El progreso de la humanidad se sustenta en gran medida en los hallazgos de la ciencia. Así ocurrió, a comienzos del siglo pasado, cuando se produjo el crecimiento exponencial en la producción de la agricultura.
Se hizo posible cuando dos químicos alemanes diseñaron un método para fabricar amoniaco líquido, uno de los ingredientes imprescindibles en la composición de los fertilizantes sintéticos. Fijar el nitrógeno mediante un proceso industrial supuso un extraordinario avance agrícola para alimentar a una población mundial en rápido crecimiento.
El amoniaco líquido se elabora a partir de la combinación de hidrógeno con el nitrógeno, gas que permanece inerte naturalmente en el aire en grandes proporciones (78%) y que sin embargo los vegetales no pueden fijar directamente.
Entonces nadie pudo prever que un elemento esencial para la vida en nuestro planeta como es el nitrógeno (componente vital del ADN y de las proteínas de cualquier forma de vida en el planeta) con su exceso durante el uso de los fertilizantes sintéticos se convertiría en compuestos nitrogenados que, al retornar al suelo, agua y aire, haría que el nitrógeno se volviese nocivo para la vida. En la actualidad es uno de los mayores problemas medioambientales que enfrenta la humanidad.
De hecho la planta solo aprovecha entre el 30 y el 50% del fertilizante sintético utilizado. El resto del nitrógeno se desnitrifica, percola en el suelo en forma de nitratos que pasan al agua subterránea y se volatiliza en el aire (Danso&Eskew, 1984).
Al entrar en contacto con la atmósfera es cuando se produce su oxidación, formando los denominados óxidos del nitrógeno (NOx) que son básicamente monóxido y dióxido de nitrógeno. Son gases que inciden en mayor medida, junto a otros gases presentes en grandes proporciones en el aire, como el dióxido de carbono y el metano, al efecto invernadero destructor de la capa de ozono que impulsa el cambio climático.
La presencia de los compuestos nitrogenados en el aire afecta gravemente a la salud de la ciudadanía. En general perjudica a las vías respiratorias causando diversas afecciones, pero también incide en el sistema circulatorio e inmunitario, y ha demostrado una vinculación con patologías desarrolladas en órganos como el hígado y el bazo.
Para evitar que los daños en la salud se agraven por el uso de fertilizantes sintéticos y con ello se produzca la presencia de gases contaminantes en el aire como los óxidos de nitrógeno, es imprescindible una detección temprana que posibilite una alerta en el que caso de que alguno de ellos supere los valores preestablecidos; dato que favorecerá la toma de decisiones eficiente de los gestores. Asimismo, es necesario controlar el impacto ambiental que ocasiona la industria productora de fertilizantes.
Impacto de la industria de fertilizantes en la calidad del aire
Para que los agricultores logren una mayor y mejorada producción en sus plantaciones, la industria de fabricación de fertilizantes sintéticos ha de realizar un control y previsión, conforme a las regulaciones establecidas por ley, que minimicen los riesgos ambientales originados durante los procesos químicos (disolución con ácidos, presión, altas temperaturas, etc.) empleados durante su elaboración.
En los procesos de fabricación es habitual que se emitan al aire partículas de hollín y polvo junto a gases contaminantes como el óxido de azufre (SOx), amoniaco (NH3) y subproductos nitrogenados como el óxido nítrico (NO) y el dióxido de nitrógeno (NO2) que se suman a emisiones de solventes volátiles con un alto poder contaminante. Todos ellos afectan directamente al medioambiente, así como a la salud humana
Fertilización de campo agrícola
Tipos de fertilizantes
Los fertilizantes agrícolas complementan el desarrollo vegetativo de los cultivos aportando aquellos nutrientes que son más escasos en el suelo para, de este modo, favorecer que las plantas crezcan y se reproduzcan adecuadamente.
Su forma de actuar se basa en el aporte de tres elementos químicos esenciales: nitrógeno, fósforo y potasio. A su composición se añaden otros micronutrientes como el zinc, hierro, manganeso, cobre, etc. que, a su vez, aportan mejoras en el rendimiento y fomentan el estado saludable de las plantas en cultivo.
Según el origen de los nutrientes en que se base la composición del fertilizante se distinguen:
Fertilizantes orgánicos
El estiércol, obtenido de los excrementos de los animales domésticos y restos vegetales, ha sido empleado tradicionalmente como fuente de materiales carbonados para estimular el desarrollo de los cultivos. Lo hacen gracias a que los microorganismos del suelo los degradan y convierten en nutrientes minerales que pueden ser asimilados por las plantas al incorporarlos gradualmente. Su aporte de materia orgánica al suelo favorece que este no pierda fertilidad. A su vez contribuyen a su porosidad y permeabilidad, factores físicos imprescindibles para la adecuada retención del agua. Este tipo de fertilizante es el más empleado en la agricultura ecológica.
Fertilizantes sintéticos o inorgánicos
Denominados a su vez fertilizantes químicos porque basan su origen en reacciones químicas industriales que permiten degradar elementos inorgánicos como sales, gases y rocas. Son los fertilizantes más empleados en agricultura por facilitar la disponibilidad de los nutrientes a la planta con mayor rapidez. Mejoran los cultivos por la fácil absorción que suponen para las plantas e inciden en el aumento de las cosechas. Su uso eficaz, que no genere excedentes que contaminen el medioambiente, así como los avances tecnológicos de la industria de fertilizantes están minimizando los efectos tóxicos que este tipo de fertilizantes químicos generan en la salud y seguridad de las personas, así como en la fauna y flora del entorno natural.
Biofertilizantes
Se denomina así a aquellos fertilizantes que emplean microorganismos vivos para nutrir a las plantas. Estimulan los procesos biológicos en los cultivos y mejorar su eficiencia en la absorción de nutrientes. No generan excedentes nocivos que permanezcan en el suelo o contaminen el agua o el aire por lo que son muy utilizados en la agricultura ecológica.
Abonos orgánicos-minerales
Poseen un origen mineral que se ve complementado durante su fabricación química por mezcla con nutrientes orgánicos procedentes de materiales carbonados de origen animal o vegetal. Además de favorecer la nutrición de las plantas contribuyen a mejorar las propiedades del suelo.
Tipos de contaminación provocados por los fertilizantes
Si bien la industria de los fertilizantes resulta imprescindible para la agricultura moderna que sustenta la alimentación mundial, el uso excesivo de fertilizantes sintéticos está generando un grave impacto en el medioambiente.
El nitrógeno liberado a través de los fertilizantes sintéticos retorna al medioambiente en forma de óxidos nitrogenados que afectan a:
Atmósfera
El nitrógeno excedente vuelve a la atmósfera en forma de óxidos nitrogenados cuya contribución al efecto invernadero es 300 veces más nociva que la provocada por el dióxido de carbono.
Suelo
Asimismo, los fertilizantes empleados en exceso hacen que el nitrógeno permanezca en el suelo afectando a su microbiología al mismo tiempo que altera la proporción de carbono y fósforo. Eutrofiza el terreno por exceso de nutrientes e incluso acidifica los campos de cultivo; lo que conlleva pérdida de fertilidad y desequilibrio en las propiedades fisicoquímicas de la estructura del suelo (Pahalvi et al., 2021).
Agua
Además, con la escorrentía y lixiviación de los suelos agrícolas, el nitrógeno se incorpora, como nitritos y nitratos, a las aguas subterráneas, masas de agua continentales como lagos y charcas, así como a los océanos.
De este modo entra en el ciclo del agua, contaminando las fuentes de obtención de agua para los diferentes usos humanos. Un grave problema ambiental que afecta a su vez a la biodiversidad, al alterar el medio natural de muchas especies de flora y fauna que dependen del agua para su supervivencia.
Su incidencia directa sobre los ecosistemas acuáticos produce una eutrofización que altera las condiciones del agua al impedir el paso de la luz y disminuir el oxígeno disuelto lo que deteriora gravemente el estado de conservación de la fauna y flora ligada al agua.
Directiva comunitaria sobre nitratos (clic para ampliar)
Problemas de salud derivados del uso de fertilizantes
Si bien el nitrógeno resulta esencial para el crecimiento de los cultivos agrícolas, su utilización en exceso a través de los fertilizantes origina daños a la salud y al medioambiente.
Cada año mueren de forma prematura cerca de siete millones de personas, lo que origina un impacto económico de ocho billones de euros anuales por enfermedades desarrolladas a partir de la contaminación del aire que respiramos, tanto en exposición al aire libre como en espacios interiores.
Entre los gases contaminantes que permanecen en la atmósfera se hallan en notable proporción, los óxidos nitrogenados procedentes del uso de fertilizantes inorgánicos. Respirarlos causa graves daños en la salud de la humanidad como afecciones respiratorias, alteración del sistema circulatorio o daños en órganos como el hígado y bazo.
En países considerados como el granero del mundo, como India, la industrialización de la agricultura no solo mitiga la hambruna de su población, sino que ha supuesto una fuente de trastornos endocrinos y neurotóxicos, enfermedades respiratorias, y presenta una dramática incidencia en el cáncer de vejiga, ovárico y linfático.
Agricultores en campos de cultivo
En el estado indio de Punyab, con enormes extensiones destinadas a la agricultura, el empeoramiento de la salud de los agricultores y sus familias ha demostrado estar en relación directa con el uso de fertilizantes y pesticidas. Su empleo se incrementa a medida que se agota la fertilidad del suelo, ya que disminuyen sus capacidades para retener agua y nutrientes, lo que requiere que se utilicen mayores cantidades de fertilizantes sintéticos para sacar adelante las cosechas.
Hace 30 años solo sulfatábamos los campos dos veces al año. Ahora usamos químicos cuatro o cinco veces”
Una acción rápida para atajar este grave problema de contaminación del aire que afecta a la salud de la humanidad requiere que disminuyan las causas que originan la destrucción de la capa de ozono mediante la monitorización continua y regulación de la presencia y proporción existente en el aire de los óxidos nitrogenados.
Aunque buena parte de la polución causada por los gases procede de la combustión de los vehículos y la industria energética, las modernas explotaciones agrícolas que emplean abundantes fertilizantes sintéticos y pesticidas también suponen una contribución significativa.
Estrategias para reducir el uso de fertilizantes agrícolas
Evitar la liberación del nitrógeno excedente de los fertilizantes sintéticos a la atmósfera es uno de los grandes desafíos tanto para la ciencia y la investigación industrial como para la adecuación en las normativas de su uso.
En primer lugar, hay que conseguir mediciones precisas de las emisiones agrícolas sin por ello detener la producción básica de los alimentos necesarios para la alimentación mundial. Asimismo, las políticas deben equilibrar los ámbitos sociales y políticos para minimizar su incidencia en la atmósfera ya que afecta tanto al medioambiente como a la salud de las personas (Aneja et al., 2009).
Entre las medidas a tomar hay que utilizar los fertilizantes en las proporciones y composición idóneas para las necesidades de cada tipo de cultivo. Asimismo, hay que aplicar los nutrientes solo bajo condiciones ambientales adecuadas para que incidan únicamente en el crecimiento vegetativo de los cultivos y no se ocasionen pérdidas de fertilizantes porque su destino final será el medioambiente.
Es necesario implementar el uso de fertilizantes orgánicos y minerales ya que aporta nutrientes a las plantas y mejora los cultivos agrícolas de una manera más equilibrada para el suelo y sin emitir derivados sintéticos que contaminen suelo, agua y aire y no afecten a la diversidad natural.
Para ello hay que incentivar cosechas libres de residuos de fertilizantes como los nitratos mediante prácticas agrícolas sostenibles, como la rotación de cultivos y la agricultura orgánica. Técnicas que han irrumpido entre las actividades agrícolas modernas como una eficaz vía para conferir un alto valor añadido a los productos y, al mismo tiempo, mitigar el impacto de los fertilizantes de origen químico en la salud humana y el medioambiente.
Aparte de fomentar un uso eficiente de los fertilizantes de origen químico hay que mejorar el proceso natural de fijación biológica del nitrógeno molecular (N2). Era en lo que se fundamentaba la agricultura antes de que se iniciase la manufactura de fertilizantes sintéticos.
Si bien ninguna planta es capaz por sí misma de fijar el nitrógeno molecular de forma biológica, con la simbiosis con microorganismos, que rompen la estable molécula de nitrógeno para después formar amoniaco y nitratos, es posible lograrlo en algunos cultivos. Aunque no ocurre así con el trigo, arroz maíz, la base alimenticia de la mayor parte de la humanidad. Otras plantas cultivadas como los guisantes, judías y lentejas son capaces de realizar la fijación biológica del nitrógeno gracias a la ayuda de bacterias.
Actualmente se investiga una revolucionaria tecnología (N-Fix) respetuosa con el medioambiente que permite a las plantas tomar el nitrógeno directamente del aire para convertirlo en amoniaco. La tecnología N-Fix lo ha logrado mediante la estimulación de las plantas con la introducción de bacterias fijadoras del nitrógeno en las raíces de la mayoría de las plantas cultivadas.
Con el fundamento de imitar a la naturaleza, la permacultura busca la sostenibilidad de los cultivos y al mismo tiempo causar un nulo riesgo ambiental mediante el fomento de una agricultura que imita los procesos naturales.
Así, en la agroforestería se integran los árboles (silvicultura) junto a las plantas cultivadas y la actividad ganadera para, al crecer juntos, obtener beneficios mutuos respecto a nutrientes y disponibilidad de múltiples recursos. Los policultivos o cultivos mixtos favorecen que diferentes plantas compartan un mismo espacio promoviendo la biodiversidad, optimicen recursos, mejoren la fertilidad del suelo y eviten plagas y enfermedades. Los cultivos en bancales, hileras o en espiral también han demostrado que son beneficiosos para los agricultores como para el medioambiente mejorando, al mismo tiempo, la composición del suelo y la optimización del agua al mejorar el drenaje del suelo.
Soluciones para la directiva sobre nitratos (clic para ampliar)
Hay muchas maneras de lograr una agricultura que preserve el medioambiente y contribuya a la acción climática. Una producción responsable, necesaria para la salud y bienestar de los seres vivos del planeta, es esencial para alcanzar la seguridad alimentaria, así como para no alterar la calidad del aire que respiramos.
Fertilizantes químicos contra fertilizantes ecológicos
Para una transición hacia prácticas agrícolas más respetuosas y sostenibles respecto a la salud del planeta y sus habitantes hay que fomentar el uso de fertilizantes orgánicos o ecológicos. Al no aportar nitrógeno, mediante un compuesto sintético como el amoniaco líquido, no resultan dañinos y destacan como alternativa crucial para afrontar la problemática contaminación que generan los fertilizantes sintéticos.
Los fertilizantes orgánicos, al estar constituidos de material carbonado, ofrecen una absorción más gradual por las plantas. Los microorganismos del suelo han de actuar degradándolos antes de que la planta los pueda aprovechar. No obstante, dicho proceso natural garantiza la disponibilidad de nutrientes complementarios en el suelo durante un mayor tiempo.
Sin embargo, en el caso de los fertilizantes sintéticos la disponibilidad de los nutrientes es inmediata para las plantas, lo que favorece una incorporación rápida al sistema vascular para su aprovechamiento por la planta y, de igual manera, supone una mejora sustanciosa en el crecimiento de las cosechas.
Los fertilizantes orgánicos que añaden compuestos minerales procedentes de sales y rocas son también más sostenibles para el medioambiente porque no necesitan procesos químicos para su elaboración. No obstante, aunque son inocuos para el entorno y nutren a las plantas, el nitrógeno está presente en su composición en más baja proporción que en los fertilizantes sintéticos.
Tractor esparciendo fertilizante en cultivo
Medir el impacto medioambiental con sensores Kunak AIR
Los fertilizantes sintéticos afectan a la atmósfera al liberar nitrógeno reactivo que se oxida convirtiéndose en monóxido y dióxido de nitrógeno (NOx). Este proceso conduce a diversos problemas ambientales, entre ellos que dichos gases son sumamente perjudiciales para la capa de ozono (O3). Con cuya destrucción se incentiva el efecto invernadero que acelera el calentamiento global.
Ante unas prácticas agrícolas generadoras del 60 al 70% de emisiones de óxido nitroso al aire por el uso de fertilizantes químicos, resulta crucial promover el uso de fertilizantes menos contaminantes para la atmósfera, así como disponer de datos precisos y adecuados para estimar la presencia y proporción de óxidos nitrogenados (dióxido y monóxido de nitrógeno) en la atmósfera y controlar los niveles de ozono.
La industria productora de fertilizantes sintéticos puede mitigar sus emisiones contaminantes que alteran la calidad del aire mediante la instalación de un anillo perimetral de sensores que controle sus emisiones en gases contaminantes. Así evitará no exceder los límites legalmente establecidos.
Dicha monitorización permitiría, a su vez, la detección temprana y activación de sistemas de alerta ante anomalías como la fuga de gases contaminantes causada por problemas o anomalías durante el proceso productivo, evitando incurrir en gastos extraordinarios en tareas de mantenimiento y reparaciones.
Aunque factores ambientales como la humedad, la temperatura y el tipo de suelo afecten al ciclo del nitrógeno en la agricultura y, por tanto, a los gases contaminantes que se emiten a la atmósfera por el uso de fertilizantes sintéticos, es recomendable hacer una monitorización continua de los gases.
El despliegue de una red de estaciones Kunak AIR en zonas agrícolas, alimentadas por paneles solares, permitirá detectar la presencia de los compuestos nitrogenados en el aire durante la época en que se aplican los fertilizantes sintéticos a las plantas.
Asimismo, es conveniente realizar monitorizaciones en tiempo real para detectar momentos críticos durante el crecimiento vegetal que supongan liberación del nitrógeno al aire, los cuales acabarán convirtiéndose en emisiones que alteren la calidad del aire por los excedentes nitrogenados emitidos.
De igual modo, para proteger la salud de las personas y el medioambiente, es preciso disponer de una red de monitorización perimetral en las plantas de producción de los fertilizantes para el control de otros contaminantes derivados del proceso productivo como el óxido de azufre (SOx), amoniaco (NH3) y subproductos nitrogenados como el óxido nítrico (NO) y el dióxido de nitrógeno (NO2) que se suman a emisiones de solventes volátiles con un alto poder contaminante.
El análisis de los datos recopilados por la red de sensores a través de herramientas, como el software Kunak AIR Cloud, permiten tener un control exhaustivo de los niveles de aquellos contaminantes que inciden de forma más notoria en la calidad del aire y con ello fomentar la sostenibilidad en la agricultura.
Fuentes y referencias
Legislación española sobre fertilizantes
Aneja, V. P., Schlesinger, W. H., & Erisman, J. W. Effects of agriculture upon the air quality and climate: research, policy, and regulations. Environmental Science & Technology, 2009 43 (12), 4234-4240.
Pahalvi, H. N., Rafiya, L., Rashid, S., Nisar, B., & Kamili, A. N. (2021). Chemical fertilizers and their impact on soil health. Microbiota and Biofertilizers, Vol 2: Ecofriendly Tools for Reclamation of Degraded Soil Environs, 1-20.
Danso, K. A., & Eskew, D. L. (1984). Aumento de la capacidad de fijación biológica de nitrógeno. Agricultura y alimentación. OIEA, 26(2), 29-33.
