Cuando hablamos de fertilizante, el equilibrio es fundamental: si aplicamos la cantidad adecuada en el momento oportuno, los cultivos crecerán y ayudarán a alimentar a la creciente población mundial; demasiado fertilizante, sin embargo, puede resultar perjudicial para las plantas, contaminar el suelo y el agua y perpetuar el calentamiento global. ¿Cómo se logra este equilibrio? Por ejemplo, con la ayuda de técnicas isotópicas a fin de optimizar la utilización de fertilizante y combatir sus efectos como agrocontaminante y fuente de emisiones de gases de efecto invernadero.
A medida que las plantas y el suelo transforman el fertilizante en nutrientes útiles, se generan algunos subproductos que son gases de efecto invernadero: dióxido de carbono (CO2), óxido nitroso (N2O) y metano (CH4). Con la cantidad de fertilizante adecuada, las plantas crecen y la cantidad de gases de efecto invernadero que se emite es mínima. Sin embargo, cuando hay tanto fertilizante que las plantas no son capaces de procesarlo y quedan restos de fertilizante almacenados en el suelo, las emisiones aumentan exponencialmente.
Durante las últimas décadas, el sector agrícola se ha ido convirtiendo gradualmente en una de las principales fuentes de gases de efecto invernadero debido principalmente a la utilización masiva del fertilizante. Por este motivo, para proteger al medio ambietne y a los agricultores, es necesario, comprender de manera detallada cómo interactúan los fertilizantes con el suelo y los cultivos, y en qué momento emiten gases de efecto invernadero. Para ello, se pueden utilizar técnicas nucleares.
Según datos recopilados por el OIEA y FAGO, han puesto de manifiesto formas de optimizar la utilización de fertilizante en una superficie de más de 100 hectáreas de terreno dedicadas al pastoreo y al cultivo de arroz, maíz y trigo: las emisiones de gases de efecto invernadero se redujeron en un 50% y el rendimiento de los cultivos se incrementó en un 10%. Asimismo, las plantas crecen más y su calidad mejora.
También se ha demostrado que las plantas que crecen en condiciones de alta concentración de CO2 se endurecen y su contenido en proteínas disminuye. Además de tener que hacer un esfuerzo adicional al ingerir estas plantas, las vacas deben consumir más cantidad a fin de obtener nutrientes en cantidad suficiente para producir leche. Esta situación no solo constituye una amenaza para la producción de leche, sino que también provoca que las vacas emitan más metano, un gas de efecto invernadero 34 veces más potente que el CO2.
Además de contribuir a las emisiones de gases de efecto invernadero, el exceso de fertilizante suele llegar a ser un "agrocontaminante", por efecto de la lluvia o del deshielo, a ríos y arroyos, y desde ahí acaba en los océanos y en los suministros de agua potable, haciendo que los nutrientes presentes en el fertilizante, por ejemplo, fomenten el crecimiento de algas, lo que reduce los niveles de oxígeno en el agua y resulta perjudicial para los peces y la vida acuática.
Los fertilizantes son una de las varias sustancias químicas utilizadas en la agricultura que contaminan el medio ambiente. Otros ejemplos incluyen los plaguicidas, la sal procedente del agua de riego, los sedimentos y los residuos de medicamentos veterinarios. Estas sustancias se utilizan cada vez más, mientras los productores de alimentos buscan formas de aumentar la producción de alimentos y combatir al mismo tiempo los efectos del cambio climático.
¿Qué técnicas nucleares se utilizan?
Técnicas de isótopos estables
Los isótopos son átomos de un mismo elemento que tienen igual número de protones pero un número distinto de neutrones, lo que da como resultado un peso atómico distinto. Por ejemplo, el nitrógeno 15 tiene el mismo comportamiento químico que el nitrógeno 14, pero posee un neutrón más, por lo que es más pesado. Los científicos pueden usar esta información para rastrear y entender cómo se transforman los isótopos, así como sus rutas de flujo y sus intercambios con las plantas, el suelo y las masas de agua.
Los científicos utilizan nitrógeno 15 y carbono 13 para rastrear el movimiento y el origen de las emisiones de óxido nitroso, metano y dióxido de carbono en la agricultura. Mediante fertilizantes marcados con el isótopo nitrógeno 15, los científicos pueden seguir el rastro del isótopo y determinar la eficacia con la que los cultivos absorben el fertilizante, así como cuánta cantidad queda. El carbono 13 se rastrea para determinar el movimiento y el origen del dióxido de carbono y el metano.
Análisis de múltiples isótopos
Los científicos utilizan los isótopos estables del carbono, el hidrógeno, el nitrógeno, el oxígeno y el azufre para rastrear agrocontaminantes, incluido su origen y su movimiento desde el suelo hasta las masas de agua. ¿Por qué se recurre a estos isótopos? Porque los fertilizantes y los plaguicidas contienen nitrógeno, azufre y carbono, elementos que el agua, que contiene isótopos del oxígeno y el hidrógeno, disuelve y transporta. Los isótopos se miden simultáneamente a fin de distinguir el ciclo del agua del de la contaminación y comprender mejor la procedencia y el destino de los contaminantes.
Si bien durante más de 20 años los científicos han utilizado isótopos de manera individual para detectar agrocontaminantes, emplear un isótopo cada vez no proporciona suficiente información para distinguir entre diferentes contaminantes y sus firmas isotópicas características. Al analizar múltiples isótopos se obtiene una imagen más completa de la contribución relativa de cada sustancia química procedente de cada una de las distintas fuentes. De este modo, los científicos pueden saber qué método deben adoptar para hacer frente a los contaminantes presentes en los campos y en distintas zonas.
