El progreso de la humanidad, en gran medida, ha dependido de los hallazgos científicos. Un avance significativo fue el diseño de un método para fabricar amoniaco líquido, un ingrediente imprescindible en la composición de los fertilizantes sintéticos. Sin embargo, lo que en su momento pareció una solución para la agricultura, ha revelado con el tiempo consecuencias imprevistas. El nitrógeno, un elemento esencial para la vida en nuestro planeta al ser un componente vital del ADN y de las proteínas, se convierte en nocivo cuando su uso excesivo en fertilizantes sintéticos genera compuestos nitrogenados que retornan al suelo, agua y aire. De hecho, las plantas solo aprovechan entre el 30% y el 50% del fertilizante sintético utilizado.
Tipos de Fertilizantes y su Impacto Inicial
Los fertilizantes basan su acción en el aporte de tres elementos químicos esenciales: nitrógeno (N), fósforo (P) y potasio (K). A su composición se añaden otros micronutrientes como el zinc, hierro, manganeso, cobre, entre otros.
Fertilizantes Sintéticos e Inorgánicos
Denominados también fertilizantes químicos, basan su origen en reacciones químicas industriales que permiten degradar elementos inorgánicos como sales, gases y rocas. Son los más empleados en agricultura por facilitar la disponibilidad de los nutrientes a la planta con mayor rapidez, mejorando los cultivos y aumentando las cosechas.
Bajo el sistema productivo actual, los fertilizantes nitrogenados inorgánicos son esenciales para mantener e incrementar los altos rendimientos de los cultivos. Estos productos químicos proporcionan nitrógeno a las plantas en varias formas, como urea, sulfato de amonio o nitrato de amonio. No obstante, su uso excesivo y no controlado tiene graves impactos sobre el medio ambiente.
Fertilizantes Orgánicos y Biofertilizantes
El estiércol, obtenido de los excrementos de animales domésticos y restos vegetales, ha sido empleado tradicionalmente como fuente de materiales carbonados para estimular el desarrollo de los cultivos. Gracias a los microorganismos del suelo, estos se degradan y se convierten en nutrientes minerales que las plantas pueden asimilar gradualmente. El aporte de materia orgánica al suelo favorece que este no pierda fertilidad y contribuye a su porosidad y permeabilidad, factores físicos imprescindibles para la adecuada retención del agua.
Los fertilizantes orgánicos, al estar constituidos de material carbonado, ofrecen una absorción más gradual por las plantas, requiriendo que los microorganismos del suelo actúen degradándolos antes de su aprovechamiento. Aquellos que añaden compuestos minerales procedentes de sales y rocas son también más sostenibles para el medioambiente, ya que no necesitan procesos químicos para su elaboración.
Existen también los biofertilizantes, que emplean microorganismos vivos para nutrir a las plantas. Estos estimulan los procesos biológicos en los cultivos y mejoran su eficiencia en la absorción de nutrientes. Otros poseen un origen mineral complementado durante su fabricación química con nutrientes orgánicos de materiales carbonados de origen animal o vegetal.
El Exceso de Nutrientes y su Viaje a los Cuerpos de Agua
Cuando se aplican fertilizantes en exceso, las plantas no pueden absorber todo el nitrógeno disponible. El nitrógeno no absorbido permanece en el suelo, afectando a su microbiología y alterando la proporción de carbono y fósforo. De este modo, entra en el ciclo del agua, contaminando las fuentes de obtención de agua para los diferentes usos humanos.
El nitrógeno no absorbido se infiltra en el suelo llegando a las fuentes de agua subterránea y, a través de la escorrentía, alcanza ríos y arroyos, desembocando finalmente en mares y océanos. Esto ocurre cuando los cuerpos de agua reciben un exceso de nutrientes, principalmente nitrógeno y fósforo, lo que desencadena un proceso conocido como eutrofización.
Eutrofización: El Impacto Directo en los Ecosistemas Acuáticos
La eutrofización hace referencia a la contaminación de un entorno acuático (ya sea agua salada o dulce) a causa de un aporte excesivo de nutrientes, en especial el nitrógeno y el fósforo. Aunque el mar es uno de los principales fijadores de nitrógeno atmosférico debido a la actividad de cianobacterias, el exceso de estos nutrientes se vuelve perjudicial.
El proceso de eutrofización puede ser natural, pero hoy en día está mayormente asociado a fuentes antropogénicas de nutrientes. Cuando el exceso de nitrógeno y fósforo ingresa a un medio, el agua puede contaminarse gravemente.
Consecuencias de la Eutrofización
Aunque el proceso de eutrofización es muy lento, llevando décadas de emisiones al medio acuático, cuando se superan los límites de equilibrio, los efectos visuales se observan en muy poco tiempo. El primer síntoma de un agua contaminada por exceso de nutrientes es el cambio en la coloración del agua. Este cambio lleva intrínsecos cambios más radicales en la composición química del agua, que pueden no ser favorables para las especies autóctonas, muchas de ellas sensibles.
Según evoluciona el problema y los residuos de nitrógeno y fósforo continúan acumulándose, la eutrofización avanza y aparecen alteraciones físicas en el medio. El exceso de nitrógeno y fósforo en el agua hace que el alga crezca tan rápido que los ecosistemas no pueden lidiar con esa cantidad. Un aumento significativo en la cantidad de alga deteriora la calidad del agua, los alimentos y los hábitats, y reduce el oxígeno que los peces y otras especies acuáticas necesitan para vivir.
- Proliferación de algas (floraciones o blooms): Las proliferaciones de algas son llamadas floraciones y pueden reducir en gran medida o eliminar el oxígeno presente en el agua.
- Zonas muertas (hipoxia y anoxia): La acumulación de restos orgánicos de materia orgánica en descomposición aumenta el problema, especialmente en agua estancada como es habitual en lagos y mares. Esta descomposición microbiana consume el oxígeno disuelto en el agua, llevando a la hipoxia (bajo oxígeno) o anoxia (ausencia total de oxígeno). Como consecuencia, los peces se enferman y muchos de ellos mueren, creando "desiertos marinos" o "zonas muertas" carentes de vida.
- Mareas rojas y toxinas: Algunos florecimientos de algas son perjudiciales para los humanos, ya que producen cantidades elevadas de toxinas y crecimiento bacteriano, conocidas como mareas rojas o floraciones de algas nocivas.
- Contaminación del agua subterránea: El agua subterránea, fuente de agua potable, puede ser nociva si está contaminada por nutrientes, incluso si la contaminación es leve. Los lactantes son especialmente vulnerables a los nitratos presentes en el agua potable.
Ejemplos Emblemáticos de Eutrofización Marina
La eutrofización es un problema muy común que afecta a miles de zonas acuáticas en España y el resto del mundo.
El Mar Menor, España
Un caso importante de cómo los fertilizantes producen un impacto negativo en mares y océanos lo encontramos en España, en concreto en el Mar Menor, la laguna salada más grande de Europa y un valioso ecosistema que alberga una gran diversidad de especies marinas.
El informe del Instituto Español de Oceanografía (IEO, CSIC) señala la incesante entrada de fertilizantes a la laguna, procedentes de la agricultura intensiva y otras actividades humanas en el entorno ribereño, como causa principal de los episodios de mortandad masiva de especies acuáticas. El estudio corrobora el papel determinante del aporte de nutrientes y materia orgánica como motor de eutrofización de la albufera, indicando que el ecosistema lagunar ha perdido su capacidad de autorregulación.
La proliferación de fitoplancton registrada en la albufera tuvo lugar a principios del verano en las inmediaciones de la rambla del Albujón, un importante punto de entrada de aguas altamente contaminadas por fertilizantes y otros compuestos. Este florecimiento continuó creciendo durante los meses de julio y agosto, extendiéndose por la zona centro y sur de la laguna, donde la renovación del agua es menor, provocando turbidez extrema y una reducción severa de la luz disponible para la fotosíntesis "hasta niveles totalmente críticos para la supervivencia de la vegetación del fondo". Si la situación persiste, la vegetación bentónica podría morir y agravar la crisis ambiental.
Del mismo modo, el exceso de fitoplancton ha introducido en el sistema grandes cantidades de materia orgánica cuya descomposición explica la merma de oxígeno disuelto en el agua a lo largo del mes de agosto hasta niveles próximos a la hipoxia. Aunque las observaciones efectuadas a principios de septiembre han sugerido una mejora transitoria en la oxigenación, debido al cambio de régimen local de vientos, los científicos advierten que no hay evidencia de que la temperatura estival haya sido el factor desencadenante de este episodio.
El informe recuerda el profundo deterioro que ha experimentado el ecosistema del Mar Menor a partir de 2016, y las graves presiones ambientales que sufre, derivadas no solo de los vertidos de la agricultura intensiva en el área del Campo de Cartagena, sino también de la llegada de contaminantes químico-mineros y de obras y desarrollos urbanísticos. Es crucial no seguir alterando las condiciones ambientales clave que determinan la resiliencia del ecosistema lagunar y sus propiedades ecosistémicas básicas, como la salinidad, de la que depende en gran medida su funcionamiento biológico y la singularidad de su biodiversidad.
El Golfo de México, Estados Unidos
Otro caso de gran importancia es el Golfo de México, donde cada año se forma una "zona muerta" debido a los nutrientes transportados por el río Misisipi desde las tierras agrícolas del Medio Oeste de Estados Unidos. Esta zona se caracteriza por un muy bajo contenido en oxígeno y una alta presencia de materia orgánica en descomposición.
El Mar Báltico, Europa
El Mar Báltico es un mar semi-cerrado, y aunque no sufre una contracción como el Mar de Aral, el abuso de fertilizantes en los suelos agrícolas de los países colindantes, junto con el vertido de aguas residuales de aproximadamente 85 millones de personas, han generado un problema ambiental de gran envergadura. Se calcula que entran en este mar más de 500.000 toneladas métricas de nitrógeno y alrededor de 50.000 toneladas de fósforo al año, procedentes del arrastre de fertilizantes, aguas residuales y contaminación del aire. Esto supone unas cuatro veces el nitrógeno y ocho veces el fósforo que llegaban a principios de siglo.
Este exceso provoca el crecimiento masivo de algas verdeazules que, cuando mueren al final del otoño, caen al fondo del mar, donde se descomponen, reduciendo drásticamente el nivel de oxígeno en grandes extensiones del fondo marino. Los científicos estiman que un 25% del fondo del Mar Báltico son "desiertos marinos".
El Báltico tiene características que lo hacen especialmente vulnerable a la polución. Una de ellas es la marcada estratificación de sus aguas, con dos capas distintas que no se mezclan suficientemente, dejando la capa inferior con muy bajo contenido en oxígeno. Además, es un mar muy cerrado, con una única salida al Mar del Norte por un estrecho canal, lo que significa que tarda unos 50 años en renovar toda su agua.
El Lago Victoria, África
En el Lago Victoria en África, se observan problemas similares a los del Báltico, agravados por la erosión de los suelos de su cuenca de drenaje y la posterior deposición de sedimentos. La falta de oxígeno y las floraciones algales dan paso a puntos muertos, causando el colapso de las pesquerías que sustentan a cientos de miles de personas y afectando la salud de los habitantes.
Fuentes y Vías de Contaminación de Nutrientes
Los fertilizantes sintéticos, esenciales para la productividad agrícola, generan entre el 60% y el 70% de las emisiones de óxido nitroso (N₂O), un potente gas de efecto invernadero. Además, producen otros gases contaminantes como el amoníaco (NH₃) y los óxidos de nitrógeno (NOₓ), que, al entrar en contacto con la atmósfera, se oxidan formando monóxido y dióxido de nitrógeno, perjudiciales para la capa de ozono (O₃).
Cuando el exceso de nitrógeno regresa a la tierra desde la atmósfera, puede deteriorar el estado de los bosques, los suelos y las vías fluviales. La agricultura europea, por ejemplo, es causante del 60% del total del flujo fluvial de nitrógeno al Mar del Norte y del 25% de la carga total de fósforo. Asimismo, contribuye sustancialmente a la carga total de nitrógeno atmosférico en el Mar del Norte (65%) y el Mar Báltico (55%). En Checoslovaquia, la agricultura aporta el 48% de la contaminación del agua superficial.
Contaminación por Ganadería
Los desechos de la ganadería, aunque a menudo considerados una fuente localizada de contaminación, explican "por término medio" el 30% de la carga total de fósforo en las aguas continentales europeas, correspondiendo al resto de la agricultura otro 17%. El estiércol aporta al menos el 50% de la lixiviación de nitrógeno inorgánico en Dinamarca. La producción ganadera intensiva ha creado graves problemas de degradación ambiental, con escorrentías directas desde las granjas que representan un peligro para la calidad del agua en muchas partes del mundo.
La Dinámica del Nitrógeno y el Fósforo en el Agua
La dinámica ambiental del nitrógeno y el fósforo es bien conocida, aunque estudiar y documentar las transformaciones detalladas del nitrógeno en el suelo y el agua es complejo. El nitrógeno se presenta en diversas formas: nitrógeno orgánico soluble, amonio (NH₄-N), nitrato (NO₃-N), nitrito (NO₂-N) y nitrógeno asociado a los sedimentos.
El ciclo del nitrógeno es sumamente dinámico y complejo, especialmente los procesos microbiológicos responsables de la mineralización, fijación y desnitrificación. En suelos no empantanados, el nitrógeno del suelo y de los fertilizantes se transforma microbiológicamente en amonio mediante la amonificación. El ion amonio se oxida por la acción de bacterias (Nitrosomonas y Nitrobacter) convirtiéndose en nitrato en un proceso llamado nitrificación. La urea, por ejemplo, se hidroliza fácilmente en amonio. La desnitrificación ocurre en condiciones anóxicas (como en tierras húmedas), donde el nitrato se reduce a varias formas gaseosas. El ciclo del nitrógeno está controlado en gran parte por bacterias, por lo que su ritmo depende de factores como la humedad del suelo, la temperatura y el pH.
Desde la perspectiva de la calidad del agua, el ion amonio puede adsorberse a las partículas de arcilla y desplazarse con ellas como consecuencia de la erosión. Sin embargo, lo más importante es que el amonio y el nitrato son solubles y se movilizan a través del perfil del suelo hasta las aguas subterráneas durante los períodos de lluvia mediante el proceso de lixiviación. El nitrato también se encuentra en la escorrentía superficial.
Por el contrario, el comportamiento del fósforo es más sencillo. Se presenta en diversas formas: fósforo mineral (apatito-AP), fósforo inorgánico no apatito (NAIP), fósforo orgánico (OP) y orto-fósforo reactivo disuelto (SRP). La parte más importante del desplazamiento del fósforo desde las tierras agrícolas se incorpora a los materiales arcillosos y es transportada como producto de la erosión. El SRP es fácilmente accesible a las plantas acuáticas, hasta el punto de que el SRP medido en aguas superficiales quizás represente únicamente una parte residual después de haber sido absorbido. Por esta razón, en estudios acuáticos, se analizan fundamentalmente las formas de fósforo asociadas a sedimentos, ya que estas tienden a dominar el flujo total del fósforo. La fracción NAIP es accesible a las raíces de las plantas y se solubiliza rápidamente en condiciones de anoxia en el fondo de lagos y embalses, lo que significa que los sedimentos lacustres pueden representar una carga interna considerable de fósforo que se recicla en la columna de agua durante períodos de anoxia del fondo.
Otras Consecuencias y Desafíos del Diagnóstico
Los fertilizantes orgánicos también presentan problemas significativos. Aunque el estiércol y las excretas se utilizan tradicionalmente en muchas partes del mundo, la producción ganadera intensiva ha generado graves problemas de degradación ambiental, con escorrentías directas desde las granjas.
Además de la escorrentía superficial y la infiltración hacia las aguas subterráneas, la volatilización del amoníaco agrava la acidificación de la tierra y del agua. También se observa un proceso de contaminación por metales pesados en las aguas superficiales y subterráneas, cuyas concentraciones elevadas representan una amenaza para la salud de hombres y animales, acumulándose hasta cierto punto en el suelo y siendo absorbidos por los cultivos.
Un desafío importante es determinar la importancia relativa de la agricultura en comparación con los efectos de las aguas residuales urbanas (a menudo sin tratar). En muchos países en desarrollo, no se dispone de una base de datos que permita establecer esta distinción, lo que impide un programa racional de lucha contra la contaminación y limita la inversión eficaz.
Medidas y Soluciones para Mitigar el Impacto
Para abordar el problema de la contaminación por fertilizantes, es crucial implementar prácticas agrícolas sostenibles y políticas medioambientales efectivas que promuevan métodos de producción de alimentos más conscientes con el entorno. El único modo de frenar esta tendencia es mantener los fertilizantes en tierra e impedir que lleguen al mar.
- Uso eficiente de fertilizantes: Es fundamental utilizar los fertilizantes en las proporciones y composición idóneas para las necesidades de cada tipo de cultivo.
- Prácticas agrícolas sostenibles: Incentivar cosechas libres de residuos de fertilizantes (como los nitratos) mediante prácticas como la rotación de cultivos, la agricultura orgánica, la agroforestería (integrando árboles, cultivos y ganadería para beneficios mutuos) y los policultivos o cultivos mixtos (favoreciendo la biodiversidad, optimizando recursos y mejorando la fertilidad del suelo).
- Mejora de la fijación biológica de nitrógeno: Fomentar un uso eficiente de los fertilizantes de origen químico, al tiempo que se mejora el proceso natural de fijación biológica del nitrógeno molecular (N₂), a través de la simbiosis con microorganismos que rompen la molécula de nitrógeno para formar amoniaco y nitratos.
- Tecnologías innovadoras: Se investigan revolucionarias tecnologías (como N-Fix) que permiten a las plantas tomar el nitrógeno directamente del aire para convertirlo en amoniaco, lo que sería respetuoso con el medioambiente.
- Tratamiento de aguas residuales: Mejorar el tratamiento de las aguas residuales urbanas e industriales.
- Monitorización y control: La industria productora de fertilizantes sintéticos puede mitigar sus emisiones contaminantes mediante la instalación de anillos perimetrales de sensores que controlen sus emisiones en gases contaminantes. Igualmente, es necesario mejorar los sistemas de monitorización de los cuerpos de agua para una detección temprana y una toma de decisiones eficiente por parte de los gestores.
Una producción responsable, necesaria para la salud y bienestar de los seres vivos del planeta, es esencial para alcanzar la seguridad alimentaria, así como para no alterar la calidad del aire y del agua. Hay muchas maneras de lograr una agricultura que preserve el medioambiente y contribuya a la acción climática.
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