[en] Urban agriculture (UA) is blooming around cities of the developed world as a response to the increasing urban population, the growing environmental awareness of the industrial food system and the need of addressing social gaps. These new local food systems aims to develop sustainable pathways that re-establish the relations between producers and consumers while boosting local economies and minimising food-miles. Furthermore, the recent financial crisis and the spread of vacant lands have revitalised UA projects, not only at the self-managed level (i.e., community, private) but also at the commercial one. In particular, UA practitioners and farmers have found in the roofs of the city a vacant space for placing food production leading to the development of urban rooftop farming (URF). Consequently, rooftop farms, rooftop greenhouses and rooftop gardens have colonized buildings. Nevertheless, specific assessment of the potential implementation and the sustainability performance of different URF forms, cultivation techniques and crops, are necessary. To address these gaps, this dissertation seeks to answer two main research questions "What is the potential of urban rooftop farming in qualitative and quantitative terms?" and "What are the environmental impacts and economic costs of urban rooftop farming systems?". With this goal, a methodological framework is proposed and three case studies are analysed, which are pilot experiences of different forms of urban rooftop farming. Food production in cities is a complex system that involves several stakeholders, has multiple scales and affects the three dimensions of sustainability (environment, economy, society). Thus, a comprehensive assessment might combine different disciplines to approach such topic. This dissertation follows an interdisciplinary framework that includes (a) qualitative research, to deepen in the perceptions of the different stakeholders related to UA and URF; (b) geographic information systems (GIS), to identify and quantify the available and feasible roofs for implementing rooftop farming; (c) life cycle assessment (LCA), to quantify the environmental burdens of rooftop farming systems; and (d) life cycle costing (LCC), to quantify the economic costs of URF. This framework enables to approach URF from the city scale (e.g., planning perspective) to the system scale (e.g., food products). A stakeholders' analysis through qualitative interviews unravelled that the development of rooftop farming in Barcelona is currently facing some limitations mainly due to a constrained support from some stakeholders. The main barriers to supporting urban rooftop farming are the lack of a common definition of urban agriculture, the specific origin of UA in Barcelona and its urban morphology and the limited social acceptance of some food production techniques. However, stakeholders valued the sustainability benefits (i.e., environmental, economic and social) linked to urban rooftop farming, particularly in the context of the development of a local green economy. In quantitative terms, urban rooftop farming shows a great potential for increasing the current local production and reducing the environmental burdens of the city's "foodprint". A multicriteria set is needed to identify the technically and economically feasible roofs for the implementation of commercial rooftop greenhouses (RTGs) (i.e., availability of space, sunlight, resistance and slope, and legal and planning requirements). Industrial parks and retail parks are here analysed and compared. Retail parks show a greater short-term potential (53-98%) than industrial parks (8%) due to a more resistant architecture, although industrial parks are of great interest for large-scale URF implementation plans due their extensive area. The potential implementation of integrated rooftop greenhouses (i-RTGs) which take advantage from the residual flows from the building (i.e., residual heat and CO2, rainwater) is an innovative way of rooftop farming. Benefits of i-RTGs vary in warm regions (e.g., Mediterranean), where unheated production can be performed, and cold regions (e.g., The Netherlands), where greenhouses requires heating. The preference between regions for implementing i-RTGs is based, thus, on whether the goal is increasing food production (i.e., higher crop yields in warm areas) or reducing environmental burdens (i.e., substitution of energy consumption for heating in cold areas). From a life cycle perspective, the rooftop greenhouse lab (RTG-Lab) (Bellaterra, Spain), the community rooftop garden in Via Gandusio (Bologna, Italy) and a private rooftop garden in the city centre of Barcelona (Spain) are analysed. URF can become an environmentally-friendly option for further develop urban agriculture and local food systems in cities. However, results depend on the type of rooftop farming, the crop and the growing system. The pilot projects assessed in this dissertation unravelled some trends and drawn some recommendations for the development of rooftop farming. Regarding food production in rooftop greenhouses, the greenhouse structure plays a major role in the environmental impacts and the economic costs (41.0-79.5%), as in conventional agriculture. Although the greenhouse structure of RTGs have greater environmental impacts than multi-tunnel greenhouses (between 17 and 75 %), tomatoes from an RTG in Barcelona are more environmentally-friendly not only at the production point (between 9 and 26% lower) but also at the consumer (between 33 and 42 % lower). Although tomato production results in 21% higher cost than conventional tomatoes, the consideration of the entire supply-chain highlights the competitiveness of RTGs as local food systems. Regarding rooftop gardens, crop inputs are the most contributing elements. The community garden employed re-used elements in their design (e.g., pallets) and irrigation was the most contributing stage (60-75%). In the private garden, fertirrigation (between 33 and 46%) and the structure of the garden (between 28 and 35%) (i.e., made of raw wood) were the main contributors. Rainwater harvesting for supplying the water demand of the crops and the integration of re-used elements in the cultivation structures might enhance the sustainability of gardens by decreasing the resources consumption of the system. The comparison of different growing techniques in the community garden highlighted the higher eco-efficiency of soil production, when compared to hydroponic techniques (i.e., nutrient film technique, floating system). The assessment of different crops showed the same pattern in the community and private rooftop gardens. Fruit vegetables have lower environmental burdens than leafy vegetables since they yield better. However, these rooftop farming forms perform polyculture, the design of which is commonly oriented to fruit vegetables, resulting in a low plant density for leafy vegetables. An improved design, which divides the garden, could then improve and balance these divergences among crop types. This dissertation contributes to the comprehension of the development process of competitive and sustainable urban agriculture and urban rooftop farming in cities of developed countries by developing methodological aspects and generating new data on the topic. The methods and results advance in the knowledge and understanding of rooftop farming, urban agriculture and local food in order to support decision-making processes in the design and development of future rooftop farming projects. Future research and strategies might focus on assessing the perceptions of stakeholders in other case studies, while focusing on specific aspects such as social acceptance; quantifying the potential of rooftop farming in other urban areas and cities; and assess more case studies and URF forms from a sustainability perspective, paying particular attention to the integration of the social aspects.

[es] La agricultura urbana está floreciendo en las ciudades de países desarrollados como respuesta al aumento de población urbana, la creciente concienciación ambiental sobre el sistema industrial alimentario i la necesidad de resolver ciertas problemáticas sociales. Estos nuevos sistemas de producción local de alimentos tienen como objetivo desarrollar modelos sostenibles que restablezcan las relaciones entre productores y consumidores, a la vez que impulsan las economías locales y reducen el transporte asociado a los alimentos. Por otro lado, la reciente crisis económica y la expansión de espacios abandonados en las ciudades ha revitalizado los proyectos de agricultura urbana, no sólo a nivel de autogestión (comunitario, privado) sino también a nivel comercial. En particular, los nuevos profesionales y agricultores urbanos han encontrado en las terrazas y cubiertas de la ciudad un espacio vacío donde situar la producción de alimentos, dando lugar al desarrollo de la agricultura urbana en cubierta. Consecuentemente, granjas, invernaderos y jardines han colonizado las cubiertas de los edificios. No obstante, una evaluación específica de la potencial implementación y el perfil de sostenibilidad de las diferentes formas de agricultura urbana en cubierta. En este contexto, la presente tesis trata de responder a dos preguntas de investigación: "¿Cuál es el potencial de la agricultura urbana en cubierta en términos cualitativos y cuantitativos?" y "¿Cuáles son los impactos ambientales y los costes económicos de las diferentes formas de agricultura urbana en cubierta?". Con este objetivo, se propone un marco metodológico y se analizan tres casos de estudio que son pruebas piloto de diferentes formas de agricultura urbana en cubierta. La producción de alimentos en ciudades es un sistema complejo que implica varios actores sociales, tiene múltiples escalas y afecta a las tres dimensiones de la sostenibilidad (medio ambiente, economía y sociedad). Por lo tanto, una evaluación exhaustiva debe combinar varias disciplinas para abordar estos sistemas. Esta tesis sigue un marco interdisciplinar que incluye (a) investigación cualitativa, para profundizar en las percepciones de los diferentes actores sociales relacionados con la agricultura urbana y la agricultura urbana en cubierta; (b) sistemas de información geográfica (SIG), para identificar y cuantificar las cubiertas disponibles y viables para la implementación de la agricultura en cubierta; (c) el análisis de ciclo de vida (ACV), para la cuantificación de los impactos ambientales de los sistemas de agricultura en cubierta; y (d) el análisis de costes de ciclo de vida (ACCV), para cuantificar los costes económicos de la agricultura en cubierta. Este marco metodológico permite evaluar la agricultura urbana en cubierta des de la escala ciudad (por ejemplo, des de la perspectiva de planeamiento) a la escala sistema (por ejemplo, producto alimentario). Un análisis de las percepciones de los distintos actores sociales a través de entrevistas cualitativas desveló que el desarrollo de la agricultura urbana en cubierta en Barcelona se enfrenta actualmente a ciertas limitaciones, principalmente a causa de la falta de apoyo de algunos actores. Las principales barreras son la falta de una definición común de agricultura urbana, el origen específico de la agricultura urbana en Barcelona y su morfología urbana, y la limitada aceptación social de algunas técnicas de cultivo. No obstante, los actores sociales valoran los beneficios sostenibles (ambientales, económicos y sociales) vinculados a la agricultura urbana en cubierta, en particular en el contexto del desarrollo de una economía verde local. En términos cuantitativos, la agricultura urbana en cubierta muestra un gran potencial para aumentar la actual producción local de alimentos y reducir las cargas ambientales del flujo de alimentos de la ciudad. Un conjunto de criterios es necesario para identificar las cubiertas técnica y económicamente viables para la implementación de invernaderos en cubierta comerciales: la disponibilidad de espacio, la luz solar, la resistencia y la pendiente, y los requisitos legales y de planificación. Los parques comerciales muestran un mayor potencial a corto plazo (53 a 98%) que los parques industriales (8%), debido a una arquitectura más resistente, aunque los parques industriales son de gran interés para un plan de implementación de agricultura urbana en cubierta a gran escala debido a su extensa área. La potencial implementación de invernaderos en cubierta integrados, los cuales aprovechan los flujos residuales del edificio (es decir, el calor y CO2 residuales, agua de lluvia), es una forma innovadora de agricultura en cubierta. Los beneficios de estos sistemas varían en las regiones cálidas (por ejemplo, el Mediterráneo), donde la producción pasiva en invernaderos se puede realizar, y las regiones frías (por ejemplo, Países Bajos), donde los invernaderos requieren calefacción. La preferencia entre las regiones para la implementación de invernaderos integrados se basa, por tanto, en si el objetivo es aumentar la producción de alimentos (en zonas cálidas, la productividad puede aumentar) o reducir las cargas ambientales (es decir, en zonas frías, el consumo de energía para calefacción se puede sustituir). Desde una perspectiva de ciclo de vida, la tesis analiza el invernadero en cubierta del Rooftop Greenhouse lab (RTG-Lab) (Bellaterra, España), el jardín comunitario en cubierta de Vía Gandusio (Bolonia, Italia) y un jardín privado en cubierta en el centro de Barcelona (España). La agricultura urbana en cubierta puede ser una opción sostenible para desarrollar la agricultura urbana y los sistemas alimentarios locales en las ciudades. Sin embargo, los resultados dependen de la forma de agricultura en cubierta, el tipo de cultivo y el sistema de cultivo. Los proyectos piloto evaluados en esta tesis muestran unas primeras tendencias, que permiten listar recomendaciones para el desarrollo de la agricultura en cubierta. En cuanto a la producción de alimentos en invernaderos en cubierta, el propio invernadero es el principal elemento en los impactos ambientales (41,0-79,5%) y el coste económico (64%), como en la agricultura convencional. Aunque un invernadero en cubierta tiene mayores impactos ambientales (entre 17 y 75%) que un invernadero convencional, la producción de tomate en el RTG-Lab en Barcelona resultó tener menores impactos ambientales que un invernadero convencional, no sólo en finalizar la producción (entre 9 y 26% menor) sino también cuando llega al consumidor (entre 33 y 42% menor). En cuanto al coste económico, pese a que la producción de tomates en cubierta resulta un 21% más cara, cuando se considera toda la cadena de suministro convencional, se pone de manifiesto la competitividad de los invernaderos en cubierta como sistemas de producción local. En cuanto a los jardines en cubierta, los consumos del cultivo (es decir, agua, fertilizantes, energía) tienen el papel más relevante. El jardín comunitario en cubierta emplea elementos reutilizados en su diseño (por ejemplo, pallets) y el riego fue la etapa más impactante (60-75%). En el jardín privado en cubierta, la fertirrigación (entre 33 y 46%) y la estructura del jardín (entre el 28 y el 35%) fueron los principales contribuyentes al impacto ambiental. La recolección de agua de lluvia para el suministro de la demanda de agua de los cultivos y la integración de elementos reutilizados en las estructuras de cultivo podrían aumentar la sostenibilidad de los jardines al disminuir el consumo de recursos del sistema. La comparación de las diferentes técnicas de cultivo en el caso de estudio comunitario destacó la mayor eco-eficiencia de la producción en suelo, en comparación con las técnicas hidropónicas (es decir, la técnica de película de nutrientes, sistema flotante). La evaluación de los diferentes cultivos mostró el mismo patrón en los jardines en cubierta comunitario y privado. Los cultivos con fruto (por ejemplo, el tomate) tienen unos impactos ambientales más bajos que los cultivos de hoja (por ejemplo, la lechuga), ya que las productividades son más altas. Sin embargo, estas formas de agricultura en cubierta realizan policultivo, cuyo diseño está habitualmente orientado a las hortalizas de fruto dando lugar a una densidad de plantación más baja de la que se puede realizar para cultivos de hoja. Un diseño mejorado, que divide el jardín según cultivos, podría mejorar y equilibrar estas divergencias entre los tipos de cultivo. Esta tesis contribuye a la comprensión del proceso de desarrollo de una agricultura urbana y agricultura urbana en cubierta competitiva y sostenible en las ciudades de los países desarrollados mediante el avance en aspectos metodológicos y la generación de nuevos datos sobre el tema. Los métodos y resultados amplían el conocimiento y la comprensión de la agricultura en cubierta, la agricultura urbana y la producción local de alimentos para dar apoyo a los procesos de toma de decisiones en el diseño y desarrollo de futuros proyectos de agricultura en cubierta. Futuras investigaciones deberían centrarse en la evaluación de las percepciones de los actores sociales en otras ciudades, focalizando en aspectos específicos como la aceptación social; en cuantificar el potencial de la agricultura en cubierta de otras áreas urbanas y ciudades; y en evaluar más casos de estudio y formas de agricultura urbana en cubierta desde una perspectiva de sostenibilidad, haciendo especial énfasis en la integración de los aspectos sociales.