Remoción de contaminantes atmosféricos por el bosque urbano en el valle de Aburrá

INTRODUCCIÓN

Actualmente el 54% de la población mundial vive en zonas urbanas y se espera que en 2050 alcance el 66% (ONU, 2015). En América Latina, aproximadamente un 80% de la población vivía en zonas urbanas en el año 2010, lo que la convierte en la región más urbanizada del mundo en desarrollo (CEPAL, 2012). En el caso de Colombia, la población urbana representa el 76% y según las proyecciones, se estima que para 2050 la población llegará a 52.6 millones de habitantes, lo que equivale al 86% de la población total (DNP, 2014).

Con el fin de satisfacer las necesidades de esta población creciente, se requiere infraestructura para la vivienda, servicios básicos, industria y transporte. De igual modo, el aumento de la urbanización tiene como consecuencia varios problemas ambientales que afectan negativamente el bienestar y la salud humana. Las ciudades son fuentes de emisión de partículas y de gases contaminantes, monóxido de carbono, ozono y dióxidos de nitrógeno y azufre, que afectan la calidad del aire, así como gases de efecto invernadero que afectan el clima de la Tierra, dióxido de carbono y otros (Grimm et al., 2008).

La contaminación del aire es un gran riesgo para la salud humana. En 2016, el 91% de la población mundial vivía en lugares donde no se cumplían los límites máximos de concentración de contaminantes del aire definidos por la Organización Mundial de la Salud (OMS, 2018). Esta situación produce un aumento de enfermedades cardíacas, respiratorias y de cáncer de pulmón (Kampa y Castanas, 2008; Calderón-Garcidueñas y Villarreal-Ríos, 2017). Se calcula que tres millones de personas mueren cada año por la contaminación del aire exterior urbana, más de la mitad en países en desarrollo, según la OMS (2016). Aproximadamente el 3% de las muertes por afectaciones cardiopulmonares y el 5% de las muertes por cáncer de pulmón son atribuibles a material particulado (Cohen et al., 2004).

En muchas ciudades colombianas hay altos niveles de contaminación que deterioran la salud pública y la calidad de vida de sus ciudadanos (IDEAM, 2016). En el valle de Aburrá, específicamente, se ha demostrado que los niveles de calidad del aire son perjudiciales para los habitantes metropolitanos (Gaviria, Benavides y Tangarife, 2011). Los registros de la red de monitoreo de la calidad del aire (Redaire) reportan que las partículas menores de 2.5 micrómetros (PM_2.5) y ozono (O₃) son los principales contaminantes responsables de generar un número creciente de episodios agudos de contaminación del aire en la región metropolitana del valle de Aburrá (AMVA, 2015).

Durante varios días de los años 2016, 2017 y 2018, en el valle de Aburrá se generaron episodios críticos de contaminación atmosférica asociados principalmente a las altas concentraciones de PM_2.5 (figura 1), lo que provocó alertas naranjas y rojas fase I (AMVA, 2016; SIATA, 2018). Por esta razón, las autoridades tuvieron que tomar medidas, como la restricción de la movilidad de los vehículos, con el fin de reducir las emisiones de contaminantes y evitar así impactos severos para la salud de la población, siguiendo el protocolo del Plan Operacional para enfrentar Episodios Críticos de Contaminación Atmosférica -Poeca- (AMVA, 2016). Es importante, por lo tanto, plantear diferentes estrategias para contribuir al mejoramiento de las condiciones de calidad de aire.

Figura 1: Comportamiento de los promedios diarios de las concentraciones de PM2.5 en el valle de Aburrá en el período comprendido entre enero de 2016 y junio de 2018, con referencia al nivel máximo permisible de PM2.5 diario (24 horas) y anual a nivel nacional según la Resolución 2254 de 2017 (MADS, 2017) y los rangos establecidos en el Protocolo del Plan Operacional para Enfrentar Episodios Críticos de Contaminación Atmosférica en la jurisdicción del Área Metropolitana del valle de Aburrá -Poeca- (AMVA, 2016).

Fuente: elaboración propia con datos tomados del SIATA (2018)

De acuerdo con Baró et al. (2014) y Willis y Petrokofsky (2017), el aumento de la cobertura arbórea en las ciudades puede mejorar la calidad ambiental y, por ende, el bienestar de la población urbana. Sin embargo, los árboles deben ser plantados y manejados estratégicamente para alcanzar esos objetivos (Bodnaruk et al., 2017).

El bosque urbano se define como la red o sistema que comprende el arbolado, los grupos de árboles y los árboles individuales ubicados en las áreas urbanas y periurbanas (FAO, 2016). Como ecosistema, tiene el potencial de ofrecer diferentes tipos de servicios (culturales, de provisión, regulación, soporte y hábitat) que aumentan el bienestar de la población y la resiliencia de las ciudades (Gómez-Baggethun et al., 2013). Entre ellos se pueden resaltar: el mejoramiento de la calidad del aire (Nowak, Crane y Stevens, 2006), la reducción de la radiación solar y la temperatura (Armson, Rahman y Ennos, 2013), la captura de carbono (Reynolds, Escobedo, Clerici y Zea-Camaño, 2017) y la conservación de la biodiversidad (Dobbs, Eleuterio, Amaya, Montoya y Kendaly, 2018). Los servicios de los bosques urbanos han sido cuantificados y valorados en diferentes ciudades del mundo (Yang, McBride, Zhou y Sun, 2005; McNeil y Vava, 2006; Nowak et al., 2008; Baró et al., 2014; Rogers, Sacre, Goodenough y Doick, 2015).

No obstante, en Colombia, e incluso en América Latina, hay muy pocos estudios que evalúen estos servicios ecosistémicos (Escobedo et al., 2008; Reynolds et al., 2017). El objetivo de esta investigación fue estimar y valorar la remoción de contaminantes atmosféricos por parte del bosque urbano en el valle de Aburrá, Colombia, y proporcionar estrategias de manejo para optimizar este servicio. La metodología utilizada y los resultados obtenidos en este estudio pueden aplicarse en otras ciudades de Latinoamérica, lo que contribuirá a aumentar la adaptación de las urbes al cambio ambiental global.

MATERIALES Y MÉTODOS

Remoción de contaminantes

La estimación de la remoción de contaminantes se realizó mediante el modelo i-Tree Eco v 5.0.9 (USDA Forest Service, 2013), que requiere la información de los árboles, de la calidad del aire y del clima durante un año completo del área de estudio. Los datos de contaminación fueron proporcionados por la red de calidad del aire en el valle de Aburrá (Redaire). Se utilizaron los datos de concentración horaria para monóxido de carbono (CO), ozono (O₃), dióxido de nitrógeno (NO₂), material particulado inferior a 2.5 μm (PM_2.5) y material particulado inferior a 10 μm (PM₁₀) durante el año 2014. Dado que el valle de Aburrá tiene diferentes condiciones de calidad del aire entre las regiones norte, media y sur, se evaluaron tres proyectos separadamente, cada uno con la información de la estación más representativa de cada zona. Posteriormente, se agregaron los resultados de las tres zonas para obtener los resultados para todo el valle.

La información de la precipitación del año 2014 fue proporcionada por el IDEAM de la estación del aeropuerto Olaya Herrera de la ciudad de Medellín. Los datos de temperatura del aire, dirección del viento y velocidad del viento, para el año 2014, fueron proporcionados por Redaire.

Una vez recopilada la información de campo, se procedió a ingresarla a la plataforma que el Servicio Forestal de EE. UU. tiene disponible en línea y se envió para su procesamiento. Luego, se recibió el reporte con los resultados.

El modelo i-Tree Eco estima la captura de los contaminantes y su valor monetario asociado, así como el mejoramiento de la calidad del aire por parte del bosque urbano. El flujo de contaminantes (F, en g.m^-2 s^-1) se estima como ^{_{F = Vd * C}} , donde ^_Vd es la velocidad de deposición en ms^-1 y C es la concentración de contaminante (en g.m^-3)¹. El valor monetario asociado es estimado con base en los valores medios de las externalidades en EE. UU. para cada tonelada de contaminante.

Para determinar la contribución relativa del bosque urbano al mejoramiento de la calidad del aire, se compararon los valores de las emisiones de contaminantes con los de remoción por parte de los árboles urbanos. Las emisiones se obtuvieron de los informes de la Autoridad del Área Metropolitana (AMVA, 2017a) las cuales correspondieron al año 2015, debido a que las de 2014 no estaban disponibles.

RESULTADOS

Remoción de contaminantes

Se estimó una remoción total de 228 t anuales de contaminantes atmosféricos, donde 12.3 t corresponde a monóxido de carbono (CO), 49.1 t a dióxidos de nitrógeno (NO₂), 32.1 t a PM_2.5, 60.4 t a PM₁₀ y 74.3 t a ozono (O₃). Sin embargo, los datos de CO y PM_2.5 pueden estar subestimados, dado que de la estación del norte del valle de Aburrá no se obtuvo reportes de estos contaminantes.

Las emisiones de contaminantes en el valle de Aburrá reportadas por la autoridad del Área Metropolitana (AMVA, 2017a) durante el año 2015 se presentan en la tabla 1, en la que además se diferencian las emisiones de cada fuente (móviles y fijas) y la proporción de la eliminación de cada contaminante por el bosque urbano. En esta tabla no se incluye el ozono, pues, aunque se estimó su remoción, las emisiones no se reportaron en los informes de la autoridad ambiental del valle de Aburrá. Los valores monetarios correspondientes a la eliminación de contaminantes se presentan en la tabla 2.

Tabla 1: Proporción de la remoción de contaminantes por el bosque urbano comparado con las emisiones en el valle de Aburra en el año 2015.

*Datos no disponibles. Los datos de las emisiones fueron obtenidos de AMVA (2017).

Tabla 2: Valor monetario de la remoción de contaminantes por el bosque urbano para el año 2015.

*El valor monetario es estimado en i-Tree Eco con base en los valores medios de las externalidades para cada tonelada de contaminante.

DISCUSIÓN

La contribución del bosque urbano del valle de Aburrá a la eliminación de emisiones de material particulado es superior a la de contaminantes gaseosos (NO₂ y CO). Si se consideran solo las emisiones industriales de PM_2.5, la eliminación por el bosque urbano equivale al 9.3%, un valor significativo, especialmente porque este contaminante tiene efectos altamente deletéreos para la salud humana. Similarmente para el PM₁₀, la remoción del 5.18% de las emisiones de las fuentes fijas puede considerarse una contribución importante.

En la tabla 3 se presenta una comparación del número de árboles y de la remoción de contaminantes atmosféricos del bosque urbano en diferentes ciudades del mundo en las que se aplicó el modelo i-Tree Eco. En contraste con el valle de Aburrá se encuentran algunos valores similares, por ejemplo, San Francisco tiene 668 000 árboles y la remoción de contaminantes es de 276 t (Nowak et al., 2006).

Tabla 3: Comparacion de los servicios ecosistemicos del bosque urbano en diferentes ciudades del mundo

De cualquier modo, dado que hay varios factores que afectan la remoción de contaminantes por los bosques urbanos, se debe tener precaución al analizar los datos. Por ejemplo, según el estudio de Baró et al. (2014) Barcelona tiene 1 419 823 árboles (2.1 veces más que el valle de Aburrá), pero la eliminación de la contaminación es de 305 t (1.3 veces más que el valle de Aburrá). Esto se debe probablemente a la mayor concentración de contaminantes en nuestra área de estudio, a las condiciones climáticas o a las características de los árboles, como el área foliar y la permanencia de las hojas a lo largo del año. Aunque el valle de Aburrá está ubicado en la zona tropical, donde no se presentan estaciones climáticas con diferencias marcadas en la temperatura como en las zonas templadas, es necesario aclarar que sí se presentan estaciones con variación en los regímenes de lluvias y algunas especies son caducifolias durante la época seca.

Ahora bien, en la tabla 3 se observa que algunas ciudades tienen menor cobertura arbórea y mayor número de árboles (Londres) que otras (San Francisco y Edimburgo). Esto se puede explicar por la existencia de masas arbóreas de alta densidad, que probablemente correspondan a remanentes de bosque natural. La remoción de contaminantes depende de la concentración de contaminantes, las condiciones climáticas y las características de las especies. Por tal razón, la comparación de los valores de remoción entre diferentes sitios debe tener en consideración tales factores.

El manejo de los bosques urbanos ha sido reconocido como una opción viable para contribuir al mejoramiento de la calidad del aire (Nowak, 2006; Escobedo et al., 2008; Yang et al., 2015). En cambio, Setälä, Viippola, Rantalainen, Pennanen y Yli-Pelkonen (2013) encontraron que la contribución es muy marginal para el sitio específico evaluado en su estudio (dos ciudades en Finlandia). Específicamente en el valle de Aburrá, el incremento de los espacios verdes y del arbolado urbano, junto con estrategias como el control de emisiones contaminantes a vehículos e industrias y el uso de transporte masivo y combustibles limpios están incluidos en el Plan Integral de Gestión de Contaminación del Aire -Pigeca- (AMVA, 2017c). Aun así, algunas consideraciones en la selección de las especies y en el diseño de la vegetación deben tenerse en cuenta para ese propósito.

El primer paso es la selección de las especies con mayor potencial para la remoción de contaminantes atmosféricos. Algunas características morfológicas y fisiológicas de las plantas permitirán que algunas especies cumplan esta función mejor que otras (Grote et al., 2016). Entre los rasgos morfológicos se encuentran la mayor densidad de copa de los árboles y la permanencia del follaje a lo largo del año (Nowak, 2008; Grote et al., 2016) las superficies foliares ásperas y rugosas con presencia de ceras y pubescencia (Nowak, 2008; Weerakkody, Dover, Mitchell y Reiling, 2018).

Es importante también considerar la resistencia de las plantas a la contaminación y la eficacia de los mecanismos de defensa de las hojas: si las plantas no están sanas, disminuyen la capacidad de prestar sus beneficios. Un método utilizado para este fin es el cálculo del índice de tolerancia a la contaminación atmosférica (Apti), que mide la clorofila, el ácido ascórbico, el contenido de agua y el pH de las hojas (Prajapati y Tripathi, 2008; Zhang et al., 2016).

Además de la selección de especies, es importante considerar el diseño florístico, es decir, el patrón de la plantación de los árboles en el espacio, de tal manera que se optimicen los servicios ecosistémicos (Bodnaruk et al., 2017; Janhäll, 2015). En ese sentido, algunos diseños tendrán efectos benéficos, mientras que otros serán nocivos, aunque esto depende de la escala espacial (nacional, municipal o local). Vos, Maiheu, Vankerkom y Janssen (2013) dan un ejemplo a escala local, reportan que los árboles urbanos y que forman túneles a lo largo de vías estrechas pueden dar lugar a una mayor concentración de contaminantes, en particular para contaminantes relacionados con el tráfico vehicular, como el dióxido de nitrógeno y el monóxido de carbono. Esto puede ocurrir por la obstrucción del flujo del viento, y la consiguiente reducción de la ventilación, que permite el escape de los contaminantes hacia la atmósfera exterior.

Por otro lado, el estudio de Maher, Ahmed, Davison, Karloukovski y Clarke (2013) reportó que las franjas de árboles a lo largo de las vías pueden reducir los niveles de material particulado dentro de las viviendas cercanas a la vías en más del 50%. Los análisis de microscopía electrónica muestran que las partículas capturadas por las hojas se concentran en aglomeraciones alrededor de la pubescencia de las hojas y dentro de la microtopografía foliar (Maher et al., 2013).

En una revisión del estado del arte sobre la vegetación urbana y la contaminación del aire por material particulado, Janhäll (2015) concluye que el establecimiento de árboles grandes y de copas densas en las vías reduce la dispersión a las capas superiores de la atmósfera, por este motivo, aumentan los niveles locales de contaminación atmosférica, mientras que la vegetación baja cercana a las fuentes puede mejorar la calidad del aire aumentando la deposición. Las barreras de vegetación deben ser lo suficientemente densas como para ofrecer una mayor área superficial de deposición y suficientemente porosas para permitir la penetración, en lugar de una deflexión de la corriente de aire por encima de la barrera.

En cuanto a las políticas y normas ambientales, la plantación de árboles no se incluye comúnmente como una de las estrategias para mejorar la calidad del aire en las ciudades. A pesar de esto, hay algunos buenos ejemplos que ameritan ser mencionados.

Como parte de un plan de reducción de la contaminación atmosférica, el gobierno de Santiago (Chile) definió como política ambiental utilizar los bosques urbanos con este objetivo. Los resultados revelan que la relación costo beneficio del manejo de los bosques urbanos para disminuir PM₁₀ fue similar a otras políticas de control como los combustibles alternativos (Escobedo et al., 2008). Además, la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos -EPA, por sus siglas en inglés- recomienda la implementación de medidas emergentes, tales como la plantación estratégica de árboles, como un medio para ayudar a cumplir los estándares de calidad del aire (Nowak, 2006).

En el valle de Aburrá, el Acuerdo 19 de 2017 (AMVA, 2017b) adopta lineamientos y determinaciones para la gestión del espacio público verde urbano. El acuerdo tiene en cuenta el valor económico de los servicios ecosistémicos proporcionados por los árboles urbanos para la estimación del valor compensatorio por la tala de árboles; en este se propone como nueva opción de compensación el pago del valor monetario de los árboles, con el fin de crear un fondo verde que se utilizará para la plantación y el cuidado del bosque urbano y las zonas verdes. Consideramos que el valor monetario asociado a la remoción de contaminantes del aire puede ser usado para estimar ese valor. Desde luego, se deben realizar varios ajustes de acuerdo con las condiciones de Colombia y estimar del valor unitario para cada árbol, lo que está fuera del alcance de este estudio.

Del mismo modo, la participación y el compromiso de la comunidad puede contribuir a mantener, o incluso aumentar, la cobertura arbórea y, por ende, los beneficios del bosque urbano. Una opción es establecer esquemas de pago de servicios ambientales para compensar la huella de las emisiones de contaminantes, ya sea para personas individuales o para industrias. Una muestra de los mecanismos ya aplicados en Colombia en las zonas rurales es la estrategia conocida como BanCO2, en ella los propietarios (generalmente campesinos) reciben dinero por mantener los bosques naturales intactos para la captura de carbono (BanCO2, 2018). Esos pagos son hechos por personas o industrias que desean compensar su huella de carbono. Para las áreas urbanas, se propone establecer estrategias similares para preservar, establecer y mantener los bosques urbanos dentro de las ciudades, como medida de compensación a las emisiones de contaminantes atmosféricos.

CONCLUSIÓN

El bosque urbano en el valle de Aburrá remueve aproximadamente 228 t de contaminantes atmosféricos al año, lo que equivale a un valor monetario de $2 130 136 USD. Con el fin de optimizar este servicio ecosistémico, se requiere seleccionar las especies arbóreas con las características que faciliten la remoción (copa densa, follaje permanente, alta área foliar, superficies foliares cerosas y pubescentes) y los diseños florísticos en los que se constituya una barrera lateral densa y porosa, y que a su vez permita la dispersión vertical de los contaminantes. También es importante vincular la planificación urbana, las regulaciones ambientales y las políticas públicas con la silvicultura urbana, con el fin de proporcionar herramientas adicionales para mejorar la calidad ambiental. Estos esfuerzos contribuirán a la sostenibilidad y la resiliencia de la ciudad, lo que mejorarán las condiciones ambientales y la calidad de vida de la población. Se recomienda avanzar en el conocimiento de las especies que tengan los rasgos funcionales asociados a este servicio y que, además, toleren la contaminación del aire, dado que el estado de salud del árbol repercute en el cumplimiento de sus funciones.