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El ozono troposférico y sus efectos en la vegetación

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El ozono troposférico y sus efectos
en la vegetación
El ozono troposférico y sus efectos en la vegetación
2
Este libro se ha realizado gracias a un acuerdo de colaboración entre el Ministerio de Medio
Ambiente, y Medio Rural y Marino (MARM) y el Centro de Investigaciones, Energéticas
Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT), para la realización de trabajos relativos a las
cargas y niveles críticos de los contaminantes atmosféricos en el marco del Convenio de
Ginebra sobre Contaminación Atmosférica Transfronteriza a Gran Distancia.
Dirección: Maj-Britt Larka Abellán (MARM)
Coordinación: Alberto González Ortiz (MARM)
Elaboración y redacción (CIEMAT, Unidad de Contaminación Atmosférica): Victoria Ber-
mejo Bermejo, Rocío Alonso del Amo, Susana Elvira Cozar, Isaura Rábago Juan-Aracil, Mar-
ta García Vivanco.
Instituciones colaboradoras:
Fundación Centro de Estudios Ambientales del Mediterráneo (CEAM), Programa Efectos de
los Contaminantes; Centro de Investigaciones Ecológicas y Aplicaciones Forestales (CREAF),
Unidad CREAF-CEAB-CSIC de Ecofisiología y Cambio Global; Laboratorio Integrado de
Calidad Ambiental de la Universidad de Navarra (LICA/UN); ICP-Vegetation (CEPE/ONU
Convenio de Ginebra).
Expertos colaboradores y revisores:
Esperanza Calvo, Vicent Calatayud (CEAM); Josep Peñuelas Reixach, María Díaz de Quijano
Barbero (CREAF); Gina E. Mills (ICP-Vegetation, Centre for Ecology and Hydrology, Bangor,
Reino Unido); Jesús Santamaría (LICA/UN); Gerardo Sánchez Peña, Paloma García Fernán-
dez (MARM, D.G. Medio Natural y Política Forestal); Ignacio González Fernández, Benja-
mín Sánchez Gimeno, Javier Sanz González (CIEMAT); Matthias Volk, Seraina Bassin (Swiss
Federal Research Station Agroscope ART Air Pollution/Climate Group).
Fotos de cubierta: CIEMAT y M. Díaz de Quijano, CREAF.
El ozono troposférico y sus efectos en la vegetación
3
Presentación .............................................................................................................5
1 - Introducción ........................................................................................................7
2 - El ozono ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������9
2.1 - El ozono estratosférico y troposférico ...........................................................9
2.2 - Variación diaria y estacional de la concentración
de ozono troposférico ....................................................................................11
2.3 - Variación espacial de la concentración de ozono troposférico ................14
• El ozono en el área mediterránea ........................................................16
2.4 - Niveles de ozono troposférico en España ...................................................17
• Redes de vigilancia de la calidad del aire ..........................................18
• Modelización de la contaminación atmosférica ................................21
3 - Efectos del ozono en la vegetación ����������������������������������������������������������������24
3.1- Métodos de estudio de los efectos del ozono en la vegetación ................24
3.2- Absorción del ozono por la vegetación .......................................................29
3.3- Efectos del ozono desde la escala celular a la ecosistémica .....................32
3.4- Síntomas visibles ............................................................................................35
• Bioindicación .........................................................................................36
3.5 - Efectos del ozono en cultivos .......................................................................38
3.6- Efectos del ozono en especies herbáceas ....................................................42
3.7- Efectos del ozono en los bosques .................................................................45
3.8 - Interacciones entre el ozono y otros factores ambientales .......................50
4 - Análisis del riesgo para la vegetación derivado de la exposición
al ozono ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������53
4.1 - Análisis de riesgo basado en la concentración de ozono en el aire
(relaciones exposición-respuesta) ................................................................53
4.2 - Análisis de riesgo basado en la dosis de ozono absorbida por la
planta (relaciones dosis-respuesta) .............................................................55
5 - Normativa para el control del ozono troposférico �������������������������������������58
5.1 - Convenio de Ginebra .....................................................................................58
• Niveles críticos de ozono para la protección de la vegetación .......60
5.2 - Legislación europea y española relativa al ozono troposférico ...............61
6 - La contaminación por ozono y el cambio global� Retos para
el futuro ..............................................................................................................63
7 - Referencias bibliográcas para ampliar información ...............................66
8 - Siglas, acrónimos, abreviaturas y términos técnicos ................................74
Índice
El ozono troposférico y sus efectos en la vegetación
4
El ozono troposférico y sus efectos en la vegetación
5
Presentación
Uno de los temas ambientales que más preocupan a la sociedad y, por lo tanto, a las
autoridades, es la calidad del aire. En los últimos años, tanto en el ámbito nacional
como en el europeo, se han aprobado normas que pretenden disminuir las emisiones
de distintos compuestos contaminantes y los niveles de su presencia en la atmósfera.
Todas ellas tienen como fin evitar o disminuir los daños que la contaminación atmos-
férica pueda ocasionar tanto a las personas como al medio ambiente en general.
Las páginas que vienen a continuación quieren llamar la atención sobre dos aspectos
peculiares. De una parte, la importancia y complejidad que tiene un contaminante
como el ozono, tanto en la comprensión de su comportamiento como en las políticas
para su reducción, ya que, al ser un contaminante secundario, formado a partir de
otros que son los que realmente se emiten, sigue unos ciclos de formación, dispersión
y deposición característicos. De otra, los efectos que produce sobre la vegetación, una
de las componentes principales del medio, tanto en su vertiente natural (bosques,
biodiversidad, etc.), como en la productiva (sobre todo, en forma de cultivos).
El trabajo que presentamos, resultado de muchos años de colaboración entre distintas
instituciones, es uno de los frutos del Acuerdo de Colaboración firmado en el año
2008 entre el Ministerio de Medio Ambiente, y Medio Rural y Marino y el Centro
de Investigaciones Energéticas Medioambientales y Tecnológicas para la realización
de trabajos relativos a las cargas y niveles críticos de los contaminantes atmosféricos.
Pretende ser un medio de divulgación eficaz para dar a conocer al público en general
un problema del que a veces no somos lo suficientemente conscientes, y algunas de
las actuaciones puestas en marcha para solucionarlo. Todo ello, con el fin último de
lograr una sociedad bien formada y, por lo tanto, más respetuosa con su entorno y
más comprometida con su sostenibilidad.
Maria Jesús Rodríguez de Sancho
Directora general de Calidad y Evaluación Ambiental
Ministerio de Medio Ambiente y Medio Rural y Marino
El ozono troposférico y sus efectos en la vegetación
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El ozono troposférico y sus efectos en la vegetación
7
1 - Introducción
El desarrollo de las actividades humanas produce emisiones de gases y partículas
que han provocado y siguen provocando alteraciones en el complejo equilibrio
que mantiene las propiedades y funciones de la atmósfera. Estas alteraciones
pueden deberse tanto a cambios en la proporción entre sus componentes, como
a la introducción de elementos extraños a la composición de la propia atmósfera,
lo que conocemos en su conjunto como contaminación atmosférica. La contami-
nación atmosférica es uno de los principales problemas ambientales de nuestro
tiempo que se manifiesta a distintas escalas, desde eventos de naturaleza local a
fenómenos transcontinentales y globales que pueden llegar a cambiar las condi-
ciones de vida del ser humano y de los ecosistemas en todo el planeta.
El ozono troposférico está considerado en la actualidad como uno de los prin-
cipales contaminantes atmosféricos en Europa, debido a su amplia distribución
geográfica y especialmente a los efectos que provoca sobre la salud humana, los
materiales, la vegetación y sobre la biodiversidad y el funcionamiento de los
ecosistemas. Además, el ozono es un gas de efecto invernadero que contribuye
al calentamiento global, y está directamente implicado en el cambio climático.
Los problemas derivados de la contaminación atmosférica han obligado en las
últimas décadas a establecer políticas y estrategias de gestión medioambiental
comunes que permitan controlarla. Desde 1979, el Convenio de Ginebra sobre
Contaminación Atmosférica Transfronteriza a Gran Distancia (Convention on
Long-Range Transboundary Air Pollution, CLRTAP) desarrollado en el marco de la
Comisión Económica para Europa de Naciones Unidas (CEPE/ONU), ha reuni-
do la base científica y tecnológica para negociar los protocolos sobre reducción
de las emisiones de contaminantes atmosféricos de los países firmantes (ver ca-
Vista de la cuenca de Madrid desde la sierra de Guadarrama durante un episodio de contaminación fotoquí-
mica y de concentración elevada de partículas en el aire. Fuente: CIEMAT.
CIEMAT
CIEMAT
El ozono troposférico y sus efectos en la vegetación
8
pítulo 5). Estos protocolos deben ser posteriormente ratificados por los países,
comprometiéndose a reflejarlos mediante políticas propias específicas. El funcio-
namiento del Convenio de Ginebra se basa en la cooperación política, científica,
de vigilancia e intercambio de información, constituyendo un ejemplo de los re-
sultados que se pueden obtener a través de la cooperación intergubernamental.
España forma parte del Convenio de Ginebra y, a través del Ministerio de Me-
dio Ambiente, y Medio Rural y Marino (MARM), participa activamente en las
actividades de sus grupos de trabajo, bien directamente desde su ministerio, o
mediante la colaboración con diferentes organismos de investigación y universi-
dades. Como país participante del Convenio, España ha firmado los protocolos
de control de la contaminación atmosférica. Estos protocolos además, han sido
recogidos en sucesivas directivas de calidad del aire por la Unión Europea en su
calidad de miembro firmante del Convenio.
Los protocolos y normativas que se establecen para la reducción de la contami-
nación atmosférica se basan en el conocimiento científico disponible hasta ese
momento, por lo que se encuentran en un proceso de continua revisión. Por ello,
es imprescindible potenciar la investigación que permita establecer las dimen-
siones del problema, la cuantificación de los efectos, tanto en la salud huma-
na como en el medio ambiente, y la optimización de las estrategias de gestión
medioambiental. Las políticas adoptadas hasta hoy a nivel nacional e internacio-
nal para el control del ozono troposférico, no han sido capaces de impedir que
sus niveles ambientales continúen aumentando en algunas zonas del planeta. Es
necesario, por tanto, revisar y conseguir una integración de estrategias y políti-
cas para controlar el incremento de este contaminante y otros factores del cam-
bio climático que puedan afectarle, lo que se podrá lograr solamente a través de
un importante esfuerzo de cooperación internacional a todos los niveles.
El MARM está decididamente interesado en asegurar el control de la contamina-
ción atmosférica para reducir los daños en la salud humana y el medio ambien-
te. A través de su participación en organismos internacionales, de actuaciones
conjuntas con ayuntamientos y comunidades autónomas, y mediante la cola-
boración con diferentes organismos de investigación, este ministerio promueve
planes de mejora para las redes de calidad del aire y el desarrollo del conoci-
miento científico necesario para establecer un mejor control de la contaminación
atmosférica basado en los efectos que provoca.
El presente libro surge para extender el conocimiento del ozono troposférico y
sus efectos en la vegetación, tomando como ejemplo los estudios realizados en
España y las actividades que se están desarrollando en relación con su participa-
ción en el Convenio de Ginebra.
El ozono troposférico y sus efectos en la vegetación
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2�1- El ozono estratosférico y troposférico
El ozono es un gas incoloro altamente reactivo formado por tres átomos de oxí-
geno (O
3
). Este gas es un componente natural de la atmósfera presente en sus
dos capas inferiores: la troposfera (desde la superficie terrestre hasta 10 km de
altura) y la estratosfera (entre 10-50 km por encima de la superficie terrestre). Al
ozono se le conoce principalmente por su papel protector frente a la radiación
ultravioleta en la estratosfera, donde se localiza el 90% del ozono atmosférico,
formando la llamada “capa de ozono”. Esta capa filtra la mayor parte de la ra-
diación solar ultravioleta (longitudes de onda inferiores a 300 nm) que es per-
judicial para los seres vivos, permitiendo el mantenimiento de la vida sobre la
Tierra. La destrucción de la capa de ozono estratosférico como consecuencia de
la emisión de determinados compuestos químicos de origen antropogénico, es
la causa del llamado “agujero de ozono” que con cierta frecuencia aparece en los
medios de comunicación y cuyo efecto se analiza a escala planetaria. Un proble-
ma tal vez menos conocido, pero igualmente importante, es el incremento de los
niveles de ozono en la troposfera, donde el ozono está considerado actualmente
como uno de los contaminantes atmosféricos más importantes.
El ozono también es un componente natural de la troposfera, donde se encuen-
tra generalmente en concentraciones bajas. El ozono troposférico natural pro-
cede tanto del transporte desde la estratosfera, como de la propia formación
fotoquímica que ocurre en la troposfera. La generación de ozono en la atmósfera
2 - El ozono
Figura 1� Ciclo
simplificado del
ozono y procesos
relacionados: for-
mación fotoquímica
del ozono a partir de
las emisiones de sus
precursores, óxidos
de nitrógeno (NO
2
,
NO) y compuestos
orgánicos volátiles
(COV); relación con
las condiciones meteo-
rológicas, procesos de
transporte y depósito
del contaminante y
efectos en cultivos y
ecosistemas.
El ozono troposférico y sus efectos en la vegetación
10
se produce mediante reacciones químicas entre compuestos orgánicos volátiles
(COV), monóxido de carbono (CO) y óxidos de nitrógeno (NO
x
) en presencia
de la radiación solar. Estos compuestos se conocen como los precursores de la
formación de ozono. En una atmósfera no alterada por la actividad humana,
estas reacciones forman parte del ciclo del carbono al transformar los COV que
se emiten de forma natural (por la vegetación, la actividad biológica de las zo-
nas húmedas, etc) en dióxido de carbono y vapor de agua. Pero en las regiones
directamente influenciadas por las emisiones antropogénicas, los altos niveles
emitidos de NO
x
actúan como catalizadores para la formación de ozono a partir
de los COV, cuyos niveles a su vez también se elevan como consecuencia de la
actividad urbana e industrial. De esta manera, las concentraciones de ozono en
la troposfera pueden alcanzar valores elevados, por encima del fondo natural,
constituyendo un problema de contaminación atmosférica.
El ozono troposférico no ejerce la función protectora que cumple en la estratos-
fera sino que por el contrario, dada su alta reactividad y su fuerte capacidad
oxidante, cuando sus niveles se elevan por encima del fondo natural, puede pro-
vocar efectos adversos en los materiales (derivados de sus efectos corrosivos), en
la salud humana (relacionados con problemas en las vías respiratorias), y en la
vegetación y los ecosistemas, a los que se dedicarán los siguientes apartados.
Debido a que el ozono es un gas que no se emite directamente por ninguna
fuente concreta, se le clasifica entre los contaminantes secundarios, a diferencia
de los contaminantes primarios, como el dióxido de azufre (SO
2
) que se emite
de forma directa con la quema de combustibles fósiles (carbón, gasolinas etc.), o
como los óxidos de nitrógeno (NO
2
, NO) cuya fuente más importante es el tráfi-
co, la combustión de biomasa o los incendios. Los niveles de ozono registrados
en una localidad son el resultado de un equilibrio dinámico entre los procesos
de formación, transporte, depósito y destrucción de ozono, que vienen determi-
nados por una combinación de factores meteorológicos, fotoquímicos, factores
relacionados con la cubierta del suelo y por la distancia a los focos emisores de
los compuestos precursores (Figura 1). La producción de ozono troposférico es
máxima cuando coinciden concentraciones elevadas de precursores con unas
condiciones meteorológicas que favorezcan las reacciones fotoquímicas entre
ellos, como son la temperatura elevada, una alta radiación solar y la ausencia de
lluvias y vientos fuertes.
El ozono generado en la troposfera llega a alcanzar una vida media de sema-
nas, pudiendo transportarse a grandes distancias dependiendo de las condicio-
nes meteorológicas. De esta manera, las concentraciones de este contaminante
pueden ser el resultado de la mezcla del ozono generado a partir de emisiones
locales, del formado a partir de precursores emitidos en zonas lejanas, incluso
procedentes de otro continente, del ozono transportado desde zonas alejadas y
también de las intrusiones procedentes de la estratosfera. Se estima que entre un
10 y un 30% de los niveles de ozono registrados en Europa occidental pueden es-
tar influenciados por el transporte de precursores desde otros continentes. Este
El ozono troposférico y sus efectos en la vegetación
11
comportamiento complica las estrategias para controlar el ozono constituyendo
un problema complejo a distintas escalas: por un lado se observa un aumento de
los valores de fondo que afecta a gran escala a todo el planeta, y por otro lado y
al mismo tiempo, se observa por encima de ese fondo creciente un aumento de
la concentración a una escala regional o continental.
2�2- Variación diaria y estacional de la concentración de ozono
troposférico
El equilibrio dinámico entre los procesos de formación, transporte, depósito y
destrucción que determinan la concentración de ozono en la atmósfera, depen-
de de factores como los patrones de emisión de los compuestos precursores del
ozono, la distancia a los focos de emisión, la cubierta vegetal y de manera decisi-
va de las condiciones meteorológicas. Todos estos condicionantes hacen que las
concentraciones de ozono de una localidad sean difíciles de extrapolar a otras
relativamente cercanas, ya que presentan una gran variación espacial y tempo-
ral, dependiendo de la latitud, la altitud, la época del año y el momento del día.
Los niveles de ozono presentan en general un marcado ciclo diario donde los va-
lores máximos se alcanzan a mediodía, cuando la radiación solar es más intensa
y la temperatura es más elevada, y descienden al caer la tarde, siendo mínimos
durante la noche (Figura 2). Estos valores mínimos en las horas nocturnas se
deben a la actuación conjunta de dos procesos: la interrupción de la producción
de nuevas moléculas de ozono durante la noche por falta de radiación solar y
por el descenso de los precursores disponibles; y la destrucción de las moléculas
de ozono al entrar en contacto con diversas superficies terrestres como son la
vegetación, las aguas, los materiales o los suelos.
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(hora)
Primavera
Verano
Otoño
Invierno
Figura 2. Variación diaria y
estacional de la concentra-
ción de ozono troposférico.
Ciclo diario medio en la loca-
lidad de Buitrago del Lozoya
(975 m de altitud, Madrid)
durante las distintas estaciones
del año (promedio 2004-2006).
Fuente: CIEMAT, adaptado de
Alonso et al. (2009). Los datos
proceden de la Red de Calidad
del Aire de la Comunidad de
Madrid.
El ozono troposférico y sus efectos en la vegetación
12
Además de los ciclos diarios, la concentración de ozono también varía depen-
diendo de la época del año. En estaciones de medida ubicadas en zonas re-
motas, no afectadas directamente por fuentes de contaminantes cercanas, suele
observarse que existe un ciclo anual natural cuyo máximo se sitúa a finales del
invierno o principios de la primavera, manteniéndose los niveles altos durante
el verano debido al aumento de las temperaturas y de la radiación solar. El máxi-
mo primaveral se ha relacionado con la acumulación de precursores durante
el invierno, época en la que presentan una reactividad reducida debido a las
bajas temperaturas y a la menor intensidad de la radiación solar típicas de esta
estación. También interviene en este máximo primaveral la frecuencia mayor de
intrusiones de ozono desde la estratosfera.
En zonas afectadas por fuentes emisoras de precursores de ozono, las máximas
concentraciones ocurren generalmente en primavera y verano, cuando las con-
diciones meteorológicas favorecen las reacciones fotoquímicas que lo forman
(Figura 2).
Las emisiones de los compuestos precursores del ozono y las condiciones me-
teorológicas varían también a lo largo de los años, provocando fluctuaciones
interanuales en las concentraciones medias de este contaminante, en los valores
máximos o en el patrón temporal en que suceden estos máximos (Figura 3). Es-
tas variaciones interanuales complican el estudio de las tendencias temporales
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2005
2006
2007
mayo
junio
abril
(ppb)
Figura 3� Variación interanual de la concentración de ozono troposférico. Ciclo
diario medio en tres años consecutivos durante los meses de primavera. Estación de medida
ubicada en la sierra de Guadarrama (Cotos, 1830 m, Madrid). Los valores representan la
media ± desviación estándar. Fuente: CIEMAT, adaptada de Alonso et al. (2009).
El ozono troposférico y sus efectos en la vegetación
13
de los niveles de ozono y el análisis de la efectividad de las políticas adoptadas
para controlar la contaminación atmosférica. Considerando esta variación inte-
ranual, la normativa europea y española actualmente en vigor para el control
de la calidad del aire, basa los objetivos de calidad para ozono, que aseguren la
protección de la salud humana y la vegetación, en valores promedios correspon-
dientes a varios años consecutivos (tres años en los índices de protección de la
salud humana y cinco para la protección de la vegetación) (ver capítulo 5).
Niveles de fondo de ozono en el hemisferio norte
Se denomina fondo hemisférico a la concentración de ozono registrada en aquellos lugares que
no están afectados directamente por las emisiones antropogénicas de precursores del ozono.
Analizando los registros de ozono más antiguos en zonas rurales de Europa, se ha encontrado que
las concentraciones de fondo se han multiplicado por cinco desde finales del siglo XIX, y que este
incremento está relacionado principalmente con el aumento de la emisión de hidrocarburos y de
óxidos de nitrógeno debido al uso generalizado de los combustibles fósiles.
Los esfuerzos nacionales e internacionales realizados para reducir los niveles de ozono elevados
mediante la puesta en marcha de leyes que reduzcan las emisiones de sus precursores, han sido
relativamente eficaces para conseguir disminuir la frecuencia de episodios con concentraciones
muy elevadas de ozono. Sin embargo, no está clara su eficacia en el control del aumento del fon-
do de ozono, que sigue incrementándose en algunas regiones del hemisferio norte con una tasa
que varía entre el 1 y el 5% anual dependiendo de las regiones (Figura 4).
1860 188019001920 194019601980 2000
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Zugspitze(2962 m)
Hohenpeißenberg(988 m)
Jungfraujoch(3457 m)
Arosa (1860 m)
Pfänder(1064 m)
Mont Ventoux (1912 m)
PicduMidi(3000 m)
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Zugspitze(2962 m)
Hohenpeißenberg(988 m)
Jungfraujoch(3457 m)
Arosa (1860 m)
Pfänder(1064 m)
Mont Ventoux (1912 m)
PicduMidi(3000 m)
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gm
)(
(ppb)
año
Figura 4� Incremento del fondo de ozono� Concentraciones de ozono troposférico en zonas de montaña en Europa
entre 1870 y 1990. Se observa una tendencia de aumento continuo de los niveles de ozono en las área de montaña alejadas
de fuentes de precursores del ozono. Fuente: Modificada de Marenco et al. (1994).
El ozono troposférico y sus efectos en la vegetación
14
2�3- Variación espacial de la concentración de ozono troposférico
La distribución espacial del ozono viene determinada por las reacciones de for-
mación y destrucción del ozono en la atmósfera, condicionadas por factores cli-
máticos (especialmente la radiación solar y los vientos dominantes), topográficos
y la concentración de precursores. Esta distribución presenta una peculiaridad
respecto a otros contaminantes atmosféricos, ya que las concentraciones más ele-
vadas se alcanzan generalmente en las zonas rurales o peri-urbanas que rodean
a ciudades o centros de emisión de precursores y situadas en la dirección de los
vientos dominantes. En el interior de las ciudades, las altas emisiones de óxidos
de nitrógeno procedentes principalmente del tráfico, participan en los procesos
de destrucción del ozono manteniendo sus niveles relativamente bajos.
En zonas montañosas, la distribución de las concentraciones de ozono puede
ser muy heterogénea, estando marcada por los procesos meteorológicos asocia-
dos a un relieve complejo, principalmente por el régimen de vientos de ladera
y valle. En estas áreas, es frecuente que se observe un aumento de los niveles
de ozono con la altitud. Este incremento se ha asociado a una mayor intensidad
de radiación solar en las zonas elevadas que favorece las reacciones fotoquími-
cas, y a un mayor intercambio de gases con las capas más altas de la troposfera
donde el ozono puede acumularse y transportarse a largas distancias. Además,
en las zonas de montaña, el perfil diario de las concentraciones de ozono difiere
del que se registra en el fondo de los valles, presentando valores más elevados
y una menor oscilación diaria (Figura 5). Las zonas elevadas mantienen unas
concentraciones de fondo estables y frecuentemente altas durante todo el día,
sin que se produzca un descenso marcado durante las horas nocturnas. Para de-
terminar la compleja distribución de las concentraciones de ozono en las zonas
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975 m
1056 m
1830 m
(ppb)
Figura 5� Variación de la
concentración de ozono
troposférico con la al-
titud� Ciclo diario medio
durante el mes de junio de
2006 en tres localidades a
diferente altitud al norte
de la ciudad de Madrid:
Buitrago del Lozoya (975
m), Miraflores de la Sierra
(1056 m) y Cotos (1830 m).
Fuente: CIEMAT. Los datos
de Buitrago proceden de la
Red de Calidad del Aire de la
Comunidad de Madrid.
El ozono troposférico y sus efectos en la vegetación
15
de montaña es necesario realizar estudios específicos, al no poder aplicarse los
modelos tradicionales que predicen la formación, transporte y distribución de
contaminantes atmosféricos.
En zonas costeras, la concentración de ozono y su distribución espacial presen-
tan una dinámica muy relacionada con la topografía, el régimen de brisas y los
procesos de recirculación asociados a ellas. Durante el día, la brisa transporta los
contaminantes emitidos en los centros industriales y urbanos costeros hacia el
interior siguiendo la topografía de los valles que se abren al mar. En este trans-
porte, se produce ozono a partir de las reacciones fotoquímicas que suceden
entre sus precursores, y que tiende a acumularse en las capas atmosféricas más
altas (Figura 6). Al caer la tarde, se invierte la dirección de la brisa y las capas de
aire enriquecidas en ozono (estratos de ozono) se desplazan hacia el mar donde
1
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3
4
O de Fondo
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Distancia Tierra Adentro
O
3
Efecto Urbano
Vientos
(NO)
Flujo de Drenaje
Estrato de O
3
1
2
5
3
4
Capa Superficia l Estable
asociada a la Brisa de Tierra
Bloqueo Convectivo
sobre el Mar
Estratos de O
3
Adbt. Seca
Temp.
Ozono
Nivel de O
3
en los Estr atos de Reserva
Formados dura nte los as Ante riores
Destrucción de Ozono
a lo largo de la Superficie
Estratos de O
3
noche
O de Fo ndo
3
1
2
5
3
4
Distancia Tierra Adentro
O
3
Efecto Urbano
Vientos
(NO)
1
2
5
3
4
Flujos de Retorn o
Desarrollo de la brisa
durante el a
TBL
MBL
Capas mite
Brisa
c
b
a
T
Subsidencia
Producción neta de O
3
Región limitada por NO
x
Adbt. Seca
08 z
13 z
17 z
TEMP
+
Þ
Formacn de
Estratos de Reserva
día
Figura 6� Dinámica
del ozono en las zo-
nas costeras del este
peninsularProcesos
de recirculación de las
masas de aire cargadas
de ozono debido al régi-
men de brisas en la costa
mediterránea durante el
día (arriba) y la noche
(abajo). Fuente: CEAM,
adaptado de Millán et al.
(2000).
El ozono troposférico y sus efectos en la vegetación
16
se acumulan a cierta altitud. Al día siguiente, las capas estratificadas sobre el
mar y enriquecidas en ozono penetran de nuevo hacia el interior de los valles
empujadas por la brisa. Se establece así un proceso recirculatorio que puede
mantenerse durante varios días y que va produciendo un incremento progre-
sivo de ozono en las masas de aire que penetran desde la costa hacia el interior
siguiendo los valles. Las capas en altura enriquecidas en ozono pueden además
desplazarse a largas distancias generando un problema de contaminación a es-
cala regional.
El ozono en el área mediterránea
Las características climatológicas de la región mediterránea con altas temperatu-
ras y radiación solar intensa, junto con los procesos de recirculación de las masas
de aire contaminado que suceden tanto a escala regional como local, favorecen
los procesos fotoquímicos que derivan en la formación, transporte y acumula-
ción de ozono en la atmósfera. Además, el área mediterránea es una zona densa-
mente poblada y con un desarrollo económico relativamente reciente e intenso,
que ha estimulado un aumento significativo de su nivel de industrialización y
su flota de vehículos favoreciendo la emisión de precursores del ozono. Estas
características convierten a esta zona en la región de Europa donde se registran
los niveles ambientales de ozono en superficie más elevados (Figura 7).
El análisis de las tendencias futuras de las concentraciones de ozono troposféri-
co indica que, asociado al cambio climático, para finales de siglo se espera que
se produzca un aumento de los niveles de ozono en el Mediterráneo, ligado a
una mayor frecuencia de veranos más cálidos y secos y a un incremento de la
emisión de COV biogénicos de origen natural.
gm
-3
)
Figura 7� Niveles de ozono
en Europa� Concentración
de ozono durante un episodio
de contaminación registrado
en junio del 2008. Fuente:
European Topic Centre on
Air and Climate Change.
European Environment
Agency, EEA (http://www.
eea.europa).
El ozono troposférico y sus efectos en la vegetación
17
2�4- Niveles de ozono troposférico en España
La Península Ibérica presenta unas concentraciones de ozono en el aire que so-
brepasan con frecuencia los valores objetivo establecidos en la legislación euro-
pea y nacional para la protección de la vegetación y la salud humana, sobre todo
durante los meses de primavera y verano. La costa mediterránea es una de las
zonas sometida a un problema crónico de contaminación por ozono. El análisis
de la formación y dispersión de ozono en toda la cuenca del Mediterráneo indi-
ca que los altos niveles registrados en la costa este peninsular se deben en gran
parte al transporte de ozono a escala regional debido a la circulación de los vien-
tos en la zona, al que se suma el ozono generado por la emisión de precursores
procedentes de fuentes locales. Otras áreas que presentan generalmente concen-
traciones de ozono elevadas son las que rodean las principales zonas urbanas
e industriales del país; en este caso asociadas principalmente a las emisiones
locales de precursores.
En las islas Canarias, también se han registrado concentraciones relativamente
altas de ozono cuyo origen está relacionado con el transporte a larga distancia
por los vientos alisios desde latitudes más norteñas, y también con su formación
fotoquímica a partir de precursores locales. En las áreas ubicadas a barlovento
de las zonas urbanas (de donde sopla el viento), dominan los procesos de trans-
porte a larga distancia, tanto de ozono como de sus precursores, mientras que
en las áreas a sotavento, los niveles de ozono están más determinados por la
formación a partir de emisiones de precursores locales.
Las concentraciones de ozono y su evolución temporal están muy relacionadas
con los patrones de emisión de sus precursores. En España, la tendencia tempo-
ral en las tasas de emisión de los distintos compuestos precursores del ozono es
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 19992000 20012002 2003 20042005 20062007
CH4
NOx
COVNM
CO
Figura 8� Evolución de las emisiones totales anuales de los distintos precursores del ozono
en España� La figura presenta las emisiones respecto al nivel de base de 1990. Fuente: MARM, Banco
Público de Indicadores Ambientales.
El ozono troposférico y sus efectos en la vegetación
18
heterogénea. Las medidas de control impuestas para reducir los precursores del
ozono han permitido reducir de forma significativa las emisiones de monóxido
de carbono (CO) y compuestos orgánicos volátiles (COV) en las últimas dos
décadas (Figura 8). Sin embargo, las emisiones de óxidos de nitrógeno (NO
x
) y
metano (CH
4
) continúan aumentando. El control desigual de las emisiones de
precursores del ozono, junto con las circunstancias geográficas y climáticas de
España, contribuyen a que los niveles de ozono se mantengan elevados, consti-
tuyendo un importante reto medioambiental.
Redes de vigilancia de la calidad del aire
El cumplimiento de la legislación europea y nacional referente a la calidad del
aire requiere el mantenimiento de redes de medida de la contaminación atmos-
férica que registren la concentración de los contaminantes atmosféricos más im-
portantes, entre los que se haya el ozono troposférico y sus precursores, junto
con otros parámetros meteorológicos que ayudan a la interpretación de los va-
lores recogidos.
Las redes de vigilancia de la calidad del aire se han desarrollado ampliamente
en las últimas décadas por parte de ayuntamientos y comunidades autónomas.
Debido a que su objetivo original era el control de la calidad del aire en relación
con la salud humana, estas redes se han centrado en la medida de la contami-
nación atmosférica en las zonas de mayor densidad de población. Por ello, sus
estaciones de medida se localizan mayoritariamente en zonas urbanas y con fre-
cuencia se carece de información adecuada sobre la concentración de ozono en
las zonas peri-urbanas y rurales donde pueden representar un problema más
significativo. En la actualidad, se está realizando un esfuerzo importante desde
ayuntamientos y comunidades, en colaboración con el MARM, para optimizar
las redes de calidad del aire de forma que se incorporen nuevas estaciones de
medida que sean representativas del medio rural y permitan el seguimiento de
la calidad del aire para la protección de los ecosistemas naturales y la salud de la
Estación de medida de la Red
de Vigilancia de la Calidad
del Aire del Ayuntamiento
de Madrid. Fuente: Ayunta-
miento de Madrid.
Ayuntamiento de Madrid
El ozono troposférico y sus efectos en la vegetación
19
población fuera de las ciudades. La red de estaciones de vigilancia en el territo-
rio español dispone de un total de 380 estaciones cuya información es accesible
al público a través de páginas web.
Paralelamente a las redes de calidad del aire gestionadas por comunidades au-
tónomas y ayuntamientos, y para dar cumplimiento a las obligaciones contraí-
das en el marco de varios convenios europeos, existe la red nacional EMEP/
VAG/CAMP para medir contaminación atmosférica de fondo, gestionada por el
MARM.
Rural
Rural de fondo
Suburbana
Urbana
Tipo de estación
Figura 9� Vigilancia de la calidad del aire en España. Ubicación de las 380 estaciones de vigilancia
de la calidad del aire distribuidas en el territorio español (datos 2008). Fuente: MARM, D.G. de Calidad y
Evaluación Ambiental.
El ozono troposférico y sus efectos en la vegetación
20
Red EMEP/VAG/CAMP
La red nacional EMEP/VAG/CAMP, gestionada por el Ministerio de Medio Ambiente, y Medio
Rural y Marino (Figura 10), tiene como fin dar cumplimiento a las obligaciones contraídas en el
marco de varios convenios internacionales. Esta red está integrada en el Programa de coope-
ración para la vigilancia continua y la evaluación del transporte a gran distancia de contami-
nantes atmosféricos en Europa (EMEP, European Monitoring Evaluation Programme, http://www.
emep.int/index.html), creado en el marco del Convenio de Ginebra para medir la contaminación
atmosférica de fondo y optimizar la modelización de los procesos de transporte y depósito de los
contaminantes atmosféricos. Uno de los principales objetivos de EMEP es proporcionar, tanto a
los gobiernos, como a otros cuerpos del Convenio, la información científica necesaria para de-
sarrollar y evaluar los protocolos de reducción de las emisiones de contaminantes atmosféricos
que se elaboran desde el propio Convenio. Además de EMEP, la red EMEP/VAG/CAMP sirve a los
objetivos del proyecto de Vigilancia Mundial de la Atmósfera (VAG) de la Organización Meteoro-
lógica Mundial (OMM) y del Programa Integral de Control Atmosférico (CAMP) fruto del Convenio
OSPAR para la protección y conservación de los recursos del Atlántico nororiental. La participación
española se realiza a través de una amplia red de científicos y expertos nacionales.
La red EMEP/VAG/CAMP vigila los
niveles troposféricos de contamina-
ción atmosférica de fondo y su sedi-
mentación en la superficie terrestre
con el fin de proteger el medio am-
biente. La serie de datos recogida a
través de esta red todavía no es lo
suficientemente extensa como para
poder determinar cuál es la tenden-
cia temporal en las concentraciones
de fondo de ozono en España. Sin
embargo, los datos disponibles indi-
can que los valores medios registra-
dos desde el año 2000 se encuen-
tran por encima del valor objetivo es-
tablecido por la legislación europea
Noia
O Saviñao
Niembro
ElsTorms
Barcarrota
Doñana Víznar
Zarra
Campisábalos
Peñausende
San Pablo de
los Montes
Mahón
Noia
Cabo de Creus
Noia
O Saviñao
Niembro
ElsTorms
Barcarrota
Doñana Víznar
Zarra
Campisábalos
Peñausende
San Pablo de
los Montes
Mahón
Noia
Cabo de Creus
Figura 10� Estaciones de la red EMEP/VAG/CAMP en España�
Las azules son de EMEP; las amarillas de VAG; la roja de EMEP-
CAMP. Fuente: MARM.
Risco Llano
Castilla-La Mancha
2007
Vi znar, Andalucía
2000 a 2002
Risco Lano
Castilla-La Mancha
2003 a 2005
El s Torms
Cataluña
2006
Valor objetivo
protección de la
vegetación en 2010:
18.000 µg /m 3
0
5.000
10.000
15000
20.000
25.000
30.000
35.000
40.000
45000
2000 20012002 2003 2004 2005 2006 2007
µg/m
3
Media de las medias anuales nima de las medias xima de las medias
.
Figura 11� Niveles de
fondo de ozono en Espa-
ña� Medias móviles quin-
quenales de AOT40, valores
medios anuales calculados
a partir de las estaciones
EMEP/VAG/VAMP desde el
año2000. La línea roja indi-
ca el valor objetivo que debe
alcanzarse para asegurar la
protección de la vegetación
sensible según la Directiva
europea de la calidad del
aire (18000 µg m
-3
). Fuente:
MARM.
El ozono troposférico y sus efectos en la vegetación
21
y española, tanto en lo relativo a la protección de la salud de las personas, como en lo relativo
a la protección de la vegetación (Figura 11). En cambio, los niveles de ozono en las grandes
ciudades (por encima de 100.000 habitantes) se encuentran por debajo del valor objetivo esta-
blecido para la protección de la salud humana, aunque se aprecia una tendencia al aumento.
Este comportamiento coincide con los patrones generales de distribución del ozono que mues-
tran niveles más altos en las zonas rurales respecto a los ambientes urbanos.
Estaciones de vigilancia de la calidad del aire de la red EMEP/VAG/CAMP. Izquierda: estación de Niembro
(Asturias), área de captadores de partículas. Derecha: estación de O Saviñao (Galicia), vista general.
Modelización de la contaminación atmosférica
Las diversas redes de medida de contaminantes atmosféricos, junto con las ac-
tividades de numerosos grupos de investigación, ofrecen una información im-
portante sobre la distribución de los contaminantes atmosféricos. Esta informa-
ción se encuentra sin embargo limitada por el número de estaciones de medida
y su distribución geográfica heterogénea, lo que dificulta la caracterización de la
calidad del aire de una región extensa, como es el caso de la Península Ibérica.
Para cubrir esta limitación, se emplean modelos de calidad del aire que permiten
la estimación de la concentración en el aire de diferentes compuestos químicos
pudiendo abarcar una cobertura geográfica amplia.
Para estimar los valores de concentración de una determinada especie química, los
modelos resuelven de forma nurica un balance de masas en el que se consideran
todos los procesos físicos y químicos que conducen a un aumento y/o disminucn
de la concentración del compuesto químico en el volumen considerado. Los proce-
sos que deben ser simulados por los modelos de calidad del aire incluyen las emi-
siones, el transporte por el viento, los procesos de mezcla turbulenta, los procesos
de depósito de los contaminantes sobre distintas superficies y las reacciones quími-
cas atmosféricas. Para simular estos procesos se necesita una gran cantidad de in-
formacn de entrada, relativa a las condiciones meteorológicas (viento superficial
y en altura, temperatura, precipitación, radiacn, etc), emisiones antroponicas y
biogénicas, usos del suelo, topografía, y valores de la concentración del compuesto
que se quiere modelizar en las zonas limítrofes al área modelizada.
MARM
MARM
El ozono troposférico y sus efectos en la vegetación
22
Los modelos de calidad del aire requieren que los valores de emisión de los dis-
tintos contaminantes que se utilizan como entrada para el modelo presenten una
definición espacial y temporal concreta, que habitualmente no coincide con los
datos recogidos en los inventarios de emisiones. Por ello, para obtener los datos
de entrada del modelo, es necesario realizar una desagregación, tanto temporal (el
modelo necesita información de forma horaria) como espacial, de estas emisiones,
lo que supone una complicación adicional al laborioso cálculo de las emisiones.
Otro factor de complejidad se debe a que los modelos de calidad del aire conside-
ran los procesos de depósito de los contaminantes sobre las superficies terrestres,
tanto los que se producen por vía seca como húmeda. El depósito seco está rela-
cionado con la captura de gases o partículas por parte del suelo o de la vegetación
cuando están suficientemente cercanos a estas superficies como para quedar atra-
pados. El depósito húmedo está relacionado con la caída del contaminante junto
con la lluvia, bien porque sea arrastrado o disuelto por ella o porque haya llegado
a incorporarse a las pequeñas gotas de agua que componen las nubes.
Los modelos de calidad del aire deben considerar además el conjunto de reacciones
químicas que afecta a un determinado contaminante. Hay un mero muy elevado
de compuestos ornicos capaces de existir en la atmósfera y un gran número de
reacciones químicas que pueden suceder en ella (reacciones de oxidación, reaccio-
nes de fotolisis en la que interviene la luz solar, etc). Para afrontar esta complejidad,
los modelos pueden realizar numerosas aproximaciones, considerando únicamen-
te ciertos compuestos o agrupamientos de ellos, de manera que se reduzcan las
especies químicas que participan en el sistema químico, y el número de reacciones
0
30
60
90
120
150
180
240
360
500
700
-10,4 -8,4 -6,4 -4,4 -2,4 -0,4 1,63,6
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
g m
-3
)
Figura 12. Modelización de la distribución de ozono. Concentración máxima octohoraria de ozono
calculada con el modelo de calidad de aire CHIMERE para un día del mes julio (expresada en µg m
-3
).
Los puntos representan las estaciones de medida empleadas para la validación del modelo. El color que
rodea estas estaciones corresponde a la concentración medida de ozono, dando una idea de la desviación
entre los valores modelizados y los valores medidos. Fuente: CIEMAT.
El ozono troposférico y sus efectos en la vegetación
23
químicas implicadas, incluyendo únicamente las más representativas o de mayor
efecto en la química atmosférica que se quiere analizar. Esta simplificación se rea-
liza para reducir el consumo y tiempo de cálculo computacional, ya que la reso-
lución nurica del balance de masas se vuelve más compleja cuanto mayor es
el mero de mecanismos considerados. La simplificacn de procesos puede ser
adecuada en el caso de la modelización de contaminantes no reactivos (por ejemplo
el plomo), donde se puede prescindir del módulo químico. El ozono, sin embargo,
es un compuesto implicado en numerosas reacciones químicas, por lo que deben
considerarse todos los procesos químicos para conseguir una modelización lo más
precisa posible (Figura 12).
Una vez realizada con el modelo la estimación de la concentración de un conta-
minante, los valores obtenidos deben ser contrastados con los valores registra-
dos en aquellos puntos en los que se disponga de equipos de medida con el fin
de conocer la calidad de las estimaciones del modelo (Figura 13).
En España, distintos grupos científicos están contribuyendo a la optimización y
desarrollo de modelos de calidad del aire en los que la dispersión de los conta-
minantes atmosféricos se analiza en función de la meteorología y la química at-
mosférica. Recientemente se ha creado la Red Temática sobre Modelización de la
Contaminación Atmosférica (RETEMCA), liderada por el CIEMAT y financiada
por el MARM. La utilización de modelos es una herramienta útil para la gestión
medio ambiental y la planificación territorial. Algunos de los proyectos actual-
mente en marcha relacionados con la modelización de la calidad del aire tienen
como objetivo realizar pronósticos fiables de los niveles de contaminación en
una escala temporal que permita tomar medidas para la protección de la salud,
si éstas fueran necesarias.
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
O3 microgr/m3
(
días)
Valoresobservados
Valores modelizados
g m
-3)
O3 microgr/m3
Valoresobservados
Valores modelizados
O3 microgr/m3
Valoresmedidos
Valores modelizados
Figura 13� Comparación entre la concentración de ozono modelizada y sus correspondientes
valores medidos. Valores modelizados proporcionados por el modelo de calidad del aire CHIMERE; valores
observados registrados en una estación de Madrid de fondo urbano para un período de agosto utilizando un
dominio espacial que engloba la Península Ibérica. Fuente: CIEMAT.
El ozono troposférico y sus efectos en la vegetación
24
3�1- Métodos de estudio de los efectos del ozono en la vegetación
Para estudiar los efectos de la contaminación atmosférica en la vegetación se
han desarrollado numerosas metodologías de experimentación que permiten
determinar la sensibilidad de las especies a un contaminante y los parámetros
biológicos que pueden verse afectados. A través de la experimentación se persi-
gue aislar la variable de interés (el contaminante que se quiere estudiar) del resto
de los factores que afectan al desarrollo de la vegetación. Estas metodologías se
clasifican en sistemas experimentales bajo condiciones naturales, seminaturales
o controladas, dependiendo del grado de control de distintos parámetros du-
rante el desarrollo del experimento, como son la exposición al contaminante(s),
los factores meteorológicos y los factores edáficos. Cada una de estas técnicas ha
sido diseñada para responder a cuestiones a distintas escalas de trabajo, por lo
que su eficacia depende de que la técnica seleccionada sea la más adecuada para
los objetivos concretos que plantee cada estudio. Estas diferentes metodologías
presentan todas ellas sus ventajas y limitaciones. La experimentación en condi-
ciones naturales ofrece resultados más extrapolables a las condiciones de campo
reales, pero entran en juego variables que no se controlan experimentalmente y
que dificultan la interpretación de los resultados. En los estudios en condiciones
controladas, los resultados obtenidos son más reproducibles y las variables que
inducen la respuesta de la planta están claramente definidas, dos características
imprescindibles a la hora de establecer relaciones causa-efecto y cuantificar la
respuesta de la planta a distintas concentraciones del contaminante. Los siste-
mas en condiciones seminaturales son un caso intermedio.
Los estudios realizados en condiciones controladas permiten establecer a priori
tanto las condiciones de exposición al contaminante, como el rango de algunas
variables ambientales como la intensidad de luz, la temperatura, la humedad del
aire o la disponibilidad de nutrientes y de agua. Existe una gran variedad de es-
tos dispositivos, desde invernaderos modificados hasta cámaras de fumigación
más o menos sofisticadas. Estos sistemas permiten repetir las mismas condicio-
nes experimentales en sucesivos estudios. Por ello son muy útiles para determi-
nar los mecanismos de acción de los contaminantes sobre procesos fisiológicos
o bioquímicos que son también modulados por las condiciones ambientales. Sin
embargo, la extrapolación de estos resultados a condiciones de campo no expe-
rimentales es bastante limitada.
En los sistemas experimentales seminaturales, llamados sistemas de exposición
en campo, puede controlarse total o parcialmente la concentración en aire del con-
3�- Efectos del ozono en
la vegetación
El ozono troposférico y sus efectos en la vegetación
25
Figura 14� Instalación experimental de cámaras des-
cubiertas ubicada sobre un campo de cultivo extensivo de
sandía (delta del Ebro, Tarragona). Vista aérea y detalles de
la cámaras desde el exterior e interior. Fuente: CIEMAT.
taminante y el tiempo de exposición, trabajando en condiciones ambientales muy
próximas a las naturales, por lo que es posible establecer relaciones causa-efecto.
La técnica más utilizada son las cámaras de techo descubierto (Open Top Chamber,
OTC). La mayor parte de las bases de datos que se manejan actualmente para
establecer los valores umbrales de ozono para la protección de la vegetación en
Europa proceden de estudios realizados empleando este tipo de instalaciones.
Las cámaras de techo descubierto son invernaderos circulares de pequeño tamaño
(2-3 m de diámetro) abiertos por la parte superior (Figura 14). El flujo de aire hacia
el interior de la cámara se fuerza utilizando un ventilador externo que impulsa el
aire desde la parte inferior de la cámara hacia la abertura superior del techo. La
disposición opcional de filtros de carbón activo en la entrada de aire permite reba-
jar la concentración de ozono dentro de las cámaras respecto al exterior. Mediante
este sistema se puede comparar el desarrollo de la vegetación crecida en cámaras
con aire filtrado frente al desarrollo de las expuestas a las concentraciones ambien-
tales de ozono. El empleo adicional de un sistema de generación de ozono puede
elevar la concentración del contaminante dentro de las cámaras por encima de los
valores ambientales, reproduciendo situaciones de atmósferas más contaminadas
y enriqueciendo, con ello, el estudio de la relación entre la exposición al ozono
y la respuesta de la vegetación. Las cámaras descubiertas permiten a las plan-
tas desarrollarse bajo unas condiciones relativamente cercanas a las condiciones
de crecimiento naturales. Sin embargo, la extrapolación de los resultados para la
evaluación de los daños provocados por el ozono en cultivos o zonas forestales
CIEMAT
CIEMAT
CIEMAT
El ozono troposférico y sus efectos en la vegetación
26
debe hacerse con precaución debido al inevitable efecto invernadero de la propia
cámara, que puede modificar la respuesta de la planta dando lugar, con bastante
frecuencia, a una sobreestimación de los efectos (aunque dependiendo de las con-
diciones experimentales la subestimación de daños también es posible).
Para evitar la distorsión de la respuesta de las plantas al ozono provocada por
el efecto invernadero de las cámaras, se han desarrollado en las últimas décadas
nuevos sistemas experimentales de exposición a cielo abierto (Open Air Exposure
Systems) que permiten una exposición de las plantas a concentraciones controladas
de ozono sin el uso de ningún tipo de cámaras o invernaderos (Figura 15). Estos
sistemas suelen constar de un número variable de parcelas circulares delimitadas
por un tubo perforado de pequeño diámetro que rodea la parcela externamente y
por el que se libera aire hacia el centro de la parcela con distintas concentraciones
de ozono. Su diseño se parece a los sistemas s extendidos para analizar el efecto
sobre la vegetación del enriquecimiento atmosférico en CO
2
(Free Air Carbon dioxi-
de Enrichment, FACE). Estos sistemas de exposición a cielo abierto son complejos y
costosos al requerir un control preciso de la liberación del aire enriquecido en ozo-
no en función de la dirección y velocidad del viento y de la concentración atmos-
férica de ozono. Actualmente, en España no se dispone de ninguna instalación de
este tipo, aunque la colaboración con otros grupos de investigación europeos ha
permitido realizar este tipo de estudios empleando plantones de pino canario y
pino negro en instalaciones de Alemania y Suiza.
Los estudios en condiciones naturales se realizan sin el empleo de cámaras ni sis-
temas de exclusión de aire, por lo que no se producen alteraciones del microclima
que rodea a las plantas. Las plantas crecen expuestas a las variaciones ambientales
de los contaminantes y de los factores ambientales que modifican su respuesta.
Este tipo de estudios se pueden realizar en zonas que presentan un gradiente en
los niveles de contaminación atmosférica, provocado por el movimiento dominan-
te de las masas de aire desde los centros de emisión de los contaminantes o de sus
precursores (ciudades, centros industriales) hacia las zonas rurales. Aprovechando
la existencia de estos gradientes de contaminación, se puede analizar el desarro-
llo de la vegetación expuesta a distintos niveles de contaminación. Sin embargo,
para la interpretación correcta de los resultados, se debe tener en cuenta la posible
Figura 15. Sistema experimental de exposición a ozono a cielo abierto en los Alpes suizos (Alp
Flix, Research Station Agroscope Reckenholz-Tänikon, Suiza). Colaboración entre el Agroscope ART Air
Pollution/Climate Group (Zurich, Suiza) y la unidad CREAF-CEAB-CSIC de Ecofisiología y Cambio Glo-
bal para analizar la sensibilidad al ozono del pino negro (Pinus uncinata) del Pirineo.
CREAF, M. Díaz de Quijano
CREAF, M. Díaz de Quijano
ART, S. Bassin
El ozono troposférico y sus efectos en la vegetación
27
existencia de otros gradientes naturales, como variaciones en las características del
suelo, en la temperatura o en el régimen de precipitaciones, que se sobreponen al
de contaminación y pueden modificar la respuesta de la vegetación.
En España, distintos grupos de investigación están trabajando para caracterizar
gradientes naturales de contaminación atmosférica. En todos ellos se requiere la
monitorización de los parámetros meteorológicos, edáficos y la concentración
de los contaminantes atmosféricos a lo largo del gradiente. Debido a que estos
estudios se realizan en zonas rurales, donde no hay corriente eléctrica disponible
para emplear monitores de medida en continuo de los contaminantes, estas medi-
das se realizan utilizando dosímetros pasivos. Los dosímetros pasivos son filtros
impregnados con un compuesto químico específico para reaccionar con cada con-
taminante (Figura 16). Los dosímetros se exponen al aire durante un periodo de
tiempo determinado, transcurrido el cual se retiran y analizan en el laboratorio
para determinar la concentración media de los distintos contaminantes durante
el periodo de exposición. Esta técnica se emplea comúnmente para estudiar la
distribución de la contaminación atmosférica en zonas rurales, y especialmente en
áreas protegidas, como por ejemplo los parques nacionales, donde la calidad del
aire es un factor a considerar al valorar su estado de conservación.
Figura 16. Dosímetros pasivos para medida de contaminantes gaseosos� Distintos modelos de dosímetros para el
análisis de los niveles de ozono y óxidos de nitrógeno. Fuente: CIEMAT, CEAM, MARM-DG Medio Natural y Política
Forestal.
MARM
CEAM
CIEMAT
El ozono troposférico y sus efectos en la vegetación
28
Caracterización del gradiente de contaminación
entre Madrid y la sierra de Guadarrama
Mediante el empleo de dosímetros pasivos se ha caracterizado el gradiente de contaminación que existe entre
la ciudad de Madrid y la sierra de Guadarrama. La concentración de ozono se incrementa con la distancia a
la ciudad de Madrid y la altitud, alcanzándose los valores más altos en las zonas más elevadas de la sierra,
mientras que los óxidos de nitrógeno presentan el patrón contrario, disminuyendo con la distancia a la ciudad
y la altitud. Las figuras muestran los valores medios ± error estándar para el período junio 2004-julio 2007
Fuente: CIEMAT, adaptado de Alonso et al. (2009).
0
20
40
60
80
100
120
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Altitud (m)
500
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1500
2000
Media
Otoño
Primavera
Verano
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Altitud
Ozono (µgm
-3
)
Pardo
Viñ
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S. Agustí
n
Miraflores
Canencia
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Pe
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ín
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/
SurNorte
Óxidos de Nitrógeno (µgm
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SurNorte
/
SurNorte
Óxidos de Nitrógeno (µgm
-3
)
620 m
1059 m
715 m
671 m
2079 m
1749 m
1506 m
1630 m
1647 m
N
Madrid
620 m
1059 m
715 m
671 m
2079 m
1749 m
1506 m
1630 m
1647 m
N
620 m
1059 m
715 m
671 m
2079 m
1749 m
1506 m
1630 m
1647 m
N
Madrid
Estaciones de muestreo
1- El Pardo (620 m)
2- Viñuelas (671 m)
3-San Agustín de Guadalix (715 m)
4-Miraflores de la Sierra (1059 m)
5- Pto.Canencia (1506 m)
6- Pto.Morcuera (1749 m)
7- Peñalara (Zabala) (2079m)
8- Valsaín (1630 m)
9- Navafría (1647 m)
10- Riofrío (982 m)
El ozono troposférico y sus efectos en la vegetación
29
3�2- Absorción del ozono por la vegetación
Los efectos que el ozono provoca en la vegetación dependen de la cantidad de
contaminante que consigue alcanzar el interior de la planta e interferir en las
reacciones bioquímicas y metabólicas gracias a las que se produce el desarrollo
y crecimiento vegetal. Debido a que el ozono es un contaminante gaseoso, su
principal vía de entrada en las plantas es a través de los estomas, unos pequeños
poros en la superficie de las hojas por donde se realiza el proceso habitual de
intercambio de gases con la atmósfera que permite la fotosíntesis y la respira-
ción. El ozono penetra en los tejidos vegetales mediante mecanismos de difusión
pasiva.
El flujo de ozono que alcanza el interior de la planta es proporcional a la con-
centracn que hay en el aire, pero parte de ese ozono se pierde durante su
transporte desde la atmosfera hacia las capas de aire más cercanas al tejido
Caracterización de la distribución de contaminantes
atmosféricos en La Ribera (Navarra)
Distribución espacial de ozono (O
3
), óxidos de nitrógeno (NO
2
) y algunos compuestos orgánicos volá-
tiles (BTEX, benceno, tolueno, etilbenceno y xileno) mediante el uso de dosímetros pasivos. La Ribera
(Navarra). Fuente: LICA/UN, adaptado de González et al. (2005).
El ozono troposférico y sus efectos en la vegetación
30
vegetal y por su contacto con distintas superficies, por ejemplo la cucula de
las hojas. El transporte del ozono hacia el interior vegetal se puede explicar
mediante una analogía con un sistema de resistencias que reducen la concen-
tracn del gas en cada paso de su transporte hacia el interior de la planta
(Figura 17). Una primera resistencia aerodinámica (R
a
) delimita el paso de
los gases desde la atmósfera hasta la capa de aire en contacto con la super-
ficie de la vegetación y depende de factores como la altura y la estructura
del dosel vegetal, la velocidad del viento o la rugosidad de la superficie. La
resistencia de la capa límite (R
b
) determina la concentración de ozono en la
capa de aire que se encuentra en contacto inmediato con la superficie foliar
y es funcn de las caractesticas morfogicas de las hojas (tamo, forma,
orientación, rugosidad) y de factores meteorológicos, en especial de la velo-
cidad del viento.
La fracción de la concentración de ozono que realmente entra en el interior de la
hoja está controlada finalmente por la resistencia estomática (R
s
), a su vez condi-
cionada por el número de estomas, las características anatómicas de las células
guarda que forman el estoma y por el grado de apertura del poro estomático.
Figura 17� Depósito de
ozono sobre la vegetación�
Cálculo del flujo de ozono ab-
sorbido por la planta utilizan-
do una analogía con un modelo
de resistencias que incluye
los procesos atmosféricos, de
depósito sobre superficies y de
absorción por la vegetación.
Fuente: adaptado de UNECE
(2009).
El ozono troposférico y sus efectos en la vegetación
31
El inverso de la resistencia estomática se denomina conductancia estomática.
Cuanto mayor sea esta conductancia, mayor será el flujo de gases entre la plan-
ta y la atmósfera, favoreciendo la absorción del ozono y el desarrollo de daños
en la planta. La conductancia estomática es el parámetro más importante que
determina la absorción del ozono por la vegetación.
El funcionamiento de los estomas está regulado por factores ambientales como
son la temperatura, la humedad relativa del aire, la luz, la disponibilidad de
agua, la concentración de nutrientes o la concentración de CO
2
dentro de la
hoja. También está controlado por factores internos de la planta a través de las
hormonas vegetales que dependen de la edad y del estado de desarrollo de la
planta. Cualquier factor que provoque el cierre de los estomas contribuye a la
reducción de la absorción del contaminante y, por tanto, a una disminución de
los daños causados por el ozono. A su vez, la propia contaminación atmosféri-
ca puede provocar alteraciones en el funcionamiento estomático.
La absorción del contaminante por la planta no es el único parámetro que ex-
plica la toxicidad del ozono. Las plantas poseen la capacidad de activar deter-
minados mecanismos de defensa, protección y reparación frente a los daños
provocados por el ozono. Estos mecanismos de defensa pueden actuar limi-
tando su absorción mediante el cierre estomático, evitando la formación de
productos tóxicos derivados de las reacciones del ozono en el medio celular, o
destruyendo los compuestos tóxicos ya generados. La capacidad de defensa de
las plantas varía dependiendo de la especie y de su estado de desarrollo, pero
depende también de múltiples factores externos como son las condiciones cli-
máticas y nutricionales o los posibles cambios en las relaciones entre indivi-
duos de la misma o de distintas especies (relaciones intra e interespecíficas)
dentro del funcionamiento del ecosistema.
Análisis del intercambio de gases entre la atmósfera y la planta empleando un sistema portátil de medida de
CO
2
y vapor de agua que utiliza un analizador de infrarrojos. Fuente: CIEMAT.
CIEMAT CIEMAT CIEMAT CIEMAT
El ozono troposférico y sus efectos en la vegetación
32
3�3- Efectos del ozono desde la escala celular a la ecosistémica
El ozono es una molécula gaseosa con una gran capacidad oxidante. Una vez ab-
sorbido por las plantas a través de los estomas, el ozono se ve implicado en una
serie de reacciones en cadena que producen radicales libres y formas activas del
oxígeno. Estos compuestos químicos son altamente reactivos y pueden oxidar di-
versos compuestos orgánicos que forman parte de las paredes celulares o de los
orgánulos de la célula vegetal, provocando un estrés oxidativo celular y alterando
su funcionamiento. Los mecanismos de actuación del ozono en los tejidos vege-
tales no se conocen con exactitud, en parte por la complejidad de los mecanismos
implicados y en parte porque la respuesta de la planta depende de la especie, del
estado de desarrollo y de las condiciones ambientales de crecimiento.
El ozono y sus productos derivados parecen alterar la permeabilidad de la mem-
brana celular y el funcionamiento de algunos enzimas y hormonas que actúan
ligados a la membrana y que están implicados en la regulación del transporte de
iones y de agua, influyendo de manera decisiva en el metabolismo de las células
Importancia del tipo de exposición al ozono
0
20
40
60
80
100
024681012141618202224
Perfil diario de las concentraciones de ozono
correspondientes a una exposición tipo cró-
nica (línea azul) y otra aguda (línea rosa).
Nótese que a pesar de sus diferentes perfiles
y su diferente fitotoxicidad potencial, ambas
resultarían en una concentración media diaria
idéntica.
Los efectos del ozono en la vegetación dependen tanto de la concentración de ozono en el aire como
de la frecuencia y duración con que ocurren esas concentraciones. En función del tiempo y la concen-
tración se pueden distinguen dos tipos de exposiciones:
Exposición aguda: exposición a altas concentraciones de ozono durante períodos cortos de tiem-
po. Este tipo de exposiciones provoca generalmente daños que se observan como síntomas fo-
liares visibles. La aparición de estos síntomas se debe a cambios a nivel bioquímico y no siempre
están asociados a reducciones en el crecimiento de las plantas.
Exposición crónica: se producen con concentraciones de ozono bajas o medias durante largos
períodos de tiempo. En estos casos se observan alteraciones a nivel metabólico, a menudo sin
que se observen síntomas visibles, que conducen a una senescencia prematura y a cambios en
el crecimiento y la productividad de las plantas. Este tipo de exposiciones pueden inducir otro
tipo de respuestas más difíciles de apreciar como una mayor sensibilidad frente a otros factores
de estrés, tanto bióticos como abióticos.
horas
El ozono troposférico y sus efectos en la vegetación
33
afectadas. Pero al mismo tiempo, la formación de radicales libres y formas acti-
vas del oxígeno parece constituir una primera línea de defensa desencadenando
una cascada de señales que activan diversos mecanismos de protección en el
interior celular, incluyendo cambios en la expresión de algunos genes.
La formación de radicales libres y otras especies activas del oxígeno ocurre tam-
bién durante el metabolismo vegetal, incluso bajo unas condiciones óptimas
de crecimiento. Por esta razón, las plantas presentan una serie de sistemas de
protección con el fin de evitar que se produzcan daños por oxidación en sus
propios componentes celulares. Los sistemas de protección celular antioxidante
están constituidos por enzimas (principalmente superóxido dismutasa, peroxi-
dasas, glutatión reductasa), diversas moléculas de pequeño tamaño (ascorbato,
glutatión, α-tocoferol) y otros metabolitos secundarios (fenoles, carotenoides)
distribuidos en distintos compartimentos celulares. La abundancia y actividad
de estos compuestos depende de la especie, de la edad de la planta y de sus con-
diciones de crecimiento. En condiciones normales, existe un equilibrio entre la
formación y la destrucción de radicales libres y formas activas del oxígeno. Este
equilibrio puede ser alterado por múltiples factores ambientales y nutricionales
como son la sequía, las altas intensidades de luz, las altas temperaturas, o tam-
bién por la acción de contaminantes atmosféricos como el ozono.
Cuando se sobrepasa la capacidad de protección de las células vegetales frente a
las perturbaciones inducidas por el ozono a escala celular, se producen efectos a
escala metabólica, principalmente en la asimilación del carbono mediante la fo-
tosíntesis, en la distribución de nutrientes y productos asimilados y en el alma-
cenamiento de sustancias de reserva. Estos efectos a menudo se traducen en una
disminución en las tasas de crecimiento y productividad, y en una aceleración
de los procesos de senescencia.
Efecto del ozono a escala celular. Relación entre los daños foliares visibles y los observados a escala celular
en acículas de pino negro (Pinus uncinata) del Pirineo. Se observa una destrucción de los cloroplastos en
las células que rodean la cámara estomática (a) respecto a los cloroplastos de las células del mesófilo interior
(a’); una acumulación de material extracelular en la misma cámara estomática (flechas negras); una acumu-
lación de oligómeros de proanthocianidinos (b) y de otros cuerpos fenólicos (flechas azules). Los compuestos
fenólicos contribuyen a reducir el estrés oxidativo inducido por el ozono. Fuente: CREAF, Unidad CREAF-
CEAB-CSIC de Ecofisiología y Cambio Global.
CREAF, M. Díaz de Quijano
CREAF, M. Díaz de Quijano
El ozono troposférico y sus efectos en la vegetación
34
El ozono puede provocar una disminución de la actividad fotosintética a través
de alteraciones en la actividad de la Rubisco (enzima encargada de fijar el CO
2
),
en el contenido de clorofilas o en la actividad de las células guarda que controlan
la apertura estomática. Además, la intensificación de los mecanismos de pro-
tección y reparación que el ozono desencadena aumenta la tasa de respiración
para soportar el gasto energético extra necesario, lo que supone finalmente una
reducción neta de la tasa de asimilación de carbono.
El ozono puede también provocar cambios en el reparto o translocación de los
productos asimilados, generalmente aumentando el flujo hacia las hojas jóvenes
Esquema de la entrada del ozono al interior de los tejidos vegetales y de su efecto en la fijación
de carbono y reparto de compuestos asimilados. El CO
2
y el ozono penetran en el interior de la hoja
a través de los estomas. Una vez alcanzada la cavidad subestomática, el ozono en contacto con el medio
acuoso genera radicales libres y formas activas del oxígeno que reaccionan con la pared y membrana celular,
alterando los procesos de asimilación y translocación de los productos asimilados (flechas rojas). Los meca-
nismos de detoxificación y reparación disminuyen los daños provocados por el ozono (líneas verdes), pero
suponen un gasto energético a costa del consumo de productos asimilados. Se produce una alteración en la
distribución de los productos asimilados hacia las raíces, tallos, hojas y órganos de reserva.
CIEMATCIEMAT
CIEMAT
El ozono troposférico y sus efectos en la vegetación
35
y disminuyendo el que se dirige a hojas más viejas, raíces y órganos de reser-
va. Si las concentraciones del contaminante no son demasiado altas, este com-
portamiento puede constituir un mecanismo adaptativo que permite mantener
las tasas de crecimiento en unas condiciones de estrés con poca disponibilidad
de hidratos de carbono. Por el contrario, si las concentraciones de ozono son
mayores, la disminución de productos de reserva en las raíces provoca un des-
censo del crecimiento radicular que conlleva una disminución de la absorción
de nutrientes, de forma que se produce una pérdida en el vigor de las plantas.
Esta pérdida de vigor aumenta su sensibilidad frente a otros factores de estrés
(sequía, altas temperaturas, plagas, etc).
Además de estos efectos observados a escala de organismo, el ozono puede
provocar efectos a escala de ecosistema. La diferente sensibilidad al ozono que
presentan especies pertenecientes a una misma comunidad vegetal, puede cam-
biar las relaciones de competencia entre dichas especies, alterando la estructura
y la diversidad de la comunidad vegetal. Estos cambios pueden traducirse en
efectos sobre los ciclos de nutrientes y sobre las relaciones hídricas dentro del
ecosistema.
3�4- Síntomas visibles
Cuando las alteraciones provocadas por la exposición al ozono superan la capaci-
dad de defensa de las células vegetales, se producen dos a nivel metabólico que
pueden llegar a observarse de forma visible. Algunos agentes bióticos y abióticos,
como la presencia de otros contaminantes atmosféricos, desequilibrios nutriciona-
les, condiciones cliticas extremas o ataques de patógenos (insectos, hongos, etc.)
pueden provocar en algunas especies ntomas foliares parecidos a los que provoca
el ozono. El discernir en campo cuál es el agente causante de estos síntomas y si es-
tos pueden atribuirse o no al ozono con seguridad, requiere una evaluación experta
Síntomas foliares inducidos por ozono. Punteadoras rojizas en hojas de judía (a) y tomate (c), necrosis más avanzada en hojas
de sandía (b), bandeado clorótico en acículas de pino carrasco (d). Fuente: CIEMAT.
c da b
CIEMAT CIEMATCIEMAT CIEMAT
El ozono troposférico y sus efectos en la vegetación
36
y muy cuidadosa. Para su confirmación es necesario ser capaces de reproducir los
síntomas observados en campo en condiciones experimentales, exponiendo la es-
pecie a diferentes concentraciones de ozono. Aún así, resulta complicado establecer
una clara relación entre las concentraciones de ozono y la intensidad de los sínto-
mas foliares puesto que su desarrollo depende también de las características de la
exposición al contaminante y de las condiciones de crecimiento de la planta.
En las especies de hoja ancha, los daños que produce el ozono se caracterizan
por la aparición de una pigmentación en forma de punteaduras de color marrón,
rojizo o púrpura. Estas punteaduras indican las áreas que han sido afectadas de
manera irreversible por el contaminante provocando la muerte celular. Se trata
de una respuesta que afecta a las células más superficiales del parénquima en
empalizada, mientras que las nervaduras permanecen intactas. Los síntomas se
desarrollan inicialmente en el haz de las hojas (cara superior) y en general apa-
recen primero en las hojas que han alcanzado su madurez. Cuando los daños se
extienden, se puede detectar una necrosis bifacial que refleja la muerte del tejido
vegetal. En las coníferas, los síntomas foliares se observan como un bandeado
clorótico difuso con frecuencia acompañado de puntas quemadas. Otra carac-
terística común es la defoliación de las copas de los individuos sensibles, que
evoluciona desde la base de la copa hacia la parte superior. La aparición de estos
síntomas suele venir acompañada de un proceso de senescencia prematura de
hojas, flores, frutos y/o de toda la planta.
El desarrollo de daños visibles provocados por el ozono no siempre viene acom-
pañado de efectos en el crecimiento o producción de la planta. Sin embargo, su
presencia puede suponer una importante pérdida económica en el caso de aque-
llos cultivos sensibles cuyo valor en el mercado depende de su apariencia.
Bioindicación
El desarrollo de síntomas foliares visibles provocados por la exposición al ozo-
no, permite la utilización de algunas especies, variedades o biotipos, como bio-
indicadores y/o biomonitores de los niveles ambientales de ozono. Un bioindi-
cador es un ser vivo que responde a unas condiciones ambientales específicas
con unos síntomas específicos. En el caso de la contaminación atmosférica, el
bioindicador actúa como un sensor que detecta la presencia de contaminantes
atmosféricos. Los biomonitores pueden ofrecer además una información cuan-
titativa de la cantidad de contaminante atmosférico. La bioindicación puede ser
pasiva cuando se basa en observaciones realizadas en especies vegetales que
crecen en la zona, ya sea de forma natural o cultivada. Pero también se pueden
realizar estudios de bioindicación activa utilizando métodos estandarizados con
especies, variedades o biotipos seleccionados por su sensibilidad al ozono.
El pino carrasco (Pinus halepensis) ha sido el bioindicador más utilizado en Espa-
ña para determinar la extensión del problema de contaminación por ozono que
afecta al este peninsular. Los estudios realizados empleando este pino indican
El ozono troposférico y sus efectos en la vegetación
37
Uno de los sistemas de biomonitorización del ozono más utilizado se basa en el em-
pleo simultáneo de tres variedades de tabaco con distinta sensibilidad a este conta-
minante (BelW3, BelB y BelC) siguiendo un protocolo experimental estandarizado que
analiza el desarrollo y la extensión de daños foliares visibles. Este sistema ha sido muy
utilizado en Europa en el marco del grupo de trabajo del Convenio de Ginebra que
estudia los efectos del ozono en cultivos y vegetación (ICP-Vegetation, http://icpvege-
tation.ceh.ac.uk)). Además, algunos proyectos europeos, como el EuroBionet, también
han empleado este sistema de bioindicación para evaluar la calidad ambiental en
algunas ciudades europeas, entre ellas Barcelona y Valencia. Otro sistema de bioindi-
cación comúnmente empleado por el ICP-Vegetation se basa en la combinación de la
respuesta al ozono, tanto en producción de biomasa como en desarrollo de síntomas
foliares, de dos biotipos de trébol blanco (Trifolium repens) seleccionados específica-
mente por su sensibilidad y su resistencia a este contaminante. Ambos sistemas se han
utilizado en múltiples estudios a nivel internacional para caracterizar la extensión de
los daños del ozono en la vegetación a escala regional o continental. En Europa, los
resultados coinciden en señalar a los países del centro y sur del continente como los
más afectados por los daños en la vegetación inducidos por el ozono.
Biomonitorización del ozono
Daños foliares de distinta intensidad en hojas de tabaco de la variedad sensible al ozono BelW3 provocados por
las concentraciones de ozono que se registran en la costa del levante peninsular. Fuente: CIEMAT
Edimburgo
Sheffield
Copenhage
Nancy
25-75 %
Mediana
Min-Max
(%)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Dusseldorf
Klagenfurt
Verona
Lyon
Barcelona
25-75 %
Mediana
Min-Max
(%)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Bioindicación con tabaco en dis-
tintas ciudades europeas en 2001.
Daños foliares expresados como
porcentaje de hoja dañada (me-
diana, valores medios, máximos y
mínimos). Las ciudades de Lyon y
Barcelona, son las que presentan
mayores daños por ozono. Fuen-
te: Adaptado de Klumpp et al.
(2006). Resultados del proyecto
Life-European Network for the
Assessment of Air Quality by
the Use of Bioindicator Plants,
EuroBionet.
CIEMAT
CIEMAT
El ozono troposférico y sus efectos en la vegetación
38
que los niveles de ozono en esta área son suficientemente elevados para provo-
car daños en la vegetación, y que la localización y orientación de los bosques
determinan el grado de daño, estando más afectados aquellos que se encuentran
en el camino del movimiento de las masas de aire contaminado desde la costa
hacia el interior. De manera similar, se ha constatado la presencia de síntomas
visibles en diversos cultivos hortícolas comerciales empleados como bioindica-
dores pasivos para determinar la extensión del riesgo de daños por ozono en la
costa mediterránea desde Tarragona hasta Almería.
3�5- Efectos del ozono en cultivos
Las concentraciones de ozono troposférico que se registran actualmente en mu-
chas regiones del mundo, y en concreto en España, pueden provocar efectos
nocivos para la agricultura. El desarrollo de los daños depende de la concen-
tración y duración de la exposición al contaminante, pero también del estado
de desarrollo de la planta en el momento de la exposición y de las condiciones
meteorológicas y edáficas durante este periodo. Son especialmente importan-
tes los factores que determinan la disponibilidad de agua para la planta que
condicionan el flujo de absorción del contaminante. Los efectos del ozono en
los cultivos se pueden manifestar como ntomas visibles en las hojas, como
reducción de la producción y/o calidad de la cosecha, o como un aumento en
la sensibilidad frente a ataques de patógenos. En la Península Ibérica, la mayor
parte de los estudios sobre el efecto del ozono en la agricultura se han desarro-
llado en el área mediterránea, la principal zona de producción hortícola.
El desarrollo de síntomas foliares provocados por el ozono puede suponer una pér-
dida ecomica a considerar en aquellos cultivos cuyo valor comercial se basa en la
AF ANF ANF+40 ppb
AF ANF ANF+40 ppb
AF=Aire Filtrado sin ozono
ANF= Aire no filtrado
ANF+40 ppb= Aire no filtrado + 40 ppb
Efectos del ozono en culti-
vo de patata: desarrollo de
síntomas foliares y re-
ducción de la producción.
Instalación de cámaras
descubiertas de “La Perei-
ra” (Benifaió, Valencia).
Fuente: CEAM.
CEAM, E. Calvo
CEAM, E. Calvo
CEAM
El ozono troposférico y sus efectos en la vegetación
39
apariencia de las hojas. Este es el caso de cultivos como la espinaca, la lechuga y el
tabaco, en los que se han observados este tipo de daños provocados por las concen-
traciones de ozono habituales en la costa levantina. En otros cultivos cuya impor-
tancia comercial se basa en el fruto, la aparición de ntomas foliares no se relaciona
siempre con rdidas en produccn. Por el contrario, la exposicn al ozono puede
provocar una reducción de la producción sin la aparición de daños visibles.
Existe una amplia base experimental, a partir de estudios realizados en diversas
áreas de la geograa espola, que indica que los niveles de ozono que se registran
habitualmente en muchas zonas agrícolas son capaces de provocar efectos en la
productividad de los cultivos. Estos se pueden manifestar como una reducción de
la tasa de germinación de las semillas, un retraso en el inicio del periodo de flora-
ción, una disminución de la producción de flores, y, principalmente, como una re-
ducción en la producción de frutos y semillas. En la zona de Levante, el ozono pue-
de provocar, en condiciones experimentales, rdidas de productividad de hasta
un 39% en sandías, un 31% en juas y un 26% en tomates. En el caso de las sandías,
por ejemplo, la reducción en la cosecha se produce más por una disminucn en el
mero de frutos que por una reducción en el peso del fruto. En algunos cultivos,
como la sana y el tomate, el ozono provoca además un retraso en la maduracn
de los frutos, por lo que las cosechas tempranas son las que s sufren la reduccn
Síntomas foliares
inducidos por el
ozono de forma
experimental en
espinaca (arriba)
y lechuga (abajo).
Fuente: CEAM.
Cultivos sensibles al ozono
descritos en España
sandía (Citrullus lanatus)
judía (Phaseolus vulgaris)
tomate (Lycopersicon esculentum)
cítricos
tabaco (Nicotiana tabacum)
patata (Solanum tuberosum)
lechuga (Lactuca sativa)
espinaca (Spinacea oleracea)
alcachofa (Cinara scolymus)
vid (Vitis vinifera)
colza (Brassica napus)
trigo duro (Triticum durum)
trigo blando (Triticum aestivum)
maíz (Zea mays)
arroz (Oryza sativum)
soja (Glycine maxima)
cacahuete (Arachis hypogea)
melón (Cucumis melo)
guisante (Pisum sativa)
col (Brassica oleracea)
CEAM, E. Calvo
CEAM, E. Calvo
El ozono troposférico y sus efectos en la vegetación
40
de la produción. Esta pérdida puede compensarse con las cosechas finales si los
niveles del contaminante no son muy elevados (Figura 18), si bien el retraso puede
implicar una pérdida de competitividad en el mercado cuando ocurre en cultivos
cuya aparición temprana supone un valor añadido.
Es importante destacar que la respuesta de los cultivos a la exposición al ozono
puede ser muy diferente dependiendo de la variedad utilizada. De forma gene-
ral, se ha encontrado que las variedades procedentes de regiones con elevados
niveles de contaminación por ozono tienden a ser más tolerantes que las varie-
dades desarrolladas en áreas relativamente limpias, posiblemente debido a que
se ha producido una selección inconsciente por parte de los agricultores. En las
zonas agrícolas donde se detectan problemas de producción asociados al ozono,
una solución eficaz es optar por el cultivo de variedades resistentes. También es
posible adoptar algunos cambios en el manejo de los cultivos que pueden redu-
cir la absorción del ozono por las plantas y con ellos sus efectos, especialmente
los relacionados con los patrones de riego o el uso de fertilizantes.
Un aspecto menos estudiado son los efectos del ozono en la calidad de la cosecha.
El ozono reduce hasta un 10-14% el contenido en azúcares del fruto de la sandía
y el tomate, y provoca cambios en la composición proteica del grano del trigo (Fi-
gura 19). Estos efectos pueden agravar las pérdidas económicas inducidas por el
3
3,5
4
4,5
5
5,5
6
123456
Aire Filtrado
Aire No Filtrado
ppbde O
3
Grados Brix
Cosechas parciales
3
Aire No Filtrado + 40
3
Figura 19� Efectos del ozono
en la calidad de frutos de
tomate� Reducción de la con-
centración de azúcares en fruto
expresados como grados Brix en
las diferentes cosechas parciales
por efecto del ozono. Fuente:
CIEMAT, adaptado de Bermejo et
al. (2002).
Figura 18� Efectos del ozono
en la producción de cultivos
experimentales de tomate�
Evolución de la producción del
peso de frutos por planta de la
variedad Tiny Tim.El efecto del
ozono es más intenso en las cose-
chas tempranas donde se observa
una reducción de la producción
provocada por el ozono. Fuente:
CIEMAT (adaptado de Bermejo
et al. (2002).
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
70 80 90 100110 120130 140
Aire Filtrado
Aire No Filtrado
Aire No Filtrado + 40 ppbde O
3
(g)
Días desde la emergencia
33
El ozono troposférico y sus efectos en la vegetación
41
Localidades europeas donde se
han registrado daños visibles
por ozono en cultivos, mato-
rrales y herbáceas, en estudios
realizados dentro del marco
de ICP - Vegetation. Fuente:
ICP-Vegetation, adaptado de
Hayes et al. (2008).
El ICP-Vegetation es el grupo de trabajo dentro del Convenio de Ginebra que reúne la base cien-
tífica sobre los efectos de la contaminación atmosférica en la vegetación (http://icpvegetation.
ceh.ac.uk). Está formado por distintos grupos internacionales que de forma conjunta desarrollan
experimentos, analizan bases de datos y elaboran modelos sobre los efectos del ozono, los me-
tales pesados y los compuestos nitrogenados en la vegetación natural herbácea y en los cultivos.
Actualmente 18 países, entre ellos España, participan en este programa.
En los últimos 20 años, el ICP-Vegetation se ha centrado en el estudio y análisis de los daños
provocados por el ozono en especies agrícolas y herbáceas, recopilando y analizando una ex-
tensa base de datos. En el marco de este grupo se han recogido las evidencias que indican que
las concentraciones de ozono que se registran en amplias zonas de Europa provocan efectos en
la vegetación. Sus resultados han contribuido al desarrollo de los protocolos para el control del
ozono y de los óxidos de nitrógeno del Convenio de Ginebra.
El análisis integrado de los efectos del ozono en la producción y la aparición de síntomas visi-
bles, realizado en el marco del ICP-Vegetation, ha permitido establecer los valores umbrales de
ozono para la protección de los cultivos y la vegetación herbácea (niveles críticos de ozono).
Estos valores, que se revisan periódicamente para incorporar la nueva información disponible,
han sido la base para el desarrollo de la legislación sobre ozono actualmente vigente en Europa
(ver capítulo 5). En el seno de este grupo también se están optimizando los modelos para el
cálculo de los flujos de ozono hacia el interior de la planta que serán la base para el desarrollo
de nuevos niveles críticos que aseguren la protección de la vegetación.
Grupo de Cooperación Internacional sobre los Efectos de los
Contaminantes Atmosféricos en la Vegetación Natural y los Cultivos
(ICP-Vegetation)
contaminante al disminuir el precio del fruto en el mercado. En los últimos años,
se ha comprobado que la exposición al ozono puede además predisponer a los
cultivos de tomate y melón al ataque de enfermedades víricas o en otros casos
alterar la eficacia de algunos herbicidas.
El ozono troposférico y sus efectos en la vegetación
42
3�6- Efectos del ozono en especies herbáceas
La investigación sobre los efectos del ozono en la vegetación se ha centrado tra-
dicionalmente en evaluar los daños en especies agrícolas y forestales debido a
que es posible asociar pérdidas económicas a estos daños, e incluirlas en los
análisis de coste-beneficio de los diferentes escenarios y estrategias de reducción
de los niveles de este contaminante. Sin embargo, se conoce muy poco sobre
los efectos del ozono en las comunidades de pastos y pastizales, a pesar de que
representan alrededor del 50% de la superficie europea y de que reúnen gran
parte de la biodiversidad de los hábitats naturales. La información recopilada y
generada dentro del marco del programa ICP-Vegetation del Convenio de Gine-
bra es insuficiente para establecer con fiabilidad cual es la sensibilidad al ozono
de este tipo de vegetación y cuáles deben ser los límites para su protección; ya
que el centenar de especies analizadas suponen menos del 5% de las especies
herbáceas descritas en Europa.
Los estudios realizados con especies de clima centroeuropeo indican que el ozo-
no puede provocar el desarrollo de daños foliares, la reducción del crecimiento
y la producción de semillas y una disminución de la calidad nutritiva. Las es-
pecies que componen estas comunidades pascícolas no responden de forma ho-
mogénea al ozono. Esta diversidad de respuestas puede depender de múltiples
causas, como diferencias en las estrategias de crecimiento, la morfología foliar,
el metabolismo celular o los mecanismos de defensa. En general, las especies
pertenecientes a la familia de las leguminosas son más sensibles al ozono en
comparación con la relativa resistencia de las gramíneas con las que conviven en
la misma comunidad. Esta diferente sensibilidad puede provocar una selección
de las especies resistentes frente a las sensibles que llevaría a un empobrecimien-
to del pasto (pérdida de diversidad) y a una reducción de su calidad forrajera,
ya que la presencia de leguminosas hace al pasto más palatable y nutritivo para
el ganado.
El estudio de los efectos del ozono en las comunidades de pastos supone un de-
safío debido a la complejidad de estos ecosistemas. Se requiere no sólo el análisis
de la respuesta al contaminante de las diferentes especies que lo componen, sino
Análisis de sensibilidad al ozono. Especies
herbáceas anuales expuestas a concentracio-
nes elevadas de ozono dentro de una cámara
descubierta. Fuente: CIEMAT.
CIEMAT
El ozono troposférico y sus efectos en la vegetación
43
también la evaluación de los cambios que ocurren en las interacciones entre las
distintas especies y la evolución final en términos de composición florística y
productividad de toda la comunidad. La respuesta de estas comunidades está
además determinada por factores nutricionales y microclimáticos que pueden
variar de manera importante en pequeñas distancias, o por las técnicas de ges-
tión del pasto utilizadas.
La mayor parte de los estudios realizados en Europa sobre el efecto del ozono en
especies pascícolas se han centrado en comunidades perennes representativas
de los climas centroeuropeos. En la última década, se está realizando un esfuer-
zo importante para determinar la sensibilidad al ozono de las especies que for-
man parte de los pastizales mediterráneos de la Península Ibérica, especialmente
de los pastizales anuales asociados a las dehesas. Estas comunidades destacan
por su alta biodiversidad y por ser representativas de los usos tradicionales del
suelo. Se han detectado varios mecanismos por los que el ozono podría estar
alterando la composición y estructura florística de estas comunidades.
La exposición al ozono reduce la producción de flores y de semillas de la mayor
parte de las leguminosas anuales estudiadas, tréboles en su mayoría. Al tratarse
de especies anuales, una menor producción de semillas puede tener importan-
tes consecuencias para la supervivencia de las especies sensibles, puesto que
en cada estación de crecimiento la abundancia de una especie, su capacidad de
competencia frente a otras especies o su capacidad de resistencia a condiciones
meteorológicas adversas depende de la cantidad y viabilidad del banco de semi-
llas presente en el suelo.
Se ha observado también un desequilibrio en la respuesta al ozono entre la parte
aérea y la subterránea en algunos de los tréboles anuales analizados, de forma que
el ozono afecta de forma más intensa al crecimiento de las raíces respecto a la parte
aérea de la planta. Este desequilibrio puede suponer una disminución en las sus-
tancias de reserva almacenadas en las raíces que pueden resultar imprescindibles
para la maduración final de las semillas en condiciones de sequía.
Como en el caso de los pastos centroeuropeos, las leguminosas anuales son más
sensibles al ozono que las gramíneas con las que conviven (Figura 20). De hecho,
el ozono no afecta al crecimiento ni provoca daños foliares en las gramíneas es-
Medidas fisiológicas en pastizales mediterráneos a escala foliar y de dosel para el análisis de los flujos de ozono
hacia el interior de las plantas; en una dehesa del centro peninsular y en una cumbre de la sierra de Guadarrama.
Fuente: CIEMAT
CIEMATCIEMATCIEMAT
CIEMAT
El ozono troposférico y sus efectos en la vegetación
44
Entre las actividades que desarrolla el ICP-Vegetation del Convenio de Ginebra, se encuen-
tra la puesta en marcha y seguimiento de experimentos que permitan evaluar el riesgo de
daño por ozono en la vegetación herbácea natural del área europea y contribuir con ello a
determinar los valores umbrales de ozono para este tipo de vegetación y la distribución de
las áreas potencialmente más sensibles.
Para conseguir la participación de un gran número de países y grupos de investigación,
cubriendo la mayor superficie posible del territorio europeo, se proponen experimentos
sencillos y fáciles de desarrollar siguiendo un protocolo claramente definido. Entre estos
estudios se encuentran los que emplean distintos bioindicadores sensibles al ozono. Uno
de los más utilizados, desde 1996, es el sistema basado en el empleo de dos biotipos de
trébol blanco (Trifolium repens), uno sensible y otro resistente. De manera similar, se han
hecho evaluaciones con dos biotipos de Centaurea jacea con diferente sensibilidad al ozono.
Los resultados señalan mayores daños en los países de la regn mediterránea, que presenta
mayores concentraciones de ozono.
Además, desde el ICP - Vegetation se está desarrollando una intensa labor para recopilar toda
la información disponible sobre los efectos del ozono en diferentes comunidades herbáceas,
con el fin de detectar aquellas características que se puedan relacionar con su sensibilidad al
ozono. Esto permiti predecir la respuesta de estas comunidades al contaminante. A la vez, se
esn desarrollando modelos para el lculo de los flujos de ozono absorbidos por las plantas
acoplados a modelos de predicción de crecimiento de este tipo de vegetacn, en función de
las condiciones meteorogicas y edáficas.
Estudios realizados dentro del Grupo de Cooperación Internacional
sobre los Efectos de los Contaminantes Atmosféricos en la Vegetación
Natural y los Cultivos (ICP-Vegetation)
Bioindicación de ozono en Pamplona emplean-
do un biotipo sensible y otro resistente de
trébol blanco en el marco del ICP-Vegetation.
Fuente: LICA/Universidad de Navarra.
Bioindicación en Europa empleando biotipos de trébol. Escala de intensidad de daños en
función del daño foliar del biotipo sensible NC-S. Valores medios de agosto entre 1998-2006.
Fuente: ICP-Vegetation, adaptado de Hayes et al. (2007).
LICA/UN, J. Santamaría
El ozono troposférico y sus efectos en la vegetación
45
tudiadas, a diferencia de la respuesta de las leguminosas. El ozono supone por
tanto un factor limitante en la capacidad de competencia de las leguminosas.
Otro aspecto importante a considerar es la calidad forrajera de los pastizales de
las dehesas para su aprovechamiento ganadero. El ozono reduce la calidad del
pasto, no sólo por inducir una reducción en el crecimiento de las leguminosas,
sino que también altera el contenido de fibras y/o puede disminuir el contenido
proteico de las hojas en algunas especies sensibles.
3�7�- Efectos del ozono en los bosques
A mediados de los años 70 del siglo pasado, se empezaron a detectar indicios de
un deterioro generalizado en los bosques de algunas regiones de Norteamérica
y Europa, cuyos síntomas más aparentes eran el desarrollo anormal de procesos
de clorosis en las hojas (pérdida de clorofilas), la reducción en el crecimiento de
los árboles y un debilitamiento progresivo de las masas forestales, que aumenta-
ba su sensibilidad frente a otros factores de estrés. No se trataba de un fenómeno
uniforme y generalizado, sino que los daños variaban en función de las especies
Medidas fisiológicas en los pastizales de una dehesa del centro peninsular para determinar la influencia de los
parámetros meteorológicos en su intercambio de gases y por tanto en la absorción de ozono. Fuente: CIEMAT
0,40
0,42
0,44
0,46
0,48
0,50
0,52
0,54
0,56
0,58
0,60
AF
ANFANF+ 40 ppb
(g semana
-1
)
Leguminosas
Gramíneas
Figura 20� Efecto del
ozono en las herbáceas
anuales. Tasa de creci-
miento medio de legumi-
nosas y gramíneas anuales
de los pastizales del centro
peninsular expuestas a
concentraciones de ozono
inferiores al ambiente
(AF), ambientales (ANF)
y 40 ppb por encima del
ambiente (ANF+40 ppb).
El ozono afecta al creci-
miento de las leguminosas,
pero no al de las gramí-
neas. Fuente: CIEMAT,
adaptada de Gimeno et al
(2004).
CIEMAT
El ozono troposférico y sus efectos en la vegetación
46
y de las regiones geográficas. Este deterioro, que no se pudo atribuir a una causa
única, empezó a relacionarse por primera vez con el impacto de los contaminan-
tes atmosféricos. Se consideró que el ozono era uno de los agentes implicados
en el proceso, no como causante directo, sino como un factor que predisponía a
los árboles frente a otros tipos de estrés, fundamentalmente la sequía, el ataque
de patógenos y las deficiencias nutricionales. Desde entonces, unas 60 especies
arbóreas y arbustivas europeas han sido descritas como sensibles a los niveles
elevados de ozono en el aire.
En el área mediterránea, y concretamente en España, una de las especies más es-
tudiadas por su elevada sensibilidad al ozono es el pino carrasco (Pinus halepen-
sis). Es frecuente detectar síntomas visibles en forma de un bandeado clorótico
en sus acículas en amplias zonas del este de la Península Ibérica, sin estar relacio-
nados con la presencia de patógenos como micosis foliares o insectos chupadores.
Los estudios experimentales han demostrado que el ozono altera el metabolismo
de esta especie, provocando una disminución en el contenido de clorofilas, una
reducción de la asimilación de carbono (fotosíntesis, Figura 21) y una alteración
de los sistemas de defensa y distribución de nutrientes. Estas alteraciones se mani-
fiestan finalmente como una disminución en la tasa de crecimiento de los árboles
y una menor capacidad de respuesta frente a otros factores de estrés, por ejemplo,
la sequía y las altas temperaturas. Como ocurre con otras especies forestales, el
efecto del ozono en la tasa de crecimiento del pino carrasco no se observa hasta
después de dos o tres años de exposición al contaminante.
Los estudios realizados en la Península también se han centrado en otras espe-
cies propias de los bosques mediterráneos que pueden desarrollar alteraciones
del metabolismo y/o del crecimiento en respuesta a una exposición experimental
a concentraciones elevadas de ozono: encina (Quercus ilex), coscoja (Q