En agricultura , la lixiviación es la pérdida de nutrientes solubles en agua de las plantas del suelo , debido a la lluvia y el riego . La estructura del suelo , la plantación de cultivos, el tipo y las tasas de aplicación de fertilizantes y otros factores se tienen en cuenta para evitar la pérdida excesiva de nutrientes. La lixiviación también puede referirse a la práctica de aplicar una pequeña cantidad de exceso de riego donde el agua tiene un alto contenido de sal para evitar que las sales se acumulen en el suelo ( control de la salinidad ). Cuando se practica esto, generalmente también se debe emplear el drenaje para eliminar el exceso de agua.
La lixiviación es un problema ambiental natural cuando contribuye a la contaminación de las aguas subterráneas . A medida que el agua de lluvia, inundaciones u otras fuentes se filtra en el suelo, puede disolver sustancias químicas y transportarlas al suministro de agua subterránea. Son especialmente preocupantes los vertederos y basureros de residuos peligrosos y, en la agricultura, el exceso de fertilizantes , el estiércol animal almacenado incorrectamente y los biocidas (por ejemplo , pesticidas , fungicidas , insecticidas y herbicidas ).
El nitrógeno es un elemento común en la naturaleza y un nutriente esencial para las plantas. Aproximadamente el 78% de la atmósfera de la Tierra es nitrógeno (N2 ) . El fuerte enlace entre los átomos de N2 hace que este gas sea bastante inerte y no directamente utilizable por las plantas y los animales. A medida que el nitrógeno circula naturalmente por el aire, el agua y el suelo, sufre varias transformaciones químicas y biológicas. El nitrógeno promueve el crecimiento de las plantas. Luego, el ganado come los cultivos y produce estiércol, que se devuelve al suelo, agregando formas orgánicas y minerales de nitrógeno. El ciclo se completa cuando el siguiente cultivo utiliza el suelo modificado. [1] Para aumentar la producción de alimentos, se introducen fertilizantes, como nitrato ( NO3- ) y amonio (NH4 + ) , que las plantas absorben fácilmente, en la zona de las raíces de las plantas. Sin embargo, los suelos no absorben el exceso de iones NO3- , que luego se mueven hacia abajo libremente con el agua de drenaje y se lixivian en aguas subterráneas, arroyos y océanos. [2] El grado de lixiviación se ve afectado por:
El nivel de óxido nitroso ( N2O ) en la atmósfera de la Tierra está aumentando a una tasa de 0,2 a 0,3% anual. Las fuentes antropogénicas de nitrógeno son 50% mayores que las fuentes naturales, como los suelos y los océanos. Los insumos agrícolas lixiviados, es decir, fertilizantes y estiércol, representan el 75% de la fuente antropogénica de nitrógeno. [4] La Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura (FAO) estima que la demanda mundial de fertilizantes nitrogenados aumentará un 1,7% anual entre 2011 y 2015. Un aumento de 7,5 millones de toneladas. Se espera que los aumentos regionales del uso de fertilizantes nitrogenados sean del 67% en Asia, el 18% en las Américas, el 10% en Europa, el 3% en África y el 1% en Oceanía. [5]
El fósforo (P) es un nutriente clave en relación con la eutrofización de las aguas superficiales y se ha demostrado que limita el crecimiento de algas en entornos lacustres. La pérdida de P de los campos agrícolas se ha reconocido desde hace mucho tiempo como una de las principales amenazas a la calidad de las aguas superficiales. [6] La lixiviación es una importante vía de transporte para las pérdidas de P de los campos agrícolas en áreas predominantemente planas con suelos arenosos o suelos propensos a flujo preferencial. [7] A diferencia del nitrógeno, el fósforo interactúa con las partículas del suelo a través de la adsorción y desorción . Los sitios de adsorción potenciales importantes para el P en los suelos son las superficies de óxidos o hidróxidos de hierro y aluminio como la gibbsita o la ferrihidrita . Los suelos, especialmente los ricos en dichos minerales, tienen por lo tanto el potencial de almacenar P agregado con fertilizantes o estiércol. El P adsorbido se encuentra en un equilibrio complejo con el P en la solución del suelo que está controlado por una multitud de factores diferentes como:
El fósforo se lixivia cuando este equilibrio se altera de tal manera que el P previamente adsorbido se libera en la solución del suelo o el P adicional ya no se puede adsorber. Muchos suelos cultivados han estado recibiendo fertilizantes o estiércol P en cantidades que frecuentemente exceden la demanda del cultivo y esto a menudo durante décadas. El fósforo agregado a tales suelos se lixivia simplemente porque la mayoría de los sitios de adsorción potenciales están ocupados por el P ingresado en el pasado, el llamado "fósforo heredado". [9] [10] La lixiviación de P también puede ser causada por cambios en las condiciones químicas del suelo. Una disminución en el potencial redox de los suelos debido a la saturación prolongada de agua puede conducir a la disolución reductora de minerales de hierro férrico que son sitios importantes de sorción de P. El fósforo adsorbido a estos minerales se libera en consecuencia también en la solución del suelo y puede lixiviarse. Este proceso es de especial preocupación en la restauración de humedales naturales que han sido drenados previamente para la producción agrícola. [11] [12]
Los niveles elevados de NO 3 en el agua pueden afectar negativamente a los niveles de oxígeno tanto de los seres humanos como de los sistemas acuáticos. Entre los problemas de salud humana se incluyen la metahemoglobinemia y la anoxia , comúnmente conocida como el síndrome del bebé azul . Como resultado de estos efectos tóxicos, las agencias reguladoras limitan la cantidad de NO 3 permitida en el agua potable a 45 a 50 mg por litro. La eutrofización , una disminución del contenido de oxígeno del agua, de los sistemas acuáticos puede provocar la muerte de peces y otras especies marinas. Por último, la lixiviación de NO 3 de fuentes ácidas puede aumentar la pérdida de calcio y otros nutrientes del suelo, reduciendo así la productividad de un ecosistema . [2]