Contaminación agrícola
# Contaminación agrícola

La contaminación agrícola se refiere a los subproductos bióticos y abióticos de las prácticas agrícolas que resultan en la contaminación o degradación del medio ambiente y los ecosistemas circundantes, y que causan daños a los humanos y sus intereses económicos. La contaminación puede provenir de una variedad de fuentes, que van desde la contaminación del agua de origen puntual (desde un único punto de descarga) hasta causas más difusas a nivel de paisaje, también conocidas como contaminación de origen no puntual o contaminación difusa. Las prácticas de gestión desempeñan un papel crucial en la cantidad y el impacto de estos contaminantes. Las técnicas de manejo van desde el manejo de animales y la vivienda, hasta el manejo de prácticas agrícolas mundiales como la propagación de pesticidas y fertilizantes.

## Fuentes abióticas

### Pesticidas

Los pesos y herbicidas se aplican a las tierras agrícolas para controlar las plagas que interrumpen la producción de cultivos. La contaminación del suelo puede ocurrir cuando los pesticidas persisten y se acumulan en los suelos, lo que puede alterar los procesos microbianos, aumentar la absorción del químico por las plantas, y cuando los pesticidas son tóxicos para los organismos del suelo. El grado de persistencia de los pesticidas y herbicidas depende de la química única del compuesto, que afecta la dinámica de sorción y el destino y el transporte resultantes en el ambiente del suelo. Los pesticidas también pueden acumularse en animales que comen plagas contaminadas y organismos del suelo. Además, los pesticidas pueden ser más dañinos para los insectos beneficiosos, como los polinizadores, y para los enemigos naturales de las plagas (es decir, los insectos que se aprovechan o parasitan las plagas), que lo son para las plagas objetivo.

**Lixiviación de plaguicidas**

La lixiviación de pesticidas ocurre cuando los pesticidas se mezclan con el agua y se mueven a través del suelo, contaminando el agua subterránea. La cantidad de lixiviación está correlacionada con las características particulares del suelo y los pesticidas y el grado de lluvia e irrigación. La lixiviación es más probable si se usa un pesticida soluble en agua, cuando el suelo tiende a ser de textura arenosa; si se produce un riego excesivo justo después de la aplicación de pesticidas; si la capacidad de adsorción del pesticida al suelo es baja. La lixiviación no solo puede originarse en campos tratados, sino también en áreas de mezcla de pesticidas, sitios de lavado de maquinaria de aplicación de pesticidas o áreas de eliminación.

### Fertilizantes

Los fertilizantes se utilizan para proporcionar a los cultivos fuentes adicionales de nutrientes, como nitrógeno, fósforo y potasio, que promueven el crecimiento de las plantas y aumentan el rendimiento de los cultivos.

Nitrógeno

Los fertilizantes nitrogenados suministran a las plantas formas de nitrógeno que están biológicamente disponibles para su absorción; a saber, $NO_3^-$ (nitrato) y $NH_4^+$ (amonio). Solo una fracción de estos es absorbida por los cultivos, y el resto se acumula en el suelo o se pierde como escorrentía. Es mucho más probable que los fertilizantes de nitrato se pierdan en el perfil del suelo con la escorrentía debido a las cargas similares entre la molécula y las partículas de arcilla cargadas negativamente.

Las altas tasas de aplicación de fertilizantes que contienen nitrógeno combinados con la alta solubilidad en agua del nitrato conduce a un aumento de la escorrentía en las aguas superficiales, así como a la lixiviación en las aguas subterráneas, causando así la contaminación de las aguas subterráneas.

El uso excesivo de fertilizantes que contienen nitrógeno (ya sean sintéticos o naturales) es particularmente dañino, ya que gran parte del nitrógeno que las plantas no absorben se transforma en nitrato, que se lixivia fácilmente. Niveles de nitrato superiores a 10 mg/L (10 ppm) en el agua subterránea puede causar el "síndrome del bebé azul" (metahemoglobinemia adquirida).

Los nutrientes, en los fertilizantes, especialmente los nitratos, pueden causar problemas para los hábitats naturales y para la salud humana si se lavan del suelo en los cursos de agua o se filtran a través del suelo hacia las aguas subterráneas.

Además, el abuso de fertilizantes puede causar contaminación del aire en forma de amoníaco.

**Cadmio**

La concentración de cadmio en los fertilizantes que contienen fósforo varía considerablemente y puede ser problemática. Por ejemplo, el fertilizante de fosfato monoamónico puede tener un contenido de cadmio tan bajo como 0.14 mg/kg o tan alto como 50.9 mg/kg. Esto se debe a que la roca de fosfato utilizada en su fabricación puede contener hasta 188 mg/kg de cadmio (por ejemplo, los depósitos en Nauru y la isla de Navidad). El uso continuo de fertilizantes con alto contenido de cadmio puede contaminar el suelo y las plantas. La Comisión Europea ha considerado los límites al contenido de cadmio de los fertilizantes fosfatados. Los productores de fertilizantes que contienen fósforo ahora seleccionan roca fosfórica basada en el contenido de cadmio.

**Fluoruro**

Las rocas de fosfato contienen altos niveles de fluoruro. En consecuencia, el uso generalizado de fertilizantes de fosfato ha aumentado las concentraciones de fluoruro en el suelo. Se ha encontrado que la contaminación de los alimentos por fertilizantes es poco preocupante ya que las plantas acumulan poco fluoruro del suelo. De mayor preocupación es la posibilidad de toxicidad de fluoruro para el ganado que ingiere suelos contaminados. También son posibles los efectos del fluoruro sobre los microorganismos del suelo.

**Elementos radiactivos**

El contenido radiactivo de los fertilizantes varía considerablemente y depende tanto de sus concentraciones en el mineral original como del proceso de producción de fertilizantes. El rango de concentraciones de uranio-238 puede variar de 7 a 100 pCi/g en roca de fosfato y de 1 a 67 pCi/g en fertilizantes de fosfato. Cuando se usan altas tasas anuales de fertilizante de fósforo, esto puede dar como resultado concentraciones de uranio-238 en suelos y aguas de drenaje que son varias veces mayores de lo que normalmente están presentes. Sin embargo, el impacto de estos aumentos en el riesgo para la salud humana de la contaminación de alimentos por radionúclidos es muy pequeño (menos de 0.05 mSv/a).

**Otros metales**

Los desechos de la industria del acero, que se reciclan en fertilizantes por sus altos niveles de zinc (esencial para el crecimiento de las plantas), pueden incluir los siguientes metales tóxicos: plomo, arsénico, cadmio, cromo y níquel. Los elementos tóxicos más comunes en este tipo de fertilizante son mercurio, plomo y arsénico. Estas impurezas potencialmente dañinas pueden eliminarse; sin embargo, esto aumenta significativamente el costo de producción. Los fertilizantes altamente puros están ampliamente disponibles y quizás mejor conocidos como los fertilizantes altamente solubles en agua que contienen tintes azules utilizados en los hogares, como Miracle-Gro. Estos fertilizantes altamente solubles en agua se utilizan en el negocio de viveros y están disponibles en paquetes más grandes a un costo significativamente menor que las cantidades minoristas. También hay algunos fertilizantes granulares de jardín de bajo costo hechos con ingredientes de alta pureza.

**Lixiviación, escorrentía y eutrofización.**

El nitrógeno (N) y el fósforo (P) aplicados a las tierras agrícolas (a través de fertilizantes sintéticos, compost, abonos, biosólidos, etc.) pueden proporcionar valiosos nutrientes para las plantas. Sin embargo, si no se maneja correctamente, el exceso de N y P puede tener consecuencias ambientales negativas. El exceso de N suministrado tanto por fertilizantes sintéticos (como nitrato altamente soluble) como por fuentes orgánicas como abonos (cuyo N orgánico es mineralizado a nitrato por los microorganismos del suelo) puede conducir a la contaminación del nitrato por el agua subterránea. El agua potable contaminada con nitrato puede causar el síndrome del bebé azul . Junto con el exceso de P de estas mismas fuentes de fertilizantes, la eutrofización puede ocurrir aguas abajo debido al exceso de suministro de nutrientes, lo que lleva a áreas anóxicas llamadas zonas muertas.

**Contaminantes orgánicos**

El estiércol y los biosólidos contienen muchos nutrientes consumidos por animales y seres humanos en forma de alimentos. La práctica de devolver dichos productos de desecho a las tierras agrícolas presenta una oportunidad para reciclar los nutrientes del suelo. El desafío es que los abonos y los biosólidos contienen no solo nutrientes como carbono, nitrógeno y fósforo, sino que también pueden contener contaminantes, incluidos productos farmacéuticos y de cuidado personal (PPCP). Existe una gran variedad y gran cantidad de PPCP consumidos por humanos y animales, y cada uno tiene una química única en ambientes terrestres y acuáticos. Como tal, no todos han sido evaluados por sus efectos sobre el suelo, el agua y la calidad del aire. La Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos (APE) ha examinado los lodos de depuradora de las plantas de tratamiento de aguas residuales en los Estados Unidos para evaluar los niveles presentes de varios PPCP.

### Metales pesados

Los principales insumos de metales pesados (por ejemplo, plomo, cadmio, arsénico, mercurio) en los sistemas agrícolas son fertilizantes, desechos orgánicos como estiércol y desechos de subproductos industriales. Algunas técnicas de cultivo, como el riego, pueden conducir a la acumulación de selenio (Se) que ocurre naturalmente en el suelo. Esto puede dar lugar a depósitos de agua aguas abajo que contienen concentraciones de selenio que son tóxicos para la vida silvestre, el ganado y los humanos. Este proceso se conoce como el "Efecto Kesterson", que lleva el mismo nombre del Embalse Kesterson en el Valle de San Joaquín (California, EE. UU.), que fue declarado vertedero de desechos tóxicos en 1987.

### Gestión de tierra

**Labranza y emisiones de óxido nitroso**

Los procesos biogeoquímicos naturales del suelo provocan la emisión de varios gases de efecto invernadero, incluido el óxido nitroso. Las prácticas de gestión agrícola pueden afectar los niveles de emisión. Por ejemplo, se ha demostrado que los niveles de labranza afectan las emisiones de óxido nitroso.

**Erosión y sedimentación del suelo**

La agricultura contribuye en gran medida a la erosión del suelo y a la deposición de sedimentos a través de un manejo intensivo o una cubierta de tierra ineficiente. Se estima que la degradación de la tierra agrícola está conduciendo a una disminución irreversible de la fertilidad en aproximadamente 6 millones de hectáreas de tierra fértil cada año. La acumulación de sedimentos (es decir, sedimentación) en el agua de escorrentía afecta la calidad del agua de varias maneras. La sedimentación puede disminuir la capacidad de transporte de zanjas, arroyos, ríos y canales de navegación. También puede limitar la cantidad de luz que penetra en el agua, lo que afecta la biota acuática. La turbidez resultante de la sedimentación puede interferir con los hábitos alimenticios de los peces, afectando la dinámica de la población. La sedimentación también afecta el transporte y la acumulación de contaminantes, incluidos el fósforo y varios pesticidas.

## Fuentes bióticas

### Gases de efecto invernadero a partir de desechos fecales

La Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura (FAO) predijo que el 18% de los gases de efecto invernadero antropogénicos provienen directa o indirectamente del ganado a nivel mundial. Este informe también sugirió que las emisiones del ganado eran mayores que las del sector del transporte. Si bien el ganado actualmente desempeña un papel en la producción de emisiones de gases de efecto invernadero, se ha argumentado que las estimaciones son una tergiversación. Si bien la FAO utilizó una evaluación del ciclo de vida de la agricultura animal (es decir, todos los aspectos, incluidas las emisiones de los cultivos para la alimentación, el transporte al matadero, etc.), no aplicaron la misma evaluación para el sector del transporte.

Un modelo PNAS mostró que incluso si los animales fueran eliminados por completo de la agricultura y las dietas de los Estados Unidos, las emisiones de gases de efecto invernadero de los Estados Unidos se reducirían solo en un 2.6% (o 28% de las emisiones de gases de efecto invernadero provenientes del sector agrícola). Esto se debe a la necesidad de reemplazar los abonos animales por fertilizantes y reemplazar también otros coproductos animales, y porque el ganado ahora usa subproductos de procesamiento de alimentos y fibras no comestibles para el ser humano. Además, las personas sufrirían una mayor cantidad de deficiencias en nutrientes esenciales, aunque obtendrían un mayor exceso de energía, lo que posiblemente conduciría a una mayor obesidad.

### Bioplaguicidas

Los bioplaguicidas son pesticidas derivados de materiales naturales (animales, plantas, microorganismos, ciertos minerales). Como alternativa a los pesticidas tradicionales, los bioplaguicidas pueden reducir la contaminación agrícola general porque son seguros de manejar, por lo general no afectan fuertemente a invertebrados o vertebrados beneficiosos y tienen un tiempo residual corto. Sin embargo, existen algunas preocupaciones de que los bioplaguicidas pueden tener impactos negativos en las poblaciones de especies no objetivo.

En los Estados Unidos, los bioplaguicidas están regulados por la Agencia de Protección Ambiental. Debido a que los bioplaguicidas son menos dañinos y tienen menos efectos ambientales que otros pesticidas, la agencia no requiere tantos datos para registrar su uso. Muchos bioplaguicidas están permitidos bajo el Programa Nacional Orgánico que depende del Departamento de Agricultura de los Estados Unidos y son estándares para la producción de cultivos orgánicos.

En Colombia el control de calidad de bioinsumos agrícolas, con especial énfasis en parámetros microbiológicos, fisicoquímicos y biológicos de plaguicidas microbianos garantiza los métodos y los procesos de aseguramiento para obtener resultados confiables y veraces en los cultivos.

### Especies introducidas

**Especies invasivas**

La creciente globalización de la agricultura ha resultado en el transporte accidental de plagas, malezas y enfermedades a nuevos rangos. Si se establecen, se convierten en una especie invasora que puede afectar a las poblaciones de especies nativas y amenazar la producción agrícola. Por ejemplo, el transporte de abejorros criados en Europa y enviados a los Estados Unidos y/o Canadá para su uso como polinizadores comerciales ha llevado a la introducción de un parásito de Europa hacia el continente americano. Esta introducción puede desempeñar un papel en los recientes descensos de los abejorros nativos en América del Norte. Las especies introducidas en la agricultura también pueden hibridarse con las especies nativas, lo que resulta en una disminución de la biodiversidad genética y amenaza la producción agrícola.

La perturbación del hábitat (ecología) asociada con las prácticas agrícolas también puede facilitar el establecimiento de estos organismos introducidos. La maquinaria contaminada, el ganado y el forraje, y las semillas de pasturas o cultivos contaminados también pueden conducir a la propagación de malezas.

Las cuarentenas (ver bioseguridad) son una forma al nivel de políticas públicas para regular la prevención de la propagación de especies invasoras. Una cuarentena es un instrumento legal que restringe el movimiento de material infestado desde áreas donde una especie invasora está presente a áreas en las que está ausente. La Organización Mundial del Comercio tiene normas internacionales relativas a la cuarentena de plagas y enfermedades en el marco del Acuerdo sobre la Aplicación de Medidas Sanitarias y Fitosanitarias. Los países individuales a menudo tienen sus propias regulaciones de cuarentena. En los Estados Unidos, por ejemplo, el Departamento de Agricultura y el Servicio de Inspección de Sanidad Animal y Vegetal administra cuarentenas nacionales (dentro de los Estados Unidos) y extranjeras (importaciones desde fuera de los Estados Unidos). Los inspectores hacen cumplir estas cuarentenas en las fronteras estatales y los puertos de entrada.

**Control biológico**

El uso de agentes biológicos para el control de plagas, o el uso de depredadores, parasitoides, parásitos y patógenos para controlar las plagas agrícolas, tiene el potencial de reducir la contaminación agrícola asociada con otras técnicas de control de plagas, como el uso de pesticidas. Sin embargo, los méritos de la introducción de agentes de biocontrol no nativos han sido ampliamente debatidos. Una vez liberado, la introducción de un agente de biocontrol puede ser irreversible. Los posibles problemas ecológicos podrían incluir la dispersión de los hábitats agrícolas en ambientes naturales y el cambio o la adaptación del huésped para utilizar una especie nativa. Además, predecir los resultados de la interacción en ecosistemas complejos y los posibles impactos ecológicos antes de la liberación puede ser difícil.

Para prevenir la contaminación agrícola, se requiere cuarentena e investigación exhaustiva sobre la eficacia potencial del organismo y los impactos ecológicos antes de su introducción. Si se aprueba, se intenta colonizar y dispersar el agente de biocontrol en entornos agrícolas apropiados. Se realizan evaluaciones continuas de su eficacia.

### Organismos Modificados Genéticamente (OMG)

**Contaminación genética y efectos ecológicos**

Los cultivos de OGM pueden provocar contaminación genética de especies de plantas nativas a través de la hibridación. Esto podría conducir a un aumento de la maleza de la planta o la extinción de las especies nativas. Además, la propia planta transgénica puede convertirse en una maleza si la modificación mejora su aptitud en un entorno determinado.

También existe la preocupación de que los organismos no objetivo, como los polinizadores y los enemigos naturales, puedan ser envenenados por la ingestión accidental de plantas productoras de Bt. Un estudio reciente que probó los efectos del polen de maíz Bt que espolvorea las plantas de algodoncillo cercanas en la alimentación larval de la mariposa monarca encontró que la amenaza para las poblaciones de la monarca era baja.

El uso de plantas de cultivo transgénicas diseñadas para la resistencia a los herbicidas también puede aumentar indirectamente la cantidad de contaminación agrícola asociada con el uso de herbicidas. Por ejemplo, el mayor uso de herbicidas en los campos de maíz resistentes a los herbicidas en el medio oeste de los Estados Unidos está disminuyendo la cantidad de algodoncillo disponible para las larvas de mariposa monarca.

La regulación de la liberación de organismos genéticos modificados varía según el tipo de organismo y el país en cuestión.

### Manejo de animales

**Manejo de estiércol - purines**

Uno de los principales contribuyentes a la contaminación del aire, el suelo y el agua es el desperdicio animal. Según un informe de 2005 del Departamento de Agricultura de los Estados Unidos, anualmente se producen más de 335 millones de toneladas de desechos de "materia seca" (los desechos después de que se elimina el agua) en las granjas de los Estados Unidos. Las operaciones de alimentación animal producen aproximadamente 100 veces más estiércol que la cantidad de lodos de depuradora humana procesados en plantas de aguas residuales municipales de los Estados Unidos cada año. La contaminación de fuentes difusas de los fertilizantes agrícolas es más difícil de rastrear, monitorear y controlar. Las altas concentraciones de nitrato se encuentran en el agua subterránea y pueden alcanzar 50 mg/litro, que es el límite actual establecido por la directiva de la Unión Europea. En zanjas y cursos de ríos, la contaminación de nutrientes de los fertilizantes provoca la eutrofización. Esto es peor en invierno, después de que arar en otoño ha liberado una oleada de nitratos; la lluvia invernal es más intensa aumentando la escorrentía y la lixiviación, y hay una menor absorción de plantas. La Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos sugiere que una granja lechera con 2,500 vacas produce tantos desechos como una ciudad con alrededor de 411,000 residentes. El Consejo Nacional de Investigación de Estados Unidos ha identificado los olores como el problema de emisión de animales más importante a nivel local. Diferentes sistemas animales han adoptado varios procedimientos de gestión de residuos para hacer frente a la gran cantidad de residuos producidos anualmente.

Las ventajas del tratamiento del estiércol son una reducción en la cantidad de estiércol que necesita ser transportada y aplicada a los cultivos, así como una reducción de la compactación del suelo. Los nutrientes también se reducen, lo que significa que se necesita menos tierra de cultivo para esparcir el estiércol. El tratamiento del estiércol también puede reducir el riesgo para la salud humana y los riesgos de bioseguridad al reducir la cantidad de patógenos presentes en el estiércol. El estiércol o lodo animal sin diluir está cien veces más concentrado que las aguas residuales domésticas, y puede transportar un parásito intestinal, el Cryptosporidium, que es difícil de detectar pero puede transmitirse a los humanos. El licor de ensilaje (de hierba húmeda fermentada) es incluso más fuerte que la lechada, con un pH bajo y una demanda biológica de oxígeno muy alta. Con un pH bajo, el licor de ensilaje puede ser altamente corrosivo; puede atacar materiales sintéticos, dañar el equipo de almacenamiento y provocar derrames accidentales. Todas estas ventajas pueden optimizarse mediante el uso del sistema de gestión de estiércol adecuado en la granja de servidores correcta en función de los recursos disponibles.

**Tratamiento de estiércol**

**Compostaje**

El compostaje es un sistema de gestión de estiércol sólido que se basa en los corrales de cama o en los sólidos de un separador de estiércol líquido. Hay dos métodos de compostaje, activo y pasivo. El estiércol se revuelve periódicamente durante el compostaje activo, mientras que en el compostaje pasivo no. Se ha descubierto que el compostaje pasivo tiene menores emisiones de gases de efecto invernadero debido a la descomposición incompleta y a las menores tasas de difusión de gases.

**Tratamiento de estiércol**

**Separación sólido-líquido**

El estiércol se puede separar mecánicamente en una porción sólida y líquida para un manejo más fácil. Los líquidos (4-8% de materia seca) se pueden usar fácilmente en sistemas de bombeo para una distribución conveniente sobre los cultivos y la fracción sólida (15-30% de materia seca) se puede usar como lecho de establo, esparcir en cultivos, compostar o exportar.

**Tratamiento de estiércol**

**Digestión anaeróbica y lagunas**

La digestión anaeróbica es el tratamiento biológico de los desechos líquidos de animales usando bacterias en un área ausente de aire, lo que promueve la descomposición de los sólidos orgánicos. El agua caliente se usa para calentar los desechos con el fin de aumentar la tasa de producción de biogás. El líquido restante es rico en nutrientes y se puede utilizar en los campos como fertilizante y gas metano que se puede quemar directamente en la estufa de biogás o en un generador de motor para producir electricidad y calor. El metano es aproximadamente 20 veces más potente como gas de efecto invernadero que el dióxido de carbono, lo que tiene efectos ambientales negativos significativos si no se controla adecuadamente. El tratamiento anaeróbico de los desechos es el mejor método para controlar el olor asociado con el manejo del estiércol.

Las lagunas de tratamiento biológico también utilizan la digestión anaeróbica para descomponer los sólidos, pero a un ritmo mucho más lento. Las lagunas se mantienen a temperatura ambiente en lugar de los tanques de digestión calentados. Las lagunas requieren grandes áreas de tierra y altos volúmenes de dilución para funcionar correctamente. Las lagunas también ofrecen el beneficio de la reducción del olor y el biogás está disponible para el calor y la energía eléctrica.

Los estudios han demostrado que las emisiones de gases de efecto invernadero se reducen utilizando sistemas de digestión aeróbica. Las reducciones y créditos de emisiones de gases de efecto invernadero pueden ayudar a compensar el mayor costo de instalación de tecnologías aeróbicas más limpias y facilitar la adopción por parte del productor de tecnologías ambientalmente superiores para reemplazar las lagunas anaerobias actuales.

