Introducción

Los servicios ecosistémicos (SE) engloban todos los beneficios que los seres humanos obtienen de los ecosistemas, abarcando procesos físicos, químicos y biológicos que son fundamentales para el desarrollo humano, ya que proporcionan materia prima y energía utilizada en diversas actividades (^{Pardo et al. 2022}; ^{Young, 2010}). La dependencia del bienestar que otorgan los SE está justificada principalmente en la obtención y generación de alimentos, agua, regulación del clima, satisfacción espiritual y el placer estético (^{Fisher et al. 2009}).

Los asentamientos urbanos como espacios con gran concentración de actividades humanas despiertan el interés de los investigadores por los componentes esenciales de su estructura verde, ambiental, social y económica (^{Kim et al. 2015}; ^{Pérez y López, 2015}). La sostenibilidad de los SE se determina, principalmente, por los efectos que las actuales prácticas de producción y consumo ejercen sobre el medio ambiente, y que también está influenciada por las interacciones con diversos grupos sociales (^{Hernández, 2009}).

La salud, aprovechamiento e interacción de los bosques urbanos y periurbanos con los componentes bióticos y abióticos influye directa e indirectamente en la calidad de vida y bienestar humano (^{Riondato et al. 2020}), aunque en algunos casos existe una sobreexplotación de estos recursos amenazados por las actividades antrópicas que avanzan de forma descontrolada (^{Aguirre et al. 2018}; ^{Benavides y Fernández, 2012}).

Los ecosistemas urbanos y periurbanos generalmente son analizados por el impacto que generan a los ecosistemas y a su biodiversidad, sin embargo, el paisaje se vuelve intermediario entre la naturaleza y los seres humanos (^{Nassauer, 2012}). Aunque el impacto de los asentamientos urbanos es significativo en los ecosistemas, aun así, se pueden definir estrategias de acción aplicando los conceptos de biodiversidad y manejo sustentable al arbolado urbano y periurbano (^{Liu y Opdam, 2014}).

Los principales servicios ecosistémicos se clasifican en las categorías provisión, regulación, prevención y servicios culturales, dependiendo de la vinculación de cada componente con el valor social que se le puede atribuir (Cheng ^{Zhang et al. 2022}; ^{Haines y Potschin, 2018}). Con estos se abastece el bienestar de los seres humanos; sin embargo, aunque esta generación de servicios ecosistémicos es dinámica, comprender cómo se relacionan entre sí representa un gran reto social, económico y ambiental para con ello mejorar la capacidad de gestionar los recursos de manera sostenible (^{Bennett et al. 2009}).

Dado el valor intrínseco de la naturaleza, resulta complejo determinar los servicios ecosistémicos de la estructura verde urbana y periurbana (^{Camacho y Ruiz, 2012}); sin embargo, los avances en integración de variables, cada vez más específicas en modelos de programas de cómputo, contribuyen a que se tenga una integración de elementos antes no considerados dentro de los sistemas y sus relaciones (^{Sahagún et al. 2020}). Por ejemplo, i-Tree Eco es un programa diseñado para resolver a través de variables especificas la relación y participación de desarrollo del medio ambiente, la sociedad y la economía (^{Lin et al. 2020}).

El software i-Tree Eco fue diseñado por el Departamento del Servicio Forestal de los Estados Unidos de América. Se utiliza para evaluar las condiciones de sistemas forestales urbanos que proveen servicios ambientales, económicos y sociales a un determinado núcleo urbano, y se caracteriza por ser un programa específico e integrador de variables no frecuentemente estudiadas (^{Baró et al. 2015}; ^{Graça et al. 2018}).

El programa permite hacer una caracterización de la estructura del bosque urbano, además de cuantificar y valorar los servicios ambientales que estos proveen al asentamiento contiguo, indicando una influencia en términos económicos, sociales y ambientales (^{Benavides y Fernández, 2012}). El software i-Tree Eco, originalmente diseñado para bosques urbanos, brinda una gama de posibilidades y maneras de complementar su funcionamiento. En esta investigación se utilizó como complemento el análisis del flujo promedio del viento sobre la cuenca del Valle de México registrado en las estaciones meteorológicas de la Red Automática de Monitoreo Atmosférico

(R.A.M.A) (^{Jáuregui y Luyando, 1992}). Con ello fue posible demostrar la presencia de contaminación procedente de la cuenca baja del Valle de México, a pesar de que este asentamiento se encuentra ubicado a una distancia aproximada de 25 km de los sistemas evaluados, destacando con ello la importancia de su valoración.

Objetivos

El objetivo de esta investigación fue estimar el valor económico de los servicios ecosistémicos generados por cuatro sistemas forestales que componen la estructura verde periurbana de Tequexquináhuac, Texcoco de Mora, Estado de México, a través de i-Tree Eco. Dichos servicios corresponden a almacén de carbono, captura de carbono, costo de remplazo, eliminación de contaminantes, escurrimiento evitado y producción de oxígeno.

Materiales y métodos

Resultados

Fueron evaluados un total de 276 árboles; entre estos se observó una predominancia de Eucalyptus camaldulensis Dehnh., además de Cupressus lusitanica Mill. Al desglosar por especies, se encontró que E. camaldulensis Dehnh., representa 63% de los árboles registrados, seguido de C. lusitanica Mill., con 21.7% y Arbutus sp. con 5.8%.

La cobertura foliar de los cuatro sistemas representa 54.15% del total de superficie evaluada (6817 m²), y proporcionan 1.69 ha del área de cobertura de hojas. Las especies que dominan en términos de área foliar son C. lusitanica Mill., E. camaldulensis Dehnh. y P. montezumae Lamb. El valor de importancia (VI) se calcula a partir del porcentaje de la población y el área foliar. Sin embargo, valores altos de VI no necesariamente indican una mejora para el sitio, simplemente reflejan que estas especies dominan actualmente la estructura del bosque urbano (Tabla 1).

Para la eliminación de contaminantes, los sistemas evaluados mostraron una marcada eficiencia para erradicar el ozono. Los árboles en dichos sistemas contribuyeron a neutralizar cerca de 58.94 kg año^-1 de diversos contaminantes como O₃, CO, NO₂, PM_2.5, PM_10* y SO₂. El costo económico derivado de esta purificación del aire se estima en MXN 22 700, MXN 39 100, MXN 55 500 y MXN 18 800 para cada uno de los sistemas, respectivamente (Fig. 1).

Figura 1 Eliminación anual de contaminación de los cuatro sistemas periurbanos evaluados en Tequexquináhuac, Texcoco de Mora, Estado de México.  

Durante el año 2022, en los cuatro sistemas, los árboles liberaron aproximadamente 46.22 kg de compuestos orgánicos volátiles (COV): 25.05 kg de isopreno y 21.17 kg de monoterpenos. La monitorización de estos COV es vital, dado su papel determinante en la generación de ozono atmosférico.

Se evidencia que la eliminación de contaminantes varió significativamente según las estaciones del año. Durante las épocas frías, los índices de eliminación de contaminación fueron inferiores en comparación con la primavera y el verano (Fig. 2). Este patrón es notable en O₃, CO y PM_2.5, mostrando mínimas fluctuaciones. Sin embargo, hay un marcado incremento en las cantidades eliminadas de PM₁₀, NO₂ y SO₂ para dichos periodos.

Figura 2 Comportamiento de cuatro sistemas periurbanos en la eliminación de contaminación en el año 2022 en Tequexquináhuac, Texcoco de Mora, Estado de México.  

Aunque todos los contaminantes eliminados por los sistemas son relevantes, es evidente que los de mayor impacto económico son O₃ y PM_2.5 para la zona evaluada (Fig. 3). Esta relevancia se debe principalmente al precio por kilogramo en el mercado nacional y a las concentraciones detectadas en las zonas evaluadas. Este dato subraya que, incluso en un contexto periurbano, la capacidad purificadora de los árboles es significativamente impactante.

Figura 3 Valoración económica de eliminación de contaminantes en el año 2022 en Tequexquináhuac, Texcoco de Mora, Estado de México.  

En el almacenamiento y secuestro de carbono, los árboles han demostrado su capacidad al retener un impresionante total de 13.04 toneladas de carbono, con un valor estimado en MXN 48 108. Este dato resalta la profunda habilidad de los árboles para servir como reservorios de carbono, en comparación con el proceso activo de secuestro de carbono por parte de las especies evaluadas. Este contraste se visualiza claramente en la Figura 4, reafirmando el papel crucial que desempeñan estos árboles en la mitigación del cambio climático y en la estabilidad ambiental de la región. En el análisis de los cuatro sistemas se determinó que el secuestro bruto de carbono alcanzó un total de 0.69 t año^-1, tal como se ilustra en la Figura 5. Este resultado, con un valor asociado de MXN 2545, es el reflejo combinado de las contribuciones de las diversas especies arbóreas presentes en dichos sistemas. Es notable cómo cada especie, con sus características y capacidades únicas, contribuye colectivamente a este significativo proceso de captura de carbono.

Figura 4 Almacén y valor de carbono por especie dominante presente en cuatro sistemas periurbanos en Tequexquináhuac, Texcoco de Mora, Estado de México.  

Figura 5 Comparación entre almacén y secuestro de carbono para los cuatro sistemas periurbanos analizados en Tequexquináhuac, Texcoco de Mora, Estado de México.  

Para un estudio detallado sobre el secuestro de carbono clasificado por especies, se destacan dos especies primordiales debido a su alta capacidad de absorción de CO₂; en primer lugar, Cupressus lusitanica, la cual tiene una capacidad de secuestrar hasta 835.2 kg de carbono. Muy cerca de este valor, la especie Eucalyptus camaldulensis muestra una absorción de 686.61 kg. Estos datos se pueden observar con más detalle en la Figura 6.

Figura 6 Secuestro bruto y valor de carbono por especie presente en cuatro sistemas periurbanos en Tequexquináhuac, Texcoco de Mora, Estado de México.  

Dentro del conjunto de especies evaluadas en cuanto a su capacidad de almacenamiento y secuestro de carbono, Cupressus lusitanica destaca significativamente. Esta especie no solo almacena una considerable cantidad de carbono, sino que también es responsable de secuestrar una porción importante del mismo. En términos específicos, C. lusitanica almacena 38.39% del total de carbono, mientras que representa 31.8% de todo el carbono que ha sido secuestrado entre las especies muestreadas. Esta información resalta la relevancia de esta especie en las iniciativas de captura y almacenamiento de carbono.

En el estudio realizado se observó una constante en relación con la producción de oxígeno y el secuestro de carbono. Específicamente, las especies Cupressus lusitanica y Eucalyptus camaldulensis sobresalieron en todos los sistemas, siendo identificadas como las principales productoras de oxígeno. Además, estas mismas especies mostraron una fuerte correlación con el mayor secuestro bruto de carbono entre todas las especies evaluadas. Esta relación y su prominencia en los cuatro sistemas pueden apreciarse en la Figura 7. Es evidente la importancia de estas especies en la reforestación y gestión ambiental del sitio, dada su destacada capacidad para mejorar la calidad del aire y combatir el cambio climático, inclusive considerando que no son especies nativas.

Figura 7 Producción de oxígeno y secuestro de carbono por especie presente en cuatro sistemas periurbanos en Tequexquináhuac, Texcoco de Mora, Estado de México. 

Se observó que los árboles generan cantidades diferenciadas de oxígeno: 205 kg, 409.3 kg, 688.3 kg y 538.1 kg anuales, respectivamente para cada sistema. Sin embargo, es esencial contextualizar esta contribución. A pesar de que estos valores resaltan la función vital de los árboles en la producción de oxígeno, su impacto en el balance global es relativamente limitado. Esto se debe a que la atmósfera ya cuenta con una gran y estable concentración de oxígeno, como es el caso de los sistemas acuáticos, especialmente las algas y el fitoplancton, que contribuyen de manera extensiva a la producción global de oxígeno, eclipsando en gran medida la aportación realizada por los árboles.

Por otro lado, se determinó el papel crucial que desempeñan los árboles en la mitigación del escurrimiento de agua. Estos sistemas de árboles logran reducir el escurrimiento en una medida significativa de 70.68 m³ año^-1, lo que se traduce en un ahorro económico valorado en MXN 3141. Es importante entender que el cálculo del escurrimiento evitado se realiza tomando como referencia las condiciones meteorológicas específicas de la localidad en cuestión, basadas en datos obtenidos de la estación meteorológica analizada. Esta función de los árboles no solo tiene un impacto económico, sino que también contribuye a la conservación del suelo y a la prevención de inundaciones en la región.

Según los datos, los árboles de cada sistema evitan escurrimientos de 11.65 m³ año^-1, 20.22 m³ año^-1, 28.44 m³ año^-1 y 9.64 m³ año^-1. Estas cifras representan un ahorro económico de MXN 523, MXN 908, MXN 1277 y MXN 433 para cada sistema respectivamente, como se puede observar con más detalle en la Figura 8.

Figura 8 Escurrimiento evitado y valor para las especies con mayor impacto general en el escurrimiento de los cuatro sistemas periurbanos en Tequexquináhuac, Texcoco de Mora, Estado de México.  

Lo que resulta especialmente notable es que estos árboles, a pesar de encontrarse en estados de degradación y estar ubicados en zonas periurbanas, siguen proporcionando un beneficio ambiental y económico considerable. Esta información resalta la importancia de la conservación y gestión de los árboles, incluso en áreas donde podrían percibirse como menos vitales o prioritarias.

Discusión

A medida que las ciudades se desarrollan y expanden, las áreas periurbanas enfrentan desafíos crecientes en la gestión sostenible del territorio. El análisis de los cuatro sistemas resalta la importancia crítica de las especies forestales en estas zonas, las cuales otorgan beneficios ambientales, económicos y sociales significativos (^{Castán et al. 2023}). La riqueza y diversidad de estas especies analizadas concuerda con hallazgos de diversidad en sistemas urbanos y periurbanos de diferentes partes del mundo, como se destaca en las investigaciones de ^{Alpaidze y Salukvadze (2023)}; ^{Costemalle et al. (2023)}; ^{Doick et al. (2016)}; ^{Gong et al. (2022)}; ^{Kalfas et al. (2020)}; ^{Martinez-Paz et al. (2021)}; ^{Raum et al. (2019)}; ^{Riondato et al. (2020)}.

Los resultados muestran que los sistemas tienen coberturas significativamente homogéneas en área foliar y cobertura al igual que lo obtenido por ^{Admasu et al. (2023)}; ^{Aziz et al. (2023)}; ^{Dobbs et al. (2014)}; ^{Zhong et al. (2020)}; y en sistemas periurbanos de distintas partes del mundo, sin embargo, en el ámbito de la investigación urbana y periurbana, las metodologías adoptadas pueden ser notablemente diversas.

Esta variabilidad metodológica refleja la complejidad y multidimensionalidad de las áreas urbanas y periurbanas, y subraya la necesidad de enfoques holísticos que abarquen tanto el ambiente físico como el contexto social (^{Gascoigne et al. 2011}; ^{Paletto et al. 2017} y ^{Ro et al. 2020}).

Los datos obtenidos reflejan una ocupación foliar total de 30.7%. Este porcentaje es comparable con los hallazgos de ^{Ross et al. (2020)} y ^{Song et al. (2020)} en sus investigaciones sobre parques urbanos, lo que respalda similitudes entre las condiciones de dichos parques y las de los sistemas periurbanos evaluados.

En el estudio sobre la mitigación de contaminantes, los datos evidencian una reducción significativa en las concentraciones de ozono en los cuatro sistemas evaluados. Esta tendencia está en línea con los hallazgos de ^{Gong et al. (2022)}, quienes resaltaron la función vital de los árboles en los sistemas urbanos y periurbanos para contrarrestar la presencia del ozono, un contaminante que predomina.

A través de una evaluación cuantitativa, se determinó que los árboles de estos sistemas consiguieron eliminar aproximadamente 58.94 kg/año de variados contaminantes atmosféricos. Este notable desempeño ambiental conlleva implicaciones económicas, generando un ahorro estimado en MXN 136 100. Es relevante mencionar que esta economía, derivada de la intervención natural de los árboles, es congruente con estudios anteriores. Investigaciones de ^{Arroyave et al. (2019)}; ^{Pace et al. (2021)}; ^{Siedlarczyk et al. (2019)} y ^{Wu et al. (2019)} han evidenciado patrones similares en la capacidad de eliminación de contaminantes, tanto en contextos de bosques puramente urbanos como en los periurbanos.

Es especialmente relevante subrayar que los resultados obtenidos respaldan la idoneidad y aplicación de la herramienta i-Tree Eco para análisis en contextos periurbanos, dada su capacidad para reflejar consistentemente los beneficios ecológicos y económicos de estas zonas verdes, tanto dentro como en las afueras de los núcleos urbanos.

Durante las épocas frías de la región se registraron índices de eliminación más bajos en comparación con las estaciones de primavera y verano. Esta tendencia estacional coincide con los hallazgos de ^{Arroyave et al. (2019)} ya que se observó un incremento notable en la eliminación de estos contaminantes durante ciertas estaciones (^{Fernández García, 2009}). Esta dinámica refuerza la importancia de considerar las variaciones climáticas al evaluar la eficiencia de los sistemas naturales en la purificación del aire.

Los precios por eliminación de contaminantes pueden ser oscilatorios debido a las condiciones de mercado del país, por ejemplo, los usados por ^{Qaro y Akrawee (2020)}, sin embargo, también se observa que la mayoría de los contaminantes guardan una relación de ajuste cuando los mercados están afectados por las decisiones políticas y sociales para el combate de contaminantes del medio ambiente.

En la presente investigación sobre las dinámicas del almacenamiento y secuestro de carbono se ha demostrado el almacén de 13.04 toneladas de carbono con un ahorro de MXN 48 108 que enmarca la superioridad del almacén sobre el secuestro de carbono; esto coincide con lo hallado en otros trabajos en áreas urbanas (^{Ma et al. 2021}; ^{Moody, et al. 2021}).

Este dato subraya la primacía del almacenamiento en comparación con el simple secuestro de carbono, una tendencia que ha sido corroborada por investigaciones en zonas urbanas. Específicamente, estudios como los de ^{Ma et al. (2021)}; ^{Moody et al. (2021)} y ^{Ross et al. (2020)} han enfatizado cómo, en contextos urbanos, el potencial de almacenamiento de carbono puede ser más trascendental que el secuestro per se, resaltando la relevancia de preservar y fomentar estos espacios verdes dentro de entornos urbanizados para una gestión sostenible del carbono.

En el estudio sobre la producción de oxígeno, se identifica que la capacidad anual de un árbol para generar oxígeno está íntimamente ligada al volumen de su secuestro de carbono y relacionada con la acumulación de biomasa del árbol (^{Negri et al. 2021}), los resultados obtenidos concuerdan con lo señalado por ^{Martínez-Trinidad et al. (2021)} que, aunque se trate de diferentes especies, la asociación entre producción de oxígeno y secuestro de carbono es aproximadamente equivalente, al igual que en este trabajo.

Desde una perspectiva hidrológica centrada en el escurrimiento evitado, el análisis de los cuatro sistemas indica que la presencia de árboles tiene un impacto notable, resultando en una disminución de alrededor de 70.68 m³ anualmente. Este servicio ecosistémico, valorado en MXN 3141, refuerza las conclusiones presentadas por ^{Ross et al. (2020)} y ^{Martínez-Trinidad et al. (2021)}; cuyos estudios destacan la relevancia económica de los escurrimientos evitados por estructuras verdes. Estas evidencias resaltan la importancia de incluir dichos valores en análisis económicos de áreas verdes, proporcionando un marco comparativo esencial para la evaluación de este servicio ecosistémico.

En el marco del análisis de valores de sustitución y funcionales, se destaca la singular importancia de los árboles periurbanos en los sistemas examinados. Estos no solo representan un valor intrínseco, sino que también desempeñan un papel crucial en la prestación de servicios ecosistémicos a la colectividad. A través de los hallazgos de esta investigación, se evidencia una correlación entre el valor de sustitución de estos árboles y su presencia y desempeño funcional en dichos sistemas.

Una tendencia emergente en el presente estudio es que el valor de sustitución tiende a incrementarse conforme aumenta el tamaño de los árboles en cada sistema. Esta relación sugiere que los beneficios ecosistémicos de los árboles son proporcionalmente mayores cuando existen más árboles de mayor tamaño y en buen estado de salud.

Adicionalmente, cabe señalar que, a pesar de los beneficios observados, la salud y cobertura arbórea en estos sistemas periurbanos han mostrado un deterioro sostenido a lo largo del tiempo. Un manejo adecuado podría potenciar los beneficios que estos bosques ofrecen; no obstante, es también evidente que la disminución en la cantidad y salud de la cobertura arbórea podría mermar estos beneficios.

En cuanto al valor de sustitución se determinó un total de MXN 1 086 000, lo cual se alinea con lo registrado por ^{Alpaidze y Salukvadze (2023)}; ^{Andrew y Slater (2014)}; ^{Castán et al. (2023)}; ^{Costemalle, et al. (2023)}; ^{Martínez-Trinidad et al. (2021)}, quienes, basados en la metodología iTree Eco, establecen valores correlacionados y de similitud con esta investigación, reforzando la premisa de que el valor de sustitución es una métrica representativa de los beneficios que estos árboles otorgan, especialmente en función de su número y salud.

Conclusiones

En este estudio se demuestra la capacidad del programa iTree Eco para dar información cuantitativa sobre la importancia crítica de las zonas verdes periurbanas por las innumerables funciones y servicios ecosistémicos que proporcionan, desde la regulación climática hasta la mejora de la calidad del aire. Las especies forestales en estas zonas juegan un papel vital en la eliminación de contaminantes, especialmente del ozono. Se infiere que la capacidad de almacenar carbono refleja la importancia de conservar y, cuando sea posible, expandir estas áreas verdes para mitigar los impactos del cambio climático. Se obtiene información sobre la producción de oxígeno, vinculada intrínsecamente al secuestro de carbono, que refuerza el papel de estas áreas como pulmones urbanos. También se concluye con información cuantitativa que las zonas verdes periurbanas no solo eliminan contaminantes y almacenan carbono, sino que también revitalizan el aire urbano al producir oxígeno, un componente esencial para la vida. La capacidad de las áreas verdes periurbanas de reducir el escurrimiento mostrada por i-Tree Eco tiene implicaciones directas en la gestión de recursos hídricos y prevención de inundaciones. Desde una perspectiva económica, el valor de sustitución de los árboles refuerza la premisa de que estas áreas no solo son valiosas desde un punto de vista ecológico, sino que también tienen un valor económico tangible que merece reconocimiento y consideración en decisiones de política y planificación. Las zonas verdes periurbanas no son simplemente espacios estéticos, sino ecosistemas funcionales que contribuyen significativamente al bienestar ecológico, económico y social de las ciudades. En el caso de sistemas en proceso de degradación, no solo hay una necesidad de conservar lo que queda, sino de expandir y revitalizar estas áreas para maximizar los servicios ecosistémicos que pueden ofrecer.