los grandes intereses económicos surgidos precisamente de las formas irracionales de su explotación. La situación de Iberoamérica ejemplifica la problemática; la devastación de la Selva Amazónica, las altas tasas de deforestación de las selvas mexicanas, los crecimientos caóticos y desmedidos de sus ciudades importantes, las contaminantes actividades mineras fuera de cualquier regulación ambiental, la degradación de los suelos agrícolas entre otras, son ejemplos de la dinámica de los usos de suelo de la mayoría de estos países, además del rezago existente en materia de creación y empleo de sistemas integrales para la planeación espacial. Por ello el desarrollo del conocimiento y de las herramientas científicas y metodológicas que posibilitan y facilitan la sostenibilidad espacial es imprescindible para cualquier territorio, pero fundamentalmente para aquellos países pobres y en vías de desarrollo. Los modelos de optimización espacial, como instrumentos informáticos de ayuda a la toma de decisiones territoriales, se han aplicado escasamente en países desarrollados o con fuertes economías emergentes, sin apenas considerar criterios de sostenibilidad. Atendiendo a la carencia de instrumentos, en esta tesis se desarrolla el diseño y construcción de un Modelo de Asignación de Usos Sostenibles de Suelo (MAUSS), aplicado en la región de los Llanos de San Juan, estado de Puebla (México). La instauración de una armadora trasnacional del sector automotriz (Audi) en una región predominantemente agropecuaria y los fuertes procesos de transformación de usos de suelo no planificados impulsaron la creación de dicho modelo. Esta tesis se estructura en siete capítulos y varios anexos con información complementaria. En el capítulo 1 se pone en contexto el problema de asignación de usos de suelo, estando dedicado el capítulo 2 a la presentación de la estructura y los objetivos de la tesis. En el capítulo 3 de este trabajo se caracteriza el territorio de la zona de estudio: conformada por una población aproximada de 80.000 habitantes y 526,6 5 km2 de superficie que abarcan en su totalidad 5 municipios sobre una cuenca endorreica bordeada de poniente a sureste por una pequeña cordillera boscosa. La importancia de su producción de granos básicos y productos pecuarios (para el autoconsumo y comercio regional), su trascendencia estatal y nacional en producción de leguminosas, su especialización industrial en el sector agroalimentario así como la fragilidad ecológica de esta región de características lacustres, hacen cuestionar la decisión oficial de localización automotriz, cuyo polígono se implantó casi en su totalidad sobre la llanura aluvial, en la zona de descarga. La metodología de la construcción del modelo de asignación de usos sostenibles de suelo, MAUSS, se describe en el capítulo 4; donde se definen los criterios sobre los que será evaluado el territorio para ofrecer las mejores distribuciones de usos dentro de la zona de estudio. Dichos criterios son de carácter medioambiental, social y económico. En el primer caso se trata de apuntalar los tópicos de mayor relevancia global en las evaluaciones territoriales específicas; el agua y las emisiones de Gases de Efecto Invernadero (GEI), para ello se incorporan los conceptos de Huella Hídrica y potencial contaminante del recurso en aguas superficiales o subterráneas, y se contabilizan las emisiones de CO2 equivalente por tipo de actividad entendida, como en el caso del agua, como uso de suelo. Los aspectos sociales se refieren en este trabajo a la autosuficiencia alimentaria de la región, que es otro de los grandes retos de la humanidad de cara a los significativos incrementos poblacionales esperados e indisolublemente ligado a los temas medioambientales y a los económicos. Éstos últimos son también incorporados en este estudio a partir de la medición del PIB.Land use distribution is the core of the complex process of spatial planning as it constitutes the basis for most productive activities; it exhibits, therefore, the rate of resources exploitation by man. Spatial regulations and the establishment of maximum limits of resources utilization are urgent tasks at any territorial level as they would allow significant contributions to environmental preservation and biodiversity protection. The challenge is not simple; major economic interests, those emerged from the irrational forms of resources exploitation, are at stake. Ibero-American countries illustrate that situation; the Amazon forest devastation, the higher deforestation rate of Mexican forests, the chaotic and extended urban expansion of main cities, the unregulated and polluting mining activities, the agricultural soil degradation among others, epitomize their land use dynamics, besides the lag in developing integral systems for spatial planning. The development of scientific tools for a territorial sustainability is critical for any region, especially for poor and undeveloped countries. Spatial optimization models as informatics tools for decision making support systems have hardly been used in developed countries with a few traces of sustainability criteria. Facing this problem, a spatial optimization model (MAUSS for its Spanish initials) is developed in this thesis. It was applied to “Los Llanos de San Juan” in Puebla State (Mexico) due to the great land use transformations ongoing after an industrial allocation of the automotive sector (Audi) in a predominantly agricultural region. This thesis holds seven chapters and several appendices with supplementary information. Chapter 1 contextualizes the land use allocation problem whereas chapter 2 details the thesis structure and objectives. In Chapter 3 study areal is characterized; it is constituted by a population of 80.000 inhabitants from 5 municipalities that occupies an area of 526,5 square kilometers in an endorheic basin. It is surrounded from West to Southeast by a small mountain range. The importance of grain production and livestock products (for self-consumption and regional trade), the national significance of local pulses production, the agri-food industry specialization of the region as much as its ecological fragility calls into a question the feasibility of new industrial and urban allocations on the alluvial plain. The methodology of MAUSS is outlined in chapter 4; territorial evaluation criteria are defined including environmental, social and economic issues. In the first case, main global aspects are addressed for local assessments, such as water (through the concepts of Water footprint and polluting potential for surface and ground water) and Green House Gas emissions, quantifying the emissions per human activity defined, in both cases, as land use type. As another crucial challenge towards future population growth, social aspects refer to the alimentary self-sufficiency in the region which is inextricably linked to the environmental and economic subjects. This latter included as GDP at regional scale

Multi-Objective Spatial Optimization: Sustainable Land Use Allocation at Sub-Regional Scale

The rational use of territorial resources is a key factor in achieving sustainability. Spatial planning is an important tool that helps decision makers to achieve sustainability in the long term. This work proposes a multi-objective model for sustainable land use allocation known as MAUSS (Spanish acronym for “Modelo de Asignación de Uso Sostenible de Suelo”) The model was applied to the Plains of San Juan, Puebla, Mexico, which is currently undergoing a rapid industrialization process. The main objective of the model is to generate land use allocations that lead to a territorial balance within regions in three main ways by maximizing income, minimizing negative environmental pressure on water and air through specific evaluations of water use and CO2 emissions, and minimizing food deficit. The non-sorting genetic algorithm II (NSGA-II) is the evolutionary optimization algorithm of MAUSS. NSGA-II has been widely modified through a novel and efficient random initializing operator that enables spatial rationale from the initial solutions, a crossover operator designed to streamline the best genetic information transmission as well as diversity, and two geometric operators, geographic dispersion (GDO) and the proportion (PO), which strengthen spatial rationality. MAUSS provided a more sustainable land use allocation compared to the current land use distribution in terms of higher income, 9% lower global negative pressure on the environment and 5.2% lower food deficit simultaneousl

Índice de riesgo por acaparamiento del agua: propuesta metodológica de justicia hídrica

Se propone la conformación de un índice de riesgo por acaparamiento del agua (IRAA) capaz de diferenciar territorialmente a los acaparadores, tomando en consideración el uso que éstos le dan al agua, los volúmenes que acumulan, así como el estatus del recurso en cada cuenca y acuífero. El patrón de acaparamiento se establece al identificar a concesionarios y usos cuando los volúmenes otorgados concentran al menos 80 % de las aguas superficiales y/o subterráneas del municipio. El IRAA integra el grado de presión sobre el recurso hídrico para determinar el riesgo y permite vincular la gestión hídrica y la gestión de los usos de suelo, puesto que las actividades acaparadoras de agua quedan identificadas en cada municipio. El índice se aplicó en el estado de Puebla, donde de 174 municipios que cumplieron con los requerimientos metodológicos, 45.4 % resultó con riesgo muy alto, 41.4 % con riesgo alto, 10.9 % con riesgo medio y 2.3 % con riesgo bajo. Ninguno entró en la categoría de riesgo muy bajo, mostrando una tendencia marcada de riesgo hídrico por acaparamiento en el estado, que se corrobora con la presencia de acaparadores intermunicipales, también identificados en este estudio. A través del IRAA es posible determinar zonas de prioridad en la transformación de la gestión del agua que trasciende los organismos de cuenca e incorpora los territorios municipales. Propone a su vez argumentos para la justicia ambiental. Los métodos y técnicas empleadas se ubican en el ámbito de la ciencia de datos

Impactos potenciales de depósitos secos de SO2 en rendimientos de cultivos en México; una aproximación a escala nacional

Objective: the purpose of this work is to initiate a large scale approach of potential effects of SO2 on agricultural yields in Mexico as it is one of the major emitting countries of a compound whit high impacts on vegetation.Design/methodology/approximation: it is presented a statistical analysis of correlation (R) and linear regression (R2) between yields of 23 crops and average SO2 ha-1 concentrations at municipal level by 2011. Crops were differentiated according to its access to water (irrigated and rainfed), its life cycle (annual or perennial), and its sensitivity or resistance to SO2. The P-value was applied in order to eliminate randomness in correlations. Significant correlation was observed in nine crops which accomplished simultaneously R?20%; R2?0.05; and P-value<0.05: plum, feed oat (green), feed oat(dried), oat (grain), feed barley (green), feed barley (dried), feed corn (green), melon and grape.Results: the average yields of the correlated crops were compared in three spatial contexts: national, municipalities with SO2>0, and municipalities with the highest SO2 concentrations. For the latter, the average yields of the resistant crops in the rainfed modality were 1.7 to 5.2 times greater than the national average, whereas for the sensitive crops, the yields were 12.9% to 57.8% lower. In the irrigated modality, the resistant crops obtained an increase of 59%, meanwhile sensitive crops throw yields 22% to 51.7% lower.Objetivo: iniciar una aproximación de gran escala de efectos potenciales del SO2 en rendimientos de cultivos por el alto impacto de éste en la vegetación y por los grandes volúmenes que México emite del compuesto a nivel global.Diseño/metodología/aproximación: se realizó un análisis estadístico de correlación (R y R2) entre rendimientos (23 cultivos) y concentraciones SO2 ha-1 a nivel municipal para 2011. Los cultivos se diferenciaron de acuerdo a su modalidad (temporal y riego), ciclo (anual y perenne) y condición de resistencia o sensibilidad al SO2. Se aplicó la prueba P-valor para eliminar aleatoriedad. Resultados: se obtuvo correlación significativa en nueve cultivos (ciruela, avena forrajera verde y seca, avena grano, cebada forrajera verde y seca, maíz forrajero verde, melón y uva) que cumplieronsimultáneamente las condiciones de R?20%; R2?0.05; y P-valor<0.05. En ellos se realizó un comparativo de rendimientos promedio en tres ámbitos: nacional, municipios con SO2>0, y municipios con lasmayores concentraciones de SO2. Para este último grupo, comparado con el promedio nacional, los rendimientos de los cultivos resistentes en la modalidad de temporal fueron entre 1.7 y 5.2 veces más altos, y para los sensibles se observaron promedios de 12.9% a 57.8% más bajos. En la modalidad de riego, se observaron promedios 51% más altos en los resistentes, y de un 22% a un 51.7% menores en los sensibles.Hallazgos/conclusiones: se observó un efecto positivo proporcionalmente mayor que el negativo en rendimientos de cultivos resistentes y sensibles, respectivamente