Los suelos del Medio Oeste se encuentran entre los más productivos del mundo, en parte gracias a los extensos sistemas de drenaje de tejas que eliminan el exceso de agua de los campos de cultivo.
Pero el agua no es lo único que fluye a través de los drenajes de tejas. El nitrógeno se desplaza junto con el agua del
suelo hacia las zanjas de drenaje, los arroyos y, en última instancia, hacia la cuenca del río Misisipi, donde el nutriente contribuye a la proliferación masiva de algas y a las condiciones hipóxicas que afectan la vida acuática en el Golfo de México.
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Un estudio reciente de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign ofrece una nueva perspectiva de las fuentes y los procesos que afectan la carga de nitrógeno en el agua de drenaje de los sistemas de drenaje. El estudio revela una reserva de nitrógeno “heredada” inesperadamente grande y estable, lo que añade matices a la creencia común de que el nitrógeno circula rápidamente a través de los sistemas de drenaje de los sistemas de drenaje como un reflejo transitorio del aporte de fertilizantes y la actividad microbiana.
“El efecto legado se relaciona con el desfase temporal entre el momento en que el nitrógeno se pone a disposición en el suelo y su pérdida en las vías fluviales. Por ejemplo, si este año se introduce nitrógeno a través de fertilizantes, no se reflejará inmediatamente en las descargas río abajo. Este desfase se ha detectado en muchos sistemas, pero los investigadores anteriores no sabían qué lo causaba ni cuál era su magnitud”, dijo el autor principal del estudio, Zhongjie Yu, profesor adjunto del Departamento de Recursos Naturales y
Ciencias Ambientales (NRES), parte de la Facultad de Ciencias Agrícolas, del Consumidor y Ambientales (ACES) de Illinois.
Para entender el origen del nitrógeno en el agua de drenaje, el equipo de investigación primero tuvo que diferenciar el nitrato derivado de varias fuentes. Recolectaron muestras de drenaje de un campo de maíz y soja semanalmente durante tres años y midieron el nitrato. También recolectaron muestras de suelo, residuos de cultivos y fertilizantes para analizar las concentraciones de nitrógeno, así como los isótopos estables naturales de nitrógeno y oxígeno, los dos elementos que componen las moléculas de nitrato.
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Utilizando equipos de laboratorio sensibles, investigadores anteriores asociaron ligeras variaciones en los isótopos más pesados ??de nitrógeno (15N) y oxígeno (18O) con diversas fuentes de nitrógeno y los procesos de ciclo microbiano del nitrógeno de nitrificación y desnitrificación.
Podemos pensar en los isótopos de nitrógeno y oxígeno como una huella dactilar para identificar las fuentes de nitrato y cómo se recicla mediante procesos microbianos”, dijo Yu. “Diferentes fuentes tienen diferentes proporciones de isótopos, al igual que los humanos tienen diferentes huellas dactilares”.
Yu agregó que el nitrato derivado de fertilizantes inorgánicos tiene una proporción isotópica más baja, con menos nitrógenos y oxígenos pesados, que las fuentes de nitrógeno orgánico del suelo a granel.
El equipo de investigación también llevó muestras de suelo al laboratorio y las incubó para aprender cómo el ciclo microbiano del nitrógeno afecta a los isótopos de nitrato. Con los datos de campo y de laboratorio, los investigadores pudieron rastrear las fuentes de nitrato a lo largo del tiempo y en los distintos sistemas de cultivo.
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“Nuestros resultados muestran que las proporciones isotópicas originales de nitrato eran similares a las del fertilizante de amoníaco y el nitrógeno de la biomasa de soja y no variaron con el tiempo cuando no se introdujeron nuevos fertilizantes en el sistema”, dijo Yu. “Esto sugiere que existe una gran reserva heredada de nitrato en el
suelo y un desfase temporal entre el momento en que se agrega nitrógeno al sistema y el momento en que se exporta como nitrato en el drenaje de las baldosas”.
