D. J. Nowak y E. G. McPherson
El presente artículo la metodología y los resultados iniciales de un proyecto de investigación de silvicultura urbana realizado en Chicago, Illinois, EE.UU. Analiza las funciones interrelacionadas del ecosistema forestal urbano que se están estudiando en la actualidad - modificación del clima, conservación de la energía, calidad del aire y eliminación del dióxido de carbono - y examina las implicaciones a nivel de costos y beneficios de la vegetación urbana.
David J. Nowak y E. Gregory McPherson son investigadores forestales del Servicio Forestal del Departamento de Agricultura de los Estados Unidos, destinados en la Estación Forestal Experimental del Nordeste, Chicago.
Figura 1. Porcentaje de la cubierta arbórea por sectores en Chicago
El «Chicago Urban Forest Climate Project CUFCP» (Proyecto sobre el clima en los bosques urbanos de Chicago) se inició para estudiar la influencia de la vegetación de las zonas urbanas en el clima local, en el consumo de energía y en la calidad del aire. El proyecto, que se halla en su etapa intermedia después de un exhaustivo acopio de datos durante el verano de 1992, es un proyecto de investigación plurianual que continuará hasta finales de 1993. La iniciativa del proyecto correspondió al alcalde de Chicago, Richard M. Daley, quien en 1990 expresó el deseo de que se llevara a cabo una investigación sobre silvicultura urbana en apoyo a su plan para aumentar las zonas verdes de Chicago, denominado «Greenstreets». Se elaboró un plan de investigación y el Congreso asignó 900 000 dólares al Servicio Forestal del Departamento de Agricultura (USDA) para la ejecución del proyecto. Actualmente, dos científicos y cinco técnicos trabajan en el proyecto en Chicago, y otros 11 técnicos participaron en el trabajo de acopio de datos realizado en 1992.
Los objetivos del proyecto son: cuantificar y expresar en términos monetarios muchos de los beneficios y costos ambientales del ecosistema forestal urbano de Chicago; generar modelos alternativos de gestión para fomentar los beneficios ambientales de los arbolados urbanos; y elaborar métodos y modelos transferibles a otras ciudades. Los resultados y recomendaciones del proyecto se comunicarán en diferentes publicaciones científicas, de divulgación e informes, dirigidos a la ciudad de Chicago y a los alrededores. Esa información servirá para que los técnicos forestales urbanos, las asociaciones de propietarios, las empresas de servicios públicos y los planificadores adopten con mayor conocimiento de causa sus decisiones sobre la configuración de la vegetación urbana en el futuro.
Cuanto más árboles hay, mayor es su influencia relativa sobre el medio ambiente de una ciudad. Uno de los análisis más rentables de la estructura forestal urbana es el de la cubierta arbórea (porcentaje de superficie ocupada por las copas de los árboles vistas desde el aire). El análisis de la cubierta arbórea de la zona en que se desarrolla el proyecto (la ciudad de Chicago, el resto del condado de Cook y el condado adyacente, Du Page), realizado mediante el muestreo de cuadrícula de zonas tomadas al azar en fotografías aéreas, reveló que ésta era del 19 por ciento. En la ciudad de Chicago solamente la cubierta arbórea total es de sólo el 11 por ciento (véase el Cuadro), pero varía enormemente de un lugar a otro, y mientras en algunas zonas es sólo del 1 por ciento, en otras alcanza el 37 por ciento (Figura 1). Las zonas de Chicago donde la cubierta es más extensa son las reservas forestales (54 por ciento), los parques (26 por ciento) y las tierras despobladas (20 por ciento), mientras que es menor en las vías de comunicación (2 por ciento) y en la zona comercial/industrial (3 por ciento) (McPherson et al.. 1992).
CUADRO. Distribución de la cubierta del suelo, espacio disponible para el crecimiento y cubierta de copas en la zona Proyecto (%)
|
Región |
Arboles |
Prados 1 |
Edificios |
Pavimentos |
Agua |
EDC 2 |
NCC 3 |
|
Ciudad de Chicago |
11.1 |
26.9 |
27.4 |
32.4 |
2.2 |
38.0 |
29.2 |
|
Condado de Cook 4 |
22.5 |
44.7 |
12.6 |
18.2 |
1.9 |
67.2 |
33.5 |
|
Condado de Du Page |
18.6 |
56.0 |
9.4 |
13.9 |
2.1 |
74.6 |
24.9 |
|
Total de la zona |
19.4 |
44.4 |
14.5 |
19.7 |
2.0 |
63.8 |
30.4 |
1
Porcentaje de la superficie ocupada por prados y tierra disponible.
2 Espacio disponible para el crecimiento (porcentaje de cubierta de arboles y prados)
3 Nivel de cubierta de copas (porcentaje del espacio disponible para el crecimiento ocupado por arboles)
4 Condado de Cook, excluida Chicago
Fuente: McPherson et al., 1992
Son varios los factores que determinan la extensión de la cubierta arbórea urbana total, entre ellos la ecorregión (es decir, el medio natural en que está situada la ciudad) y la antigüedad y extensión de la ciudad. Por ejemplo, los estudios preliminares indican que en las ciudades de las zonas boscosas del este de los Estados Unidos la cubierta arbórea es el 30 por ciento, en las de zonas boscosas del oeste, el 26 por ciento, en las zonas centrales cubiertas por praderas o bosques, el 22 por ciento y en las del oeste, donde predominaban originalmente los arbustos, las praderas o el desierto, el 17 por ciento. Se estima que en el conjunto de los Estados Unidos la cubierta arbórea de las zonas urbanas es del 27 por ciento.
Además de la cubierta arbórea, hay otros aspectos importantes para cuantificar la estructura forestal urbana, como la composición de especies, la distribución del diámetro y de la altura de los árboles, la biomasa y la superficie foliar. Sin embargo, es muy poco lo que se conoce acerca de ellos. La mayor parte del trabajo forestal urbano se ha realizado sobre las poblaciones de árboles plantados en las calles que en muchos casos constituyen tan sólo un pequeño porcentaje del conjunto de la vegetación leñosa de las zonas urbanas. La investigación ha permitido cuantificar la composición de especies y otros rasgos estructurales de distintos bosques urbanos en todo el mundo (p. ej., Tokyo y Sendai, Japón: Iizumi, 1983; Singapur: Wee y Corlett, 1986; Reikiavik, Islandia: Svanbergsson, Sigtryggson y Andressen, 1988; Atenas, Grecia: Profous, Rowntree y Loeb, 1988; Oakland, California, Estados Unidos: Nowak, 1991; Beijing, China: Profous, 1992; Hong Kong: Jim, 1992).
Para realizar una estimación de los aspectos vegetativos y de otros parámetros físicos de toda la zona de Chicago, se seleccionaron aleatoriamente e inventariaron 615 parcelas de todos los tipos de tierras. Esta información se utilizará para cuantificar las características físicas de la vegetación, así como de carreteras, edificios y otras estructuras. Aparte de los datos procedentes de las parcelas, se recogieron al azar más de 120 000 hojas de las crestas de los árboles y de un marco de muestreo de 0,4 metros cúbicos, con el fin de analizar la superficie foliar y el peso en seco de la biomasa. Estos datos estructurales se utilizarán en la formulación de modelos funcionales (p. ej., de emisiones de hidrocarburos). Para proyectar el crecimiento de la masa arbórea urbana en el futuro, la Oficina Forestal de Chicago y las comunidades suburbanas proveyeron centenares de discos de árboles, cortados a la altura del pecho y procedentes en su mayor parte de árboles muertos o moribundos. Se están analizando también las muestras de crecimiento de los árboles sanos para comprobar si pueden aplicarse los datos de crecimiento obtenidos de los árboles enfermos.
La estructura forestal urbana afecta directamente a las funciones de la vegetación (p. ej., la transpiración y los aspectos relacionados con ella, como el descenso de la temperatura del aire, la conservación de la energía y la reducción de la contaminación del aire). El volumen, el tipo, la ubicación y la condición de la vegetación urbana influyen directamente sobre los efectos benéficos de la vegetación y sus costos.
Efectos sobre el clima
La rápida urbanización de las ciudades de Estados Unidos durante los últimos 50 años ha estado asociada al constante aumento de la temperatura en ellas (entre 0,1 y 1 °C por decenio). Dado que la demanda de electricidad en las ciudades estadounidenses aumenta entre 3 y 4 por ciento por cada °C que sube la temperatura, aproximadamente entre 3 y 8 por ciento de la demanda de electricidad utilizada para producir frío sirve para compensar ese efecto de isla de calor que se produce en las ciudades (Akbari et al., 1992). El hecho de que en las ciudades la temperatura sea más elevada que en las zonas rurales circundantes tiene otras consecuencias, entre ellas el aumento de las emisiones de dióxido de carbono (CO2) de las centrales eléctricas que consumen combustibles fósiles, el aumento de la demanda de agua, la existencia de unos niveles de ozono perjudiciales, e incomodidades y enfermedades que afectan a las personas. La tendencia cada vez más rápida hacia la urbanización en todo el mundo, especialmente en las regiones tropicales, hace necesario mitigar de forma rentable el efecto de isla de calor que se produce en las zonas urbanas. Un sistema adecuado de plantación y cuidado de árboles puede resultar más económico que otros métodos como la utilización de superficies pintadas de colores claros y la modificación de la geometría urbana - para aumentar el ahorro de energía en los edificios y mitigar el efecto de isla de calor (McPherson, 1991).
Los edificios, el pavimento y la vegetación son superficies de intercambio térmico entre la atmósfera y el suelo urbano. La estructura forestal urbana influye de manera cuantificable sobre la temperatura en diferentes lugares de la ciudad. Las temperaturas máximas registradas en los espacios verdes de las zonas edificadas pueden ser 3°C inferiores a las que existen fuera de aquellos (Salto, Ishihara y Katayama, 1991).
Los bosques de las ciudades mejoran las condiciones climáticas gracias a la sombra que proyectan, que reduce la cantidad de energía solar absorbida, almacenada e irradiada por las superficies de los edificios; a la evapotranspiración, que convierte la energía solar en energía latente, reduciendo el calor sensible que calienta el aire; y a la modificación del flujo del aire, que afecta al transporte y a la difusión de energía, vapor de agua y contaminantes.
La importancia relativa de estos efectos depende de la zona, de la desigualdad de la superficie y de la configuración de la vegetación y otros elementos del paisaje (Wilmers, 1991). En general, los efectos climáticos de los espacios verdes extensos se dejan sentir a mayor distancia (100 a 500 metros) que cuando la superficie es reducida (Honjo y Takakura, 1991). Los árboles de gran altura influyen en la desigualdad de la superficie del terreno mientras que los árboles de hoja caduca contribuyen a las diferencias estacionales en la turbulencia (Oke, 1989). La distancia entre árboles, la extensión de las copas y la distribución vertical de la superficie foliar influyen en el transporte de aire fresco y contaminantes a lo largo de las calles por advección y fuera de los pasillos urbanos a causa de la turbulencia que viene de arriba (Oke, 1989; Barlag y Kuttler, 1991). Se ha afirmado que existe una relación entre la existencia de una extensa cubierta arbórea en las zonas residenciales y los fenómenos de inversión térmica que atrapan el aire frío y los contaminantes bajo la cubierta de copas (Grant, 1991).
Los técnicos forestales urbanos de Chicago y otras ciudades tratan de obtener información que ayude a tomar decisiones acerca del tamaño, la distribución y el diseño de los espacios verdes en calles, parques y propiedades privadas. Hay datos que indican que los espacios verdes pueden tener tanto efectos deseables (p. ej., aumentar el bienestar humano por lo que respecta a la temperatura y servir de freno en caso de lluvias torrenciales) como indeseables (p. ej., la reducción de la radiación solar y de la dispersión de la contaminación) sobre el hidroclima urbano (Oke, 1988; Westerberg y Glaumann, 1991), pero es necesario conocer mejor los procesos subyacentes.
En la actualidad se ha planteado la necesidad de comprender mejor de qué forma los distintos tipos de construcción y vegetación urbanas influyen sobre la humedad relativa, la temperatura del aire y la velocidad del viento. Numerosos estudios han analizado las islas de calor de las zonas urbanas en diferentes momentos del día, pero pocos han elaborado estadísticas continuas. Para comprender mejor el efecto de la vegetación urbana sobre el microclima local a lo largo de un año, se están elaborando modelos empíricos que relacionan las condiciones climáticas existentes bajo la cubierta de copas con determinados rasgos del paisaje local (p. ej., la vegetación y la estructura de los edificios cerca de los sensores). Las variables dependientes son las diferencias en los valores de las variables climáticas entre una estación de referencia de un aeropuerto y cinco estaciones meteorológicas portátiles. La generación de estos modelos plantea algunas dificultades conceptuales, como la de elaborar los parámetros morfológicos que han de ser utilizados como variables independientes en el modelo y tener que ocuparse de la colinearidad entre esas variables. La necesidad de utilizar equipos portátiles entrañó una cierta pérdida de sensibilidad y exigió también una campaña intensiva para conseguir que los residentes locales autorizaran el emplazamiento y supervisión del equipo en sus propiedades.
Se llevó a cabo otro estudio sobre los efectos de la vegetación urbana en el hidroclima analizando los flujos de agua y energía en un barrio extenso. Se recogieron datos sobre la superficie del suelo, así como sobre la utilización de agua, electricidad y gas, para calibrar el modelo de evaporación e intercepción de Grimmond y Oke (1991). Una vez validado, el modelo se aplicará para proyectar los efectos de una mayor o menor cubierta arbórea sobre el equilibrio energético e hídrico a nivel local.
Efectos sobre el consumo de energía
La cantidad de energía necesaria para calentar y enfriar los edificios depende de sus características termofísicas, de los hábitos de sus ocupantes y del clima local. Modificando el clima local, los técnicos forestales urbanos pueden aumentar o disminuir el consumo de energía en los edificios (Heisler, 1986). Por lo general, la reducción de energía debida a la vegetación en torno a los edificios, medida (Meier, 1991) y simulada (Huang et al., 1987; McPherson, Herrington y Heisler, 1988), oscila entre S y 15 por ciento para calentar el edificio y S y 50 por ciento para enfriarlo. Los efectos totales de la vegetación sobre la temperatura del aire y la velocidad del viento son tan importantes como los de la proyección de sombra, más localizados (Huang et al., 1987; Heisler, 1990).
Datos obtenidos a partir de simulaciones en computadora indican que la existencia de 100 millones de árboles en las ciudades estadounidenses (tres árboles por cada dos hogares) podría reducir el consumo anual de energía en 30 000 millones de kWh (25 800 millones de kcal), lo que supondría un ahorro de 2 000 millones de dólares en los costos energéticos (Huang et al., 1987). Ese ahorro podría aumentar considerablemente si se añade el derivado de las inversiones no realizadas en nuevas centrales eléctricas y de una reducción de 9 millones de toneladas (8165 millones de kg) anuales de las emisiones de CO2 de las centrales eléctricas existentes. Aun teniendo en cuenta los costos de plantar, regar y mantener los árboles, la plantación de árboles es una estrategia de conservación de la energía y reducción del CO2 más rentable que muchas otras medidas de ahorro de combustible.
En Chicago, más del 75 por ciento de los hogares consume electricidad para enfriar el aire durante el verano. Las simulaciones en computadora indican que la existencia de tres árboles de 7,6 metros en torno a una casa nueva bien aislada permitiría reducir los costos anuales de calefacción y de aire acondicionado en un 8 por ciento (96 dólares), de la siguiente manera: reducción del consumo de energía durante el verano gracias a la sombra de los árboles (37 por ciento) y al descenso de la temperatura del aire por evapotranspiración (42 por ciento); y reducción del consumo de energía para calefacción en invierno debido a la disminución de la velocidad del viento (21 por ciento).
El Proyecto está utilizando además relaciones empíricas entre el clima bajo la cubierta de copas y los rasgos del paisaje para calcular los efectos que el mantenimiento, el aumento o la disminución de la cubierta arbórea actual puedan tener sobre el microclima de los edificios. Se utilizarán datos climáticos modificados y modelos de análisis energéticos de los edificios para determinar el emplazamiento mejor y las especies más adecuadas de los árboles con el fin de favorecer el ahorro de energía en calefacción y refrigeración.
Efectos sobre la calidad del aire
Los árboles de las zonas urbanas mejoran la calidad del aire al ofrecer una superficie extensa en la que pueden quedar atrapadas las partículas contaminantes. Los contaminantes sólidos pueden quedar fijados o ser disueltos, especialmente en condiciones de humedad, y los contaminantes gaseosos pueden quedar atrapados en los estomas de las hojas durante el proceso de intercambio gaseoso. Es muy poco lo que se conoce acerca del ritmo con el que se depositan diversos contaminantes en las superficies de las zonas urbanas, incluidos los árboles.
Además de absorber o interceptar directamente sustancias contaminantes, los árboles pueden influir también en la formación de un contaminante secundario, el ozono. Según un modelo basado en un día de junio, en Atlanta, Georgia (Estados Unidos), la disminución de la cubierta arbórea en un 20 por ciento incrementaría las concentraciones máximas de ozono de 123 ppb a 140 ppb, debido principalmente a un aumento de la temperatura de 2°C (Cardelino y Chameides, 1990). El Proyecto está investigando la cuantía de las emisiones vegetativas de componentes orgánicos volátiles (precursores del ozono) y la reducción de la temperatura del aire causada por los árboles y en qué forma estos factores influyen en la formación de ozono en la zona de Chicago.
Efectos sobre el dióxido de carbono atmosférico
Son muchos los que piensan que el aumento de los niveles de CO2 y de otros gases que producen el efecto invernadero están haciendo subir la temperatura de la atmósfera al atrapar en ella determinadas longitudes de ondas de calor. Este aumento del CO2 atmosférico, que es el principal causante del efecto invernadero, es consecuencia, en gran parte, de la combustión de combustibles sólidos y, en mucha menor medida, de la deforestación. A través de su proceso de crecimiento, los árboles sirven como sumidero del CO2 atmosférico. Por consiguiente, incrementando el número de árboles es posible reducir su acumulación en la atmósfera, siempre que los árboles estén sanos.
En relación con la reducción de los niveles de CO2 en la atmósfera, la existencia de árboles en las zonas urbanas ofrece una doble ventaja. Por una parte absorben directamente el CO2 y, por otra, al permitir el ahorro de energía reducen las emanaciones de las centrales eléctricas que utilizan combustibles fósiles. El Proyecto está cuantificando el alcance de ambos efectos en la zona de Chicago. Asimismo, se intenta determinar, en un barrio concreto, la cantidad de CO2 producida por los combustibles usados en el mantenimiento de la vegetación urbana y las ventajas que aporta la existencia de vegetación en relación con la acumulación de CO2.
Para ilustrar el efecto potencial de las superficies arboladas urbanas sobre el CO2 atmosférico se formuló un modelo para un período de 50 años acerca del efecto de plantar entre 1991 y el año 2000 10 millones de árboles de 3,0 cm de diámetro cada año en el conjunto del territorio urbano de los Estados Unidos (Figura 2). Se partía del supuesto de que esos 100 millones de árboles serían plantados en lugares adecuados en torno a los edificios para conservar la energía.
En el año 2040 esos árboles habrían acumulado 85 millones de toneladas y habrían evitado la producción de 315 millones de toneladas de CO2, siendo pues de 4 a 1 la relación entre el CO2 evitado y el acumulado. La cifra total de 400 millones de toneladas del dióxido de carbono acumulado y evitado es una estimación generosa, ya que se dio por supuesto que los 100 millones de árboles sobrevivirían durante los 50 años y no se calculó la cantidad de CO2 emitido a la atmósfera en el caso en que los árboles tuvieran que ser quitados. De cualquier manera, la cifra estimada supone menos del 1 por ciento de las emisiones totales de CO2 previstas en los Estados Unidos durante ese período de 50 años (Nowak, en prensa).
Aunque el impacto relativo de los árboles de las zonas urbanas sobre el volumen creciente de CO2 atmosférico es escaso, lo cierto es que éste es tan sólo uno de los numerosos efectos benéficos que pueden producir.
Las zonas verdes urbanas ofrecen numerosos servicios ambientales y sociales que contribuyen a aumentar la calidad de la vida en las ciudades. Sin embargo, los criterios económicos utilizados para estimar el valor de los servicios de las zonas verdes tienen una utilidad limitada para los responsables de las políticas, los planificadores y gestores, porque los valores fundamentales que estiman sólo reflejan de forma indirecta los costos y beneficios. Los beneficios que reportan los árboles son factores ambientales externos porque no se reflejan en los precios al consumidor (no pagamos los árboles que dan sombra a nuestras casas pero sí pagamos la energía necesaria para que funcione el aire acondicionado en nuestros hogares). 1 os criterios utilizados para estimar el valor de los beneficios ambientales externos que reportan los árboles son la estimación directa y la valoración implícita (McPherson, 1992). Las simulaciones en computadora de los efectos de los árboles sobre la utilización de energía en los edificios permiten estimar directamente los beneficios. La valoración implícita se basa en los costos del control ambiental para estimar el beneficio que pueda reportar a la sociedad la reducción de agentes externos tales como la contaminación del aire, la escorrentía o el ruido de las autopistas. Por ejemplo, si una sociedad está dispuesta a pagar una cantidad determinada (por ejemplo, 5 dólares por kg) para reducir la contaminación del aire, un árbol que intercepta o absorbe un kilo de contaminantes debería tener también un valor de 5 dólares.
En un programa de plantación de 500 000 árboles en Tucson, Arizona, se aplicó un criterio de contabilidad en relación con las zonas verdes. Se asignaron precios a cada uno de los costos (plantación, poda, riego, arrancado, etc.) y se calcularon los beneficios (ahorro de energía para enfriar el aire, intercepción de partículas contaminantes, reducción de la escorrentía) mediante métodos de estimación directa y valoración implícita. Según las proyecciones, los árboles reportarían un beneficio neto de 236,5 millones de dólares a lo largo de un período de 40 años (McPherson, 1992). Los árboles plantados en los parques tendrían el índice beneficio-costo más elevado (2,7), mientras que el más bajo (2,2) correspondería a los árboles plantados en calles residenciales.
La imposibilidad de valorar beneficios más intangibles (por ejemplo la mejora de la salud mental y las mejoras estéticas), así como la falta de información pormenorizada acerca de las tasas de crecimiento y mortalidad de los árboles urbanos, la superficie foliar, la intercepción de lluvia, la tasa de absorción de contaminantes y los costos de gestión limitan la utilidad de este enfoque beneficio-costo. A pesar de estas carencias, el criterio de contabilidad de las zonas verdes se aplicará en Chicago pues constituye un procedimiento relativamente avanzado de evaluar algunas de las consecuencias económicas y ambientales de los esfuerzos que puedan hacerse en la silvicultura urbana. Se determinará el número de árboles, su ubicación y las especies que se plantarán en Chicago durante los cinco próximos años gracias a datos de agencias y contratistas. Se asignará un precio a cada uno de los costos beneficios, y los resultados expresarán el valor presente neto de los beneficios y el flujo anual de beneficios y costos a lo largo de un período de 30 años. Se harán recomendaciones sobre aspectos tales como la rentabilidad de las plantaciones en diferentes emplazamientos con diferentes especies, los períodos de rotación más adecuados, los ciclos de poda y el tamaño de las plantaciones iniciales, así como sobre los beneficios netos de las inversiones en bosques urbanos en comparación con otras tecnologías de control ambiental.
Los árboles de las zonas urbanas pueden influir de forma importante en el medio ambiente urbano, aunque todavía no se ha investigado suficientemente sobre la cuantificación de sus efectos. Aparte del Proyecto descrito en este artículo, se está investigando también la climatología urbana (Oke, Taesler y Olsson, 1991). Los métodos y modelos de ambos proyectos se transferirán a los planificadores de otras ciudades.
Se espera que la aplicación del presente proyecto permita obtener una gran cantidad de informaciones, pero será necesario realizar una labor investigadora mucho más intensa para cuantificar y expresar mejor en términos monetarios los beneficios ambientales que producen los ecosistemas forestales urbanos. Un conocimiento mejor de la forma y la medida en que los árboles de las zonas urbanas influyen sobre el medio permitirá ordenar mejor la cubierta arbórea urbana, conseguir un importante ahorro económico para los residentes y disponer de un medio más agradable y saludable.
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