Nitrogeno de los Fertilizantes

Nitrógeno de los Fertilizantes: Algo Demasiado Bueno

Por Beth Nolte

Los fertilizantes son sustancias quÍmicas que se utilizan en el suelo para ayudar el crecimiento de mÁs plantas. Contienen residuos vegetales y animales reutilizables, como el estiÉrcol, o una mezcla de sustancias quÍmicas elaboradas por el hombre. Desafortunadamente, muchos granjeros y jardineros usan demasiados fertilizantes, cuyo exceso contamina el medio ambiente, lo cual causa problemas de salud para los humanos y los animales.

Entre todas las sustancias quÍmicas que contienen los fertilizantes, tres son indispensables para el crecimiento de las plantas: el nitrógeno, el fósforo y el potasio. De esos tres, el nitrógeno es el que mÁs daÑo ha causado al medio ambiente. Cuando es liberado al medio ambiente, el nitrógeno de los fertilizantes forma compuestos que pueden contribuir al cambio climÁtico y crea condiciones en las que peces y otras criaturas marinas no pueden sobrevivir.

¿QuÉ podemos hacer al respecto? La disminución de los residuos de fertilizantes es en gran parte la solución al problema y esto implica prestar mayor atención a la forma en la que cultivamos nuestros alimentos. Algunos cientÍficos defienden el cultivo de alimentos en las pequeÑas granjas en lugar de grandes granjas industriales. De esta manera, es mÁs fÁcil controlar la cantidad de nitrógeno utilizado por las plantas. Otros cientÍficos estÁn plantando nuevos cultivos que viven durante tres o mÁs aÑos, en lugar de los cultivos mÁs comunes, que sólo viven un aÑo.

Los fertilizantes y el ciclo del nitrógeno

Tal vez resulte sorprendente que las plantas necesiten una fuente adicional de nitrógeno, ya que casi el 80% del aire se compone de nitrógeno. Sin embargo, el nitrógeno en el aire se presenta en forma de molÉculas N2, que son poco reactivas y no ayudan al crecimiento de las plantas. En su lugar, los fertilizantes ofrecen una forma de nitrógeno que puede ser utilizada por las plantas, llamada nitrógeno “fijo”.

No obstante, existen excepciones. Algunas plantas, como la soja, las arvejas y el trÉbol, pueden utilizar el nitrógeno del aire. Esto es asÍ porque contienen bacteria simbiótica que crece en sus raÍces Estas bacterias tienen la capacidad inusual de convertir el nitrógeno atmosfÉrico (N2) en una forma que puede utilizarse quÍmicamente.

¿QuÉ sucede cuando rociamos el suelo con fertilizante? El nitrógeno del fertilizante es absorbido por las plantas para ayudarlas a crecer. Pero si hay demasiado nitrógeno presente, lo cual sucede cuando se usa demasiado fertilizante, una parte de ese nitrógeno no vuelve a la atmósfera, y en su lugar contribuye a la contaminación del medio ambiente.

La forma en que las plantas utilizan el nitrógeno y Éste vuelve al medio ambiente es parte de un ciclo natural llamado el ciclo del nitrógeno. Para entender cómo funciona, veamos cómo el nitrógeno es absorbido por las plantas.

En el suelo o en un fertilizante, el nitrógeno, se encuentra en forma de amonÍaco (NH3) o ión de amonio (NH4+). Las bacterias y los hongos presentes en el suelo convierten al amonÍaco en iones de amonio. Luego, las bacterias del suelo pertenecientes a la especie Nitrosomonas convierten los iones de amonio en iones de nitrito de (NO2), que luego se convierten en iones de nitrato (NO3) a travÉs de bacterias de la especie Nitrobacter.

En las raÍces de algunas plantas, como la soja, las arvejas y el trÉbol, habitan bacterias que convierten el gas nitrógeno (N2) del aire en iones de amonio, que luego son absorbidos por las plantas. La conversión de gas nitrógeno en una forma de nitrógeno que puede ser utilizado por las plantas se llama fijación de nitrógeno.

La fijación de nitrógeno tambiÉn puede ocurrir ante la presencia de un relÁmpago, ya que Éste tiene una fuerte carga elÉctrica que puede romper las molÉculas de nitrógeno. Luego, los Átomos de nitrógeno se unen al oxÍgeno presente en el aire para formar óxidos de nitrógeno. Estos óxidos se disuelven en la lluvia, formando nitratos que luego son llevados al suelo. Este tipo de fijación de nitrógeno contribuye con un 5 % al 8% del total del nitrógeno fijado.

Luego, los animales se alimentan de estas plantas y otros animales se alimentan de esos animales. Cuando estas plantas y animales mueren, las bacterias, el moho y los hongos absorben el nitrógeno del material muerto y lo convierten en amonÍaco e iones de amonio. Otras bacterias convierten estos compuestos en nitrógeno gaseoso, que va a la atmósfera. AsÍ se completa el ciclo del nitrógeno.

Exceso de fertilizante = DaÑos para el Medio Ambiente

Cuando se aplica demasiado fertilizante al suelo, el exceso se filtra en las aguas subterrÁneas y fluye hacia rÍos y lagos, y finalmente hacia ocÉanos, donde puede causar problemas para la vida marina. Primero, los nitratos del fertilizante ayudan a que crezcan mÁs algas de lo habitual. Luego, cuando estas algas mueren, caen al fondo del ocÉano y son descompuestas por las bacterias. Para lograr esto, las bacterias usan el oxÍgeno disuelto en el agua. Cuando el nÚmero de algas muertas exceden lo habitual, las bacterias pueden utilizar todo el oxÍgeno presente en el agua y, en consecuencia, los peces y otras especies marinas no pueden respirar y mueren.

Los nitratos presentes en los fertilizantes tambiÉn pueden convertirse en óxido nitroso (N2O), que se libera en el aire. Este gas contribuye al cambio climÁtico global y reduce la cantidad de ozono (O3) presente en la estratósfera. El ozono es una sustancia quÍmica que absorbe una gran parte de la radiación ultravioleta, muy daÑina, que proviene del sol. La estratósfera es la capa de la atmósfera, situada entre 6 y 30 millas sobre la superficie de la Tierra.

¿QuÉ tan grave es la situación? James Galloway, profesor de ciencias ambientales en la Universidad de Virginia, en Charlottesville, explica que por el hecho de que las plantas no utilizan el oxÍgeno eficientemente, sólo entre el 10% y 15% de nitrógeno termina en los alimentos que consumimos. El resto es arrastrado a los rÍos y a los lagos.

A nivel mundial, la cantidad de nitrógeno que se desperdicia en el medio ambiente es aun mayor. En 1990, los fertilizantes proporcionan 110 mil millones de kilogramos de nitrógeno para la producción de alimentos. El cuerpo humano tan sólo requiere 2 kilogramos al aÑo de nitrógeno en los alimentos que consume. Entonces, si en 1990 calculamos una población mundial de 5.3 mil millones de personas, sólo se necesitaron 10 mil millones de kilogramos de nitrógeno.

No sólo el nitrógeno de los fertilizantes es llevado a los lagos y a los rÍos o se evapora en el aire; tambiÉn se puede depositar desde el aire en la superficie de la Tierra donde, ademÁs puede contaminar el medio ambiente.

Granjas pequeÑas versus granjas grandes

¿Las grandes granjas industriales producen mÁs contaminación a causa del nitrógeno que las granjas pequeÑas? Algunos estudios realizados por la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos han demostrado que es asÍ.

La fuente principal de esa contaminación proviene del almacenamiento y la disposición de desechos animales, que por lo general se rocÍa como fertilizador sobre los campos. Estos desechos animales se almacenan en tanques gigantes que pueden almacenar millones de galones de estiÉrcol y orina. Estos tanques muchas veces tienen fugas, rupturas o desbordamientos, que causan daÑos devastadores al medio ambiente.

El otro problema es que con el fin de deshacerse de los desechos, se aplica demasiado a los campos agrÍcolas.. La sobrecarga es llevada a los sistemas acuÁticos. Algunos cientÍficos observaron que estos problemas no ocurren en las granjas pequeÑas, donde la cantidad de desechos animales se puede manejar con mayor facilidad.

Cultivos de larga vida

Todos los aÑos, los granjeros siembran semillas, esperan que los cultivos crezcan y luego los cosechan. Sin embargo, en el futuro todo esto puede cambiar. CientÍficos del Land Institute en Salina, Kansas, estÁn produciendo nuevos cultivos que vivirÁn por varios aÑos. De esta manera, los granjeros no tendrÍan que volver a sembrar cada aÑo y, en consecuencia, utilizarÍan menos fertilizantes.

Las plantas que pueden vivir durante aÑos se denominan perennes. Sin embargo, la mayor parte de los cultivos sólo viven por una temporada de cosecha, por lo cual se los denomina anuales. Al producir cultivos anuales con sus parientes perennes, los cientÍficos en el Land Insitute han creado plantas que tienen las ventajas de ambos: la alta productividad de las anuales en una planta perenne de larga vida. El objetivo es poder crear trigo, maÍz, sorgo y girasol perennes.

Si esto llegara a ocurrir, estarÍamos frente un gran logro, que cambiarÍa el proceso de cultivo tal como lo conocemos en la actualidad. Las nuevas plantas hÍbridas perennes tendrÍan raÍces mÁs desarrolladas que los cultivos anuales, creando un nicho para que los microorganismos puedan vivir y producir un suelo saludable..

Jerry Glover, agroecólogo en el Land Institute y algunos de sus colegas predicen que dentro de los próximos 25 a 50 aÑos serÁ posible cosechar cultivos perennes. Si bien se trata de un futuro no muy cercano, es una buena opción para reducir los desechos de fertilizantes e incrementar la producción de los cultivos.

Referencias seleccionadas

Altieri, M. A. PequeÑas Granjas como un Recurso de EcologÍa Planetaria: Cinco Motivos Clave para esta a favor de la Revitalización de las PequeÑas Granjas en el Sur Global:

http://www.foodfirst.org/en/node/2115 [Dic. 2009].

Galloway, J. N. et al. Transformation of the Nitrogen Cycle: Recent Trends, Questions, and Potential Solutions (Transformación del Ciclo del Nitrógeno: Tendencias actuales, Preguntas y Posibles Soluciones). Science, 16 de mayo de 2008, 320, pp 889–892.

Glover, J. D. et al., Future Farming: A Return to Roots? (La Agricultura del futuro: ¿Un retorno a las raÍces?) Scientific American, Aug 2007, pp 82–89: http://www.landinstitute.org/pages/Glover-et-al-2007-Sci-Am.pdf [Dic 2009].

------------------------

Beth Nolte es escritora cientÍfica en Louisville, Kentucky. Este es su primer artÍculo para ChemMatters.

Sidebar 1: Cultivos orgÁnicos

Para reducir la contaminación que provienen de los compuestos de nitrógeno en los fertilizantes, algunos granjeros defienden el uso exclusivo de fertilizantes naturales, como el estiÉrcol animal, plantas descompuestas o un material de animales llamado composta y una especia de vegetación llamada estiÉrcol verde. Estos granjeros no usan fertilizantes que contengan sustancias quÍmicas sintÉticas ni minerales, debido a que los fertilizantes de ese tipo liberan mÁs nitrógeno al medio ambiente que los fertilizantes naturales.

La cantidad de cultivos orgÁnicos se ha incrementado con los aÑos. En 2007, se trataba de una industria de $46 mil millones, con aproximadamente 32 millones de hectÁreas (80 millones de acres), cultivadas orgÁnicamente en todo el mundo.

Adam Barr es granjero orgÁnico, propietario de una granja que ya lleva siete generaciones en Meade County, Kentucky, aproximadamente a una hora de distancia de Louisville. Barr y su familia no usan fertilizantes artificiales para cultivar vegetales o producir carne de ternera y de pollo.

Luciendo un sombrero de visera ancha, Barr se apoya en la parte trasera de su camioneta, que actÚa como puesto granjero en el mercado local. Vende cebollas, zanahorias y carne. TambiÉn distribuye cajas de vegetales frescos a clientes que se suscriben a un programa llamado Agricultura Financiada por la Comunidad. A travÉs de este programa, las personas pueden inscribirse al comienzo de la temporada y pagar una cuota por adelantado. Luego, cada semana durante la temporada de cosecha, recogen lo que se produjo en la semana. Los clientes de Barr compran vegetales frescos a mejor precio que el de venta al por menor y, a su vez experimentan los altibajos de la temporada de cosecha.

Los granjeros orgÁnicos se aseguran de que el suelo contenga nitrógeno para el crecimiento de las plantas y que no se filtre. En la pollerÍa de la granja Barr, se rocÍa aserrÍn sobre el suelo, para atrapar y estabilizar el nitrógeno de los desechos de los pollos. El carbón, basado en la capa de aserrÍn atrapa el amonÍaco y evita que se escape en el aire. Durante la primavera, el suelo se rocÍa con una fina capa de aserrÍn para darle un estÍmulo de nitrógeno.

SegÚn Barr, el cultivo de alimentos implica entender el ciclo de vida de las plantas y de los animales”. “La vida y la muerte son dos extremos de un mismo lazo”, explica. “Observas lo que sucede naturalmente con el ganado y las plantas y todo se trata de que trabajen en armonÍa”.

—Beth Nolte

Sidebar 2: El Proceso de Haber-Bosch: la QuÍmica que modificó la forma como cultivamos.

La fijación de nitrógeno es un proceso mediante el cual los enlaces bien estables entre los Átomos de nitrógeno (N2) se rompen, dejando que los compuestos de nitrógeno que las plantas pueden utilizar se formen. En la naturaleza, la fijación de nitrógeno se lleva a cabo por bacterias que se adhieren a las raÍces de ciertos tipos de plantas llamadas legumbres, que incluyen arvejas, frijoles, lentejas y manÍes.

A comienzos del siglo 20, los quÍmicos alemanes Fritz Haber y Carl Bosch desarrollaron un proceso que puso el poder de fijación del nitrógeno en las manos del hombre. El proceso toma nitrógeno del aire (N2) y lo combina con hidrógeno (H2) para crear amonÍaco (NH3):

N2 + 3H2 → 2 NH3

La reacción requiere hierro metÁlico para que actÚe como catalizador y se lleva a cabo a alta presión (entre 150 y 200 veces la presión atmosfÉrica) y a altas temperaturas (300–550 °C).

La primera vez que se produjo amonÍaco en cantidades industriales fue en una fÁbrica de Alemania en 1913. Para la dÉcada de 1930, cientÍficos estadounidenses descubrieron cómo aplicar amonÍaco al suelo en forma de fertilizante. El nitrógeno en el amonÍaco ayudó a los granjeros a incrementar el rendimiento de sus cosechas. La disponibilidad y el uso de fertilizantes con el tiempo cambio la escala de la agricultura en el modelo industrial que tenemos actualmente.

Haber y Bosch obtuvieron Premios Nobel en QuÍmica en 1918 y 1931, respectivamente.

—Beth Nolte