En la tercera entrada del número especial sobre suelos os traemos el resumen de un artículo liderado por José Álvarez Rogel en el que también participan nuestras colaboradoras Marisa Arce Sánchez y Nazaret González Alcaraz.

El artículo fue publicado en la revista Geoderma en el año 2016 y en él sus autores investigan el papel que desempeñan los suelos de los humedales en la eliminación de nitratos en cuerpos de agua eutrofizados (con alto contenido en nutrientes) y su posible repercusión sobre los niveles de óxido nitroso en la atmósfera, un gas que favorece el cambio climático.

José Álvarez Rogel (Universidad Politécnica de Cartagena, Región de Murcia).

El manejo inadecuado de los fertilizantes puede causar un gran daño ambiental

La agricultura intensiva/industrial, tal y como hoy la conocemos, conlleva el uso generalizado de fertilizantes, sobre todo nitrogenados, para asegurar el éxito de la producción. Esto provoca que, a veces, las aguas superficiales y subterráneas de zonas agrícolas, como por ejemplo el Campo de Cartagena, presenten altos contenidos en nutrientes, fundamentalmente nitrógeno (N) en forma de nitrato (NO₃^–). Si una masa de agua presenta un alto contenido en nutrientes se dice que está eutrofizada. Cuando las aguas eutrofizadas alcanzan los ríos y lagos, e incluso el mar, y se dan una serie de factores (sobre todo climáticos, pero también redes tróficas alteradas), pueden provocar la proliferación de grandes cantidades de algas y microorganismos fitoplanctónicos – productores primarios que flotan en la columna de agua -, que pueden provocar un colapso en el ecosistema. El proceso de eutrofización es algo complejo, pero básicamente consiste en un gran aumento de la biomasa de algas que acaba reduciendo la luz que llega al fondo y el oxígeno disponible para el resto de organismos.

Se estima que el 38% de los ecosistemas acuáticos de Europa están afectados por los fertilizantes que les llegan vía escorrentía superficial o subterránea

Eutrofización de un sistema acuático. Foto: Alexandr Trubetskoy (trabajo propio), en wikimedia commons.

Los humedales como depuradoras naturales

Entre los ecosistemas más afectados por la eutrofización están los humedales, que pueden definirse como aquellos ecosistemas que están condicionados por la presencia de agua, de forma temporal o permanente, como por ejemplo las marismas, los lagos, los márgenes de los ríos o las lagunas salinas. Los humedales tienen la capacidad de actuar como depuradoras naturales, pudiendo eliminar gran cantidad de los nutrientes presentes en sus aguas gracias a la actividad de la vegetación acuática y los microorganismos que los habitan. En el caso particular del nitrato, determinados microorganismos son capaces de transformarlo en diferentes formas gaseosas, como por ejemplo el óxido nitroso (N₂O) y el nitrógeno gas (N₂), que son desprendidas a la atmósfera. Dicho proceso se conoce como desnitrificación y constituye la principal vía de eliminación del nitrato de un sistema eutrofizado. En contrapartida, y a pesar del inmenso beneficio que acarrea tal proceso para la depuración de las aguas, algunas de las formas de nitrógeno gaseoso desprendidas a la atmósfera son gases de efecto invernadero que contribuyen al cambio climático.

Los humedales ayudan a mitigar los efectos negativos del exceso de nitratos en las aguas eutrofizadas, pero al mismo tiempo pueden contribuir al cambio climático mediante la emisión de gases de efecto invernadero

La importancia de los microorganismos en el funcionamiento de los humedales

La capacidad de los humedales para eliminar el nitrato del agua, y evitar por tanto los daños asociados a la eutrofización, depende de ciertas propiedades intrínsecas de los propios ecosistemas: i) presencia de materia orgánica, que sirve de alimento para los microorganismos; ii) escaso o nulo contenido en oxígeno, para que los microorganismos “respiren” nitrato y lo transformen en formas de nitrógeno gaseosas a través de la desnitrificación; iii) la comunidad de microorganismos que haya en el sistema. La creencia de que son las plantas las principales responsables de la eliminación del nitrato al absorberlo es errónea. Las plantas pueden absorber cierta cantidad de nitrato y promueven la presencia de microorganismos en el entorno de sus raíces, pero son los microorganismos los principales responsables de la eliminación del nitrato a través de la desnitrificación.

En este vídeo, podéis observar la turbidez del agua del Mar Menor (Región de Murcia, España) durante un pico de eutrofización en la primavera de 2016.

Creando un humedal artificial para estudiar su capacidad depuradora

En el artículo que hoy os traemos, sus autores llevaron a cabo un experimento en el que recrearon, a pequeña escala, humedales costeros típicos de zonas áridas mediante el empleo de suelos y plantas propios de la zona costera del Mar Menor, una laguna costera situada en el sureste de España. Esta zona está de máxima actualidad debido a los problemas de eutrofización que sufre dicha masa de agua, principalmente por la entrada de nitratos en los efluentes y vertidos que llegan a ella desde las zonas de agricultura intensiva cercanas que ocupan gran parte de su cuenca de drenaje. La planta seleccionada para el experimento fue el comúnmente conocido como carrizo (Phragmites australis), una especie muy característica de los humedales distribuida por todo el mundo. Los humedales recreados se regaron usando agua con distinto grado de eutrofización (diferente contenido en nitrato, fosfato y materia orgánica), y simulando repetidas veces a lo largo de un año los periodos de inundación y sequía típicos que ocurren de forma natural en estos ecosistemas. Durante ese periodo los autores del artículo le siguieron la pista al nitrógeno presente en el agua y el suelo de los humedales, así como al nitrógeno desprendido en forma gaseosa a la atmósfera.

Carrizal (Phragmites australis). Autor: Hubert Śmietanka (trabajo propio), en wikimedia commons.

Humedales a pequeña escala recreados en el experimento. Las cámaras de color gris, con un tapón blanco en la parte superior, insertadas en el suelo permitían recoger los gases desprendidos del suelo a la atmósfera. Autor: José Álvarez Rogel.

Los resultados del experimento muestran que los humedales actúan como depuradoras naturales, siendo muy eficaces para eliminar el nitrato del agua con la que eran irrigados. La mayoría de la eliminación del nitrato tiene lugar en la zona superficial del suelo debido a que en ella se desarrolla la mayor parte de la actividad de los microorganismos. En esta zona, más del 80% del nitrato añadido desaparece en apenas una semana. Esta depuración se da independientemente de la presencia o no de plantas, del contenido en nitrato del agua con la que se riegan los humedales y del momento del año. Sin embargo, en profundidad, la eficacia del sistema depende tanto de la presencia de plantas como de la época del año. Durante los meses más cálidos, la presencia de plantas favorece la eliminación de nitrato del sistema (83% en presencia de plantas frente a 32% sin plantas), mientras que tal efectividad cae al 10% durante el invierno, tanto en presencia como en ausencia de plantas. La eliminación de nitrato del sistema viene acompañada de la emisión de óxido nitroso desde el suelo hacia la atmósfera. No obstante, dicha emisión de gases se ve reducida en presencia de plantas durante los momentos donde se simulan periodos de sequía del sistema. Los autores atribuyen este hecho a que las plantas absorben el nitrato con mayor avidez cuando el sistema se está secando que cuando está completamente húmedo y, de esta forma, queda menos nitrato a disposición de los microorganismos para realizar la desnitrificación y generar emisiones de óxido nitroso.

Los humedales como elementos de gestión para mitigar la contaminación y el cambio climático

En base a estos resultados, los autores del artículo que hoy os traemos concluyen que los humedales son sistemas que contribuyen de una forma muy importante a eliminar el nitrato de las aguas que fluyen a través de los mismos, reduciendo la entrada de nitratos al sistema y por tanto evitando la eutrofización de la masa de agua. Además, indican que este aspecto positivo contrarresta los aspectos negativos asociados a las posibles emisiones de óxido nitroso a la atmósfera, que pueden reducirse gracias a la presencia de plantas, sobre todo en los periodos de sequía. La adopción de este tipo de estrategias, junto con medidas como la reordenación de la agricultura en la cuenca de drenaje, pueden ser efectivas para recuperar la salud de humedales, como el Mar Menor, que atraviesan graves problemas de conservación como consecuencia de procesos de eutrofización.

Nos os perdáis la cuarta y última entrada de este número especial en el que indagaremos en las diversas problemáticas ambientales asociadas a la contaminación de los suelos como consecuencia de la actividad humana.

Artículo completo:

Álvarez-Rogel, J., Tercero, M.C., Arce, M.I., Delgado, M.J., Conesa, H.M., González-Alcaraz, M.N. (2016). Nitrate removal and potential soil N₂O emissions in eutrophic salt marshes with and without Phragmites australis. Geoderma 282, 49-58. doi: 10.1016/j.geoderma.2016.07.011.