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Eutrofización

La eutrofización puede provocar floraciones de algas como ésta en un río cerca de Chengdu , Sichuan, China. A menudo son perjudiciales .

La eutrofización es el "crecimiento explosivo de microorganismos, hasta el punto de que se agota el oxígeno disuelto". [1] Otras definiciones enfatizan el papel del suministro excesivo de nutrientes: "crecimiento excesivo de las plantas como resultado del enriquecimiento de nutrientes". [2] [3] También se ha definido como "aumento inducido por nutrientes en la productividad del fitoplancton ". [4]

Cuando ocurre de forma natural, la eutrofización es un proceso lento en el que los nutrientes, especialmente los compuestos de fósforo y la materia orgánica, se acumulan en los cuerpos de agua. [5] Estos nutrientes se derivan de la disolución de minerales de fosfato y del efecto de líquenes , musgos y hongos que eliminan los nutrientes de las rocas. [6] La eutrofización antropogénica o cultural es a menudo un proceso más rápido en el que se agregan nutrientes a un cuerpo de agua a partir de una variedad de insumos contaminantes que incluyen aguas residuales no tratadas o parcialmente tratadas , aguas residuales industriales y escorrentías de fertilizantes . Esta contaminación por nutrientes , una forma de contaminación del agua , es una causa principal de eutrofización de las aguas superficiales , en la que el exceso de nutrientes, normalmente nitrógeno o fósforo, estimula el crecimiento de algas y plantas acuáticas . El fosfato es uno de los principales factores que contribuyen al crecimiento de algas, principalmente cianobacterias. [7] Por lo tanto, los materiales de geoingeniería se utilizan para acelerar la recuperación de masas de agua eutróficas y gestionar la proliferación de algas. [8]

Un efecto visible común de la eutrofización es la proliferación de algas . Las floraciones de algas pueden ser simplemente una molestia para quienes desean utilizar la masa de agua o convertirse en floraciones de algas dañinas que pueden causar una degradación ecológica sustancial en las masas de agua. [9] Este proceso puede resultar en el agotamiento del oxígeno del cuerpo de agua después de la degradación bacteriana de las algas. [10]

Los enfoques para prevenir y revertir la eutrofización incluyen: minimizar la contaminación de fuentes puntuales provenientes de aguas residuales y minimizar la contaminación por nutrientes proveniente de la agricultura y otras fuentes de contaminación difusas . También se utilizan mariscos en estuarios, cultivo de algas y geoingeniería en lagos, algunos de ellos en fase experimental. El término eutrofización es ampliamente utilizado tanto por científicos como por responsables de políticas públicas, dándole innumerables definiciones.

Terminología

El término "eutrofización" proviene del griego eutrophos , que significa "bien nutrido". [11]

Los cuerpos de agua con niveles muy bajos de nutrientes se denominan oligotróficos y aquellos con niveles moderados de nutrientes se denominan mesotróficos . La eutrofización avanzada también puede denominarse condiciones distróficas e hipertróficas. [12] La eutrofización puede afectar a los sistemas de agua dulce o salada . En los ecosistemas de agua dulce casi siempre es causado por un exceso de fósforo. [13] Por otro lado, en las aguas costeras , el principal nutriente que contribuye es más probable que sea el nitrógeno, o el nitrógeno y el fósforo juntos. Esto depende de la ubicación y otros factores. [14] [15]

Causas y mecanismos

La agricultura es la principal fuente de contaminación por nutrientes en el Golfo de México . En la Bahía de Chesapeake , la agricultura es una fuente importante, junto con las áreas urbanas y la deposición atmosférica.
Un ejemplo en Tennessee de cómo el suelo de los campos fertilizados puede convertirse rápidamente en escorrentía creando un flujo de nutrientes que fluye hacia un cuerpo de agua local.
Las principales fuentes de contaminación por nutrientes en una cuenca individual dependen de los usos predominantes de la tierra . Las fuentes pueden ser fuentes puntuales , fuentes difusas o ambas:

La contaminación por nutrientes proveniente de algunas fuentes de contaminación del aire puede ocurrir independientemente de los usos locales de la tierra, debido al transporte a larga distancia de contaminantes del aire desde fuentes distantes. [18]

Para evaluar la mejor manera de prevenir que se produzca la eutrofización, se deben identificar las fuentes específicas que contribuyen a la carga de nutrientes. Hay dos fuentes comunes de nutrientes y materia orgánica: fuentes puntuales y no puntuales .
Camino hacia la eutrofización. 1. Se aplica un exceso de nutrientes al suelo. 2 y 3. Algunos nutrientes se lixivian y drenan hacia el agua superficial. 4. El exceso de nutrientes provoca la proliferación de algas. 5. La proliferación de algas consume el oxígeno del agua, creando un estado hipóxico: esto es eutrofización. 6. Las plantas y los animales debajo de la floración de algas mueren por falta de oxígeno. 7. Con el tiempo, las algas mueren. Las bacterias degradan esta biomasa de algas, agotando aún más el oxígeno restante. 8. La descomposición hace que el agua se quede sin oxígeno si el cuerpo de agua no se mezcla verticalmente con regularidad. Las formas de vida más grandes, como los peces, mueren.
El trifosfato de sodio , que alguna vez fue un componente de muchos detergentes, contribuyó de manera importante a la eutrofización.

La eutrofización es causada por concentraciones excesivas de nutrientes, más comúnmente fosfato y nitrato . [10] Las altas concentraciones de nutrientes conducen a un rápido crecimiento de las plantas acuáticas , tanto macrófitas como fitoplancton . [13] A medida que hay más material vegetal disponible como recurso alimentario, se producen aumentos asociados en las especies de invertebrados y peces . A medida que avanza el proceso, la biomasa del cuerpo de agua aumenta y la diversidad biológica disminuye. [19] Las fuentes del exceso de fosfato son los fosfatos en los detergentes y fertilizantes. Con la eliminación gradual de los detergentes que contienen fosfatos en la década de 1970, las escorrentías industriales y domésticas, las aguas residuales y la agricultura se han convertido en los principales contribuyentes a la eutrofización. [20] Las principales fuentes de contaminación por nitrógeno provienen de la escorrentía agrícola (de fertilizantes y desechos animales), de las aguas residuales y de la deposición atmosférica de nitrógeno procedente de la combustión o de los desechos animales. [21]

Las aguas dulces fuertemente eutróficas pueden volverse hipóxicas en toda su profundidad luego de una intensa proliferación de algas o un crecimiento excesivo de macrófitos. De manera similar, en los sistemas marinos, tanto el aumento de las concentraciones de nutrientes como el aislamiento de las masas de agua del contacto con la atmósfera pueden provocar un agotamiento del oxígeno, lo que puede hacer que estas aguas sean inhóspitas para los peces y los invertebrados. [22]

La limitación de la productividad en cualquier sistema acuático en particular en un momento dado varía con la tasa de suministro de nutrientes de fuentes externas, así como con el reciclaje de nutrientes dentro del cuerpo de agua. La limitación de la productividad por nutrientes también depende de la velocidad a la que los nutrientes y las algas se eliminan físicamente de ese sistema o región. Además, la luz es un factor esencial, por lo que la productividad será baja en profundidad y en invierno templado, cuando los niveles de luz son bajos. [23]

Eutrofización de agua dulce versus eutrofización marina

El fósforo es el factor limitante para el crecimiento de las plantas en la mayoría de los ecosistemas de agua dulce. [24] El fosfato se adhiere firmemente a las partículas del suelo, por lo que se transporta principalmente por la erosión y la escorrentía. Una vez trasladado a los lagos, la extracción de fosfato en el agua es lenta, de ahí la dificultad de revertir los efectos de la eutrofización. [25]

En los ecosistemas marinos, el nitrógeno y el hierro son los principales nutrientes limitantes para la acumulación de biomasa de algas, [26] pero, de manera más general, en los sistemas marinos el nitrógeno, el fósforo y el hierro pueden ser todos ellos limitantes. [23]

Tipos

Eutrofización cultural

La eutrofización cultural o antropogénica es el proceso que provoca la eutrofización debido a la actividad humana. [2] [27] El problema se hizo más evidente tras la introducción de fertilizantes químicos en la agricultura (revolución verde de mediados del siglo XX). [28] El fósforo y el nitrógeno son los dos principales nutrientes que causan la eutrofización cultural, ya que enriquecen el agua, lo que permite que algunas plantas acuáticas, especialmente las algas, crezcan rápidamente y florezcan en altas densidades. La proliferación de algas puede dar sombra a las plantas bentónicas, alterando así la comunidad vegetal en general. [29] Cuando las algas mueren, su degradación por bacterias elimina el oxígeno, generando potencialmente condiciones anóxicas . Este ambiente anóxico mata los organismos aeróbicos (por ejemplo, peces e invertebrados) en el cuerpo de agua. Esto también afecta a los animales terrestres, restringiendo su acceso al agua afectada (por ejemplo, como fuente de bebida). La selección de especies de algas y plantas acuáticas que puedan prosperar en condiciones ricas en nutrientes puede causar alteraciones estructurales y funcionales en ecosistemas acuáticos enteros y sus redes alimentarias, lo que resulta en la pérdida de hábitat y biodiversidad de especies. [30]

Hay varias fuentes de exceso de nutrientes provenientes de la actividad humana, incluida la escorrentía de campos fertilizados, céspedes y campos de golf, aguas residuales y aguas residuales no tratadas y la combustión interna de combustibles que crean contaminación por nitrógeno. [13] La eutrofización cultural puede ocurrir en cuerpos de agua dulce y salada, siendo las aguas poco profundas las más susceptibles. En las costas y lagos poco profundos, los sedimentos con frecuencia son resuspendidos por el viento y las olas, lo que puede provocar la liberación de nutrientes de los sedimentos al agua suprayacente, lo que aumenta la eutrofización. [31] Por lo tanto, el deterioro de la calidad del agua causado por la eutrofización cultural puede afectar negativamente a los usos humanos, incluido el suministro potable para el consumo, los usos industriales y la recreación. [32]

Eutrofización natural

Aunque la eutrofización suele ser causada por actividades humanas, también puede ser un proceso natural, particularmente en los lagos. Los paleolimnólogos ahora reconocen que el cambio climático, la geología y otras influencias externas también son fundamentales para regular la productividad natural de los lagos. Algunos lagos también demuestran el proceso inverso (meiotrofización [33] ), volviéndose menos ricos en nutrientes con el tiempo a medida que los aportes pobres en nutrientes eluyen lentamente la masa de agua más rica en nutrientes del lago. [34] [35] Este proceso se puede observar en lagos y embalses artificiales que tienden a ser altamente eutróficos en el primer llenado, pero que pueden volverse más oligotróficos con el tiempo. La principal diferencia entre la eutrofización natural y antropogénica es que el proceso natural es muy lento y ocurre en escalas de tiempo geológico. [36]

Efectos

Efectos ecológicos

La eutrofización puede tener los siguientes efectos ecológicos: aumento de la biomasa de fitoplancton , cambios en la composición y biomasa de las especies de macrófitos , agotamiento del oxígeno disuelto , aumento de la incidencia de muertes de peces , pérdida de especies de peces deseables.

Disminución de la biodiversidad

Cuando un ecosistema experimenta un aumento de nutrientes, los productores primarios obtienen los beneficios primero. En los ecosistemas acuáticos, especies como las algas experimentan un aumento de población (llamado floración de algas ). La proliferación de algas limita la luz solar disponible para los organismos que habitan en el fondo y provoca grandes variaciones en la cantidad de oxígeno disuelto en el agua. Todas las plantas y animales que respiran aeróbicamente necesitan oxígeno y se repone durante el día mediante la fotosíntesis de plantas y algas. En condiciones eutróficas, el oxígeno disuelto aumenta considerablemente durante el día, pero se reduce considerablemente al anochecer debido a la respiración de las algas y a los microorganismos que se alimentan de la creciente masa de algas muertas. Cuando los niveles de oxígeno disuelto disminuyen a niveles hipóxicos , los peces y otros animales marinos se asfixian. Como resultado, mueren criaturas como peces, camarones y, especialmente, habitantes inmóviles del fondo. [37] En casos extremos, se producen condiciones anaeróbicas que promueven el crecimiento de bacterias. Las zonas donde esto ocurre se conocen como zonas muertas .

Invasión de nuevas especies

La eutrofización puede provocar una liberación competitiva al hacer abundante un nutriente normalmente limitante . Este proceso provoca cambios en la composición de especies de los ecosistemas. Por ejemplo, un aumento de nitrógeno podría permitir que especies nuevas y competitivas invadan y superen a las especies habitantes originales. Se ha demostrado que esto ocurre en las marismas de Nueva Inglaterra . [38] En Europa y Asia, la carpa común vive con frecuencia en áreas naturalmente eutróficas o hipereutróficas y está adaptada a vivir en tales condiciones. La eutrofización de áreas fuera de su área de distribución natural explica en parte el éxito del pez a la hora de colonizar estas áreas después de su introducción.

Toxicidad

Algunas floraciones de algas nocivas resultantes de la eutrofización son tóxicas para las plantas y los animales. [2] [39] La proliferación de algas de agua dulce puede representar una amenaza para el ganado. Cuando las algas mueren o se comen, se liberan neuro y hepatotoxinas que pueden matar a los animales y representar una amenaza para los humanos. [40] [41] Un ejemplo de toxinas de algas que llegan a los humanos es el caso del envenenamiento por mariscos . [42] Las biotoxinas creadas durante la proliferación de algas son absorbidas por los mariscos ( mejillones , ostras ), lo que hace que estos alimentos humanos adquieran toxicidad y envenenen a los humanos. Los ejemplos incluyen el envenenamiento por mariscos paralítico , neurotóxico y diarreico . Otros animales marinos pueden ser vectores de dichas toxinas, como en el caso de la ciguatera , donde normalmente es un pez depredador que acumula la toxina y luego envenena a los humanos.

Efectos económicos

La eutrofización y la proliferación de algas nocivas pueden tener impactos económicos debido al aumento de los costos de tratamiento del agua , la pesca comercial y las pérdidas de mariscos, las pérdidas de la pesca recreativa (reducciones en los peces y mariscos cosechables) y la reducción de los ingresos por turismo (disminuciones en el valor estético percibido del cuerpo de agua). [43] Los costos de tratamiento del agua pueden aumentar debido a la disminución de la transparencia del agua (aumento de turbiedad ). También puede haber problemas con el color y el olor durante el tratamiento del agua potable.

Impactos en la salud

Los efectos sobre la salud humana incluyen el exceso de nitrato en el agua potable ( síndrome del bebé azul ); subproductos de la desinfección en el agua potable. [44] Nadar en agua afectada por una proliferación de algas nocivas puede provocar erupciones cutáneas y problemas respiratorios. [45]

Causas y efectos para diferentes tipos de cuerpos de agua.

Sistemas de agua dulce

Una respuesta a las cantidades añadidas de nutrientes en los ecosistemas acuáticos es el rápido crecimiento de algas microscópicas, creando una floración de algas . En los ecosistemas de agua dulce , la formación de floraciones de algas flotantes suele ser de cianobacterias fijadoras de nitrógeno (algas verdiazules). Este resultado se ve favorecido cuando el nitrógeno soluble se vuelve limitante y los aportes de fósforo siguen siendo significativos. [46] La contaminación por nutrientes es una de las principales causas de la proliferación de algas y del crecimiento excesivo de otras plantas acuáticas, lo que lleva a una competencia superpoblada por la luz solar, el espacio y el oxígeno. Una mayor competencia por los nutrientes agregados puede causar una posible alteración de ecosistemas y redes alimentarias enteras, así como una pérdida de hábitat y biodiversidad de especies. [30]

Cuando las macrófitas y algas sobreproducidas mueren en aguas eutróficas, su descomposición consume aún más oxígeno disuelto. La disminución de los niveles de oxígeno, a su vez, puede provocar la muerte de peces y una serie de otros efectos que reducen la biodiversidad. Los nutrientes pueden concentrarse en una zona anóxica, a menudo en aguas más profundas aisladas por la estratificación de la columna de agua, y pueden volver a estar disponibles sólo durante el recambio otoñal en zonas templadas o en condiciones de flujo turbulento. Las algas muertas y la carga orgánica transportada por el agua que ingresa a un lago se depositan en el fondo y sufren digestión anaeróbica liberando gases de efecto invernadero como metano y CO 2 . Parte del gas metano puede ser oxidado por bacterias anaeróbicas de oxidación de metano como Mmethylococcus capsulatus , que a su vez pueden proporcionar una fuente de alimento para el zooplancton . [47] Por lo tanto, puede tener lugar un proceso biológico autosostenible para generar una fuente primaria de alimento para el fitoplancton y el zooplancton dependiendo de la disponibilidad de oxígeno disuelto adecuado en el cuerpo de agua. [48]

El aumento del crecimiento de la vegetación acuática, el fitoplancton y la proliferación de algas altera el funcionamiento normal del ecosistema, provocando una variedad de problemas, como la falta de oxígeno , necesario para que los peces y mariscos sobrevivan. El crecimiento de algas densas en las aguas superficiales puede dar sombra a las aguas más profundas y reducir la viabilidad de las plantas de refugio bentónico con los consiguientes impactos en el ecosistema en general. [29] [49] La eutrofización también disminuye el valor de los ríos, lagos y el disfrute estético. Pueden ocurrir problemas de salud cuando las condiciones eutróficas interfieren con el tratamiento del agua potable . [50]

A menudo se considera que el fósforo es el principal culpable de los casos de eutrofización en lagos sometidos a una contaminación de "fuente puntual" procedente de tuberías de aguas residuales. La concentración de algas y el estado trófico de los lagos se corresponden perfectamente con los niveles de fósforo en el agua. Los estudios realizados en el Área de Lagos Experimentales de Ontario han demostrado una relación entre la adición de fósforo y la tasa de eutrofización. Las etapas posteriores de la eutrofización conducen a proliferaciones de cianobacterias fijadoras de nitrógeno limitadas únicamente por la concentración de fósforo. [51] La eutrofización a base de fósforo en lagos de agua dulce se ha abordado en varios casos. [2]

Aguas costeras

La eutrofización es un fenómeno común en las aguas costeras , donde las fuentes de nitrógeno son las principales culpables. [2] En las aguas costeras, el nitrógeno suele ser el nutriente limitante clave de las aguas marinas (a diferencia de los sistemas de agua dulce donde el fósforo suele ser el nutriente limitante). Por tanto, los niveles de nitrógeno son más importantes que los niveles de fósforo para comprender y controlar los problemas de eutrofización en agua salada. [52] Los estuarios , como interfaz entre el agua dulce y el agua salada, pueden estar limitados tanto por fósforo como por nitrógeno y comúnmente exhiben síntomas de eutrofización. La eutrofización en los estuarios a menudo resulta en hipoxia o anoxia en el fondo del agua, lo que provoca la muerte de peces y la degradación del hábitat. [53] El afloramiento en los sistemas costeros también promueve una mayor productividad al transportar aguas profundas y ricas en nutrientes a la superficie, donde las algas pueden asimilar los nutrientes .

Ejemplos de fuentes antropogénicas de contaminación rica en nitrógeno en las aguas costeras incluyen la piscicultura en jaulas marinas y las descargas de amoníaco procedentes de la producción de coque a partir del carbón. [54] Además de la escorrentía terrestre, los desechos de la piscicultura y las descargas industriales de amoníaco, el nitrógeno fijo atmosférico puede ser una importante fuente de nutrientes en mar abierto. Esto podría representar alrededor de un tercio del suministro externo de nitrógeno (no reciclado) del océano y hasta el 3% de la nueva producción biológica marina anual. [55]

Las aguas costeras abarcan una amplia gama de hábitats marinos , desde estuarios cerrados hasta aguas abiertas de la plataforma continental. La productividad del fitoplancton en aguas costeras depende tanto del suministro de nutrientes como de luz, siendo este último un factor limitante importante en aguas cercanas a la costa donde la resuspensión de sedimentos a menudo limita la penetración de la luz.

Los nutrientes llegan a las aguas costeras desde la tierra a través de los ríos y las aguas subterráneas y también a través de la atmósfera. También existe una fuente importante del océano abierto, a través de la mezcla de aguas oceánicas profundas relativamente ricas en nutrientes. [56] Los aportes de nutrientes del océano apenas cambian por la actividad humana, aunque el cambio climático puede alterar los flujos de agua a través de la plataforma. Por el contrario, los aportes desde la tierra a las zonas costeras de los nutrientes nitrógeno y fósforo han aumentado debido a la actividad humana a nivel mundial. El alcance de los aumentos varía mucho de un lugar a otro dependiendo de las actividades humanas en las cuencas. [57] [58] Un tercer nutriente clave, el silicio disuelto , se deriva principalmente de la erosión de los sedimentos de los ríos y de la costa y, por lo tanto, se ve mucho menos afectado por la actividad humana.

Efectos de la eutrofización costera

Estos crecientes aportes de nutrientes de nitrógeno y fósforo ejercen presiones de eutrofización en las zonas costeras. Estas presiones varían geográficamente dependiendo de las actividades de captación y la carga de nutrientes asociada. La configuración geográfica de la zona costera es otro factor importante ya que controla la dilución de la carga de nutrientes y el intercambio de oxígeno con la atmósfera. Los efectos de estas presiones de eutrofización se pueden observar de varias maneras diferentes:

  1. El seguimiento por satélite demuestra que las cantidades de clorofila como medida de la actividad general del fitoplancton están aumentando en muchas zonas costeras del mundo debido al aumento de los aportes de nutrientes. [59]
  2. La composición de especies de fitoplancton puede cambiar debido a mayores cargas de nutrientes y cambios en las proporciones de nutrientes clave. En particular, los aumentos en los aportes de nitrógeno y fósforo, junto con cambios mucho más pequeños en los aportes de silicio, crean cambios en la proporción de nitrógeno y fósforo con respecto al silicio. Estas proporciones cambiantes de nutrientes impulsan cambios en la composición de las especies de fitoplancton, lo que desfavorece particularmente a las especies de fitoplancton ricas en sílice, como las diatomeas, en comparación con otras especies. [56] Este proceso conduce al desarrollo de molestas floraciones de algas en áreas como el Mar del Norte [60] (ver también Convenio OSPAR ) y el Mar Negro . [61] En algunos casos, el enriquecimiento de nutrientes puede provocar floraciones de algas nocivas (FAN). Estas proliferaciones pueden ocurrir de forma natural, pero hay buena evidencia de que están aumentando como resultado del enriquecimiento de nutrientes, aunque el vínculo causal entre el enriquecimiento de nutrientes y las FAN no es sencillo. [9]
  3. El agotamiento del oxígeno ha existido en algunos mares costeros como el Báltico durante miles de años . En tales áreas, la estructura de densidad de la columna de agua restringe severamente la mezcla de la columna de agua y la oxigenación asociada de las aguas profundas. Sin embargo, los aumentos en los aportes de materia orgánica bacterianamente degradable a aguas profundas tan aisladas pueden exacerbar el agotamiento de oxígeno en los océanos . Estas áreas de menor oxígeno disuelto han aumentado a nivel mundial en las últimas décadas. Generalmente están relacionados con el enriquecimiento de nutrientes y la consiguiente proliferación de algas. [22] El cambio climático generalmente tenderá a aumentar la estratificación de la columna de agua y, por lo tanto, exacerbará este problema de agotamiento de oxígeno. [62] Un ejemplo de tal agotamiento de oxígeno costero es el Golfo de México , donde desde la década de 1950 se ha desarrollado un área de anoxia estacional de más de 5000 millas cuadradas. El aumento de la producción primaria que impulsa esta anoxia está impulsado por los nutrientes suministrados por el río Mississippi . [63] Un proceso similar ha sido documentado en el Mar Negro. [61]

Alcance del problema

Las encuestas mostraron que el 54% de los lagos de Asia son eutróficos; en Europa , el 53%; en Norteamérica , el 48%; en Sudamérica , el 41%; y en África , el 28%. [64] En Sudáfrica, un estudio realizado por el CSIR utilizando sensores remotos ha demostrado que más del 60% de los embalses estudiados eran eutróficos. [sesenta y cinco]

El Instituto de Recursos Mundiales ha identificado 375 zonas costeras hipóxicas en el mundo, concentradas en áreas costeras de Europa occidental, las costas oriental y meridional de Estados Unidos y Asia oriental , particularmente Japón . [66]

Prevención

Minimizar la contaminación por aguas residuales

Hay varias formas diferentes de solucionar la eutrofización cultural, siendo las aguas residuales sin tratar una fuente puntual de contaminación. Por ejemplo, las plantas de tratamiento de aguas residuales pueden mejorarse para la eliminación biológica de nutrientes, de modo que descarguen mucho menos nitrógeno y fósforo al cuerpo de agua receptor. Sin embargo, incluso con un buen tratamiento secundario , la mayoría de los efluentes finales de las plantas de tratamiento de aguas residuales contienen concentraciones sustanciales de nitrógeno en forma de nitrato, nitrito o amoníaco. La eliminación de estos nutrientes es un proceso costoso y, a menudo, difícil.

Las leyes que regulan la descarga y el tratamiento de aguas residuales han llevado a reducciones dramáticas de nutrientes en los ecosistemas circundantes. [19] Debido a que un importante contribuyente a la carga de nutrientes de fuentes difusas en los cuerpos de agua son las aguas residuales domésticas no tratadas, es necesario proporcionar instalaciones de tratamiento en áreas altamente urbanizadas, particularmente aquellas en los países en desarrollo , en las que el tratamiento de las aguas residuales domésticas es escaso. La tecnología para reutilizar de forma segura y eficiente las aguas residuales , tanto de fuentes domésticas como industriales, debería ser una preocupación primordial de las políticas relativas a la eutrofización.

Minimizar la contaminación por nutrientes causada por la agricultura

Hay muchas maneras de ayudar a solucionar la eutrofización cultural causada por la agricultura. Algunas recomendaciones emitidas por el Departamento de Agricultura de Estados Unidos: [67]

  1. Técnicas de manejo de nutrientes: cualquier persona que use fertilizantes debe aplicarlos en la cantidad correcta, en la época correcta del año, con el método y la ubicación correctos. Los campos fertilizados orgánicamente pueden "reducir significativamente la dañina lixiviación de nitratos" en comparación con los campos fertilizados convencionalmente. [68] Los impactos de la eutrofización son en algunos casos mayores debido a la producción orgánica que a la producción convencional. [69] En Japón, la cantidad de nitrógeno producida por el ganado es adecuada para satisfacer las necesidades de fertilizantes de la industria agrícola. [70]
  2. Cobertura del suelo durante todo el año: un cultivo de cobertura evitará períodos de suelo desnudo, eliminando así la erosión y la escorrentía de nutrientes incluso después de que haya ocurrido la temporada de crecimiento.
  3. Plantar zonas de amortiguamiento de campos: plantando árboles, arbustos y pastos a lo largo de los bordes de los campos para ayudar a atrapar la escorrentía y absorber algunos nutrientes antes de que el agua llegue a un cuerpo de agua cercano. [71] Las zonas de amortiguamiento ribereñas son interfaces entre una masa de agua que fluye y la tierra, y se han creado cerca de vías fluviales en un intento de filtrar contaminantes; Los sedimentos y nutrientes se depositan aquí en lugar de en el agua. Crear zonas de amortiguamiento cerca de granjas y carreteras es otra forma posible de evitar que los nutrientes viajen demasiado lejos. Aún así, los estudios han demostrado [72] que los efectos de la contaminación por nitrógeno atmosférico pueden llegar mucho más allá de la zona de amortiguamiento. Esto sugiere que el medio de prevención más eficaz proviene de la fuente primaria.
  4. Labranza de conservación: al reducir la frecuencia y la intensidad de la labranza, la tierra aumentará las posibilidades de que los nutrientes se absorban en el suelo.

Política

El marco de las Naciones Unidas para los Objetivos de Desarrollo Sostenible reconoce los efectos dañinos de la eutrofización para los ambientes marinos. Ha establecido un cronograma para la creación de un Índice de Eutrofización Costera y Densidad de Desechos Plásticos Flotantes (ICEP) dentro del Objetivo de Desarrollo Sostenible 14 (vida submarina). [73] El ODS 14 tiene como objetivo específico: "de aquí a 2025, prevenir y reducir significativamente la contaminación marina de todo tipo, en particular la procedente de actividades terrestres, incluidos los desechos marinos y la contaminación por nutrientes". [74]

Las políticas y las regulaciones son un conjunto de herramientas para minimizar las causas de la eutrofización. [75] Las fuentes difusas de contaminación son los principales contribuyentes a la eutrofización, y sus efectos pueden minimizarse mediante prácticas agrícolas comunes. La reducción de la cantidad de contaminantes que llegan a una cuenca se puede lograr mediante la protección de su cubierta forestal, reduciendo la cantidad de erosión que se filtra a una cuenca. Además, mediante el uso eficiente y controlado de la tierra mediante prácticas agrícolas sostenibles para minimizar la degradación de la tierra , se puede reducir la cantidad de escorrentía del suelo y fertilizantes a base de nitrógeno que llegan a una cuenca. [76] La tecnología de eliminación de residuos constituye otro factor en la prevención de la eutrofización.

Debido a que una masa de agua puede tener efectos en una variedad de personas que van mucho más allá de la cuenca, es necesaria la cooperación entre diferentes organizaciones para prevenir la intrusión de contaminantes que pueden conducir a la eutrofización. Agencias que van desde los gobiernos estatales hasta las de gestión de recursos hídricos y organizaciones no gubernamentales, e incluso la población local, son responsables de prevenir la eutrofización de las masas de agua. En Estados Unidos, el esfuerzo interestatal más conocido para prevenir la eutrofización es la Bahía de Chesapeake . [77]

Reversión y remediación

Reducir el aporte de nutrientes es una condición previa clave para la restauración, pero hay dos advertencias: en primer lugar, puede llevar mucho tiempo, especialmente debido al almacenamiento de nutrientes en los sedimentos . En segundo lugar, la restauración puede necesitar algo más que una simple inversión de los insumos, ya que a veces hay varios estados ecológicos estables pero muy diferentes. [78] La recuperación de los lagos eutrofizados es lenta y a menudo requiere varias décadas. [24]

En la remediación ambiental, las tecnologías de eliminación de nutrientes incluyen la biofiltración , que utiliza material vivo para capturar y degradar biológicamente los contaminantes. Los ejemplos incluyen cinturones verdes, áreas ribereñas , humedales naturales y artificiales y estanques de tratamiento.

Bioextracción de nutrientes

La bioextracción de nutrientes es la biorremediación que involucra plantas y animales cultivados. La bioextracción o biocosecha de nutrientes es la práctica de cultivar y recolectar mariscos y algas con el fin de eliminar nitrógeno y otros nutrientes de los cuerpos de agua naturales. [79]

Mariscos en rías

Los mejillones son un ejemplo de organismos que actúan como bioextractores de nutrientes.

Se ha sugerido que la eliminación de nitrógeno por los arrecifes de ostras podría generar beneficios netos para las fuentes que enfrentan restricciones de emisión de nitrógeno, similar a otros escenarios de comercio de nutrientes. Específicamente, si las ostras mantienen los niveles de nitrógeno en los estuarios por debajo de los umbrales que llevarían a la imposición de límites de emisiones, las ostras efectivamente ahorran a las fuentes los costos de cumplimiento en los que de otro modo incurrirían. [80] Varios estudios han demostrado que las ostras y los mejillones tienen la capacidad de impactar dramáticamente los niveles de nitrógeno en los estuarios. [81] [82] [83] Además, los estudios han demostrado el potencial de las algas marinas para mejorar los niveles de nitrógeno. [84] [85] La actividad de alimentación por filtración se considera beneficiosa para la calidad del agua [86] al controlar la densidad del fitoplancton y secuestrar nutrientes, que pueden eliminarse del sistema mediante la recolección de mariscos, enterrarse en los sedimentos o perderse mediante la desnitrificación . [87] [88] Odd Lindahl et al. realizaron un trabajo fundamental hacia la idea de mejorar la calidad del agua marina mediante el cultivo de mariscos, utilizando mejillones en Suecia. [89] En los Estados Unidos, se han llevado a cabo proyectos de restauración de mariscos en las costas este, oeste y del Golfo. [90] Consulte Contaminación por nutrientes para obtener una explicación ampliada sobre la recuperación de nutrientes utilizando mariscos.

cultivo de algas

La acuicultura de algas ofrece una oportunidad para mitigar y adaptarse al cambio climático. [91] Las algas marinas, como las algas marinas, también absorben fósforo y nitrógeno [92] y, por lo tanto, son útiles para eliminar el exceso de nutrientes de las partes contaminadas del mar. [93] Algunas algas cultivadas tienen una productividad muy alta y podrían absorber grandes cantidades de N, P, CO 2 , produciendo grandes cantidades de O 2 que tienen un efecto excelente en la disminución de la eutrofización. [94] Se cree que el cultivo de algas a gran escala debería ser una buena solución al problema de la eutrofización en las aguas costeras .

Geoingeniería

Aplicación de un sorbente de fósforo a un lago - Países Bajos

Una técnica obvia para combatir la hipoxia/eutrofización en situaciones localizadas es la inyección directa de aire comprimido, como lo ilustra la restauración de la zona de Salford Docks del Canal de Navegación de Manchester en Inglaterra. [95] Para aguas de menor escala, como estanques de acuicultura, la aireación por bomba es estándar. [96]

Eliminación química de fósforo.

La eliminación del fósforo puede, en principio, remediar la eutrofización. [97] [98] De los varios sorbentes de fosfato, el alumbre ( sulfato de aluminio ) es de interés práctico. [99] ) Se han investigado muchos materiales. [100] [101] El sorbente de fosfato se aplica comúnmente en la superficie del cuerpo de agua y se hunde hasta el fondo del lago reduciendo el fosfato; dichos sorbentes se han aplicado en todo el mundo para controlar la eutrofización y la proliferación de algas (por ejemplo, bajo el nombre comercial Foslock ). [102] [103] [104] [105] [106] En un estudio a gran escala, se monitoreó la eficacia del alumbre en la reducción de fósforo en 114 lagos. En todos los lagos, el alumbre redujo efectivamente el fósforo durante 11 años. Si bien hubo variedad en la longevidad (21 años en lagos profundos y 5,7 años en lagos poco profundos), los resultados expresan la eficacia del alumbre para controlar el fósforo dentro de los lagos. [107] El tratamiento con alumbre es menos eficaz en lagos profundos, así como en lagos con una carga externa sustancial de fósforo. [108]

Las medidas finlandesas de eliminación de fósforo comenzaron a mediados de la década de 1970 y se han centrado en ríos y lagos contaminados por vertidos industriales y municipales. Estos esfuerzos han tenido una eficiencia de eliminación del 90%. [109] Aún así, algunas fuentes puntuales específicas no mostraron una disminución en la escorrentía a pesar de los esfuerzos de reducción.

Historia

A mediados del siglo XX se reconoció que la eutrofización era un problema de contaminación del agua en lagos y embalses de Europa y América del Norte. [110] Una investigación innovadora llevada a cabo en el Área de Lagos Experimentales (ELA) en Ontario, Canadá, en la década de 1970 [111] proporcionó evidencia de que las masas de agua dulce tienen un contenido limitado de fósforo. ELA utiliza el enfoque de ecosistema completo e investigaciones de agua dulce a largo plazo en lagos enteros centrándose en la eutrofización cultural.

Eutrofización terrestre

Mientras que la eutrofización suele referirse a los sistemas acuáticos, algunos autores han utilizado el término "eutrofización terrestre" para los ecosistemas terrestres. [112] [113] Esto se define como "enriquecimiento de un ecosistema con un nutriente limitante" y puede ser causado por la deposición de nitrógeno en los ecosistemas terrestres. [113] Por ejemplo, la fertilización atmosférica con CO 2 puede exacerbar la eutrofización del bioma del bosque boreal . [112]

Ver también

enlaces externos

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