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La escorrentía de los fertilizantes agrícolas contribuye al calentamiento global



Fuente: Universidad de Massachusetts Amherst - 19 de octubre de 2021

Se revela la mecánica de cómo los ríos, que soportan mayores cargas de nitrógeno, emiten gases de efecto invernadero


Resumen:

El óxido nitroso (N2O) es un potente gas de efecto invernadero, con una capacidad de calentamiento 300 veces superior a la del dióxido de carbono. Debido a la escorrentía de los fertilizantes de los campos de cultivo, una carga cada vez mayor de nitrógeno llega a los ríos y arroyos, donde los microbios que respiran nitrógeno descomponen parte del fertilizante en N2O, que el río libera a la atmósfera cuando se dirige al océano. Pero, hasta ahora, los científicos no tenían una idea clara de cómo funciona el proceso, qué fracción de la escorrentía termina como N2O o qué medidas podrían tomarse para mitigar las emisiones de N2O.


HISTORIA COMPLETA

El óxido nitroso (N2O) es un potente gas de efecto invernadero, con una capacidad de calentamiento 300 veces superior a la del dióxido de carbono. Debido a la escorrentía de los fertilizantes de los campos de cultivo, una carga cada vez mayor de nitrógeno llega a los ríos y arroyos, donde los microbios que respiran nitrógeno descomponen parte del fertilizante en N2O, que el río libera a la atmósfera cuando se dirige al océano. Pero, hasta ahora, los científicos no tenían una idea clara de cómo funciona el proceso, qué fracción de la escorrentía termina como N2O o qué medidas podrían tomarse para mitigar las emisiones de N2O.


"Los seres humanos están alterando fundamentalmente el ciclo del nitrógeno", afirma Matthew Winnick, único autor del nuevo trabajo, publicado recientemente en AGU Advances, y profesor de geociencias en la Universidad de Massachusetts Amherst. "Hemos cambiado la forma en que el nitrógeno se mueve por el medio ambiente". Gran parte de este cambio puede atribuirse a las enormes cantidades de fertilizantes químicos ricos en nitrógeno, esparcidos por los campos agrícolas, que escurren hacia los arroyos y ríos cuando llueve, y se convierten en nitrato.


Figura: Ciclo del nitrógeno - Fuente: www.concepto.de


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Los científicos saben desde hace tiempo que los microbios del suelo y del lecho del río contribuyen al "proceso de desnitrificación", por el que el nitrato se convierte en gas dinitrógeno inofensivo o en N2O. Pero la mecánica exacta de los procesos de conversión ha seguido siendo un misterio, como demuestra el amplio abanico de estimaciones de emisiones de N2O -entre el 0,5% y el 10% de las emisiones mundiales- atribuibles anualmente a los arroyos.


La innovación de Winnick consistió en volver a examinar un amplio conjunto de datos experimentales que cuantificaban el N2O en 72 arroyos de los Estados Unidos utilizando una combinación de modelos de reacción química, que pueden rastrear cómo se transforma el nitrógeno a través de un sistema de arroyos, y modelos de turbulencia de arroyos, que captan cómo las fuerzas mecánicas del propio río llevan el nitrato al lecho del arroyo, que es donde se produce la desnitrificación.


Esta novedosa combinación, que combina la alta resolución del modelo de reacción química con el modelo de turbulencia, permitió a Winnick ver cómo el nitrato se movía desde la corriente hasta el lecho del río y fue clave para su descubrimiento.

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Resulta que lo que determina efectivamente la producción de N2O es la "eficiencia de desnitrificación", es decir, la fracción de nitrato, entregada al lecho del arroyo, que se somete a las distintas reacciones del proceso de desnitrificación. Cuanto mayor sea la eficiencia del lecho del río en la conversión del nitrato, menos N2O se liberará. Pero cuando la eficiencia de desnitrificación es baja, Winnick encontró niveles comparativamente más altos de emisiones de N2O.


Además, el lecho del arroyo al que llega el nitrato también desempeña un papel importante. Los lechos de los arroyos tachonados de pequeñas zonas anóxicas, o parches carentes de oxígeno, también ayudan a evitar la liberación de N2O.


Winnick sugiere que esta nueva comprensión del ciclo del nitrógeno podría ayudar a informar sobre los esfuerzos para mitigar el cambio climático. "Aumentar la capacidad de los arroyos para procesar el nitrógeno antropogénico puede reducir también las emisiones proporcionales de N2O", escribe.



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