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Tropical Bryology 6: 71-82, 1992

Evaluación briológica de los efectos de la contaminación atmos-férica en la Ciudad de México

Angel Durán D., Antonio E. Cisneros C. y Agustín Vargas V.

Escuela Nacional de Estudios Profesionales - Iztacala, UNAM, Fracc. Los Reyes, Tlalne-pantla, Méx. Mexico

Abstract. The Index of Atmospheric Purity (IAP) was used to make a preliminary evaluation ofepiphytic moss response to atmospheric pollution in the urban area of Mexico City. Areal analysisindicates that there is a significant negative correlation (p < 0.5) between IAP values and SO2, NO2,NOx, Pb and temperature values of -0.45, -0.90, -0.80, -0.80, -0.90. Significant positive correlation(p < 0.05) between IAP values and O3, rainfall and relative atmospheric humidity with values of 0.70,0.80, 0.90. Increase in atmospheric pollutants in Mexico City have promoted a gradual decrease infrequency and cover of epiphytic mosses even though some ecological factors may show the opositeeffect.

Resumen. Se hace una evaluación preliminar de la respuesta de los musgos epífitos a la contamina-ción atmosférica usando el Indice de Pureza Atmosférica (IPA) en el área urbana de la Ciudad deMéxico. El análisis por zonas indica que hay una relación inversa y significativa (p < 0.5) entre elIPA y SO2, NO2, NOx, Pb y la temperatura con valores de -0.45, -0.90, -0.80, -0.80, -0.90. Tambiénse encontró una relación directa y significativa (p < 0.05) entre el IPA y el O3, la precipitación pluvialy la humedad relativa con valores de 0.70, 0.80, 0.90. Los incrementos en los niveles de algunoscontaminantes atmosféricos en la Ciudad de México han promovido la disminución gradual en lafrecuencia de aparición y cobertura de musgos epífitos, aunque algunas variables ambientales puedentener el efecto opuesto.

Introducción

La sensibilidad de musgos a la contaminaciónatmosférica ha sido estudiada desde la década delos sesentas tratando de relacionarlos con losniveles de contaminación de las ciudades. Coneste propósito se han utilizado tres métodos:

1) El mapeo de áreas contaminadas mediante elIndice de Pureza Atmosférica (IPA) el cual estábasado en datos fitosociológicos de los musgos.En estudios de este tipo se alude a la ausencia de

epífitas en el centro de las ciudades y su reapari-ción en la periferia de éstas, pero con vitalidadreducida. Fuera de estas zonas las epífitas sonabundantes y están bien desarrolladas. A travésde estos estudios también se han observado otrosefectos de la contaminación atmosférica sobre lasepífitas. Por ejemplo, LeBlanc y Rao (1970)encontraron una disminución de la fertilidadatribuible a la contaminación atmosférica;Kennedy et al. (1985), observaron la desapariciónde musgos en áreas cercanas a fuentes de conta-minación.

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2) El transplante de muestras de musgos de zonasno contaminadas a sitios cercanos a las fuentes deemisión de contaminantes. Los resultados indicanque hay cambios morfológicos, decoloración,ausencia de estructuras de reproducción,plasmólisis celular y cambios en los picos deabsorción de la clorofila a niveles mayores de0.030 ppm de SO² (LeBlanc & Rao 1960, 1970).

3) La observación de musgos bajo condicionesexperimentales, como de contaminación simula-da. Se ha detectado plasmólisis, destruccióncelular, disminución en la fijación de carbono yclorofila y decremento en las tasas de respiracióny fotosíntesis (Eversman 1978, Winner & Bewley1983).

Entre los contaminantes mejor conocidos está elSO2, pero también se han detectado efectos tóxi-cos por ozono (Stanosz et al. 1990), metalespesados (Francis & Petersen 1989, Ferguson etal. 1984, 1979; Shaw et al. 1989; Shaw &Albright 1990) y fluoruros (Roberts et al. 1979).Debido a ellos el ambiente de las ciudades se hadeteriorado; no se observa el establecimiento ycrecimiento de la epífitas y los árboles muestransignos de decadencia, posiblemente como resul-tado de la multiplicidad de fuentes de emisión yde la naturaleza de contaminantes atmosféricosen áreas urbanas.

En la Ciudad de México, debido a su situacióngeográfica particular y a su gran densidad demo-gráfica e industrial, en años recientes se hanpresentado niveles muy altos y peligrosos decontaminación. Este problema se ha agudizadoporque al estar situada en una cuenca cerrada nohay una ventilación adecuada. Además, durantela larga temporada seca y debido al alto grado deerosión, a la contaminación atmosférica se agre-ga la suspensión de partículas sólidas por accióndel viento. Por estas condiciones, desde la décadade los sesenta se ha considerado a la Ciudad deMéxico como la urbe más contaminada del pla-neta.

En 1978, la entonces Subsecretaría del Mejora-miento del Ambiente dependiente de la Secreta-ría de Salubridad y Asistencia propuso un Indice

de calidad del Aire (IMEXCA) (SMA 02-1978)que indicaba el nivel de contaminación atmosfé-rica presente en una localidad dada. Actualmen-te, la Dirección General de Prevención y controlde la contaminación Ambiental de la Subsecreta-ría de Ecología (Secretaría de Desarrrollo Urba-no y Ecología), sigue utilizando dicho índice. Sinembargo, aunque éste permite ciertas evaluacio-nes, es de difícil interpretación para evaluar losefectos de la contaminación sobre la vida vegetaly animal.

En la Ciudad de México sólo se ha realizado untrabajo utilizando el IPA (Durán & Rivera 1981).Los resultados indicaron que los sitios con nive-les mayores de 0.039 ppm de SO2 se encontrabandesprovistos de epífitas (IPA = 0).

Dada la conplejidad del problema de la contami-nación atmosférica, para investigar su dinámicaes necesario conocer sus procesos físicos y quími-cos y efectos en la salud humana, de los animalesy de las plantas. Por esta razón, el presenteestudio intenta contribuir al conocimiento delefecto de la contaminación atmosférica sobre losmusgos epífitos de la Ciudad de México.

Material y método

1. Programa de muestreo. Se realizaron cuatromuestreos en la Ciudad de México que coincidie-ron con la época seca y con la época de lluviassegún el siguiente calendario: noviembre de 1986-abril de 1987, mayo de 1987-octubre de 1987,noviembre de 1987-Abril de 1988 y mayo de1988-octubre de 1988.

Los muestreos se efectuaron en jardines o par-ques públicos que tuvieran árboles de Casuarinasp. o de Fraxinus sp. y corresponden a los estu-diados por Durán y Rivera (1981; ver fig. 1).Estos árboles son de amplia distribución en laCiudad de México y su corteza rugosa permite elestablecimiento de los musgos. En cada sitio demuestreo se seleccionaron aleatoriamente 5 ár-boles de Casuarina o Fraxinus que tuvierancaracterísticas similares de cobertura de la copay edad. La cobertura de la copa se determinó asimple vista y la edad de acuerdo al diámetro

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(0.5-1.0 m). Se descartaron aquellos árboles quepresentaron signos visibles de daño físico o queestuvieron muertos.

2. Cálculo del Indice de Pureza Atmosférica(IPA). El valor de este índice está basado en datosde los musgos epífitos y fue calculado por sitio demuestreo, de acuerdo a la siguiente ecuación deLeBlanc y De Sloover (1970): IPA = _(QxF)/10,donde: n es el número de especies por sitios demuestreo, F es la frecuencia-cobertura por especieen cada sitio, y Q es el número promedio deepífitas asociadas con una especie de musgo.

F se estimó utilizando la siguiente escala:

1= especies muy raras, con bajo grado de cober-tura.2= especies infrecuentes, con bajo grado decobertura.3= especies infrecuentes, grado medio de cober-tura.4= especies frecuentes, con grado de coberturamuy alto en algunos árboles.5= especies frecuentes, con un grado de cobertu-ra muy alto en la mayoría de los árboles.

Q se estimó dividiendo el número total de espe-cies de epífitas asociadas con una especie demusgo, sobre el número total de sitios en dondela especie epífita apareció.

Con el fin de poder evaluar los cambios en el IPAa lo largo de los muestreos, se marcaron losárboles en cada sitio.

Una vez obtenidos los valores del IPA en cadaperiodo de muestreo, éstos se anotaron en unmapa de la Ciudad de México, el cual fue dividi-do en las 5 zonas del IMECA (Indice Metropoli-tano de Calidad del Aire; fig. 1). Para cada zonay periodo de muestreo, se obtuvieron datos refe-rentes a contaminantes atmosféricos, humedadrelativa, temperatura y precipitación pluvial,proporcionados por SEDUE y el Sistema Meteo-rológico Nacional (SMN).

Resultados

En la Tabla 1 se presentan los valores promediodel IPA, los contaminantes atmosféricos y losparámetros meteorológicos por zona de contami-nación. La zona SO de la Ciudad de Méxicopresentó el valor promedio del IPA más alto y lasconcentraciones más bajas de SO2, CO, NO2 yNOx, pero los valores más altos de O3. Laconcentración de plomo fue la segunda más baja.El valor de la precipitación pluvial fue el más altoy el de la temperatura el más bajo. La humedadrelativa fue la segunda más alta.

La zona SE de la Ciudad de México mostró unvalor promedio del IPA de 0.41 y en ella seregistraron los segundos valores más bajos deSO2, NO2, NOx y valores intermedios de CO (6.3ppm) y O3(0.10 ppm). En esta zona la precipita-ción pluvial fue intermedia (379.7 mm), la tem-peratura fue la segunda más baja y la humedadrelativa la más alta.

Las zonas Centro y NO tuvieron un comporta-miento similar. En ambas se registró un valorpromedio del IPA de 0.28 y 0.32, respectivamen-te. Estas zonas mostraron las concentracionesmás altas de SO2, CO, NO2 y NOx ; el O3 tuvo lasegunda concentración más baja en la zona NOde la ciudad. El plomo en la zona centro fue lasegunda más alta, pero la más baja en cuanto a laprecipitación pluvial. La zona NO fue la queregistró la segunda precipitación pluvial másalta. La temperatura en estas zonas fue de 17.1 °Cy de 17.5 °C, respectivamente. La humedadrelativa fue de 40.9% y 42.5%.

Los valores más bajos del IPA y de O3 y lossegundos más bajos de SO2 y CO, pero el más altoen Pb se localizaron en la zona NE. Para estazona no hubo registro de NO2 y NOx. La precipi-tación pluvial registrada fue la segunda más bajay la temperatura, la más alta. La humedad rela-tiva fue la más baja, pero similar a la registradaen la zona centro y NO.

Para analizar la relación entre el IPA y cada unode los contaminantes atmosféricos y parámetrosmeteorológicos, se elaboraron diagramas dedispersión y se calcularon los coeficientes decorrelación de Spearman. Los resultados delanálisis de correlación por zona de contamina-

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ción mostraron que el IPA y el SO2 resultaroninversamente relacionados, con un coeficienter=-0.45 (p=0.025). En la fig. 2a se aprecia que lazona SO tiene el valor más alto del IPA y el valormás bajo de SO2, seguida de la zona SE. Encontraste, las zonas NO y C son las más contami-nadas por el SO2, aunque el valor del IPA no esel más bajo. Dicho valor corresponde al NE conun nivel de SO2 igual al del SE.

El IPA y NO2 resultaron inversamente relaciona-dos con un coeficiente r=-0.90 (p=0.005) (fig.2d). El SO y SE resultaron ser los menos conta-minados por NO2 y con el valor del IPA más alto.Por el contrario, el N y C resultaron los máscontaminados con el valor del IPA más bajo.

La relación del IPA con el NOx y Pb tambiénresultaron inversas, con un coeficiente r=-0.80(p=0.005; fig. 2e, 2f) y al igual que en lasrelaciones anteriores, el SO y SE resultaron lasmenos contaminadas y con los valores más altosdel IPA. El C, NO y NE, fueron las más contami-nadas y con los valores del IPA más bajos.

Se encontró una relación directa entre el IPA y elO3 (fig. 2c), con un coeficiente r=0.70 (p=0.005),lo cual contrastó con los análisis anteriores, yaque el SO fue la zona más contaminada aunqueel valor del IPA fue el más alto. Por el contrario,las zonas NE y NO, con menor grado de contami-nación por O3, presentaron el valor más bajo delIPA.

Finalmente, el coeficiente r=-0.10 entre el IPA yCO, no es significativo (p>0.05; fig. 2b).

Los resultados de la relación entre el IPA y losparámetros meteorológicos se describen a conti-nuación:

El IPA y la precipitación pluvial están directa-mente relacionados, con un coeficiente r=0.80(p=0.005). En la fig. 3a se aprecia que las zonasSO, SE y NO, con el promedio de mayor precipi-tación pluvial, tienen el valor más alto del IPA;las zonas C y NE, con menor precipitaciónpluvial, tienen el valor más bajo del IPA. Seencontró la misma relación entre el IPA y lahumedad relativa (fig. 3c), con un coeficiente de

r=0.90 (p=0.005).

Entre el IPA y la temperatura se encontró unarelación inversa indicada por un coeficiente r=-0.90 (p=0.005). En la fig. 3c se observa que laszonas SO y SE con la temperatura más baja,tuvieron el valor más alto del IPA. Las zonasNO, C y NE, presentaron la temperatura más altay el valor más bajo del IPA.

DiscusiónLos resultados del análisis de correlación mue-stran, al igual que en otros estudios (LeBlanc &Rao 1966, 1970, LeBlanc & De Sloover 1970),que la distribución del IPA está inversamenterelacionado con los niveles de SO2, NO2, NOx yPb, es decir, que el valor del IPA es muy bajo,hasta con un valor de cero, cuando una zona tienealtos niveles de dichos contaminantes. En gene-ral, esta situación se observa también en laszonas C, NO y NE de la Ciudad de México. Encontraste, las zonas SO y SE presentaron losniveles más bajos de estos contaminantes y porconsiguiente los valores más altos del IPA.

Los resultados obtenidos en las zonas C, NO yNE puden deberse, en parte, a que estas zonaspresentan la precipitación pluvial más baja y suefecto de limpieza son mínimos. Por otra parte,hay que considerar que en el norte de la ciudad selocaliza gran parte de la zona industrial. Haciael NE también existen fuentes de contaminaciónnatural provenientes del exvaso de Texcoco, dezonas áridas erosionadas, zonas urbanas nopavimentadas, tiraderos de basura y mineralesno-metálicos. El polvo y otras partículas de estasfuentes al depositarse sobre las epífitas puedenreducir su tasa de crecimiento y su cobertura conlo cual se podrían modificar los valores del IPA.El suelo depositado sobre los musgos puedecontribuir a la degradación prematura de lasplantas e interferir con la captación de la luzreduciendo así los valores totales de fotosíntesis.

La concentración de valores bajos del IPA en elcentro de la ciudad, también pudiera explicarsepor la inadecuada ventilación; aquí es dondeestán las construcciones más elevadas y dondelas fuentes de emisión móviles permanecen más

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tiempo en estado estacionario (congestionamien-tos), aumentando así la concentración de conta-minantes.

Por otro lado, la relación directa entre el IPA y losniveles de ozono parece contradecir los resulta-dos de Stanosz et al. (1990) quien encontró quela cobertura y altura de tres especies de musgosestaban inversamente relacionados con la con-centración de ozono (0.32 y 0.24 ppm). Por suparte, Comeau y LeBlanc (1971), observaron quelas exposiciones largas (6 o 8 hrs) a concentracio-nes bajas (0.25-0.50 ppm) de ozono, inhibían laregeneración de hojas de F. hygrometrica. Sinembargo, las exposiciones a 2.0 ppm por 4 hrs,aparentemente estimulan la regeneración. Si bienlas concentraciones utilizadas en estos trabajosson mayores a las observadas en el presenteestudio y los periodos de exposición son horas,podría pensarse que ésto sería equivalente aconcentraciones bajas por periodos largos (meseso años) como en las condiciones de campo en esteestudio. Debe tomarse en cuenta que en estosestudios únicamente se evaluó el efecto del ozonoy que su efecto debe variar cuando están presentesotros contaminantes en la atmósfera y que existendieferencias en la respuesta de cada especie demusgo.

De los otros contaminantes estudiados, el CO noestuvo correlacionado con el IPA. Desafortuna-damente no existen en la literatura estudios sobrelos efectos del CO que nos permitan explicar lafalta de relación.

Si bien los valores del IPA pueden verse afecta-dos por los contaminantes, como lo ha sidodemostrado por otros, es probable que dichocomportamiento también sea consecuencia defactores que no están relacionados con la emisiónde gases o partículas a la atmósfera. Estos podríanser factores como la precipitación pluvial,temperatura, humedad relativa, o bien, factoresdel microhabitat.

En este estudio se encontró que la precipitaciónpluvial y humedad relativa estaban directamentecorrelacionado con el IPA. Esto significa que laszonas con mayor régimen de precipitación plu-vial y humedad relativa tienden a presentar, en

promedio, un valor alto del IPA. Sin embargo, lazona NO con una precipitación pluvial de 495mm, presentó un valor del IPA (0.32) menor queel de la zona SE; la cual registró una precipita-ción pluvial de 379.7 mm. La relación entre elIPA y estos factores, es previsible ya que losmusgos se desarrollan principalmente en habi-tats húmedos en los que la presencia del agua esesencial para su reproducción. En la Ciudad deMéxico podría esperarse que la lluvia ácidatuviera un efecto negativo en ese fenómeno. Alrespecto existen diversos estudios que sugierenque la lluvia ácida puede causar daño a lasplantas y cambiar la estructura de las comunida-des, pero bajo ciertas condiciones puede actuarcomo factor estimulante (Rochefort & Dale 1988,Ferguson et al. 1988, Woodin & Lee 1987,Winner & Bewley 1983, Kennedy et al. 1985).

No se tienen estudios sobre lluvia ácida para losperiodos en que se realizó el presente estudio,pero en 1985 las zonas mostraron los siguientesvalores de pH: SO = 5.87, SE = 5.74, NO = 5.6,NE = 6.14 y C = 6.15 (Bravo 1987). Estos valoresse obtuvieron utilizando colectores para precipi-tación total (seca y húmeda).

Es probable que la acidez de la lluvia se hayaneutralizado por efecto de las partículas deposi-tadas sobre la corteza de los árboles (que en sumayoría tienen características alcalinas) y por lamisma corteza. De esta forma, se esperaría unefecto atenuado de la lluvia ácida sobre losmusgos aun cuando ciertas especies como Tortulapagorum son capaces de soportar valores de pHentre 3 y 5 (Ikemberry 1936, Forman 1964,Robitaille et al. 1977).

Las respuestas de los musgos a la lluvia ácidabajo condiciones de laboratorio, a corto plazo,pueden ser distintas a las de las poblaciones alargo plazo; en este tipo de estudios se evalúan losefectos a concentraciones individuales de cadacontaminante y es posible que las diferentescombinaciones de ellos puedan tener efectosdiferentes.

La temperatura mostró una relación inversa conrespecto al IPA, es decir, que las zonas SO y SEcon temperaturas más bajas (14.7 y 16.6 °C,

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respectivamente) presentaron los valores del IPAmás altos. Aun cuando el valor del coeficienteindica una relación inversa, es difícil afirmar queuna diferencia de 3°C entre la temperatura másalta (17.7°C en el NE) y la más baja (14.7°C enel SO), pueda ser la responsable de cambiosimportantes en el IPA. Barkman (1958) hacereferencia a trabajos en los que se citan especiesde musgos epífitos capaces de soportar altastemperaturas (35 y hasta 60°C) sin cambio apa-rente. Así, la relación entre el IPA y la tempera-tura pudiera ser mediada por una tercera variablecomo la humedad relativa; este hecho que seconfirma por el valor del coeficiente de correla-ción entre estas variables.

El fenómeno meteorológico conocido como “islade calor” propio de las áreas urbanizadas, ayuda-ría a explicar por qué el centro y norte de laCiudad de México presentan valores bajos deIPA. Este fenómeno es el resultado de un mayorcalentamiento del aire superficial en áreas den-samente pobladas, con gran urbanización y conactividad industrial y tránsito vehicular intenso.Esto provoca una disminución de la humedadrelativa del aire y de la corteza de los árboles queda lugar al empobrecimiento de epífitas. Así, elcalor excesivo podría contribuir a disminuir elvalor del IPA (LeBlanc & Rao 1973).

Conclusión

El mapeo por medio del IPA puede ser un métodoútil, a largo plazo, para detectar en forma apro-ximada los niveles de contaminación atmosféri-ca, para determinar la distribución espacial delos contaminantes y para reunir informaciónsobre su toxicidad en plantas.

La relación inversa entre el IPA y algunos conta-minantes atmosféricos, así como la relación di-recta entre el IPA y algunos parámetros meteoro-lógicos, pueden ser establecidas indirectamentepor evidencias de campo. Esto, sin embargo, noes fácil ya que pueden estar involucrados otrosfactores como los del microhabitat.En una ciudad como la de México donde existennumerosas y diversas fuentes de emisión, no esfácil determinar el contaminante responsable deldecremento en la vegetación epífita. Por ello, es

razonable suponer que la exposición a una mezc-la de contaminantes puede tener efectos mástóxicos que la exposición a uno solo. Por estarazón, la investigación futura deberá incluir estu-dios experimentales con cultivos de musgos bajocondiciones de fumigación controlada, registran-do los efectos sobre respiración, fotosíntesis,reproducción y otras modificaciones citológicaso estructurales. De este modo, se podría contarcon información precisa sobre la respuesta de losmusgos ante los contaminantes y se podríanapoyar las políticas de control de emisiones paramejorar la calidad del aire en la Ciudad deMéxico.

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