Estudio de la capacidad de remoción de material particulado y emisión de COVB de especies arbóreas de la Región Metropolitana

Abstract

La contaminación atmosférica es un problema de nivel global con efectos negativos sobre el ambiente y la salud humana; en zonas urbanas es particularmente intensa. En Santiago, Región Metropolitana (RM) el problema se incrementa por las condiciones geográficas y climáticas de la cuenca rodeada de altas cadenas montañosas, baja ventilación, afectada por el anticiclón del Pacífico y con un clima semiárido con escasas precipitaciones. El material particulado (MP) es el principal contaminante en la época de otoño-invierno y el ozono troposférico en la época de primavera-verano. La infraestructura verde (IV) es una estrategia para enfrentar algunos problemas de las ciudades utilizando una buena planificación del arbolado urbano. La mitigación se debe principalmente a la captura del MP a través de su estructura foliar, considerando la complejidad de la superficie y estructura de la hoja, pero sin claridad respecto del proceso por el cual la vegetación retiene el MP. Otros factores se relacionan al ambiente y diseño de la ciudad, características del MP y variables meteorológicas. En este trabajo se estudiaron especies arbóreas co-localizadas en un espacio definido, con influencia de personas y poco impacto vehicular y con antecedentes respecto de su emisión de compuestos orgánicos volátiles biogénicos (COVB), precursores de ozono troposférico, con el propósito de contribuir a la selección de las especies más adecuadas para la mayor retención de MP y una mínima emisión de COVB. Se trabajó con 5 especies arbóreas, tres nativas y perennifolias: Quillaja saponaria (Quillay), Shinus molle (Pimiento) y Crytocarya alba (Peumo) y dos especies exóticas y caducifolias: Prunus cerasifera (Ciruelo verde) y Prunus cerasifera var. nigra (Ciruelo rojo), ubicadas en el Campus Norte de la Universidad de Chile, Santiago. La cuantificación del MP retenido por las hojas de todas las especies se efectuó por gravimetría en el período de verano y en el período de lluvias para las especies nativas y perennifolias. Para tres de las especies: Q. saponaria, S. molle y P. cerasifera var. nigra los cálculos se efectuaron también a nivel de individuo. Se analizaron las características morfológicas de las hojas mediante microscopía electrónica de barrido y la composición elemental del MP depositado sobre las hojas y del MP arrastrado por la lluvia desde las hojas o depositado sobre las hojas por la lluvia, mediante ICP-MS. En ambos casos retirando MP de la atmósfera. Los resultados mostraron que todas las especies arbóreas estudiadas contribuyen a mejorar la calidad del aire capturando MP y elementos pesados en cantidades que dependen de la especie y de sus características morfo-anatómicas. Sin embargo, P. cerasifera var. nigra, si bien captura MP en la época de primavera-verano, es a la vez un emisor 13 veces más potente de COVB que Q. saponaria. Se cuantificó, como primera aproximación, la cantidad de MP capturado por la población de Q. saponaria y S. molle, elevándose a 260,7 ± 16,3 t/año, considerando seis comunas de la Región Metropolitana (Maipú, La Florida, Recoleta, Vitacura, La Reina y Las Condes). Se comprobó que la lluvia es un proceso siempre positivo para los efectos de mejorar la calidad del aire, particularmente por parte de las especies perennifolias, contribuyendo además a recuperar la capacidad de las plantas para aumentar la captura de MP y reducir eventuales efectos fitotóxicos de elementos pesados presentes en él. Se encontraron diferencias estadísticamente significativas entre las características anatómicas de los individuos de Q. saponaria en un ambiente urbano y uno rural, así como también entre individuos de edades diferentes. En el caso de S. molle se constataron diferencias estadísticamente significativas en las características estomáticas, en relación a la edad del individuo. Se recomienda intensificar la búsqueda de modelos y variables que ayuden a transformar los resultados obtenidos a nivel de hojas al nivel de individuos de las diferentes especies arbóreas, en particular las nativas y perennifolias y muy particularmente las especies endémicas como la Cryptocarya alba, por ejemplo, para sopesar mejor la mayor importancia de algunas especies sobre otras, sin perder de vista la necesidad de mantener la biodiversidad.

Atmospheric pollution is a worldwide problem with negative effects on the environment and the human health; it is particularly intense in urban areas. In Santiago, in the Metropolitan Region (MR) the problem is increased by the geographic and climatic conditions of the valley surrounded by high mountain ranges, low ventilation, affected by the Pacific anticyclone and with a semi-arid climate with a small amount of rainfall. Particulate matter (PM) is the main pollutant during the autumn-winter season and tropospheric ozone (O3) during the spring-summer season. The green infrastructure (GI) is a strategy to face some of the problems in cities by using a good planning of urban trees. The mitigation is mainly due to the capture of the PM through its leaf structure, considering the complexity of the surface and structure of the leaf, but without being clear about the process by which the vegetation retains the PM. Other factors are related to the environment and design of the city, the characteristics of the PM and meteorological variables. In this work, tree species co-located in a defined space, with the influence of people and little vehicular impact, and with antecedents regarding their emission of biogenic volatile organic compounds (BVOC), precursors of the tropospheric ozone, were studied with the purpose of contributing to the selection of the most suitable species for the highest PM retention and minimum BVOC emission. The studies were done with 5 tree species, three native and permanent: Quillaja saponaria (Quillay), Shinus molle (Pepper) and Crytocarya alba (Peumo) and two exotic and deciduous species: Prunus cerasifera (Green plum) and Prunus cerasifera var. Nigra (Red Plum), located on the North Campus of the University of Chile, Santiago. The quantification of the PM retained by the leaves of all the species was carried out by gravimetry in the summer period and in the rainy season for the native and evergreen species. For three of the species: Q. saponaria, S. molle and P. cerasifera var. nigra calculations were performed at the individual level. The morphological characteristics of the leaves were analyzed by scanning electron microscopy, the elemental composition of the PM deposited on the leaves and the PM washed by rain from the leaves or deposited on the leaves by rain, analyzed by ICP-MS. In both cases removing MP from the atmosphere. The results showed that all the tree species studied contribute to improve the air quality by capturing PM and heavy elements in amounts that depend on the species and its morpho-anatomical characteristics. However, P. cerasifera var. nigra, although it captures PM in the spring-summer season, it is at the same time a 13 times stronger emitter of BVOC than Q. saponaria. The amount of PM captured by the population of Q. saponaria and S. molle in six communes of the Metropolitan Region (Maipú, La Florida, Recoleta, Vitacura, La Reina and Las Condes) was quantified as a first approximation, rising to 260.7 ± 16.3 t/year. It was confirmed that rain is always a positive process, particularly for the evergreen species, which contribute to the recovery of the capacity of plants to increase the capture of PM and reduce possible phytotoxic effects of heavy elements present in the PM accumulated on the surface of the leaves. Statistically significant differences were found between the anatomical characteristics of Q. saponaria individuals in an urban and rural environment, as well as between individuals of different ages. In the case of S.molle, statistically significant differences were found in the stomatal characteristics in relation to the age of the individual. It is recommended to intensify the search for models and variables that help transform the results obtained at the level of leaves to the level of individuals of the different tree species, particularly the native and evergreen ones, and very particularly the endemic species such as Cryptocarya alba for example, to better weigh the greater importance of some species over others, without losing sight of the need to maintain biodiversity.