Don Rodolfo tiene una finca de lechuga cerca de Cartago. Cada ciclo echa fertilizante con nitrógeno para que la lechuga crezca rápido. Cuando llueve fuerte, parte de ese fertilizante no se queda en el suelo: baja con el agua a la quebrada, de ahí al río y, más lejos, a un embalse. Meses después, en la superficie del embalse aparece una capa verde y espesa, huele mal y los peces boquean en la orilla. Esa nata verde, la eutrofización, no apareció de la nada. Es el fertilizante de don Rodolfo, y el de muchos otros, regresando en forma de algas.
Para entender cómo el nitrógeno de un saco termina matando peces, hay que seguir primero el recorrido natural de los nutrientes.
Definición
Un ciclo biogeoquímico es el recorrido que sigue un elemento químico entre los seres vivos (bio) y el ambiente físico, la atmósfera, el agua y las rocas (geo). Los depósitos o reservorios son los lugares donde el elemento se almacena; los flujos son los movimientos entre ellos.
Reservorios y reciclaje de nutrientes#
Los organismos están hechos de unos pocos elementos que necesitan una y otra vez: carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, fósforo y azufre, entre otros. La Tierra no recibe materia nueva en cantidades relevantes, así que la vida depende del reciclaje: lo que un organismo toma, otro lo devuelve cuando muere o excreta.
Cada elemento tiene su reservorio principal. El carbono está en la atmósfera, los océanos y las rocas. El nitrógeno está sobre todo en la atmósfera. El fósforo está en las rocas y sedimentos, y casi no tiene fase gaseosa. Un reservorio puede ser de intercambio rápido (el suelo, el agua) o lento (rocas profundas, que liberan nutrientes en miles o millones de años).
El ciclo del nitrógeno#
Cerca del 78 % del aire es nitrógeno molecular (N₂). Es abundante, pero la mayoría de los seres vivos no puede usarlo así, porque el enlace triple entre los dos átomos es muy fuerte. Necesitan que otros organismos lo conviertan en formas aprovechables. El ciclo tiene estas etapas:
- Fijación. El N₂ se transforma en amonio (NH₄⁺). La hacen bacterias como Rhizobium, que viven en nódulos de las raíces de leguminosas (frijol, canavalia, poró), bacterias libres del suelo como Azotobacter y algunas cianobacterias en el agua. También los rayos fijan una pequeña cantidad.
- Amonificación. Los descomponedores degradan proteínas y desechos de plantas y animales muertos y liberan amonio.
- Nitrificación. Dos grupos de bacterias aeróbicas actúan en secuencia: unas oxidan el amonio a nitrito (NO₂⁻) y otras el nitrito a nitrato (NO₃⁻). El nitrato es la forma que las plantas absorben con mayor facilidad.
- Asimilación. Las plantas toman nitrato o amonio y construyen aminoácidos y proteínas. Los animales los obtienen comiendo plantas u otros animales.
- Desnitrificación. Bacterias que viven en suelos o sedimentos sin oxígeno convierten el nitrato de nuevo en N₂ y lo devuelven a la atmósfera, cerrando el ciclo.
Fíjate en que casi todas las etapas dependen de microorganismos. Sin bacterias, el nitrógeno del aire seguiría siendo inaccesible para un maizal o un cafetal.
Ejemplo. Un agricultor siembra frijol, cosecha, y deja las raíces en el suelo. Solución. Los nódulos con Rhizobium fijaron nitrógeno durante el cultivo; al descomponerse las raíces, ese nitrógeno pasa a amonio y luego a nitrato, y el siguiente cultivo de maíz lo aprovecha. Por eso rotar leguminosas con otros cultivos reduce la necesidad de fertilizante.
El ciclo del fósforo y otros nutrientes#
El fósforo es parte de la molécula de ATP, del ADN y de los huesos. Su ciclo es distinto: no hay fase gaseosa importante. Sale de las rocas por erosión, se disuelve como fosfato, lo absorben las plantas, pasa a los animales y vuelve al suelo y al agua con los desechos y la descomposición. Parte se deposita en sedimentos del fondo de lagos y mares y tarda muchísimo en volver a estar disponible. Como el reciclaje es lento, el fósforo suele ser el nutriente que limita el crecimiento en muchos ecosistemas de agua dulce.
El azufre, por su parte, circula tanto por el suelo como por la atmósfera, y las erupciones volcánicas y la quema de combustibles lo liberan al aire.
Eutrofización#
La eutrofización es el enriquecimiento excesivo de un ecosistema acuático con nutrientes, sobre todo nitrógeno y fósforo, que provoca un crecimiento descontrolado de algas y plantas acuáticas. Ocurre naturalmente de forma muy lenta, durante siglos. Las actividades humanas la aceleran: se le llama entonces eutrofización cultural.
El proceso tiene una secuencia clara:
- Llegan nutrientes en exceso (fertilizantes, aguas residuales, detergentes con fosfatos, estiércol de fincas ganaderas).
- Las algas y cianobacterias se multiplican en la superficie y forman una capa densa.
- La capa bloquea la luz, y las plantas del fondo mueren por falta de fotosíntesis.
- Al morir, las algas caen al fondo y los descomponedores aeróbicos que las degradan gastan el oxígeno disuelto del agua.
- El agua queda con muy poco oxígeno (hipoxia). Peces y otros organismos mueren por asfixia.
- En el fondo sin oxígeno crecen bacterias anaeróbicas que liberan gases de olor desagradable, como el sulfuro de hidrógeno.
Una confusión frecuente es pensar que las algas matan a los peces porque son tóxicas. Lo normal es que el golpe venga de la falta de oxígeno que provoca su descomposición. Algunas cianobacterias sí producen toxinas, pero es un problema aparte.
Consecuencias de las actividades humanas#
- Fertilizantes agrícolas. La industria produce nitrógeno fijado a partir del N₂ del aire, y su uso masivo ha aumentado mucho el nitrógeno disponible en el planeta.
- Aguas residuales sin tratar. Aportan nitrógeno de la orina y fósforo de los detergentes.
- Ganadería y porquerizas. Sus desechos, si llegan a las quebradas, son una carga fuerte de nutrientes.
- Deforestación y erosión. El suelo sin cobertura se lava con la lluvia y arrastra nutrientes hacia los ríos.
- Combustión. Los motores y la industria liberan óxidos de nitrógeno que luego caen con la lluvia.
Cómo se previene#
La prevención está en reducir la entrada de nutrientes, no en limpiar el agua una vez verde: aplicar el fertilizante en la dosis y el momento que la planta necesita, mantener franjas de vegetación junto a las quebradas, tratar las aguas residuales antes de devolverlas al río, usar detergentes sin fosfatos, manejar bien el estiércol y rotar cultivos con leguminosas.
Errores frecuentes#
- Pensar que la atmósfera, por tener tanto nitrógeno, lo pone a disposición de las plantas. Sin fijación, no lo pueden usar.
- Confundir nitrificación con desnitrificación. La primera produce nitrato; la segunda lo transforma en N₂.
- Creer que el fósforo tiene un ciclo atmosférico como el del carbono o el nitrógeno.
- Atribuir la eutrofización solo al fertilizante. También cuentan los detergentes, las aguas negras y el estiércol.
Ponte a prueba#
¿Por qué las plantas no pueden usar directamente el nitrógeno del aire?#
Porque el N₂ tiene un enlace triple muy fuerte que ellas no pueden romper. Necesitan que bacterias fijadoras lo conviertan en amonio, o que otros procesos lo conviertan en nitrato, que sí pueden absorber.
Ordena estas etapas del ciclo del nitrógeno: nitrificación, fijación, desnitrificación, amonificación.#
Fijación (N₂ a amonio), amonificación (materia orgánica a amonio), nitrificación (amonio a nitrito y a nitrato) y desnitrificación (nitrato a N₂). La asimilación por las plantas ocurre después de tener amonio o nitrato disponibles.
¿Por qué rotar frijol con maíz ayuda a un agricultor a gastar menos fertilizante?#
El frijol alberga bacterias Rhizobium en sus raíces, que fijan nitrógeno atmosférico. Al descomponerse los restos del cultivo, ese nitrógeno queda en el suelo y el maíz lo aprovecha.
Explica por qué una capa de algas puede provocar la muerte de peces aunque las algas no sean tóxicas.#
Las algas bloquean la luz, mueren y caen al fondo. Los descomponedores aeróbicos que las degradan consumen el oxígeno disuelto. Con poco oxígeno, los peces se asfixian.
Menciona tres medidas para evitar la eutrofización de una quebrada cercana a una zona agrícola.#
Por ejemplo: fertilizar solo en la dosis necesaria y no antes de lluvias fuertes, conservar franjas de vegetación junto al cauce que retengan nutrientes, y tratar las aguas residuales y el estiércol antes de que lleguen al agua.
Fuentes#
También en Biología 11ºUndécimo año