Fertilizantes nitrogenados, guerras mundiales y calentamiento global

Bajo el título de “Fertilizantes nitrogenados, guerras mundiales y calentamiento global”, el pasado 10 de octubre de 2013 participé en un ciclo de conferencias titulado “Hablando de Ciencia y Medio Ambiente”, organizado por el portal de divulgación científica “Hablando de Ciencia”. 
A continuación podéis leer un pequeño extracto de la charla, así como el vídeo de mi intervención. Espero que os guste.
“La agricultura es la actividad económica más importante a nivel mundial ya que se encarga de producir los alimentos que todos comemos, y al mismo tiempo, la que más repercusión tiene en el medio ambiente. Con la población de nuestro planeta incrementándose exponencialmente (las estimaciones de la ONU hablan de 10.000 millones de habitantes para 2050), el reto científico está en desarrollar una agricultura mucho más eficiente con un mínimo coste medioambiental. Así, la fertilización nitrogenada ha sido clave tanto en la mejora de la calidad como cantidad de los alimentos producidos en la actualidad, pero también es una de las que más contaminación produce, como la eutrofización por nitratos de aguas superficiales y subterráneas y la emisión de gases de efecto invernadero como el óxido nitroso. 

Para resaltar la dificultad de este reto, en esta charla haremos un pequeño viaje histórico sobre los fertilizantes nitrogenados, que va desde el siglo anterior con el descubrimiento de la Fijación Biológica de Nitrógeno, pasando por la producción de explosivos para las Guerras Mundiales, la posterior “revolución verde”, hasta nuestros días, en el que comentaremos brevemente algunos estudios científicos sobre contaminación de nitratos, concretamente en el Espacio Natural de Doñana, y el desarrollo de una alternativa menos contaminante, como son los cultivos de leguminosas y su papel en el calentamiento global.”
El nitrógeno es un elemento químico imprescindible para la agricultura siendo la base de muchos productos fertilizantes. Esto se debe a que está presente en muchas moléculas esenciales para la vida como las proteínas o el mismo ADN, por lo que está directamente relacionado con el crecimiento y el desarrollo de las plantas. Lo paradójico de este elemento es que aunque abunda en la naturaleza (cerca del 80% de la composición química de la atmósfera es nitrógeno gaseoso, N2), solo una pequeña parte es biodisponible, es decir, que puede ser asimilado por los seres vivos. Solo un pequeño número de moléculas nitrogenadas son las responsables de esto y sus transformaciones vienen recogidas esquemáticamente en lo que conocemos como el ciclo biogeoquímico del nitrógeno (Figura 1)

Procesos del ciclo del nitrógeno.

El ciclo del nitrógeno es uno de los más complicados y variables en la naturaleza debido a la reactividad química de las especies de nitrógeno implicadas. De forma resumida, empieza con la fijación de nitrógeno, que reduce el nitrógeno molecular (N2) a amonio (NH4+). Aquí se inicia la asimilación del N por los seres vivos (N-orgánico) incorporándose en moléculas vitales como las proteínas, el ADN, etc. Este proceso es reversible, es decir, también se puede formar amonio a partir de N-orgánico mediante la mineralización de la materia orgánica. El amonio, a su vez puede también transformarse en nitrato mediante el proceso de nitrificación, y ese a su vez, se puede transformar en nitrógeno molecular cerrando el ciclo mediante el proceso de desnitrificación
Cada uno de los procesos tiene sus peculiaridades y se produce en la naturaleza en unas condiciones determinadas. Lo que si tienen en común es que los microorganismos son los únicos seres vivos que intervienen en todos y cada uno de los procesos que constituyen el ciclo del nitrógeno. El estudio de la microbiología del ciclo del nitrógeno es muy antiguo y sigue siendo hoy en día, uno de los principales temas de investigación en las ciencias agrícolas.

El caso de la Fijación de nitrógeno.

Posiblemente, uno de los procesos más importantes de este ciclo (desde el punto de vista fertilizante) es el primero, la fijación de nitrógeno, donde el N2 gaseoso es transformado en amonio (la principal molécula nitrogenada bioasimilable). Este proceso se produce de forma natural gracias a la actividad de unos microorganismos que poseen una de las enzimas más importantes de la naturaleza, la nitrogenasa.

Fuente: Nature

Estos microorganismos pueden fijar nitrógeno por si mismos o formando simbiosis con plantas (como las leguminosas). Además, la fijación de nitrógeno tiene también su versión industrial, el conocido proceso Haber-Bosch del que ya os hablé en el blog (ENLACE-1 y ENLACE-2).

Alteraciones antrópicas del ciclo del nitrógeno

El proceso de Haber-Bosch supuso una gran modificación del ciclo natural del nitrógeno, al incrementarse de forma considerable el nitrógeno fijado. Aunque inicialmente el proceso industrial se inventó para la fabricación de explosivos (TNT), en los últimos 50 años se ha destinado principalmente para la producción de fertilizantes nitrogenados. Este hecho generó un incremento considerable en la fertilidad de los campos y la producción agrícola (la famosa “Revolución Verde”), dando de comer a mucha gente. Por desgracia, el abuso en la fertilización nitrogenada durante décadas ha generado muchos ejemplos de contaminación por nitratos de aguas superficiales y subterráneas (eutrofización) e incluso, la emisión de uno de los principales gases de efecto invernadero, el óxido nitroso (N2O).
Para profundizar:
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