Modelado prospectivo de los servicios ecosistémicos provistos por los flujos biofísicos de las componentes aérea y acuática de las cuencas de la Región del Maule, Chile

Abstract

El reconocimiento de la importancia de los servicios ecosistémicos ha aumentado notablemente en las últimas décadas, reflejando una mayor conciencia sobre la interdependencia crítica entre los ecosistemas naturales y el bienestar humano. Estos servicios, que incluyen la purificación del agua y el aire, la regulación del clima, y la provisión de alimentos y materiales, son esenciales para la sostenibilidad y el desarrollo de las sociedades. La presente investigación se centra en revelar el efecto espaciotemporal de las modificaciones del paisaje y la variabilidad climática sobre los servicios ecosistémicos en la Región del Maule, Chile. Utilizando un enfoque interdisciplinario que integra variables climáticas y de uso del suelo, el estudio analiza su impacto en el contexto del cambio climático, proporcionando herramientas prácticas para la gestión ambiental y formulación de políticas públicas. La Región del Maule, caracterizada por su diversidad de ecosistemas, enfrenta presiones significativas debido a las transformaciones del paisaje, la variabilidad climática y las actividades humanas intensivas, tales como la agricultura y la urbanización. El estudio se organiza en tres secciones principales: (i) fundamentos teóricos y marco conceptual, (ii) análisis de los servicios ecosistémicos en la región, y (iii) análisis espaciotemporal y proyección de escenarios de riesgo ambiental. La originalidad de este trabajo radica en su enfoque integrador, que emplea metodologías, métodos y herramientas, tales como sistemas complejos, geotecnología, geoestadística, modelos numéricos y modelos climáticos globales para evaluar las interacciones entre las variables climáticas, el uso del suelo y los flujos biofísicos de aire y agua, proporcionando una comprensión profunda de las dinámicas ambientales y su impacto en los servicios ecosistémicos. Los resultados del estudio revelan que las transformaciones del paisaje y la variabilidad climática afectan de manera significativa los servicios ecosistémicos en la región, debido a la disminución de las precipitaciones y a los cambios en el uso del suelo. Las modificaciones en los patrones de precipitación, junto con las prácticas de manejo del suelo, indican que la transformación de estos ecosistemas ocurre a una tasa anual que varía entre el 16% y el 23% en la parte baja de la cuenca. Además, se identifican patrones complejos de variabilidad climática, influenciados por fenómenos como El Niño-Oscilación del Sur (ENSO), que impactan las condiciones climáticas y los servicios ecosistémicos en la cuenca del río Mataquito de la Región del Maule, Chile. El análisis de riesgo en la comuna de Licantén muestra que las áreas con alta vulnerabilidad socioeconómica son las más afectadas por las proyecciones de cambio climático, subrayando la necesidad de estrategias de adaptación focalizadas. Finalmente, se proponen acciones para mejorar la gestión sostenible de la cuenca del río Mataquito, como la implementación de un sistema de monitoreo climático, el desarrollo de modelos predictivos, la reforestación con especies nativas y el fortalecimiento de la infraestructura hídrica. Además, se sugieren futuras líneas de investigación para explorar servicios ecosistémicos menos estudiados y mejorar la comprensión de los impactos del cambio climático a escala regional y local.

The recognition of the importance of ecosystem services has significantly increased in recent decades, reflecting a greater awareness of the critical interdependence between natural ecosystems and human well-being. These ecosystem services, which include water and air purification, climate regulation, and the provision of food and materials, are essential for the sustainability and development of societies. This research focuses on revealing the spatiotemporal effect of landscape modifications and climatic variability on ecosystem services in the Maule Region, Chile. Using an interdisciplinary approach that integrates climatic and land use variables, the study analyzes their impact in the context of climate change, providing practical tools for environmental management and public policy formulation. The Maule Region, characterized by its diversity of ecosystems, faces significant pressures due to landscape transformations, climatic variability, and intensive human activities such as agriculture and urbanization. The study is organized into three main sections: (i) theoretical foundations and conceptual framework, (ii) analysis of regional ecosystem services, and (iii) spatiotemporal analysis and projection of environmental risk scenarios. The originality of this work lies in its integrative approach, which employs methodologies, methods, and tools such as complex systems, geotechnology, geostatistics, numerical models, and global climate models to assess the interactions between climatic variables, land use, and the biophysical flows of air and water, providing a deep understanding of environmental dynamics and their impact on ecosystem services. The study results reveal that landscape transformations and climatic variability significantly affect ecosystem services in the region due to decreased precipitation and changes in land use. Changes in precipitation patterns, along with land use management practices, indicate that the transformation of these ecosystems occurs at an annual rate ranging from 16% to 23% in the lower part of the basin. Additionally, complex patterns of climatic variability are identified, influenced by phenomena such as the El Niño-Southern Oscillation (ENSO), which impact climatic conditions and ecosystem services in the Mataquito River basin of the Maule Region, Chile. The risk analysis in Licantén shows that areas with high socioeconomic vulnerability are the most affected by climate change projections, underscoring the need for targeted adaptation strategies. Finally, actions are proposed to improve the sustainable management of the Mataquito River basin, such as the implementation of a climate monitoring system, the development of predictive models, reforestation with native species, and the strengthening of water infrastructure. Furthermore, future research lines are suggested to explore less-studied ecosystem services and enhance the understanding of climate change impacts at regional and local scales.