- Rocío Alonso del Amo, Jose Luis Santiago, Raquel Ruiz Checa, Ignacio González Fernández y Victoria Bermejo Bermejo
¿Puede la Vegetación Urbana Ayudar a Mejorar la Calidad del Aire en las Ciudades?
Rocío Alonso del Amo, Jose Luis Santiago, Raquel Ruiz Checa, Ignacio González Fernández, y Victoria Bermejo Bermejo.
Ecotoxicología y Modelización de la Contaminación Atmosférica, Departamento de Medio Ambiente, CIEMAT. Avda. Complutense nº40, Madrid 28040.
Email: rocio.alonso@ciemat.es, jl.santiago@ciemat.es, raquel.ruizcheca@ciemat.es, ignacio.gonzalez@ciemat.es, victoria.bermejo@ciemat.es
Cita este artículo como: R. Alonso del Amo, J. L. Santiago, R. Ruiz Checa, I. González Fernández, y V. Bermejo Bermejo. ¿Puede la Vegetación Urbana Ayudar a Mejorar la Calidad del Aire en las Ciudades? en el libro electrónico Contaminación, Salud y Políticas Públicas coordinado por J. J. Nogueira, Respira Madrid.
Resumen
La contaminación atmosférica continúa siendo uno de los principales retos ambientales en las ciudades donde se concentran ya hasta tres cuartas partes de la población europea. Con el fin de reducir los efectos que la contaminación provoca en la salud y los enormes costes económicos asociados, las ciudades necesitan desarrollar planes de gestión y estrategias que permitan disminuir la exposición de la población a los contaminantes atmosféricos, además de mejorar la calidad ambiental y el bienestar de los ciudadanos. En este sentido, la vegetación urbana y peri-urbana representa una valiosa herramienta para mejorar la calidad del aire en las ciudades.
Los contaminantes atmosféricos pueden ser retirados del aire por los procesos de depósito húmedo, a través del lavado con la lluvia o la nieve, o bien por procesos de depósito seco, en los que los contaminantes entran en contacto con superficies a los que quedan adheridos. La vegetación urbana representa una multiplicación de la superficie de contacto con el aire, lo que favorece el depósito seco de los contaminantes atmosféricos. Además, la vegetación puede absorber contaminantes gaseosos a la vez que absorbe el CO2 necesario para la fotosíntesis, reduciéndose sus concentraciones en el aire. La vegetación urbana también ayuda a mejorar la calidad del aire de manera indirecta mediante los efectos en el microclima. A través del sombreado de edificios y calles y de la evapotranspiración, la vegetación contribuye a disminuir la temperatura de ambientes interiores y exteriores, promoviendo además una reducción de emisiones al disminuir el consumo de energía asociado al uso de aire acondicionado. Una menor temperatura ambiental reduce también los procesos fotoquímicos en la atmósfera que generan contaminantes secundarios como el ozono.
La combinación de estudios experimentales con herramientas de modelización permite analizar la influencia de la vegetación urbana y peri-urbana en la calidad del aire. Los resultados resaltan la importancia de realizar una buena selección de especies, una gestión apropiada que mantenga las plantas saludables, además de un buen diseño y una adecuada planificación de las zonas verdes.
¿Sabías Que ...
... La calidad del aire en Europa, España y Madrid ha mejorado en los últimos 10 años, aunque sigue sin alcanzar los estándares de calidad de la UE y la OMS para la protección de la salud?
... La vegetación urbana puede ayudar a retirar los contaminantes atmosféricos y mejorar la calidad del aire en las ciudades?
... La vegetación urbana y periurbana ofrece múltiples servicios ambientales, sociales, económicos y culturales? Pon un árbol en tu jardín o en tu alcorque, pon una maceta en tu terraza o balcón, contribuye a reverdecer tu ciudad.
1. Introducción
La contaminación atmosférica es en la actualidad el mayor riesgo ambiental para la salud humana según la Agencia Europea de Medioambiente (1), particularmente en las ciudades donde se concentran casi tres cuartas partes de la población europea. Un reciente Eurobarómetro (2) señala que la contaminación atmosférica es el segundo problema medioambiental que más preocupa a los ciudadanos europeos después del cambio climático, y ello se debe a los efectos que provoca en la salud humana y a las consecuencias ambientales. Una mayoría de ciudadanos percibe que el problema se ha agravado en los últimos 10 años y demanda un endurecimiento de las medidas de control de las emisiones de contaminantes atmosféricos y unas políticas más activas que permitan mejorar la situación. Los estudios recientes, y aún preliminares, que relacionan los niveles de contaminación atmosférica con la incidencia de la COVID-19 (3,4), probablemente agravarán aún más esta percepción de la ciudadanía.
A pesar de esta percepción ciudadana, las políticas europeas de control de emisiones de contaminantes atmosféricos han logrado en las dos últimas décadas disminuir la mayor parte de las emisiones de manera significativa (entre un 10 y un 79% dependiendo del contaminante (1)). Sin embargo, la contaminación atmosférica continúa siendo responsable de más de 400 000 muertes prematuras cada año en Europa (1), principalmente en las zonas urbanas. Por esta razón, las ciudades necesitan y están obligadas a desarrollar planes de gestión y estrategias que permitan disminuir la exposición de la población a la contaminación atmosférica, con el objetivo de reducir los efectos y los enormes costes económicos que llevan asociados, mejorando además la calidad ambiental y el bienestar de los ciudadanos.
La vegetación urbana y peri-urbana está siendo reconocida como una valiosa herramienta para mejorar la calidad del aire en las ciudades y reducir la exposición de la población a los contaminantes atmosféricos, además de contribuir a la mitigación y adaptación al cambio climático (5). Junto con estos beneficios relacionados con la calidad del aire y el clima, la vegetación urbana y peri-urbana promueve también la salud y el bienestar de los ciudadanos, ofreciendo otros servicios ambientales, sociales, culturales y económicos.
En este capítulo se explicarán cuáles son los principales contaminantes atmosféricos que afectan a las zonas urbanas y qué legislación los regula en Europa. Se presentará la situación reciente de la calidad del aire en España y en la ciudad de Madrid en particular. Se detallarán cuáles son los principales rasgos de la vegetación relacionados con su influencia en la calidad del aire, que nos pueden ayudar a una buena selección de especies a utilizar en zonas urbanas. Posteriormente se analizarán los procesos y situaciones en los que la vegetación urbana y peri-urbana puede ayudar a mejorar la calidad del aire. Y finalmente se ampliará la visión sobre los beneficios que ofrece la vegetación urbana que no son sólo ambientales, sino también sociales, culturales y económicos.
2. Principales Contaminantes Atmosféricos en Zonas Urbanas y su Regulación en Europa
La necesidad de reducir la contaminación del aire a unos niveles que minimicen los efectos nocivos para la salud humana y el medio ambiente ha provocado que las instituciones tengan que diseñar programas y adoptar medidas de control. Como la contaminación atmosférica no respeta fronteras, estas políticas han precisado de una importante labor de cooperación y coordinación a nivel mundial, europeo, nacional y local.
Las medidas para controlar la contaminación atmosférica en Europa incluyen, en primer lugar, el establecimiento de una normativa de calidad del aire que defina unos valores límite de los distintos contaminantes atmosféricos que no deben excederse para evitar, prevenir o reducir los efectos nocivos que provocan en la salud humana y el medio ambiente. Las actuales Directivas Europeas de Calidad del Aire (Directivas 2004/107/CE y 2008/50/CE) regulan los niveles de los 12 contaminantes atmosféricos principales (Tabla 1). De acuerdo a estas directivas, los países están obligados a medir, evaluar e informar sobre las concentraciones de estos compuestos, teniendo en cuenta el tamaño de las poblaciones y los ecosistemas expuestos a la contaminación atmosférica. Cuando los valores límite sean excedidos, los países deberán definir y adoptar planes de calidad del aire que detallen las medidas concretas que van a realizar para acortar lo máximo posible el período de superación de esos valores.
Tabla 1. Contaminantes atmosféricos que superan en España los valores límite establecidos en las Directivas Europeas de Calidad del Aire en los últimos 10 años. Elaboración propia a partir de los informes de calidad del aire anuales elaborados por MITECO.
La segunda herramienta importante a escala europea para obtener y mantener una buena calidad del aire es la Directiva sobre Techos Nacionales de Emisión (Directiva 2016/2284/UE). Esta Directiva establece unos objetivos nacionales de reducción de emisiones de los contaminantes atmosféricos transfronterizos más importantes: dióxido de azufre (SO2), óxidos de nitrógeno (NO, NO2), amoníaco (NH3), compuestos orgánicos volátiles (COV) y partículas gruesas y finas (PM10 y PM2.5). Estos objetivos nacionales se revisan periódicamente y los países tienen la obligación de elaborar programas nacionales de control de la contaminación atmosférica con el fin de cumplir los compromisos adquiridos de reducción de dichas emisiones. Así mismo, los países deben establecer redes de seguimiento que permitan evaluar los efectos de los contaminantes atmosféricos en los ecosistemas acuáticos y terrestres.
Además de estas herramientas, se han establecido unas normas adicionales sobre las emisiones permitidas por algunas de las principales fuentes de contaminación relacionadas con los sectores del transporte, la energía y la industria. Para ello se han regulado las emisiones industriales, las emisiones de las centrales eléctricas, las emisiones de vehículos y de los combustibles para el transporte, y la eficiencia energética de los productos.
El desarrollo de todas estas normativas relacionadas la calidad del aire ha obligado a adoptar un conjunto de medidas para reducir las emisiones de contaminantes atmosféricos asociadas a diferentes actividades económicas de sectores tan diversos como el transporte, la energía, la industria, la agricultura y la ganadería. La ejecución de estas medidas tanto a escala europea, como a nivel nacional y local, asegura que se mantengan unas condiciones equitativas de competencia a nivel europeo.
3. Situación de la Calidad del Aire en España y en Madrid en Particular
La calidad del aire se evalúa todos los años a nivel nacional reuniendo la información aportada por las diferentes Redes de Calidad del Aire que hay distribuidas en el país. Estas redes se han establecido con el objetivo de caracterizar las diferentes zonas de calidad del aire en función de la densidad de población. Las redes de calidad del aire están compuestas por estaciones de medición que analizan las concentraciones de los siguientes contaminantes: dióxido de azufre (SO2), dióxido de nitrógeno (NO2), óxidos de nitrógeno (NOx), partículas (PM10 y PM2.5), plomo (Pb), benceno (C6H6), monóxido de carbono (CO), ozono troposférico (O3), arsénico (As), cadmio (Cd), níquel (Ni) y benzo(a)pireno (B(a)P). La información aportada por las redes de monitorización se complementa con ejercicios de modelización que permiten interpretar los datos de las medidas obtenidos en un punto concreto, y ampliar así las zonas geográficas donde se puede calcular la exposición de la población a la contaminación atmosférica. Toda esta información se publica cada año en unos informes elaborados por la Subdirección General de Calidad del Aire y Medio Ambiente Industrial del Ministerio para la Transición Ecológica. Estos informes son públicos para los ciudadanos y se envían a la Comisión Europea en cumplimiento de las directivas de calidad del aire.
En el último informe publicado sobre la Calidad del Aire en España en 2019 (6), de todos los contaminantes atmosféricos de los que se realiza una evaluación exhaustiva, los únicos que excedieron los valores límite o valores objetivo en algún área fueron NO2, PM10 y ozono. Esta situación es la que se ha venido registrando en España en los últimos 10 años, con algunos excesos de otros contaminantes en años sueltos que no se mantienen en el tiempo (Tabla 1). Las superaciones de los niveles de NO2 se producen típicamente en grandes ciudades como Madrid, Barcelona, Granada y sus áreas metropolitanas. Los niveles de PM10 en 2019 se superaron solamente en la zona de Villanueva del Arzobispo (Jaén), aunque en años anteriores otras zonas como Granada y área metropolitana, Málaga y Costa del Sol, Plana de Vic (Barcelona) o la zona de Avilés (Asturias) también superaron los valores límite. Generalmente se trata de zonas urbanas combinadas con áreas industriales. En el caso del O3 troposférico, este contaminante muestra niveles elevados en zonas suburbanas y rurales de gran parte de la península, excediendo los valores objetivo de forma generalizada. El O3 es un contaminante particular al tratarse de un contaminante secundario, es decir, no se emite directamente, sino que se forma en la atmósfera mediante reacciones químicas de sus precursores cuando se dan unas condiciones de altos niveles de insolación y temperatura, condiciones típicas del clima mediterráneo. El O3 puede ocurrir naturalmente en la troposfera a bajas concentraciones formándose por reacciones fotoquímicas a partir de sus precursores: óxidos de nitrógeno (NOx), compuestos orgánicos volátiles y monóxido de carbono (CO). Pero el aumento de las emisiones de sus precursores, fundamentalmente ligadas a la quema de combustibles fósiles y de biomasa, provoca que las concentraciones de O3 aumenten de forma considerable excediendo los valores objetivo establecidos para la protección de la salud humana y los ecosistemas. La disminución de los niveles elevados de O3 troposférico es uno de los principales retos actuales para los gestores de la calidad del aire debido a sus complejos procesos de formación y control.
La ciudad de Madrid, cumpliendo con la normativa vigente, posee una red de monitores de calidad del aire que constituye su Sistema de Vigilancia. Actualmente esta red consta de 24 estaciones remotas automáticas que registran de manera continua las concentraciones de los distintos contaminantes. La localización de estas estaciones se ha seleccionado siguiendo los criterios de la legislación, con el objetivo de tener mediciones en las distintas zonas y situaciones del municipio: hay estaciones de tráfico que registran las condiciones típicas en zonas afectadas por tráfico rodado; las estaciones urbanas de fondo representan la exposición de la población urbana en general; y las estaciones suburbanas representan las zonas de las afueras de la ciudad que es donde generalmente se registran los mayores niveles de ozono. Es importante resaltar que el incumplimiento de la normativa por una sola estación es suficiente para que toda la ciudad incumpla, obligando al gobierno local a establecer planes más ambiciosos de reducción de la contaminación atmosférica que incluyan protocolos de actuación frente a episodios de alta contaminación. Además de las estaciones automáticas, la red consta también de equipos manuales para determinar otros parámetros como PM2.5, metales pesados y benzo(a)pireno. Los resultados obtenidos en la red, además de estar abiertos a la consulta del público, se analizan y publican en memorias anuales que pueden consultarse en el Portal web de Calidad del Aire del Ayuntamiento de Madrid.
La mayor parte de los contaminantes atmosféricos en la ciudad de Madrid muestran una tendencia decreciente en los últimos 10 años (7), excepto los niveles de O3 troposférico que han ido aumentando durante ese período. Las concentraciones de NO2 y O3 troposférico típicamente incumplen los valores límite y umbrales establecidos en la legislación. Mientras que los picos de altas concentraciones de NO2 se registran en invierno, los altos niveles de O3 se producen en verano coincidiendo con situaciones de fuerte estabilidad atmosférica, elevada insolación y temperaturas altas. En 2019, los episodios con altas concentraciones de NO2 provocaron en 3 ocasiones la activación del “Protocolo de actuación para episodios de contaminación por dióxido de nitrógeno” (8).
4. ¿Cómo se puede limpiar la atmósfera?
La primera medida para reducir y mejorar los problemas relacionados con la contaminación atmosférica es reducir las emisiones a la atmósfera ligadas a las actividades humanas: transporte, industria, energía, agricultura y ganadería. Tanto a nivel individual, como a nivel colectivo como sociedad, es necesario adoptar aquellos cambios en las formas de transporte, consumo material y energético y dieta, así como la aplicación de las tecnologías más eficientes disponibles, con el fin de disminuir la cantidad de sustancias que emitimos a la atmósfera y que van a provocar efectos nocivos para la salud humana y el medio ambiente.
Una vez en la atmósfera, los contaminantes sufren procesos de transporte y dispersión, transformación y depósito. Factores meteorológicos como el viento y la turbulencia de las masas de aire ayudan a dispersar y diluir los contaminantes reduciendo sus concentraciones en la atmósfera. Además, los contaminantes pueden depositarse sobre la superficie terrestre disminuyendo sus concentraciones en el aire. El depósito de contaminantes se puede producir por vía húmeda y por vía seca. El depósito húmedo está relacionado con la limpieza de contaminantes que se produce con la precipitación (lluvia, nieve, niebla), bien porque sean arrastrados o disueltos por ella, o porque hayan llegado a incorporarse a las pequeñas gotas de agua que componen las nubes. El depósito seco ocurre cuando los contaminantes entran en contacto con superficies a los que quedan adheridos. La importancia relativa de cada uno de estos procesos depende en gran parte de las condiciones meteorológicas. En los climas mediterráneos con largos períodos sin lluvias, el depósito seco es mucho más relevante que en otros climas con más precipitaciones, como en el norte de Europa.
5. Vegetación Urbana, Calidad del Aire y Clima
El papel beneficioso de la vegetación urbana para mejorar la calidad del aire ha sido ampliamente reconocido en los últimos años y ha contribuido a potenciar las estrategias para el desarrollo de infraestructuras verdes y el aumento del arbolado con el fin de conseguir unas ciudades más sostenibles y saludables. La presencia de vegetación en las ciudades representa una multiplicación de la superficie que puede contactar con el aire, lo que favorece los procesos de depósito seco de los contaminantes atmosféricos. Además, la vegetación puede absorber contaminantes gaseosos a través de los estomas, unos minúsculos poros presentes en la superficie de las hojas a través de los cuales realizan su normal intercambio de gases con la atmósfera por el que absorben el CO2 necesario para la fotosíntesis. Junto con la absorción de CO2, otros gases presentes en el aire pueden ser absorbidos por las plantas disminuyendo sus concentraciones en la atmósfera.
La vegetación urbana mejora la calidad del aire no sólo a través de la retirada de contaminantes atmosféricos, sino también de una manera indirecta mediante sus efectos en el microclima. A través del sombreado de edificios y calles, y de la evapotranspiración, la vegetación actúa como regulador térmico disminuyendo la temperatura tanto en las calles, como en el interior de edificios. De esta manera, la vegetación promueve el ahorro de energía asociado al uso del aire acondicionado, contribuyendo así a la reducción de emisiones de contaminantes. Además, una temperatura ambiental menor contribuye a su vez a reducir los procesos fotoquímicos en la atmósfera que generan contaminantes secundarios como es el caso del ozono.
La regulación térmica que ofrece la vegetación también ayuda a que las ciudades se adapten mejor a los próximos escenarios de cambio climático, donde se espera un aumento generalizado de las temperaturas, más acusado aún en zonas urbanas por el efecto de la isla de calor. Este efecto consiste en que la temperatura en el interior de las ciudades es comúnmente varios grados superior que en su entorno, debido principalmente al uso intenso de fuentes de energía y a la gran presencia de cemento, hormigón y otros materiales que absorben el calor y que lo liberan de una forma lenta. Así mismo, la vegetación urbana también contribuye a frenar el cambio climático mediante el secuestro de carbono, al absorber el CO2 atmosférico que necesitan para hacer su fotosíntesis y acumularlo en los tejidos vegetales.
Sin embargo, es importante resaltar que la presencia de vegetación en las ciudades puede tener algunos efectos negativos sobre la calidad del aire en algunas circunstancias. La vegetación y los hongos asociados producen material particulado de origen biológico, como es el polen o las esporas. El polen producido por algunas especies durante la floración puede causar alergias, constituyendo uno de los principales problemas asociados a la vegetación urbana (9). Los procesos alergénicos son complejos y dependen de diversos factores, pero los estudios indican que se ven agravados en condiciones de elevada contaminación atmosférica. Además, la vegetación emite compuestos orgánicos volátiles de origen biogénico (COVBs) que pueden contribuir a la formación de contaminantes atmosféricos secundarios, como ozono y material particulado, a través de reacciones que se producen en la atmósfera. Los patrones de emisión de COVBs son diferentes para cada especie, pero también dependen de las condiciones ambientales y del estado de salud de la vegetación. Otro punto relevante a tener en cuenta es que la vegetación urbana puede formar barreras que limiten la ventilación de las calles como se explicará más adelante, lo que en algunos casos puede empeorar la calidad del aire. Además, la vegetación requiere de unas labores de mantenimiento que en algunos casos pueden suponer una fuente adicional de emisiones de contaminantes atmosféricos (como el us de maquinaria de jardinería).
6. Principales Rasgos de la Vegetación Urbana Relacionados con la Calidad del Aire
La capacidad de la vegetación urbana para retirar contaminantes atmosféricos y mejorar así la calidad del aire depende de las características morfológicas y fisiológicas de cada especie. Uno de los rasgos más importantes es la cantidad de superficie de hojas que está en contacto con el aire y que, por tanto, es susceptible de retirar gases o partículas contaminantes. La superficie foliar se puede expresar como índice de área foliar (LAI, leaf area index en inglés), que indica la cantidad de superficie foliar por superficie de suelo; o como densidad de área foliar (LAD, leaf area density en inglés), que se calcula como el área foliar por unidad de volumen de la copa del árbol. Los árboles con una mayor área foliar son capaces de capturar más contaminantes atmosféricos que otro tipo de vegetación de menor tamaño, como son los matorrales y praderas. Entre las especies arbóreas, las coníferas son las que presentan unos índices de área foliar mayores y por esa razón se considera que son especies más eficaces para mejorar la calidad del aire (10). Además, las coníferas mantienen las acículas durante todo el año, por lo que pueden ejercer su acción de retirar contaminantes también durante la época invernal. Por el contrario, los árboles caducifolios que pierden sus hojas durante el invierno, verán mermada su capacidad para retirar contaminantes del aire durante esa época. En el caso de ambientes mediterráneos, son también abundantes los árboles perennifolios de hoja ancha adaptados a climas secos, como por ejemplo la encina, lo que permite ampliar la lista de especies que pueden ser utilizadas en zonas urbanas y peri-urbanas para mejorar la calidad del aire.
Además del área foliar total en contacto con el aire, hay otras características de la superficie de las hojas que son también relevantes para la retirada de contaminantes atmosféricos. Con una misma superficie foliar, las especies que presentan hojas cubiertas de pelos o tricomas, con superficies rugosas o con un importante contenido en ceras, favorecen el depósito de material particulado y evitan su resuspensión y vuelta de ese material particulado a la atmósfera (11). Así mismo, las hojas que presentan una superficie con sales o iones que crean un ambiente húmedo, favorecen el depósito de material particulado o la disolución de gases solubles en agua (12). Para la retirada de contaminantes gaseosos, aquellas especies que presenten unas altas tasas de conductancia estomática (apertura de los estomas) serán las más efectivas para reducir la contaminación. Los procesos de intercambio de gases a través de los estomas de las hojas están estrechamente regulados en todas las especies con el fin de maximizar la fotosíntesis, mientras se minimiza la pérdida de agua por transpiración. Por esta razón, el funcionamiento de los estomas se encuentra regulado en función de las condiciones ambientales de temperatura, humedad relativa del aire, luz, disponibilidad de agua y nutrientes en el suelo o la concentración de CO2. La conductancia estomática también está controlada por factores internos de la planta a través de las hormonas vegetales, que dependen de la edad y del estado de desarrollo de la planta. Otros factores ambientales como la propia contaminación atmosférica y el cambio climático, también pueden alterar el funcionamiento estomático y provocar efectos en el desarrollo y crecimiento de la planta. Cualquier factor que provoque el cierre de los estomas contribuirá a reducir la absorción de contaminantes por parte de la vegetación. Por ello, la gestión de la vegetación urbana debe asegurar el buen estado de salud y vigor de la vegetación con el fin de poder maximizar los beneficios que puede aportar para mejorar la calidad del aire.
Junto con la superficie foliar, la forma y estructura espacial de la copa también van a determinar la capacidad de la vegetación para capturar contaminantes atmosféricos al establecer la porosidad del dosel y el grado de movimiento, dispersión y depósito de los contaminantes. Una mayor densidad de copa puede aumentar la captura de contaminantes hasta un cierto punto. Sin embargo, una copa muy densa puede dificultar el movimiento del aire hacia el interior del dosel, limitando la capacidad de filtración a la parte más externa de la copa y en contacto con los contaminantes.
Numerosos estudios han encontrado que las coníferas son, en general, más eficientes para retirar contaminantes atmosféricos debido tanto a su mayor índice de área foliar, como a que presentan unas mayores velocidades de depósito sobre la superficie foliar (11). Así mismo, estas especies mantienen la presencia de hojas a lo largo de todo el año. Sin embargo, las coníferas suelen ser más sensibles a la contaminación atmosférica y a la presencia de las sales que se usan en invierno en los climas fríos para evitar la formación de placas de hielo. Por ello, la combinación de especies caducifolias y perennifolias resulta fundamental con el fin de maximizar los beneficios de la vegetación en la calidad del aire urbano, evitando a ser posible la colocación de coníferas en aquellas zonas cercanas a fuentes de emisión, como puede ser la primera línea en carreteras o calles con tráfico intenso.
A la hora de seleccionar las especies a utilizar en ambientes urbanos para mejorar la contaminación atmosférica, hay que considerar también otros factores que pueden incluso ser perjudiciales para la calidad del aire. Por ejemplo, es necesario tener en cuenta la posible alergenicidad del polen de la especie (9) y evitar ciertas especies muy alergénicas en zonas con población sensible como patios de colegios, jardines de hospitales o residencias de ancianos. También hay que tener en cuenta la capacidad de producir emisiones de COVBs que pueden contribuir a formar contaminantes atmosféricos secundarios y cuyas tasas de emisión dependen de la especie (5, 13). Es importante resaltar que las plantas emiten múltiples tipos de COVBs que tienen distintas características químicas, y no todos los compuestos contribuyen de la misma manera a la generación de contaminantes atmosféricos secundarios.
Todos estos rasgos indican que la influencia en la calidad del aire debe ser otro criterio a tener en cuenta a la hora de seleccionar las especies de vegetación a utilizar en ambientes urbanos y peri-urbanos. Además, es fundamental una gestión de las zonas verdes que asegure el buen estado de conservación y vigor de las plantas con el fin de maximizar la capacidad de filtración y el efecto positivo en la calidad del aire. Una vez seleccionadas las especies más adecuadas por sus rasgos específicos de crecimiento, estructura y fisiología relacionados con la retención de contaminantes, otro factor igual de relevante a considerar es la distribución y configuración del arbolado en el espacio urbano como se explica en los siguientes apartados.
7. La Modelización como una Herramienta para la Planificación
La mayor parte de estudios que analizan el papel de la vegetación urbana y peri-urbana en la calidad del aire en las ciudades se han realizado empleando diferentes tipos de modelos. El modelo más utilizado es el Urban Forest Effects (UFORE, actualmente incluido en i-Tree), desarrollado por Novak et al. (14) en Estados Unidos. Este modelo pensado para gestores urbanos, combina información del inventario de arbolado de una ciudad, con los datos de contaminantes atmosféricos y variables meteorológicas, para estimar diferentes servicios ambientales ofrecidos por la vegetación como son la mitigación de la contaminación atmosférica, la absorción de CO2 o la emisión de COVBs a escala de ciudad. Esta aproximación se ha utilizado en múltiples ciudades y se ha mostrado útil para la toma de decisiones, pero presenta algunas limitaciones, como el hecho de que los cálculos se realicen a escala de toda la ciudad sin poder abordar problemas más locales. También sus conclusiones pueden estar limitadas por la falta de parameterización y ajuste del modelo para algunos tipos de vegetación y clima.
En los últimos años se ha avanzado en el desarrollo y aplicación de modelos de calidad del aire para cuantificar los efectos de la vegetación urbana en la calidad del aire. Estos modelos más complejos consideran las emisiones de contaminantes, el transporte por el viento, los procesos de mezcla turbulenta en el aire, los procesos de depósito de los contaminantes sobre distintas superficies y las reacciones químicas atmosféricas, para finalmente calcular las concentraciones en el aire de los distintos contaminantes. En el caso de las ciudades, el proceso de modelización es más complicado ya que la atmósfera interacciona con los diferentes elementos propios de la ciudad, como son los edificios y la vegetación, lo que provoca complejas circulaciones de aire dentro de calles y plazas. Este hecho, unido a las emisiones de contaminantes que se producen in situ, principalmente debidas al tráfico rodado, producen elevados niveles de contaminación con notables diferencias de concentración entre puntos cercanos, incluso entre ubicaciones dentro de una misma calle. Todos estos procesos están interconectados entre sí y sus escalas espaciales van desde unos pocos centímetros (por ejemplo, el depósito de contaminantes en las hojas de los árboles) hasta un tamaño mayor al de la ciudad (por ejemplo, brisas marinas), pasando por procesos a la escala de calle o barrio (por ejemplo, remolinos dentro de las calles). Las leyes físicas y químicas que rigen estos fenómenos son representadas en los modelos mediante ecuaciones matemáticas, que son resueltas a través de algoritmos numéricos. De esta manera, la modelización puede proporcionar mapas de la concentración de contaminantes para diferentes configuraciones urbanas con un alto nivel de detalle (Figura 1). Estos ejercicios de modelización complementan los datos medidos en estaciones de calidad del aire, cuya representatividad espacial es reducida debido a las propias características del ambiente urbano. A su vez, las mediciones permiten la validación de los resultados obtenidos con los modelos aumentando la confianza en sus predicciones.
Figura 1. Mapa de alta resolución de la concentración de NOx (μg/m3) promedio durante el periodo del 1 al 14 de marzo de 2015 estimado con un modelo de dinámica de fluidos computacional (CFD) para el distrito de Plaza de la Cruz en Pamplona.
En zonas urbanas, los modelos de dinámica de fluidos computacional (CFD, por sus siglas en inglés Computational Fluid Dynamics) son herramientas apropiadas ya que resuelven el movimiento y la turbulencia del viento, así como la dispersión de contaminantes atmosféricos con una alta resolución espacial (del orden de un metro) teniendo en cuenta los edificios y la vegetación urbana. La vegetación modifica las circulaciones de viento dentro de las calles con lo que afectará a la dispersión de contaminantes. Este efecto aerodinámico se modeliza de forma que el frenado del viento es proporcional a la densidad de área foliar de la vegetación y a la velocidad del viento. Por tanto, el efecto va a depender de las condiciones meteorológicas locales y de la localización y tipo de vegetación. Por otro lado, la vegetación es capaz de eliminar contaminantes del aire mediante los procesos de depósito sobre sus hojas. Este efecto de depósito también se modeliza de forma proporcional a la densidad de área foliar, a la concentración de contaminante cerca de la hoja y a su velocidad de depósito, que a su vez depende del tipo de contaminante y vegetación, así como de las condiciones meteorológicas locales. El efecto del depósito siempre mejora la calidad del aire, sin embargo, el efecto aerodinámico puede ser positivo o negativo, dependiendo del escenario de estudio y la reducción de la ventilación en las calles que pueda generar la vegetación (15). Estos efectos contrapuestos hacen necesario un análisis minucioso para poder planificar estrategias de mejora de la calidad del aire en zonas urbanas, lo que convierte a la modelización en una herramienta esencial.
Los ejercicios de modelización permiten por ejemplo evaluar la situación actual simulando el mismo escenario con y sin vegetación. Posteriormente se pueden planificar diferentes escenarios virtuales de vegetación y simularlos para determinar el impacto que tendrían sobre la concentración de contaminantes a la altura de los peatones. Por ejemplo, en Santiago et al. (16), en primer lugar se evaluó el impacto de una barrera vegetal compuesta por un seto y un árbol, combinando medidas experimentales y simulaciones CFD. Y posteriormente, se estudió el impacto de diferentes configuraciones de barrera vegetal (disposición de árboles, tamaño y densidad de área foliar del seto y dirección de viento) sobre la concentración detrás de la barrera mediante modelización. Se concluyó que la inclusión de árboles en la barrera aumentaba su eficacia, siendo más efectiva con setos de mayor tamaño y de densidad de hojas más alta. Otro ejemplo puede ser estimar el impacto de plantar una alineación de árboles en una calle actualmente sin árboles. En un estudio de este tipo, Santiago et al. (17) modelizaron el impacto sobre la concentración de NOx a la altura del peatón que tendría plantar una alineación de árboles en una calle sin árboles de un barrio real de Pamplona. Los resultados del modelo mostraron que la influencia de una línea de árboles sobre la concentración promedio de la zona era pequeña, pero que en determinadas áreas la concentración podría aumentar o disminuir debido al cambio de las circulaciones de aire y dispersión de contaminantes que se producía al añadir la nueva vegetación. Los estudios de modelización a ser posible deben ser validados con medidas experimentales. Pero de cualquier manera representan una de las herramientas más útiles y potentes para la planificación de la vegetación urbana y sus efectos en la calidad del aire.
8. Beneficios de la Vegetación Urbana y Peri-urbana en la Calidad del Aire en Zonas sin Fuentes de Emisión
La influencia de la vegetación urbana en la calidad del aire depende de la distribución de la vegetación y su localización respecto a las fuentes emisoras de contaminantes atmosféricos. En aquellas zonas donde no hay emisiones in situ, como son los jardines y parques y los bosques peri-urbanos, la vegetación ejerce un claro papel de filtración y reducción de la contaminación atmosférica. Las evidencias sobre este efecto provienen principalmente de resultados obtenidos con modelos de calidad del aire, pero también de estudios experimentales. Un ejemplo es el estudio que se realizó para analizar el efecto beneficioso en la calidad del aire del Monte de El Pardo, un bosque situado al norte de la ciudad de Madrid. La desaparición de este bosque peri-urbano provocaría un aumento de hasta un 15% en las concentraciones de ozono en las áreas aledañas (18) y también un incremento, aunque menor de PM10. De manera similar, estudios experimentales realizados en bosques peri-urbanos cercanos a Madrid, Barcelona y Pamplona (19), han cuantificado cómo las concentraciones de diferentes contaminantes atmosféricos gaseosos, como el ozono y los óxidos de nitrógeno, son significativamente menores bajo el dosel arbóreo que en zonas abiertas sin arbolado (Figura 2). Estos resultados confirman las predicciones realizadas con modelos de calidad del aire.
Figura 2. Concentraciones de NO2 y O3 en zonas abiertas y bajo el dosel arbóreo en bosques peri-urbanos. Los valores representan el valor medio de dos años de medidas. Se muestra la disminución en la concentración (Δ-) sólo para aquellos casos que muestran diferencias estadísticamente significativas. Datos publicados en García-Gómez et al. (19).
Estas evidencias resaltan la importancia de la presencia de arbolado en zonas sensibles que no tienen importantes fuentes de emisión, como son las zonas de juegos infantiles, patios de colegio, áreas deportivas, jardines de hospitales o residencias de ancianos. En estas zonas, la vegetación contribuye a reducir la exposición de la población a la contaminación atmosférica, aspecto particularmente relevante al tratarse de la población más vulnerable, como son los niños, ancianos y población con patologías previas o pacientes crónicos.
9. Eficacia de las Barreras Vegetales para Reducir la Exposición a la Contaminación Atmosférica
La vegetación urbana también puede resultar eficaz como barrera para frenar la dispersión de contaminantes hacia zonas que se quieran proteger, por ejemplo, para la separación de carriles bici de la calzada, o la protección de zonas sensibles para la población como zonas infantiles, parques, zonas deportivas, etc, que se encuentren cerca de calzadas con tráfico intenso. Este tipo de soluciones se han analizado también mediante campañas experimentales y usando modelos. Un estudio comprobó cómo las concentraciones de material particulado PM10 y PM2.5 descienden hasta un 50% al adentrarse en el parque del Retiro en Madrid (20). Hay que tener en cuenta que en algunos casos, en el interior de los parques se puede producir una resuspensión de partículas gruesas de zonas no pavimentadas por pisoteo, actividades deportivas o de jardinería, que puede provocar un aumento en las concentraciones de PM10 en algunas circunstancias. Similares resultados de reducción de las concentraciones de contaminantes atmosféricos en el interior de parques se han descrito en otras ciudades, aunque estos estudios no aclaran si el efecto se debe únicamente a la vegetación, o también a la distancia que separa estas zonas de las calles con tráfico intenso que actúan como fuentes de emisión. Este efecto se ha esclarecido mediante campañas experimentales midiendo concentraciones de carbono negro (black carbon en inglés), uno de los principales contaminantes particulados ligados al tráfico, a una misma distancia del tráfico con y sin presencia de una barrera vegetal. Los resultados han mostrado que una barrera vegetal en forma de seto ayuda a reducir las concentraciones de partículas emitidas por el tráfico hasta un 9% de media adicional a la simple distancia (Figura 3), pudiendo llegar a valores de hasta un 24% dependiendo de la dirección del viento. En este sentido, la eficiencia de la barrera vegetal depende no sólo de las dimensiones, densidad y de la especie seleccionada, sino también de los vientos dominantes que arrastran los contaminantes emitidos por el tráfico, aumentando la eficiencia en aquellas condiciones en que los vientos predominantes arrastran los contaminantes desde la calzada hacia el seto (21).
Figura 3. Análisis de la eficacia de un seto como barrera vegetal frente la dispersión de la contaminación atmosférica. La figura muestra las concentraciones medias de carbono negro a lo largo de la campaña de muestreo, incluyendo diferentes condiciones de viento. Resultados publicados en Santamaría et al. (21).
El empleo de barreras arboladas puede ser también eficaz, pero con este tipo de vegetación es importante tener en cuenta la altura a la que se producen las emisiones y la exposición a la población, y la altura a la que se desarrolla la copa del árbol. Si la copa del árbol se hace frondosa a cierta altura (típicamente 3-4 metros) para facilitar el tránsito de vehículos o personas, este tipo de barreras vegetales serán menos eficientes para reducir la contaminación atmosférica a la altura de viandantes o ciclistas, en comparación con barreras arbustivas o de tipo seto que presentan dosel vegetal desde el suelo.
La combinación de medidas experimentales con modelos de dispersión de contaminantes permite analizar la eficiencia de diferentes tipos y diseños de barreras vegetales y puede ayudar a planificar nuevas actuaciones. Así, como se explicó en la Sección 7, barreras vegetales que estén constituidas por setos tras los cuales se localice una línea de arbolado son particularmente eficientes para reducir la exposición a la contaminación a nivel de los viandantes (16). Los resultados de estos ejercicios de modelización destacan la importancia de los efectos aerodinámicos dependiendo de los vientos dominantes, el tamaño y densidad de la vegetación, y su disposición frente a la calzada u otras fuentes de emisión. Considerar este tipo de efectos junto con los rasgos propios de la vegetación es fundamental para maximizar los efectos beneficiosos de las barreras vegetales en la calidad del aire.
10. Influencia del Arbolado Viario en la Calidad del Aire
El papel del arbolado viario en la calidad del aire puede ser más controvertido, particularmente en calles estrechas con tráfico relativamente intenso. En estas situaciones, la vegetación puede suponer un obstáculo que frene la ventilación de la calle, evitando la dispersión de los contaminantes emitidos. Si este efecto aerodinámico es más importante que la capacidad de la vegetación para retirar contaminantes, la presencia de vegetación supondría un empeoramiento de la calidad del aire. Este tipo de estudios se han abordado principalmente con modelos atmosféricos de tipo CFD (ver Secció´n 7) que permiten simular la concentración y distribución de los contaminantes a nivel de calle. Existen muy pocos datos experimentales que permitan validar las estimaciones realizadas por este tipo de modelos en ambientes urbanos complejos como calles estrechas. En el reciente proyecto Life+RESPIRA desarrollado en Pamplona, se realizaron campañas experimentales para medir la concentración de contaminantes atmosféricos a varias alturas en las fachadas de edificios en calles estrechas, gracias a la colaboración y participación de los vecinos que permitieron la instalación de sensores en sus alféizares. Los resultados mostraron que la presencia de arbolado viario reducía la dispersión vertical de los contaminantes, ya que las concentraciones de carbono negro detectadas a 10 m de altura eran de media un 10% menores que a 3 m cuando había arbolado, mientras que esta diferencia aumentaba a 19% cuando no había vegetación (Figura 4; 21). Estos resultados validaron las predicciones obtenidas con los modelos CFD. Pero además, estos modelos permitieron también analizar el impacto de la presencia de árboles de distinta altura en estas calles estrechas. Los resultados mostraron que, en calles muy estrechas, los árboles altos dificultan la dispersión de contaminantes al reducir la ventilación de la calle, mientras que árboles más bajos disminuyen la concentración a la altura del peatón debido a que en este caso domina el depósito sobre el efecto aerodinámico de reducción de ventilación (22). También se detectó que el arbolado viario puede igualmente ejercer de barrera horizontal frenando la entrada de contaminantes emitidos en calles aledañas con tráfico intenso.
Figura 4. Concentraciones de carbono negro a diferentes alturas en las fachadas de una calle sin presencia de arbolado viario (a) y otra calle similar con arbolado (b) en Pamplona dentro de las actividades del proyecto Life+ Respira (21). Las figuras muestran las reducciones medias de carbono negro respecto a los niveles medidos en la calle a la altura de un peatón. La presencia de arbolado limita la ventilación de la calle.
Este tipo de dinámicas complejas indican que los barrios más compactos de las ciudades con calles estrechas, requieren de estudios detallados sobre la distribución de las emisiones de contaminantes atmosféricos, las condiciones meteorológicas predominantes y la disposición y altura de edificios y calles, con el fin de ayudar a decidir sobre el diseño, posición y tamaño de la vegetación viaria, de manera que procure los beneficios de confort climático, sin interrumpir la ventilación de la calle, lo que agravaría los problemas de calidad del aire.
11. Otros Servicios que Ofrece la Vegetación Urbana
La presencia e interconexión de áreas verdes de diferentes tipologías y con distintos tipos de vegetación en áreas urbanas promueve la biodiversidad, multiplicando los servicios ambientales, sociales, culturales y económicos que ofrece a la sociedad, servicios que en su conjunto se conocen como servicios ecosistémicos.
La vegetación urbana y peri-urbana, bien gestionada y diseñada, hemos visto que puede ayudar a mejorar la calidad del aire en las ciudades. Además, contribuye a regular el clima y a aliviar los efectos de la isla de calor urbana gracias al sombreo y el cambio de albedo, que bloquean la entrada de energía solar, y gracias también a la evapotranspiración que favorece la reducción de la temperatura ambiente. Así mismo, a través de la captura y almacenamiento de CO2 la vegetación contribuye a mitigar el cambio climático. La presencia de vegetación y barreras vegetales también puede ayudar a reducir la exposición a la contaminación acústica. Otros servicios ambientales que ofrecen las zonas verdes son la regulación hídrica, disminuyendo el riesgo de inundaciones cuando ocurren grandes tormentas, o la mejora de la calidad de aguas y suelos.
Las áreas verdes permiten además un aprovechamiento para obtener productos agrícolas, leña, frutos, setas, etc, que pueden suponer una fuente de recursos económicos, así como de puestos de trabajo (20). Este tipo de aprovechamientos constituye además un importante recurso educativo para las sociedades urbanas, además de promover las relaciones sociales. Otros servicios sociales que ofrece la vegetación urbana son los beneficios estéticos, recreativos y culturales. La costumbre tradicional de reunirse bajo el árbol de la plaza del pueblo se combina en la actualidad con los usos para la expresión artística, o la búsqueda de cohesión social mediante la corresponsabilidad en el cuidado de las áreas verdes (por ejemplo, iniciativas como cuida o adopta un alcorque). Numerosos estudios recientes destacan también el efecto positivo que ofrece el contacto con áreas verdes y vegetación en la salud tanto física como mental: reduce el estrés y la ansiedad, promueve el ejercicio físico y los beneficios que eso conlleva, mejora el desarrollo cognitivo de los niños, acelera los procesos de curación, mejora el sistema inmunológico, etc (24).
El reconocimiento de todos los servicios que ofrecen las áreas verdes y la vegetación ha motivado el desarrollo e implementación de las estrategias de infraestructuras verdes y soluciones basadas en la naturaleza promovidas en la actualidad por la Unión Europea, con el fin de asegurar la conservación de la biodiversidad y de los servicios que esta provee. Así mismo, los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) promovidos por la ONU para 2030, incluyen el fomento de una urbanización sostenible que proteja el patrimonio natural y proporcione acceso universal a zonas verdes y espacios públicos seguros, inclusivos y accesibles. Siguiendo estas líneas estratégicas, el Ayuntamiento de Madrid ha publicado recientemente su Plan de Infraestructura Verde y Biodiversidad con propuestas y acciones relacionadas con las zonas verdes de la ciudad, con el objetivo de obtener el mayor beneficio medioambiental posible.
12. Consideraciones Finales: la Importancia de una Buena Gestión
La vegetación urbana y los espacios verdes pueden ayudar a mejorar la calidad del aire, además de proporcionar una amplia gama de servicios ambientales, sociales, culturales y económicos. Para ello es indispensable un cuidadoso diseño de estos espacios y una adecuada selección de las especies a utilizar. Pero igual de importante es el mantenimiento de una gestión adecuada que asegure el buen estado de salud y vigor de la vegetación y que evite posibles riesgos asociados. La vegetación urbana puede causar daños humanos y materiales, principalmente por caída de árboles o desprendimiento de ramas y frutos. Otros daños como los causados por espinas, toxicidad de hojas o frutos, o alergias asociadas pueden evitarse mediante una selección adecuada de especies. Múltiples factores tanto biomecánicos (estructura y geometría de la copa), como biológicos (condiciones de crecimiento, edad, enfermedades), pueden contribuir al colapso de los árboles (25). Por ello se requiere un mantenimiento adecuando que incluya sistemas de evaluación del peligro o riesgo potencial del arbolado con el fin de minimizar este tipo de daños.
En este sentido, hay que tener en cuenta que la contaminación atmosférica y el cambio climático también pueden provocar efectos nocivos en la vegetación. Los contaminantes atmosféricos pueden alterar el funcionamiento estomático y fisiológico, provocando efectos en el desarrollo y crecimiento de la planta. La sequía también provoca una reducción del intercambio gaseoso e incluso la caída prematura de las hojas. Cualquier factor que provoque el cierre de los estomas o la caída prematura de hojas contribuirá a reducir la capacidad de retirada de contaminantes por parte de la vegetación. Pero además debilitará a la planta y reducirá su capacidad de respuesta y resistencia a otros tipos de estrés. Un buen estado de salud y vigor de la vegetación maximizará los beneficios que puede aportar, reduciendo a su vez los costes asociados a su mantenimiento.
Por último, cabe mencionar que en los problemas asociados a la calidad del aire y los efectos que provoca en la salud, es crucial considerar también la contaminación atmosférica que ocurre en el interior de edificios y viviendas, contaminación que incluye una gran variedad de productos químicos que pueden provocar graves efectos en la salud. La influencia de las plantas de interior en la calidad del aire interior es un campo que requiere aún intensificar su investigación.
Conclusiones
La vegetación urbana constituye una herramienta que puede ayudar a mejorar la calidad del aire en las ciudades. Su eficacia dependerá de una adecuada selección de especies, de un diseño apropiado y de un completo programa de mantenimiento. Características típicas de las especies como el tamaño de la copa, la longevidad de las hojas, la superficie foliar rugosa o con pelos, o las altas tasas de intercambio gaseoso, son rasgos de cada especie que pueden contribuir a disminuir la contaminación atmosférica. Otros aspectos como el grado de alergenicidad del polen o la emisión de compuestos orgánicos volátiles, deben tenerse en cuenta con el fin de evitar posibles efectos perjudiciales en la calidad del aire.
Junto con una adecuada selección de especies, es necesario un cuidado diseño y configuración de los tipos de zonas verdes y uso de barreras vegetales, adaptados a cada situación concreta, que permitan ayudar a disminuir la exposición de la población a la contaminación atmosférica. En particular, los barrios compactos con calles estrechas con tráfico intenso necesitan estudios detallados que combinen medidas experimentales con ejercicios de modelización, con el fin de definir una distribución de la vegetación que ofrezca confort climático, sin empeorar la calidad del aire al disminuir la ventilación. Pero, además, es crucial una buena gestión y mantenimiento de la vegetación urbana de forma que se asegure la vitalidad y el buen estado de salud de las plantas, con el fin de maximizar los servicios de filtración de la contaminación atmosférica, mientras se evitan posibles riesgos o peligros asociados.
La vegetación urbana y peri-urbana puede ayudar a mejorar la calidad del aire en las ciudades, pero la única estrategia efectiva será disminuir las emisiones en el interior de la ciudad, principalmente las relacionadas con el tráfico rodado que son la principal causa de los problemas de contaminación atmosférica en las ciudades. De cualquier manera, aún con una buena calidad del aire, la vegetación urbana ofrece otros muchos servicios a la sociedad, tanto ambientales, como sociales, culturales y económicos. Por ello el reverdecimiento de las ciudades es una de las soluciones más inteligentes para conseguir uno de los Objetivos de Desarrollo Sostenible, el que requiere desarrollar ciudades seguras, inclusivas, socialmente justas y sostenibles.
Agradecimientos
Muchas gracias a Juan José Nogueira y al resto de miembros de la Plataforma en Defensa de Madrid Central por impulsar la realización de este libro y por invitarnos a participar. Agradecemos la financiación de los proyectos FEDER/MICIU–AEI EDEN-Med (CGL2017-84687-C2-1-R) y Retos-AIRE (RTI2018-099138-B-I00); MODICO- Fundación Biodiversidad; E.G. Cargas y Niveles Críticos, MITECO; ERA-Net COFUND BioDiv-Support (PCI2018-093149/AEI); GOP IMIDRA-CAM OZOCAM.
Referencias
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