Lección 3. Polución por fertilizantes.

3.1. Ciclos del nitrógeno y fósforo en suelos agrícolas. 3.1.1. Ciclo del nitrógeno. 3.1.2. Ciclo del fósforo.3.2. Revisión histórica del uso de los fertilizantes.3.3. Eutrofización.3.4. Papel de la agricultura en la eutrofización.3.5. Fertilizantes orgánicos.3.6. El problema de los nitratos y nitritos.3.7. Control del impacto de los fertilizantes sobre la calidad del agua.3.8. Consideraciones económicas de las pérdidas de nutrientes.

3.1. Ciclos del nitrógeno y fósforo en suelos agrícolas. 3.1.1. Ciclo del nitrógeno.

- N: 9 estados de oxidación química.- Ciclo del N: det. x bacterias plantas y variables amb.- Ppales. formas del N: N2 (atm.), N org., amonio, nitratos, nitritos, N del sedimento.- Ppal. reserva de N del suelo: N org.

Reacciones:- Mineralización de N org.: - N org. aa y aminoazúcares - aa y aminoazúcares NH4

+

- Hidrólisis urea animal: C(NH2)2 + H2O ureasa2 NH3 + CO2

- Inmobilización: NH4

+,, NO3- µorg y plantas N org.

- Nitrificación:NH4

+,+ 3/2 O2 Nitrosomas NO2- + H2O + 2 H+

NO2-,+ 1/2 O2 Nitrobacter NO3

-

- Desnitrificación:2 NO3

-,+ 12 H+ + 10 e- N2 + 6 H2O

- Fijación:N2 + 10 H+ 2 NH4

+ + H2

3.1.2. Ciclo del fósforo. - P: mineral (apatita), P-inorg. no apatítico, P org. y fosfatos. - P mineral (apatítico y no apatítico) y P org.: asociados a partículas (arcillas) no lixiviable (como NO3

-) pero sí erosionable.

- Sedimentos sistemas acuosos = imp. reserva de P.

3.2. Revisión histórica del uso de fertilizantes. - Estercolado: práctica muy antigua, ej: Teofrasto (S III-IV aC)lo recomienda. - S. XVII: nutrientes del suelo = alimento de plantas. - S. XVIII y XIX: imp. del P - 1910: fertilizantes potásicos - 1920: imp. aumento fabricación ind. de fertilizantes nitrogenados. - 1940: µelementos. - 1960: fertilizantes compuestos. -1970: efectos en el medio de los fertilizantes

3.3. Eutrofización. - Enriquecimiento de las aguas superficiales en nutrientes. - Proceso natural acelerado x el hombre.

- “Estado trófico” de un sistema acuático.

Unidades en mg/m3

Estado Mat. org. Media de P total Máx. corofila, Prof. Secchi, mOligotrófico Bajo 8.0 4.2 9.9Mesotrófico Medio 26.7 16.1 4.2Eutrófico Alto 84..4 42.6 2.45Hiperótrófico Muy alto 750-1200 0.4-0.5

- Ppales. efectos de la eutrofización: - Mayor producción 1ª: algas y macrófitos. - Alteración del hábitat: sustitución de plantas acuáticas, peces ... - Mayor gasto económico abastecimiento de agua (olor, sabor...). - Desoxigenación: mortandad de peces, mal olor... - Invasión canales irrigación x plantas. - Pérdida uso recreativo del agua (exceso de limo, plantas, olores...). - Reducción navegabilidad (x plantas). - Pérdidas económicas x pérdida de peces para pesca (turismo). - Producción de toxinas x algas: peligro sanitario, económico...

3.4. Papel de la agricultura en la eutrofización. - FAO/ECE (1991), ppales probl.:

- eutrofización de aguas continentales y costeras,- contaminación x nitratos de pozos de agua potable.

- Causas: mala aplicación de fertilizantes minerales pero tb. de estiércoles.

- Papel de la agricultura:- Difícil de determinar. Algunos estudios: - Isermann (1990): agricultura europea = responsable del 60 % flujo fluvial de N al Mar del Norte - Paises Bajos: 71 % del N de actividades agrícolas difusas - Suecia (Ryding, 1986): cambios tróficos en lagos no afectados x ind. o ciudades entre 1973-1981: Ej. Lago Oren:

- N total: de 780 a 1000 mg/m3

- P total: de 10 a 45 mg/m3, - transparencia: de 6.2 a 2.6 m, - blooms algales periódicos.

- Factores que controlan la pérdida de nutrientes: - grado de fertilización del cultivo, ej.: alto para millo, bajo para pasto, - malas prácticas agrícolas: erosión: pérdida de nutrientes, - estiércoles y lodos contaminados (residuos peligrosos): probl. en zonas periurbanas paises desarrollo.

Stream nitrate concentrations in Maryland are generally higher in watersheds with more agricultural land use. http://www.dnr.state.md.us/streams/mbss/nitrate.html

3.5. Fertilizantes orgánicos. - Aplicación agrícola de estiércoles = práctica común en todo el mundo.

- Probl.: producción intensiva de ganado aplicación excesiva..

- Efectos:

- acidificación de tierra y agua x volatilización de amonio,

- eutrofización,

- contaminación de aguas subterráneas x nitratos,

- metales pesados,

- productos biosanitarios...

3.6. El problema de los nitritos y nitratos. - Reducción de nitratos a nitritos:

- Niños lactantes: síndrome del niño azul o metahemoglobinemia.

- Efectos cancerígenos: nitrosaminas y comp. N-nitrosos de alto riesgo en animales de laboratorio. No hay

datos en humanos.

- Límites máximos permitidos en aguas potables:

- U.E.: 50 mg/L nitratos y 0.1 mg/L nitritos.

- O.M.S.: 50 mg/L nitratos y 3 mg/L nitritos ó 10 mg N/L.

3.7. Control del impacto de los fertilizantes sobre la calidad del agua.

- Abonos inorgánicos (Ignazi, 1993):

- Aplicación racional del N:

- det. el “balance de N del cultivo” = requerimiento de las plantas/cantidad en el suelo,

- aplicar N cuando es necesario: período intermedio de crecimiento. Complicado, excepto con fert.líquidos

- Cubierta de vegetación: mantener el suelo cubierto: lixiviación.

- Gestión período entre cosechas: plantar cultivos de abono verde.

- Irrigación racional: gran impacto. Irrigación uniforme, evitar horas

de más sol, ahorrar agua (aspersión, goteo...).

- Optimización de técnicas de cultivo: - control de enfermedades y parásitos,

- uso de fertilizantes equilibrados (metales traza, abono con cal...),

- abonos de liberación lenta del N:

- comp. con baja solubilidad con descomposición lenta, ej: derivados de la urea,

- fertilizantes solubles cubiertos con mat. insolubles,

- mat. poco solubles.

- Probl: alto coste económico: cultivos caros como cítricos.

- Planificación agrícola: control de la erosión, mejorar calidad del suelo y topografía.

- Abonos orgánicos (FAO/ECE, 1991): - Establecer:

- nº máx. de animales/ha según la aplicación de estíercol/ha tierra cultivo., - cant. máx. aplicables de estiércol según contenidos en N y P,

- capacidades máx. de instalaciones para almacenar estiércol,- cant. máx. de lodos de depuradas según su cont. en metales y nutrientes

- impuestos sobreproducción estiércol. - Limitar períodos de aplicación de estiércol a la tierra, obligatorio trabajarla después. - Aumentar superficie con vegetación verde de otoño-invierno y sup. en barbecho. - Cambiar la alimentación del ganado para reducir nutrientes y metales en estiércol.. - Investigar métodos para reducir pérdidas de amonio.

3.8. Consideraciones económicas de las pérdidas de nutrientes - Pérdidas económicas = f (pérdidas x erosión y lixiviación). - Estado de Paraná (Brasil):

- produce 22 % grano del país, superficie= 2.4 %, - fuertes probl. de erosión y sedimentación, - entre 1970-1986 aumento uso de fert. un 575 %, - aumento producción agrícola = CERO, - pérdidas en N-P-K x erosión de 20 Tn/ha/año= 242 M $ en fert.

- Africa. Costa de Marfil (Roose, FAO 1994): - pérdidas: - compensación:

N: 98 kg/ha/año 7 Tn estiércol ha/añoP: 29 “ 470 kg NH4SO4 “CO3

=: 39 “ 160 kg superfosfato “ Mg: 39 “ 200 kg dolomita “

60 kg KCl “ - Suelos extenuados en sólo 2 años.- Mayores pérdidas en paises tropicales x suelo, lluvia y malas prácticas agrícolas.- Hungría (Jolankai, 1986): control de la erosión reduciría las pérdidas de P en un 52.8 %.