L’acció humana està alterant l’equilibri del nitrògen i el fòsfor, dos elements essencials per a la vida a la terra

L’acció humana està alterant l’equilibri del nitrògen i el fòsfor, dos elements essencials per a la vida a la terra. Imatge: chemistryworld.com
L’acció humana està alterant l’equilibri del nitrògen i el fòsfor, dos elements essencials per a la vida a la terra. Imatge: chemistryworld.com

La revista Science publica un article perspectiva dels investigadors del CREAF Josep Peñuelas i Jordi Sardans sobre el desequilibri de nutrients a la terra, els seus efectes a la vida i les possibles solucions.

El text ‘The global nitrogen-phosphorus imbalance’ es basa en dades d’investigacions recents dels dos especialistes, i planteja a la comunitat científica internacional l’estat de la qüestió i el seu abast. Així mateix, es proposen alternatives i solucions orientades a persones amb poder polític de decisió. D’acord amb Peñuelas i Sardans, els ecosistemes i les espècies estan en risc a causa del desequilibri mundial de nutrients que provoca la diferent proporció de nitrogen i fòsfor a la terra i a les aigües. Aquests dos elements són essencials per a la vida, i la seva proporció s’està alterant a causa de l’acció humana. Tant el nitrogen com el fòsfor incideixen en la taxa de creixement de microorganismes, plantes i animals. Les espècies vegetals necessiten CO2 per fer la fotosíntesi i nutrients per crear les seves estructures, entre els quals és clau la proporció de nitrogen i fòsfor. A més, perquè el creixement sigui òptim, calen quantitats i proporcions adequades d’ambdós elements. Ara bé, a les darreres dècades els humans hem enriquit la biosfera amb nitrogen mitjançant una fertilització excessiva i, per tant, hem modificat la seva relació amb el fòsfor.

Josep Peñuelas

“Els organismes ambientals internacionals haurien d’abordar des d’una política global coordinada el el risc que suposa per a la biosfera el desequilibri entre nitrogen i fòsfor” JOSEP PEÑUELAS, investigador del CREAF i el CSIC.

Alternatives al desequilibri Entre les alternatives possibles, els experts recomanen augmentar l’eficiència en l’ús i el cicle del nitrogen i el fòsfor gràcies a l’agricultura de precisió, que evita aplicar fertilitzants de manera desproporcionada. També advoquen per aplicar mètodes, tant de gestió com amb biotecnologia innovadora, que intensifiquin l’eficiència de les plantes en captar nutrients i beneficiar-se de les fonts de fòsfor. Altres polítiques necessàries que apunten Peñuelas i Sardans són estimular el reciclatge de fòsfor mitjançant reglaments, subvencions o lleis d’abast nacional i regional, així com reduir la producció ramadera. Aquest tipus de solucions es troben en fase inicial d’aplicació.

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

Massa nitrogen Els humans estem fertilitzant excessivament la biosfera amb nitrogen mitjançant els òxids d’aquest compost emesos al cremar combustibles fòssils; quan plantem cultius fixadors amb nitrogen, i quan fem servir fertilitzants enriquits que, a més, es filtren cap als cursos d’aigua. Malgrat que també hi ha activitats humanes que han augmentat la quantitat de fòsfor als sòls i les aigües –per exemple, aplicar fertilitzants i detergents rics en aquest element–, l’augment global de la presència de fòsfor a la terra continua sent menor que el de nitrogen. De fet, són dos problemes sinèrgics. D’una banda, la presència de nutrients a la terra s’ha incrementat desmesuradament, i de l’altra, s’ha alterat l’equilibri entre nitrogen i fòsfor. Quan el medi presenta massa nutrients, s’eutrofitza: l’augment de substàncies nutritives en aigües dolces provoca que algues i fitoplàncton creixin de forma descontrolada, fins que es col·lapsa l’ecosistema. Per això, alguns països han impulsat estratègies per tractar l’aigua orientades a reduir la concentració dels compostos químics. Tot i això, la tecnologia utilitzada per les plantes de tractament d’aigües reté més fòsfor que nitrogen, la qual cosa fomenta encara més el desequilibri entre els dos nutrients.

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 estabilitat en dubte

El desequilibri a escala mundial entre nitrogen i fòsfor pot ser encara més gran a escala local i regional, ja que les aportacions dels dos compostos no estan repartides de manera uniforme al món

El desequilibri a escala mundial entre nitrogen i fòsfor pot ser encara més gran a escala local i regional, ja que les aportacions dels dos compostos no estan repartides de manera uniforme al món. I, a més, perquè tenen una capacitat molt diferent d’afectar el medi ambient: el fòsfor per exemple és menys soluble en aigua i no es volatilitza, sovint s’absorbeix i precipita a terra en forma mineral, i queda enterrat als sediments. Per això, tendeix a romandre a prop de la font d’emissió. Per contra, el nitrogen és molt més soluble en aigua i molt més volàtil, la qual cosa facilita que es dispersi en un radi més gran respecte a la seva font d’emissió. Els impactes biològics del desequilibri creixent entre els dos nutrients s’han observat en les masses d’aigua continentals, en l’estructura i la funció de les comunitats d’éssers vius del sòl, així com en la composició d’espècies de les comunitats de les plantes. La falta d’estabilitat tindrà un impacte cada vegada més gran, a mesura que el desequilibri continuï inclinant-se a la mateixa direcció. Crisi humana pel fòsfor La seguretat alimentària i la producció agrícola són les grans perjudicades per aquesta manca desequilibri, que impacta de manera directa sobre els ecosistemes naturals i les persones. Els fertilitzants que contenen nitrogen tenen una font il·limitada –l’atmosfera– de la qual es pot extreure aquest nutrient mitjançant la reacció d’Haber-Bösh. Aquesta innovació ha permès que la seva producció augmenti de forma contínua, així com el seu ús com a fertilitzant des de la dècada de 1950. Malgrat tot, les fonts de fòsfor s’han limitat en gran mesura a les mines i es concentren a molt pocs països, com ara el Marroc.

El fòsfor pot arribar a esdevenir econòmicament inaccessible per als països amb baixos ingressos i amb dèficit alimentari, a mesura que s'esgoti o no sigui disponibles per qüestions geopolítiques i econòmiques

En aquest sentit, el fòsfor podria arribar a esdevenir econòmicament inaccessible per als països amb baixos ingressos i amb dèficit alimentari, a mesura que aquestes fonts s’esgotin o no siguin disponibles per qüestions geopolítiques i econòmiques. En el futur és probable que els països productors de fòsfor gestionin les seves reserves per maximitzar els beneficis de les indústries mineres i agrícoles nacionals, fent que els fertilitzants a base de fòsfor siguin cada cop més inassequibles per als agricultors dels països més pobres i agreujant, encara més, el desequilibri entre els dos nutrients a les regions on el problema és més acusat. Seria una crisi que agreujaria encara més la bretxa econòmica entre els països rics i pobres.

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

Malalts de fòsfor i nitrogen La manca d’equilibri entre aquests dos elements al sòl modifica la composició química dels cultius i pot arribar a afectar la salut de les persones que consumeixen productes cultivats en aquests terrenys i, per tant, es produeix un problema de salut pública. Per exemple, a les regions on hi ha un ús excessiu de fertilitzants inorgànics i orgànics de fòsfor, aquest element s’acumula als sòls i a les masses d’aigua. Els aliments produïts en aquests entorns poden provocar que la població local consumeixi fòsfor en excés, la qual cosa pot tenir implicacions negatives per a la seva salut. Es coneix també que el desequilibri de nutrients provoca malalties humanes infeccioses i no infeccioses clarament associades a la dieta, com ara l’afecció per celiaquia. Els investigadors del CREAF ja van alertar el 2021 que l’excessiva fertilització de cultius de blat amb nitrogen podria explicar l’alta prevalença de la celiaquia. Per si no n’hi hagués prou, els investigadors del CREAF apunten que quan es desestabilitza la relació entre el nitrogen i el fòsfor, les activitats humanes també generen desequilibris entre altres elements. Per exemple, s’han observat canvis en la relació entre el carboni i el nitrogen, en relació amb el ferro, el zinc, el calci i el potassi, entre d’altres, als teixits vegetals. Això condueix indirectament al fet que els organismes, comunitats i ecosistemes del planeta terra estiguin veient modificat el seu elementoma sencer, la seva composició elemental.

Articles relacionats

Notícies
Anna Ramon

La manca de pluges fa avançar la primavera a l’hemisferi nord

La ciència ja ha demostrat que el canvi climàtic està avançant la primavera fenològica. Fins ara, els hiverns suaus provocats per l’escalfament global se’n consideraven la causa principal. Tot i això, un estudi publicat avui a la revista Nature Climate Change afegeix que la manca de pluja també provoca que les plantes brotin abans d’hora a l’hemisferi nord. En aquesta zona del planeta, les pluges han disminuït la seva freqüència els darrers trenta anys i ara es demostra que això afecta també el calendari natural de les plantes.

Zona en restauració. Foto: Unsplash CCBY
Notícies
CREAF

Els resultats essencials de la COP26

Traducció al cataà de l’editorial publicada a Global Change Biology sobre la COP26 i els resultats que la ciència n’espera. Josep Peñuelas, professor de recerca

Hem canviat la versió del Wordpress. Per llegir entrades anteriors al 2020 en els diferents idiomes (català, castellà o anglès), ves a la portada del blog, escull l'idioma amb el selector del menú superior i cerca l’entrada a la barra de la lupa.

Dona’t d’alta al Newsletter per rebre totes les novetats del CREAF al teu e-mail.

Ajuda'ns a moure

l'ecologia