La acción humana está alterando el equilibrio del nitrógeno y el fósforo, dos elementos esenciales para la vida en la tierra

La acción humana está alterando el equilibrio del nitrógeno y el fósforo, dos elementos esenciales para la vida en la tierra. Imagen: chemistryworld.com
La acción humana está alterando el equilibrio del nitrógeno y el fósforo, dos elementos esenciales para la vida en la tierra. Imagen: chemistryworld.com

La revista Science publica un artículo perspectiva de los investigadores del CREAF Josep Peñuelas y Jordi Sardans sobre el desequilibrio de nutrientes en la tierra, sus efectos en la vida y las posibles soluciones.

El texto ‘The global nitrogen-phosphorus imbalance’ se basa en datos de recientes investigaciones de ambos especialistas, y plantea a la comunidad científica internacional el estado de la cuestión y su alcance. Asimismo, proponen alternativas y soluciones orientadas a personas con poder político de decisión. De acuerdo con Peñuelas y Sardans, los ecosistemas y las especies están en riesgo debido al desequilibrio mundial de nutrientes que provoca la diferente proporción de nitrógeno y fósforo en la tierra y en las aguas. Estos dos elementos son esenciales para la vida, y su proporción se está alterando debido a la acción humana. Tanto el nitrógeno como el fósforo inciden en la tasa de crecimiento de microorganismos, plantas, y animales. Las especies vegetales necesitan CO2 para realizar la fotosíntesis y nutrientes para crear sus estructuras, entre los que es clave la proporción de nitrógeno y fósforo. Además, para que el crecimiento sea óptimo, se requieren cantidades y proporciones adecuadas de nitrógeno y fósforo. Ahora bien, en las últimas décadas los humanos hemos enriquecido la biosfera con nitrógeno mediante una fertilización excesiva y, por lo tanto, hemos modificado su relación con el fósforo.

Josep Peñuelas

«Los organismos ambientales internacionales deberían abordar desde una política global coordinada el riesgo que supone para la biosfera el desequilibrio entre nitrógeno y fósforo » JOSEP PEÑUELAS, investigador del CREAF y del CSIC.

Alternativas al desequilibrio Entre las posibles alternativas, los expertos recomiendan aumentar la eficiencia en el uso y el ciclo del nitrógeno y el fósforo gracias a la agricultura de precisión, que evita aplicar fertilizantes de manera desproporcionada. También abogan por aplicar métodos, tanto de gestión como con biotecnología innovadora, que intensifiquen la eficiencia de las plantas al captar nutrientes y al beneficiarse de las fuentes de fósforo. Otras políticas necesarias que apuntan Peñuelas y Sardans son estimular el reciclaje de fósforo mediante reglamentos, subvenciones o leyes de alcance nacional y regional, así como reducir la producción ganadera.  Este tipo de soluciones se encuentran en fase inicial de aplicación.

Molts projectes proven de recuperar el fòsfor de l'aigua en forma de Struvita
Molts projectes proven de recuperar el fòsfor de l’aigua en forma de Struvita

Demasiado nitrógeno Los humanos estamos fertilizando en exceso la biosfera con nitrógeno a través de los óxidos de este compuesto emitidos al quemar combustibles fósiles; al plantar cultivos fijadores con nitrógeno, y al usar fertilizantes enriquecidos que, además, se filtran hacia los cursos de agua. A pesar de que también hay actividades humanas que han aumentado la cantidad de fósforo en los suelos y las aguas –por ejemplo, aplicar fertilizantes y detergentes ricos en este elemento–, el aumento global de la presencia de fósforo en la tierra sigue siendo menor que el de nitrógeno. De hecho, son dos problemas sinérgicos. Por un lado, la presencia de nutrientes en la tierra se ha incrementado de forma desmesurada, y por el otro, se ha alterado el equilibrio entre nitrógeno y fósforo. Cuando el medio presenta demasiados nutrientes, se eutrofiza: el aumento de sustancias nutritivas en aguas dulces provoca que algas y fitoplancton crezcan de forma descontrolada, hasta que se colapsa el ecosistema. Por ello, algunos países han impulsado estrategias para tratar el agua orientadas a reducir la concentración de ambos compuestos químicos. Sin embargo, la tecnología utilizada por las plantas de tratamiento de aguas retiene más fósforo que nitrógeno, lo cual fomenta aún más desequilibrio entre los dos nutrientes.

Zona del Mar Caspi amb eutrofització (creixement descontrolat d'algues) degut a la quantitat de nitrogen que arriba del riu
Zona del Mar Caspi amb eutrofització (creixement descontrolat d’algues) degut a la quantitat de nitrogen que arriba dels camps de cultius

Una estabilidad en entredicho

El desequilibrio a alcance mundial entre nitrógeno y fósforo puede ser aún mayor a escala local y regional, ya que las aportaciones de ambos compuestos no están repartidas de forma uniforme en el mundo

El desequilibrio a escala mundial entre nitrógeno y fósforo puede ser aún mayor a escala local y regional, ya que los aportes de ambos compuestos no están repartidos de manera uniforme por todo el mundo. Y, además, porque tienen una capacidad muy diferente de afectar al medio ambiente: el fósforo por ejemplo es menos soluble en agua y no se volatiliza, a menudo se adsorbe y precipita en el suelo en forma mineral, y permanece enterrado en los sedimentos. Por ello, tiende a permanecer cerca de su fuente de emisión. Por el contrario, el nitrógeno es mucho más soluble en agua y mucho más volátil, lo cual facilita que se disperse en un radio mayor de su fuente de emisión. Los impactos biológicos del creciente desequilibrio entre los dos nutrientes se han observado en las masas de agua continentales, en la estructura y función de las comunidades de seres vivos del suelo, así como en la composición de especies de las comunidades de las plantas. La falta de estabilidad tendrá un impacto cada vez mayor, a medida que el desequilibrio continúe inclinándose en la misma dirección. Crisis humana por el fósforo La seguridad alimentaria y la producción agrícola son las grandes perjudicadas por esta falta de equilibrio, que impacta de manera directa sobre los ecosistemas naturales y las personas. Los fertilizantes que contienen nitrógeno tienen una fuente ilimitada –la atmósfera– de la que se puede extraer este nutriente mediante la reacción de Haber-Bösh. Esta innovación ha permitido que su producción aumente de forma continua, así como su uso como fertilizante desde la década de 1950. Sin embargo, las fuentes de fósforo se han limitado en gran medida a las minas y se concentran en muy pocos países, como por ejemplo Marruecos.

El fósforo puede llegar a convertirse en económicamente inaccesible para los países con bajos ingresos y con déficit alimentario, a medida que se agote o no esté disponible por razones geopolíticas y económicas

En este sentido, el fósforo podría llegar a ser económicamente inaccesible para los países de bajos ingresos y con déficit alimentario, a medida que estas fuentes se agoten o no se hagan disponibles por cuestiones geopolíticas y económicas. En el futuro es probable que los países productores de fósforo gestionen sus reservas para maximizar los beneficios de sus industrias mineras y agrícolas nacionales, haciendo que los fertilizantes a base de fósforo sean cada vez más inasequibles para los agricultores de los países más pobres y agravando, aún más, el desequilibrio entre los dos nutrientes en las regiones donde el problema es más acusado. Sería una crisis que agravaría aún más la brecha económica entre los países ricos y los pobres.

Foto: Unsplash. Taylor Siebert
Foto: Unsplash. Taylor Siebert

Enfermos de fósforo y nitrógeno La falta de equilibrio entre estos dos elementos en el suelo modifica la composición química de los cultivos y puede llegar a afectar a la salud de las personas que consumen productos cultivados en esos terrenos y, por tanto, se produce un problema de salud pública. Por ejemplo, en las regiones donde existe un uso excesivo de fertilizantes inorgánicos y orgánicos de fósforo, el fósforo se acumula en los suelos y en las masas de agua. Los alimentos producidos en estos entornos pueden provocar que la población local consuma fósforo en exceso, lo que puede tener implicaciones negativas para su salud. Se conoce también que el desequilibrio de nutrientes afecta enfermedades humanas infecciosas y no infecciosas que están fuertemente asociadas a la dieta, como la enfermedad de la celiaquía. Los investigadores del CREAF ya alertaron en 2021 que la excesiva fertilización de cultivos de trigo con nitrógeno podría explicar la alta prevalencia de la celiaquía. Por si fuera poco, los investigadores del CREAF apuntan que cuando se desestabiliza la relación entre el nitrógeno y el fósforo, las actividades humanas también generan desequilibrios entre otros elementos. Por ejemplo, se han observado cambios en la relación entre el carbono y el nitrógeno, en relación con el hierro, el zinc, el calcio y el potasio, entre otros, en los tejidos vegetales. Esto conduce indirectamente a que los organismos, comunidades y ecosistemas del planeta tierra estén viendo modificado su elementoma entero, su composición elemental.

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