emisiones biogenicas

Primera edición: noviembre de 2004 D.R. © Instituto Nacional de Ecología (INE-SEMARNAT) Periférico sur 5000. Col. Insurgentes Cuicuilco, C.P. 04530. México, D.F. Internet: www.ine.gob.mx COORDINACIÓN EDITORIAL Y TIPOGRAFÍA: Raúl Marcó del Pont Lalli DISEÑO DE LA PORTADA: Álvaro Figueroa FOTO DE LA PORTADA: Claudio Contreras Koob CORRECCIÓN DE ESTILO: Eduardo Chagoya Medina ISBN: 968-817-699-0 Impreso y hecho en México Emisiones biogénicas Las emisiones de compuestos orgánicos volátiles no metano de la vegetación y óxido nítrico del suelo Erik Velasco y Rosa María Bernabé SECRETARÍA DE MEDIO AMBIENTE Y RECURSOS NATURALES INSTITUTO NACIONAL DE ECOLOGÍA . Índice Agradecimientos Prefacio • 11 Introducción • • 9 13 CAPÍTULO PRIMERO • 15 Emisiones naturales y biogénicas a la atmósfera • 15 Las emisiones generadas por la vegetación • 20 Las emisiones de óxido nítrico de los microorganismos del suelo • La química atmosférica y las emisiones biogénicas • 38 43 Estimación de las emisiones biogénicas • 43 Métodos para estimar las emisiones biogénicas • 43 Cuantificación de emisiones de óxido nítrico del suelo • 62 Aplicación de los inventarios de emisiones biogénicas • 64 67 Las emisiones biogénicas en México • 67 Las emisiones biogénicas a escala regional en Norteamérica • ¿Qué falta por hacer en el campo de las emisiones biogénicas en México? • 78 • 29 CAPÍTULO SEGUNDO • CAPÍTULO TERCERO 67 BIBLIOGRAFÍA • 81 . . así como de todos aquellos que de manera desinteresada contribuyeron a la realización de esta obra. .AGRADECIMIENTOS Los autores agradecen las contribuciones y sugerencias de Irma Rosas de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) y de Julia Cerón del Centro Nacional de Investigación y Capacitación Ambiental (CENICA). . 11 PREFACIO Prefacio Dentro del manejo integral de la calidad del aire los sistemas de monitoreo atmosférico. Entre los tópicos tratados aquí se incluyen. Es importante señalar que la vegetación y el suelo no son fuentes emisoras de contaminantes. por lo que en áreas con problemas de contaminación fotoquímica contribuyen de manera adicional a las emisiones antropogénicas en la formación de ozono y otros contaminantes tóxicos. Se presentan también algunos de los estudios realizados hasta la fecha en México y se sugieren lecturas de consulta para quienes deseen ahondar en temas específicos. un panorama general de las emisiones biogénicas así como sus técnicas de medición y el papel que juegan en la química atmosférica. sino que sus emisiones forman parte de los ciclos naturales del planeta. los inventarios de emisiones y los modelos numéricos de formación y dispersión de contaminantes constituyen herramientas básicas para establecer estrategias eficientes de control y reducción de contaminantes. El capítulo segundo presenta los métodos para evaluar las emisiones 11 . El presente trabajo pone a disposición del lector una revisión de los conceptos básicos y aspectos relevantes de las emisiones biogénicas tanto para aquellos que conocen del tema como para quienes desean incursionar e iniciarse en esta materia. en el primer capítulo. Las emisiones biogénicas provenientes de la vegetación y de los microorganismos del suelo son importantes dentro de este manejo integral debido a su alta reactividad en la atmósfera. los factores de emisión. así como las aplicaciones de los inventarios. en el último capítulo se aborda la situación que guarda el conocimiento de los inventarios de emisiones biogénicas en México. .12 EMISIONES BIOGÉNICAS biogénicas. Finalmente. Las emisiones a la atmósfera generadas en la naturaleza forman parte de los ciclos propios del planeta. como en grandes ciudades o en zonas industriales. a la generación de impactos nocivos al hombre. regional y local es necesario considerar siempre las emi13 . propician el balance químico de la atmósfera y han determinado en gran medida la evolución de los ecosistemas. donde son más importantes que las emisiones provenientes de la naturaleza. se cuantifican en varios órdenes de magnitud superior. Si se comparan con las emisiones generadas por las actividades del hombre. junto con las emisiones antropogénicas a la formación de ozono troposférico y otros compuestos tóxicos. llamadas emisiones antropogénicas. lo cual conduce. a su vez. Esto altera la capacidad natural de la atmósfera para limpiarse. como ejemplo se puede mencionar que la erupción de un volcán emite más gases y cenizas que cualquier planta termoeléctrica.13 INTRODUCCIÓN Introducción En áreas con problemas de contaminación atmosférica de origen fotoquímico las emisiones provenientes de la naturaleza contribuyen (tanto por su alta reactividad en la atmósfera como por su magnitud). en el ámbito global. ayudan a regular la temperatura a escala global. la fauna y. Es importante señalar que las emisiones naturales no son susceptibles de ser controladas por si mismas. a todo el ambiente. en tanto que las emisiones antropogénicas se concentran en áreas específicas. en general. mientras que toda emisión antropogénica sí puede serlo. En el diseño de estrategias para mejorar la calidad del aire. la flora. En el ámbito regional pueden llegar a impactar a todo el país. por ejemplo. . las de gases y partículas del volcán Popocatépetl que se localiza en la Meseta Central de México deben incluirse en los planes para reducir los gases de efecto invernadero que provocan el calentamiento global. y a nivel local los estados de Puebla.14 EMISIONES A LA ATMÓSFERA siones naturales. Tlaxcala y el Valle de México han llegado a registrar episodios con concentraciones significativas de compuestos potencialmente nocivos a la salud provenientes de sus exhalaciones. 15 CAPÍTULO PRIMERO Capítulo primero EMISIONES NATURALES Y BIOGÉNICAS A LA ATMÓSFERA En el presente capítulo se exponen las ideas en torno a los conceptos. que no tienen influencia directa de actividades humanas. desde el fitoplancton de los océanos. Los primeros se encuentran presentes en todos los ecosistemas y procesos naturales. hipótesis y mecanismos con los que se ha intentado explicar cómo y porqué las plantas y los microorganismos del suelo emiten compuestos considerados precursores de contaminantes secundarios (compuestos orgánicos volátiles biogénicos. Fuentes naturales Se considera que las fuentes naturales son aquéllas que emiten compuestos a la atmósfera generados por procesos tanto bióticos como abióticos. y óxidos de nitrógeno). aunque a la fecha no ha sido posible entender a cabalidad todos los procesos bioquímicos que implican y aún no se conocen todos los compuestos que los conforman. COVB. Esta sección esta organizada de tal forma que permita conocer los principales compuestos que se han identificado como biogénicos. hasta la respiración de los seres vivos que aportan 15 . que emite compuestos orgánicos volátiles. el proceso al que se asocia su emisión y el papel que tienen en la química de la atmósfera. 1998). así como diversos gases derivados de la actividad de los microorganismos y la liberación de fitohormonas por las plantas. Estas dos últimas causas son consideradas también emisiones naturales aunque el hombre tenga intervención en ellas. 1991. Durante las tormentas eléctricas se generan relámpagos. mercurio. En los incendios forestales se quema biomasa. como Japón. por mencionar algunos. propano y otros hidrocarburos volátiles no metánicos (Guenther et al. quema de biomasa. Price et al.16 EMISIONES BIOGÉNICAS dióxido de carbono. 2000). Estas fuentes emiten principalmente dióxido de azufre. etc. Barbosa et al. Las regiones más afectadas por este tipo de emisiones son. lo que genera emisiones de dióxido de carbono. 1997). Por otro lado. que agrupan a las erupciones volcánicas. cloro y en menor medida etano. ácido sulfhídrico. principalmente alcanos. intensa radiación solar. 1999). descuidos humanos. géiseres y otras actividades geotérmicas en la superficie terrestre llegan a superar en magnitud a las emisiones antropogénicas. donde se estima que el 60% de las emisiones de dióxido de azufre provienen de fuentes geotérmicas (Higashino et al. fumarolas. partículas e hidrocarburos volátiles no metano. 1997). dióxido de carbono. Las fuentes geotécnicas. óxidos de nitrógeno. o bien por diversas prácticas agrícolas con el fin de eliminar desechos ganándole terreno al bosque. áreas de origen y con actividad volcánica. alquenos y acetileno (Radke et al. lo que provoca la disociación del nitrógeno molecular y su posterior reacción con oxígeno para formar óxidos de nitrógeno. los cuales pueden ser provocados por relámpagos. Estas emisiones son las responsables de altas concentraciones de ozono y óxidos de nitrógeno en áreas rurales en época de secas (Cheng et al. descargas eléctricas de alto voltaje y temperatura que forman canales de ionización en la atmósfera. que llegan a ser precursores importantes del ozono troposférico (Borucki y Chameides 1984. rayos. los abióticos incluyen las fuentes geotécnicas. por lo general. 2000). Históricamente se ha observado que en años . (Guenther et al. En épocas de estiaje es común que se presenten incendios forestales. 1992a). zonas lacustres y en el océano (Wuebbles y Hayhoe 2002). humedales. Son ejemplos de ello el polvo de tierras erosionadas. Otra fuente importante es la volatilización de este compuesto en los depósitos de hidratos de los sedimentos marinos (Buffet 2000). y tienen gran importancia en la producción de oxidantes atmosféricos como el ozono. incluyendo emisiones antropogénicas y naturales. la temperatura ambiental y la disponibilidad de compuestos nutritivos para los microorganismos. Mediante procesos abióticos y bióticos se emite óxido nitroso y óxido nítrico a la atmósfera. Las emisiones de estos óxidos dependen además de la composición y características del suelo. de factores tales como la humedad. entre los que se puede mencionar a termitas y rumiantes. este último junto con el dióxido de nitrógeno se conocen como óxidos de nitrógeno.17 CAPÍTULO PRIMERO de sequía las emisiones por incendios forestales son significativas a nivel regional. que en su mayoría es el resultado de la descomposición anaerobia de la materia orgánica ocasionada por las bacterias metanogénicas. entre otros (Williams et al. En el aire existe una gran variedad de aerosoles de origen natural que tienen gran influencia en diferentes procesos atmosféricos. como en la dispersión de luz y en la formación de nubes (Andreae y Crutzen 1997). cabe recordar que los incendios registrados en 1998 en el continente americano a causa de los efectos de El Niño. provocaron un incremento en las concentraciones de partículas y dióxido de carbono en México y Estados Unidos de América (SMA 2001). Estos microorganismos se asocian a la microbiota del tracto digestivo en animales. La fuente más importante de óxidos de nitrógeno a escala global se debe al ciclo natural del nitrógeno. sales . en donde interviene la dinámica microbiana del suelo a través de procesos de nitrificación y desnitrificación. A nivel global se estima que los suelos aportan el 40% de la producción total de óxidos de nitrógeno. también se encuentran localizados en los pantanos. Uno de los principales gases de efecto invernadero emitido por las fuentes naturales es el metano. ciénegas. Los tejidos de las plantas contienen un gran número de compuestos orgánicos. la volatilidad de los compuestos. tamaño en el que son altamente eficientes como núcleos de condensación en la formación de nubes (Roberts et al. Estas emisiones incluyen compuestos altamente reactivos como el isopreno.18 EMISIONES BIOGÉNICAS marinas. aldehídos y ácidos orgánicos. Se estima que en regiones con alta densidad foliar. Su patrón de emisión depende de la fuente dentro de la hoja. virus y en general cualquier partícula que haya sido liberada o formada a partir de compuestos provenientes de plantas o animales (Main 2003). o bien de factores ambientales tales como condiciones de estrés o mecanismos de defensa de la propia planta. como en el Amazonas en época de lluvias. . esporas. Como parte de los aerosoles naturales se encuentran también los de origen biológico. olefinas. la trayectoria de difusión. que incluyen polen. algas. así como también compuestos menos reactivos como alcoholes. alérgicas y tóxicas. Los aerosoles biológicos son de gran relevancia para la salud humana. fragmentos de plantas. todas las fuentes naturales de aerosoles generan el 70% de las partículas menores a 10 µm de diámetro (PM10) (Artaxo y Hansson 1995). la mayoría son sintetizados y almacenados en la misma planta. entre otros. ya que son capaces de causar enfermedades infecciosas. protozoos. algas. bacterias. Estos gases son resultado de la descomposición de materia orgánica y hojarasca. que se ven influenciados por las condiciones de temperatura y humedad. cetonas y alcanos. Se conoce poco sobre los procesos de emisión. células epiteliales. En áreas forestales se ha encontrado recientemente que la actividad microbiana del suelo tiene un papel importante en la formación de partículas naturales a través de la emisión de gases que favorecen eventos de nucleación y crecimiento de aerosoles (Bigg 2004). hongos. metilbutenol. 2001). siendo sólo algunos de ellos emitidos en cantidades suficientes para influir en la química de la atmósfera. terpenos. líquidos provenientes de la fisiología de las plantas y compuestos formados a partir de las emisiones de la vegetación. humedad. 2000). Se han simulado con relativo éxito las emisiones de isopreno siguiendo el algoritmo propuesto por Guenther et al. en la generación e interacción de aerosoles orgánicos secundarios (partículas finas con diámetro menor a 2. edad.5 µm). junto con el óxido nítrico proveniente del suelo tanto por la actividad microbiana como por procesos abióticos y los compuestos orgánicos generados por el fitoplancton en los océanos. ya que tienen un papel fundamental en la química troposférica al ser compuestos precursores de contaminantes secundarios (contaminantes que se forman a partir de otras sustancias). se les denomina emisiones biogénicas. fenología. presencia de organismos patógenos. Se sabe que hay otros factores que podrían influir. 1988. A los hidrocarburos emitidos por la vegetación perteneciente al grupo de los compuestos orgánicos volátiles biogénicos. 1998). época del año y el estrés hídrico así como la exposición a contaminantes atmosféricos. pues muchas veces se subestiman este tipo de emisiones. Las emisiones biogénicas participan además en los procesos de oxidación. en la química atmosférica de los ácidos orgánicos que finalmente contribuyen a la deposición ácida y en el balance del ciclo global del carbono. prin- . pero aún se requieren más estudios al respecto para lograr un mayor entendimiento de estos procesos (Guenther et al. Para la evaluación y entendimiento de la calidad del aire estas emisiones son de gran importancia. (1995) basado en la relación de la actividad enzimática con las variaciones diurnas de temperatura y radiación solar. en los últimos años han aumentado los esfuerzos. No considerar a las emisiones biogénicas de compuestos precursores de ozono y otros contaminantes dentro de las estrategias destinadas a mejorar la calidad del aire ha dando lugar a impactos socioeconómicos adversos al diseñar estrategias inadecuadas (Chameides et al. como el tipo de vegetación.19 CAPÍTULO PRIMERO pero se sabe que el isopreno es producido en los cloroplastos por la actividad enzimática y que depende además de la disponibilidad de carbono fotosintético (Silver y Fall 1995). Pierce et al. Por esta razón. Otros estudios más recientes han asociado las emisiones al estrés hídrico presentado por algunas plantas. compuestos cíclicos y lineales generalmente insaturados. principalmente en temporada de sequía. mientras que los alcanos y aromáticos. ¿Cómo se generan? Desde hace algunas décadas el interés por establecer los mecanismos que liberan los compuestos biogénicos ha generado múltiples hipótesis al respecto. (2000) hicieron una revisión . aportan 13% del total del carbono observado (Montzka et al. la humedad y la cantidad de aceites y resinas presentes en la superficie de las hojas. la temperatura. y se encontró que la volatilización de los monoterpenos depende de la presión de vapor a la que se encuentren. 1993).20 EMISIONES BIOGÉNICAS cipalmente en los Estados Unidos de América y Europa. entre los que se incluyen compuestos oxigenados (aldehídos y cetonas). para entender mejor sus procesos de emisión. humedad y temperatura. En los años setenta se estudió la variación de las emisiones con respecto a las condiciones de luz. LAS EMISIONES GENERADAS POR LA VEGETACIÓN ¿Qué compuestos son emitidos? Todas las plantas emiten compuestos orgánicos volátiles. El cuadro 1 presenta una lista de los principales compuestos emitidos por la vegetación con sus respectivos tiempos medio de vida basados en su reacción con el radical OH. siendo el isopreno y terpenos los compuestos predominantes. Guenther et al. Los hidrocarburos de origen biogénico aportan la mayor fracción de carbono presente en la atmósfera. cuando se combinan condiciones de alta incidencia de radiación y temperaturas elevadas. y mejorar así los métodos de simulación y obtener inventarios más precisos de estos compuestos. que al parecer son predominantemente de origen antropogénico. encontrando que.3 >48 7-31 4 24 * Tiempo de vida medio basado en la reacción con el radical OH. PRINCIPALES COMPUESTOS EMITIDOS POR LA VEGETACIÓN ESPECIE / CLASE Isopreno Productos de reacciones Monoterpenos EJEMPLOS Isopreno Metacroleino TIEMPO MEDIO DE VIDA (H)* 1.1 3. de los procesos asociados con las emisiones de los principales COVB propuestos hasta la fecha (resumidos en el cuadro 2).21 CAPÍTULO PRIMERO CUADRO 1. pese a los vacíos existentes aún.5 3. A continuación se describen brevemente los mecanismos y/o procesos asociados a la generación de los COVB de las plantas y su emisión: . se cuenta con un mejor entendimiento científico de ellos.4 >24 1.8 metil-vinil-cetona Limoneno campheno a -pineno b –pineno n-Alcanos Alienos Aromáticos Sesquiterpenos Alcoholes Aldehídos Cetonas Otros n-hexano C10-C17 1-deceno p-Cimeno b –Cariofileno cis-3-hexen-1-ol n-hexanal 2-heptanona n-nonanal 7.4 2. etc. 2000) Flores Membrana Atracción a insectos ( Continúa ) .22 EMISIONES BIOGÉNICAS CUADRO 2. Alquenos. aromáticos. Mecanismos de defensa (Guenther et al. etanol. MECANISMOS ASOCIADOS A LA GENERACIÓN Y EMISIÓN DE COV POR LA VEGETACIÓN COMPUESTOS PRINCIPALES PROCESOS ASOCIADOS TIPO DE TEJIDO U ÓRGANO ASOCIADO PAPEL Isopreno. 2000) Tejidos no especializados Protección ante enfermedades y animales herbívoros Polinización (Guenther et al. 1995) Cloroplastos Acción enzimática como posible respuesta a incrementos de temperatura ambiental Monoterpenos. metilbutenol. esteres. hexanal. 2000) Tejidos especializados Protección ante insectos y plagas Desarrollo y crecimiento (Guenther et al. 2000) Tejidos especializados Hormonas para regular el crecimiento y desarrollo de la planta Etano. diterpenos y sesquiterpenos Etileno Mecanismos de defensa (Guenther et al. α-pineno Posiblemente protección térmica (Sharkey y Singsaas. etc. metil silicato. alcoholes. uno de los productos de esta reacción es el 3-fosfoglicerato el cual. ácido fórmico. como pinos. hexanal. álamos y sauces. etanol. Los compuestos comúnmente asociados a este mecanismo son los terpenos y el isopreno. etc. estudiadas a la fecha generan compuestos orgánicos volátiles no metano (COVNM) por la acción enzimática dentro de los cloroplastos. En la figura 1 se muestra de manera simplificada la ruta bioquímica de la síntesis de estos compuestos. mediante glicólisis y la acción de la acetil coenzima (CoA). formaldehído. siendo dependientes de la disponibilidad de carbono fotosintético. . MECANISMOS ASOCIADOS A LA GENERACIÓN Y EMISIÓN DE COV POR LA VEGETACIÓN COMPUESTOS PRINCIPALES PROCESOS ASOCIADOS TIPO DE TEJIDO U ÓRGANO ASOCIADO PAPEL Acetaldehído. acetaldehído. cetonas y metanol Metanol.23 CAPÍTULO PRIMERO CUADRO 2. abetos. ácido acético. acetona. El 30% de especies forestales nativas de Norteamérica. Durante la fotosíntesis se lleva a cabo la fijación de carbono. Antibióticos Hojas y raíz Respuesta a daños a la membrana Funciones vitales y conductancia estomática Inderminado. posiblemente parte del metabolismo Acción enzimática . favorece la síntesis del ácido mevalónico pirofosfatado (MAPP) y la formación del isopentil pirofosfato (IPP). ya que son cortados durante su etapa de crecimiento. hexanal. Las flores generan aromas agradables que están formados por mezclas de alquenos. Los tejidos de las plantas que han sido lastimados o mutilados aumentan su tasa de emisión de compuestos como acetaldehído. 2000.24 EMISIONES BIOGÉNICAS que mediante condensación. octano y metoxifenol son emitidos por tejidos no especializados de las plantas como defensa ante animales herbívoros (Guenther et al. metil salicilato. 1995). Daños a la membrana. Estos compuestos funcionan como hormonas en el desarrollo y crecimiento de la planta. Funciones vitales. alcoholes. El característico olor a pasto recién cortado se debe a emisiones de cis-3hexen-1-ol (Atkinson 1998). Hatanaka 1993). participan en la producción y maduración de los frutos. cetonas y metanol. hidrocarburos aromáticos. esteres. por ejemplo. 1992). monoterpenos y sesquiterpenos con el objeto de atraer insectos que realicen la polinización (BorgKarlson et al. Mecanismos de defensa. 1998). 1994). En la fenología propia de las plantas se encontró que éstas emiten COVNM. en la germinación de las semillas. compuestos nitrogenados. Polinización. asociándose su sín- . diterpenos (C20) y algunos sesquiterpenos (C15) son emitidos por mecanismos de defensa de las plantas ante plagas y patógenos diversos (McGarvey y Croteau 1995). en el desarrollo de las flores y en los procesos de envejecimiento (Abeles et al. etanol. da lugar a dos posibles rutas: la formación de dimeros (DMAPP) de 10 carbonos (geranil pirofosfato) que son precursores de isopreno. Compuestos como etano. Se sabe que compuestos como el ácido fórmico y el ácido acético también son emitidos por las plantas. Esto es relevante en cultivos y pastizales de forraje y recreo. etileno. Desarrollo y crecimiento. monoterpenos y de compuestos de 15 átomos de carbono que forman sesquiterpenos (Winer et al. Se ha observado que las partes mutiladas siguen emitiendo COVNM hasta secarse. actuando como antibióticos ante enfermedades y plagas (Fall 1999. Compuestos como los monoterpenos (C10). Kirstine et al. tesis a procesos como la fotorespiración y la descomposición de grasas y carbohidratos (Kesselmeier y Staudt 1999). 1995. El metanol es producido en las plantas desde el nacimiento de la plántula hasta la maduración. > Monoterpeno > > Sesquiterpenos .25 CAPÍTULO PRIMERO FIGURA 1. BIOSÍNTESIS DE ISOPRENO Y MONOTERPENOS A PARTIR DE CARBOHIDRATOS POR ACCIÓN ENZIMÁTICA CO2 > Fotosíntesis Azúcar > 3 fosfoglicerato Piruvato Acetil CoA Isopentil Pirofosfato IPP > > > > CO2 Ácidos grasos Geranil Pirofosfato > GPP Dimetil-alilPirofosfato > DMAPP Isopropeno Fuente: adaptado de Winer et al. hojas y frutos. 1992). Las emisiones de isopreno dependen principalmente de la intensidad de la luz. Petron et al. En un principio se pensó que ambas estaban relacionadas. debido a su toxicidad la planta la metaboliza mediante reacciones catalizadas por enzimas. en contraste con la fotosíntesis. ¿Qué factores ambientales están asociados a las emisiones biogénicas? Entender los procesos bioquímicos y fisiológicos de las plantas dentro de los cuales se lleva a cabo la síntesis de los COVB. Guenther et al. principalmente de isopreno y monoterpenos. en estudios posteriores se comprobó que no tienen una relación directa (Guenther et al. 2001). 1999. En estudios recientes se ha encontrado que las emisiones de isopreno también dependen del régimen de temperatura al que las hojas han estado expuestas en horas y días previos (Sharkey et al. Otro factor importante es el crecimiento de la hoja. sin embargo. ha ayudado al desarrollo de modelos para cuantificar las emisiones biogénicas. También emplearon aspectos relacionados con el proceso de la fotosíntesis y caracteres fisiológicos de las plantas. la humedad y la temperatura. durante el cual la intensidad de la emisión de isopreno es menor. . así como los factores que los regulan. lo cual conduce a la formación de formaldehído y ácido fórmico (Kimmerer y McDonald 1987). la cual se desarrolla tan pronto como la hoja se expande. 1991 y Monson et al.26 EMISIONES BIOGÉNICAS durante la expansión de las células en raíces. sin embargo. 1992. tallos. dado que presentan una respuesta paralela a la variación de ésta. A principios de la década de 1990 con la información recabada en diversos estudios hasta ese momento. 1993) desarrollaron uno de los modelos más aceptados hasta ahora para describir las emisiones de isopreno y monoterpenos en función de factores ambientales como la intensidad de la luz. (1991. La intensidad de la luz influye tanto en las emisiones de isopreno como en la actividad fotosintética. 1997). y la segunda en función de la temperatura de las hojas. del área de la superficie de interfase entre la hoja y el aire. la primera de forma directa a través de los cloroplastos en función de la temperatura y de la luz (Kesselmeier et al. de los aceites monoterpénicos y de la humedad del aire rodeando a la hoja (Dement et al. consiste en introducir una rama del árbol dentro de una bolsa de teflón o una cámara cerrada. siendo uno de los más empleados el descrito por Zimmerman (1979a). 1980). este procedimiento ha sido mejorado y adecuado a las condiciones ambientales y tipo de planta a estudiar. malla . a partir de la volatilización de los monoterpenos acumulados en la salvia. La técnica de encierro mide los flujos de emisión en muestras de vegetación relativamente pequeñas. En la década de los setenta se desarrollaron los procedimientos de encierro. La capacidad de las plantas para emitir monoterpenos también depende de aspectos fisiológicos como la conductancia estomática y la presión parcial de CO2 intracelular. A la fecha. mientras que las segundas lo hacen en áreas extensas (105 m2 o superiores). lo que depende también de su presión de vapor.27 CAPÍTULO PRIMERO Las plantas emiten monoterpenos de dos maneras (Seufert et al. La contribución de cada proceso a la emisión total depende de la especie de planta. entre otros (Kim 2001). 1996). de la edad del árbol o la hoja y la humedad relativa. Las mayores emisiones de monoterpenos provienen de confieras. 1975. De forma general. las cuales emiten principalmente a través del segundo proceso. 1997). Tingey et al. posteriormente se hace pasar un flujo de aire libre de ozono e hidrocarburos previamente filtrado a través de sílica gel. Técnicas de medición de los compuestos orgánicos volátiles biogénicos Las técnicas de encierro en cámaras y las técnicas micrometeorológicas son las más empleadas para medir emisiones de hidrocarburos provenientes de la vegetación (Guenther et al. evitando que la rama toque las paredes de la misma. La razón de emisión se expresa en términos de la masa del hidrocarburo detectado por la masa de la hoja seca por unidad de tiempo. . velocidad de viento y concentraciones de vapor de agua. Simultáneamente se monitorea la temperatura de la rama dentro de la cámara. 1986). La información meteorológica se usa para determinar la difusividad turbulenta. Empezaron a usarse hace más de 20 años. Las técnicas micrometeorológicas se emplean para medir flujos de emisión provenientes de vegetación distribuida en áreas extensas. Con este método es posible medir individualmente diferentes especies de plantas y puede ser empleada tanto en campo como en laboratorio. El flujo de emisión de un hidrocarburo se calcula a partir de los perfiles verticales medidos a través de y sobre el dosel del bosque (Knoerr y Mowry 1981. 1985). Los cartuchos deben acondicionarse con nitrógeno a una temperatura de 300 ºC durante dos horas. en una relación 80:20 o colectado en canisters (figura 2). involucrando mediciones de diferencias de concentración de los compuestos sobre una base de temperatura. La técnica de gradiente vertical se basa en la micrometeorología de capa superficial. La técnica por trazadores consiste en la simulación de las emisiones de un bosque por medio de un gas trazador y la medición de los perfiles de concentración con respecto al comportamiento del viento. Se considera que el aislamiento físico de la planta bajo investigación puede perturbar sus funciones biológicas. Lamb et al. y a la salida de la cámara éste es enviado por medio de una bomba a cartuchos de vidrio empacados con TENAX para colectar terpenos y CARBOTRAP para el isopreno. carbón activado y de yoduro de potasio. Para obtener la tasa de emisión se comparan las concentraciones del gas trazador con la de los COVB en el área (Lamb et al.28 EMISIONES BIOGÉNICAS molecular. 1996). siendo en aquel entonces las más comunes la de gradiente vertical y la de gases trazadores. generando flujos de emisión no representativos (Guenther et al. donde las condiciones ambientales son controladas. Las muestras se guardan en canisters y posteriormente son analizados los compuestos orgánicos por cromatografía de gases (Businger y Oncley 1990. 2002). encontrando emisiones similares a las medidas previamente con otras técnicas. la cual se basa en un muestreo condicional en función de la dirección vertical del viento. Westberg et al. también han sido utilizados mediante sistemas de covarianza disjunta turbulenta para medir flujos de emisión de compuestos orgánicos provenientes de los bosques. como el Espectrómetro de Masas por Reacción de Transferencia de Protones (PTR-MS. gracias al desarrollo de instrumentos de respuesta rápida (~10 Hz) que permiten cuantificar los flujos de emisión mediante técnicas de covarianza turbulenta (figura 3). son precursores del componente nitrato en la precipitación ácida. Guenther y Hills (1998) implementaron en un bosque de encinos una torre con un anemómetro sónico y un analizador rápido de isopreno por quimiluminiscencia inducida por ozono (Hills y Zimmerman 1990). NH3 y ácido nítrico. pero en la actualidad han ido ganando importancia. Diversos autores han descrito que las emisiones . Una tercer técnica micrometeorológica similar a las anteriores es la de acumulación turbulenta relajada.29 CAPÍTULO PRIMERO En un principio las técnicas micrometeorológicas se emplearon como métodos alternativos y de comprobación de los procedimientos de encierro. LAS EMISIONES DE ÓXIDO NÍTRICO DE LOS MICROORGANISMOS DEL SUELO En la atmósfera se encuentran compuestos nitrogenados tales como NO. Los primeros dos compuestos se conocen como óxidos de nitrógeno (NOX = NO + NO2). por sus siglas en inglés). metilbutenol. 2001). como metanol. analizadores continuos de respuesta relativamente no tan rápida (1~20 segundos). De manera similar. los cuales además de ser altamente reactivos y participar en la formación fotoquímica de ozono. NO2. acetaldehído y acetona (Karl et al. N2O. (4) Sensores de temperatura y humedad. . de óxido nítrico (NO) provenientes del suelo tienen un papel fundamental en la formación de ozono a escala local (Hall et al. Fotografía: cortesía del Laboratory for Atmospheric Research de Washington State University. CÁMARA CERRADA PARA EVALUAR LAS EMISIONES DE COVB DE UNA RAMA DE UN ÁRBOL (1) Puerto de entrada de aire libre de hidrocarburos y ozono. y (5) ventilador para mezclar el aire dentro de la cámara. (1994) calcularon que las emisiones de NO provenientes de la actividad agrícola pueden llegar a producir concentraciones de ozono de hasta 5 ppb. (2) Puerto de muestreo a cartuchos o canisters.30 EMISIONES BIOGÉNICAS FIGURA 2. Aneja et al. 1997). (3) Sensor de radiación fotosintéticamente activa. por ejemplo Chameides et al. 1996. . (3) Línea de muestreo y (4) Sensor para medir CO2. Fotografía: cortesía del Laboratory for Atmospheric Research de Washington State University. (1) Torre de flujo. (2) Anemómetro sónico. Por lo general los instrumentos para medir COVB se colocan al pie de la torre.31 CAPÍTULO PRIMERO FIGURA 3. SISTEMA DE COVARIANZA TURBULENTA DE FLUJOS PARA MEDIR EMISIONES BIOGÉNICAS EN UN BOSQUE. y se presenta tanto en suelos de cultivo como en ecosistemas naturales. sin embargo. en áreas urbanas la principal fuente de estos compuestos son los procesos de combustión que generan intrínsecamente NOX. es aceptado hacer referencia al NO como NOX. Dentro del ciclo del nitrógeno. nitrificación y desnitrificación (figura 4). la humedad y el estado de aireación del suelo. con excepción de pantanos y algunos bosques de coníferas. etc. forma en la cual éste puede ser aprovechado por las plantas. estiércol. Los responsables de los procesos de degradación son diversos tipos de bacterias y organismos. como por ejemplo la actividad microbiana del suelo y las descargas eléctricas. Los . éste es incorporado al suelo mediante la degradación de la materia orgánica (vegetales. Es importante señalar que los microorganismos del suelo emiten únicamente NO y N2O. Sin embargo. que obtienen su energía al convertir el nitrógeno orgánico en mineral. como el Aspergillus flavus y Alcaligenes sp. Los procesos de nitrificación están asociados con el metabolismo de las bacterias quimioautotrófas especificas de la familia Nitrobacteraceae.) que se deposita en los estratos superiores. En la mineralización se lleva a cabo la hidrólisis de los grupos amino dando lugar a la formación del ión amonio (NH4+) y en algunos casos nitrato. La nitrificación La nitrificación se define como la oxidación biológica del NH4+ a NO2. la cual contiene nitrógeno dentro de los grupos amino (RNH2). dado que una vez emitido el primero a la atmósfera reacciona inmediatamente para formar dióxido de nitrógeno (NO2) (ver figura 6).y NO3-. así como también pueden ser el resultado de los fenómenos de ionización en la atmósfera generados por la radiación ultravioleta. La conversión de nitrógeno orgánico a mineral se realiza en tres etapas: mineralización.. entre otros. y de diversas especies de microorganismos heterótrofos. La tasa de mineralización depende de la temperatura.32 EMISIONES BIOGÉNICAS Los compuestos nitrogenados son emitidos por fuentes naturales. siendo el NH4+ el factor limitante más frecuente en la nitrificación. Estos microorganismos oxidantes del NH4+ se encuentran ampliamente distribuidos en los suelos. PROCESO DE CONVERSIÓN DEL NITRÓGENO ORGÁNICO A MINERAL. COMPUESTO POR LAS ETAPAS DE MINERALIZACIÓN. el oxígeno es necesario en la oxidación quimiototrófa.33 CAPÍTULO PRIMERO FIGURA 4. la disponibilidad de fosfato. La estrecha diversidad de organismos quimioautótrofos responsables de la nitrificación en suelo hace que el proceso pueda ser susceptible a influencias externas. compuestos alelopáticos y bajo pH (Firestone y Davidson 1989). requiriendo para su proliferación únicamente CO2.. tanto del NH4+ como del NO 2 .(figura 4). O2 y NH4+. a su vez.y éste. bajo potencial de agua. Tanto el CO2 como el O2 se encuentran siempre en las cantidades adecuadas. . a NO3. Otros factores limitantes menos importantes en ciertos ambientes son la toxicidad del NO2-. NITRIFICACIÓN Y DESNITRIFICACIÓN cuales oxidan el NH4+ a NO2. temperaturas extremas. 1991). Para que se realice el proceso de desnitrificación se requiere la presencia de bacterias desnitrificadoras. 1981). Existe una gran variedad de grupos de bacterias desnitrificadoras. de atmósfera baja en O2 . Durante la nitrificación también se produce N2O. pero en cantidades inferiores a las emitidas durante la desnitrificación. los NOX son producidos durante la nitrificación quimioautotrófa como un resultado directo de la actividad de los organismos responsables de la oxidación del NH4+ a NO2-. La desnitrificación es trascendental dentro del ciclo del nitrógeno en la biosfera. 2000). En resumen. ya sea por precipitación o irrigación (Rudaz et al. 15 La desnitrificación La desnitrificación se define como la reducción respiratoria de NO3o NO2. ésta se debe casi siempre al sustrato limitante o a las condiciones ambientales que regulan el proceso y no a la falta de enzimas (Firestone y Davidson 1989).a NO. aun en suelos muy secos la actividad enzimática persiste durante meses y su activación es casi inmediata después de que el suelo se humedece. siendo un producto intermedio de la oxidación de amonio a nitrito (Russow et al. o bien como la liberación a la atmósfera de compuestos nitrogenados. en su ausencia todo el nitrógeno disponible que ha sido despedido del interior de la Tierra se hubiera convertido desde hace mucho tiempo a su estado termodinámico más estable. encontrándose ampliamente distribuidas en la naturaleza. depositándose en los océanos (Lindsay et al. Cuando se presenta la falta de actividad desnitrificante. el NO3-. básicamente bacterias con la capacidad de reducir óxidos de nitrógeno a nitrógeno gaseoso cuando el O2 es el factor limitante. de la disponibilidad de agentes reductores (generalmente carbón orgánico). generalmente NO (figura 4). N2O o N2.34 EMISIONES BIOGÉNICAS En estudios recientes empleando el método cinético del isótopo N se ha observado que la mayoría del NO emitido del suelo se genera durante la nitrificación. 1996). De los estudios de Johansson y Rodhe (1988) realizados en la sabana venezolana durante la temporada seca se demostró que las emisiones de NO del suelo dependen fuertemente de la temperatura. ¿Qué factores ambientales afectan las emisiones? Las emisiones de NO del suelo dependen de dos tipos de factores: de efectos en periodos largos y de efectos en periodos cortos. Mientras que los factores de efecto en periodos cortos son principalmente la temperatura y el contenido de humedad del suelo (Potter et al. y queda fuera de los alcances de este trabajo. La bioquímica de la desnitrificación es bastante compleja. en donde los microorganismos heterótrofos soportan temperaturas mayores. Aunque los controles de la desnitrificación a nivel celular son fáciles de detallar y visualizar. el pH del suelo y los niveles de nitratos. Entre los primeros podemos citar la composición y textura del suelo. en donde la magnitud y variación de la temperatura varía sustancialmente con la profundidad. los factores ambientales que regulan estos controles celulares son numerosos y difíciles de conceptuar y modelar (Williams et al. los cuales son incrementados con la aplicación de fertilizantes basados en nitrógeno (Shepherd et al. 1991). con excepción de los ambientes desérticos. . La producción biogénica de NO generalmente alcanza su pico a temperaturas aproximadamente de 35°C. la disminución de las emisiones no depende completamente de los microorganismos en la desnitrificación. NO o N2O). por lo que es suficiente saber que el proceso involucra al NO. NO2-.35 CAPÍTULO PRIMERO o anaerobia y la presencia suficiente de óxidos de nitrógeno (NO3-. NO2 y N2O como productos intermedios y que ambos pueden ser producidos o consumidos por bacterias desnitrificadoras. En el otro extremo. lo que se debe a que los procesos microbianos decrecen a temperaturas por encima de 40 °C. la cual controla la producción y el transporte de los gases a través del suelo. 1992b). el contenido de materia orgánica. a temperaturas bajas se han reportado emisiones pequeñas de NO. De acuerdo con Davidson (1992b) la dependencia de las emisiones de NO con la temperatura y disponibilidad de nitrógeno se complica con los efectos de la humedad. no tan significativo comparado cuando el suelo está completamente seco. Las cámaras de encierro pueden ser estáticas o dinámicas. (1992b) y Parrish et al.36 EMISIONES BIOGÉNICAS y se sabe que ellos tienen una gran capacidad de adaptación a climas extremos. En sus respectivos trabajos Williams et al. el cual es inerte a reaccionar con los NOX. acero inoxidable o policarbonato y recubiertas de película de teflón. La desnitrificación se da cuando el O2 es limitado con altos contenidos de humedad. el contenido de agua en el suelo es uno de los controladores más importantes en la emisión de NO. mientras que la nitrificación es completamente dependiente del suministro suficiente de O2. las líneas de conducción son de teflón y en caso de ser dinámica se utiliza aire seco libre de hidrocarburos y con los niveles mínimos posibles de com- . para medir las de los suelos se utilizan técnicas de encierro y de gradiente vertical. un puerto de muestreo y uno de salida. también puede ser limitada por la baja difusión del sustrato NH4+ a través de películas delgadas en suelos secos y restringida por el transporte de O2 en suelos húmedos. Técnicas de medición de emisiones de NOX del suelo Al igual que las emisiones de la vegetación. con bajos y moderados contenidos de humedad en el suelo. por lo general. El sistema de flujo de gases a través de la cámara contiene un puerto de entrada. son fabricadas con paneles de aluminio. (1987) sugieren la medición del intercambio de NOX entre el suelo y la atmósfera mediante la reacción de quimiluminiscencia del NO con ozono. Según el estudio de Johansson y Rodhe (1988). el NO2 previamente debe ser convertido fotolíticamente a NO por adición de radiación UV o por reducción superficial con sulfato ferroso. la adición de agua por irrigación o lluvias en suelos no tan secos produce un incremento en las emisiones. pero el menos entendido. llevándose a cabo. el encierro interfiere con la producción. el cual se incrementa linealmente con la altura (Williams et al. el cual reaccionará con el NO. Implícitamente. no se ve afectado por los cambios en las concentraciones de los constituyentes atmosféricos fuera de la cámara y permite la variación sistemática e independiente de estos constituyentes dentro de la cámara. La concentración de NO2 es dada como la diferencia entre las señales de NOX y NO (Parrish et al.Los parámetros físicos y ambientales que definen la existencia de determinados grupos microbianos y la difusividad en el transpor- . 1987). El detector de NO por quimiliminiscencia opera con generadores de radiación UV para excitar las moléculas de NO2 y con un generador de ozono. La gran virtud de esta técnica es la gran sensibilidad. químicas y biológicas del suelo.Las actividades de los grupos microbianos quimiautotrófos y heterotrófos involucrados en la producción de dichos gases. . puede ser usado tanto en la noche como en el día.37 CAPÍTULO PRIMERO puestos nitrogenados.Los compuestos orgánicos e inorgánicos que contienen nitrógeno que aparecen como sustratos. Las técnicas de gradiente vertical están limitadas a periodos nocturnos. consumo y demás procesos al crear condiciones ambientales artificiales sobre el área de estudio encerrada. áreas libres de obstáculos que generen turbulencia convectiva y alejadas de fuentes de NOX como zonas urbanas. con objeto de identificar y medir su influencia. 1988). productos intermedios o productos finales de estos procesos (nitrato y amonio). tales como: . debido a las altas concentraciones de NO que se miden. Las mediciones del flujo de los óxidos de nitrógeno requieren mediciones simultáneas de las propiedades físicas. Se asume que la única fuente de NO es el suelo y que el único sumidero es la reacción con ozono. . de modo que conociendo el comportamiento del mezclado en la vertical se puede determinar el gradiente de NO mediante un parámetro de difusión turbulenta. 38 EMISIONES BIOGÉNICAS te de los gases en el suelo. composición y características físicas del suelo. Por ejemplo. este estudio aportó un aviso sobre un posible aumento en la emisión de hidrocar- . Además. al incrementar la urbanización se produce una reducción de área cubierta por árboles dentro de la ciudad. lo que sube la temperatura ambiente dentro de la ciudad. tales como: la temperatura. se reportó que los hidrocarburos emitidos por cultivos de canola (planta oleaginosa) son precursores de ozono en concentraciones de hasta 80 ppb en un día (Münzenberg et al. encontrándose que las emisiones de los bosques y algunos cultivos no son de ninguna manera despreciables. Se han empleado para ello modelos fotoquímicos basados en simulación numérica. Con el fin de analizar la influencia de las emisiones biogénicas en un área urbana. se han realizado diversos estudios para establecer el rol que tienen en la química troposférica. Encontraron que el efecto del crecimiento urbano sobre la emisión de los hidrocarburos biogénicos presenta dos aspectos: primero. 1998). Cardelino y Chameides (1990) examinaron el impacto combinado de la reducción de hidrocarburos antropogénicos y el crecimiento urbano sobre la formación de ozono en la metrópoli boscosa de Atlanta. en la región de Sajonia en Alemania. entre otros. las emisiones de hidrocarburos naturales pueden aumentar por un crecimiento del área urbana. El aumento en las emisiones de isopreno por el incremento de temperatura es mayor que la reducción de emisiones provocada por el decremento del área cubierta por árboles. y segundo. pH. Como consecuencia. el incremento del área urbana produce un aumento en el efecto de la isla de calor. humedad. LA QUÍMICA ATMOSFÉRICA Y LAS EMISIONES BIOGÉNICAS Desde que se reconoció que las emisiones biogénicas de compuestos orgánicos volátiles son precursores de ozono y otros contaminantes secundarios. teniendo que balancearse con regulaciones más estrictas en las emisiones antropogénicas. Además. en especial los monoterpenos como el á y â-pineno. los compuestos orgánicos nitrogenados actúan como reservorios de radicales NO. Los resultados indican que los COVB. (2) áreas urbanas como Atlanta. Por otro lado. y (3) áreas muy boscosas. Pandis et al. los monoterpenos participan activamente en la disminución de la visibilidad provocada por los aerosoles. donde los aerosoles a partir de hidrocarburos biogénicos pueden llegar a ser responsables de más del 50% de los aerosoles orgánicos secundarios. HO2 y PAN en la troposfera. California (38% bosques). (1991) estimaron que el potencial de formación de aerosoles orgánicos a partir de estos dos monoterpenos puede ser significativo en tres tipos de ambientes: (1) en áreas urbanas como Los Ángeles. . pudiendo generar aproximadamente 30 ton por día de aerosoles orgánicos. (1991) han mostrado que los COVB. principalmente en áreas rurales. los cuales forman parte de las reacciones de formación del ozono. contribuye mediante fotólisis a la formación de radicales OH.39 CAPÍTULO PRIMERO buros biogénicos al incrementarse la temperatura ambiente a nivel global. son precursores potenciales de aerosoles orgánicos al reaccionar con el O3 y/o con radicales HO. por ejemplo. la acetona. Otros estudios han utilizado cámaras fotoquímicas para describir las reacciones químicas que se generan en la atmósfera en presencia de estos compuestos (Atkinson y Arey 1998). (1989) y Pandis et al. Autores como Hatakyama et al. pudiendo emitir hasta 2 g de carbono por metro cuadrado en una hora durante el día. sufren oxidación atmosférica (reaccionando con los radicales NO3. Georgia (57% bosques). cetonas y compuestos carbonilos nitrogenados. Algunos de los subproductos de estas reacciones con presiones de vapor relativamente altas se condensan y forman aerosoles orgánicos secundarios (Pankow 1994a y b). probablemente un orden de magnitud superior a los aerosoles orgánicos secundarios antropogénicos. OH y el ozono) formando aldehídos. como el isopreno y el metilbutenol. (ii). Cuando . Subsecuentemente. el radical HO2 oxida otra molécula de NO. (iii). el HO eliminado de la secuencia de la cadena ocurre gracias a la reacción con el NO2 (formando HONO2). Los productos fragmentados del radical alkoxi restantes. lo que da como resultado la oxidación de gran parte de ellos y la generación de ozono en la mezcla. Este radical peroxi oxida al NO y enseguida al NO2. (v). (i). donde RCH=CHR representa una molécula de isopreno o cualquier otro hidrocarburo biogénico conteniendo un doble enlace C-C. tanto de origen antropogénico como biogénico. (iv). hasta que las especies llevadas a la cadena HO. Así.40 EMISIONES BIOGÉNICAS ¿Cómo participan en la generación de ozono troposférico? Se han determinado diversos mecanismos fotoquímicos que describen cómo reaccionan en la atmósfera los hidrocarburos volátiles no metano. la producción de ozono troposférico inicia cuando la radiación solar alcanza una mezcla de hidrocarburos y óxidos de nitrógeno. seguida de una reacción rápida entre átomos O(3P) con oxígeno para formar ozono (O3). La eficiencia de regeneración del HO es función de la concentración de NOX. La cadena de reacciones resultante puede convertir varias moléculas de NO a NO2 por cada radical de HO formado. el radical HO perdido en la reacción (i) puede regenerar otro radical HO. incrementando el ozono por la subsecuente fotólisis del NO2. Cada vez que ocurre este ciclo de reacciones una molécula de NO es oxidada a NO 2 . El radical HO se une al doble enlace. Blacet (1952) fue el primero en sugerir que el ozono en la troposfera podía originarse de la fotodisociación del NO2 por radiación solar. y su participación en la formación de ozono y otros contaminantes secundarios. reaccionan para formar un producto carbonilo y especies de radicales libres reactivos que reaccionan fuertemente con el oxígeno generando un radical HO2. HO2 y RO2 son eliminadas por reacciones entre dos especies reactivas. (vi). En particular. y el hidroaxialquil reacciona para formar un radical orgánico peroxi. La figura 5 muestra de manera resumida cómo los hidrocarburos biogénicos participan en la formación de ozono en la troposfera. los cuales se eliminan de la atmósfera mediante la deposición seca y húmeda. Debido a que existen varias rutas de reacciones compitiendo por los hidrocarburos biogénicos disponibles y sus productos de oxidación. la temperatura y de la naturaleza y concentración de los hidrocarburos presentes en la mezcla. la formación de ozono es un proceso no lineal que depende fuertemente de la relación [hidrocarbono] /[NOx].41 CAPÍTULO PRIMERO FIGURA 5. Los tiempos de vida de los compuestos emitidos por las plantas (tiempo que tardan en reaccionar en la atmósfera) no son más de algunas horas para muchos de ellos. en muchos casos las . MECANISMOS DE REACCIÓN DE LOS COVB el NOX es bajo. Debido a su alta reactivad. de la intensidad de la luz. el radical HO2 reacciona con el HO2 y RO2 formando H2O2 y RO2H. debido a la alta reactividad que experimentan en presencia de la luz solar con moléculas de O3. OH y NO3 (cuadro 1). Por lo tanto. con niveles bajos de NOX los hidrocarburos biogénicos tienden a suprimir las concentraciones de HO y a elevar las concentraciones de HO2 y RO2. . dentro de la capa de mezclado. En presencia de ozono se forman radicales NO3 (figura 6). FIGURA 6. permaneciendo sin reaccionar hasta el amanecer. momento en el cual reacciona nuevamente para formar ozono de manera instantánea (~5 seg.42 EMISIONES BIOGÉNICAS mediciones de sus concentraciones ambientales no coinciden con las estimadas por los inventarios de emisiones. las emisiones de NOX provenientes del suelo. Durante el día. al igual que las antropogénicas. MECANISMOS DE REACCIÓN DE LOS NOX EN LA ATMÓSFERA Fuente: adaptado de Atkinson y Arey 1998. la concentración de NOX tiende a ser mínima debido a su rápida reacción con los hidrocarburos. Como se ha descrito.) (Atkinson y Arey 1998). los cuales con la luz del sol reaccionan rápidamente con los hidrocarburos para dar lugar a nuevas moléculas de ozono. pero en la noche se incrementa de manera significativa al no estar presente la luz del sol. participan en la formación de ozono mediante la fotodisociación del NO2. distribución de especies. uso del suelo. Durante la década posterior fueron refinándose. los cuales han sido desarrollados a partir de mediciones de índices de emisión por técnicas de encierro y de mediciones de flujos por técnicas micro meteorológicas en diversos bosques. 43 . etc. 1980). 1987. la temperatura de la hoja y la radiación solar.43 CAPÍTULO SEGUNDO Capítulo segundo ESTIMACIÓN DE LAS EMISIONES BIOGÉNICAS En este capítulo se presenta una revisión de los métodos empleados en la cuantificación de las emisiones biogénicas a la atmósfera. aumentando su resolución espacial e incluyendo información más detallada y precisa sobre los ecosistemas y climas de la región (Lamb et al. los factores ambientales que las afectan y las características que se requieren conocer sobre el ecosistema para su cuantificación. dando paso a los modelos de la segunda generación. Estos algoritmos son conocidos como modelos de primera generación. Se hace hincapié en las relaciones que describen los mecanismos de emisión. 1993). Tingey et al. MÉTODOS PARA ESTIMAR LAS EMISIONES BIOGÉNICAS A finales de los años 70 se desarrollaron los primeros algoritmos para calcular las emisiones provenientes de la vegetación (Zimmerman 1979b. los cuales se enfocaban en describir básicamente la relación entre la emisión. Lamb et al. como son la densidad de vegetación. por sus siglas en inglés) y pueden acoplarse a modelos meteorológicos de pronóstico. Este modelo se basa en los algoritmos desarrollados por Guenther et al. Pierce et al. El primero de ellos fue el modelo BEIS (Biogenic Emission Inventory System). teniendo la habilidad de modelar períodos prolongados de sequía y altas temperaturas. 1999). 1994. por sus siglas en inglés) en estudios de contaminación atmosférica. aportando diversas mejoras en cuanto a la base de datos de índices de emisión y los modelos para calcular los parámetros meteorológicos dentro del dosel del árbol que influyen en las emisiones (Geron et al. monóxido de carbono y NO del suelo para cualquier escala y dominio. Estos modelos son capaces de incorporar datos de entrada con alto grado de resolución a partir de información proveniente de satélites sobre la vegetación y radiación solar. (1992b) para las emisiones de óxido nítrico (NO). desarrollado por la EPA y el Centro Nacional de Investigación Atmosférica (NCAR. De igual manera están basados en Sistemas de Información Geográfica (GIS. 1998). Los modelos más recientes forman el grupo de la tercera generación.44 EMISIONES BIOGÉNICAS Los modelos de la segunda generación fueron incluidos como parte de los sistemas de la Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos (EPA. diseñado para estimar las emisiones de COVB y NOX como datos de entrada a modelos de química atmosférica (Pierce y Waldruff. 1991). Posteriormente se presentó la segunda versión de este modelo (BEIS2). (1991) para las emisiones de hidrocarburos volátiles no metánicos y por Williams et al. Es importante señalar que las agencias ambientales de México han empleado hasta la fecha estos modelos para el cálculo de las emisiones biogénicas dentro de los inventarios de emisiones a la atmósfera como parte de los programas de gestión de la calidad del aire a nivel regional. Uno de los modelos más avanzados es el GLOBEIS (Global Biosphere Emission and Interection System). Su . por sus siglas en inglés) (Yarwood et al. Este modelo calcula las emisiones biogénicas de compuestos orgánicos volátiles. y se caracterizan por estar diseñados para ser usados en conjunto con modelos fotoquímicos de formación de ozono y aerosoles. pudiendo ser usadas en diversos mecanismos fotoquímicos como el CBIV. entre otros (Pierce et al. El modelo BEIS3 calcula las emisiones de hasta 34 compuestos orgánicos volátiles biogénicos y NO del suelo. la distribución de especies y la densidad de biomasa. e influye en la temperatura de las hojas y en la radiación que . ¿Qué información utilizan los modelos? Todos los modelos de emisiones biogénicas requieren como información mínima de entrada los índices de emisión de los compuestos químicos a cuantificar en función de las especies vegetales de la región y uso del suelo. 2001). Otra característica importante es que comúnmente se emplea información meteorológica de entrada proveniente del modelo MM5 (Penn State / National Center for Atmospheric Research Mesoscale Modeling System). En la figura 1 se presenta un diagrama de flujo para cuantificar las emisiones de COVB basado en este modelo. Otro modelo de la tercera generación ampliamente usado es el BEIS3.globeis.45 CAPÍTULO SEGUNDO versión más reciente es la 3 y está disponible en el sitio de internet: www. Entre las variables presentadas en la figura 1 se encuentra el número de capa. requiriendo la información de entrada antes mencionada. También necesitan información sobre las características de la vegetación. así como parámetros ambientales. debido a que las emisiones dentro del follaje de un árbol varían en función de su altura. RADM2. ya que su biomasa es diferente en cada estrato del árbol. como la radiación solar y la temperatura. (1995) es hasta la fecha el más aceptado e incorporado en la mayoría de los modelos de emisión. entre otras. y SAPRC99. El algoritmo desarrollado por Guenther et al. diseñado por la EPA para ser empleado como parte del modelo de emisiones SMOKE (Sparse Matrix Operador Kernel Emissions) y ser integrado dentro del sistema regulatorio/académico de modelación de calidad del aire CMAQ (Community Multiscale Air Quality). como el área cubierta por ésta.com. OVC . de la región . Mediciones en un bosque Temperatura de la región Datos de la red de monitoreo ambiental ^ ^ ^ Base de datos de uso del suelo . No. Extensión No. No. No. de capa % de biomasa total del árbol en la capa i ^ ^ Índice de emisión . Extensión ^ ^ ^ ^ 46 EMISIONES BIOGÉNICAS Factor de emisión Para cada especie. Diám. ^^ ^ ^ ^ ^ . de región % de nubosidad Bases de datos de características de cada región . DIAGRAMA DE FLUJO PARA LA ESTIMACIÓN DE EMISIONES COV BIOGÉNICOS ^ ^ Hora Mes ^ Radiación fotosintéticamente activa (PAR) En la parte superior de la copa de los árboles. Emisión en la capa i ^ No. de árboles . Ubicación . Especies . en función de la temp. Monoterpenos . Altura promedio ^ PAR en función de la capa del árbol Modelo de atenuación de la radiación dentro del follaje del árbol ^ No. y PAR de la región ^ Área árboles Área región Índice de masa foliar (LAI) Por especie de árbol.FIGURA 2. Depende la especie Densidad de biomasa Específica para cada especie masa/árbol Fuente: adaptado de Velasco 2001. a la altura del pecho (DAP) promedio . Diám. de corona . de árboles por área . Isopropeno . de capa Temperatura en función de la capacidad del árbol Relaciones a partir de balances de energía Diámetro de corona Relación empírica entre el DAP y la corona ^ ^ Área de árboles en la región . el cual se basa en relaciones empíricas entre las emisiones de NO. la temperatura del suelo y un factor representativo del ecosistema. mientras que en la ecuación 2 se presenta la formula general para su cálculo. En cuanto a las emisiones de óxido nítrico del suelo. determinando para cada una de ellas la radiación atenuada que recibe y la temperatura ambiente promedio. el algoritmo más empleado es el de Williams et al. Para considerar estos efectos se emplean los modelos de dosel que dividen en un número finito de capas a los árboles. En la figura 2 se presenta un diagrama de flujo de este algoritmo. .47 CAPÍTULO SEGUNDO éstas reciben. (1992b). Es importante señalar que el nivel de detalle en el manejo de estos parámetros depende de su disponibilidad y de los objetivos propios de la cuantificación de las emisiones. En forma general. Emisión = área árboles ( r ) (Área región) (Factor de emisión) biomasa área región = (1) µgHCNM h g m µg [m m ][ m ][ ][ g 2 2 biomasa 2 2 HCNM h biomasa ] En dónde rbiomasa representa la densidad de biomasa. Emisión = (Área región) (Factor de emisión) ng ] [ ngh ]=[m ] [ m h NOx 2 NOx 2 (2) A continuación se describen los parámetros presentados en las figuras 1 y 2 que se requieren para la cuantificación de las emisiones de la vegetación y el suelo. las emisiones de los COVB se calculan mediante la ecuación 1. DIAGRAMA DE FLUJO PARA ESTIMAR LAS EMISIONES DE ÓXIDO NÍTRICO DEL SUELO Hora Mes > Temperatura de la región Base de datos de uso del suelo .No. Región de modelación. como municipios. es necesario establecer una malla de celdas. su tamaño se > . Extensión . estados o países. la región de modelación puede estar definida por límites políticos. El área de estudio se denomina "región de modelación" y sus características dependen del propósito final de la cuantificación de las emisiones. región Datos de la red de > monitoreo ambiental > Temperatura en función del uso del > suelo Relaciones a partir de balances de energía Índice de emisión Depende del tipo de suelo > Factor de emisión En función de la temperatura > > > EMISIÓN Fuente: adaptado de Velasco 2001. pero si se requieren las emisiones como información de entrada para modelos matemáticos de calidad del aire. Ubicación .2.48 EMISIONES BIOGÉNICAS FIGURA 2. Cada celda es el área mínima en que se subdivide la región de modelación. Si se requiere conocer únicamente las emisiones de manera global. escala espacial y temporal Todo modelo requiere como primer paso que se establezca el área a estudiar mediante límites geográficos bien definidos. También debe describir las características y distribución de las principales especies vegetales. Por uso de suelo se entienden los fines y características de un espacio de tierra determinado. los cuales requieren de una discretización de las variables independientes de las ecuaciones. Para generarlas se emplean diversas técnicas y recursos. latitud. cuáles son las actividades óptimas que pueden desarrollarse en él. cartas topográficas. fotografías aéreas. El nivel de detalle y resolución espacial de uso del suelo definirá la precisión de la cuantificación de las emisiones biogénicas. qué tipo de suelo es. qué tipo de ecosistemas comprende. cómo está conformado. mapas regionales para programas de desarrollo. mapas de uso del suelo.49 CAPÍTULO SEGUNDO denomina "escala espacial" y debe ser lo suficientemente pequeña de manera que proporcione la precisión requerida para resolver el modelo matemático. etc. La información de uso del suelo debe incluir las características topográficas y geográficas del área de estudio. mapas hidrológicos. longitud. su altitud respecto al nivel del mar. las dimensiones espaciales y el tiempo. con qué recursos y servicios cuenta. La información mínima sobre la vegetación que deben contener es la siguiente: . Los modelos de emisión requieren la información de uso del suelo en forma de bases de datos. fotos de satélite (LANDSAT). mapas climatológicos. presencia de cuerpos de agua y características del suelo. Los modelos matemáticos se basan en la solución de las ecuaciones de continuidad por métodos de diferencias finitas. por ejemplo. programas agrícolas. Para un modelo de calidad del aire enfocado en la fotoquímica del ozono se requieren a lo más celdas de 10 km2 y una escala temporal horaria. Información sobre el uso de suelo y la cobertura vegetal Para cuantificar las emisiones de una cierta región se deben definir sus límites y conocer su uso de suelo. La discretización del tiempo se conoce como "escala temporal". etc. programas de reforestación. fotografías de radiación infrarroja. estudios de distribución vegetal. es decir. Índice de área foliar (LAI) Relación entre el área ocupada por árboles y el área de la región a estudiar Para el cálculo de las emisiones de COVB se requiere conocer la relación área árboles/área región.13 + 0. y cuando es menor a uno indica que los árboles no están uno tras otro.47 + 0. Cuando es mayor a uno significa que las copas de los árboles están traslapadas. propuestas por Minckler y Gingrich (1970). Área árboles = (No.50 EMISIONES BIOGÉNICAS - Tipo de bosque o clasificación de ecosistema Principales especies Número de árboles (árboles/hectárea) Promedio de diámetro del tronco de los árboles a la altura del pecho (DAP) .205DAP (4) (5) La relación entre el área ocupada por los árboles y el área de la región es adimensional y puede tener valores mayores o menores a uno.Promedio de altura (m) . El área de la región es un valor fijo.Densidad foliar . como se muestra en la figura 3. . para coníferas: crwd= 0. que junto con el número o densidad de árboles por unidad de área. pueden obtenerse de inventarios forestales. mientras que el área ocupada por la biomasa de los árboles se calcula mediante la ecuación 3.166DAP para caducifolias: crwd= 1. El diámetro de corona se calcula a partir del diámetro del tronco a la altura del pecho (DAP) a través de ecuaciones como la 4 y 5. como lo muestra la ecuación 1. de árboles) (crwd) (área de la región) (3) Donde crwd representa el diámetro promedio de corona o el diámetro del follaje. ya que es un factor significativo en la densidad de biomasa foliar. . RELACIÓN (ÁREA ÁRBOLES)/(ÁREA REGIÓN) Relación >1 Relación =1 Relación <1 Densidad de biomasa foliar Siguiendo la ecuación 1. También es necesario conocer su distribución vertical. es decir. ésta puede obtenerse como otros parámetros directamente de mediciones en campo o de bases de datos forestales. En regiones con cultivos debe considerarse el calendario de siembra y cosecha. el cual se basa en la producción primaria de biomasa en función de la temperatura y precipitación promedio de la estación del año. La densidad de biomasa varía también en función de las estaciones climatológicas del año. al perder los árboles la mayoría de sus hojas. el segundo término para calcular las emisiones de COVB es la densidad de biomasa foliar por especie vegetal [gbiomasa/m2]. En el cuadro 1 se presenta la biomasa foliar de las especies más representativas del Valle de México. ya que no es constante en el dosel de un árbol y afecta a la temperatura de las hojas y a la radiación solar que reciben éstas. México se encuentra en la región semitropical.51 CAPÍTULO SEGUNDO FIGURA 3. En caso de requerir cuantificar la variación de biomasa se recomienda usar el algoritmo propuesto por Lieth y Whittaker (1975). por lo que no se considera esta variación en el cálculo de las emisiones. ya que las emisiones se reducen casi a cero en invierno. su variación de biomasa en el transcurso del año es mínima. donde en su mayoría los bosques son caducifolios. En bosques de latitudes medias y altas es un factor importante. temperatura y radiación solar en horas y días previos influyen en los procesos de emisión (Guenther et al.4 y 3. 1999). Parámetros ambientales Para determinar el factor de emisión en la ecuación 1. primero se requiere conocer el índice de emisión de la especie vegetal para cada compuesto químico. Radiación fotosintéticamente activa (PAR) La radiación solar que llega a la troposfera la podemos dividir en tres categorías de acuerdo con su nivel de energía: radiación ultravioleta . 2000). entre otros. velocidad del viento. por lo cual si se conoce el calendario de lluvias y el desarrollo de las especies cultivadas se puede estimar la variación de su biomasa. como la humedad. Para calcular la variación de estos dos factores en el dosel del árbol los modelos más recientes requieren de mayor información ambiental. mientras que de noviembre a abril sus emisiones son mínimas. respectivamente. la precipitación. coincidiendo con la época de cosecha. encontrando que en el mes de septiembre las emisiones de monoterpenos y otros hidrocarburos volátiles con tiempo de vida menor a un día (diferentes de isopreno y monoterpenos) provenientes de cultivos son 1. a las emisiones de los árboles. De igual manera se ha encontrado que la fenología y estrés por falta de agua y exposición a contaminantes pueden ser también factores significativos (Guenther et al. Velasco (2001) estimó la variación anual de la biomasa foliar de los cultivos de maíz en el Valle de México y su efecto en las emisiones. es decir. radiación directa y difusa arriba de las copas de los árboles y en su interior. Este índice de emisión debe ser corregido por parámetros ambientales como la temperatura de las hojas y la radiación solar para entonces generar el factor de emisión.2 veces superiores.52 EMISIONES BIOGÉNICAS En México la mayoría de los cultivos son de temporal. En años recientes se ha observado que las condiciones ambientales previas también son importantes en las emisiones biogénicas. siendo la región del espectro que usan las plantas para la fotosíntesis.53 CAPÍTULO SEGUNDO (280-400 nm). La radiación visible también se denomina radiación fotosintéticamente activa (PAR. los cuales pueden ser relaciones semiempíricas que dividen al árbol en un número finito de capas discretas (Guenther et al. También la intensidad de la radiación del sol depende de la latitud del lugar y de la nubosidad presente. 1993. . pueden ser relaciones que involucran sistemas dinámicos para cuantificar el microambiente en el dosel. Un modelo de dosel relativamente sencillo y aceptado hasta la fecha es el de Lamb et al. mientras que 79% de la PAR total es captada por los árboles.15% de la PAR alcanza la superficie. Velasco (2001) determinó que en bosques de encinos del Valle de México. Geron et al. 1995). En la figura 4 se presenta la distribución de la PAR en un bosque. dirección y velocidad de vientos (Vogel et al. corregido posteriormente por Geron et al. el 3. (1996) evaluaron diversos modelos de dosel con diferentes niveles de complejidad. Lamb et al. La PAR es atenuada dentro del follaje de un árbol en función de la distribución vertical de su biomasa. (1993). encontrando diferencias pequeñas entre ellos y concluyendo que es mucho más importante conocer la distribución de especies vegetales y su densidad foliar en un bosque. ya que depende del ángulo de incidencia de los rayos. o bien. requiriendo una mayor cantidad de información que los modelos semiempiricos. En campañas de medición de la PAR en diferentes tipos de bosque se ha determinado que entre el 2 y 4% alcanza la superficie del suelo. que el modelo de dosel que se utilice. 2% alcanza a atravesar todo el árbol y llegar al suelo. 9% es absorbida por la vegetación sin tener actividad alguna. Para calcular esta atenuación y la radiación que recibe el árbol en sus diferentes estratos se emplean los modelos de dosel. que a su vez depende de la altitud solar (altura del sol sobre el horizonte). La intensidad de la radiación varía en función de la hora del día y la época del año. radiación visible (400-700 nm) y radiación infrarroja (700-900 nm). como por ejemplo datos de la humedad relativa. por sus siglas en inglés). 1994). 10% de la radiación que llega a los árboles es reflejada. Este modelo divide el dosel del árbol en cinco capas de igual tamaño y calcula la PAR en cada una de acuerdo con la ecuación 6. LAS UNIDADES ESTÁN EN POR CIENTO DE RADIACIÓN AL TOPE DE LOS ÁRBOLES (1995). DISTRIBUCIÓN DE LA RADIACIÓN FOTOSINTÉTICAMENTE ACTIVA EN UN BOSQUE. [µmol/m2 s] k = 0.60 Coeficiente de extinción de la PAR LAI Índice de área foliar i Número de capa . PAR(z) = PAR(hc ) exp -k LAI 2i 12 [ ( (] (6) donde: PAR(hc ) PAR en la parte superior del árbol.54 EMISIONES BIOGÉNICAS FIGURA 4. Las hojas de los árboles dependen de la temperatu- . Este índice describe propiedades fundamentales de la interacción de la planta con la atmósfera. energía. es un número adimensional que representa la relación del área proyectada por las hojas respecto del área del suelo. En caso de no contar con valores del LAI de la región de modelación se pueden emplear valores publicados para árboles de la misma especie de otra región.60. especialmente en cuanto a radiación.55 CAPÍTULO SEGUNDO El coeficiente k de extinción de la PAR varía entre 0. deciduas y otras coníferas. Geron et al. por sus siglas en inglés). las más sencillas se basan en la colección de hojas vivas o caídas. lo que requiere un trabajo intensivo de muestreo. tanto para árboles de hoja ancha. tanto para coníferas como para árboles deciduos o de hoja ancha. que puede involucrar la destrucción de una parte del follaje. varía en función de la altura del dosel. fenología y ambiente. LAI = área hojas área suelo (7) Existen diversas técnicas para medir el LAI.84 (Vose y Swank 1990). Su valor depende de la especie. 1997). Las técnicas más recientes se basan en la transmitancia del dosel. (1995) recomiendan un coeficiente de 0. es decir. El índice de área foliar (LAI. Temperatura de la hoja Para calcular los factores de emisión se requiere conocer la temperatura de la hoja. la cantidad de radiación solar que penetra la copa de los árboles (Clougth et al.28 y 0. Geron et al. (1994) determinaron un LAI promedio de 3. la cual al igual que la PAR. pero en general. momentum e intercambio de gas. 5 y 7 m2 para pinos. el cual es un valor intermedio. como coníferas va de 1 a 10. respectivamente. El cuadro 1 presenta los valores de LAI empleados por Velasco (2003) para el Valle de México. ecuación 7. La temperatura varía en función del estrato del árbol debido a efectos de convección y radiación de calor de la atmósfera. la diferencia entre la temperatura de las hojas y la temperatura ambiental es pequeña (± 1 ºC) y se consideran iguales. Para considerar estas variaciones se emplean comúnmente modelos empíricos para cuantificar el aumento o disminución de la temperatura en función de la altura del árbol. el cual divide al árbol en ocho capas de igual tamaño.06°C m-1 Factor de ganancia de temperatura du rante horas del día = . Por lo general. lo que implica que se enfríen más rápido las hojas superiores hasta equilibrarse con la temperatura del aire. (ecuación 8). T(z) = Thc + Γ(hc .z) (8) donde: Thc hc Γ Γ z Temperatura del aire en la parte superior del árbol Altura del árbol = 0.06°C m-1 Factor de ganancia de temperatura durante horas de la noche Altura de la capa El factor de ganancia de temperatura se debe a que durante la noche el suelo está más caliente que el aire. aunado a que la radiación es más intensa en las capas superiores y presentan temperaturas un poco mayores que las capas inferiores. (1993).56 EMISIONES BIOGÉNICAS ra ambiental. así como de diversas variables meteorológicas y topográficas de la región. Durante el día el aire está más caliente que el suelo. Uno de estos modelos es el de Lamb et al. el suelo y el propio árbol.0. que a su vez depende de la hora del día y estación del año. mientras que las hojas inferiores captan el calor despedido por el suelo. . 1994. (1993. los cuales se explican a continuación. C L Factor de ajuste por PAR. I = IS x CL x CT donde: I Emisión de isopreno. volumen consumido. como masa procesada. (1995). IS Índice de emisión de isopreno estandarizada a una temperatura de 30 °C y una PAR de 1000 mol/m2 s. En el caso de los factores para emisiones biogénicas se emplean índices de emisión para cada especie vegetal corregidos por efectos de temperatura y radiación solar. Factor de emisión para isopreno La ecuación 9 muestra como se determina el factor de emisión de isopreno para condiciones dadas de temperatura y PAR de acuerdo con Guenther et al. distancia recorrida o duración de la actividad. Hasta la fecha los modelos de emisión se basan en los factores desarrollados por Guenther et al. Los factores se expresan normalmente como la masa emitida dividida por algún parámetro dimensional del proceso. El factor CL se define como: CL = (9) α C L1L (1 + α2L2) (10) . 1995).57 CAPÍTULO SEGUNDO Factores de emisión Un factor de emisión es un valor representativo que relaciona la cantidad de un compuesto liberado a la atmósfera con un proceso o actividad asociada con la emisión del mismo. C T Factor de ajuste por la temperatura de la hoja. CL1. Existen diversos trabajos donde se han determinado los índices de emisión para diferentes especies de árboles y plantas (Guenther et al.000 J/mol T S = 303 K (temperatura estándar) R = 8. 2001). El coeficiente CL1 está manejado para ser igual a 1 en condiciones estándar de PAR a 1. Owen et al. CT2 y TM en las ecuaciones 10 y 11 son valores empíricos obtenidos a partir de ajustes no lineales de mediciones de índices de emisión en diversas especies vegetales. Benjamín et al. Este coeficiente puede cambiarse si se simulan otros factores que influyan en las emisiones. 1994. exp CT1 (T-TS ) RTST CT2 (T-TM ) RTS T CT = 1+exp (11) donde: CT1 = 95.58 EMISIONES BIOGÉNICAS donde: α CL1 L = 0.000 µmol/m2 s. simulando la respuesta de la actividad enzimática con la temperatura.314 J/ K kmol (constante universal de los gases) T m = 314 K T temperatura de la hoja ∼ temperatura ambiental [K] Los coeficientes α. Isebrands et al. como por ejemplo. Guenther et al. siempre y cuando se conozcan sus relaciones. la influencia de la intensidad de la luz en el crecimiento de la planta. CT1. A manera de ejemplo en el cuadro 1 se .000 J/mol CT2 = 230. 1993. 1996.0027 = 1. 1999.066 PAR [µmol/m2s] El factor CT relaciona la dependencia de las emisiones de isopreno con la temperatura mediante la ecuación 11. la . Factor de emisión para monoterpenos y otros compuestos orgánicos volátiles Las emisiones de monoterpenos y otros compuestos orgánicos volátiles con un tiempo de vida menor a un día (OCOV) dependen de la temperatura de la hoja. Todas estas variables.59 CAPÍTULO SEGUNDO presentan los índices de emisión empleados por Velasco (2003) en el cálculo de las emisiones biogénicas en el Valle de México. La ecuación 12 presenta la relación que se emplea para simular la dependencia de la temperatura en los factores de emisión de monoterpenos y OCOV. lo que ha servido para desarrollar sus propios inventarios de emisiones. excepto la temperatura de la hoja. los bosques templados de México están compuestos por especies identificadas en los bosques de EE. la disponibilidad de nutrientes en el suelo. o al menos de la misma familia.UU. Si se desconocen los índices para especies específicas de una región se recomienda utilizar índices para especies de la misma familia con su propio error asociado. Afortunadamente. tienen una influencia mínima en las emisiones. la humedad relativa. la humedad foliar y la intensidad de la luz. La mayoría de los índices identificados hasta la fecha corresponden a bosques templados de latitudes medias en los Estados Unidos de América y Europa. M = MS exp (β(T-TS)) (12) donde: M Factor de emisión en [µg/m2 s] a una temperatura T [K] M S Índice de emisión en [µg/m2 s] a temperatura estándar (TS = 30 °C) β Coeficiente empírico (K-1) El índice de emisión MS contempla las variaciones en las emisiones por el genotipo. aunque para bosques tropicales aún no se tiene mucha información. 4 3.40 0.1120 0./m2] Vegetación zonas áridas Cultivos (maíz) Cipreses o cedros blancos (Cupressus) Oyameles (Abies) Pinos (Pinus) Encinos (Quercus) Ailes (Alnus) Pastizales Vegetación en tierras húmedas por temporal Eucaliptos (Eucalliptus) a 150 1500 700 1500 700 375 375 150 500 375 0.50 1.4 0.280 0. la humedad foliar y los estrés de la planta.00 4.5 4.1680 0.1132 79.848 1.1120 79. la humedad relativa.1680 1.5 4.85 0. h] FE de biomasa [m /m ] Isopreno Monoter.472 1.433 0.1133 0.280 3.1133 0.85 1. 1993 y 1994. FACTORES DE EMISIÓN (FE) DE ISOPRENO.00 0. El coeficiente β .889 1. Fuente: Guenther et al.3 0. (1993).630 0.3 0.227 0.378 1. 1994. Puede encontrarse una recopilación completa de los valores de MS para diversas especies en Guenther et al.OCOVb [gbiom.60 EMISIONES BIOGÉNICAS CUADRO 1. MONOTERPENOS Y OTROS COMPUESTOS ORGÁNICOS VOLÁTILES CON TIEMPO DE VIDA MENOR A UN DÍA (OCOV).10 0.85 1.5 0. b fenología.5 4.60 3.6 4. DENSIDADES DE BIOMASA E ÍNDICES DE ÁREA FOLIAR (LAI) PARA LAS ESPECIES CONSIDERADAS POR VELASCO (2003) EN EL CALCULO DE LAS EMISIONES BIOGÉNICAS EN EL VALLE DE MÉXICO ESPECIE Densidad a LAI a 2 2 FE b FE penosb [mg/gbiom.00 0.5 4.00 577. Índices de emisión estandarizados a una temperatura de 30°C y una PAR de 1000 µmol/m 2 s.5 0.1133 0.85 Geron et al. en el Valle de México varios bosques están formados por Pinus montezumae. h. por lo que se emplea el mismo algoritmo que para el isopreno desarrollado por Guenther et al. Velasco (2003) hizo una primera estimación de las emisiones de biogénicas de metilbutenol en el Valle de México. Previamente se había observado este compuesto en abetos noruegos como una feromona contra el ataque de escarabajos. (1998) reportaron que ciertas especies de coníferas norteamericanas emiten 2-metil-3-buten-2-ol (metilbutenol o MBO) con índices de emisión 1 o 2 órdenes de magnitud superior a los índices típicos de monoterpenos y en algunos casos con índices similares de isopreno de especies altamente emisoras. (1998) son características del país.057 a 0. Pinus pseudostrobus y otros del subgénero oocarpae que llegan a tener índices de emisión estándar de hasta 25 µg C/Gbiom. pero el 50% de las especies tienen un coeficiente β de 0. Los factores de emisión de metilbutenol responden a cambios en la intensidad de la PAR y temperatura ambiental de manera similar a los factores de isopreno.61 CAPÍTULO SEGUNDO establece la relación entre la temperatura y el factor de emisión. La importancia de las emisiones de metilbutenol radica en que reacciona con el radical OH en la troposfera. Factores de emisión para metilbutenol Harley et al. . encontrando que éstas podrían ser hasta 2.144 K-1. El valor de β está entre el rango de 0. pues varias de las especies estudiadas por Harley et al. (1998).508 ton/año. Por ejemplo. lo que representaría una cuarta parte de las emisiones de isopreno. incorporando factores de corrección empíricos para la PAR y temperatura propuestos por Harley et al. Para el caso de México es importante considerar las emisiones de metilbutenol. contribuyendo a la formación de ozono y acetona a nivel regional. (1993).09 K-1. mientras que sus emisiones de isopreno y monoterpenos son extremadamente bajas. Emisión = 9. Las emisiones de compuestos oxigenados provenientes de pastizales incluyen metanol. . las emisiones de óxido nítrico provenientes del suelo son resultado de los procesos de nitrificación y desnitrificación. las relaciones empíricas que los describen son hasta ahora la mejor alternativa. (1998) realizaron mediciones de emisiones de compuestos oxigenados provenientes de pastizales del sureste de Australia.62 EMISIONES BIOGÉNICAS Factores de emisión de otros compuestos biogénicos provenientes de pastizales Kirstine et al.13 presenta la relación que Kirstine et al. etanol. Es importante señalar que esta relación se encuentra en proceso de revisión y que sus resultados pueden presentar varianzas entre el 60 y 65%. Estos resultados son importantes en la cuantificación de emisiones biogénicas en la sabana y regiones donde dominan los pastizales.000 gC/m2 h en promedio. propanona.22x10 -7T 4-1) (13) CUANTIFICACIÓN DE EMISIONES DE ÓXIDO NÍTRICO DEL SUELO Como se explicó en el capítulo anterior. Williams et al. como en la región central y norte de México. encontrando flujos de 23. butanona y etanal. Por lo tanto. y por lo tanto son las que se emplean en los inventarios de emisiones. dependiendo únicamente de la temperatura y tipo de uso del suelo. los cuales son muy complejos y el conocimiento actual sobre ellos aún es incipiente. (1992b) propusieron cuantificar las emisiones de NO del suelo mediante la ecuación 14.46x10 -3T 2-6. variables relativamente fáciles de identificar. La ecuación 2.01x10 -7 PAR3 (2. (1998) determinaron para estimar las emisiones del pasto en función de la PAR y temperatura. 4 0. y mediante ajustes de mínimos cuadrados entre ambas calcularon las relaciones que se presentan en el cuadro 2. CUADRO 2.071TSoil ) (14) donde la emisión de NO está en [ng/m2 s].9 1. A es un factor asociado con la categoría de uso del suelo con unidades de [ng / m s].84TA + 3. Para la implementación de un inventario de emisiones es más fácil conocer la temperatura ambiental que la temperatura del suelo.9 1.6 0.03TA + 2. Williams et al. . por lo que ésta última puede obtenerse mediante un algoritmo de conversión conociendo la primera.003 9 4 3 0. Los números en paréntesis indican desviaciones estándar. pantanos y áreas de cultivo.2 ——————121 (13) 58 (5) 40 (9) 3 (1) 0.9 TA: temperatura ambiente en [°C]. (1992b) propusieron cuatro categorías de uso del suelo: pastizales. bosques.9 0.8 1.66TA + 8. y TSoil es la temperatura del suelo en [°C].03TA + 2.92TA + 4.03TA + 2.8 0. VALORES DE LAS VARIABLES DEL MODELO DE EMISIÓN DE ÓXIDO NÍTRICO DE WILLIAMS et al.72TA + 5.07 0.63 CAPÍTULO SEGUNDO Emisión NO = Aexp(0. (1992) Uso de suelo Factor A [ng N/m s] 2 Índice de fertilización [kg N/ha] Temperatura estimada en el suelo Pastizal Bosque Pantano o tierras húmedas Maíz Algodón Avena Soya 0. Para cada una hicieron mediciones en diversos sitios de la temperatura ambiental y de la temperatura del suelo. Los inventarios de emisiones biogénicas comparten muchas de las aplicaciones de los inventarios de emisiones antropogénicas. La información contenida en dicha base de datos definirá la calidad y precisión del inventario de emisiones. estepas y campos de pastura. Dentro del manejo integral de la calidad del aire. Si a éstas se le suman las otras emisiones de origen natural y antropogénicas. De forma general se puede definir un inventario de emisiones biogénicas como la base de datos que se genera a partir de la información referente a la vegetación. La categoría de bosques incluye tanto bosques de coníferas como de árboles de hoja ancha. La categoría de pantanos y tierras húmedas incluye áreas de agua dulce y agua salada. se obtiene un inventario de emisiones a la atmósfera. uso del suelo y condiciones climatológicas específicas de una región aplicados a modelos para cuantificar diversos procesos biológicos que generan las emisiones de COVB y NO. regional y local. praderas. entre las que podemos citar el aporte de datos de entrada para modelos de calidad del aire. pero no incluye regiones áridas con matorrales y desiertos. los inventarios de emisiones junto con los modelos matemáticos de formación y dispersión de contaminantes y los sistemas de monitoreo atmosférico son las herramientas básicas para establecer estrategias de control y abatimiento de contaminantes. así como eva- . APLICACIONES DE LOS INVENTARIOS DE EMISIONES BIOGÉNICAS El cálculo y compilación de las emisiones de la vegetación y el suelo de una región determinada conforman un inventario de emisiones biogénicas. tanto a nivel global. sin importar su elevación y zona climática. los cuales tienen como fin último predecir las concentraciones de contaminantes secundarios al simular diversas condiciones meteorológicas y comportamiento de las fuentes. Las áreas de agricultura se dividieron de acuerdo con el tipo de cultivo y del tipo de fertilizante empleado.64 EMISIONES BIOGÉNICAS La categoría de pastizales incluye pastos cortos y altos. 65 CAPÍTULO SEGUNDO luar diferentes medidas y estrategias para abatirlas. A continuación se mencionan algunas de las aplicaciones y áreas de oportunidad de los inventarios de emisiones biogénicas que en muchas ocasiones no coinciden con las de otros inventarios de emisiones a la atmósfera. Niveles mínimos de hidrocarburos y NOx en una región. Aunque no haya presencia humana en una determinada región, ésta siempre presentará concentraciones de hidrocarburos volátiles y NOx provenientes de la vegetación y suelo, lo que representa la concentración base, que no podrá ser reducida por alguna medida de control. Todas las emisiones antropogénicas se sumarán a las emisiones biogénicas, obteniendo el total de emisiones en una región. Al despreciar la contribución de estas emisiones, se sobreestima la eficiencia de las estrategias para reducir el ozono y aerosoles orgánicos. Planes de reforestación. Dentro de los planes de reforestación de un lugar se deben tomar en cuenta las emisiones de cada especie de árbol como una herramienta más para determinar la especie más adecuada. En bosques desforestados, por lo general lo más conveniente es reforestar con las especies nativas, mientras que en áreas urbanas es importante considerar las emisiones que generaría cada especie y cómo impactarían a la calidad del aire. Selección de fertilizantes y especies de cultivo. Los inventarios de emisiones de NO provenientes del suelo son herramientas valiosas para evaluar el empleo de diferentes tipos de fertilizantes y cultivos en una región en relación con la calidad del aire, ya que la aplicación de fertilizantes aumenta las emisiones de óxido nítrico. Ciclo del carbono. Los hidrocarburos no metano de origen biogénico son importantes en el ciclo global del carbono, y resultan pieza clave en el calentamiento global al contribuir en las concentraciones troposféricas del radical OH en proporción mayoritaria. 66 EMISIONES BIOGÉNICAS 67 CAPÍTULO TERCERO Capítulo tercero LAS EMISIONES BIOGÉNICAS EN MÉXICO En este apartado se hace un breve recorrido de algunos de los principales estudios que se han realizado en México, la mayoría enfocados a la estimación de las emisiones, y se hace hincapié en los avances en la materia. Al final, y a manera de reflexión, se presenta una lluvia de ideas de hacia donde podrían encaminarse los esfuerzos en México de este campo. LAS EMISIONES BIOGÉNICAS A ESCALA REGIONAL EN NORTEAMÉRICA Desde finales de los años setenta los problemas de contaminación transfronterizos han conducido a diversos programas de cooperación entre Estados Unidos de América y México (SEDUE y USA EPA 1983, SEDUE 1992). Con el Tratado de Libre Comercio en Norteamérica diversas instituciones de ambos países han incrementado sus esfuerzos por entender la dinámica de los contaminantes atmosféricos a escala regional. Dentro de este contexto, varios autores (Mendoza-Domínguez et al. 2000, Guenther et al. 2000) han cuantificado las emisiones biogénicas en México como parte de los inventarios de emisiones y estudios de formación de contaminantes a nivel regional. 67 mientras que las emisiones de la naturaleza de NOx son 2. Encontraron que en promedio 23. Encontraron que las emisiones provenientes de la naturaleza de hidrocarburos no metánicos son de 84 x 1012 g de carbono. Estimación de las emisiones biogénicas en México Los estudios sobre las emisiones biogénicas en México son relativamente recientes. Los datos sobre uso de suelo y cobertura vegetal del área mexicana se obtuvieron de mapas digitales del Instituto Nacional de Estadística. y las emisiones del suelo representan el 42%. (2000) cuantificaron las emisiones diarias de COVB y NO provenientes del suelo de los estados del sur de EE. El cuadro 1 muestra los resultados de este inventario. aportando los suelos mexicanos el 54%.230 ton/día. empleando las técnicas y recursos más recientes. UU. Para el territorio mexicano se empleó una escala de un km2. con base en la distribución vegetal de Rzedowski (1957) y la cobertura vegetal de la base de datos Global Landcover Characteristics (GLCC 2000). del Sistema Nacional de Información Agropecuaria (SAGAR 1998) y del Sistema Municipal de Base de Datos (INEGI 1998). .1 x 1012 g de nitrógeno. Guenther et al. a mediados de los años noventa diversos investigadores empezaron a enfocarse en ellas y algunas dependencias gubernamentales federales y estatales empezaron a realizar estimaciones de ellas como parte de los inventarios de emisiones locales y programas de calidad del aire.68 EMISIONES BIOGÉNICAS Mendoza-Domínguez et al.800 ton/ día de COVB se emiten en la región. (2000) desarrollaron un inventario de emisiones provenientes de la naturaleza de hidrocarburos no metano y NOx para Norteamérica. Las características de la vegetación mexicana provienen de Rzedowski (1957) y los índices de emisión para las especies mexicanas fueron de especies semejantes de Estados Unidos de América. Geografía e Informática (INEGI 1998). proviniendo 98% de la vegetación. y del norte de México. mientras que las emisiones de NO fueron estimadas en 1. la vegetación mexicana contribuye con el 62%. ÁREAS RELATIVAS Y SU CONTRIBUCIÓN TOTAL A LAS EMISIONES PROVENIENTES DE LA NATURALEZA DE NORTEAMÉRICA TERRITORIO ESTADOS UNIDOS ALASKA ÁREA 36.69 CAPÍTULO TERCERO CUADRO 1. 1996).6% 9. 2000. El IMP y el laboratorio de Los Álamos en Nuevo México publicaron en conjunto un inventario de emisiones de COVB para la Ciudad de México como parte del proyecto IMADA (Investigación sobre Materia Particulada y Deterioro Atmosférico) (IMP 1997).7% NOx CO HCNM totales Isopreno Metilbutenol Monoterpenos 49% 50% 51% 53% 89% 42% 6. Las estimaciones de la UNAM formaron parte del inventario de emisiones de la Zona Metropolitana del Valle de México (ZMVM) del Programa para Mejorar la Calidad del Aire en el Valle de México 1995-2000 (SEMARNAP et al. Los primeros trabajos en este sentido se desarrollaron en el Instituto Mexicano del Petróleo (IMP) y la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) en 1994. Emplearon información a nivel delegación delimitando zonas potenciales de emisión de isopreno y monoterpenos.7% COMPUESTOS 2% 3% 2% 1% < 1% 3% 31% 26% 23% 17% 6% 40% 13% 14% 17% 24% 4% 11% 4% 6% 7% 5% < 1% 4% 44.9% CANADÁ MÉXICO OTRAS ÁREAS Fuente: Guenther et al.1% 2. . (1994) del Centro de Ciencias de la Atmósfera (CCA) de la UNAM. cuatro tipos de bosques (encino. estación seca-cálida de marzo a mayo y estación húmeda de junio a octubre. 1995). Se emplearon .70 EMISIONES BIOGÉNICAS Ruiz-Suárez et al. pino. incluyendo algunos municipios conurbanos (Cruz Núñez et al. En el cuadro 2 se presentan las emisiones de COVB estimadas por Ruiz-Suárez et al. avena. Entre los objetivos se encontraba evaluar de manera preliminar la importancia de las emisiones biogénicas con respecto a las antropogénicas a través de inventarios estacionales y de episodios específicos. definidas con base en las diferencias de temperatura. En esta primera cuantificación se calcularon las emisiones biogénicas de forma horaria para tres estaciones climáticas típicas del Valle de México: estación secafría de noviembre a febrero. lo que representa las primeras una proporción semejante a las olefinas de origen antropogénico. confieras y bosque mixto) y vegetación urbana. quienes observaron que la relación entre emisiones biogénicas y antropogénicas era de 6:1. (1994). En este inventario se utilizó la primera versión del modelo BEIS. Imaz-Gispert (1995) determinó experimentalmente los índices de emisión de isopreno y monotépenos en cinco especies de maíz mexicano. Los índices encontrados en este trabajo se presentan en el cuadro 3. con el apoyo del Consejo de Estudios para la Restauración y Valoración Ambiental (CONSERVA) del entonces Departamento del Distrito Federal (DDF) realizaron la estimación de hidrocarburos biogénicos que se integró al inventario de emisiones de la ZMVM de 1994. para lo cual empleó cámaras de encierro dinámico modificadas con un sistema colector de compuestos volátiles en planta y un filtro de carbón para la purificación del aire. En 1995 los gobiernos del Distrito Federal y del Estado de México realizaron en conjunto un inventario de emisiones biogénicas para la Ciudad de México. modificado para la altura sobre el nivel del mar del Valle de México y considerando cuatro especies agrícolas (alfalfa. maíz y trigo). insolación y radiación global en superficie. Este proyecto fue una colaboración entre la Facultad de Ciencias de la UNAM y la NASAAmes de los Estados Unidos de América. 24 0.8 Fuente: Ruiz-Suárez et al.71 CAPÍTULO TERCERO CUADRO 2. CUADRO 3.14 0.5 181.5 35. PERFIL DE EMISIONES POR ESTACIÓN CLIMÁTICA EN LA ZMVM EPOCA EMISIÓN ESTIMADA EXPERIMENTALMENTE CON TEMPERATURA MEDIA DIARIA (TON DÍA-1) EMISIÓN ESTIMADA EXPERIMENTALMENTE CON TEMPERATURA MEDIA HORARIA % DE VARIACIÓN (TON DÍA-1) Seca fría Seca cálida Húmeda 87.5 117. ÍNDICES DE EMISIÓN DE ISOPRENO Y MONOTERPENOS EN MAÍZ MEXICANO COMPUESTO EMISIÓN PROMEDIO µG/G PESO SECO/HR PARTICIPACIÓN PORCENTUAL αpineno Campheno Isopreno Emisión total 0. 1994.45 36.3843 62.0043 0. .2 138.43 0.0111 100 Fuente: Imaz-Gispert 1995.5 155 103.2 15.3 16. Las emisiones de isopreno.272 443 . Puebla y el Distrito Federal. Bernabé et al.985 414 COVB (ton/año) NO (ton/año) Fuente: SMA 2003. EMISIONES BIOGÉNICAS ESTIMADAS EN EL INVENTARIO DE FUENTES NATURALES 1996 EMISIONES SECA-CALIENTE (MARZO A MAYO) HÚMEDA (JUNIO A OCTUBRE) 35. siendo la temporada seca-cálida la que presentó las mayores emisiones debido a la mayor radiación solar y temperatura en esa época del año. (1994). la SMA ha realizado trabajos para mejorar la calidad de la información de entrada para los modelos de emisiones biogénicas empleados. (1994). 61. información de uso del suelo y cobertura CUADRO 4. mientras que las de NO en 560 km2. monoterpenos y OCOV se cuantificaron en un área de 2. Los resultados de este inventario no pudieron ser comparados con inventarios anteriores ya que se empleó una nueva región de modelación. En 1998 la Comisión Ambiental Metropolitana (CAM) y la Secretaría del Medio Ambiente del Gobierno del Distrito Federal (SMA) publicaron un nuevo inventario de emisiones biogénicas teniendo como año base 1996 (SMA 1998). se utilizó la segunda versión del modelo BEIS con una escala espacial de 10 km2 y las tres mismas estaciones climatológicas propuestas por Ruiz-Suárez et al.200 km2. De 1998 a la fecha.72 EMISIONES BIOGÉNICAS celdas de 10 km2 y las tres estaciones climatológicas empleadas por Ruiz-Suárez et al. (2000) elaboraron el inventario de emisiones para la ZMVM 1997-1998 e incorporaron la variable nubosidad con datos meteorológicos de los aeropuertos de Toluca. Las emisiones cuantificadas se presentan en el cuadro 4.820 422 SECA-FRÍA (NOVIEMBRE A FEBRERO) 33. Este modelo incluye el módulo de emisiones biogénicas BVOC (Biogenic Volatil Organic Compounds) basado en el algoritmo de Guenther et al.673 ton. (1996). la Secretaría de Ecología del Gobierno del Estado de México (SEGEM). entre 1999 y 2002. siendo casi 60. se contó con una mayor resolución espacial con celdas de 5 km2 y las estimaciones fueron hechas con escenarios climáticos reales. Se evaluó la cobertura vegetal en un área de 850. Las emisiones estimadas de isopreno ascendieron a 315 ton/día. Cabe señalar que esta diferencia en los inventarios se debió a la mejora sustancial en la calidad de los datos y nivel de detalle empleado. de las cuales el 95% provienen de los bosques de encinos.000 ton inferior a la establecida en el inventario de 1996. por medio del Instituto Fraunhofer de Alemania implementaron el modelo de calidad del aire MCCM (Multiscale Climate Chemistry Model) en el Valle de México (GTZ 2002). censos florísticos y mediciones de biomasa foliar en bosques de encino. (1993) e incorpora sistemas de información geográfica y datos meteorológicos provenientes de la NOAA (National Oceanic Atmospheric Administration) y el modelo meteorológico MM5.73 CAPÍTULO TERCERO vegetal del Inventario Nacional Forestal 1990 (SAGAR 1991) e información local sobre producción agrícola de temporal y riego (SAGAR 1998).000 ha mediante imágenes de satélite. asignándolos de acuerdo con las reglas taxonómicas propuestas por Benjamin et al. Además. la UNAM y el Instituto Nacional de Ecología (INE) con apoyo de la Agencia de Cooperación Técnica Alemana (GTZ). En el año 2000 el Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey desarrolló un inventario de emisiones biogénicas para el área metropolitana de Monterrey y su zona conurbada (Gastelum y Lozano-García 2000). La emisión anual de COVB se estimó en 72. la SMA. y como parte del Proyecto para Mejorar la Calidad del Aire en la ZMVM. bosques mixtos pinoencino y matorral submontano. Las emisiones de monoterpenos fueron de 47 . En el seno de la CAM. se incrementó de 20 a 50 las especies vegetales para la selección de índices de emisión. razón por la cual no fue posible establecer conclusiones definitivas. 2002). con un 92% cuyo origen se encuentra en los matorrales submontanos. monoterpenos. SEGEM y Secretaría de Medio Ambiente y Recursos Naturales (SEMARNAT) en el seno de la CAM integraron el inventario de emisiones de la ZMVM para 1998 (CAM et al. (2001) con apoyo del CONSERVA.2 en un área de estudio de 6. OCOV y NO. y sus resultados formaron parte de los fundamentos para la elaboración del tercer Programa de Mejoramiento de la Calidad del Aire de la ZMVM 2001-2010 (PROAIRE). así como datos de la cobertura vegetal del Inventario Nacional Forestal. los cuales presentaron variaciones significativas y que no se ajustaron con el modelo de Guenther et al. El área de estudio com- . Ruiz-Suárez et al. Se empleó información meteorológica del Servicio Meteorológico de los Servicios a la Navegación en el Espacio Aéreo Mexicano (SENEAM) y de la Red Automática de Monitoreo Atmosférico (RAMA).407 km2. El cuadro 5 presenta las emisiones calculadas por estación climatológica y entidad federativa. metilbutenol. instalaron cámaras de encierro dinámico en tres especies arbóreas ampliamente usadas en programas de reforestación del Valle de México. En este primer estudio se obtuvieron índices de emisión para varios monoterpenos. La SMA. (1993).74 EMISIONES BIOGÉNICAS ton/día. Se utilizaron las tres estaciones climatológicas definidas por (Ruiz-Suárez et al. Velasco (2003) publicó un inventario de emisiones biogénicas para el Valle de México cuantificando las emisiones de isopreno. donde el total de COVB representa el 3% del total de las emisiones de hidrocarburos en la ZMVM y las emisiones de NO del suelo el 2% de las emisiones totales de NOX. e intentaron evaluar por primera vez en campo índices de emisión de especies mexicanas. Se aplicó el modelo PC-BEIS2. Es importante señalar que este inventario fue desarrollado para ser usado en la aplicación de modelos de calidad del aire. Cabe mencionar que actualmente este grupo de investigación se encuentra ajustando sus técnicas de colección de muestras. 1994) con datos de 1997 y 1998. incluyendo nueve tipos de bosques. forestales.669 1. áreas forestales y de cultivo en el valle.222 56 96 58 4.601 1.401 826 350 749 441 12. abarcando toda el área metropolitana.012 768 1. Se empleó una escala temporal horaria CUADRO 5.122 911 1. urbanos. Se emplearon las características forestales de 218 bosques clarificados por el Registro Forestal para el .175 considerando condiciones climatológicas diferentes cada mes.75 CAPÍTULO TERCERO prendió una malla de 75 x 83 km2 con una resolución de 1 km2. EMISIONES BIOGÉNICAS POR ESTACIÓN CLIMATOLÓGICA Y ENTIDAD FEDERATIVA DEL INVENTARIO DE EMISIONES DE LA ZMVM 1998 TEMPORADA ISOPRENO TON/AÑO MONOTERPENOS TON/AÑO OTROS HCNM NOX TON/AÑO TON/AÑO Estado de México Seca fría Húmeda Seca cálida Seca fría Húmeda Seca cálida Total Fuente: SMA 2002.135 1. así como el Distrito Federal. Para generar la base de datos de uso del suelo se integró información de mapas topográficos. parte del Estado de México y el norte del estado de Morelos.226 790 114 173 104 3.419 2.904 Distrito Federal 53 91 54 6. imágenes LANDSAT y fotografías aéreas. con lo que se identificaron 17 categorías diferentes. 768 2. información a nivel estatal de 300 especies de cultivos (SAGARPA 2002) e información meteorológica incluyendo nubosidad del Centro Nacional de Información Climática colectada por el Servicio Meteorológico Na- . Se empleó el modelo GLOBEIS3 para estimar las emisiones de isopreno. Sonora y Tamaulipas). cuando ésta es más intensa. razón por la que mayo es el mes con mayores emisiones. septiembre es el mes que presenta las mayores emisiones. La figura 1 presenta la distribución de las emisiones biogénicas de forma mensual. en coordinación con ERG Consultores y con financiamiento de la Asociación de Gobernadores del Oeste de los Estados Unidos se encuentran desarrollando el Inventario Nacional de Emisiones de México (SEMARNAT-INE 2003). En una primera fase se calcularon las emisiones para seis estados fronterizos con Estados Unidos de América (Baja California. aunque presentan su mayor contribución durante el verano. Las emisiones de NO del suelo son relativamente constantes durante todo el año. Chihuahua. OCOV y NO en base horaria usando los municipios como escala espacial. En el cuadro 6 se presentan las emisiones anuales estimadas por Velasco (2003). (1992b). Las emisiones de isopreno dependen en gran medida de la radiación solar. mientras que la temperatura ambiental se tomó de los datos históricos de la RAMA. monoterpenos. Coahuila. Actualmente el INE.76 EMISIONES BIOGÉNICAS Proyecto de reforestación del Área Metropolitana de la Ciudad de México (GDF 1995). (1993) y Williams et al. La radiación fotosintéticamente activa se obtuvo de mapas solares mensuales y mediciones en campo (véase Velasco 2001). dado que coincide cuando en su mayoría los cultivos de temporal alcanzan su tiempo de cosecha y por lo tanto su mayor biomasa. monoterpenos y OCOV son relativamente similares. Se utilizó la distribución de los tipos de bosques del Inventario Nacional Forestal (UNAM 2002). Se acopló la información disponible para el Valle de México en un software propio para estimar las emisiones biogénicas usando los algoritmos de Guenther et al. Nuevo León. donde se observa que la magnitud de las emisiones de isopreno. 77 CAPÍTULO TERCERO CUADRO 6. .718 9.080 2. EMISIONES BIOGÉNICAS MENSUALES EN EL VALLE DE MÉXICO Fuente: Velasco 2003. EMISIONES BIOGÉNICAS ANUALES PARA EL VALLE DE MÉXICO COMPUESTOS EMISIÓN [TON AÑO-1] Monoterpenos Otros hidrocarburos volátiles Isopreno NMHC totales Metilbutenol NOx Fuente: Velasco 2003.562 9.508 2. 8.800 28.013 FIGURA 1. 590 km2 con información agrícola más detallada que sus antecesores. casi todos se han centrado en el Valle de México y es necesario comenzar estimaciones de este tipo en otras áreas del país.Promedio de diámetro a la altura del pecho .552 ton /año de COVB y 955 ton /año de NO.78 EMISIONES BIOGÉNICAS cional (NCDC 2003).Tipo de bosque (especies que lo conforman) . se requiere emprender una serie de trabajos de investigación y generación de información.120.Número de árboles (árboles/hectárea) .Ubicación . encontrando que se emiten 15. A fin de llenar los vacíos de información. Recientemente la SMA publicó un borrador de un nuevo inventario de emisiones para la ZMVM usando como año base el 2000 (SMA 2003). sin embargo. es indispensable generar información a nivel nacional con un alto nivel de detalle y confianza. Para estos seis estados en forma preliminar se calculó una emisión total de COVB de 3. incluyendo el Distrito Federal. reducir las fuentes de incertidumbre y mejorar la precisión de los inventarios existentes.2 en un área de 3. ¿QUÉ FALTA POR HACER EN EL CAMPO DE LAS EMISIONES BIOGÉNICAS EN MÉXICO? Hasta la fecha se han realizado considerables esfuerzos para desarrollar los inventarios de emisiones biogénicas.884 ton/año de NO. En una segunda fase se tiene contemplado calcular las emisiones biogénicas de los demás estados de la República Mexicana. por lo tanto. en el que se emplea el modelo PCBEIS 2.629 ton/año y de 417.Extensión . 1) Sobre la vegetación es necesario disponer a nivel nacional de una base de datos de cobertura forestal con los siguientes parámetros: . las cuales se describen brevemente a continuación.Promedio de altura . Índice de área foliar . aun cuando las diferencias entre suelos.Condición de salud del bosque En este sentido el Inventario Nacional Forestal es una herramienta que cubre parcialmente las demandas de los modelos. por ello es conveniente determinar las emisiones promedio de NO para los tipos de suelo característicos de nuestro país. métodos de cultivo y aplicación de agroquímicos es grande entre este país y el nuestro. 4) Hasta ahora se han usado datos de suelos de los Estados Unidos.79 CAPÍTULO TERCERO . por ello es necesario generarlos para las principales especies de árboles y cultivos mexicanos. nubosidad. incluyendo datos de temperatura. Un muy buen ejemplo de esto es la información disponible en el Inventario de las áreas verdes urbanas del Distrito Federal (SMA 2003a). 3) Uno de los principales factores de incertidumbre en la estimación de las emisiones es que los índices de emisión son limitados. prestando una mayor atención a las especies tropicales. asociaciones vegetales y cultivos mexicanos. es indispensable desarrollar cartografía agropecuaria a nivel nacional indicando qué áreas corresponden a tipos de cultivo de temporal y riego. así como establecer una red de me- . velocidad y dirección del viento. 5) Para establecer el impacto real de las emisiones biogénicas en áreas urbanas se debe identificar la distribución y características de sus áreas verdes. sin embargo. pero debe actualizarse y complementarse continuamente. 2) La Secretaría de Agricultura publica anualmente censos agrícolas que resultan ser un apoyo sustancial. humedad relativa. 6) Conformar bases de datos con información suficiente para establecer escenarios climatológicos típicos a nivel regional en todo el país. para las que existen pocos estudios a nivel internacional. así como la cantidad de biomasa y especies que las conforman de acuerdo con el extracto socioeconómico y su uso de suelo. de tal forma que incluya mediciones de biomasa estacional para las principales especies de árboles. (2000) y Fuentes et al.80 EMISIONES BIOGÉNICAS dición de radiación solar en toda la República Mexicana que incluya la radiación fotosintéticamente activa. Guenther et al. Si el lector desea obtener información más detallada. 8) Implementar modelos de calidad del aire a escala regional que consideren las emisiones biogénicas como precursores de ozono y aerosoles secundarios para estimar las concentraciones de fondo de estos compuestos tóxicos. (2000). . (1999). (1999). son simplemente ideas que surgen de la breve revisión que se realizó durante la elaboración de este material. se recomienda leer los artículos de revisiones que cubren diversos aspectos de las emisiones biogénicas Fehsenfeld et al. 7) Documentar ampliamente cada uno de los trabajos que sobre este tema se desarrollen. para generar un acervo bibliográfico suficiente que permita verificaciones y disminuir el nivel de incertidumbre de los inventarios. Harley et al. 9) Para cubrir las necesidades mencionadas se requiere la formación de investigadores y técnicos mexicanos que sean capaces de realizar investigación en este campo. Kreizwieser et al. Estas son sólo algunas reflexiones y de ninguna manera pretenden ser la guía de trabajos futuros. (1992). 81 BIBLIOGRAFÍA Bibliografía Abeles. New York. burned biomass and atmospheric emissions. Accounts of Chemical Research 31(9): 574-583. P. Stroppiana. Low-emitting urban forests: a taxonomic methodology for assigning isoprene and monoterpene emission rates. Crutzen 1997. H. Academic Press. y P. y J. Contribution of biogenic nitric oxide in urban ozone: Raleigh. 2004.J. J. En Memorias de la XXX Air & Waste Management Association Conference. Saltveit 1992.. Atkinson.K. P.C. Bloch y A. Gas emissions from soil and leaf litter as a source of new particle formation. Atmospheric Research 70(1): 33-42. M. P. Andreae. Gálvez. D. M. Size distribution of biogenic aerosol particles from the Amazon basin. V. Hansson 1995.M. Benjamin.T. E.Cardosa-Pereira 1999. Atmospheric Environment 30: 1437-1452 Bernabé. Robarge 1997.. R. D. Sudol. Ethylene in Plant Biology. Landa. Roelle y W. F. y H. Barbosa. 2000. Atmospheric aerosols: biogeochemical sources and role in atmospheric chemistry. Arey 1998. Aneja. Artaxo.. Atmospheric Environment 31: 1531-1537. L. as a case study. Gregoire y J. NC.. Atmospheric Environment 29: 393-402. Atmospheric Chemistry of Biogenic Organic Compounds. Science 276: 1052-1058.O.L Lara y C. Bigg. Salt Lake City.M. An assessment of vegetation fire in Africa (1981-1991): Burned areas.M. 81 . R. P... Inventario de emisiones biogénicas de la ZMVM 1997-98. Global Biogeochemical Cycles 13: 933950. Morgan y J.M Winer 1996. M. L. Chem. and urban zone. Chameides 1984. J. Forest fire enhanced photochemical air pollution. SEGEM (Secretaría de Ecología del Estado de México) y SEMARNAT (Secretaría de Medio Ambiente y Recursos Naturales) 2002. Johnson 1994. Clough. and word food production. Cheng. SMA (Secretaría del Medio Ambiente del Distrito Federal. Valterova y L. F. Yienger y H. 44: 1339-1952.A. Borg-Karlson. urbanization. Richardson y C.. A. y W. 1952.82 EMISIONES BIOGÉNICAS Blacet. Sandhu 1998. Eng. The role of biogenic hydrocarbons in urban photochemical smog: Atlanta as a case study. Lindsay. and Mechanism of Action of 1. Phytochemistry 35: 111–119. Businger. W. Journal of Atmospheric and Oceanic Technology 7: 349-352. Flux measurements with conditional sampling. y S. México. I.E Koepp y M. Chameides 1990.E. A.S Kiang 1988.. R. regional ozone pollution. Volatile compounds from flowers of six species in the family Apiaceae: bouquets for different pollinators. A case study. W. J. Nilsson 1994. L. Chameides. . J. Borucki.. y W.. P.W. Inventario de Emisiones. R. Science 264: 74-77. K. Science 241: 1473-1475. B. Ind. Journal of Geophysical Research 95: 13971-13979. Marine Ecology Progress Series 159: 285–292. Archives of Biochemistry and Biophysics 309: 184-192. Reviews of Geophysics and Space Physics 22: 363-372. Gong 1997.. CAM (Comisión Ambiental Metropolitana). Levy 1994. Lightening: estimates of the energy dissipation and nitrogen fixation. CAM. Biosynthesis of Monoterpenes: Partial Purification.. Oncley 1990. J. Ong y G. Buffet B.F.8-Cineole Synthase. Natural hydrocarbons. Photochemistry in the lower atmosphere.E. W. Croteau. Atmospheric Environment 32: 673-681. Cardelino. McDonald. R. Estimating leaf area index and photosynthetic production in canopies of the mangrove Rhizophora apiculata. Annual Review of Earth and Planetary Sciences 28: 477-507.R. Chameides W.W. 2000. Zona Metropolitana del Valle de México 1998.L. Characterization. Alonso. Clathrate Hydrates. Angle y H.A.A. Growth of continental-scale metro-agro-plexes. C. Kasibhatla. R. Tyson. Lamb.. J..A. Gastelum. W. K. T. Hewitt (editor). Microbiological basis of NO y N2O production and consumption in soil. en The Biogeochemisstry of Global Change: Radiatively Active Trace Gases. Ciccioli. Goldan.N. Biogenic emissions of volatile organic compounds from higher plants. P. R. New York.. Westberg. D. H. Baldocchi. J. E. Fall..D. Guenther. Exchange of Trace Gases Between Terrestrial Ecosystems and the Atmosphere.. C. Guenther.. Bottenheim. 2000. Mooney. Castellanos 1995. New York. W. S.. Estimación de las emisiones de isoprenos y monoterpenos generados por la vegetación que contribuyen a las condiciones base de la cuenca atmosférica de Monterrey.. Atkinson. Sources of nitric oxide and nitrous oxide following wetting of dry soil. A. F. M. E. EE.S Schimel (editor). E. M.. San Diego. En: M. Biogenic Emissions for Mexico City and Mexico State.. Geron.83 BIBLIOGRAFÍA Cruz-Nuñez. 1992. Biogenic hydrocarbons in the atmospheric boundary layer: A review. EE. Resumen presentado en el sitio electrónico del Laboratorio de Sistemas de Información Georreferenciada del Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de . Calvert. Alegre y L. Gu.UU. Academic Press. Andreane y D. editado por Oremly R. En C.UU. En: Memories of XXV Air & Waste Management Association Conference. P. J. Emissions of volatile organic compounds from vegetation and the implications for atmospheric chemistry. 1992b. Reactive hydrocarbons in the atmosphere. Sharkey. Bulletin of the American Meteorological Society 81(7): 1537-1575. Dement.. 2000...A.N... The Emissions Inventory Program and Progress. John Wiley. Trainer. D. X. A. Soil Science Society Atmosphere Journal 56: 95-102.. Liu.. Lerdau. R.. Davidson. L. y H.S. 1975. Phytochemistry 14: 2555-2557. Davidson. C. y Lozano-García.O. Mechanism of monoterpene volatilization in Saliva mellifera. B. Soil water content and the ratio of nitrous oxide to nitric oxide emitted from soil. y Stockwell. Firestone. M. Lamb. B. Pittsburg.. y Zimmerman. Fuentes.A. 1989. M. Fehsenfeld.A. 1992a. S. y Davidson. Hewitt.A.D.. Global Biogeochemical Cycles 6: 389430. H. Chapman y Hall.L.W. P.. 1999.J. B. A. Fall...V. Advance Botanic Research 14: 25-87. 1987.usgs.. Geron. México. GTZ (Agencia de Cooperación Técnica Alemana). Reporte de la estancia de Gerhard Smiatek. de México. 699-711.. . Disponible en la dirección: http://albers. Pierce A.. C. Web Page. Guenther y T. Atmospheric Environment 28:. 1197 -1210.itesm. 2000.. Journal of Geophysical Research 98(D7): 12609-12617..htm. Zimmerman y M. Consultado en octubre 2003.mx/ proyectos/emisiones/emisiones. J. Wildermuth y C.gov/landdaac/glcc/glcc. Consultado en enero 2000. A. Guenther A. Zimmerman. Guenther. Journal of Geophysical Research 96: 10799-10808.cr. P. P.mty. Preparado por la Comisión para la Prevención y Control de la Contaminación Ambiental de la ZMVM. D. An improved model for estimating emissions of volatile organic compounds from forests in the eastern United States.F. Guenther A.K.html. C.84 EMISIONES BIOGÉNICAS Monterrey. Guenther A. Atmospheric Environment 29(13): 1569 -1578.. Harley 1993. Edo. Fall 1991. Monson y R. Chuo Kaihatsu Corporation Japan y Forest Technical Association. Control of isoprenoid biosynthesis in higher plants.S. Natural volatile organic compound emission rate estimates for U. Geron. Wildermuth 1994.D. Gray. Ennis 1992. Biogenic nonmethane hydrocarbon emission rate modeling. Air and Waste Management. Isoprene and monoterpene emission rate variability: Model Evaluations and Sensitivity Analyses. R. A. México.B. GLCC (Global Landcover Characteristics). P. 2002. Proyecto del área de reforestación del Área Metropolitana de la Ciudad de México. woodland landscapes. Zimmerman y P.E Pierce 1994. y Guenther 1995. T. Reassessment of biogenic volatile organic compound emissions in the Atlanta area. Grupo de emisiones biogénicas de la CAM.C. Disponible en la dirección: http://edcwww. Journal of Geophysical Research 99(D6): 12773 -12791. M. GDF (Gobierno del Distrito Federal) 1995. Isoprene and monoterpene emission rate variability: Observations with eucalyptus and emission rate algorithm development. Guenther P. Geron. Westberg. S. E. Oecolgia 188: 109-123. Harley. W. C. Akimoto 1989. D. P. Dilts. Hall. Erickson.85 BIBLIOGRAFÍA Guenther. and oxides of nitrogen from North America. Monson y M. J. K. Vierling. Harley. Ecological and evolutionary aspects of isoprene emission from plants. A. Helmig. Lerdau 1999. NOx emissions from soil: implications for air quality modelling in agricultural regions. Hewitt. Harley. Wildermuth. Izumi. S.T. Fridd-Stroud. Zimmerman 1995. and mixed layer mass balance techniques. Biogenic hydrocarbons emissions and landcover/climate change in a subtropical savannah.. Steinbrecher. S. Archer. R. Graedel. Annual Reviews of Energy Environment 21: 311-346. Zimmerman y S.C.. D. A. Journal of Physiscs and Chemistry of the Earth 24(6): 659-667. Hampton. Klinger. Greenberg. relaxed eddy accumulation. Vasconcellos 1998. Guenther. Roth 1996. Hills 1998. Pierce. B.. y A. S. J.A McKay. A. Baugh. C. Atmospheric Environment 34: 2205-2230.. Journal of Geophysical Research 94: 13013-13024. A.. Scholes. Matson y P. Allwine. Journal of Geophysical Research 101(D13): 1855518567. Lerdau. Tallamraju. Guenther. carbon monoxide. Lamb. Taylor y P. Harley. Guenther. Geron. Zimmerman. Journal of Geophysical Research 100(D5): 8873-8892. Geron y T. B. surface layer gradient. Klinger. Fall 2000. Greenberg. L. L. A. Hatakeyama.. P. R. P. T. Davis. Natural emissions of non-methane volatile organic compounds. Harley. A global model of natural volatile organic compound emissions. T. Reactions of ozone with a-pinene in air: yields of gaseous and particulate products. K. Eddy covariance measurement of isoprene fluxes. M. Klinger.N. T.J. . G. C. L. H. P. Pierce. Emission of 2-methyl-3-buten-2-ol by pines: A potentially large natural source of reactive carbon to the atmosphere. M. Journal of Geophysical Research 103: 13145-13152. A. R. Pierce 1996. P. Lamb. P. M. T. C. Baldocchi. B.. D. Fall. Harley y R. Fukuyama y H. mixed layer gradient. P. R.K. V. J. Isoprene fluxes measured by enclosure. Journal of Geophysical Research 103(D19): 25479-25486.. Guenther. P. L. T. Zitzer 1999. H. V. K. Virtual disjunct eddy covariance measurement of organic compound fluxes from a subalpine forest using proton transfer mass spectrometry. Dutaur. Emission of short chained organic acids. y P. Analytical Chemistry 62: 1055-1060. México. 1995. J. Helmig. .. Fall y A. R. Atmospheric Environment 31: 23-88. 1993. J. in relation to physiological activities. Kesselmeier.sage. IMP (Instituto Mexicano del Petróleo). Atmospheric Chemistry and Physics 2: 279-291. L. y Torres. Fugit. C. Higashino. Sistema Municipal de Base de Datos. A.J. Tonooka. 1998. Hofman. Prevost. Hills. Y.dri. L. 1997. J. P.. C. Consultado en enero 1998. L.. USA.L. Ciccioli. P.. L. H. Journal of Geophysical Research 93(D6): 7180 -7192. M. Greenberg.G. Johansson. Foster. En: Memories of the International Congress of Acid Snow and Rain. P. Emisiones de isoprenos y monoterpenos en cinco razas mexicanas de Zea mays. Resultados preliminares del proyecto IMADA-Los Álamos. Geografía e Informática). Y. Karl. A. Disponible en la dirección http://www. carbon budget and emission algorithm. Schafer. Ikeda 1997. C. Geron 1999. Emission inventory of SO2 and NOx in East Asia with grid data system. y H. D. Emission of NO in a tropical savanna and a cloud forest during the dry season.htm.G. Wolf. V. aldehydes and monoterpenes from Quercus ilex L. Spirig. U..86 EMISIONES BIOGÉNICAS Hatanaka. Klinger.edu/ IMADA/www/imada. Bode. and Pinus pinea L. Zimmerman 1990. Universidad Nacional Autónoma de México.inegi. Tesis de Maestría. Frattoni. Japón. Yanagisawa e Y. Isebrands.gob. Phytochemistry 34: 1201-1218. Zimmerman y C. E. Rinne. INEGI (Instituto Nacional de Estadística. Isoprene measurement by ozone-induced chemiluminescence. A. P. C. Vierling. Jacob. T. Brancaleoni.html. The biogeneration of green odour by green leaves. L. Cecinato. Stroud. M. J. Harley. Imaz-Gispert. Guenther. Müller. Ferrari. Atmospheric Environment 33. P. Disponible en la dirección: http://eafs. 2527-2536. Simon L. A. Guenther 2002. Volatile organic compound emission rates from mixed deciduous and coniferous forests in Northern Wisconsin. Consultado en noviembre 1997. J. Rodhe 1988. A. Nigata.mx/ homepara/estadistica/simbad/simbad. Journal of Geophysical Research 90(D1): 2380-2390. B. R. Westberg y G. y M.. Lamb..W. New York. Westberg. J.J. Westberg 1993. Plant Physiology 69: 840-847. T. Atmospheric Biogenic Hydrocarbons. R. Emissions of volatile organic compounds (primarily oxygenated species) from pasture. Isoprene emission fluxes determined by an atmospheric tracer technique. y T. Koslowski 1982. Atmospheric Environment 21(8): 1695-1705. Lieth. Kimmerer. Schnitzler y R. _____ 1986. 1975. T. A national inventory of biogenic hydrocarbon emissions. Guenther. Primary productivity of the biosphere. Journal Geophysical. Atmospheric Environment 27(A): 11. Staudt 1999. Klinger. B.. W. Physiology and Ecology. B. Atmospheric Environment 20: 1-8. Knoerr.. Lamb. A biogenic hydrocarbon emission inventory for the U. Biosynthesis of organic compounds emitted by plants. using a simple forest canopy model. S. acetaldehyde and ethanol production by plants under stress. Evaluation of forest canopy models for estimating isoprene emissions. Gay y H. Lamb. T. . Bufalini y R. Plant Physiology 84: 1204-1209. Kirstine. Steinbrecher 1999. Pierce.. Butterworth.A. Acetaldehyde and ethanol biosynthesis in leaves of plants. Arnts.C. P.R. Hooper 1998. Kimmerer.86 BIBLIOGRAFÍA Kesselmeier. A. Whittaker.S. Geron. J. Plant Biology 1: 149-159. Factors controlling natural VOC emissions in a southeastern US pine forest. Ethylene. H.T.W. y R. Westberg 1987. Biogenic volatile Organic Compounds (VOC): An Overview on Emission.UU. H. Research 33: 23-88. J. Allwine 1985. Biogenic hydrocarbon emissions from deciduos and coniferous trees in the United States. Energy balance/Bowen ratio techniques for estimating hydrocarbon fluxes. L.L. G. EE. Kim. Springer. Research 103(D9): 10605-10619. y R. Kreuzwieser. Baldocchi. Harley P. Lamb. H. y F. I. Research 101: 22787-22798. D. Journal of Geophysical. Gay y H. B.P. A. McDonald 1987. Guenther. eN: J. K. Journal Geophysical. ethane. 1673 –1690.C. Galbally. Mowry 1981. Atmospheric Environment 35(19): 3279-3292.. 2001. C. J. D. Dilts. Allwine. H. Zimmerman 1996. D. Ye y M. 88 EMISIONES BIOGÉNICAS Lindsay, W.L., M. Sadiq y L.K. Porter 1981. Thermodynamics of inorganic nitrogen transformations. Soil Science Society American Journal 45: 61-66. Main, C.E. 2003. Aerobiological, ecological, and health linkages. Environment International 29 (2-3): 347-349. McGarvey, D. y R. Croteau 1995. Terpenoid metabolism. The Plant Cell 7: 1015– 1026. Mendoza-Dominguez, A., J.G. Wilkinson, Y.J. Yang y A. Rusell 2000. Modeling and direct analysis of biogenic emissions impact on regional ozone formation in the Mexico-U.S. border area. Journal of Air & Waste Management Association 50: 21-31. Minckler, L.S. y S.F. Gingrich 1970. Relation of crown width to tree diameter in some upland hardwood stands of southern Illinois. Res. Note NC-99, 4, Forest Serv., Dep. of Agric., North Central Forest Exp. Stn., St. Paul, Minn. Monson, R. K., C.H. Jaeger, W. Adams, E.M. Tiggers, G.M. Silver y R. Fall 1992. Relationships among isoprene emission rate, photosynthesis, and isoprene synthase activity as influenced by temperate. Plant Physiology 98: 1175-1180. Montzka, S.A., M. Trainer, P.D. Goldan, W.C. Kuster, F.C. y Fehsenfeld 1993. Isoprene and its oxidation products, methyl vinyl ketone and methacrolein, in the rural troposphere. Journal of Geophysical Research 98: 1101-1111. Münzenberg, A., S.T. Denis, E. Renner y R. Wolke 1998. The role of biogenic emissions on ozone production over Saxony investigated with the model system METRAS-MUSCAT-Euro–RADM. Report 15, 04-303. Institute for Tropospheric Research, Alemania. NCDC (National Climatic Data Center) 2003. Mexico meteorological data. Asheville, Carolina del Norte. Owen, S.M., C. Boissard y C.N. Hewitt 2001. Volatile organic compounds (VOCs) emitted from 40 Mediterranean plant species: VOC speciation and extrapolation to habitat scale. Atmospheric Environment 35: 5393-5409. Pandis, S.N., S.E Paulson, J.H. Seinfeld y R.C. Flagan 1991. Aerosol formation in the photooxidation of isoprene and b-pinene. Atmospheric Environment 25(A): 997-1008. Pankow, J.F. 1994a. An absortion model of the gas/aerosol partitioning involved in the formation of secondary organic aerosol. Atmospheric Environment 28: 189-193. 89 BIBLIOGRAFÍA Pankow, J.F. 1994b. An absortion model of the gas/aerosol partitioning of organic compounds in the atmosphere. Atmospheric Environment 28: 185-188. Parrish, D., E. Williams, D. Fahey, S. Liu y F. Fehsenfeld 1987. Measurement of nitrogen oxide fluxes from soils: intercomparison of enclosure and gradient measurement techniques. Journal of Geophysical Research 92: 2165-2171. Petron, G., P. Harley, J. Greenberg y A. Guenther 2001. Seasonal temperature variations influence isoprene emission. Geophysical Research Letters 28(9): 1707-1710. Pierce, T. y P. Waldruff 1991. PC-BEIS: A personal computer version of the biogenic emissions inventory system. Journal of Air and Waste Management Association 41: 937-941. Pierce, T., C. Geron, L. Bender, R. Dennis, G. Tonnesen y A. Guenther 1998. The influence of increased isoprene emissions on regional ozone modeling. Journal of Geophysical Research 103: 25611-25629. Pierce, T., C. Geron, G. Pouliot, E. Kinee y J. Vukovich 2001. Integration of the Biogenic Emission Inventory System (BEIS3) into the community Multiscale Air Quality Modeling System. US Environmental Protection Agency. Potter, C., P. Matson, P. Vitousek y E. Davidson 1996. Process modeling of controls on nitrogen trace gas emissions from soil worldwide. Journal of Geophysical Research 101: 1361-1377. Price, C., J. Penner y M. Prather 1997. NOx from lightning 1. Global distribution based on lightning physics. Journal of Geophysical Research 102: 5929-5941. Radke, L.F., D.A. Hegg, P.V Hobbs, J.D. Nance, J.H. Lyons, KK. Laursen, R.E Weis, P.J. Riggan y D.E. Ward 1991. Particulate and trace gas emissions from large biomass fires in North America. En: J.S. Levine (editor). Global Biomass Burning: Atmospheric, Climatic, and Biosphere Implications. MIT Press, Cambridge, MA. Roberts, G.C., M.O. Andreae, J. Zhou y P. Artaxo 2001. Cloud condensation nuclei in the Amazon basin: marine conditions over a continent. Geophysical Research Letters 28, 2807-2810. Rudaz, A., E.A. Davidson y M.K. Firestone 1991. Production of nitrous oxide immediately after wetting dry soil. FEMS Microbiology Ecological 85: 117124. 90 EMISIONES BIOGÉNICAS Ruiz-Suárez, LG., M. Imaz-Gispert, M.O. Montero, F. Hernández-Galicia, C. Conde y T. Castro 1994. Cálculos y mediciones de hidrocarburos naturales en el valle de México. Reporte técnico para CONSERVA. Gobierno del Distrito Federal y Centro de Ciencias de la Atmósfera, UNAM, México. Ruiz-Suárez, L.G., P. Domínguez y J.M. Hernández 2001. Evaluación experimental de modelos de emisiones de hidrocarburos biogénicos no metano, para tres especies arbóreas bajo diferentes condiciones ambientales en el valle de México. En CONSERVA 1999-2000. Editado por UAM, GDF y Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey. México D.F. Disponible en CD. Russow, R., I. Sich y H.U. Neue 2000. The formation of the trace gases NO and N2O in soils by the coupled processes of nitrification and denitrification: results of kinetic 15N tracer investigations. Chemosphere–Global Change. Science 2: 359-366. Rzedowski, J. 1957. Vegetación en México. Ed. Limusa, México. SAGAR (Secretaría de Agricultura, Ganadería y Desarrollo Rural). 1991. Inventario nacional forestal 1990. Reporte final. México. ——— 1998. Datos básicos del Sistema Nacional de Información Agropecuaria. Centro de Estadística Agropecuaria. Disponible en la dirección http:// www.sagar.gob.mx/cea.htm. SAGARPA (Secretaría de Agricultura, Ganadería, Desarrollo Rural y Pesca). 2002. Sistema de Información Agropecuaria de Consulta (SIACON) versión 1.1. Sanadze, G.A. 1990. Isoprene effect light dependent emission of isoprene by green parts of plants. Trace Gas Emission from Plants. Academic Press San Diego, EE.UU. SEDUE (Secretaría de Desarrollo Urbano y Ecología) y US EPA (Environmental Protection Agency) 1983. Convenio entre los Estados Unidos Mexicanos y los Estados Unidos de América sobre Cooperación para la Protección y Mejoramiento del Medio Ambiente en la Zona Fronteriza. La Paz, México. ——— 1992. Plan Integral Ambiental Fronterizo: Primera Etapa 1992-1994. México. SEMARNAP (Secretaría del Medio Ambiente, Recursos Naturales y Pesca), Departamento del Distrito Federal, (DDF), Gobierno del Estado de México (GEM) y Secretaría de Salud (SSA). 1996. Programa para Mejorar la Calidad del Aire en el Valle de México 1995-2000. Preparado por el Fideicomiso Ambiental del Valle de México. México, D.F. Bomboi. Ciccioli. Consultado en mayo de 2002. Fall 1995.D. Acosta y Asociados. 2003. Weather effects on isoprene emission capacity and applications in emission algorithms.L.D. ——— 2001. M. Western Governors Association y la Comisión Norteaméricana para la Cooperación Ambiental.. Consultado en septiembre de 2003.T. Shepherd. Barzetti y D. Geron 1999. Influence of light and temperature on monoterpene emission rates from slash pine. SMA (Secretaría del Medio Ambiente del Distrito Federal). Why plants emit isoprene. Cieslik. R. Singsaas 1995.sma. Foster. Seufer.gob. . y E. Characterization of aspen isoprene synthase. M. Journal of Biological Chemistry 270: 13010-13026. Mexico National Emisión Inventory 1999 (Draft).. Lenz. Burns 1980. R.df. T. Inventarios de las áreas verdes urbanas del Distrito Federal. Singsaas. Julio 2003. Perez-Pastor.91 BIBLIOGRAFÍA SEMARNAT-INE (Secretaría de Medio Ambiente y Recursos Naturales – Instituto Nacional de Ecología). Versino 1997. US EPA. T.df.D. Atmospheric Environment 25(A): 1961-1969. J. Consultado en noviembre de 2003. Kotzias. J. gob. D. ——— 2003a. Plant Physiology 65: 797-801.C. E. Preparado para SEMARNAT. Inventario de emisiones a la atmósfera en la ZMVM 1998. The production of atmospheric NOx and N2O from a fertilized agricultural soil. Hastie 1991. Ecological Applications 9(4): 1132-1137. R. y R.. Nature 374: 769. Tingey. 1998.sma. Atmospheric Environment 31(S1): 5-17. C. Disponible en la dirección: http://www. T. Hewitt. 2000. Disponible en la dirección: http://www.sma. Preparado por ERG. TransEngineering y Alejandro Villegas-López.gob. Sharkey. R.N. Dlugi.F.T. D. F. Valentini y B. R. Lerdau y C. an enzyme responsible for leaf isoprene emission to the atmosphere.R.mx. Manes. Kesselmeier. An overview of the Castelporziano experiments.G. Silver. Grothaus y W. Bartzis. S. P. L. S.mx. ——— 2003.df.. P. G. Torres. G. Inventario de emisiones a la atmósfera. Zona Metropolitana del Valle de México. Manning. M.L. L.mx. Sharkey. Disponible en la dirección http://www.F. Steibrecher. Inventario de emisiones en la Zona Metropolitana del Valle de México. Measurements of isoprene fluxes at the PROPHET site. A.J. Assessing seasonal leaf area dynamics and vertical leaf area distributions in eastern white pine (Pinus strobus L. NOX and N2O emissions from soil.html. Hutchinson y F. Hafer. Nacional Forest Inventory.epa.. Adams y J. J.C.J.. A. Hills. Journal of Geophysical Research 106: 24347-24358. C. University of California. Buhr y F. 2002. H. y W. R. Williams.. A comparison of a hierarchy of models for determining energy balance components over vegetation canopies. Journal of Applied Meteorology 34: 2182–2196. Vogel. Williams. Consultado en octubre de 2003.) with a portable light meter. D. Reporte final preparado por California Air Resources Board. Tree Physiology 7: 125-134. Westberg.. Williams.P. Measurement of soil NOx emissions in central Pennsylvania. Parrish. México.L. J. B. P.92 EMISIONES BIOGÉNICAS UNAM (Universidad Nacional Autónoma de México). Disponible en la dirección: http://www. D. Shepson y C. Journal of Geophysical Research 97(D7): 7511-7519.. G. An inventory of nitric oxide emissions from soils in the United States. Fehsenfeld 1992b. Arey. Rao 1995. US EPA (United State Environmental Protection Agency). Guenther y F. Los . E. A. Atkinson. A. Universidad Nacional Autónoma de México.. Disponible en CD.S. Sacramento.J. Vogel 2001. Global Biogeochemical Cycles 6(4): 351-388. Fehsenfeld 1988. ——— 2003. R. Fehsenfeld 1992a. Chinkin. J. Swank 1990. Estimates for biogenic non-methane hydrocarbons and nitric oxide emissions in the Valley of Mexico. 2001. Vose.M. Lamb. CA. Critical evaluation of a biogenic emission system for photochemical grid modeling in California.gov/oar/oaqps/pams/analysis/biogenics/ biotext. Baldocchi. L. Journal of Geophysical Research 93: 9539-9546. Inventario de Emisiones Biogénicas a la Atmósfera en la Zona Metropolitana del Valle de México. Karlik 1995. 2002. Winer. E.. E. Tesis de Maestría. Luhar y K. E.D. Velasco. M. Atmospheric Environment 37: 625637. School of Public Health. Enhanced Ozone Monitoring – PAMS (PAMS Workbook). Agency. and development of a methodology for compiling biogenic emission inventories. Wilson. Wuebbles.S. Environ. Development of GLOBEIS – A state of the Science Biogenic Modeling System. Agency.. CA. Sonoma Technology. Zimmerman. Hayhoe 2002. University of California. C. Environ. Research Triangle Park. Rep. CA. Protect. ARB Contrato No. Yarwood. P. Petersburg Fla. G.. Guenther 1999. 93-725. 1979a. Emery y A. G. leaf litter and aquatic surfaces. EPA-45014-70-004.S. N. Earth-Science Reviews 57(3-4): 177-210. N.D.93 BIBLIOGRAFÍA Angeles. y Statewide Air Pollution Research Center. ——— 1979b. Riverside. U. C. area. Testing of hydrocarbon emissions from vegetation. Determination of emission rates of hydrocarbons from indigenous species of vegetation in the Tampa/St. EPA-90419-77-028. Research Triangle Park. U. . Final report. Inc.C. CA. Atmospheric methane and global change. Rep. Protect. Final Appendix C. Santa Rosa. Preparado por Texas Natural Resource Conservation Commission. J. y K. 94 EMISIONES BIOGÉNICAS . Anáhuac. . durante el mes de diciembre de 2004. col. de C. Callejón de la Luz 32-20. S. D.V.95 BIBLIOGRAFÍA Emisiones biogénicas se terminó de imprimir en los talleres de la empresa Jiménez Editores e Impresores. Se tiraron 500 ejemplares.A. México.F. 96 EMISIONES BIOGÉNICAS .