Así afecta el desequilibrio de nutrientes a la vida en la Tierra

El nitrógeno y el fósforo, dos elementos esenciales para la vida en la Tierra, están sufriendo una grave alteración de sus proporciones, provocado por la acción humana, que está afectando al desarrollo de la biodiversidad incidiendo en la tasa de crecimiento de microorganismos, plantas y animales.

El CO₂ es la base para que las especies vegetales puedan realizar la fotosíntesis y entre los nutrientes necesarios para crear sus estructuras se encuentran el nitrógeno y el fósforo, cuya proporción debe ser correcta para que el crecimiento sea óptimo. Sin embargo, a lo largo de las últimas décadas los humanos hemos enriquecido la biosfera con nitrógeno mediante una fertilización excesiva, modificando por tanto su relación con el fósforo.

Un nuevo artículo publicado en la revista Science, ‘The global nitrogen-phosphorus imbalance’, alerta sobre este problema global y plantea a la comunidad científica internacional el alcance de los efectos de este desequilibrio de nutrientes.

“Los efectos de este desequilibrio ya se han manifestado en bastantes ecosistemas naturales, que además afecta al tema de la seguridad alimentaria a escala global por diversos motivos y, aunque se ha investigado poco, todo parece indicar que podría influir significativamente en la salud y bienestar de la humanidad, o al menos de muchas poblaciones”, dice el investigador del CREAF Josep Peñuelas, autor del estudio junto a Jordi Sardans.

Los impactos biológicos se han observado ya en las masas de agua continentales, en la estructura y función de los seres vivos del suelo y en la composición de especies de las plantas. “La falta de estabilidad tendrá un impacto cada vez mayor, a medida que el desequilibrio continúe inclinándose en la misma dirección”, afirma.

¿Qué causa esta desproporción?

El exceso de nitrógeno proviene, principalmente, de la quema combustibles fósiles, de la plantación de cultivos fijadores con nitrógeno y al utilizar 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”, afirman los autores.

Cuando un medio presenta demasiados nutrientes, se da lo que se conoce como eutrofización. “Es el problema archiconocido de eutrofización de los ecosistemas acuáticos. En este caso más que al desequilibrio entre nitrógeno y fósforo se debe al exceso de uno de ellos o de los dos”, explica Peñuelas. El aumento de sustancias nutritivas en aguas dulces provoca que algas y fitoplancton crezcan de forma descontrolada, hasta que se colapsa el ecosistema, como ha ocurrido en la laguna del Mar Menor.

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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.

¿Por qué es tan importante este equilibrio nitrógeno-fósforo?

Esta proporción, conocida como ratio N:P es muy importante por varios motivos. Por ejemplo, en comunidades de algas - como el fitoplancton marino - o en comunidades de plantas terrestres - como un bosque o un prado - hay especies que tienen diferentes proporciones óptimas entre el nitrógeno y el fósforo. “Si en el medio entra una cantidad de nitrógeno biológicamente activo, la proporción N:P crece y puede llegar a un extremo en que solo algunas pocas especies se vean beneficiadas, mientras la mayoría serán perjudicadas”, explica Peñuelasa.

“Si esto se mantiene en el tiempo, muchas especies tenderán a desaparecer de la comunidad, con lo que, en primer lugar va a producirse una disminución en la diversidad biológica de la zona. Esto será seguido de procesos de simplificación ecológica y probablemente pérdida de la capacidad productiva del ecosistema en su conjunto, con la consiguiente merma en la capacidad de fijar CO₂”.

Esa capacidad de fijar CO₂ es una función clave de los ecosistemas, que actúan como sumideros de carbono, compartimentos que, de forma natural, absorben el carbono y lo almacenan durante decenas, cientos o incluso miles de años, en el caso de los suelos oceánicos.

“Tenemos un exceso de CO₂ antropogénico en la atmósfera acumulándose a un ritmo de cuatro gigatoneladas cada año y estamos siendo capaces de devolver, en menos de dos siglos, lo que la naturaleza había retirado en cientos de millones de años”, afirma al respecto Miguel Ángel Mateo, investigador del Centro Español de Investigaciones Superiores (CSIC).

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Este preocupante desequilibrio puede ser aún mayor a escala local y regional, ya que ambos nutrientes no están repartidos de manera uniforme por el mundo y 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”, afirman.

Una futura crisis 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”, afirman los autores del estudio.

El nitrógeno surge de una fuente ilimitada: la atmósfera. De ella se puede extraer este nutriente de forma continua mediante la reacción de Haber-Bösh, lo que ha hecho que su producción aumente de forma continua desde la década de 1950. Sin embargo, las fuentes de fósforo se limitan en gran medida a las minas y se concentran en muy pocos países, como Marruecos.

“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”, alerta el estudio.

“Según los cálculos más optimistas tenemos reservas para unos pocos cientos de años”, afirma Peñuelas. Según explica, en el futuro es probable que los países productores de fósforo provoquen que los fertilizantes a base de fósforo sean cada vez más inasequibles para los agricultores de los países menos desarrollados, agravando, aún más, el desequilibrio entre los dos nutrientes y la brecha económica.

Un problema de salud global

Además de los problemas medioambientales, este desequilibrio podría convertirse en una grave amenaza para la salud. “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”.

Los investigadores del CREAF ya alertaron de que el desequilibrio de nutrientes afecta enfermedades humanas infecciosas y no infecciosas que están fuertemente asociadas a la dieta, como en el caso de la fertilización de cultivos de trigo con nitrógeno, que podría explicar la alta prevalencia de la celiaquía.

“Estudios estadísticos muestran que un aumento de la fertilización de nitrógeno va asociado a que el grano de trigo y las harinas contengan más gliadinas que es la proteína del gluten que es la principal desencadenante del proceso de la celiaquía”, explica Peñuelas. “Tengamos en cuenta que, de media y a escala mundial, la cantidad de fertilizantes de nitrógeno desde los años 60 del siglo pasado hasta la actualidad ha aumentada 10 veces”.

Entre las alternativas al desequilibrio, la agricultura de precisión, la biotecnología, impulsar normativas para reciclar el fósforo y reducir la producción ganadera son algunas soluciones que plantean los dos investigadores.

“Ha llegado el momento de que las agencias medioambientales nacionales e internacionales y las personas con responsabilidad política reconozcan los riesgos que supone para la biosfera y la humanidad el desequilibrio entre nitrógeno y fósforo”, denuncia Peñuelas.