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La Eutrofización

Autor: Jesús Salvador Ruíz Carvajal

Los nitratos y los fosfatos pueden estimular el crecimiento excesivo de las plantas y conducir a la eutrofización, la sobre productividad de los organismos vegetales en el agua, lo que resulta en la creación de flores de algas y el agotamiento de las concentraciones de oxígeno, lo que a su vez disminuye la biodiversidad acuática.

Figura 1. Ejemplo de la eutrofización en un sistema acuático.

Fuente: COIAL

Las consecuencias observadas de la eutrofización en los sistemas de humedales de agua dulce incluyen cambios en la composición de las especies de plantas vasculares debido a un aumento en la producción sobre el suelo, una disminución en la biodiversidad local o regional, el crecimiento de la ventaja competitiva de las especies agresivas o invasoras, la pérdida de capacidad de retención de nutrientes (por ejemplo, almacenamiento de carbono y nitrógeno, cambios en la descomposición de la basura vegetal) y cambios en la composición de macro invertebrados a lo largo de un gradiente de eutrofización.

Las estimaciones conservadoras de los costos de la eutrofización ascienden a 1000 millones de dólares en pérdidas anuales para las aguas costeras europeas y 2400 millones de dólares para lagos y arroyos en los Estados Unidos de Norteamérica.

¿Qué es la eutrofización y como se produce?

Este término proviene del griego y quiere decir “bien nutrido”. El proceso consiste en el enriquecimiento de nutrientes, sobre todo de nitrógeno (N) y fósforo (P), en un ecosistema acuático. Este fenómeno contaminante comienza cuando el agua de un ecosistema acuático recibe un vertido de desechos que favorece el excesivo crecimiento de materia orgánica y otras plantas verdes que cubre la superficie del agua. así pues, un ambiente eutrofizado es aquel que contiene un exceso anormal de nutrientes.

En ambientes acuáticos, la eutrofización puede conducir a un crecimiento excesivo de algas, bajos niveles de oxígeno disuelto, la muerte de los peces, un aumento de la turbidez y una pérdida de diversidad de especies; estas condiciones amenazan la sostenibilidad a largo plazo de la pesca y los usos recreativos de las aguas superficiales.

En entornos terrestres, el exceso de insumos de nutrientes en los suelos de los ecosistemas gestionados (por ejemplo, la agricultura, la horticultura urbana) puede aumentar el riesgo de pérdida de nutrientes en las aguas subterráneas y las aguas superficiales. Esto puede conducir a la eutrofización de las aguas superficiales y también a problemas de salud humana si las aguas potables están demasiado enriquecidas con nitrato o contaminadas por subproductos tóxicos producidos a través de la cloración de aguas eutróficas.

La sobrecarga de los ecosistemas naturales (por ejemplo, los bosques) con nutrientes puede conducir a la acidificación del suelo y a cambios en la composición y diversidad de las especies de plantas nativas, las cuales suelen ser ecológicamente indeseables.

Debido a que el nitrógeno (N) y fósforo (P) son nutrientes esenciales para el crecimiento y el bienestar de las plantas y los animales, y debido a que son relativamente baratos, muchas actividades humanas resultan en la descarga de N y P en algún sector del medio ambiente. Ambos nutrientes se descargan de fuentes puntuales, como las plantas municipales de tratamiento de agua y las operaciones concentradas de alimentación animal. Se han invertido años de esfuerzo y miles de millones de dólares en la reducción de la contaminación por nutrientes de fuentes puntuales de las aguas superficiales mediante la mejora de la eficiencia de eliminación de nutrientes de las plantas de tratamiento de aguas residuales.

El N y el P también son contaminantes no puntuales comunes que se añaden ampliamente a los suelos como enmiendas del suelo para la producción de cultivos (por ejemplo, fertilizantes, estiércoles animales y otros subproductos como compuestos, y aguas residuales municipales y biosólidos) o a través de sistemas de tratamiento de aguas residuales basados en el suelo, como los sistemas sépticos. La combustión de combustibles fósiles genera N biológicamente disponible y contribuye a la contaminación atmosférica de muchas cuencas hidrográficas.

Figura 2. Una fertilización excesiva puede provocar graves problemas en el medio ambiente.

Fuente: Natalichio, D.

Las características del suelo (físicas, químicas y biológicas) y las prácticas de gestión del suelo influyen profundamente en el potencial de contaminación de fuentes no puntuales de los cuerpos de agua por los nutrientes y también determinan la respuesta de la biota terrestre a las adiciones de nutrientes. Debido a esto, la implementación de "mejores prácticas de gestión" (BMP) que reducen las pérdidas de N y P de los suelos agrícolas por procesos como la erosión, la escorrentía y la lixiviación, es una alta prioridad en todo el mundo hoy en día.

¿Cuáles son las causas de la eutrofización?

Las principales causas de la eutrofización son:

Agricultura: a través de los fertilizantes de nitrógeno usados para abonar los cultivos que se filtran en el suelo y llegan a los ríos y aguas subterráneas.
Ganadería: los purines y estiércol de los animales son ricos en nutrientes, ante todo en nitrógeno; si no se gestiona de manera adecuada contaminan las aguas cercanas.
Residuos urbanos: todos los residuos orgánicos e inorgánicos que se generan en las zonas urbanas.
Actividad Industrial: mediante los vertidos de productos nitrogenados y fosfatados, entre otros muchos tóxicos.
Contaminación atmosférica: las emisiones de óxidos de nitrógeno y azufre producen lluvia ácida en la atmósfera que al caer arroja nutrientes a los cuerpos de agua.
Actividad forestal: los residuos forestales que se abandonan en las aguas se degradan y aportan nitrógeno y el resto de los nutrientes que la planta tenía de manera natural.

Eutrofización Acuática

Las adiciones de nutrientes pueden generar cambios notables en la productividad primaria (la generación de biomasa a través de la fotosíntesis) de los sistemas acuáticos. Debido a que muchos aspectos de un ecosistema de agua dulce se pueden rastrear hasta el suministro de nutrientes, el estado de los nutrientes es la base del sistema de clasificación trófica (es decir, el nivel de nutrición) ampliamente utilizado aplicado a los cuerpos de agua.

Figura 3. Eutrofización de un cuerpo de agua.

Fuente: IAGUA

Figura 4. Clasificación de cuerpos de agua.

Fuente: Ruíz, S.

Los cuerpos de agua bajos en nutrientes se clasifican como "oligotróficos" (nutrición pobre); los cuerpos de agua con alto contenido de nutrientes se denominan "eutróficos" (altamente nutridos), y el estado intermedio se conoce como "mesotrófico". Se producen condiciones extremadamente ricas en nutrientes y estos cuerpos de agua se clasifican como "hiper-eutróficos".

Limitación de nutrientes

El estado de los nutrientes de un cuerpo de agua no es constante. Las disminuciones pueden ocurrir debido al control de las descargas de contaminación de fuentes puntuales y a la implementación generalizada de BMP para frenar los insumos de nutrientes de fuentes de contaminación no puntuales. Más a menudo, el suministro de nutrientes dentro de un ecosistema acuático aumenta con el tiempo.

La cantidad de P presente en un cuerpo de agua está parcialmente controlada por factores internos que afectan la solubilidad y por la importación de suelo (erosión de partículas de P) y agua (P disuelto) de la cuenca hidrográficas y cualquier proceso que posteriormente exporte P y lo lleve más abajo.

Los procesos biológicos no crean ni reducen la masa de P dentro de un ecosistema acuático. Por el contrario, el N se puede añadir o eliminar continuamente de la tierra y el agua mediante procesos biológicos. Las plantas fijadoras de N como las legumbres (terrestres) o las algas azul-verdes (acuáticas) transforman el N₂ atmosférico en formas orgánicas de N, añadiendo así N a los suelos y/o aguas.

La eutrofización crea múltiples problemas, entre los que se encuentran la generación de zonas de hipoxia (bajo oxígeno), también conocidas como “zonas muertas”, que reducen la biodiversidad, y florecimientos algales que generan problemas de sabor y olor, que amenazan la seguridad del agua potable y el abasto de alimentos acuáticos, que estimulan la liberación de gases de efecto invernadero y que degradan los valores sociales y culturales de estos cuerpos de agua. La hipoxia de la eutrofización ha dañado las pesquerías en todo el mundo, desde la bahía de Chesapeake y el Golfo de México en América del Norte, hasta el Báltico y el Mar Negro en Europa.

Las bacterias desnitrificantes transforman el nitrato-N resuelto en formas gaseosas (N₂O, N₂) y, por lo tanto, eliminan el N de los sistemas acuáticos y terrestres.

Consecuencias de la eutrofización acuática

Reducción de biodiversidad
Afectación de la calidad y claridad del agua
Estratificación y agotamiento del oxígeno
Aumento de la biomasa de fitoplancton
Disminución de hábitats acuáticos vivos

El agotamiento de oxígeno provoca hipoxia (bajo oxígeno) o anoxia (sin oxígeno). Ambas condiciones matan directamente a muchas especies acuáticas. La anoxia también puede alterar la química del sedimento: la reducción de las condiciones puede conducir a la liberación de sedimentos de P y a la producción de sulfuro de hidrógeno y metano, todo lo cual contribuye al deterioro de la calidad del agua. La hipoxia de la eutrofización ha dañado las pesquerías en todo el mundo, desde la bahía de Chesapeake y el Golfo de México en América del Norte, hasta el Báltico y el Mar Negro en Europa.

Eutrofización terrestre

El enriquecimiento de nutrientes también puede afectar tanto a los sistemas terrestres gestionados como a los naturales. En sistemas gestionados como la agricultura, la causa más común del enriquecimiento de nutrientes es la sobre aplicación de fertilizantes, estiércoles u otros subproductos orgánicos.

La sobre aplicación ocurre con frecuencia cuando hay una base terrestre inadecuada para asimilar la cantidad de subproducto orgánico producido (por ejemplo, la generación de lodos de aguas residuales en áreas urbanas o la producción de estiércol a partir de CAFO que se concentran geográficamente en una pequeña base terrestre).

Como resultado, las fuentes de nutrientes se aplican a ritmos y épocas del año que abruman la capacidad de absorción de las plantas. P se acumula en los suelos a valores muy superiores a los necesarios para la producción de cultivos. Tanto para N como para P, la aplicación en exceso aumenta el potencial de pérdidas en las aguas subterráneas y superficiales por lixiviación y escorrentía.

En los ecosistemas naturales, como los bosques, rara vez se hacen adiciones regulares de nutrientes en fertilizantes y subproductos orgánicos. Sin embargo, debido a que la atmósfera se ha enriquecido con formas de N disponibles en las plantas como un producto de combustión de combustibles fósiles, la eutrofización terrestre de los ecosistemas naturales se ha convertido en un problema global.

La carga atmosférica de N disponible en la planta puede exceder 40 kg ha1 por año dentro de áreas descendentes de zonas industriales, como en el sur de California y el norte de Europa. Estos niveles son más de 10 veces mayores que los que se encuentran en gran parte de los EE. UU. continentales y representan un aumento importante en los tiempos preindustriales.

Los sistemas de producción animal de alta densidad también contribuyen a la carga atmosférica de N. Estos lugares pueden generar emisiones elevadas de amoníaco gaseoso, lo que resulta en una deposición atmosférica altamente enriquecida de N en suelos y aguas superficiales adyacentes.

La sostenibilidad a largo plazo de los ecosistemas naturales se ve amenazada por estos insumos elevados. En experimentos realizados en pastizales de Europa y América del Norte, el aumento de la deposición atmosférica de N disponible en las plantas crea disminuciones sustanciales en la diversidad de especies de plantas e insectos.

Los ecosistemas forestales pueden volverse "N-saturados" como resultado de la eutrofización; los depósitos atmosféricos de N pueden exceder la capacidad de absorción de las verduras y los suelos forestales. El exceso de N a menudo se convierte en nitrato-N, un anión soluble que se mueve rápidamente a través de los suelos y luego viaja a los cuerpos de agua a través de la descarga de aguas subterráneas y la escorrentía superficial, contribuyendo así a la eutrofización de los sistemas acuáticos.

La transformación del nitrato a partir de estos insumos externos también genera la acidez del suelo que puede contribuir al agotamiento de los cationes esenciales en los suelos, en particular el calcio (Ca) y el magnesio (Mg), lo que a su vez disminuye la productividad a largo plazo del ecosistema forestal. El aumento de la acidez del suelo también puede movilizar a los iones de Al y amenazar la vida acuática debido a la toxicidad de aluminio (Al) para los organismos acuáticos.

Figura 5. El estiércol del ganado es altamente rico en nitrógeno y otros elementos, sin embargo, una sobre saturación al suelo tampoco es ideal.

Fuente: INTAGRI

Control de la eutrofización: Tendencias futuras

Los procesos naturales y antropogénicos pueden mitigar las pérdidas de nutrientes y, por lo tanto, el potencial de eutrofización. Por ejemplo, los avances en nuestra comprensión de la desnitrificación del suelo pueden reducir el flujo de nitrato de las cuencas hidrográficas. Este proceso generalmente ocurre en condiciones anaeróbicas en las que el carbono lábil está disponible para servir como donante de electrones.

La gestión de la capa freática a través del drenaje controlado crea ciclos periódicos de secado y humectación en las tierras de cultivo y promete reducir la exportación de nitrato al estimular la nitrificación (la transformación microbiana de la munición en nitrato que se produce en suelos aeróbicos) y la desnitrificación dentro de la misma ubicación en los suelos.

Además, los avances en la labranza y el manejo de residuos de cultivos pueden aprovechar la investigación que sugiere que pequeños fragmentos de materia orgánica fácilmente descomponible pueden crear "puntos calientes" localizados de respiración y desnitrificación, incluso en suelos aeróbicos.

En muchas cuencas hidrográficas, la desnitrificación en los suelos de humedales que reciben insumos de aguas subterráneas cargadas de nitratos es un proceso importante de eliminación de N, particularmente a lo largo de corredores de vegetación ribereña fluvial que intercepta el agua subterránea antes de recargar los arroyos. Por lo tanto, la destrucción de los humedales puede resultar en un aumento desproporcionado de la carga de nutrientes debido a la pérdida de la función de retención de nutrientes de esos lugares. Por el contrario, la reforestación de tierras degradadas puede secuestrar lentamente a N.

Se están realizando esfuerzos para reducir las pérdidas de P a través de la implementación de buenas prácticas de manejo (BPM) de conservación del suelo (es decir, tiras de amortiguación, vías fluviales con césped, terrazas) que reducen la erosión del suelo, la principal fuente de P a las aguas superficiales.

Claramente, los planes integrales de gestión de nutrientes diseñados para evitar la sobre aplicación de estiércoles y fertilizantes son un aspecto crítico de control de nutrientes. Igualmente, importante para el control de la eutrofización antropogénica es el reconocimiento de los límites de la eliminación basada en el suelo de los subproductos orgánicos de las actividades agrícolas, y el desarrollo de productos de valor añadido para esos residuos, como los compuestos y los fertilizantes a base de estiércol granulado, o los combustibles para plantas de "bioenergía".

Cita correcta de este artículo

Ruiz, J. 2024. La Eutrofización. Serie Noticias. Núm. 68. Artículos técnicos de INTAGRI. México. 8 p.

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