Análisis geoespacial de los usos de la tierra y estados de los cultivos mediante Google Earth Engine para el ordenamiento territorial y la sostenibilidad agrícola en la zona norte de Cartago

Abstract

El acelerado desarrollo de los sectores urbanos en la parte norte de la provincia de Cartago, Costa Rica, está afectando considerablemente las tierras agrarias productivas. La ausencia de una planificación adecuada en el crecimiento urbano ha resultado en la transformación de terrenos fértiles en espacios destinados a residencias y negocios, lo que ha reducido la superficie destinada a la producción alimentaria. Esta situación representa un riesgo no solo para la seguridad alimentaria de la zona, sino también para la sustentabilidad del sector agrícola. Adicionalmente, la escasez de información actualizada respecto a la condición de los cultivos y el manejo del suelo limita la habilidad de los administradores territoriales para hacer elecciones fundamentadas. El empleo de tecnologías geoespaciales avanzadas, como Google Earth Engine (GEE), ayudará a monitorizar la cobertura del suelo y la salud de los cultivos. Considerando que la agricultura es un aspecto fundamental de la economía de Costa Rica, particularmente, la provincia de Cartago se destaca como una de las principales regiones agrícolas donde es vital preservar los suelos para prevenir su conversión en zonas urbanas. La investigación pone de manifiesto que el uso de herramientas como el NDVI, así como la clasificación supervisada y no supervisada de imágenes satelitales, junto con el análisis a lo largo del tiempo y en múltiples escalas permite identificar con precisión las áreas de conflicto y sugerir enfoques más sostenibles para la gestión del territorio. La metodología empleada combina el análisis de imágenes satelitales de Sentinel-2 mediante GEE y se complementa con verificaciones en el campo usando un receptor GPS con una precisión de 1,5 metros en tiempo real utilizando su antena integrada. Se crearon algoritmos en JavaScript para evaluar el NDVI y llevar a cabo clasificaciones vinculadas a la cobertura del suelo, lo que permite obtener un análisis exhaustivo y actualizado sobre la cobertura del terreno y las dinámicas agrícolas. La adopción de un método que considera diversas temporalidades y escalas permitió identificar alteraciones prolongadas y fluctuaciones a nivel local. Del mismo modo, se llevó a cabo una recolección de datos de forma ordenada en el terreno para corroborar los resultados con el fin de garantizar la exactitud de los mapas creados y mejorar la utilidad de la información geoespacial. El fin de la investigación fue generar insumos técnicos y científicos que apoyen la planificación territorial orientada a la sostenibilidad agrícola. Los resultados evidencian una pérdida progresiva de cobertura agrícola debido a la expansión urbana no planificada, especialmente, en distritos como Tierra Blanca, Pacayas y Cot donde se detectó una marcada fragmentación del paisaje productivo. Las clasificaciones supervisadas y no supervisadas confirmaron patrones de sustitución de la cobertura del suelo y el análisis espacial identificó núcleos urbanos como focos de presión sobre tierras agrícolas clave. Así mismo, el uso de tecnologías geoespaciales, como GEE y el NDVI, proporciona información estratégica tanto para la toma de decisiones como para el fortalecimiento de la gestión territorial sostenible en la región.The rapid development of urban areas in the northern part of the province of Cartago, Costa Rica, is significantly affecting productive agricultural land. The lack of adequate urban growth planning has resulted in the transformation of fertile land into residential and commercial areas, reducing the amount of land available for food production. This situation poses a risk not only to food security in the area, but also to the sustainability of the agricultural sector. In addition, the lack of up-to-date information on crop conditions and soil management limits the ability of land managers to make informed choices.The use of advanced geospatial technologies, such as Google Earth Engine (GEE), will help monitor land cover and crop health. Considering that agriculture is a fundamental aspect of Costa Rica's economy, the province of Cartago stands out as one of the main agricultural regions where it is vital to preserve soils to prevent their conversion into urban areas. The research shows that the use of tools such as NDVI, as well as supervised and unsupervised classification of satellite images, together with analysis over time and at multiple scales, makes it possible to accurately identify areas of conflict and suggest more sustainable approaches to land management. The methodology used combines the analysis of Sentinel-2 satellite images using GEE and is complemented by field verifications using a GPS receiver with a real-time accuracy of 1.5 meters using its integrated antenna. JavaScript algorithms were created to evaluate the NDVI and carry out classifications linked to land cover, providing a comprehensive and up-to-date analysis of land cover and agricultural dynamics. The adoption of a method that considers different timeframes and scales made it possible to identify prolonged alterations and fluctuations at the local level. Similarly, data was collected in an orderly manner in the field to corroborate the results in order to ensure the accuracy of the maps created and improve the usefulness of the geospatial information. The purpose of the research was to generate technical and scientific inputs to support territorial planning geared towards agricultural sustainability. The results show a progressive loss of agricultural cover due to unplanned urban expansion, especially in districts such as Tierra Blanca, Pacayas, and Cot, where a marked fragmentation of the productive landscape was detected. Supervised and unsupervised classifications confirmed patterns of land cover substitution, and spatial analysis identified urban centers as sources of pressure on key agricultural lands. Likewise, the use of geospatial technologies, such as GEE and NDVI, provides strategic information for both decision-making and strengthening sustainable land management in the region.