La alteración en los ciclos de carbono y nitrógeno preocupa a los científicos

El proceso de cambio se ha intensificado debido al uso de fertilizantes nitrogenados y a la quema de combustibles fósiles

Por Karina Toledo

Agência FAPESP – Para dar cuenta de la creciente demanda de alimentos y energía, la humanidad ha venido alterando el ciclo de dos importantes nutrientes para la vida en el planeta: el nitrógeno y el carbono. Entre los efectos indeseables de este cambio se encuentran la lluvia ácida, el aumento en la concentración de gases de efecto invernadero en la atmósfera y la consiguiente elevación de la temperatura global.

Éste fue el tema central del último encuentro del Ciclo de Conferencias 2014 del programa BIOTA-FAPESP Educación, realizado el día 25 de junio en São Paulo.

Tal cual lo explicó en su conferencia la profesora de la Universidad de Brasilia (UnB) Gabriela Bielefeld Nardoto, los nutrientes terrestres se encuentran almacenados en cuatro grandes “compartimentos” del planeta: la atmósfera, la litosfera (la capa exterior de la corteza terrestre), la biosfera y la hidrosfera. En el caso del nitrógeno, una molécula que entra en la composición de proteínas y ácidos nucleicos –ambos esenciales para los seres vivos–, la mayor parte se encuentra almacenada en la atmósfera desde hace millones de años, bajo la forma de la molécula inerte N2.

“Alrededor del 78% del aire que respiramos está compuesto de N2. Para que el nitrógeno entre en el ecosistema y en la cadena alimentaria, debe transformarse en amonio (NH4) o en nitrato (NO3), y esta conversión le compete a un grupo muy pequeño de bacterias fijadoras de nitrógeno. En esas nuevas formas, el nitrógeno puede entonces ser utilizado por las plantas, que son las productoras primarias de alimento, y por los demás microorganismos del sistema terrestre, o puede ir al sistema acuático”, explicó Nardoto.

La devolución del nitrógeno a la atmósfera bajo la forma de N2 se concreta merced a la acción de otras bacterias desnitrificantes. Pero ese ciclo natural comenzó ser alterado por el hombre hace 10 mil años, con el surgimiento de la agricultura. Sucede que las plantas leguminosas, en asociación con las bacterias fijadoras, son capaces de fijar en el sistema terrestre grandes cantidades de nitrógeno.

Un cultivo de soja, por ejemplo, fija en el suelo entre 70 y 250 kilos de nitrógeno por hectárea anualmente, comentó Nardoto. Para contar con un parámetro de comparación, una hectárea de la Selva Amazónica fija tan sólo entre 3 y 7 kilos de nitrógeno por año.

Este proceso de cambio ha venido intensificándose durante los últimos 150 años, con el aumento de la productividad agrícola, el uso de fertilizantes nitrogenados y la quema de combustibles fósiles para la generación de energía.

Una pequeña parte de ese nitrógeno fijado debido a la acción del hombre se transforma en proteína a lo largo de la cadena alimentaria, pero grandes cantidades se pierden y regresan a la atmósfera no como N2 sino como óxido nítrico (NO) –que reacciona con el vapor de agua y da origen a la lluvia ácida– o como óxido nitroso (N2O), uno de los gases de efecto invernadero.

“Puede también ser llevado bajo la forma de nitrato al medio acuático, causando la eutrofización de ese ambiente, es decir, el crecimiento de algas debido al exceso de nutrientes, con lo cual se reduce el oxígeno disponible para los otros organismos”, explicó Nardoto.

Durante su presentación, la profesora de la UnB comentó un artículo publicado en la revista Nature en 2009 por Johan Rockström (de la Universidad de Estocolmo, Suecia) y colaboradores, en el cual se plantea la existencia de nueve “límites planetarios” que la humanidad debería respetar para no desestabilizar los sistemas terrestres esenciales y evitar cambios climáticos bruscos y catástrofes ambientales.

Los tres de los límites que de acuerdo con los científicos ya habrían sido transgredidos por la humanidad son el calentamiento global, la extinción de especies y las alteraciones en el ciclo del nitrógeno.

También según Nardoto, el ciclo del nitrógeno se encuentra íntimamente relacionado con el ciclo del carbono. “Para que se concrete la producción primaria de alimentos que realizan las plantas, es necesario que haya carbono y nitrógeno. El carbono entrará bajo la forma de dióxido de carbono (CO2) durante la fotosíntesis, pero ese proceso requiere de una enzima que tiene nitrógeno en su composición. Por eso se emplean los fertilizantes nitrogenados para aumentar la productividad en la agricultura”, explicó Nardoto.
 

El secuestro de carbono

Los impactos de los cambios ocasionados por el hombre en las existencias de carbono constituyeron el tema de la presentación de la investigadora Simone Aparecida Vieira, del Núcleo de Estudios e Investigaciones Ambientales (Nepam) de la Universidad de Campinas (Unicamp), también durante el encuentro del BIOTA-FAPESP Educación.

“Actualmente tenemos el doble de moléculas de dióxido de carbono (CO2) alrededor de nuestras manos que la cantidad que había en la época en que Charles Darwin pasó Brasil (en el siglo XIX)”, dijo Vieira.

Según la investigadora, esto sucede porque, desde la Revolución Industrial, las actividades humanas han arrojado a la atmósfera grandes cantidades de carbono que estaban almacenadas en la litosfera bajo la forma de carbón, petróleo, gas natural y en el sistema terrestre, fundamentalmente en los bosques.

“En lo atinente al ciclo del carbono en la Tierra, los bosque brindan dos importantes servicios ecosistémicos: el secuestro de carbono de la atmósfera, que ocurre durante la fotosíntesis, y la fijación y el almacenamiento de ese nutriente”, dijo.

“La capacidad que el sistema tiene de almacenar carbono varía entre las diversas áreas de una selva y entre los distintos ecosistemas forestales, como consecuencia de las condiciones del clima, del tipo de suelo, de las especies existentes en el lugar y de los eventos de perturbación. Las especies de crecimiento rápido pueden secuestrar carbono más rápidamente que las de crecimiento lento. Pero ese carbono que ingresa rápidamente al sistema también puede salir rápidamente a través de la respiración, o por el proceso de descomposición de las hojas y las ramas”, explicó Vieira.

De acuerdo con la investigadora de la Unicamp, las regiones de la Amazonia Central almacenan alrededor de 360 toneladas por hectárea de biomasa seca en la vegetación, lo que da alrededor de 180 toneladas de carbono almacenadas por hectárea.

En las áreas del llamado arco de desmonte, tales como Santarém (en Pará) o el estado de Acre, donde existe una estación seca definida, las existencias son similares a las que se encuentran en el Bosque Atlántico: alrededor de 250 toneladas por hectárea de biomasa seca, entre 125 y 140 toneladas de carbono almacenadas por hectárea.

La cuantificación de las existencias de carbono del Bosque Atlántico se realizó en el marco del Proyecto Temático intitulado “La composición florística, la estructura y el funcionamiento del Bosque Ombrófilo Denso de los núcleos Picinguaba y Santa Virgínia del Parque Estadual de Serra do Mar”, encabezado por el profesor de la Unicamp Carlos Alfredo Joly, quien también coordina el Programa BIOTA-FAPESP.

“Utilizamos 14 parcelas permanentes de una hectárea establecidas en un gradiente altitudinal de Bosque Atlántico entre las ciudades de Ubatuba y São Luiz do Paraitinga, en las cuales identificamos y medimos el diámetro y la altura de todos los ejemplares arbóreos con diámetro superior a 4,8 cm. Con base en esta información y en la de la densidad de la madera, obtenida a su vez a partir de las informaciones de la especie, pudimos estimar la biomasa arbórea del área. Asimismo, realizamos un seguimiento de factores tales como los índices de crecimiento y de mortalidad de la vegetación”, comentó Vieira. “De este modo fue posible comparar la variación en el transcurso de los años y evaluar el flujo de carbono.”

La investigación también mostró que, pese a que la cantidad de carbono almacenado en los árboles es mayor en la Amazonia Central, el Bosque Atlántico se ubica a la delantera cuando se trata de la cantidad de carbono almacenada en el suelo. “En el Bosque Atlántico, posiblemente, los procesos de descomposición son más lentos debido a las temperaturas más bajas y a los suelos más planos. Asimismo, existe una menor pérdida del nutriente debido al proceso de percolación”, explicó.

“Las selvas tropicales almacenan grandes cantidades de carbono y de otros nutrientes, y cuando se desforesta, todo ese material se pierde. También perdemos el servicio de secuestro de carbono de la atmósfera, pues no hay más fotosíntesis”, dijo Vieira.

La tercera y última conferencia del encuentro estuvo a cargo del investigador Plinio Barbosa de Camargo, del Centro de Energía Nuclear en Agricultura (Cena), de la Universidad de São Paulo (USP).

Barbosa de Camargo abordó los ciclos del carbono, del nitrógeno y de otros nutrientes en sistemas acuáticos y presentó proyectos que apuntan a identificar parámetros que sirvan para evaluar la calidad del agua y medir el impacto de la reforestación de las cabeceras de ríos.

Con el objetivo de contribuir a la mejora de la enseñanza de la ciencia en la educación media y básica, el ciclo de conferencias organizado por el Programa BIOTA en 2014 se enfocó en los servicios ecosistémicos. Se abordaron temas tales como la polinización, la protección de los recursos hídricos y los cambios climáticos. Las conferencias se encuentran disponibles en el sitio web de la FAPESP.

Más información en: www.fapesp.br/8441 (en portugués).