Evaluation of Mediterranean plant species for extensive vegetated roof and environmental performance

Abstract

El rápido crecimiento de las ciudades es considerado un motor del cambio global antropogénico y se ha convertido en una problemática ambiental por los diversos impactos que genera. Considerando que la mayor parte de la población mundial vive en áreas urbanas, las ciudades pueden ser consideradas como los ecosistemas óptimos para el planteamiento y promoción de medidas de mitigación a la problemática ambiental que se acrecienta en las últimas décadas. Así han surgido prácticas alternativas enfocadas a la mitigación, reducción y prevención del impacto ambiental, entre éstas la implantación de técnicas constructivas ambientalmente favorables como la implantación de cubiertas ajardinas extensivas se constituye en una alternativa de gestión urbana sostenible, cuyo interés radica en la sinergia de los diversos beneficios ambientales que se considera es capaz de brindar. En las ciudades, el rápido incremento de las superficies construidas limita la disponibilidad de espacios para la expansión de espacios verdes. En áreas de clima mediterráneo, a esta situación se suma la limitación de agua para riego y los largos periodos de sequía. En estas condiciones, la selección de especies adecuadas para la implementación de áreas e infraestructuras verdes adquiere una importancia capital. La presente tesis parte de la hipótesis de que las características que han permitido a algunas especies nativas del Mediterráneo adecuarse a las condiciones de estrés abiótico que caracterizan su hábitat les permitiría responder adecuadamente a las condiciones de cubierta ajardinada extensiva caracterizada por el estrés hídrico, fuertes vientos, elevada incidencia de radiación, así como por la baja disponibilidad de nutrientes. La presente tesis doctoral pretende mejorar el entendimiento de las respuestas de 6 especies nativas: Asteriscus maritimus, Brachypodium phoenicoides, Crithmum maritimum, Limonium virgatum, Sedum sediforme y Sporobolus pungens en condiciones de cubierta ajardinada extensiva con el objetivo general de evaluar su adecuación para la implementación en cubiertas ajardinadas extensivas en condiciones de clima mediterráneo, así como evaluar las funcionalidades ambientales que éstas impulsan. La experimentación llevada a cabo en ensayos de corta y larga duración permitió arribar a conclusiones sobre cada una de las especies estudiadas, en cuanto a su respuesta a las condiciones típicas del sistema de cubierta ajardinada extensiva y a los efectos de la aplicación de riego limitado. Las 6 especies estudiadas mostraron, de forma general, una buena adaptación a las condiciones de cubierta ajardinada extensiva implementada en regiones con clima Mediterráneo, además las especies estudiadas mostraron una buena adaptación a las condiciones de riego deficitario (25 % ET0), sin variaciones importantes en el valor estético, el porcentaje de cobertura. La capacidad de retención de agua y el aislamiento térmico, lo que las hace adecuadas para su implementación como componentes del sistema de cubierta vegetada. Se ha evidenciado que el diferente comportamiento de las especies determina su influencia sobre los distintos servicios ecosistémicos que brindan las cubiertas ajardinadas extensivas por lo que su selección debe guiarse en función de los servicios ecosistémicos que interese priorizar. Así mismo se evidenció que la capacidad de aislamiento térmico de las cubiertas ajardinadas extensivas resultó ser potencialmente alta en regiones con clima Mediterráneo a lo largo de las cuatro estaciones del año. La presencia y tipo de vegetación influyó de manera importante en la capacidad de aislamiento de las cubiertas ajardinadas extensivas y la reducción del volumen de agua de riego disminuyó el flujo de calor a través del sistema independientemente de la presencia o no de vegetación en la cubierta y del tipo de ésta.

El ràpid creixement de les ciutats és considerat un motor del canvi global antropogènic i s'ha convertit en una problemàtica ambiental pels diversos impactes que genera. Considerant que la major part de la població mundial viu en àrees urbanes, les ciutats poden ser considerades com els ecosistemes òptims per al plantejament i promoció de mesures de mitigació a la problemàtica ambiental que ha anat augmentant en les últimes dècades. Així han sorgit pràctiques alternatives que possibiliten la mitigació, reducció i prevenció de l'impacte ambiental. Entre aquestes, la implantació de tècniques constructives ambientalment favorables com ara la implantació de cobertes enjardinades extensives, es converteix en una alternativa de gestió urbana sostenible interessant. L'interès rau en la sinergia dels diversos beneficis ambientals que es considera és capaç d’aportar. A les ciutats, el ràpid increment de les superfícies construïdes limita la disponibilitat d'espais per a l'expansió d'espais verds. En àrees de clima mediterrani, a aquesta situació s'hi suma la limitació d'aigua per a reg i els llargs períodes de sequera. En aquestes condicions, la selecció d'espècies adequades per a la implementació d'àrees i infraestructures verdes adquireix una importància cabdal. La present tesi parteix de la hipòtesi que les característiques que han permès a algunes espècies natives de la Mediterrània adaptar-se a les condicions d'estrès abiòtic que caracteritzen el seu hàbitat els permetria respondre adequadament a les condicions de coberta enjardinada extensiva caracteritzada per l'elevada incidència d'estrès hídric, vent i radiació, així com per la baixa disponibilitat de nutrients. La present tesi doctoral pretén aprofundir en la comprensió del funcionament de 6 espècies natives: Asteriscus maritimus, Brachypodium phoenicoides, Crithmum maritimum, Limonium virgatum, Sedum sediforme i Sporobolus pungens amb l'objectiu general d'avaluar la seva adequació per a la implementació en cobertes enjardinades extensives, així com de les funcionalitats ambientals que aquestes impulsen. L'experimentació realitzada en assajos de curta i llarga durada va permetre arribar a conclusions sobre cadascuna de les espècies estudiades, pel que fa a la seva resposta a les condicions típiques del sistema de coberta enjardinada extensiva i als efectes de l'aplicació de reg limitat. Les 6 espècies estudiades van mostrar, de forma general, una bona adaptació a les condicions de coberta enjardinada extensiva implementada en regions amb clima Mediterrani, a més totes les espècies estudiades van mostrar una bona adaptació a les condicions de reg deficitari (25 % ET0), sense variacions importants en el valor estètic, el percentatge de cobertura, la capacitat de retenció d'aigua i aïllament tèrmic. Aquestes característiques les fa adequades per a la seva implementació com a components d'aquest sistema constructiu. S'ha demostrat que el diferent comportament de les espècies determina la seva influència sobre la funcionalitat ambiental de les cobertes enjardinades extensives, pel que la seva selecció ha de guiar-se en funció dels serveis ecosistèmics que interessi prioritzar. Així mateix es va evidenciar que la capacitat d'aïllament tèrmic de les cobertes enjardinades extensives va resultar ser potencialment alta en regions amb clima Mediterrani al llarg de les quatre estacions de l'any. La presència de vegetació va influir de manera important en la capacitat d'aïllament de les cobertes enjardinades extensives i la reducció del volum d'aigua de reg va disminuir el flux de calor a través del sistema independentment de la presència o no de vegetació a la coberta i del tipus d'aquesta.

The rapid growth of many urban areas is considered to be partially responsible of global change, generating several environmental impacts. Since most of the world population lives in urban areas, cities can be considered to be the right place for planning and promoting actions to mitigate those environmental impacts. In this scenario, extensive green roofs can be considered as green infrastructures that would contribute to urban sustainability due to the several ecosystem and social services that they are able to provide. The rapid growth in cities limits the availability of green areas. In addition to this, in Mediterranean Climate areas, the water scarcity and the long lasting drought periods also reduce the extension and quality of green areas. In such scenario, plant selection appears to be a key factor for sustainable urban greening. The initial hypothesis of this Thesis is that the plant traits that have allowed the survival and growth of several Mediterranean species under harsh environments would also allow them to perform well under extensive green roof conditions, that are characterized by a high incidence of water limitation, wind and radiation, in addition to the low soil nutrient availability. The main objective of this Thesis is to evaluate the performance of six Mediterranean native species, Asteriscus maritimus, Brachypodium phoenicoides, Crithmum maritimum, Limonium virgatum, Sedum sediforme and Sporobolus pungens, under extensive green roof conditions, and the assessment of the ecosystem and social services that they would enhance. The experiments carried out allowed analyzing the performance of the six studied species, their mechanisms to cope with the stressful conditions of extensive green roofs, including water limitation and poor soil nutrient content. All the studied species showed a general good performance under both well-watered and water-limited conditions (50 % and 25 % of ET0), with low variations in their relative appearance, soil cover, storm water management and thermal insulation capacity, what suggests the interest of their use in extensive green roofs implementation. However, the results show that species differ in the ecosystem and social services that it enhances, what highlights that plant selection for extensive green roofs should be done taking into consideration the functionality that has to be prioritized. Moreover, the thermal insulation capacity of extensive green roofs appeared to be high under Mediterranean Climate conditions regardless the season. The presence of vegetation and its characteristics significantly affected the thermal insulation capacity and the reduction of water irrigation significantly increased the reduction of heat flux regardless the vegetation presence and type.