Tema 14. Contaminación por fertilizantes

2 Nitrógeno

Es un nutriente esencial para el crecimiento de los vegetales, ya que es un constituyente de todas las proteínas. Es absorbido por las raíces generalmente bajo las formas de NO3- y NH4+. Su asimilación se diferencia en el hecho de que el ión nitrato se encuentra disuelto en la solución del suelo, mientras que gran parte del ión amonio está adsorbido sobre las superficies de las arcillas. El contenido de nitrógeno en los suelos varia en un amplio espectro, pero valores normales para la capa arable son del 0,2 al 0,7%. Estos porcentajes tienden a disminuir acusadamente con la profundidad. El nitrógeno tiende a incrementarse al disminuir la temperatura de los suelos y al aumentar las precipitaciones atmósfericas.

Los aportes, transformaciones y pérdidas del nitrógeno en el suelo se esquematiza en el siguiente ciclo.

Como resultado en el suelo podemos encontrar nitrógeno orgánico (proteínico, ácidos nucleicos, azucares, ...) e inorgánico (NH4+, NO3-, NO2- ...). Siendo, generalmente, el órganico el más abundante (85 al 95% son valores normales).

El nitrógeno asimilable procede de diversas fuentes y está sometido a pérdidas por diversos mecanismos.

Básicamente el ciclo del nitrógeno se compone de cuatro tipos de procesos:

Fijación del nitrógeno molecular.

Puede realizarse bajo diferentes vías.

Fijación biológica simbiótica. El nitrógeno atmosférico es fijado por ciertos microorganismos en el suelo que actúan de manera simbiótica con las plantas (como plantas hospedadoras actuan, preferentemente, las leguminosas). El mecanismo es complejo, básicamente se admite que el N2 es transformado a NO3- por la actividad de bacterias del género rhizobium y es incorporado a estos organismos bajo la forma de aminoácidos. En ausencia de fertilizantes, éste es el proceso esencial para el crecimiento de las plantas.

Fijación biológica asimbiótica. Ciertos microorganismos pueden fijar nitrógeno sin recurrir a comportamientos simbióticos. Se trata de microorganismos heterótrofos frente al carbono y lo tienen que tomar de los azúcares, almidón, celulosas .... Son las bacterias heterótrofas, bacterias fotosintéticas y algas azules-verdes.

Fijación no biológica. El nitrógeno puede ser arrastrado directamente al suelo por las aguas de lluvia. Representa una vía muy poco importante frente a la fijación biológica.

Nitrificación. Es el proceso correspondiente a la oxidación del ión amonio a nitrato. Se desarrolla en dos etapas. En un primer paso, el ión amonio es oxidado a nitrito (reacción catalizada por bacterias nitrosomas) y en la segunda fase el nitrito pasa a nitrato (por la acción de la bacteria nitrobacter).

Reducción del ión nitrato. En ausencia de oxígeno (suelos saturados en agua) el nitrato evoluciona a amonio, interviniendo en el proceso reductor las bacterias nitrato-reductasa, siendo el nitrato el que actúa de aceptor de electrones en la oxidación de la materia orgánica.

Desnitrificación. Es otro proceso de reducción del ión nitrato, pero esta vez a nitrógeno molecular. En suelos completamente saturados en agua se produce un empobrecimiento en oxígeno y algunos organismos anaeróbicos tienen capacidad de obtener el oxígeno de los nitratos y nitritos con liberación simultánea de nitrógeno y de óxido nitroso.

Inversamente el nitrógeno mineral puede ser utilizado por los microorganismos del suelo y ser transformado en nitrógeno orgánico. Esta transformación se llama inmovilización biológica.

2.1 Tipos de fertilizantes nitrogenados

El nitrógeno añadido como abono, puede estar como urea, NH4+ y NO3-. Este nitrógeno sigue los mismos modelos de reacción que el nitrógeno liberado por los procesos bioquímicos a partir de residuos de plantas.

Así la urea es sometida a la amonificación (formación de NH4+) y nitrificación previas para su utilización por los microorganismos y plantas.

El amonio puede ser oxidado a NO3- y ser fijado por las partículas sólidas del suelo o utilizado sin cambio por los microorganismos y las plantas.

Los nitratos pueden ser absorbidos directamente por microorganismos y plantas o pueden perderse por volatilización y lavado.

2.2 Efectos secundarios del abonado nitrogenado

Aportación de nutrientes, aparte del nitrógeno, como S, Mg, Ca, Na y B.

Variación de la reacción el suelo (acidificación o alcalinización) .

Incremento de la actividad biológica del suelo con importantes efectos indirectos sobre la dinámica global de los nutrientes.

Daños por salinidad y contaminación de acuíferos, causados por una dosificación muy alta.

Daños causados por las impurezas y productos de descomposición.

Efecto secundario, herbicida y fungicida, de la cianamida cálcica.

2.3 Impacto ambiental del exceso de fertilizantes nitrogenados

Las sales de nitrato son muy solubles, por lo que la posibilidad de que se produzca la lixiviación del anión es elevada y más teniendo en cuenta el bajo poder de adsorción que presentan la mayoría de los suelos para las partículas cargadas negativamente.

El problema ambiental más importante relativo al ciclo del N, es la acumulación de nitratos en el subsuelo que, por lixiviación, pueden incorporarse a las aguas subterráneas o bien ser arrastrados hacia los cauces y reservorios superficiales. En estos medios los nitratos también actúan de fertilizantes de la vegetación acuática, de tal manera que, si se concentran, puede originarse la eutrofización del medio. En un medio eutrofizado, se produce la proliferación de especies como algas y otras plantas verdes que cubren la superficie. Esto trae como consecuencia un elevado consumo de oxígeno y su reducción en el medio acuático, así mismo dificulta la incidencia de la radiación solar por debajo de la superficie. Estos dos fenómenos producen una disminución de la capacidad autodepuradora del medio y una merma en la capacidad fotosintética de los organismos acuáticos.

La lixiviación de nitratos hacia el subsuelo puede contaminar los acuíferos subterráneos, creando graves problemas de salud si se consume agua rica en nitratos, debido a su transformación en nitritos por participación de unas bacterias existentes en el estómago y vejiga urinaria. A su vez los nitritos se transforman en ciertos compuestos cancerigenos (Nitrosaminas), que afectan al estómago e hígado.

La cantidad de nitratos que se lixivia hacia el subsuelo depende del régimen de pluviosidad y del tipo del suelo. La mayoría de los suelos poseen abundantes partículas coloidales, tanto orgánicas como inorgánicas, cargadas negativamente, con lo que repelerán a los aniones, y como consecuencia, estos suelos lixiviaran con facilidad a los nitratos. Por el contrario, muchos suelos tropicales adquieren carga positiva y por tanto, manifiestan una fuerte retención para los nitratos.

La textura de los suelo es un factor importante en relación con la lixiviación. Cuanto más fina sea la textura más capacidad de retención presentarán.

En la siguiente figura se muestra como al aumentar la dosis de fertilizante aumenta la lixiviación de los nitratos.

Por otra parte, para una misma dosis de fertilizante nitrogenado, por ejemplo 200 Kg/ha, la lixiviación es mayor cuando el suelo presenta un drenaje más alto. Así mismo, podemos evaluar el exceso de N que se puede producir en función de la cantidad de N fertilizante aplicado y del drenaje del suelo.

En las siguiente figura se muestra la reacción de los cultivos frente a la fertilización con nitrógeno, así como su distribución en la planta y en el suelo.

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