Evaluation of land use effects on water quality in the San Francisco river basin, Guatemala.

Abstract

Lake Atitlán, the largest lake in Central America, has experienced a series of algal blooms in the past decades, due to sediment overloads that have affected water quality, caused by unsustainable land management. The objective of this study was to evaluate historic land use change using Landsat satellite imagery, and its effect on river water quality in the San Francisco River basin, a major Lake Atitlán tributary. Change in forest cover, cultivated lands, and bare soil were evaluated over the periods 1986-2001 and 2001-2019. Current land use was compared to current Total Suspended Solids (TSS) loading in the river as a means to evaluate spatial and temporal effects on river water quality. Finally, a case study was completed in two townships using surveys and semi-structured interviews to understand the social context behind these observed land use patterns. Results show a net 8.41 % decrease in agricultural lands, possibly related to a combination of land abandonment, water scarcity, and shifts from traditional intensive forms of agriculture in the upper basin. Forest cover increased by 12 % since 2001, with a net increase of 2 % since 1986, showing the success of reforestation policies and incentives, while non-vegetated lands showed a 3.32 % increase since 1986 probably caused by urban sprawl. Land use effects on river water quality showed significance (T test: P value = 0.000624) in the rainy season, and lower water quality was found in the lower basin, possibly due to a reduction in riparian buffer and forest cover. The case study showed that ownership concentrated in small plots of land (>1 ha), and that there is recognition of environmental degradation in the region. Management strategies that involve all actors and multidisciplinary collaborations can prevent further degradation of the region and help strive for successful long-term ecological restoration.

El lago Atitlán, lago más grande de Centroamérica, ha experimentado una serie de floraciones de algas en las últimas décadas, debido a las sobrecargas de sedimentos que han afectado la calidad del agua, causada por el manejo insostenible de la tierra. El objetivo de este estudio fue evaluar el cambio histórico del uso de la tierra utilizando imágenes satelitales Landsat y su efecto sobre la calidad del agua del Río San Francisco, un importante afluente del Lago Atitlán. Se evaluaron cambios de cobertura forestal, tierras cultivadas y suelo desnudo durante los períodos 1986-2001 y 2001-2019. El uso actual de la tierra se comparó con la carga actual de sólidos suspendidos totales (TSS) para evaluar los efectos espaciales y temporales sobre la calidad del agua del río. Finalmente, se completó un estudio de caso en dos municipios empleando encuestas y entrevistas semiestructuradas para comprender el contexto social detrás de estos patrones de uso de la tierra. Los resultados muestran una disminución neta del 8.41 % de las tierras agrícolas, posiblemente relacionado abandono de tierras, a la escasez de agua y a cambios en los métodos tradicionales intensivos de producción agrícola en la cuenca alta. La cubierta forestal aumentó en un 12 % desde 2001, con un aumento neto del 2 % desde 1986, lo que demuestra el éxito de las políticas e incentivos para la reforestación. Sin embargo, las tierras sin cobertura mostraron un aumento del 3,32 % desde 1986, probablemente debido a la expansión urbana. Los efectos del uso de la tierra sobre la calidad del agua del río fueron significativos (T test: P value = 0,000624) en la estación lluviosa, y se encontró una menor calidad del agua en la cuenca baja en ambas estaciones, posiblemente debido a una reducción en la zona buffer y la cobertura forestal. El estudio de caso muestra un fraccionamiento de tierras en lotes pequeños (>1 ha) y que se percibe degradación ambiental en la cuenca. Las estrategias de gestión que involucran a todos los actores y las colaboraciones multidisciplinarias pueden evitar una mayor degradación y promover una restauración ecológica exitosa a largo plazo en la región.