ARTÍCULO ORIGINAL

Retención de polvo atmosférico en especies arbóreas indicadoras en la planeación urbana sustentable: ciudad de Chihuahua, México

Atmospheric dust retention in tree species as an indicator of the sustainable urban planning: city of Chihuahua, Mexico

Jorge Alcalá¹, M.Sosa², M. Moreno³, C.Quintana², A. Campos³ y C. Holguin²

¹ Estudiante del Programa de Doctorado. Facultad de Zootecnia. Universidad Autónoma de Chihuahua. E-mail: jalcajaure@yahoo.com.mx
² Maestro Investigador. Departamento de Recursos Naturales. Facultad de Zootecnia. Universidad Autónoma de Chihuahua. Periférico Francisco R. Almada, Km. 1
³ CIMAV Centro de Investigación de Materiales Avanzados

RESUMEN

Con el objetivo de determinar la especie arbórea con mayor capacidad de retención de material particulado sedimentable, fueron evaluados 225 árboles de cinco especies ubicados en la ciudad de Chihuahua. Los muestreos se realizaron en las temporadas de otoño, primavera y verano en cinco sitios conforme a los usos de suelo: comercial y servicios, industria mixta, industria pesada, residencial clase media-alta y residencial popular. Ajustando un modelo del Proc GLM del SAS se probaron las interacciones entre especie, sitio y temporada con respecto a la cantidad de material particulado retenido en las hojas, determinando a través de las medias de los cuadrados mínimos que las interacciones significativas se presentaron entre los factores especie- temporada (P<0,0008) y especie- sitio (P<0,0333). Las especies que concentraron mayor cantidad de polvo fueron el ciprés (Cupressus arizonica) con una media de 0,04946 ±0,005405 (g/Kg de materia seca) y el sicomoro (Platanus occidentalis) con una media de 0,02554 ±0,005405 (g/Kg de materia seca). Con estosresultados se aportan elementos para la política ambiental urbana y la necesidad de contar con especies que indiquen el estado de la calidad ambiental.

Palabras clave: Calidad ambiental; Contaminación; Desarrollo urbano; Uso de suelo

SUMMARY

In order to determine the tree species with greater holding capacity of particulate matter sediments, 225 trees of five species were evaluated, all located in the city of Chihuahua. Sampling was conducted in the autumn, spring and summer seasons at five sites in accordance with the land uses: commercial and services, mixed industry, heavy industry, residential high-middle class and low residential class. Adjusting a model Proc GLM of SAS program, were interaction tested between species, site and season regarding the amount of particulate matter retained in the leaves, determining through the square means that significant interactions were presented among the factors species-season (P<0,0008) and species-site (P<0,0333). Species with higher concentration of dust were cypress (Cupressus arizonica) and sycamore (Platanus occidentalis). These results provide elements for an urban environmental policy.

Keywords: Environmental quality; Pollution; Soil use; Urban development

INTRODUCCIÓN

La vegetación juega un papel importante en las regulaciones ecológicas de los impactos derivados por la dinámica social y económica en los sistemas urbanos. Un problema típico es la contaminación del aire, considerada un sistema complejo por su composición física y química en donde sus constituyentes cambian por factores como la estación del año, actividad industrial, cambios en el tránsito y en los vientos predominantes, entre otros (Yassi et al., 2002). Esta problemática ha alcanzado niveles que deben ser estudiados, ya que alteran los sistemas de vida en las ciudades, como es el caso de las partículas suspendidas en la atmósfera que incluye el polvo, material carbonoso y organismos u estructuras de ellos (González et al., 1999). El polvo ha sido considerado un contaminante específico generado a partir de procesos industriales, así como de canteras, erosión del suelo y por las emisiones de vehículos automotores. Las partículas atmosféricas urbanas consisten en partículas sólidas o gotas de líquido que van de 0,005 a 500 micrómetros (Smith& Staskawlcz, 1977). Estas partículas no son sumamente perjudiciales en la vegetación pero pueden inhibir o reducir la función estomática y afectar la fotosíntesis, siendo más dañinos sus efectos en períodos secos (Appleton & Kocí, 2000). Los árboles contribuyen a remover partículas absorbiéndolas o reteniéndolas sobre la superficie (Nowak et al., 2006). El poder de retención del polvo por las hojas presenta variaciones con la especie y con las características morfo-anatómicas de la hoja, como es el caso de la superficie expuesta y grado de pilosidad (Dalmasso et al., 1997). Gradualmente se ha puesto mayorénfasis en investigar el papel de la vegetación como medida de mitigación de la contaminación del aire en las ciudades, así como su uso como especies indicadoras (Nowak et al., 2006). Los árboles que son particularmente sensitivos pueden ser usados como indicadores de prevención con niveles altos de contaminación (Shubert, 1979). Algunas especies que han sido estudiadas en la retención de material particulado y que han sido identificadas tolerantes son Ulmus procera, Platanus occidentalis, Junglas nigra, Eucalyptus globolus, Tilia europea, Abies alba y Larix decidua (Nowak, 2000). En la ciudad de Chihuahua, las características desérticas y climatológicas son propicias para incrementar las concentraciones de partículas suspendidas (Campos, 2006). De esta manera se hace necesario buscar alternativas que permitan conocer en espacio y tiempo la calidad ambiental de las áreas urbanas usando organismos indicadores como es la vegetación. El objetivo de este estudio fue determinar la capacidad de retención de material particulado sedimentable (MPS) de las especies arbóreas con mayor densidad y distribución urbana, asociadas a factores como el uso de suelo y la temporada. Con los resultados se aportan elementos que pueden ser considerados para las políticas de planeación urbana sustentable y para el uso de especies arbóreas como indicadoras de las estrategias en la mitigación de la contaminación ambiental.

MATERIAL Y MÉTODO

El área de estudio se localiza en la zona urbana del Municipio de Chihuahua (28º38´N- 106º 04´W) (INEGI, 2007). La ciudad fue dividida en cinco sitios de muestreo conforme a los usos de suelo dominantes: comercial y servicio, industria mixta, industria pesada, residencial media-alta y residencial popular (SEDESOL y Gobierno del Estado de Chihuahua, 2001; Subdirección de Catastro, 2004; Chen et al., 2005) (Figura 1). Se tomaron 60 a 100g de material foliar de 225 árboles, seleccionando ramas encontradas entre 1,60 a 3m de altura de cinco especies arbóreas con mayor representatividad urbana: Lila (Melia azedarach), Fresno (Fraxinus spp.), Moro (Morus spp.), Sicomoro (Platanus occidentalis.) y de hoja perenne el Ciprés (Cupressus arizonica) (Brockman, 1978; Petrides y Petrides, 1998; Coobes, 2003). Se consideró que los árboles estuvieran ubicados en la alineación o área perimetral de la cuadra y colindante a una calle o avenida principal. Las muestras fueron tomadas de tres individuos de cada especie por sitio durante las temporadas de otoño de 2006, primavera y verano 2007. Se incluyeron muestras de cinco árboles testigo ubicados fuera del área urbana como referencia comparativa. En la determinación de la cantidad de MPS se consideró el método empleado por Dalmasso et al. (1997). Se reportan los promedios de la concentración de MPS por sitio en g/kg de materia seca. Asimismo, fue diseñado un Modelo con Proc GLM de SAS (α=0.05) determinando las medias de los cuadrados mínimos, probando las interacciones entre los factores sitio, especie, temporada con respecto a las concentraciones de MPS. Adicionalmente, para estimar la retención total acumulada de MPS (g/kg de materia seca) en cada uno de los usos de suelo fue estimada la densidad de arbolado en la ciudad considerando tres cuadras por cada sitio de muestreo. Los datos obtenidos se refieren a la superficie construida en m_², densidad total y por especie por cuadra, relación m² de superficie construida por árbol y la superficie foliar de cada especie.

Figura 1. Localización de los sitios de muestreo basada en el Plano General de la ciudad de Chihuahua (Subdirección de Catastro, 2004)
Figure 1. Sampling sites location based on the Chihuahua city general plan (Subdirección de Catastro, 2004)

RESULTADOS

En el sitio 1, zona de comercio y servicios, el sicomoro presentó el valor más alto de concentración de polvo en la temporada de otoño con 0,069 g/kg de materia seca (Figura 2). En el sitio 2, zona de la industria pesada, el ciprés retuvo la mayor cantidad durante la temporada de primavera con 0,471 g/kg de materia seca (Figura 3). En la Figura 4 se muestra que en el sitio 3, el moro obtuvo 0,092 g/kg de materia seca (MS), siendo la especie con mayor retención en primavera. Asimismo, en el sitio 4, el ciprés retuvo 0,086 g/kg de materia seca (Figura 5) y en el sitio 5 esta misma especie mantuvo el valor más alto con 0,291 g/kg de materia seca (Figura 6). Al analizar la relación entre los factores especie, sitio y temporada, según la retención de MPS, las interacciones significativas fueron entre los factores especie y temporada (P<0,0008) y especie-sitio (P<0,0333). En la Figura 7 se muestra que entre especie y temporada, el ciprés presentó las concentraciones más altas durante la temporada de primavera (0,080 g/kg MS) y verano (0,027 g/kg MS). Sin embargo, el sicomoro presentó el valor más alto en la temporada de otoño (0,049 g/kg MS). En la Figura 8 se muestran los resultados de la interacción especie y sitio donde las especies que más concentraron polvo fueron el ciprés y el sicomoro. En el caso del ciprés, presentó los valores más altos en la zona de comercio y servicios (0,029 g/kg MS), industria pesada (0,094 g/kg MS), residencial media-alta (0,024 g/kg MS) así como la residencial popular (0,067 g/kg MS), mientras que el sicomoro resultó ser el más alto en la zona de la industria mixta (0,050 g/kg MS). Las especies que concentraron menor cantidad en todos los sitios fueron la Lila y el Fresno.

Figura 2. Concentración de material particulado sedimentable en el sitio 1 correspondiente a la zona de comercio y servicios
Figure 2. Particulate matter concentration on the site 1 corresponding to the area of trade and services

Figura 3. Concentración de material particulado sedimentable en el sitio 2 correspondiente a la zona de industria pesada
Figure 3. Particulate matter concentration on the site 2 corresponding to the area of heavy industry

Figura 4. Concentración de material particulado sedimentable en el sitio 3 correspondiente a la zona de industria mixta
Figure 4. Particulate matter concentration on the site 3 corresponding to the area of industry mixed

Figura 5. Concentración de material particulado sedimentable en el sitio 4 correspondiente a la zona residencial clase media-alta
Figure 5. Particulate matter concentration on the site 4 for the middle-high class residential area

Figura 6. Concentración de material particulado sediemntable en el sitio 5 correspondiente a la zona residencial clase popular
Figure 6. Particulate matter concentration on the site 5 for the low class residential area

Figura 7. Concentración de material particulado sedimentable resultante de la interacción Especie-Temporada (P<0,0008)
Figure 7. Particulate matter concentration resulting from the interaction Speciesseason (P <0,0008)

Figura 8. Concentración de material particulado sedimentable resultante de la interacción Especie-Sitio (P<0,0333)
Figure 8. Particulate matter concentration resulting from the interaction Species- Site (P <0,0333)

DISCUSIÓN

Se considera que las características de cada especie evaluada permiten tener diferencias en la capacidad de retención de MPS, al demostrarse su relación con la temporada y el sitio. Esto coincide con Beckett et al. (2000) al señalar que la fisiología y micro-estructura de algunas especies de árboles son adecuadas para la intercepción y captura de partículas contaminantes. A su vez comprueba que las plantas son importantes trampas de partículas que se han relacionado con elementos radiactivos, oligoelementos, polen, esporas, sal, precipitación, polvo y partículas no especificadas (Smith y Staskawlcz, 1977). No obstante, las características de infraestructura urbana presente en la zona de comercio y servicio, industria mixta y pesada, así como en la residencial pueden ser condiciones que influyen en la emisión y movimiento de partículas, como es el caso de los vehículos automotores, instalaciones industriales y calles sin pavimentar. En estas tres zonas se presentaron los valores más altos de concentraciones de polvo. Beckett et al. (2000) mostraron que la relación entre la especie y el sitio son factores significantes en la retención de partículas. En el caso del efecto temporada, los árboles también pueden influir en las condiciones atmosféricas locales que favorecen la captura de las partículas. Yassi et al. (2002) consideraron que al ser la contaminación del aire un sistema complejo por su composición física y química, sus constituyentes cambian por factores como la estación del año, la actividad industrial, los cambios en el tránsito y los vientos predominantes, entre otros. En la relación temporada-especie, es posible que las condiciones atmosféricas que prevalecen durante la temporada otoño y la emisión de contaminantes puedan ser condiciones que influyan para que sean las temporadas más altas en la retención de partículas por los árboles. El grado de filtración depende de la posición de los árboles en relación a un objeto protegido, a la clase y concentración de contaminantes, a la estructura de los árboles, condiciones meteorológicas y de la topografía (Granados y Mendoza, 2002). Campos et al. (2000) encontraron diferencias en cuanto a la cantidad de partículas evaluadas en la atmósfera en las temporadas de otoño-invierno y las de primavera- verano, siendo las concentraciones en la primera ligeramente mayores que en la segunda temporada. Los resultados sugieren que hay diferencias en las especies en cuanto a la eficiencia de la captura de partículas (Beckett et al., 2000). Al hacer comparativos con los valores de los árboles testigo, el ciprés retuvo 0,002 g/kg de materia seca y el sicomoro 0,003 g/kg de materia seca, valores que son menores a los encontrados en estas mismas especies dentro del área urbana, lo cual debe estar influenciada por la cantidad de emisiones y el movimiendo de partículas que se depositan en las diferentes especies. Adicionalmente, con los valores promedio obtenidos en las tres temporadas (otoño, primavera y verano) fueron estimadas las concentraciones de polvo por especie con la posible aportación de cada una en la mitigación de la contaminación atmosférica. En el caso del fresno con una cobertura foliar de 72,34m², se puede retener 0,520g de polvo atmosférico. Para el sicomoro, con una cobertura de 211,13m² , puede retener 4,316g de polvo atmosférico. En la estimación de la lila, con una cobertura de 19,49m² se considera una retención de 0,1547g de polvo atmosférico. De la misma manera, un árbol de moro con una cobertura de 91,03m² podría retener 0,190g de polvo atmosférico y un ciprés con una cobertura de 83,19m² su capacidad de retención sería de 6,28g. Tomando de referencia estos valores de cobertura, por cada una de las especies, en la Tabla 1 se muestra la estimación de la retención total acumulada de MPS conforme a la densidad de arbolado y superficie foliar de las cinco especies de acuerdo a los usos de suelo.

Tabla 1. Estimación de la densidad arbórea y retención de material particulado sedimentable conforme a los usos de suelo (g/kg de materia seca)
Table 1. Tree density estimation and retention of particulate matter under different types of land uses (g/kg dry matter)

De acuerdo a la capacidad de retención total de las cinco especies, según el uso de suelo correspondiente a la Industria mixta se pueden retener 63.407g de polvo atmosférico/ Kg MS. Nowak et al. (2006) señalan que la remoción de contaminantes por la vegetación varía en cada ciudad; sin embargo, la cantidad removida de diversos contaminantes atmosféricos en 55 ciudades fue de 711,300 toneladas. Asimismo, Dalmasso et al. (1997) demostraron que Acacia caven, Geoffroea decorticans y Prosopis nigra tienen mayor capacidad de retención de polvo atmosférico en un ambiente de cementera. Esto nos puede estar indicando la capacidad y contribución de las especies en la mitigación de la contaminación ambiental. Lo anterior trae consigo la necesidad de poner énfasis en conocer la cobertura arbórea dentro de la ciudad, tomando en cuenta el beneficio por especie y la capacidad total en la retención de material particulado. La superficie de la vegetación tiene una considerable capacidad de retención de partículas de la atmósfera teniendo una alta correlación entre la superficie y el volumen, no obstante trae consigo una evolución de la eficiencia en las funciones fisiológicas de la fotosíntesis y la transpiración (Smith and Staskawlcz, 1977). Esto puede interpretarse en el potencial que puede tener en la ciudad de Chihuahua el uso de especies y la aportación que tiene cada una en la capacidad de retención de polvo atmosférico, bajo las condiciones secas donde existe el arrastre de polvo y gases producto de la combustión, trayendo beneficios a la salud pública e incluso al gasto en la mitigación de la contaminación atmosférica. Las comunidades urbanas son más grandes y su crecimiento más rápido, implicando que la planeación y administración de los recursos naturales como es la vegetación, son puntos cruciales para ¹ la sostenibilidad urbana y la calidad de vida (Kane, 2005). La Organización Mundial de la Salud (OMS), recomienda que las urbes dispongan, como mínimo, de entre 10 y 15 m² de área verde por habitante, distribuidos equitativamente en relación a la densidad de población y, por tanto, de la edificación (Consumer, 2002). No obstante existe la necesidad de estudiar los beneficios que puede tener la cobertura arbórea dentro del área urbana, cumpliendo o no este criterio de la OMS. Surge así la necesidad de considerar el desarrollo de nuevos estudios sobre la eficiencia del uso de la vegetación urbana y su contribución en la mitigación de problemas ambientales.

CONCLUSIONES

Las especies evaluadas demuestran una opción para ser utilizadas en la retención de polvo atmosférico. Las especies más adecuadas para ser indicadoras son el ciprés y el sicomoro, sin embargo hay que considerar sus variaciones en cuanto al tiempo y el sitio. La mayor retención de MPS se presentó en los sitios correspondientes a la Industria Pesada, Industria Mixta y Residencial Popular. En el caso de la planeación urbana, debe tenerse en cuenta que el uso de especies arbóreas puede contribuir a mitigar la problemática ambiental y por lo tanto, las políticas urbanas deben favorecer el uso de las diferentes especies considerando la capacidad de soporte que representan.

AGRADECIMIENTOS

Al programa de apoyo de Fondos Mixtos CONACYT-Gobierno del Estado de Chihuahua.

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Recibido: 07/2008
Aceptado: 10/2008