Análisis multitemporal de la cobertura boscosa empleando la metodología de teledetección espacial y SIG en la sub-cuenca del río Coroico - provincia Caranavi en los años 1989 – 2014
Multitemporal analysis of forest cover using spatial remote sensing and GIS methodology in the Coroico River sub-basin-Caranavi Province in the years 1989-2014
Condori-Luna Ismael Junior1*, Loza-Murguia Manuel Gregorio1,2, Mamani-Pati Francisco1, Solíz-Valdivia Hugo1
1Universidad Católica Boliviana San Pablo (UCBSP). Unidad Académica Campesina Carmen Pampa (UAC-CP). Ingeniería Agronómica. Coroico - Nor Yungas - La Paz, Estado Plurinacional de Bolivia. 591 (2) 8781991.
2Departamento de Enseñanza e Investigación en Bioquímica & Microbiología (DEI&BM). Unidad Académica Campesina Carmen Pampa (UAC-CP). La Paz, Estado Plurinacional de Bolivia. +591 75214458.
Ismael Junior Condori-Luna E-mail address : asaismael5@gmail.com
Historial del artículo.
Recibido mayo, 2016.
Devuelto septiembre 2017
Aceptado noviembre, 2017.
Disponible en línea, febrero, 2018.
Resumen
]]> La teledetección es una técnica empleada para la adquisición de información (en este caso la situación de los bosques) mediante imágenes espaciales obtenidas por satélite (sensores remotos).Posteriormente se emplean diferentes técnicas de procesamiento digital y visual en las imágenes satelitales (multiespectral tipo Landsat), para determinar los cambios en la cubierta vegetal del suelo para los periodos de 1989-2005 y 2005-2014. El área de estudio es la sub-cuenca del río Coroico, que comprende el municipio de Caranavi.
Se empleó la metodología de teledetección espacial y Sistemas de Información Geográfica para generar los mapas de deforestación y posterior cuantificación de dicha información, que se realizó mediante el empleo de los programas ArcGIS y ERDAS. El procesamiento digital de las imágenes se realizó para identificar zonas o áreas donde no existía, o era muy escaso la cubierta vegetal en los suelos para los años 1989, 2005 y 2014. Los resultados obtenidos fueron: una disminución progresiva de las áreas boscosas, siendo más severa en el periodo 1989-2005 en contraste al periodo 2005-2014.
Con los resultados obtenidos se concluye que la pérdida del bosque mayormente es debido a inadecuadas técnicas de producción (agricultura), lo que da lugar a la migración y habilitación de nuevas áreas agrícolas en zonas donde anteriormente estaban constituidas por bosque. Este proceso que va en aumento a través del tiempo se da en altitudes que van desde los 574 a 1605 msnm en la sub-cuenca, la superficie deforestada se ha incrementado 3 veces más desde 602.05 a 1705.05 ha con una tasa de deforestación de 59.38 ha anuales de bosque que se pierde durante el periodo de 1989 a 2005 en relacion al periodo de 2005 a 2014 que llega a 16.99 ha. Basado en la tendencia lineal de datos estas áreas de bosque seguirán en aumento en los próximos años.
Palabras clave: Teledetección, cubierta vegetal, uso actual de suelo, sub-cuenca, Caranavi, Sistema de información geográfica, deforestación.
Abstract
Remote sensing is a technique used for the acquisition of information (in this case the situation of the forests) by means of spatial images obtained by satellite (distant sensors). Later, different techniques of digital and visual processing are used in the satellite images (multispectral type Landsat), to determine the changes in the vegetal cover of the soil for the periods of 1989-2005 and 2005-2014. The study area is the sub-basin of the Coroico River, which.
The methodology of spatial remote sensing and Geographic Information Systems was used to generate deforestation maps and subsequent quantification of this information, which was done through the use of the ArcGIS and ERDAS programs. The digital processing of the images was done to identify areas or areas where none existed, or the vegetation cover was very scarce in the soils for the years 1989, 2005 and 2014. The results obtained were: a progressive decrease of the forested areas, being more severe in the period 1989-2005 in contrast to the period 2005-2014.
With the results obtained, it is concluded that the loss of the forest is mainly due to inadequate production techniques (agriculture), which leads to the migration and habilitation of new agricultural areas in areas where previously they were forest. This process that is increasing over time occurs at altitudes ranging from 574 to 1605 meters above sea level in the sub-basin, the deforested area has increased 3 times more from 602.05 to 1705.05 ha with a deforestation rate of 59.38 ha Annual forest losses during the period from 1989 to 2005 in relation to the period from 2005 to 2014 that reaches 16.99 ha. Based on the linear data trend, these forest areas will continue to increase in the coming years.
Key words: Remote sensing, vegetation cover, current land use, sub-basin, Caranavi, Geographic information system, deforestation.
Introducción
El Estado Plurinacional de Bolivia es un país que cuenta con una gran variedad de formaciones vegetales, que van desde bosques amazónicos hasta vegetación altoandina, tiene una superficie boscosa de 50 000 000 ha, que equivale a un 44 % de la superficie total (Killeen et al. 1993). El Estado Boliviano congrega cuatro regiones fitogeográficas de Sudamérica según criterios de clima, altitud y geomorfología: los Andes, la Amazonía, el Cerrado y el Gran Chaco (Killeen et at. 1993).
Según FAO (2004), debido a la poca claridad legislativa sobre el uso de los suelos, en el año 1995 la tasa de deforestación en el Estado Boliviano aumentó, llegando a 168 000 ha, de ellas 80 000 ha correspondían a la Amazonía, que representan 2.0 % de la tasa de deforestación del total de América Latina, el promedio de la tasa de deforestación entre los años 1971-2005 fue de 140 000 ha anuales, alcanzando a 275 128 ha para el año 2004 y 281 283 ha el 2005 (Muñoz 2006). Las áreas de mayor deforestación se encuentran en las ecorregiones del bosque Chiquitano, el Gran Chaco y en los alrededores de la ciudad de Santa Cruz (Cuba 2007).
En los últimos años la deforestación es uno de los temas prioritarios en las agendas nacionales e internacionales, principalmente por sus efectos sobre la pérdida de biodiversidad, el cambio climático, la reducción de la oferta de madera y la degradación del suelo, entre otros (Kaimowitz & Angelsen 1998).
Se estima que la deforestación en Bolivia está provocando la pérdida de cientos de miles de hectáreas de bosque por año, las causas de esta deforestación son muy complejas y varían entre las distintas regiones del país, sin embargo la ampliación de la frontera agrícola constituye la principal causa de deforestación (Pacheco 2004).
Los Yungas es una de las regiones ecológicas del departamento de La Paz, en el Estado Boliviano, con mayor valoración en términos de potencialidad de recursos, calidad escénica y de prestación de servicios ecosistémicos, los ecosistemas naturales de esta región han sido prácticamente transformados en su totalidad por la actividad humana, notándose un avance en la frontera agrícola, consecuencia de la tala indiscriminada, el sobrepastoreo y la quema para la habilitación de los terrenos para cultivos, principalmente de cítricos (Citrus spp.) y coca (Erythroxylum coca). La región de Los Yungas es una importante zona agrícola del país, que proporciona a la ciudad de La Paz parte importante de sus productos alimenticios, especialmente frutos tropicales, y también produce para la exportación de café (Coffea spp.), cacao (Theobroma cacao), té (Camellia sinensis) y coca (Kutchartt-Ruedlinger 2013).
Los estudios acerca del cambio del uso de suelos forestales evalúan la velocidad de la deforestación/reforestación, determinan su extensión geográfica y describen las causas sociales y económicas de los cambios, en escalas globales, regional y local (Skole et al. 1994, Ojima et al. 1994).
El análisis multitemporal permite detectar cambios entre diferentes fechas de referencia, deduciendo la evolución del medio natural o las repercusiones de la acción humana sobre ese medio (Chuvieco 1996). Como interface entre la información espacial y el Sistema de Información Geográfica (SIG) se encuentra la fotointerpretación, que es una técnica que identifica y cuantifica áreas (objetos) de interés, como, por ejemplo, un catastro de vegetación, en que se categorizan ciertas áreas diferenciadas por un patrón de vegetación y se delimitan sus respectivas superficies. Otro campo de interés, es el Sistema de Posicionamiento Global (GPS), sistema basado en tecnología satelital que consiste en determinar la posición geográfica de un punto sobre la superficie terrestre. Todas estas herramientas, facilitan y optimizan los recursos económicos para mejorar la calidad y aumentar la información sobre los recursos naturales.
]]> La teledetección ha sido una herramienta muy utilizada en la región de los Yungas. García-Lino & Palabral-Aquilera (2006), se han elaborado mapas de vegetación, caracterizando comunidades vegetales, como unidades naturales según su fisonomía y composición florística. El mismo autor menciona que una de las grandes utilidades que ofrece la clasificación digital de imágenes, es documentar el cambio en el uso del suelo, mediante la comparación temporal de imágenes de la misma área, como por ejemplo la deforestación y fragmentación de hábitats, entre otros. Una de las limitantes de las imágenes, está referida a la nubosidad, ya que en muchas ocasiones la presencia de nubes impide identificar el uso de los suelos.En la teledetección es posible clasificar áreas de manera supervisada y no supervisada (Killeen et al. 2005). La clasificación supervisada está referida a un análisis visual, la cual consiste en una técnica que examina la imagen analógica, con el propósito de identificar los diferentes componentes del paisaje, basándose en criterios visuales de tono, color, textura. (Mena 2005). Esto es posible realizarlo con herramientas disponibles gratuitamente en la red. Una de estas herramientas es el Google Earth, que permite al usuario navegar libremente por cualquier lugar de la Tierra, observando detalladamente sus territorios a distintas escalas, basándose en datos y fotografías reales. Una desventaja del análisis visual es el fatigoso trabajo humano y el tiempo empleado, sin embargo, el costo de realizar éste es menor, que en un análisis digital (Mena & Ormazábal. 2001).
Ahora bien, el aumento poblacional demanda una mayor producción de alimentos, esto conlleva a la habilitación de nuevas áreas para el establecimiento de cultivos, lo que origina el desmonte y quema de la cobertura boscosa. Por lo tanto, es necesario hacer un seguimiento a la superficie que ocupan estos procesos, a fin de contar con información que nos permita estar al tanto de algún tipo de tendencia.
Dicha información no se encuentra disponible en el lugar (Caranavi). Es por ello que se realizó el presente trabajo de investigación, que abarca la sub-cuenca del río Coroico. Se consideró la ciudad de Caranavi y comunidades aledañas a esta en la delimitación de la sub-cuenca, puesto que los alrededores inciden de cierta forma en el área urbana (por ejemplo en cuanto se refiere a la disponibilidad del agua, deslizamientos de suelo a causa de las actividades realizadas previo al establecimiento de infraestructura en lugares con pendientes pronunciadas, otros).
Por lo anterior el objetivo de la presente investigación fue analizar multitemporalmente la cobertura boscosa con el empleo de la metodología de teledetección espacial y sistema de información geográfica en la sub-cuenca del rio Coroico, provincia Caranavi.
Materiales y métodos
Localización de la investigación. El presente trabajo de investigación se llevó a cabo en la sub-cuenca del río Coroico, bajo una superficie total de 2 119 894 ha, se encuentra ubicado en Latitud 15º 52’ 22” Sur y Longitud 67º 31’ 47” Oeste, que pertenecen a la jurisdicción territorial que comprende la Provincia Caranavi, Departamento de La Paz (Figura 1).
La provincia Caranavi se encuentra ubicada en el departamento de La Paz, tiene una extensión de 2417 km2 con una población según el censo 2012 de 48 513 habitantes, con una tasa de crecimiento intercensal 2001-2012 del 1.1%. (HAMC 2010, INE 2012).
]]> Caranavi fue creada por Decreto de Ley Nº 1401 el 16 de diciembre de 1992, siendo la vigésima Provincia del departamento de La Paz, conocida también como “Capital Cafetalera de Bolivia” o “La Puerta a la Amazonía” (HAMC 2010).La precipitación pluvial anual varía desde 1000 mm a 2500 mm y la evaporización por transpiración real se calcula entre 800 mm a 1200 mm. Con temperaturas que van desde los 20 ºC a 32 ºC, siendo los meses más calurosos de octubre a diciembre. Tiene una humedad relativa que oscila de 70% a 80% (HAMC 2010).
El territorio del municipio de Caranavi presenta una topografía muy accidentada, sus elevaciones influyen en gran manera en el comportamiento climatológico del sector, aspectos que se hacen notables al presentarse una variabilidad en los ecosistemas y la diversidad natural (HAMC 2010).
La unidad de análisis del presente estudio fue la sub-cuenca del río Coroico, ubicado en el área central de la provincia Caranavi.
En el presente trabajo de investigación se obtuvo las imágenes del satélite Landsat para los años 1989, 2005 y 2014, correspondientes a las fechas de adquisición del 7 de agosto, 27 de agosto y 15 de septiembre respectivamente.
Posteriormente obtenidas las imágenes satelitales para el estudio, se realizó un análisis visual para ver el estado de estas, puesto que generalmente resultan inapropiadas en algunos casos por la nubosidad que presentan (Figura 2).
Se utilizó el sistema de coordenadas WGS-84, UTM (Universal Transversal Mercator), debido a que generalmente se trabaja con este tipo de coordenadas en la actualidad, permitiendo además la medición de longitudes, áreas y perímetros.
Geo-referenciación. Se realizó mediante los datos obtenidos con GPS (tipo vectorial), con el que se procedió a la ubicación de puntos de control (homólogos) para la rectificación de las imágenes satelitales. Todo ello se realizó en el software ArcGIS.
Para la localización espacial de los archivos raster, se designó el sistema de coordenadas Universal Transversal de Mercator (UTM).
]]> Delimitación de la sub-cuenca del río Coroico. Se procedió a la demarcación de la sub-cuenca del río Coroico, mediante la realización de un polígono en el programa de Google Earth Pro, teniendo en cuenta para ello los lugares topográficos de máxima altura (Figura 3).Corte de imágenes. Las imágenes obtenidas para el presente estudio presentan un área total por escena de 185 km de ancho y 185 km de largo, que no específicamente se trabajara con ella. Se realizó un corte a estas, siendo necesario solamente la sub-cuenca del río Coroico, ubicado en el área central de la provincia Caranavi (Figura 4).
Análisis visual. Para el presente propósito investigativo, se emplearon las siguientes combinaciones de bandas (Figura 5): 4/3/2. Infrarrojo. Combinación que destaca la biomasa vegetal. 5/4/3. Falso color compuesto. Este tipo de combinación, nos muestra una mejor discriminación (diferencia) de redes hidrográficas, vegetación, entre otros.
Análisis de componentes principales (ACP). Este procedimiento permite una vista más favorable en la geo-información, con respecto a áreas de tipo “no bosque”, los cuales están constituidos principalmente por la ausencia de cobertura vegetal sobre la superficie del suelo, permitiendo así un análisis visual más preciso.
Es necesario aclarar que la presente técnica utilizada (ACP) permite obtener una síntesis de la información obtenida en la imagen compuesta por diferentes bandas, generando como resultado en una primera instancia colores definidos por el sistema (Figura 6), siendo convenientes cambiar dichos colores por otros que permitan realizar un mejor análisis en las imágenes.
Delimitación de áreas sin cobertura vegetal. Posteriormente, se realizó la delimitación mediante la poligonización de áreas donde no presentaban algún tipo de cubierta vegetal, en las distintas imágenes satelitales correspondiente a los años de estudio. Al mismo tiempo, para lograr este propósito se utilizaron las combinaciones de bandas anteriormente expuestas y el ACP (Figura 7, 8 y Tabla 1).
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Dissolve. Esta herramienta permite fusionar o disolver los polígonos que tengan atributos similares. Lo cual se refiere a la agrupación de todos los polígonos delimitados anteriormente para cada año (Figura 9 y 10).
Resultados
]]> Deforestación por años. Se procedió a la cuantificación de los resultados obtenidos, la cual se presenta a continuación (Tabla 2)Posteriormente, se realizó la regresión lineal de los datos, obteniendo así una tendencia progresiva en la disminución del bosque a través del tiempo (Tabla 3 y Figura 12).
La categorización por altura permite tener un enfoque parcial con respecto a la ubicación de las superficies deforestadas (Figura 11).
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Discusión
De acuerdo al análisis realizado, en la subcuenca rio Coroico provincia Caranavi, es evidente en las tierras bajas tiende a existir mayores superficies deforestadas 241.63 ha, 879.05 ha y 892.58 ha para los años 1989, 2005 y 2014 respectivamente, a medida que la elevación va en aumento estas áreas se ven reducidas. (Tabla 2) Para la comprensión de la deforestación hay factores que condicionan su expansión, siendo las principales causas de la deforestación en Bolivia: agricultura mecanizada, en pequeña escala agricultura y ganadería. Categorías que explicarían en gran parte la deforestación que sucede en las tierras bajas bolivianas, similares a los adoptados en otros estudios en la Amazonía brasileña Kirby et al. (2006).
]]> Las tasas de deforestación en las Tierras Bajas estaban bajos, en los años 1990 alcanzaba 5.6% de área boscosa original en la Amazonía Boliviana había sido autorizado para la agricultura y otros fines. En los años 1986 - 1990, el promedio anual la deforestación en la Amazonía Boliviana era solo 80 100 ha, o el 0.2% de la superficie boscosa (CUMAT 1992).Los resultados obtenidos se agruparon en 3 clases, correspondientes a las superficies de tipo bosque y no bosque: agua, antrópico (que corresponde a las áreas deforestadas y carreteras) y bosque (Tablas 3, 4, 5). Posteriormente, se realizó la regresión lineal de los datos, obteniendo así una tendencia progresiva en la disminución del bosque a través del tiempo (Figura 12).
Deforestación por periodos. Se procedió al ordenamiento por periodos en los resultados obtenidos de la cuantificación de las áreas deforestadas (Figura 13 y 14).
Periodo 1989 a 2005. Durante este periodo (16 años), se observa una disminución bastante severa en la cubierta vegetal de los suelos, que alcanza las 950.12 ha. Teniendo en cuenta que existe una relación de 59.38 ha/año. (Figura 15 y 16)
Entre los principales hechos que suscitaron tenemos. i) La explotación enérgica del recurso suelo destinado a la agricultura intensiva y extensiva, puesto que es muy notorio la reducción de coberturas boscosas en toda la sub-cuenca durante este periodo. ii) El crecimiento del área urbana de Caranavi, hasta 3 veces más de lo que era en 1989. Figura 17.
Hacía el sur de la sub-cuenca del río Coroico, en comunidades aledañas a la población de Taipiplaya (Patacamaya, Ingavi Segundo, Villa Asunción y Broncesal) la pérdida de bosques que deriva del establecimiento de parcelas agrícolas mayormente, tienden a ubicarse en lugares altos que van desde los 1300 a 1800 msnm. Figura 18.
En la región norte se tiene una pérdida en la cubierta vegetal de los suelos de 287.36 ha, principalmente se produce en las comunidades 6 de Mayo, San Juan de Achacamata, Exaltación y Chua Zona 2 Pinos, que se encuentran en una altura de 800 a 1200 msnm. Figura 19.
En la zona central de la sub-cuenca, mayormente el desmonte se da en las comunidades de Bella Vista, Virgen de Fátima, Litoral, Huari Nuevo, Agropecuaria Viluyo, Flor de Peña y Santa Rita. Se encuentran a una altura de 800 a 1600 msnm. Figura 20.
Periodo 2005 a 2014. Por su parte en este lapso de tiempo (9 años), se observa una disminución moderada en la superficie del suelo con cubierta vegetal, teniendo como resultado 152.88 ha de bosque desforestado, con un alcance de 16.99 ha/año. Figura 21
Dentro las actividades transcendentales que enmarcaron este periodo fueron: El establecimiento de la planta procesadora de cítricos en Caranavi que incentivo a los agricultores del lugar a implementar o expandir en sus lotes los cultivos de cítricos, principalmente en la región de Santa Fe.
]]> En la región sur de la sub-cuenca, las actividades que incurren a la deforestación (inadecuadas técnicas de producción, expansión de la frontera agrícola) tienden a establecerse mayormente en lugares bajos (Miraflores y Villa Esperanza) que van desde los 800 a 1300 msnm. Figura 22.En la zona norte las actividades agrícolas principalmente se dan en las comunidades de Porvenir A, Payasismo, 27 de Mayo y Bautista Saavedra. Estas se encuentran a una altitud de 800 a 1400 msnm. Puesto que en el periodo anterior (1989 a 2005) no existían muchas áreas deforestadas por este sector. Figura 23.
En la parte central, tiende a existir una regeneración de 35.13 ha en la cobertura vegetal de los suelos en la comunidad de Huari Nuevo y poblaciones aledañas. Figura 24.
Clasificación no supervisada. En el presente trabajo de investigación se realizó la clasificación no supervisada, la cual es la más apropiada teniendo en cuenta la topografía del terreno y la flexibilidad para la agrupación en diferentes clases de estudio. Para ello se trabajó en las imágenes multiespectral tipo Landsat obtenidas anteriormente, con ayuda del software ERDAS 2014. Figura 25.
Reclasificación. Posterior a la clasificación no supervisada se procedió con la reclasificación, la cual consiste en una agrupación de clases con características similares por parte del software ArcGIS, estas según el interés de estudios a fin de obtener un resultado parcial. Figura 26.
Los mapas resultantes de este proceso, se elaboró en base a la reflectancia de los cuerpos presentes en la superficie del área de estudio (captada por los sensores pasivos), y para la identificación de estas se analizó el comportamiento de las radiaciones en cada una de las bandas. Figura 27, 28 y 29.
Trabajo de campo. Se tomaron fotografías a fin de corroborar los datos obtenidos en este trabajo de investigación, donde se observó algún tipo de actividad antrópica (agrícola principalmente) que conlleva a la pérdida de los bosques. Es conveniente mencionar, que la captura de estas imágenes se realizó en función a la accesibilidad carretera y visibilidad de las zonas, esto debido al terreno accidentado que es común del sector (Figura 30).
Observaciones visuales. Se refiere a la información que se percibe del medio y resulte ser relevante para tomarlo en cuenta. Durante el recorrido en campo se identificaron las siguientes actividades más sobresalientes: La obtención del recurso suelo para la agricultura conlleva al chaqueo y quema del bosque (Figura 31).
La actividad agrícola es la principal causa que conlleva a la disminución de los bosques, puesto que el terreno agrícola es generalmente la única fuente de ingresos del agricultor y este debe cubrir las necesidades de la familia (Figura 32).
La implementación del monocultivo de la coca conlleva a la degradación de los suelos, lo que en el tiempo da lugar a la agricultura migratoria (Figura 33).
]]> Establecimiento de parcelas agrícolas en lugares con pendiente fuerte (izquierda 52%, derecha 41%) (Figura 34 es común del sector, y en la mayoría de los casos no se implementan prácticas conservacionistas del suelo (como por ejemplo el uso de barreras vivas o muertas para disminuir de cierta forma la erosión de los suelos).Asimismo, la dirección de los cultivos en sentido de la pendiente (Figura 35).
En resumen. Los mayores asentamientos, principalmente de carácter agrícola debido a inadecuadas técnicas de producción que conllevan a la pérdida de los bosques, en ambos periodos (1989 a 2005 y 2005 a 2014), mayormente se dan en las regiones bajas y moderadas de la sub-cuenca, correspondiente a las elevaciones que van desde los 574 a 1605 msnm.
Desde 1989 hasta el año 2014, las superficies deforestadas se han incrementado hasta 3 veces más de lo que era al inicio del periodo, tomando en cuenta para ello el área deforestada que va desde las 602.05 ha hasta 1705.05 ha, y la tasa de deforestación de 59.38 ha de bosque que se perdió anualmente en el periodo 1989 a 2005, siendo este el periodo más intenso a comparación de 16.99 ha de bosque que se perdió anualmente en el periodo 2005 a 2014.
Basado en la tendencia lineal de los datos, estas áreas de tipo no bosque seguirán en aumento en los próximos años. Para ello, es necesario la implementación de un plan de manejo sostenible del bosque, que permita la explotación apropiada de los recursos.
Conflictos de intereses
El presente trabajo ha cumplido las normas éticas para su publicación, financiada por los autores y no genera conflictos de interés.
Agradecimientos
]]> A las autoridades de la Unidad Académica Campesina Carmen Pampa de la Universidad Católica Boliviana San Pablo, a los comunarios que viven en los alrededores de la subcuenca rio Coroico, provincia Caranavi.Al Ing. Harold Rivera Rodríguez, por la colaboración en el manejo e interpretación de los Sistemas de Información Geográfica.
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