Eutrofización

La eutrofización es el proceso por el cual una masa de agua entera, o partes de ella, se enriquece progresivamente con minerales y nutrientes, particularmente nitrógeno y fósforo. También se ha definido como "aumento de la productividad del fitoplancton inducido por nutrientes". 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. 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.En las aguas costeras, por otro lado, es más probable que el principal nutriente que contribuye sea el nitrógeno o el nitrógeno y el fósforo juntos. Esto depende de la ubicación y otros factores.

Cuando ocurre de forma natural, la eutrofización es un proceso muy lento en el que los nutrientes, especialmente los compuestos de fósforo y la materia orgánica, se acumulan en los cuerpos de agua. Estos nutrientes se derivan de la degradación y disolución de los minerales en las rocas y por el efecto de los líquenes, musgos y hongos que capturan activamente los nutrientes de las rocas. La "eutrofización cultural" o antropogénica es a menudo un proceso mucho más rápido en el que se agregan nutrientes a un cuerpo de agua a partir de una amplia variedad de insumos contaminantes que incluyen aguas residuales no tratadas o parcialmente tratadas, aguas residuales industriales y fertilizantes de las prácticas agrícolas. contaminación por nutrientes ,una forma de contaminación del agua, es la causa principal de la eutrofización de las aguas superficiales, en las que el exceso de nutrientes, generalmente nitrógeno o fósforo, estimula el crecimiento de algas y plantas acuáticas.

Un efecto visible común de la eutrofización es la proliferación de algas. Las floraciones de algas pueden ser solo una molestia para aquellos que desean usar el cuerpo de agua o convertirse en floraciones de algas dañinas que pueden causar una degradación ecológica sustancial en los cuerpos de agua. Este proceso puede resultar en el agotamiento de oxígeno del cuerpo de agua después de la degradación bacteriana de las algas.

Los enfoques para la prevención y reversión de la eutrofización incluyen: minimizar la contaminación de fuentes puntuales por aguas residuales y minimizar la contaminación por nutrientes de la agricultura y otras fuentes de contaminación no puntuales. También se utilizan mariscos en estuarios, cultivo de algas y geoingeniería en lagos, algunos en etapa experimental. Es importante señalar que el término eutrofización es ampliamente utilizado tanto por científicos como por responsables de políticas públicas, lo que le otorga una infinidad de definiciones.

Causas y mecanismos

Aumento de la generación de biomasa

La eutrofización es un proceso de aumento de la generación de biomasa en un cuerpo de agua causado por el aumento de las concentraciones de nutrientes de las plantas, más comúnmente fosfato y nitrato. El aumento de las concentraciones de nutrientes conduce a un mayor crecimiento de las plantas acuáticas, tanto macrófitas como fitoplancton. A medida que se dispone de más material vegetal como recurso alimentario, se producen aumentos asociados en las especies de invertebrados y peces. A medida que continúa el proceso, la biomasa del cuerpo de agua aumenta y la diversidad biológica disminuye.Con una eutrofización más severa, la degradación bacteriana del exceso de biomasa da como resultado el consumo de oxígeno, lo que puede crear un estado de hipoxia, comenzando en el sedimento del fondo y en aguas más profundas. Las zonas hipóxicas se encuentran comúnmente en lagos de aguas profundas en la temporada de verano debido a la estratificación en el hipolimnion frío pobre en oxígeno y el epilimnion cálido rico en oxígeno.

Las aguas dulces fuertemente eutróficas pueden volverse hipóxicas en toda su profundidad después de la proliferación de algas severas o del crecimiento excesivo de macrófitas. 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 conducir al agotamiento del oxígeno, lo que puede hacer que estas aguas sean inhóspitas para los peces y los invertebrados.

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

En los ecosistemas marinos, el nitrógeno y el hierro son los principales nutrientes limitantes para la acumulación de biomasa de algas, pero, de manera más general, en los sistemas marinos, el nitrógeno, el fósforo y el hierro pueden ser todos ellos limitantes. La limitación de la productividad en cualquier sistema acuático 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 nutrientes de la productividad 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.

Fuentes de nutrientes

Las fuentes de exceso de fosfato son los fosfatos en los detergentes, las escorrentías industriales/domésticas y los fertilizantes. Con la eliminación gradual de los detergentes que contienen fosfato en la década de 1970, la escorrentía industrial/doméstica, las aguas residuales y la agricultura se han convertido en los principales contribuyentes a la eutrofización. Las principales fuentes de nitrógeno además de la fijación natural de 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 los desechos animales.

Fuentes de contaminación antropogénica por nutrientes

tipos de alimentos	Emisiones de eutrofización(g PO 4 eq por 100 g de proteína)
Carne de res	365.3
pescado de piscifactoría	235.1
Crustáceos de cultivo	227.2
Queso	98.4
cordero y cordero	97.1
Cerdo	76.4
Aves de corral	48.7
Huevos	21.8
maní	14.1
Guisantes	7.5
tofu	6.2

La(s) fuente(s) principal(es) de contaminación por nutrientes en una cuenca individual depende(n) de los usos predominantes de la tierra. Las fuentes pueden ser fuentes puntuales, fuentes no puntuales o ambas:

• Agricultura: producción animal o cultivos
• Urbano/suburbano: escorrentía de aguas pluviales de carreteras y estacionamientos; uso excesivo de fertilizantes en el césped; plantas de tratamiento de aguas residuales municipales; emisiones de vehículos de motor
• Industrial: emisiones de contaminación del aire (por ejemplo, plantas de energía eléctrica), descargas de aguas residuales de varias industrias.

La contaminación por nutrientes 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.Para evaluar cómo prevenir mejor que ocurra 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.

Tipos

Eutrofización cultural

La eutrofización cultural o antropogénica es el proceso que acelera la eutrofización natural a causa de la actividad humana. Debido a la limpieza de terrenos y la construcción de pueblos y ciudades, se acelera la escorrentía y se suministran más nutrientes, como fosfatos y nitratos, a los lagos y ríos, y luego a los estuarios y bahías costeras. La eutrofización cultural se produce cuando los nutrientes excesivos de las actividades humanas terminan en cuerpos de agua creando contaminación de nutrientes y acelerando el proceso natural de eutrofización. El problema se hizo más evidente tras la introducción de fertilizantes químicos en la agricultura (revolución verde de mediados del siglo XX).El fósforo y el nitrógeno son los dos nutrientes principales 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 grandes densidades. Las floraciones de algas pueden dar sombra a las plantas bénticas, alterando así la comunidad vegetal en general.Cuando las algas mueren, su degradación por las bacterias elimina el oxígeno, generando potencialmente condiciones anóxicas. Este entorno anóxico acaba con los organismos aeróbicos (p. ej., peces e invertebrados) de la masa de agua. Esto también afecta a los animales terrestres, restringiendo su acceso al agua afectada (por ejemplo, como fuente de agua potable). La selección de especies de algas y plantas acuáticas que pueden prosperar en condiciones ricas en nutrientes puede causar una alteración estructural y funcional de ecosistemas acuáticos completos y sus redes alimentarias, lo que resulta en la pérdida de hábitat y biodiversidad de especies.

Hay varias fuentes de exceso de nutrientes de la actividad humana, incluida la escorrentía de campos fertilizados, céspedes y campos de golf, aguas residuales y aguas residuales sin tratar y la combustión interna de combustibles que crean contaminación por nitrógeno. La eutrofización cultural puede ocurrir en cuerpos de agua dulce y salada, siendo las aguas poco profundas las más susceptibles. En las costas y los lagos poco profundos, los sedimentos se vuelven a suspender con frecuencia por el viento y las olas, lo que puede dar lugar a la liberación de nutrientes de los sedimentos al agua suprayacente, lo que aumenta la eutrofización. Por lo tanto, el deterioro de la calidad del agua causado por la eutrofización cultural puede tener un impacto negativo en los usos humanos, incluido el suministro de agua potable para el consumo, los usos industriales y la recreación.

Eutrofización natural

Aunque la eutrofización es comúnmente 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), volviéndose menos ricos en nutrientes con el tiempo a medida que los aportes pobres en nutrientes eluyen lentamente la masa de agua rica en nutrientes del lago. Este proceso se puede observar en lagos y embalses artificiales que tienden a ser altamente eutróficos en el primer llenado, pero pueden volverse más oligotróficos con el tiempo. La principal diferencia entre la eutrofización natural y la antropogénica es que el proceso natural es muy lento y ocurre en escalas de tiempo geológico.

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 son los primeros en cosechar los beneficios. En los ecosistemas acuáticos, especies como las algas experimentan un aumento de población (llamado florecimiento de algas). Las floraciones de algas limitan la luz solar disponible para los organismos que viven en el fondo y provocan grandes cambios en la cantidad de oxígeno disuelto en el agua. El oxígeno es requerido por todas las plantas y animales que respiran aeróbicamente y se repone a la luz del día mediante la fotosíntesis de plantas y algas. En condiciones eutróficas, el oxígeno disuelto aumenta considerablemente durante el día, pero se reduce considerablemente después del anochecer por las algas que respiran y por los microorganismos que se alimentan de la creciente masa de algas muertas. Cuando los niveles de oxígeno disuelto descienden a niveles hipóxicos, los peces y otros animales marinos se asfixian. Como resultado, criaturas como peces, camarones,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 causar 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 en el nitrógeno podría permitir que nuevas especies competitivas invadan y superen a las especies originales de los habitantes. Se ha demostrado que esto ocurre en las marismas saladas de Nueva Inglaterra. 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 en colonizar estas áreas después de ser introducido.

Toxicidad

Algunas floraciones de algas nocivas resultantes de la eutrofización son tóxicas para las plantas y los animales. Los compuestos tóxicos pueden ascender en la cadena alimentaria y provocar la mortalidad animal. Las floraciones de algas de agua dulce pueden representar una amenaza para el ganado. Cuando las algas mueren o se comen, se liberan neurotoxinas y hepatotoxinas que pueden matar a los animales y representar una amenaza para los humanos. Un ejemplo de toxinas de algas que llegan a los humanos es el caso de la intoxicación por mariscos.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 envenenamiento por mariscos paralítico, neurotóxico y diarreico. Otros animales marinos pueden ser vectores de tales toxinas, como en el caso de la ciguatera, donde normalmente es un pez depredador el 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 del 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 del turismo (disminuciones en el valor estético percibido del cuerpo de agua). Los costos de tratamiento del agua pueden aumentar debido a la disminución de la transparencia del agua (aumento de la turbidez). 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 exceso de nitrato en el agua potable (síndrome del bebé azul); subproductos de la desinfección en el agua potable. Nadar en agua afectada por una proliferación de algas dañinas puede causar erupciones en la piel y problemas respiratorios.

Causas y efectos para diferentes tipos de cuerpos de agua.

Sistemas de agua dulce

Una respuesta a las cantidades adicionales de nutrientes en los ecosistemas acuáticos es el rápido crecimiento de algas microscópicas, lo que crea una floración de algas. En los ecosistemas de agua dulce, la formación de floraciones de algas flotantes son comúnmente cianobacterias fijadoras de nitrógeno (algas verdeazuladas). Este resultado se ve favorecido cuando el nitrógeno soluble se vuelve limitante y los aportes de fósforo siguen siendo significativos. 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 conduce a una competencia por el hacinamiento por la luz solar, el espacio y el oxígeno. Una mayor competencia por los nutrientes agregados puede causar una alteración potencial de ecosistemas completos y redes alimentarias, así como una pérdida de hábitat y biodiversidad de especies.

Cuando las macrófitas y las algas mueren en lagos, ríos y arroyos eutróficos sobreproductivos, se descomponen y los nutrientes contenidos en esa materia orgánica son convertidos en forma inorgánica por los microorganismos. Este proceso de descomposición consume oxígeno, lo que reduce la concentración de oxígeno disuelto. Los niveles reducidos de oxígeno, a su vez, pueden provocar la muerte de peces y una variedad 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 solo pueden volver a estar disponibles durante el cambio de otoño en áreas templadas o en condiciones de flujo turbulento. Las algas muertas y la carga orgánica que transporta el agua que ingresa a un lago se asientan en el fondo y se someten a una digestión anaeróbica que libera gases de efecto invernadero como el metano y el CO ₂. Parte del gas metano puede ser oxidado por bacterias anaeróbicas de oxidación de metano, como Methylococcus capsulatus, que a su vez puede proporcionar una fuente de alimento para el zooplancton. 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.

El aumento del crecimiento de la vegetación acuática, el fitoplancton y la proliferación de algas interrumpe el funcionamiento normal del ecosistema, causando una variedad de problemas, como la falta de oxígeno, que es necesaria para la supervivencia de los peces y los mariscos. 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 bénticas con los impactos resultantes en el ecosistema más amplio. 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.

El fósforo a menudo se considera el principal culpable en los casos de eutrofización en lagos sujetos a contaminación de "fuente puntual" de las tuberías de aguas residuales. La concentración de algas y el estado trófico de los lagos se corresponden bien con los niveles de fósforo en el agua. Los estudios realizados en el Área de Lagos Experimentales en Ontario han demostrado una relación entre la adición de fósforo y la tasa de eutrofización. Las etapas posteriores de eutrofización conducen a floraciones de cianobacterias fijadoras de nitrógeno limitadas únicamente por la concentración de fósforo.

Aguas costeras

La eutrofización es un fenómeno común en las aguas costeras. 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 lo tanto, los niveles de nitrógeno son más importantes que los niveles de fósforo para comprender y controlar los problemas de eutrofización en agua salada. Los estuarios, como interfaz entre el agua dulce y el agua salada, pueden tener limitaciones tanto de fósforo como de nitrógeno y comúnmente presentan síntomas de eutrofización. La eutrofización en los estuarios a menudo da como resultado hipoxia o anoxia en el agua del fondo, lo que provoca la muerte de peces y la degradación del hábitat. 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.

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

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 las aguas costeras depende tanto del suministro de nutrientes como de la luz, siendo este último un factor limitante importante en las aguas cercanas a la costa donde la resuspensión de sedimentos a menudo limita la penetración de la luz.

Los nutrientes se suministran a las aguas costeras desde la tierra a través de los ríos y las aguas subterráneas y también a través de la atmósfera. También hay una fuente importante del océano abierto, a través de la mezcla de aguas oceánicas profundas relativamente ricas en nutrientes. Los aportes de nutrientes del océano se modifican poco por la actividad humana, aunque el cambio climático puede alterar los flujos de agua a través de la plataforma continental. Por el contrario, los aportes desde la tierra a las zonas costeras de los nutrientes nitrógeno y fósforo se han incrementado por la actividad humana a nivel mundial. La magnitud de los aumentos varía mucho de un lugar a otro dependiendo de las actividades humanas en las cuencas. 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 según las actividades de captación y la carga de nutrientes asociada. El entorno geográfico 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 ver de varias maneras diferentes:

1. Hay evidencia del monitoreo satelital de que las cantidades de clorofila como medida de la actividad general del fitoplancton están aumentando en muchas áreas costeras en todo el mundo debido al aumento de los aportes de nutrientes.
2. La composición de especies de fitoplancton puede cambiar debido a una mayor carga de nutrientes y cambios en las proporciones de nutrientes clave. En particular, los aumentos en las entradas de nitrógeno y fósforo, junto con cambios mucho menores en las entradas de silicio, crean cambios en la proporción de nitrógeno y fósforo a silicio. Estas proporciones cambiantes de nutrientes impulsan cambios en la composición de las especies de fitoplancton, lo que perjudica particularmente a las especies de fitoplancton ricas en sílice, como las diatomeas, en comparación con otras especies. Este proceso conduce al desarrollo de floraciones de algas molestas en áreas como el Mar del Norte (ver también la Convención OSPAR) y el Mar Negro.En algunos casos, el enriquecimiento de nutrientes puede provocar la proliferación de algas nocivas (FAN). Tales floraciones pueden ocurrir naturalmente, 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.
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 degradable por bacterias a aguas tan aisladas y profundas pueden exacerbar el agotamiento de oxígeno en los océanos. Estas áreas de menor oxígeno disuelto han aumentado a nivel mundial en las últimas décadas. Por lo general, están relacionados con el enriquecimiento de nutrientes y la proliferación de algas resultante. El cambio climático generalmente tenderá a aumentar la estratificación de la columna de agua y, por lo tanto, exacerbará este problema de agotamiento del oxígeno.Un ejemplo de tal agotamiento de oxígeno en la costa se encuentra en el Golfo de México, donde se ha desarrollado un área de anoxia estacional de más de 5000 millas cuadradas desde la década de 1950. El aumento de la producción primaria que impulsa esta anoxia es alimentado por los nutrientes suministrados por el río Mississippi. Un proceso similar ha sido documentado en el Mar Negro.

Alcance del problema

Las encuestas mostraron que el 54% de los lagos en Asia son eutróficos; en Europa, 53%; en América del Norte, 48%; en Sudamérica, 41%; y en África, 28%. En Sudáfrica, un estudio del CSIR que utilizó sensores remotos mostró que más del 60% de los embalses estudiados eran eutróficos.

El Instituto de Recursos Mundiales ha identificado 375 zonas costeras hipóxicas en el mundo, concentradas en las áreas costeras de Europa occidental, las costas este y sur de los EE. UU. y el este de Asia, particularmente Japón.

Objetivos globales

El marco de las Naciones Unidas para los Objetivos de Desarrollo Sostenible reconoce los efectos dañinos de la eutrofización para los entornos marinos. Ha establecido un cronograma para crear un Índice de Eutrofización Costera y Densidad de Desechos Plásticos Flotantes (ICEP) dentro del Objetivo de Desarrollo Sostenible 14 (vida debajo del agua). El ODS 14 tiene como objetivo específico: "para 2025, prevenir y reducir significativamente la contaminación marina de todo tipo, en particular la proveniente de actividades realizadas en tierra, incluidos los desechos marinos y la contaminación por nutrientes".

Prevención

Minimizar la contaminación de fuentes puntuales de las aguas residuales

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

Hay múltiples formas diferentes de arreglar la eutrofización cultural con aguas residuales sin tratar como una fuente puntual de contaminación. Por ejemplo, las plantas de tratamiento de aguas residuales se pueden mejorar para la eliminación biológica de nutrientes, de modo que descarguen mucho menos nitrógeno y fósforo en el 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. Debido a que uno de los principales contribuyentes a la carga de nutrientes de fuentes no puntuales de los cuerpos de agua son las aguas residuales domésticas sin tratar, es necesario proporcionar instalaciones de tratamiento en las áreas altamente urbanizadas, particularmente en los países en desarrollo, en los que el tratamiento de las aguas residuales domésticas es escaso. La tecnología para reutilizar de manera segura y eficiente las aguas residuales, tanto de fuentes domésticas como industriales, debe ser una preocupación principal para la política relacionada con la eutrofización.

Minimizar la contaminación por nutrientes en la agricultura

Hay muchas maneras de ayudar a solucionar la eutrofización cultural causada por la agricultura. Las prácticas agrícolas seguras son la forma número uno de solucionar el problema. Algunas precauciones de seguridad son:

1. Técnicas de manejo de nutrientes: cualquier persona que use fertilizantes debe aplicar fertilizantes en la cantidad correcta, en la época correcta del año, con el método y la ubicación correctos.
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. Plantación de amortiguadores de campo: 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.
4. Labranza de conservación: al reducir la frecuencia y la intensidad de la labranza, la tierra aumentará la posibilidad de que los nutrientes se absorban en el suelo.

Minimizar la contaminación no puntual

La contaminación difusa es la fuente de nutrientes más difícil de manejar. Sin embargo, la literatura sugiere que cuando se controlan estas fuentes, la eutrofización disminuye. Se recomiendan los siguientes pasos para minimizar la cantidad de contaminación que puede ingresar a los ecosistemas acuáticos desde fuentes ambiguas.

Zonas de amortiguamiento ribereñas

Los estudios muestran que interceptar la contaminación no puntual entre la fuente y el agua es un medio exitoso de prevención. Las zonas de amortiguamiento ribereñas son interfaces entre un cuerpo de agua que fluye y la tierra, y se han creado cerca de las vías fluviales en un intento de filtrar los contaminantes; sedimentos y nutrientes se depositan aquí en lugar de en el agua. La creación de zonas de amortiguamiento cerca de las granjas y las carreteras es otra forma posible de evitar que los nutrientes viajen demasiado lejos. Aún así, los estudios han demostrado que los efectos de la contaminación atmosférica por nitrógeno pueden llegar mucho más allá de la zona de amortiguamiento. Esto sugiere que el medio más eficaz de prevención es la fuente primaria.

Política de prevención

Debe imponerse una política que regule el uso agrícola de fertilizantes y desechos animales. En Japón, la cantidad de nitrógeno producido por el ganado es adecuada para satisfacer las necesidades de fertilizantes de la industria agrícola. Por lo tanto, no es irrazonable ordenar a los propietarios de ganado que recolecten los desechos animales del campo, que cuando se dejan estancados se filtrarán a las aguas subterráneas.

La política de prevención y reducción de la eutrofización se puede desglosar en cuatro sectores: Tecnologías, participación ciudadana, instrumentos económicos y cooperación.El término tecnología se usa de manera vaga, refiriéndose a un uso más generalizado de los métodos existentes en lugar de una apropiación de nuevas tecnologías. Como se mencionó anteriormente, las fuentes difusas de contaminación son los principales contribuyentes a la eutrofización y sus efectos pueden minimizarse fácilmente 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 en una cuenca. Además, a través del uso eficiente y controlado de la tierra utilizando 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. La tecnología de eliminación de residuos constituye otro factor en la prevención de la eutrofización.

El papel del público es un factor importante para la prevención eficaz de la eutrofización. Para que una política tenga algún efecto, el público debe ser consciente de su contribución al problema y de las formas en que puede reducir sus efectos. Los programas instituidos para promover la participación en el reciclaje y la eliminación de desechos, así como la educación sobre el tema del uso racional del agua son necesarios para proteger la calidad del agua dentro de las áreas urbanizadas y cuerpos de agua adyacentes.

Los instrumentos económicos, "que incluyen, entre otros, derechos de propiedad, mercados de agua, instrumentos fiscales y financieros, sistemas de cargos y sistemas de responsabilidad, se están convirtiendo gradualmente en un componente sustantivo del conjunto de herramientas de gestión utilizadas para el control de la contaminación y las decisiones de asignación de agua". Los incentivos para quienes practican tecnologías de gestión del agua limpias y renovables son un medio eficaz para fomentar la prevención de la contaminación. Al internalizar los costos asociados con los efectos negativos sobre el medio ambiente, los gobiernos pueden fomentar una gestión del agua más limpia.

Debido a que una masa de agua puede tener un efecto sobre una variedad de personas que va mucho más allá de la cuenca, es necesaria la cooperación entre diferentes organizaciones para evitar la intrusión de contaminantes que pueden conducir a la eutrofización. Organismos que van desde los gobiernos estatales hasta los de gestión de recursos hídricos y organizaciones no gubernamentales, pasando por la población local, son responsables de prevenir la eutrofización de los cuerpos de agua. En los Estados Unidos, el esfuerzo interestatal más conocido para prevenir la eutrofización es la Bahía de Chesapeake.

Pruebas y modelado de nitrógeno

La prueba de nitrógeno en el suelo (N-Testing) es una técnica que ayuda a los agricultores a optimizar la cantidad de fertilizante que se aplica a los cultivos. Al probar los campos con este método, los agricultores vieron una disminución en los costos de aplicación de fertilizantes, una disminución en la pérdida de nitrógeno a las fuentes circundantes, o ambos. Al probar el suelo y modelar la cantidad mínima de fertilizante que se necesita, los agricultores obtienen beneficios económicos al tiempo que reducen la contaminación.

Agricultura ecológica

Los campos fertilizados orgánicamente pueden "reducir significativamente la lixiviación dañina de nitratos" en comparación con los campos fertilizados convencionalmente. En algunos casos, los impactos de la eutrofización son mayores en la producción orgánica que en la producción convencional.

Reversión y remediación

Recuperarse de la eutrofización

La reducción de los aportes 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 más que una simple reversión de insumos, ya que a veces hay varios estados ecológicos estables pero muy diferentes. La recuperación de los lagos eutrofizados es lenta y, a menudo, requiere varias décadas.

Se han concebido soluciones innovadoras para hacer frente a la contaminación por nutrientes en los sistemas acuáticos mediante la alteración o mejora de los procesos naturales para alejar los efectos de los nutrientes de los impactos ecológicos perjudiciales.La remediación de nutrientes es una forma de remediación ambiental, pero se refiere solo a nutrientes biológicamente activos como el nitrógeno y el fósforo. “Remediación” se refiere a la eliminación de la contaminación o los contaminantes, generalmente para la protección de la salud humana. En la remediación ambiental, las tecnologías de eliminación de nutrientes incluyen la biofiltración, que utiliza materia viva para capturar y degradar biológicamente los contaminantes. Los ejemplos incluyen cinturones verdes, áreas ribereñas, humedales naturales y construidos y estanques de tratamiento. Estas áreas comúnmente capturan descargas antropogénicas, como aguas residuales, escorrentía de aguas pluviales o tratamiento de aguas residuales, para la recuperación de tierras después de la minería, la actividad de refinería o el desarrollo de la tierra.La biofiltración utiliza la asimilación biológica para capturar, absorber y eventualmente incorporar los contaminantes (incluidos los nutrientes) en el tejido vivo. Otra forma de eliminación de nutrientes es la biorremediación, que utiliza microorganismos para eliminar contaminantes. La biorremediación puede ocurrir por sí sola como atenuación natural o biorremediación intrínseca o puede fomentarse mediante la adición de fertilizantes, una estrategia llamada bioestimulación.

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 cosechar mariscos y algas marinas con el fin de eliminar el nitrógeno y otros nutrientes de los cuerpos de agua naturales. Se ha sugerido que la eliminación de nitrógeno por parte de los arrecifes de ostras podría generar beneficios netos para las fuentes que enfrentan restricciones de emisión de nitrógeno, de manera 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 conducirían a la imposición de límites de emisión, las ostras ahorran efectivamente a las fuentes los costos de cumplimiento en los que de otro modo incurrirían. Varios estudios han demostrado que las ostras y los mejillones tienen la capacidad de impactar dramáticamente los niveles de nitrógeno en los estuarios.Además, los estudios han demostrado el potencial de las algas marinas para mejorar los niveles de nitrógeno.

Mariscos en estuarios

Una solución propuesta para detener y revertir la eutrofización en los estuarios es restaurar las poblaciones de mariscos, como ostras y mejillones. Los arrecifes de ostras eliminan el nitrógeno de la columna de agua y filtran los sólidos en suspensión, lo que reduce la probabilidad o el alcance de la proliferación de algas nocivas o las condiciones anóxicas. La actividad de alimentación por filtración se considera beneficiosa para la calidad del agua 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. El trabajo fundamental hacia la idea de mejorar la calidad del agua marina a través del cultivo de mariscos fue realizado por Odd Lindahl et al., utilizando mejillones en Suecia.En los Estados Unidos, se han llevado a cabo proyectos de restauración de mariscos en las costas este, oeste y del golfo. Consulte la contaminación por nutrientes para obtener una explicación detallada de la remediación de nutrientes utilizando mariscos.

Cultivo de algas

La acuicultura de algas marinas ofrece una oportunidad para mitigar y adaptarse al cambio climático. Las algas, como las algas marinas, también absorben fósforo y nitrógeno y, por lo tanto, son útiles para eliminar el exceso de nutrientes de las partes contaminadas del mar. Algunas algas marinas cultivadas tienen una productividad muy alta y pueden absorber grandes cantidades de N, P, CO2, produciendo grandes cantidades de O2 que tienen un efecto excelente en la disminución de la eutrofización. 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 en lagos (eliminación química de fósforo)

La geoingeniería es la manipulación de procesos biogeoquímicos, generalmente el ciclo del fósforo, para lograr una respuesta ecológica deseada en el ecosistema. Las técnicas de geoingeniería suelen utilizar materiales capaces de inactivar químicamente el fósforo disponible para los organismos (es decir, fosfato) en la columna de agua y también bloquear la liberación de fosfato del sedimento (carga interna). El fosfato es uno de los principales factores que contribuyen al crecimiento de algas, principalmente cianobacterias, por lo que una vez que se reduce el fosfato, las algas no pueden crecer demasiado. Por lo tanto, los materiales de geoingeniería se utilizan para acelerar la recuperación de cuerpos de agua eutróficos y gestionar la proliferación de algas. Hay varios adsorbentes de fosfato en la literatura, a partir de sales metálicas (p. ej., alumbre, sulfato de aluminio,) minerales, arcillas naturales y suelos locales, productos de desecho industrial, arcillas modificadas (por ejemplo, bentonita modificada con lantano) y otros. El sorbente de fosfato se aplica comúnmente en la superficie del cuerpo de agua y se hunde en 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 Phoslock).

Un método de remediación de la eutrofización utiliza la eliminación química de fósforo con sulfato de aluminio, una sal comúnmente utilizada en el proceso de coagulación del tratamiento del agua potable. El sulfato de aluminio, o "alumbre", como se le conoce comúnmente, se usa para reducir la carga de fósforo. En un estudio a gran escala, se monitorearon 114 lagos para determinar la efectividad del alumbre en la reducción de fósforo. 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. El tratamiento con alumbre es menos eficaz en lagos profundos, así como en lagos con una carga externa sustancial de fósforo.

Historia

La eutrofización fue reconocida como un problema de contaminación del agua en los lagos y embalses europeos y norteamericanos a mediados del siglo XX. La investigación de vanguardia llevada a cabo en el Área de Lagos Experimentales (ELA) en Ontario, Canadá, en la década de 1970 proporcionó la evidencia de que las masas de agua dulce tienen una cantidad limitada de fósforo. ELA utiliza el enfoque de ecosistema completo e investigaciones a largo plazo de lagos completos de agua dulce centrándose en la eutrofización cultural.

Terminología

Etimología

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

Otros usos del término

Eutrofización terrestre

Mientras que la eutrofización generalmente se refiere a los sistemas acuáticos, algunos autores han utilizado el término "eutrofización terrestre" para los ecosistemas terrestres. 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. _{Por ejemplo, la fertilización con CO 2} atmosférico puede exacerbar la eutrofización del bioma del bosque boreal.