Tree Planting in Green Urban Infrastructure

Graciela Arosemena, Panama City. 
19 December 2019

Many voices. Greener cities. Better cities.

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We need a rethink of the way cities are planned and built. That is why ecology, biology, and climatology are disciplines that have acquired a greater relevance in landscaping and the planning and design of urban open spaces.
The functions of today’s green are defined mainly by the needs that were conceived in the hygienist movement linked to the industrial city of the nineteenth century. Environmental pollution was the driving force behind public open spaces at that time, and at that time, the need for socialization and recreation was recognized. Today’s green space is heir to the industrial city, and although the need for clean air and social interaction continues, the environmental challenges facing cities in the 21st century involve reformulating the concept of green space.

Today’s urban green needs to be understood as an ecological infrastructure, which acts as a structuring element of the ecological functions needed in the city. It is fundamental in the reproduction of so many natural processes in the city: constituting corridors of connection with the natural habitats of the environment, increasing the degree of biological diversity and the auto-generative capacity of the ecosystem itself, as well as an important role in the prevention of the “heat island” effect, the resilience of cities to climate change, among others.

The functionality of green, in terms of urban infrastructure, refers to the possibility of assuming the urban green system as an instrument to attenuate and guide the urban development of the city, giving it a connotation of high environmental quality, in which the green infrastructure forms the structure. The reality is that the systemic approach of the territory must be translated into a systemic approach of the city, which forms part of the territory, in such a way that the city must be reconnected to the territorial biophysical matrix. That is why green spaces play a central role: to respond to ecological and environmental problems.

Another of the ideal conceptions of current green spaces is that they are intended to constitute a system, that is to say, that they are conceived as a communicated and continuous whole, where the set of the different pieces has more value than the simple sum.

The continuity of the green system is opposed to ghettoization. The city must incorporate green areas as part of its own fabric, and not as a good to be sought far from it. When configured in the urban fabric in the form of a complex network and related to the system of peri-urban open spaces, it represents an effective solution for the improvement of the urban ecosystem. In this sense, the urban green network assumes the connotations of a true and own infrastructure that, along with the others, assumes structural functions of the organization of the city.

Thus, the new green systems are built from the idea of recovering lost ecological connectivities, but also on the basis of each of the new spaces that can be established. A concept that goes hand in hand with an integral vision of the landscape, whether natural or human-made. This integral vision allows a better protection of the landscape through the introduction of corridors that link the urban space with the rural and forest. This initiative is evident in the planning of cities such as Amsterdam, Munich and Berlin.

Urban ecology and green infrastructure

Urban ecology proposes a different way of understanding the city, as an ecosystem. The idea of analyzing the city as a living system is nothing new, there is no notion of this concept since Patrick Geddes, considered the father of urban ecology, in 1904 with his “City developments”. But it was not until 1973 that the importance of urban ecosystem analysis was seriously recognized in UNESCO’s Man and Biosphere program.

To better understand the concept, reference is made first of all to the natural ecosystem, which is nothing more than a set of biotic and abiotic elements that interrelate with each other, producing flows of matter and energy between them. Biotic elements (living beings) need to degrade energy and materials to stay alive, but in natural ecosystems it is only plants that have the possibility of regenerating this energy through photosynthesis.

The following is a brief summary of the characteristics of the city that are derived from urban ecology:

  • Cities do not produce any of the resources they consume and need to exploit other ecosystems in order to function. This is why, from the point of view of ecological productivity, the urban ecosystem is considered a heterotropic system (Naredo and Rueda, 1998), which feeds on others, depending on other natural and agricultural ecosystems that are often found at great distances from the city.
  • In the city, most of the flow of resources that it imports to function—matter, energy and information—is done horizontally (through transport systems such as railways, highways, energy networks), unlike natural ecosystems that do so, in most cases, vertically. In other words, the metabolism of cities is linear (Rueda, 1999). Dependent on fossil fuel and emitter of greenhouse gases
  • The resources (matter, water and energy) once consumed and metabolized in the city, are returned to the ecological system in the form of solid (waste), liquid (wastewater), and gaseous (air pollution) pollution.
  • In urban areas the “natural” conditions of a territory are transformed, from the soil and subsoil, altering the water permeability, the reduction of the vegetal layer, the climate etc. Giving rise to altered natural processes, which therefore will no longer be altered, becoming ecological processes proper to the urban system.

The alteration caused by cities on natural ecosystems can be felt through micro-climatic modifications and imbalances in natural cycles, mainly carbon dioxide (CO2), nitrogen (N), carbon monoxide (CO), sulphur dioxide (SO2), ozone (O3), the natural water cycle. These alterations caused by the city are collected by the following areas of environmental action:

Atmosphere. The atmospheric affectation is characterized mainly by the increase of the environmental pollution, pollution, especially increase of the emissions of CO2 and CO, linked to the consumption of fossil fuels. This is closely related to the model of a city dependent on transport networks to obtain the resources it needs and to function internally. At the same time, nitrogen dioxide (NO2), produced by combustion in motor vehicles and power plants, when reacting with volatile organic compounds, such as hydrocarbon gases, in the presence of abundant sunlight, generates tropospheric ozone (O3), which is why there will be higher ozone concentrations when solar radiation is more intense, in the case of Panama, this would occur mainly during the dry season. It should be noted that ozone causes health problems ranging from eye irritations, nostrils, bronchial tubes and lung infections.

Water cycle. Cities affect the water cycle through the extraction of water in natural spaces, and water pollution, causing alteration of natural aquifers, and generating floods in the urban environment, due to the lack of vegetation cover in the city, increasing surface runoffs.

Energy. The high consumption of energy in the city contributes to the exhaustion of non-renewable energies, which in turn increases greenhouse gas emissions, contributing to climate change. At the same time, the phenomenon (heat island effect), generated by urban models of the high density of constructions and heat accumulating materials (concrete, asphalt, etc.), raises the urban temperature.

Finally, energy combustion also releases other substances that contribute to air pollution by deteriorating air quality.

Biodiversity. The urbanized space has usually led to the loss of a natural land cover, in not a few cases this translates into loss of habitat for fauna and flora. In addition, cities represent an interruption of the territory’s ecological connections, making it difficult in both cases to conserve biodiversity.

Cities form complex systems in which numerous relationships and exchanges of matter and energy take place, but at the same time they are the main exploiters of natural ecosystems and their connections extend over the entire planet, being responsible for global entropic growth. In such a way that the cities have become parasites of the environment, consuming resources and at the same time contaminating the ecological systems that in turn deteriorate the habitability of the city itself. In this scenario, it is evident the need for structural changes in urban spaces, in different areas. One of them is the reconversion of urban vegetation in such a way that it responds, not to all of them, but to several of the urban environmental problems and future challenges.

The role of tree planting in the construction of green urban infrastructure

How can vegetation and green spaces respond to the ecological and environmental problems of the city, and provide solutions to achieve an environmentally balanced urban planning?  The new approaches to nature in the city are no longer limited to a pleasant space and ornamental vegetation, now are priority objectives ranging from the habitability of open spaces for the population, the importance of spatial continuity within the city, habitat for biodiversity and climate change.

Water cycle

The water cycle when entering the urban system suffers a series of alterations that translate into environmental impacts and hydrological risks, which can be prevented or mitigated with various tree planting strategies. On the one hand, excessive urban water consumption prevents the long-term protection of water resources and, on the other hand, the rainfall regime is changing due to climate change. Extreme events alternate, droughts and high intensity torrential rains are expected to become more frequent, as global temperatures continue to rise. As a result, the risk of droughts and floods increases.

This translates into the promotion of sustainable water consumption, which in terms of green infrastructure implies the use of vegetation adapted to the climate, so that during the dry season irrigation is not required. At the same time, rainwater in an impermeable environment such as an urban one conflicts with the water network that naturally crosses urban areas, which as a whole represents a risk of flooding. Therefore, an urban policy of green infrastructure must be aimed at the recovery of the banks of urban rivers, mainly with the planting of riverside tree vegetation, and also the increase of the vegetated surface within the urban fabric. The creation of urban forests is essential to control erosion and protect the water network of cities.

Every year, floods cause considerable damage in urban areas.

Green infrastructure can contribute to rainwater management, absorbing water in a greater percentage of vegetated surface, through controlled and designed temporary flooding systems of squares (United States Environmental Protection Agency, 2016), or systems of bio-retention of rainwater, turning these into fundamental equipment in the design of squares, urban and periurban parks, and even in green cords of public roads. At the same time, tree-planting not only helps to absorb rainwater, but also controls runoff at source, reducing erosion and pollution in water courses (Vargas et al 2008).

The conservation of gallery forests and the maintenance of banks of rivers free of construction are fundamental strategies in the constitution of a green infrastructure that prevents floods. Photo: Graciela Arosemena. Former Clayton Fort, Ex-Canal Zone (Panama).

Implications for improving air quality

City trees can reduce some air pollutants. Pollution is reduced directly when dust and smoke particles are trapped in vegetation. In addition, plants absorb toxic gases, especially those caused by the combustion of motor vehicles.

At the same time, high temperatures accelerate the formation of pollution, such as tropospheric ozone (O3). In this sense, the moderating effect of vegetation, especially trees, can reduce temperatures and in turn reduce the formation of pollutants. Recently, the U.S. Environmental Protection Agency (EPA) recognized that arborization is a measure to reduce O3.

Carbon dioxide is another air pollutant that contributes to climate change. Urban arborization can reduce CO2 levels by capturing the gas through its leaves with photosynthesis, and sequestering CO2 in the trunk, branches and roots while it is growing; in addition, regulation of the urban microclimate reduces extreme temperatures and reduces the energy consumption associated with air conditioners. (Sorensen, Barzetti, Keipi, & Williams, 1998).

Trees extract pollutants in two main ways:

  • They incorporate gases and pollutants through the stomata of their leaves. The gases enter the interior of the leaves, where there is a lot of water. Many gases dissolve and change state.
  • They capture particles on the surface of the leaves.
  • Ideally, the tree should have many leaves and be large in size.
  • They absorb polluting gases (e.g. NO2, SO2), intercept PM10 (dust, ash, dust and smoke).

In a study of urban forests in Honolulu (Hawaii), it found that 43,817 trees in the city remove about 9 tons of air pollutants, an environmental service estimated at $47, 365.00 dollars (Vargas, McPherson, Peper, & Et. al., 2007).

Thus, when choosing tree species to be located in urban open spaces, consideration should be given to the morphological characteristics that are most suitable for the functions of absorption of polluting gases, or for the prevention of ozone formation. Ornamental aspects are thus left in the background.

Road trees are essential to keep the passage of automobiles shaded and to prevent pollutants such as NO and non-metallic hydrocarbons from mobile sources (automobiles) from becoming ozone due to the action of solar radiation. Photo: Graciela Arosemena

Climate regulation and resilience to climate change

One of the main issues facing urban societies in the 21st century is how to curb their greenhouse gas emissions and adapt to the already present effects of climate change. In Panama, for example, one of the effects associated with climate change is the increase in absolute temperature, which could increase by between 1 and 3ºC during the months with the highest temperatures: April and May (CATHALAC, 2008). And absolute maximum temperature events above 38ºC would be exceeded by 2020. (CATHALAC, 2008).

In cities with hot climates, extreme temperature episodes are expected to be more severe due to adverse baseline conditions associated with the ‘urban heat island’ effect (UN-HABITAT, 2011). A problem generated by the high density of constructions and heat accumulating materials (concrete, asphalt, etc.), by the concentration of anthropogenic heat generating activities (traffic, air conditioning, etc.). In fact, according to the climate change vulnerability maps of the different ecological units in Panama, in terms of temperature, the Pacific Metropolitan Area (Panama) has a high average vulnerability to changes in temperature increase (Tremblay & Ross, 2007).

Bearing in mind that the temperature increase of 1ºC implies an increase in energy consumption in air conditioning of between 3 and 4%, and can reach up to 10%, energy consumption could increase up to 30% with an increase in temperature of 3ºC.

In order to mitigate the effects of the heat island and reduce high energy consumption it is essential to plan the woodland as a natural climate for the urban microclimate.

Key environmental variables for human thermal comfort include solar radiation, urban surface temperature, air temperature, humidity and wind speed. Research has shown that urban tree planting can improve these environmental variables through the prevention of solar radiation and the reduction of heating of building surfaces, combined with the effect of reducing air temperature through evapotranspiration. (Akbari & et al., 1992) (Simpson & McPherson, 1996); (Georgi & Zafiriadis, 2006). In short, urban woodland intervenes in the modification of the climate in warm zones, mainly in the following three effects (Akbari H., 2002):

Shading: The treetops intercept solar radiation, preventing the heating of buildings, asphalt and pavements.

Evapotranspiration: The transpiration of the leaves requires heat energy captured from the environment, producing a decrease in the temperature in the environment.

The treetops generate a protective screen against solar radiation, minimising the heat island effect in cities. Photo: Graciela Arosemena.

The capacity of trees to modify the urban climate, above all to reduce high temperatures, depends fundamentally on the degree of tree cover, i.e. the percentage of urban surface located under the projection of the tree tops, as well as the type and density of the tops. On the refreshing effect of vegetation in urban environments, it has been reported that measurements made in different cities of the North, such as the study carried out in the Berlin Zoo (Hoerbert, 1982). In this study the temperature differences were 5-7°C and the relative humidity varied 10% and reported variations between 3 and 8 ºC for different compositions and species of trees, the measurements were also made at different times of the year.

Measurements on the effect of shadows have been made in studies where design, building typologies, landscape and climates were assessed, they found that energy savings would be around 25% to 80%. The greatest savings were associated with the density and extent of shadows, solar radiation being the largest source of heat gain (Simpson & McPherson, 1996).

Conservation of biodiversity and natural heritage

From an environmental point of view, urban open spaces, in addition to exercising functions of climate control or filtering atmospheric pollution, among others, must guarantee the conservation of biological diversity and a permeability that allows ecological connections, maintaining environmental and landscape values.

Cities can play a fundamental role in the conservation of biodiversity through strategies that include the introduction of ecosystems and habitats into the urban fabric, or the preservation of pre-existing ones, as well as the creation of continuous urban green spaces that guarantee biological connectivity and control territorial fragmentation (Generalitat de Catalunya, 2003). A fundamental objective of this is to establish as the backbone of the territory a continuous network of natural spaces that crosses the city and connects peri-urban natural spaces with urban natural spaces.

The need to increase the nature of the city and strengthen the connections between the city and its surroundings is evident, and one of the key pieces for achieving this are the urban tree planting strategies, aimed at effectively providing habitat for species of birds, mainly mammals. Trees provide habitat, shelter and food for local fauna. In order to guarantee an arborization that restores the ecological biodiversity in the cities, it is necessary to choose native plant species, which are the ones to which the fauna is accustomed. In fact, the use of exotic species is one of the direct causes of threat to biodiversity and ecosystem conservation, along with habitat destruction (Aguirre Muñoz & Mendoza Alfaro).

On the contrary, native tree species in urban environments provide food for fauna, which would be reduced or absent in the case of exotic trees. In addition, native trees increase the richness and diversity of fauna, so an important strategy of urban arborization is the recognition which native species of trees are habitat of certain fauna, in order to establish a biodiverse habitat in the urban environment.

Metropolitan Natural Park, in the middle of Panama City. Humid forest to dry tropical biodiversity reserve that provides environmental services such as sponge rainwater and sink of pollutant gases. For all these functions, it should be considered a green infrastructure facility of the city. Photo: Graciela Arosemena.

A new model of urban open spaces

The impact that local and global environmental problems are having on urban environments is unprecedented in urban history, and this calls not only for a rethink of the way cities are planned and built, but also for a new approach to the system of free and green urban spaces. That is why ecology, biology, and climatology are disciplines that have acquired a greater relevance in landscaping and the planning and design of urban open spaces.

No city can meet the environmental challenges of the 21st century without considering the construction of ecological green infrastructure.

Graciela Arosemena Díaz
Panama City

On The Nature of Cities

 

References

Akbari, & et al. (1992). Cooling our communities: A Guidebook to tree planting and light colored surfacing. .U.S.A EPA, Ofice of Policy Anallysis, Climate Change Division, Washington, D.C.

CATHALAC. (2008). Potential Impacts of Climate Change and Biodiversity in Central America, Mexico and Dominican Republic.

Georgi, N., & Zafiriadis, K. (2006). The Impact of trees on microclimate in urban areas. Urban Ecosyst .

Hoerbert, M. (1982). A climatic and air hygienic aspects in planning of iner-city open spaces: Berliner Grosser Tiergartes. Energy and Buildings , 5 (1).

Naredo, J. (1997). Sobre el origen, eluso y el contenido del término sostenible. Cuadernos de Guincho .

ONU-HABITAT. (2011). Informe mundial sobre asentamientos humanos. Las ciudades y el cambio climático: Orientación para polítcas. Londres: Earthscan.

Rueda, S (1995)  Ecologia Urbana: Barcelona i la seva Regió Metropolitana com a referents. Ed. Beta Editoria

Simpson, J., & McPherson, E. (1996). Potential of tree shade for reducing residential energy use in California. Journal of Arboriculture (22).

Sorensen, M., Barzetti, V., Keipi, K., & Williams, J. (1998). Manejo de las áreas verdes urbanas. Documento de buenas prácticas. Banco Interamericano de Desarrollo. División de Medio Ambiente del Departamento de Desarrollo Sostenible., Washington, D.C.

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La arborización en la infraestructura verde urbana

El impacto que están generando los problemas ambientales, locales y globales, sobre los entornos urbanos no tienen precedentes en la historia urbana. Es fundamental un nuevo planteamiento del sistema de espacios libres y verdes urbano. Es por ello que la ecología, biología y la climatología, son disciplinas que han adquirido una mayor relevencia en el paisajismo, en la planificación y diseño de espacios abiertos.
Las funciones del verde actual están definidas principalmente por las necesidades que fueron concebidas  en el movimiento higienista vinculado a la ciudad industrial del siglo XIX. La contaminación ambiental fue el impulsor de los espacios abiertos públicos en aquel momento, y paralelamente, fue reconocida la necesidad de socialización y recreación. El espacio verde actual es heredero de la ciudad industrial, y aunque la necesidad de aire limpio e interacción social continúan vigentes, los retos ambientales – a los que se enfrentan las ciudades en el siglo XXI, implican reformular el concepto de espacio verde.

El verde urbano en la actualidad requiere ser entendido como una infraestructura ecológica, que actúa como elemento vertebrador de las funciones ecológicas necesarias en la ciudad. Es  fundamental en la reproducción de tantos  procesos naturales en la ciudad: constituyendo corredores de conexión con los hàbitats naturales del entorno, incrementando el grado de diversidad biológica y la capacidad auto generativa del ecosistema mismo, así como un importante papel en la prevención del efecto “isla de calor”, la resiliencia de las ciudades al cambio climático, entre otros.

La funcionalidad del verde, en términos de infraestructura urbana, se refiere a la posibilidad de asumir el sistema verde urbano como instrumento para atenuar y orientar el desarrollo urbanístico de la ciudad, imprimiendo a este una connotación de elevada calidad ambiental, en la cual la infraestructura verde conforma la estructura.

La realidad es que la aproximación sistémica del territorio se debe traducir en una aproximación sistémica de la ciudad, que forma parte del territorio, de tal forma que la ciudad debe ser reconectada a la matriz biofísica territorial. Por eso los espacios verdes, desempeñan un papel capital: responder a los problemas ecológicos y ambientales.

Otra de las concepciones ideales de los espacios verdes actuales es que se pretende que constituyan un sistema, esto es, que se conciban como un todo comunicado y continuo, donde el conjunto de las distintas piezas tenga más valor que la simple suma.

La continuidad del sistema verde se opone a la guetización. La ciudad debe incorporar las áreas verdes como parte de su propio tejido, y no como un bien que hay que buscar lejos de él. Cuando se configura en el tejido urbano en forma de red compleja y se relaciona al sistema de los espacios abiertos periurbanos, representa una solución eficaz para el mejoramiento del ecosistema urbano.

En este sentido, la red verde urbana asume las connotaciones de una verdadera y propia infraestructura que, a la par de las otras, asume funciones estructurales de la organización de la ciudad.

Así, los nuevos sistemas verdes se construyen desde la idea de recuperar las conectividades ecológicas perdidas, pero también sobre la base de cada uno de los nuevos espacios que se pueden establecer. Concepto que va de la mano de la visión integral del paisaje, ya sea natural o antropizado. Esta visión integral permite una mejor protección del paisaje a través de la introducción de corredores que vinculen el espacio urbano con el rural y forestal. Esta iniciativa se hace evidente en la planificación de ciudades como Ámsterdam, Múnich y Berlín.

Ecología urbana e infraestructura verde

La ecología urbana plantea una forma distinta de comprender la ciudad, como un ecosistema. No es nada nueva la idea de analizar la ciudad como un sistema vivo, se tiene noción de este concepto desde Patrick Geddes, considerado el padre de la ecología urbana, en 1904 con su “City developments”. Pero no fue hasta el año 1973 cuando fue reconocida seriamente la importancia del análisis del ecosistema urbano en el programa Man and Biosphere de la UNESCO.

Para comprender mejor el concepto, se hace referencia primeramente al ecosistema natural, el cual no es más que un conjunto de elementos bióticos y abióticos que interrelacionan entre sí, produciéndose entre ellos flujos de materia y energía. Los elementos bióticos (los seres vivos), necesitan degradar energía y materiales para mantenerse vivos, pero en los ecosistemas naturales son únicamente las plantas quienes tienen la posibilidad de regenerar esta energía, a través de la fotosíntesis.

A continuación, se resumen brevemente cuáles son las características de la ciudad que se desprenden de la ecología urbana:

Las ciudades no producen ninguno de los recursos que consumen y necesitan explotar otros ecosistemas para poder funcionar. Es por ello que, desde el punto de vista de la productividad ecológica, el ecosistema urbano es considerado un sistema heterótrofo (Naredo, 1997; Rueda, 1995), – que se alimenta de otros -, al depender de otros ecosistemas naturales y agrícolas que muchas veces se encuentran a grandes distancias de la ciudad.

  • En la ciudad, la mayor parte del flujo de los recursos que importa para funcionar – materia, energía e información -, se realiza en sentido horizontal (a través de sistemas de transportes como el ferrocarril, autovías, redes de energía), a diferencia de los ecosistemas naturales que lo hacen, en la mayoría de los casos, de forma vertical. En otras palabras, el metabolismo de las ciudades es lineal (Rueda, 1999). Dependiente de combustible fósil y emisor de gases efecto invernadero
  • Los recursos (materia, agua y energía) una vez consumidos y metabolizados en la ciudad, son devueltos al sistema ecológico en forma de contaminación sólida (residuos), líquida (aguas residuales), y gaseosa (contaminación atmosférica).
  • En las zonas urbanas las condiciones “naturales” de un territorio son transformadas, desde el suelo y el subsuelo, alterando la permeabilidad hídrica, la reducción de la capa vegetal, el clima etc. Dando lugar a procesos naturales alterados, que por tanto ya no lo serán más, pasando a ser procesos ecológicos propios del sistema urbano.

La alteración provocada por las ciudades sobre los ecosistemas naturales se pueden palpar a través modificaciones micro climáticas y de los desequilibrios en los ciclos naturales, principalmente del dióxido de carbono (CO2 ), del nitrógeno (N),  monóxido de carbono (CO), dióxido de azufre (SO2), ozono (O3), el ciclo natural del agua.  Estas alteraciones ocasionadas por la ciudad son recogidas por los siguientes ámbitos de acción ambiental:

Atmósfera. La afectación atmosférica se caracteriza principalmente por el aumento de la contaminación ambiental, polución, especialmente aumento de las emisiones de CO2 y CO, vinculados al consumo de combustibles fósiles. Esto está estrechamente relacionado con el modelo de ciudad dependiente de redes de transportes para obtener los recursos que necesita y para funcionar internamente. Paralelamente, el dióxido de nitrógeno (NO2), producido por la combustión en vehículos motorizados y plantas eléctricas, al reaccionar con compuestos orgánicos volátiles, como gases hidrocarburos, en presencia de abundante luz solar, genera ozono troposférico (O3), es por esto que habrá mayores concentraciones de ozono cuando la radiación solar es más intensa, en el caso de Panamá, esto ocurriría principalmente durante la estación seca. Cabe señalar que el ozono provoca problemas para la salud desde irritaciones en los ojos, fosas nasales, hasta bronquios e infecciones pulmonares.

Ciclo hídrico. Las ciudades inciden sobre el ciclo del agua a través de la extracción de agua en espacios naturales, y la contaminación de las aguas, provocando alteración de acuíferos naturales, y generando en el medio urbanizado inundaciones, debido la falta de cobertura vegetal en la ciudad, aumentando escorrentías superficiales.

Ámbito energético. El alto consumo de energía en la ciudad contribuye al agotamiento de energías no renovables, que a su vez aumenta emisiones de gases efecto invernadero, contribuyendo al cambio climático.

Paralelamente el fenómeno (efecto de ‘isla de calor’), generado por modelos urbanos de la alta densidad de construcciones y materiales acumuladores de calor (hormigón, asfalto, etc.), eleva la temperatura urbana.

Por último, la combustión energética además libera otras sustancias que contribuyen a la contaminación atmosférica deteriorando la calidad del aire.

Biodiversidad.  El espacio urbanizado, usualmente ha conllevado la pérdida de una cobertura de suelo natural, en no pocos casos ello se traduce en pérdida de hábitat de fauna y flora. Además, las ciudades representan una interrupción de las conexiones ecológicas del territorio, dificultando en ambos casos la conservación de la biodiversidad.

Las ciudades forman sistemas complejos en las cuales se producen numerosas relaciones e intercambios de materia y energía, pero a su vez son las principales explotadoras de los ecosistemas naturales y sus conexiones se extienden sobre todo el planeta, siendo responsables del crecimiento entrópico global.

De tal forma que las ciudades se han convertido en parásitos del entorno, consumiendo recursos y a su vez contaminando los sistemas ecológicos que a su vez deterioran la habitabilidad de la propia ciudad. En este escenario, es evidente la necesidad de cambios estructurales de los espacios urbanos, en diversos ámbitos. Uno de ellos es la reconversión de la vegetación urbana de forma tal que responda, no a todos, pero a varios de los problemas ambientales urbanos y los retos futuros.

El papel de la arborización en la construcción de la infraestructura verde urbana

¿Cómo la vegetación y los espacios verdes puede responder a los problemas ecológicos y ambientales de la ciudad, y dar soluciones para conseguir un planeamiento urbano ambientalmente equilibrado’.  Los nuevos planteamientos de la naturaleza en la ciudad ya no se limitan a un espacioagradable y con vegetación ornamental, ahora son prioritarios objetivos que van desde

la habitabilidad de los espacios libres para la población, la importancia de la continuidad espacial dentro de la ciudad, hábitat para la biodiversidad y el cambio climático.

Ciclo del agua

El ciclo del agua al entrar en el sistema urbano sufre una serie de alteraciones que se traducen en impactos ambientales y en riesgos hidrológicos, que pueden ser prevenidos o mitigados con diversas estrategias de arborización. Por un lado, el consumo urbano desmedido de agua impide la protección a largo término de los recursos hídricos y, por otro lado, el régimen de precipitación pluvial se está modificando a causa del cambio climático. Los eventos extremos se van alternando, sequías y lluvias torrenciales de alta intensidad se espera que sean más frecuentes, toda vez que continúa aumentando la temperatura global. Como resultado, el riesgo de sequías y de inundaciones se incrementa.

Esto se traduce en la promoción del consumo sostenible de agua, lo que en términos de la infraestructura verde implica el uso de vegetación adaptada al clima, de tal forma que durante la estación seca no sea requerido el riego. Paralelamente el agua lluvia en un ambiente impermeable como el urbano, entra en conflicto con la red hídrica que naturalmente atraviesa las zonas urbanas, lo que en su conjunto representa un riesgo de inundación. Por lo que una política urbana de infraestructura verde debe estar encaminada a la recuperación de las riberas de los ríos urbanos, principalmente con la siembra de vegetación arbórea de ribera, y además el aumento de la superficie vegetada dentro del tejido urbano. La creación de bosques urbanos es fundamental para controlar la erosión y proteger la red hídrica de las ciudades.

Cada año, las inundaciones causan daños considerables en las zonas urbanas.

La infraestructura verde puede contribuir a gestionar el agua lluvia, absorbiendo agua en un mayor porcentaje de superficie vegetada, a través de sistemas inundación temporal controlada y diseñada de plazas (United States Environmental Protection Agency, 2016), o sistemas de bio retención de agua lluvia, convirtiéndose estos en un equipamiento fundamental en el diseño de plazas, parques urbanos y periurbanos, e incluso en cordones verdes de las vías públicas. Paralelamente, la arborización además de contribuir a absorber el agua lluvia, controla la escorrentía en el origen, reduciendo erosión y contaminación en los cursos de agua (Vargas, McPherson, J, Simpson, Peper, Gardner, & Xiao, 2008).

La conservación de bosques de galería y el mantenimiento de márgenes de los ríos libres de edificación, son estrategias fundamentales en la constitución de una infraestructura verde que prevenga inundaciones. Foto: Graciela Arosemena. Antiguo Fuerte Clayton, Ex-Zona del Canal (Panamá).

Implicaciones en la mejora de la calidad del aire

Los árboles de la ciudad pueden reducir algunos contaminantes del aire. La contaminación se reduce directamente cuando las partículas de polvo y humo quedan atrapadas en la vegetación. Además, las plantas absorben gases tóxicos, especialmente aquellos originados por la combustión de vehículos motorizados.

Paralelamente, las altas temperaturas aceleran la formación de contaminación, como es el caso del ozono (O3) troposférico. En ese sentido el efecto moderador de la vegetación, especialmente de la arborización puede reducir las temperaturas y a su vez reducir la formación de contaminantes. Recientemente, la Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos (EPA), reconoció que la arborización es una medida para reducir el O3.

El dióxido de carbono es otro de los compuestos contaminantes del aire que contribuye al cambio climático. La arborización urbana puede reducir los niveles de CO2 mediante la captación del gas a través de sus hojas con la fotosíntesis, y el secuestro de CO2 en tronco, ramas y raíces mientras está creciendo; y además la regulación del microclima urbano reduce las temperaturas extremas y se reduce el consumo energético asociado a los aires acondicionados. (Sorensen, Barzetti, Keipi, & Williams, 1998).

Los árboles extraen contaminantes de dos formas principalmente:

  • Incorporan gases y contaminantes a través de las estomas de sus hojas. Los gases ingresan al interior de las hojas, donde hay mucha agua. Muchos gases se disuelven y cambian de estado.
  • Capturan partículas en la superficie de las hojas
  • Lo ideal es que el árbol tenga muchas hojas y sea de gran tamaño.
  • Absorben gases contaminantes (por ejemplo, NO2, SO2), interceptan PM10 (polvo, ceniza, polvo y humo).

 En un estudio sobre bosques urbanos en Honolulu (Hawaii), encontró que 43,817 árboles en la ciudad remueven cerca de 9 toneladas de contaminantes atmosféricos, un servicio ambiental estimado en $47, 365.00 dólares (Vargas, McPherson, Peper, & Et. al., 2007).

De forma tal que, en el momento de escoger las especies de árboles para ser ubicados en los espacios abiertos urbanos, deben considerarse las características morfológicas que sean más idóneas para las funciones de absorción de gases contaminantes, o para la prevención de formación de ozono. Los aspectos ornamentales quedan así en un segundo plano.

El arbolado viario es fundamental para mantener sombreado el paso de los automóviles y evitar que, por la acción de la radiación solar, los contaminantes como NO, y los hidrocarburos no metálicos, provenientes de fuentes móviles (automóviles), se transformen en ozono. Foto: Graciela Arosemena

Regulación del clima y resiliencia al cambio climático

Uno de los principales aspectos que deben afrontar las sociedades urbanas en el siglo XXI es cómo frenar sus emisiones de gases invernadero y adaptarse a los efectos ya presentes del cambio climático. En Panamá por ejemplo, uno de los efectos asociados al cambio climático es el incremento de la temperatura absoluta, la cual podría aumentar entre un 1º y 3 ºC, durante los meses en los cuales hay mayores temperaturas: abril y mayo (CATHALAC, 2008). Y los eventos de temperaturas máximas absolutas superiores a 38ºC serían rebasados hacia el año 2020 (CATHALAC, 2008).

En ciudades de climas calurosos, los episodios extremos de temperatura que se prevén son de mayor gravedad debido a las condiciones adversas de base, asociadas al efecto de ‘isla de calor urbana’ (ONU-HABITAT, 2011). Un problema generado por la alta densidad de construcciones y materiales acumuladores de calor (hormigón, asfalto, etc.), por la concentración de actividades antrópicas generadoras de calor (tráfico, climatización, etc.). De hecho, según los mapas de vulnerabilidad al cambio climático de las distintas unidades ecológicas de Panamá, en lo referente a la temperatura, el Área Metropolitana Pacífica (Panamá), tiene una vulnerabilidad media alta a cambios en el incremento de la temperatura (Tremblay & Ross, 2007).

Teniendo en cuenta que el aumento de temperatura de 1ºC supone un incremento de consumo energético en la climatización de entre 3 y 4%, y puede llegar hasta un 10%, el consumo energético podría aumentar hasta un 30% con un incremento de temperatura de 3ºC.

Para atenuar los efectos de la isla de calor y reducir los altos consumos energéticos es esencial la planificación del arbolado como climatizador natural del microclima urbano.

Las variables ambientales fundamentales para el confort térmico humano incluyen radiación solar, temperatura en las superficies urbanas, temperatura del aire, humedad y velocidad del viento. Se ha demostrado en diversas investigaciones que la arborización urbana puede mejorar estas variables ambientales a través de la prevención de la radiación solar y la reducción del calentamiento de las superficies de las edificaciones, que se suman el efecto reducción de la temperatura del aire a través de la evapotranspiración. (Akbari & et al., 1992) (Simpson & McPherson, 1996); (Georgi & Zafiriadis, 2006). En resumidas cuentas, el arbolado urbano interviene en la modificación del clima en zonas cálidas, principalmente en los siguientes tres efectos (Akbari H. , 2002):

Sombreado: Las copas de los árboles interceptan la radiación solar evitando el calentamiento de las edificaciones, asfalto y pavimentos.

Evapotranspiración: La transpiración de las hojas, requiere energía calorífica capturada del ambiente, produciéndose un descenso de la temperatura en su entorno.

Las copas de los árboles generan una pantalla protectora contra la radiación solar, minimizando el efecto isla de calor en las ciudades. Foto: Graciela Arosemena.

La capacidad del arbolado para la modificación del clima urbano, sobre todo para la reducción de las altas temperaturas, depende fundamentalmente del grado de cobertura arbórea, es decir el porcentaje de superficie urbana situada bajo la proyección de la copa de los árboles, así como de la tipología y la densidad de las copas.

Sobre el efecto refrescante de la vegetación en ambientes urbanos, se ha reportado que mediciones hechas en distintas ciudades del Norte, tal como el estudio realizado en el parque zoológico de Berlín (Hoerbert, 1982). En este estudio  las diferencias de temperatura fueron de 5-7°C y la humedad relativa variaba un 10%[1] y reporta variaciones de entre 3 y 8 ºC para distintas composiciones y especies de árboles, las mediciones se hicieron también en distintas épocas el año.

Mediciones sobre el efecto de las sombras se han realizado en estudios en donde se valoraban diseño, tipologías de edificio, paisaje y climas, encontraron que el ahorro energético estaría alrededor del 25% al 80%[2]. Los mayores ahorros fueron asociados con la densidad y extensión de las sombras, siendo la radiación solar la mayor fuente de ganancias de calor (Simpson & McPherson, 1996).

Conservación de la biodiversidad y patrimonio natural

Desde una óptica ambiental, los espacios abiertos urbanos, además de ejercer funciones de control climático, o de filtro para la contaminación atmosférica, entre otros, debe garantizar la conservación de la diversidad biológica, y una permeabilidad que permita las conexiones ecológicas, mantenido valores ambientales y paisajísticos.

Las ciudades pueden jugar un papel primordial en la conservación de la biodiversidad a través de estrategias que incluyen la introducción de ecosistemas y hábitats en el tejido urbano, o la preservación de los preexistentes, además la creación de espacios verdes urbanos continuos que garantice la conectividad biológica y controlen la fragmentación territorial (Generalitat de Catalunya, 2002). Un objetivo fundamental de ello es establecer como elemento vertebrador del territorio una red continua de espacios naturales, que atraviese la ciudad y conecte los espacios naturales periurbanos con los espacios naturales urbanos.

Es evidente la necesidad de aumentar la natura en la ciudad y fortalecer las conexiones entre la ciudad y su entorno, y una de las piezas claves para conseguirlo son las estrategias de arborización urbana, orientadas a proporcionar efectivamente hábitat a especies de aves, mamíferos principalmente. Los árboles proveen hábitat, refugio y alimento para la fauna local. Para garantizar una arborización que restaure la biodiversidad ecológica en las ciudades, debe escogerse especies vegetales nativas, las cuales son a las que la fauna está acostumbrada. De hecho, el uso de especies exóticas es una de las causas directas de amenaza de la biodiversidad y la conservación de ecosistemas, junto con la destrucción de hábitat.

Por el contrario, las especies nativas de árboles en ambientes urbanos proveen alimento a fauna, que sería reducida o ausente en el caso de árboles exóticos. Además, árboles nativos incrementan la riqueza y diversidad de fauna, con lo cual una estrategia importante de arborización urbana es el reconocimiento cuáles especies nativas de árboles son hábitat de determinada fauna, con tal de establecer un hábitat biodiverso en el entorno urbano.

Parque Natural Metropolitano, en medio de la ciudad de Panamá. Bosque húmedo a seco tropical reserva de biodiversidad que brinda servicios ambientales tales como actuar de esponja de agua lluvia y sumidero de gases contaminantes. Por todas estas funciones, debe ser considerado un equipamiento de la infraestructura verde de la ciudad. Foto: Graciela Arosemena.

Un nuevo modelo de espacios abiertos urbanos

El impacto que están generando los problemas ambientales, locales y globales, sobre los entornos urbanos no tienen precedentes en la historia urbana, lo cual amerita no solamente repensar la forma de planificar y construir ciudades, sino además, es fundamental un nuevo planteamiento del sistema de espacios libres y verdes urbano. Es por ello que la ecología, biología y la climatología, son disciplinas que han adquirido una mayor relevencia en el paisajismo, en la planificación y diseño de espacios abiertos, para la configuración de verdaderos equipamientos urbanos.

Ninguna ciudad puede afrontar los retos ambientales del siglo XXI, sin considerar la construcción de una infraestructura verde ecológica.

Graciela Arosemena Díaz
Panama

On The Nature of Cities

 

Trabajos citados

 Akbari, & et al. (1992). Cooling our communities: A Guidebook to tree planting and light colored surfacing. . U.S.A EPA, Ofice of Policy Anallysis, Climate Change Division, Washington, D.C.

CATHALAC. (2008). Potential Impacts of Climate Change and Biodiversity in Central America, Mexico and Dominican Republic.

Georgi, N., & Zafiriadis, K. (2006). The Impact of trees on microclimate in urban areas. Urban Ecosyst .

Hoerbert, M. (1982). A climatic and air hygienic aspects in planning of iner-city open spaces: Berliner Grosser Tiergartes. Energy and Buildings , 5 (1).

Naredo, J. (1997). Sobre el origen, eluso y el contenido del término sostenible. Cuadernos de Guincho .

ONU-HABITAT. (2011). Informe mundial sobre asentamientos humanos. Las ciudades y el cambio climático: Orientación para polítcas. Londres: Earthscan.

Rueda, S (1995)  Ecologia Urbana: Barcelona i la seva Regió Metropolitana com a referents. Ed. Beta Editoria

Simpson, J., & McPherson, E. (1996). Potential of tree shade for reducing residential energy use in California. Journal of Arboriculture (22).

Sorensen, M., Barzetti, V., Keipi, K., & Williams, J. (1998). Manejo de las áreas verdes urbanas. Documento de buenas prácticas. Banco Interamericano de Desarrollo. División de Medio Ambiente del Departamento de Desarrollo Sostenible., Washington, D.C.

Tremblay, L., & Ross, E. (2007). A Preliminary Assessment of Ecosystem Vulnerability to Climate Change in Panama.McGill University and Smithsonian Tropical Research Institute, Panama.

United States Environmental Protection Agency. (2016). Green Infrastructure and Climate Change. Collaborating to Improve Community Resiliency.

Vargas, K., McPherson, G., Simpson, J., Peper, P., Gardner, S., & Et al. (2008). Tropical Community Tree Guide. Benefits, Costs, and Strategic Planting. United States Department of Agriculture. Forest Service. Pacific Southwest Research Station.

Notas

[1]  Mascaró, L. R. AMBIÊNCIA URBANA = URBAN ENVIROMENT. Sagra-D. C. Luzzatto, Porto Alegre, 1996.

[2]Meier, A.K. STRATEGIC LANDSCAPING AND ARI-CONDITIONING SAVINGS: A LITERATURE REVIEW. Energy and Buildings. 1990.

 

Graciela Arosemena

About the Writer:
Graciela Arosemena

Graciela Arosemena is a Researcher and Professor of Urban Open Spaces at University of Panama, Panama, and the author of “Urban Agriculture: Spaces of Cultivation for a Sustainable City”.

Graciela Arosemena

Graciela Arosemena

Graciela Arosemena is a Researcher and Professor of Urban Open Spaces at University of Panama, Panama, and the author of “Urban Agriculture: Spaces of Cultivation for a Sustainable City”. Much of her work is dedicated to research on urban sustainability and the impact of urban food on environment. Also she has been studying the role of tropical trees in the development of an urban green infrastructure. Graciela has been working on the Sustainable Cultural Landscape Plan for Panama Viejo, and also researching on historic evolution of landscape and the food ecological footprint of the old city of Panama. She holds a PhD in Energy and Environment in Architecture, and a Master’s Degree in Urban Environment and Sustainability, from Polytechnic University of Catalonia in Barcelona, Spain. Graciela lives in Panama City.

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