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La falta de fósforo pone en riesgo la seguridad alimentaria mundial

El fósforo (P) es un elemento indispensable para la vida en la Tierra. Estructuras imprescindibles para cualquier ser vivo como el ADN o ARN contienen este elemento, y las plantas no pueden realizar la fotosíntesis sin él. Debido a eso, los cultivos requieren de ingentes cantidades de fósforo para cumplir los estándares de eficiencia y productividad necesarios para alimentar a una población humana que crece sin cesar. Sin embargo, éste es un recurso limitante y finito, y las predicciones no son halagüeñas: las reservas se agotarán en unos 100-150 años. Eso conllevará importantes problemas geopolíticos aún por imaginar ya que, unido a ese carácter efímero de este recurso, se suma el hecho de que el 90% de las existencias están en manos de tan sólo 5 países. El conflicto está servido.

INTRODUCCIÓN

Cualquier persona que haya tenido que comprar alguna vez fertilizante reconocerá esta secuencia: N-P-K (nitrógeno, fósforo, potasio). Son los nutrientes más utilizados para jardinería y producción vegetal en general. Sin ellos, las plantas no crecen o no logran desarrollarse lo suficiente como para persistir a largo plazo. De los tres nutrientes principales, el potasio es el más abundante en la corteza terrestre (representa aproximadamente el 2.4% de la superficie terrestre en peso) sobretodo en antiguos lechos marinos y lacustres, además de ser el más disponible para las plantas. Por otra parte, el nitrógeno, en su forma gaseosa, es extremadamente abundante (el 78.1% del aire que nos rodea es nitrógeno molecular) pero no así sus moléculas en forma sólida, que suelen ser escasas debido su alta mobilidad a través del suelo. No obstante, gracias al Proceso de Haber-Bosch (desarrollado por los investigadores que le dan el nombre, ganadores del Nobel de Química) se logró producir nitrógeno sólido (en forma de amoníaco) a partir del nitrógeno gaseoso, propiciando una gran disponibilidad de este fertilizante inorgánico

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Friz Haber (derecha) junto a un científico que manipula el método de Haber-Bosch. Esta manera de extraer el nitrógeno atmosférico y convertirlo en amoníaco es considerado, por muchos científicos e historiadores, como el invento más importante de la historia moderna. Sin él, el mundo no habría podido soportar ni la mitad de la demanda alimentaria actual. Fuente: el juicio de friz haber.

EL CASO DEL FÓSFORO

El fósforo, sin embargo, es el tercero en discordia. Esencial para la vida, es el componente estrella del ADN, ARN, ATP (la energía utilizada en los procesos celulares) y de los fosfolípidos, que revisten las membranas celulares. Está presente en los huesos e interviene en casi cualquier proceso biológico animal. Además, es imprescindible para el crecimiento de las plantas: sin fosfato, la fotosíntesis no puede llevarse a cabo. El mayor problema del fósforo es que no se encuentra libre en la naturaleza. Las plantas y, en general, todos los seres vivos, satisfacen sus necesidades de fósforo gracias, principalmente, a otro organismo vivo: los animales, de las plantas y, éstas, de los residuos de los animales  o de sus cadáveres, que liberan el fosfato en el proceso de descomposición. De hecho, los fertilizantes más importantes hasta la llegada de los fertilizantes inorgánicos, ya en el siglo XX, fueron los excrementos y la orina de los animales de granja, que contienen gran cantidad de fósforo, además de los otros elementos ya mencionados. Sin embargo, a raiz del invento de Haber-Bosch y al aumento de la demanda de alimentos a consecuencia del crecimiento poblacional, se empezaron a explotar los yacimientos de fósforo, que se encuentran en forma de minerales y que son realmente escasos en la corteza terrestre.

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Guano acumulado en un islote de Perú. El guano, junto con los excrementos y la orina de los animales de granja, fue una importante fuente de fósforo hasta el siglo XX. Este sustrato, formado a base de deposiciones continuas de aves marinas, focas y murciélagos, sigue siendo muy apreciado incluso hoy en día, especialmente en la agricultura ecológica. Fuente: Hiding in Honduras.

UN RECURSO ESCASO, INSUSTITUIBLE Y MAL UTILIZADO

El fósforo es un recurso insustituible y no sintetizable. Las reservas son finitas y se están malgastando, ya que gran parte de los fertilizantes aplicados no son asimilados por las plantas y, a través del suelo, acaban en el mar o en los lagos, donde desequilibran los ecosistemas. Al ser un recurso tan escaso, suele ser el recurso limitante en la mayoría de ecosistemas. Es por eso que una sobrefertilización de fósforo suele ser aprovechada por las algas autótrofas para crecer descontroladamente, lo que provoca, en muchos casos, blooms que pueden generar grandes pérdidas animales, económicas y ambientales.

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Extensión de la vegetación del Mar Menor (Murcia) en 2014 y 2016. El 85% de la vegetación ha muerto en menos de dos años, debido a fuertes fenómenos de eutrofización, en los que el fósforo ha jugado un papel clave. El exceso de nutrientes hace proliferar las algas, que terminan dificultando el paso de la luz a la vegetación acúatica, produciéndose su muerte. Fuente: El País.

5 PAÍSES CONTROLAN LA PRODUCCIÓN MUNDIAL

El Servicio Geológico de los Estados Unidos (USGS, por sus siglas en inglés) ha estimado las reservas mundiales de fósforo en 71.000 millones de toneladas. El 90% de éstas están en manos de 6 países: Marruecos (donde, según la USGS, se encuentran el 75% de las reservas mundiales de este mineral), China, Argelia, Siria, Sudáfrica y Jordania. No obstante, son Estados Unidos y, sobretodo, China (el 47% de la producción mundial se localiza ahí) los países que, actualmente, están extrayendo mayor fósforo de sus yacimientos. Una producción que ha ido en aumento en los últimos años, y que irá a más en las próximas décadas. Según este reciente artículo de Nature, será necesario duplicar, para el año 2050, el uso de los fertilizantes fosfatados para cubrir la demanda de alimentos, en un mundo donde ya habrá 9.000 millones de humanos. Pero, para entonces, ya se habrá utilizado más de la mitad del fósforo existente en los yacimientos. Este otro estudio alertó de la posibilidad de que estuviéramos alcanzando el punto máximo de la producción de fósforo, si bien nuevos cálculos estiman su punto máximo entorno al año 2040. Sea como sea, de seguir con la producción actual las reservas se agotarán en no más de 100 años. 

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Reservas mundiales de roca fosfórica por país. Marruecos capitaliza las reservas, seguida de China y Argelia. Alrededor de un 90% de las reservas mundiales de fósforo se encuentran en África, lo cual hace presuponer un futuro en el que este continente jugará un papel importantísimo en las negociaciones para hacerse con este recurso finito. Fuente: WRForum.

LA GEOPOLÍTICA ENTRA EN ESCENA

Un síntoma de la posible escasez de fósforo en un futuro no muy lejano es la subida de precios del fósforo que se viene observando recientemente, debido a la creciente demanda. Entre 2007 y 2008 el precio de la tonelada de fosfatos llegó a triplicarse respecto a los valores de 2005, y a costar hasta 9 veces más que en los años 70. Además, se ha calculado que para 2035 la demanda de fósforo superará a la oferta, con lo que los precios aumentarán aún más y, con ellos, las tensiones políticas. No ajenos a ello, numerosos países están ya moviendo ficha para asegurarse un suministro de este valioso recurso para unas décadas más. China, por ejemplo, que ahora mismo es el mayor productor (que no el poseedor de las mayores reservas) ha empezado a establecer aranceles del 135% a sus exportaciones. Estados Unidos, por otro lado, ha firmado un tratado de libre comercio bilateral con Marruecos, lo que le de da derechos de explotar sus yacimientos de fosfato a largo plazo. Teniendo en cuenta que la mayor parte de las reservas de fosfato de Marruecos se encuentran en el Sahara Occidental (región que ha luchado por su independencia desde su ocupación en 1975) no es de extrañar que Estados Unidos siempre haya apoyado a Marruecos en el Consejo de Seguridad de Naciones Unidas, vetando cualquier propuesta a favor de la independencia del Sahara Occidental. 

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Incremento en los precios de diferentes minerales fosfatados. Se espera un aumento del precio aun mayor en las próximas décadas, a medida que los yacimientos de fosfato vayan agotándose. Fuente: USDA.
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Estimación de la evolución de la producción de roca fosfórica y momento en el que alcanzará el pico de producción. Muchos científicos concuerdan en que las reservas durarán entre 60 y 130 años más. Fuente: Cordell et al., 2009.

LAS SOLUCIONES PASAN POR VOLVER A LAS RAICES

A tenor de las últimas estimaciones, los yacimientos de fósforo se agotarán, afectando a los cultivos de todo el mundo. Esta disminución de la producción alimentaria tendrá una repercursión global, sobretodo en los países más pobres, los más susceptibles a un posible decrecimiento de la producción de alimentos. De no establecer medidas de reducción de la población mundial, la falta de fósforo combinada con el cambio climático provocará tensas relaciones entre numerosos países, pudiendo desembocar en conflictos geopolíticos de escala planetaria.

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Según Metson et al. (2016) una dieta basada en los vegetales ayudaría a reducir la demanda de fósforo. Según sus cálculos, una persona vegetariana requiere de, aproximadamente, 4 kg de roca fosfórica al año, casi 3 veces menos que una dieta predominantemente carnívora, que consume cerca de 11.8 kg de fósforo al año. Fuente: Jeremy Keith.

Es por ello que la principal solución pasa por utilizar el fósforo de una manera más racional y de reciclarlo tanto como sea posible. Hoy en día, entorno a un 80% del fósforo se pierde entre la explotación del mineral, su transporte y su aplicación en los campos, lo cual nos exige a hacer un uso más sostenible de este recurso. No obstante, será su reciclaje el que podrá mantener la producción alimentaria mundial. La principal propuesta sería volver a los inicios: recolectar las heces y orina humanas,  generadas en las ciudades y pueblos, para recuperar ese fósforo que de otro modo acabaría en el medio acuático. I es que aproximadamente el 100% del fósforo consumido por la humanidad a través de los alimentos es excretado en forma heces y orina. Recolectarlo sería como un arma de doble filo: por un lado satisfaríamos la demanda de fósforo de los cultivos y, por otro, evitaríamos que un exceso de estos nutrientes eutrofizaran el agua. Por otro lado, promoviendo un cambio en la dieta, priorizando las verduras en lugar de la carne, se lograría reducir la demanda de fósforo entre un 20 y un 45%, según Cordell et al. (2009).  Otras soluciones pasan por recuperar el uso del estiércol en aquellas zonas más rurales y menos tecnificadas y promover el compostaje de los residuos alimentarios en hogares, fábricas y establecimientos comerciales. Por último, un residuo de las depuradoras de aguas residuales, llamado estruvita (fosfato hidratado de amonio y magnesio) podría ayudar a fertilizar los campos de una manera efectiva y limpia.

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El  mineral de estruvita, como el de la imagen, es obtenido de forma espontánea en depuradoras de aguas residuales. A pesar de que ocasiona problemas de obstrucción en las tuberías de las depuradoras debido a su cristalización, podría ser utilizado como un sistema limpio de fertilización que aportaría fósforo, nitrógeno y magnesio. Fuente: Creative Commons.

La locura iniciada a principios del siglo XX con la explotación de la roca fosfórica para producir alimentos a mansalva está llegando a su fin, y esto nos exige adaptar nuestros cultivos y, quizá, nuestro estilo de vida, a un futuro que tendrá que beber mucho de la forma de proceder en el pasado. Urge un cambio de mentalidad, centrado en una reducción de la población mundial y una mayor sostenibilidad de los recursos naturales, si de verdad queremos garantizar un mundo en el que ninguna persona tenga que pasar hambre.

BIBLIOGRAFIA

Anuncis

¿Por qué cambian de color las aguas?

En Agosto de 2016, la noticia de una piscina verde en los Juegos Olímpicos de Río de Janeiro se publicó en todos los medios de comunicación. Todo el mundo se sorprendió y habló sobre el tema, pero este fenómeno ocurre en la naturaleza  con mayor frecuencia de la que creemos: el lago Urmía (Irán), Lago de los Clicos (Lanzarote), Lago rosa Hilier (Australia), etc. ¿Quieres conocer el porqué de estos cambios?

EUTROFIZACIÓN: CONCEPTO Y EJEMPLOS

10 de Agosto del 2016. Plenos juegos olímpicos de Rio de Janeiro. Salta a los medios de comunicación una curiosa noticia: “La piscina de trampolines ha cambiado de color”. El agua había perdido su tono azulado y presentaba un color verde. El mundo se revolucionó ante este cambio, pero ¿qué había sucedido?

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Piscina de Saltos en los Juegos Olímpicos de Rio de Janeiro 2016. Se volvió verde debido a la proliferación de algas. (Imagen: Verne. El País).

Este fenómeno de cambio de color de determinados cuerpos de agua es un fenómeno muy común en la naturaleza. Se trata de la eutrofización del agua. Este concepto hace referencia a la proliferación masiva de organismos debido a un aumento en la concentración de nutrientes en el agua. Para que nos entendamos fácilmente: en el agua se produce un aumento de los alimentos y por tanto, se produce un aumento de los organismos que condicionan las características del agua como el color, la turbulencia, etc.

En los cuerpos de agua cerrados (lagos, piscinas, estanques…) es mucho más sencillo que ocurra este fenómeno. Aún así en mar abierto también se dan estas explosiones de microorganismos (sobre todo de fitoplacton).

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Ejemplo de eutrofización por algas en un cuerpo de agua cerrado. (Imagen: Radio wtcv)

Los principales nutrientes que influyen en la eutrofización de los lagos son los limitantes nitrógeno y fósforo. En cuerpos de agua dulce este último es determinante, mientras que en aguas saladas el nitrógeno suele ser el factor limitante. Un aumento de las concentraciones de estos nutrientes inicia el proceso de eutrofización y proliferación de productores primarios (en su mayoría microalgas y bacterias fotosintéticas como Cianobacterias o arqueobacterias como las Holobacterias).

En estos cuerpos de agua cerrados, el equilibrio natural del ciclo de nutrientes se perturba con mucha facilidad. Cuando un lago recibe nutrientes de forma excesiva, toda la estructura trófica puede cambiar rápidamente. El agua se sobrefertiliza y los organismos fotosintéticos proliferan a sus anchas provocando una explosión de algas y microorganismos.

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Diagrama básico del proceso de eutrofización (imagen: Verdezona)

Normalmente hablamos de explosiones demográficas de microalgas (fitoplacton) y cianobacterias, pero en ciertos casos, cuando el cambio de nutrientes es más drástico (que afecta a la composición físico-química del agua) hablamos de la proliferación de bacterias y arqueas. Este caso seria el del Lago Urmía (Irán), donde proliferan exponencialmente las Halobacterias que soportan grandes concentraciones salinas. Debido a las escasas lluvias y la continua extracción del agua para la agricultura, el agua se torna más salada, impendiendo la vida de la mayoría de organismos y favoreciendo la explosión demográfica de los más especializados, como Halobacterias. La pigmentación roja surge por la presencia de un pigmento conocido como Bacteriorodopsina.

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Imagen de satélite del Lago Urmía (Irán). El cambio de color se debe a la proliferación de bacterias de la familia Halobacteriaceae. (Imagen: La Vanguardia)

El ejemplo de la piscina de Rio de Janeiro muestra las etapas iniciales de la explosión demográfica de algas. Algunos lagos, sin embargo, muestran etapas más avanzadas de eutrofización, como seria el caso del lago Clicos en Lanzarote. En este lago proliferan exponencialmente algas de la especie Ruppia maritima.

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Fotografía del Lago de Clicos en Lanzarote. (Imagen: National Geographic)

EUTROFIZACIÓN NATURAL Y ANTROPOGÉNICA

El proceso natural de eutrofización está altamente regulado, ya que se tiende a un equilibrio entre las entradas (precipitación, escorrentia, erosión…) y salidas de nutrientes. Existen tres estados tróficos en los cuerpos de agua cerrados: el oligotrófico, el mesotrófico y el eutrófico, dependiendo de ciertas características del agua como la concentración de nutrientes y oxigeno, la turbulencia del agua, la producción primaria etc. Estos estados marcan la “edad” de los lagos, es decir, un lago joven sera oligrotrófico mientras que uno más antiguo tenderá a la eutrofización. En la siguiente tabla encontramos algunas diferencias resumidas entre estos tres estados tróficos:

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Tabla con algunas diferencias entre los diferentes estados tróficos de los cuerpos de agua cerrados. Elaboración propia.

Los ecosistemas naturales presentan resilencia, es decir, capacidad para volver al estado normal después de una perturbación brusca.

Aún así, con el paso del tiempo, los lagos más antiguos tienden a acumular sedimentos y restos orgánicos, convirtiendo finalmente el lago en un pantano. Este proceso puede durar miles de años.

Aunque el fenómeno natural de eutrofización es bastante común, no es tan explosivo como el producido por la eutrofización antropogénica. ¿Que significa este concepto? Hablamos de eutrofización antropogénica haciendo referencia al tipo de eutrofización causada por el hombre. Aguas residuales, aguas ricas en fertilizantes y otro tipo de contaminación son las principales causas de este tipo de eutrofización. El ecosistema no tiene la capacidad de eliminar tantos nutrientes de forma equilibrada y tienden a acumularse. En este caso, el proceso dura mucho menos que el natural: tan solo unas décadas son suficientes.

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Comparación entre la eutrofización natural y la antropogénica. (Imagen: New Brunswick, CanadáNew Brunswick, Canadá).

EL INICIO DEL FIN

La eutrofización , sin embargo, marca el inicio de la muerte del cuerpo de agua. ¿Cómo?

El aumento de las concentraciones de nutrientes produce un aumento en la proliferación de plantas acuáticas y algas que realizan la fotosintesis. La concentración de oxigeno aumenta y los organismos también proliferan. Por tanto se da una explosión en la densidad poblacional que provoca la formación de una barrera en el agua. En la superficie la concentración de oxigeno se mantiene mientras que en zonas profundas, donde la luz no penetra con facilidad, se produce un aumento de la respiración aeróbica y disminuye la fotosintesis. Este proceso de consumo de oxigeno provoca que cada vez haya menos concentración de este gas y el medio se vuelva anóxico. Al no haber oxigeno suficiente, las especies que antes vivían plácidamente en el lago, ahora desaparecen.

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En el diagrama se puede observar la barrera que se crea por la proliferación de algas, dejando las zonas más profundas en un ambiente oscuro y sin oxigeno. (Imagen modificada de SPE International)

Por otro lado, una elevada actividad biológica implica una disminución de la disolución de determinados nutrientes en el agua, provocando un cambio en el pH y salinidad de esta, condicionando gravemente también la habitabilidad de estas aguas y favoreciendo la proliferación de organismos extremófilos. Además, la presencia de ciertas algas implica la producción de toxinas que afectan negativamente a las poblaciones autoctónas del lago. Las principales cianobacterias tóxicas que suelen proliferar fácilmente son Anabaena sp, Cylindrospermopsis sp, Microcystis sp. y Oscillatoria sp. Esto implica una gran pérdida en la diversidad de la zona.

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Comparación de la diversidad en un cuerpo de agua oligotrófico y uno eutrófico. (Imagen: Madrid+d)

Finalmente, los restos orgánicos de los organismos muertos se acumulan en el fondo del cuerpo de agua, aumentando así la capa de sedimentos. Al cabo de los años, el volumen de agua se ha reducido significativamente, convirtiendo el lugar en un pantano.

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Como en la mayoría de casos, las acciones del hombre tienen graves consecuencias en el medio ambiente. Debemos evitar la contaminación si no queremos perder la gran diversidad de organismos y parajes que nos rodea. 

REFERENCIAS

  • Eutrofización. Nestor Mazzeo. (PDF, en castellano)
  • Apuntes personales y Generales del Grado en Biología, UIB.
  • Eutrophication: Causes, Consequences, and Controls in Aquatic Ecosystems. Michael Chislock. Disponible aquí en inglés.

  • Imagen de Portada: Axena.

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