La eutrofización se define como el enriquecimiento de las aguas superficiales con nutrientes esenciales para el crecimiento de las plantas. Si bien este proceso ocurre de forma natural, en la actualidad se asocia predominantemente a fuentes antropogénicas de nutrientes. El concepto de "estado trófico" de los lagos es fundamental en su gestión, y se refiere a la relación entre la concentración de nutrientes y el crecimiento de la materia orgánica en el cuerpo de agua. La eutrofización, en esencia, es la transición de un estado trófico a otro de nivel superior debido a la adición de nutrientes.
Un estudio exhaustivo a nivel mundial sobre la eutrofización fue llevado a cabo por el Programa Cooperación sobre la Eutrofización de la Organización de Cooperación y Desarrollo Económicos (OCDE) durante la década de 1970 en 18 países. Aunque tanto el nitrógeno como el fósforo contribuyen a la eutrofización, la clasificación del estado trófico suele basarse en el nutriente que actúa como factor limitante, siendo el fósforo el más común.
Los efectos de la eutrofización, como las proliferaciones de algas, son a menudo fácilmente observables. Sin embargo, el proceso en sí es complejo y presenta dificultades de cuantificación. La interacción entre las numerosas variables involucradas hace que sea imposible establecer delimitaciones estrictas entre las distintas clases tróficas, ya que un mismo lago puede clasificarse en diferentes categorías de eutrofización según los valores de fósforo total y clorofila-a. Los valores preliminares de la OCDE se basan en la media geométrica de estos parámetros.
Causas de la Eutrofización
La eutrofización es un problema ambiental grave, especialmente en el siglo XXI, provocado principalmente por el exceso de nutrientes en cuerpos de agua como lagos, ríos y mares, siendo el nitrógeno y el fósforo los principales contribuyentes. La actividad humana es la causa predominante de este fenómeno.
Agricultura
La agricultura intensiva es una de las principales responsables. El uso masivo de fertilizantes nitrogenados y fosfatados para mejorar la productividad de los cultivos lleva a que estos nutrientes se filtren en el suelo y alcancen las aguas superficiales y subterráneas a través de la escorrentía, especialmente durante las lluvias. La fertilización de las aguas superficiales (eutrofización) da lugar, por ejemplo, al crecimiento explosivo de algas, que ocasiona trastornos en el equilibrio biológico, incluyendo mortandades de peces.
Estudios indican que la agricultura europea es causante de un porcentaje significativo del flujo fluvial de nitrógeno y fósforo hacia el Mar del Norte. En otros países, la agricultura aporta una parte considerable de la contaminación del agua superficial. Casos específicos en Noruega, Finlandia, Dinamarca y Lituania señalan la relación entre el uso de fertilizantes y la proliferación de algas y la contaminación por nitratos en aguas subterráneas.
La fertilización de las aguas superficiales (eutrofización) da lugar, por ejemplo, al crecimiento explosivo de algas, que ocasiona trastornos en el equilibrio biológico [incluyendo mortandotes de peces].
Se calcula que la agricultura europea es causante del 60 por ciento del total del flujo fluvial de nitrógeno al Mar del Norte, y del 25 por ciento de la carga total de fósforo.
La agricultura contribuye también de forma sustancial a la carga total de nitrógeno atmosférico en el Mar del Norte y el Mar Báltico (65% y 55% respectivamente).
En Checoslovaquia, la agricultura aporta el 48 por ciento de la contaminación del agua superficial.
En Noruega y Finlandia se han señalado situaciones, localmente significativas, de eutrofización de las aguas superficiales como consecuencia de factores agrícolas; los altos niveles de utilización de N y P son considerados como los causantes de la proliferación de algas en el Adriático; algo semejante ha ocurrido en las aguas costeras de Dinamarca; en los Países Bajos se ha registrado una contaminación sustancial de las aguas subterráneas por nitrato.
El 50 por ciento de los pozos poco profundos que abastecen de agua a más de un millón de residentes de Lituania no son aptos para el consumo humano por la presencia de una gran variedad de contaminantes, entre los que figuran plaguicidas y compuestos nitrogenados.
Los cultivos fuertemente fertilizados, como el maíz, suelen tener grandes pérdidas en comparación con las tierras dedicadas a usos menos intensivos, por ejemplo, a pastos. Los usos agrícolas asociados a prácticas inadecuadas de ordenación de la tierra y que son causa de erosión producen también significativas pérdidas de nutrientes.
La utilización de fertilizantes (minerales u orgánicos) no es, por sí misma, el principal factor de deterioro de la calidad aguas abajo. No obstante, no se puede partir del supuesto de que todas las aguas tienen bajos niveles naturales de nutrientes. En algunas zonas, por ejemplo en los lagos situados en zonas de suelos agrícolas ricos, las aguas han estado tradicionalmente muy enriquecidas por nutrientes asociados a la erosión natural de los suelos fértiles.
Ganadería
Los excrementos de los animales, ricos en nitrógeno y fósforo, pueden contaminar las aguas cercanas si no se gestionan adecuadamente. La producción ganadera intensiva ha generado graves problemas de degradación ambiental, lo que ha llevado a la implementación de medidas legislativas y de control en Europa y América del Norte. Además de la aplicación excesiva de estiércol, la escorrentía directa desde las granjas de producción intensiva representa un grave peligro para la calidad del agua en muchas regiones del mundo.
Los desechos de la ganadería se consideran una fuente localizada de contaminación. Las estadísticas revelan que estos desechos explican "por término medio" el 30 por ciento de la carga total de fósforo en las aguas continentales europeas, correspondiendo al resto de la agricultura otro 17 por ciento. En países como Dinamarca, el estiércol aporta al menos el 50 por ciento de la lixiviación de N inorgánico.
Los desechos, estiércol y fangos, mediante proceso de concentración biológica, pueden aportar a los suelos productos cien veces más peligrosos que los fertilizantes con un contenido equivalente de nutrientes. Esto representa un grave problema ambiental (y de calidad del agua) en las zonas periurbanas de muchos países en desarrollo.
Residuos Urbanos e Industriales
Los detergentes con fosfatos y otros compuestos químicos presentes en los residuos urbanos e industriales, especialmente si no son tratados adecuadamente, aportan grandes cantidades de materia orgánica y nutrientes a los cuerpos de agua.
La actividad industrial puede producir vertidos tanto de productos nitrogenados como fosfatados, entre otros tóxicos.
Contaminación Atmosférica y Actividad Forestal
Las emisiones de óxidos de nitrógeno y azufre de la actividad industrial y del transporte reaccionan en la atmósfera, produciendo lluvia ácida que, al depositarse, aporta nutrientes a las masas de agua. Asimismo, los residuos forestales que se degradan en el agua también liberan nitrógeno y otros nutrientes.
La volatilización del amoníaco, procedente de instalaciones ganaderas y almacenamiento de estiércol, agrava la acidificación de la tierra y del agua.
Acuicultura
La acuicultura intensiva, si bien busca satisfacer la demanda de pescado, puede liberar restos de alimento y desechos orgánicos que aceleran el proceso de eutrofización.
Consecuencias de la Eutrofización
Las consecuencias de la eutrofización son múltiples y afectan tanto al medio ambiente como a la salud humana y la economía.
Alteración de Ecosistemas Acuáticos
El exceso de nutrientes provoca un crecimiento desmedido de algas y plantas acuáticas, conocido como "floración algal". Estas capas densas en la superficie bloquean la luz solar, impidiendo la fotosíntesis de otras especies. Al morir y descomponerse, las algas y materia orgánica consumen grandes cantidades de oxígeno disuelto, generando hipoxia (bajas concentraciones de oxígeno) y, en casos extremos, anoxia (ausencia total de oxígeno).
Esto resulta en la muerte de peces, moluscos y otros organismos acuáticos, creando "zonas muertas" donde la vida no puede prosperar. Esta pérdida de biodiversidad altera la cadena alimentaria y puede favorecer la aparición de especies invasoras.
Cuando la concentración de fósforo es elevada, produce un rápido desarrollo de algas flotantes que cubren toda la superficie del agua, impidiendo la entrada de luz solar. Este proceso de putrefacción consume una gran cantidad de oxígeno, privando de él a los animales, que mueren por la falta de este.
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Impacto en la Calidad del Agua y la Salud Humana
La eutrofización afecta gravemente la calidad del agua. Al aumentar la podredumbre y agotarse el oxígeno, las aguas adquieren un olor nauseabundo, lo que puede generar pérdidas económicas por disminución del turismo y devaluación de áreas. El consumo de estas aguas puede ocasionar problemas sanitarios a las personas.
Algunas floraciones algales producen toxinas peligrosas que pueden causar intoxicaciones en animales y personas, además de generar problemas respiratorios y neurológicos.
La contaminación de las aguas subterráneas por nitratos, fundamentalmente provenientes de la agricultura, representa una amenaza para el agua potable, ya que en todos los países el agua subterránea es una reserva importante.
La contaminación de aguas subterráneas como consecuencia de la lixiviación, especialmente por nitrato, es un problema importante. En las aguas superficiales y subterráneas se observa un proceso de contaminación de metales pesados. Las concentraciones elevadas de estas sustancias representan una amenaza para la salud de hombres y animales. Hasta cierto punto, estos metales pesados se acumulan en el suelo, desde donde son absorbidos por los cultivos.
Afectación a la Economía
Las aguas contaminadas por eutrofización perjudican actividades económicas como la pesca y el turismo. La producción piscícola, ya sea por extracción o cultivo, se ve afectada. La acuicultura, en particular, debe ser supervisada y gestionada con delicadeza para evitar un mayor aporte de nutrientes a las aguas circundantes.
La mayor presencia de algas puede impedir la navegación en cauces anteriormente transitables. Los costes asociados a la eutrofización en aguas continentales, incluyendo pérdidas en el valor de propiedades y actividades recreativas, alcanzan miles de millones de dólares anuales. A esto se suman los costes por la contaminación de zonas costeras.
El Ciclo de los Nutrientes: Nitrógeno y Fósforo
La dinámica ambiental del nitrógeno y el fósforo es crucial para comprender la eutrofización. Si bien las transformaciones detalladas del nitrógeno son complejas, su ciclo está controlado en gran medida por bacterias y depende de factores como la humedad del suelo, la temperatura y el pH.
Ciclo del Nitrógeno
El nitrógeno se presenta en diversas formas: orgánico soluble, amonio (NH4-N), nitrato (NO3-N), nitrito (NO2-N) y asociado a sedimentos. Los procesos clave incluyen la amonificación (transformación del nitrógeno orgánico y de fertilizantes en amonio), la nitrificación (oxidación del amonio a nitrato a través de nitrito) y la desnitrificación (reducción del nitrato a formas gaseosas en condiciones anóxicas).
Desde la perspectiva de la calidad del agua, el ion amonio puede adsorberse a partículas de arcilla y ser transportado por erosión. Sin embargo, el amonio y el nitrato son solubles y se movilizan a las aguas subterráneas por lixiviación. El nitrato también se encuentra en la escorrentía superficial.
La prevención de la contaminación por nitrógeno depende de mantener el nitrato del suelo por debajo de un nivel que pueda ser absorbido por los cultivos y reducir su retención en el suelo después de la cosecha.
Ciclo del Fósforo
El comportamiento del fósforo es más sencillo. Se presenta en formas como fósforo mineral (apatito), fósforo inorgánico no apatito, fósforo orgánico y orto-fosfato disuelto. Las formas asociadas a partículas, como el apatito y el fósforo inorgánico no apatito, son transportadas principalmente por erosión.
El orto-fosfato disuelto es fácilmente accesible para las plantas acuáticas. En estudios acuáticos, se analizan las formas de fósforo asociadas a sedimentos, ya que tienden a dominar el flujo total de fósforo. La fracción no apatito es accesible a las raíces de las plantas y se solubiliza rápidamente en condiciones anóxicas en el fondo de lagos y embalses, pudiendo los sedimentos lacustres representar una carga interna considerable de fósforo.
Las pérdidas de fósforo en las aguas subterráneas son generalmente pequeñas en comparación con las del nitrógeno, debido a su menor solubilidad y mayor tendencia a adsorberse en el suelo.
Soluciones y Buenas Prácticas
La eutrofización es un problema reversible que requiere acciones urgentes y coordinadas. La restauración del equilibrio del ecosistema es el tratamiento más eficaz, más allá de la eliminación directa de algas.
Gestión Agrícola y Ganadera
Se recomienda promover planes de fertilización más precisos y adaptados, así como una mejor gestión del estiércol y las aguas de lavado. La protección del suelo frente a la erosión y un controlado uso de fertilizantes repercuten positivamente en la calidad del agua.
Diseño y Gestión de Balsas y Embalses
La aplicación de conocimientos ecológicos puede mejorar el diseño y la gestión de las balsas. Las cuencas de las balsas deben ser protegidas, y las pendientes suaves favorecen la biodiversidad. Un sustrato natural en las balsas promueve el desarrollo de vegetación acuática y el intercambio de relaciones físico-químicas y biológicas con el suelo.
Las isletas son recursos esenciales para la avifauna, ofreciendo refugio. Las orillas de la balsa son zonas clave para interacciones físicas y biológicas.
La limpieza periódica de la balsa y la prebalsa es esencial para eliminar nutrientes y sedimentos. La construcción de una prebalsa o decantador es conveniente para aguas superficiales con sólidos en suspensión o contaminadas.
El uso de herbicidas no está recomendado debido a su coste elevado y efecto temporal, pudiendo ser contraproducente al liberar nutrientes tras la muerte de la vegetación acuática.
Tratamiento del Agua y Oxigenación
Un sistema de oxigenación puede reforzar la microbiología beneficiosa presente en el agua, que se alimenta de los mismos nutrientes que las algas. Existen equipos flotantes y sistemas de compresores para distribuir microburbujas, creando movimiento y evitando la estratificación. Este método natural requiere tiempo para restaurar el equilibrio del ecosistema.
Control de Fuentes de Contaminación
En países en desarrollo, es lógico centrar la atención en el control de fuentes localizadas. En países desarrollados, el control de fuentes localizadas de nutrientes solo ha sido eficaz cuando se han implementado seriamente medidas de control agrícola.
Es fundamental mejorar el tratamiento de aguas residuales y restaurar humedales para combatir la eutrofización.
Eutrofización: Datos y Cifras
La eutrofización es una crisis global con cifras alarmantes:
- 762 zonas costeras en todo el mundo afectadas por eutrofización o hipoxia.
- 479 zonas con falta de oxígeno crónica.
- 2 632 km² de aguas marinas en la UE clasificadas como eutróficas en 2023.
- Costes anuales asociados a la eutrofización en aguas continentales de EE.UU. de al menos 2.400 millones de dólares.
- 372 episodios de floraciones algales tóxicas registrados en EE.UU. en 2022, con 95 casos humanos y más de 102.000 casos en animales.
Aunque los niveles de nutrientes han disminuido en algunas regiones desde los años 80, el fósforo sigue siendo un desafío, especialmente en el Báltico y el Mar Negro. Los expertos advierten que sin medidas decididas, estas cifras seguirán creciendo.
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