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1. Introducción
La contaminación atmosférica es un problema que impacta fuertemente a la población mundial, generando aproximadamente 7 millones de muertes prematuras cada año (WHO, 2018); y en Colombia, alrededor de 10.527 muertes (DNP, 2017) y 13,000 hospitalizaciones por año (Sánchez, et al. 2012). De hecho, la contaminación atmosférica está catalogada como uno de los mayores riesgos de salud ambiental individual en el mundo (WHO, 2018).
El material particulado -MP- suspendido en el aire es uno de los contaminantes atmosféricos más sobresalientes en zonas urbanas. En estos lugares, el MP surge en su mayoría por actividades antrópicas e.g., combustión incompleta de energías fósiles, aerosoles, procesos industriales, quema de materiales, bosques y pastizales (Anderson, et al. 2012; WHO, 2018). Las partículas pueden variar de tamaños entre 0.2 μm y 10 μm; a menor tamaño, el riesgo en la salud humana aumenta, provocando enfermedades respiratorias, dificultades cardiovasculares, mortalidad prematura, padecimientos cerebrovasculares, entre otros (Anderson, et al. 2012; Sánchez, et al. 2012; WHO, 2018).
En el Valle de Aburrá, Colombia, se ha presentado entre 2011 y 2017, elevados índices de MP10 y MP2 5 que sobrepasan los límites establecidos por la Norma Colombiana de Calidad del Aire y por la Organización Mundial de la Salud -OMS- (Bedoya y Martínez, 2008; IDEAM, 2017; Informe calidad de vida de Medellín, 2017; Posada, et al. 2017).
La plantación de árboles y arbustos ha sido reportada en diferentes estudios como una estrategia para controlar el MP ya liberado al ambiente (Yin, et al. 2011; Nowak, et al. 2013;). De hecho, la reforestación urbana es una de las estrategias utilizadas en el mundo para contrarrestar el MP (Escobedo, et al. 2008; Andersson-Sköld, et al. 2015), y mejorar la calidad del aire, de manera indirecta y directa.
De manera indirecta, los árboles ayudan al mejoramiento de la calidad del aire al regular la temperatura en la ciudad por el efecto de sombra y por la evapotranspiración, fenómeno que genera disminución de las reacciones fotoquímicas secundarias (Nowak y Heisler, 2010; Churkina, et al. 2015). Por otro lado, al ser una barrera de calor, reduce el uso de energía empleada para disminuir la temperatura en lugares cerrados e.g., aire acondicionado, ventilador (Nowak y Heisler, 2010; Escobedo, et al. 2011). En tres ciudades de Estados Unidos (i.e. Baton Rouge, Sacramento y Salt Lake City), se estimó que plantar un promedio de cuatro árboles de sombra por vivienda, reduce anualmente 16,000 t, 41,000 t y 9,000 t, respectivamente, emisiones de carbono producidas en las centrales eléctricas (Akbari, 2002).
De manera directa, los árboles disminuyen el MP suspendido en el aire por medio de la deposición de este en la superficie del tallo, las ramas y las hojas, o bien, incorporando las partículas de menor tamaño a través de los estomas (Grote, et al. 2016; Song, et al. 2015; Janhall, 2015; Saebo, et al. 2012). Sin embargo, no todas las especies tienen igual capacidad para depositar el MP. Esto depende de ciertos rasgos funcionales específicos que afectan su captura, los cuales son: área foliar, tipo de hoja, forma de crecimiento, permanencia del follaje, densidad del follaje, textura del haz foliar y forma del foliolo (Grote, et al. 2016; Weerakkody, et al. 2018; Mo, et al. 2015; Saebo, et al. 2012; Ottelé, et al. 2010; Yang, et al. 2015, Song, et al. 2015). La manera directa se ha investigado en trabajos como Janhall, (2015); Saebo, et al. (2012), Chen, et al. (2016) y Ottelé, et al. (2010), que han demostrado las diferencias que tiene la vegetación para depositar el MP.
Teniendo en cuenta la situación de contaminación actual del Valle de Aburrá y los planes de arborización urbana propuestos, como el Pacto por Aire (Colombia. Procuraduría General de la Nación, 2017), se hace necesario el desarrollo de estudios que permitan identificar las especies más apropiadas para controlar el MP. Generalmente, la selección de las especies para el diseño paisajístico de los proyectos y la ornamentación de las ciudades se realiza con base en la disponibilidad del material vegetal en los sitios de producción o se utilizan criterios principalmente estéticos. Esto limita la optimización de los servicios ecosistémicos que brinda la vegetación urbana como, por ejemplo, el mejoramiento de la calidad del aire.
El presente trabajo presenta una clasificación de las 100 especies de árboles, arbustos y palmas más comunes en el Valle de Aburrá que, a partir de sus rasgos funcionales, controlen de manera óptima el MP suspendido en el aire. Se pretende saber si el arbolado del Valle de Aburrá está en línea con el propósito de mejorar la calidad del aire; asimismo, se espera que sus resultados aporten información útil para futuros programas de arborización urbana en el Valle de Aburrá que tengan como objetivo mejorar la calidad del aire.
2. Metodología
2.1 Descripción del sitio de estudio
El Valle de Aburrá es una depresión alargada ubicada en el extremo norte de la cordillera Central de los Andes Colombianos (Restrepo-Moreno, et al. 2009), se extiende de norte a sur con unos 30 km de longitud y con un ensanchamiento máximo de 7 km (Hermelin, 2007). En este, se ubica la capital del departamento de Antioquia, Medellín y otros 9 municipios i.e. Barbosa, Girardota, Copacabana, Bello, Itagüí, Envigado, Sabaneta, La Estrella y Caldas. Su población es 3'866,000 habitantes aproximadamente (Cámara de Comercio de Medellín para Antioquia, 2017). La precipitación fluctúa entre 1400 mm/año en la parte central y 2800 mm/año en la parte norte. La temperatura promedio anual fluctúa entre 20 °C y 24 °C en las partes bajas del Valle (Universidad Nacional de Colombia, Área Metropolitana del Valle de Aburrá, Cornare, y Corantioquia, 2007).
2.2. Selección de especies vegetales
La selección de las especies se realizó con base en la información registrada en el Plan Maestro de Espacios Públicos Verdes Urbanos de la región metropolitana del Valle de la Aburrá (AMVA, 2006). Se eligieron las 100 especies de árboles, arbustos y palmas más recurrentes en el Valle de la Aburrá, es decir, las especies con mayor número de individuos presente.
2.3. Selección de rasgos funcionales
Los rasgos funcionales se seleccionaron con base en lo propuesto por Nowak, (2008) Yang, et al. (2015) y Weerakkody, et al. (2018). Los rasgos están descritos en la Tabla 1. Además de estos, se recolectó la siguiente información por especie: nombre común, familia, diámetro a la altura del pecho (DAP) (m) y origen (nativa o introducida).
2.4. Consulta de los rasgos funcionales
Para cada especie se realizó una búsqueda de información especializada de los rasgos funcionales seleccionados. Esta se hizo en bases de datos virtuales, información digital de herbarios y jardines botánicos, artículos de descripción de especie, libros físicos y electrónicos.
Para aquellas especies que no tenían sus rasgos reportados en la literatura científica, se realizaron salidas de campo en el Valle de Aburrá y visitas al Herbario del Jardín Botánico Joaquín Antonio Uri-be de Medellín, con el fin de determinar los atributos de los rasgos.
2.5. Clasificación
La valoración de cada variable se realizó siguiendo los criterios presentados por Yang, et al. (2015). Cada variable fue evaluada como se indica en la Tabla 1. Para determinar la clasificación final por especie se utilizó un método aditivo de todas las variables.
TABLA 1 RASGOS FUNCIONALES Y SUS ATRIBUTOS DE CLASIFICACIÓN DE LAS ESPECIES PARA LA REMOCION DEL MP.
| Variable | 1 | 2 | 3 |
|---|---|---|---|
| Hábito de crecimiento | Palma | Arbusto | Árbol |
| Altura máxima (m) | Menor a 10 | Entre los 10 y 20 | Mayor a 20 |
| Tasa de crecimiento | Lenta | Media | Rápida |
| Densidad del follaje | Baja | Media | Alta |
| Permanencia del follaje | Caducifolia | Semicaducifolia | Perennifolia |
| Composición foliar | Simple | Compuesta | Bipinnadas |
| Longitud foliar (cm) | Mayor a 20 cm | Entre 5 cm y 20 cm | Menor o igual a 5 cm |
| Forma foliar | Elíptica | Lineal | Palmeado lobulada |
| Superficial foliar | Glabra, lisa, suave, brillante | Ligeramente pubescente, áspera, glabra membranosa, polvorienta, coriácea. | Pubescente, membranosa, tomentosa, pubescencia rígida. |
Es importante tener en cuenta que esta clasificación y análisis se realizó bajo el supuesto de que todos los ejemplares están en su estado adulto. La capacidad para depositar MP puede cambiar en los estados juveniles de las plantas.
3. Resultados
La Tabla 2 muestra la clasificación de las 100 especies seleccionadas según su capacidad para controlar el MP y la abundancia relativa en el valle. Estas especies pertenecen a un total de 33 familias diferentes, siendo la Fabaceae la familia con el mayor número de especies diferentes. El 40% de las especies son nativas de Colombia.
4. Discusión
La clasificación que obtuvieron las coniferas para capturar MP en este estudio (Cupressus lusita-nica, Araucaria heterophylla, Pinus patula, Retrophyllum rospigliosii y Platycladus orientalis) (Tabla 2) coincide con los resultados experimentales de Chen, et al. 2016 y Saebo, et al. 2012, con la modelación de Saunders, 2015 y Nowak y Heisler, 2010; y con la clasificación realizada por Yang, et al. 2015. Sus características de complejidad foliar, densidad foliar, cobertura de cera y su alto índice de área foliar (Saunders, 2015), no solo hacen que las partículas interactúen con mayor facilidad con la superficie de las hojas, creando mayor efecto de borde (Weerakkody, et al. 2018; Janhall, 2015), sino también, evita la liberación de MP durante eventos de lluvia (Chen, et al. 2016).
Hay ciertas precauciones que se deben considerar con la plantación de coníferas, en particular el ciprés, a pesar de tener una buena valoración, posee ciertas desventajas para su siembra masiva en las ciudades. Esta especie produce compuestos alelopáticos que inhiben el crecimiento de especies cercanas (Barquero-Salgado, et al. 2014). Otro punto que debe tenerse en cuenta es el riesgo alergénico que representa este género, por cuanto puede producir alto niveles de polen, con más de 1100 x 106 granos por individuo. (Cariñanos y Casares-Porcel, 2011).
El pino colombiano -Retrophyllum rospigliosii-ubicado entre los 10 primeros que mejor depositan MP y entre las especies menos recurrentes en el Valle de Aburrá (Tabla 2), está reportado por la IUCN como especie en estado vulnerable. R. rospigliosii no se ha utilizado en estudios que evalúen su función para mejorar la calidad del aire, por lo tanto, es la primera vez que es mencionado en un estudio de estos y que, además, muestra unas buenas características morfológicas para depositar el MP. Esta especie, que es endémica de los andes colombianos (Earle, 2017), presenta otros servicios ecosistémicos de interés como regulación hídrica y refugio para aves. Considerando que es una especie de conífera, poco se sabe acerca de los efectos deseados y no deseados que puede generar en una ciudad, por lo que es necesario incrementar estudios sobre sus servicios ecosistémicos y adaptación a las condiciones urbanas.
Entre las 100 especies clasificadas, las más recurrentes son los arbustos y palmas que no cumplen con los rasgos funcionales que favorecen la deposición del MP (Dypsis lutensis está en primer lugar). De esto puede inferirse que, en años pasados la selección de especies en el Valle de Aburrá pudo realizarse principalmente con base en sus características ornamentales o en la disponibilidad en los viveros. Aun bajo este criterio, hay especies recurrentes en el valle que están entre las 10 primeras que mejor depositan el MP (e.g., Ficus benjamina, Leucaena leucocephala y Mangifera indica). Las coniferas no estuvieron entre las 10 especies más frecuentes; sin embargo, solo Cupressus lusitanica, Platycladus orientalis y Araucaria heterophylla estuvieron antes de las 50 especies más comunes.
Es interesante que Ficus benjamina tenga una alta presencia en Medellín y sea el tercero en la clasificación para capturar de MP. Siendo un árbol exótico, se ha adaptado bien a las condiciones urbanas de Medellín; además, esta especie se ha empleado para monitorear la contaminación de metales pesados en el aire por medio de la deposición en sus hojas (Guzmán-Morales, et al. 2011). En los resultados de Yang, et al. 2015, F. benjamina, se encuentra entre las 100 especies más frecuentes, obtuvo el puesto número 38 en capacidad para depositar MP. Una explicación para ello es que, en el estudio de Yang, et al. 2015, se utilizó un mayor número de especies y familias taxonómicas a las utilizadas en este trabajo. Por otra parte, en el estudio presente se contemplaron otras variables no incluidas en Yang, et al. 2015, i.e., forma mínima del foliolo.
Solo dos especies de palmas mostraron ser relevantes para la captura del MP; La especie Washingtonia robusta en el lugar 15, seguido por Archontophoenix cunninghamiana en el puesto 17. Estos resultados no concuerdan con los obtenidos en Yang, et al. 2015 en donde incluye una palma del género Phoenix que, según la clasificación, no fue relevante para la remoción de MP. Los rasgos foliares de estas palmas, con alto índice de área foliar y texturas en la superficie de sus hojas favorecen la deposición de MP; aun así, la relación entre los rasgos funcionales de las palmas y la deposición de MP ha sido poco estudiado, por lo que es indispensable realizar más investigaciones en este tema. A pesar de la poca claridad sobre su aporte para mejorar la calidad del aire son utilizadas frecuentemente en planes de reforestación urbana por sus características ornamentales. Esta clasificación muestra que las palmas aportan una alta área foliar importante que no debe ser ignorada además de otros rasgos de alta relevancia para depositar el MP.
Debe señalarse que esta investigación presenta ciertas limitaciones. En primer lugar, no incluyó las tasas de producción de compuestos orgánicos volátiles biogénicos -BVOC- y la producción de polen alergénico de las especies (datos importantes que influye negativamente la calidad del aire), debido a que tal información es difícil de colectar y no es posible extrapolar estos datos dentro de un mismo género por la diferencia notable entre las especies (Karl, et al. 2009). Es clara la necesidad de colaboración de más investigadores en este tema. En segundo lugar, al trabajar con apenas 100 especies del Valle de Aburrá, se dejaron por fuera especies que posiblemente cumplan con mejores condiciones para depositar el MP. Por último, el método por el cual se clasificaron estas especies tiene limitaciones (Paruolo, et al. 2013). Los juicios de importancia de las variables en este artículo se hicieron con base en estudios anteriores ya mencionados y en las condiciones y necesidades específicas del Valle de Aburrá. Esto implica que la importancia de las variables puede cambiar según las necesidades y servicios ecosistémicos necesitados; por consiguiente, la valoración final de una especie se puede modificar.
Teniendo en cuenta que es imposible separar unos servicios ecosistémicos de otros, y las siguientes características del valle: alta biodiversidad, propósito de ser corredor verde, y alta polución; en este trabajo se recomienda las especies de la Tabla 2. que se encuentran por encima del promedio (17.8) como aquellas que mejor remueven el MP del aire. Para esta selección no hubo una preferencia por especies endémicas debido a que no es el objetivo de este trabajo.
Para terminar, los árboles, arbustos y palmas son solo unos de los componentes de los planes de reforestación urbana. Las herbáceas, las plantas trepadoras, heliconias y entre muchos otros grupos polifiléticos, contribuyen a la captura, deposición y control del MP y otras toxinas atmosféricas. Por ejemplo, solo los árboles y arbustos remueven anualmente 214,900 toneladas de MP10 (Nowak, et al. 2006); de igual modo, 1 ha de techos verdes puede remover 85 kg de contaminantes por año y 19,8 ha de techos verdes puede remover un total de 1675 kg de contaminantes atmosféricos por año (i. e. O3 (52%), NO2 (27%), PM10 (14%) y SO2 (7%) (Yang, et al. 2008). Esto refleja la importancia de las zonas verdes dentro de las ciudades para mejorar la calidad del aire y, por tanto, la calidad de vida (Andersson-Sköld, et al. 2015).
5. Conclusiones
Esta primera clasificación realizada para el Valle de Aburrá muestra que los árboles con características ornamentales son los que tienen mayor número de individuos presentes. Se recomienda a los planes de reforestación urbana, enfocados a mejorar la calidad del aire, aumenten el número de individuos de especies que presenten los rasgos funcionales expuestos en este trabajo, sin dejar de lado las características necesarias para sobrevivir en las ciudades, y sin recurrir a los monocultivos, pues con este estudio se apoya la conveniencia de abrirse a múltiples posibilidades para crear ecosistemas urbanos diversos. Además de esto, las buenas prácticas silviculturales y el diseño de siembra son esenciales para evitar efectos negativos a los deseados (Andersson-Sköld, et al. 2015; Janhall, 2015).
Se aclara que el presente trabajo sirve como una guía para otras ciudades; cualquier entidad que quisiera utilizar estos datos debe saber que cada espacio geográfico y servicio ecosistémico cambia notablemente los resultados. Por lo tanto, la consideración de las variables debe analizarse y adaptarse según la necesidad. En clasificaciones futuras se sugiere añadir más especies que se encuentren en el Valle de Aburrá y otras variables relacionadas con la producción de BVOC, polen alergénico, longevidad, grosor foliar, tolerancia a suelos pobres e información de rasgos funcionales de las palmas.
Por último, hay un sinfín de información física sobre medidas de rasgos funcionales en plantas arbóreas que debe ser digitalizada para facilitar su acceso a investigadores, y de esta manera contribuir a la eficacia de futuros análisis computacionales, clasificaciones y modelación de captura de contaminantes atmosféricos.
