Ciclo biogeoquímico del nitrógeno orientado a la sustentabilidad

Universidad Veracruzana

Facultad de Ingeniería Química

“Ciclo Biogeoquímico del Nitrógeno orientado a la Sustentabilidad”

MONOGRAFÍA

Que para Acreditar la Experiencia Recepcional del Programa Educativo de Ingeniería

Ambiental

PRESENTA

Alberto Díaz Díaz

Xalapa, Veracruz Junio 2010

DEDICATORIA

“Esta Tesis Monográfica se la dedico a todas aquellas personas que desconocen su motivación y la dirección que van tomando sus vidas. Solo déjenme decirles que siempre habrán momentos difíciles, pero hay que atesorar los momentos buenos que para muchos pueden ser pocos, en este trabajo dejo atrás la persona que fui al entrar a la carrera y acepto a la nueva persona en que me he convertido. Con este trabajo dejo atrás mis frustraciones, mi ira, el rencor y mi tristeza que acumule a lo largo de mi vida. Es tiempo de ser optimista y encarar futuros obstáculos, para mí en lo personal esto apenas es el comienzo de una nueva vida como Ingeniero Ambiental.”

Alberto Díaz Díaz

RESUMEN

Se le conoce como Ciclos Biogeoquímicos a la interacción de los seres vivos en los ciclos geoquímicos de los distintos elementos en la naturaleza. El ciclo puede contemplarse en distintos elementos: C, O, N, P, S, entre otros, así como los micronutrientes. Estos elementos pueden entrar a formar parte de cadenas tróficas y posteriormente de cadenas de degradación y mineralización, con lo que pueden volver al suelo. Las formas orgánicas de los nutrientes no son asimilables por las plantas, por lo que estos procesos de degradación y mineralización resultan imprescindibles para los procesos de nutrición. La fuente más vasta de Nitrógeno para el ciclo es la atmosfera, en estado molecular (N2) es el gas más abundante (79.1%). El nitrógeno es un elemento necesario para los organismos ya que ayuda a construir proteínas y otras compuestos químicos del cuerpo humano. A pesar de que existe mucho nitrógeno en el aire, los organismos no pueden usarla directamente. El nitrógeno se vuelve disponible luego de que este ha cambiado a compuestos de nitrógeno. Mucha gente de la comunidad académica, no reconoce o no le da la importancia debida al Ciclo Biogeoquímico del Nitrógeno por lo cual cabe realzar su relación con la Sustentabilidad y conocer el papel que desempeña dentro de ella. Se ha definido que la Sustentabilidad es la capacidad que ha desarrollado el ser humano para satisfacer las necesidades de las generaciones actuales sin comprometer los recursos y oportunidades para el crecimiento y desarrollo de las generaciones futuras. (WCED, 1987).

Todo esto fue logrado por medio de una delimitación del tema para plantear el temario, consultas bibliográficas, un análisis de información para determinar la relación entre el ciclo y la sustentabilidad. Finalizando con una discusión y conclusiones. Y así cumpliendo con el objetivo del trabajo el cual es describir el Ciclo Biogeoquímico del Nitrógeno y relacionar los aspectos que tienden a la sustentabilidad.

ABSTRACT

The biochemical geological cycles are known as the interaction between living beings in several chemical geological cycles of all the different elements in nature. The Cycle can be analyzed by a diverse number of elements like C, O, N, P, S, etc., including the micronutrients. These elements can take part of food chains and subsequently enter degradation and mineralization chains, so they can return to the soil. Due to the fact that organic forms of nutrients are not assimilated by plants, these degradation and mineralization processes are fundamental for the nutritional process of plants. The vastest source of Nitrogen for the cycle is the atmosphere, in its molecular state (N2) which is the most abundant gas (79.1%). Nitrogen is a vital element for organisms since it helps build proteins and other chemical compounds for the human body. Even though there is a lot of nitrogen in the atmosphere, organisms cannot use it directly. The N becomes available after it has gone through a series of transformations converting it into N compounds. A great number of investigators do not recognize the importance of the N cycle, nor even address the role it plays regarding Sustainability. The definition of sustainability is the capacity that man has developed to satisfy his and future generation’s needs without compromising its resources. (WCED, 1987)

This study explores the delimitation of the subject to propose a list of topics, bibliographical consultations, the analysis of information to determine the relationship between the cycle and sustainability. It is my hope that others will recognize the importance of the Nitrogen biochemical geological cycle regarding sustainability.

“El nitrógeno puede considerarse, además del agua y el oxígeno el elemento más importante para el metabolismo de las plantas, animales y seres humanos, ya que este elemento es esencial para la síntesis de aminoácidos y proteínas, los cuales forman la estructura básica de los seres vivos” White, R. O, Nilsson-Leissner G. y Trumble, H. C. 1968. Las Leguminosas en la Agricultura. Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación. Segunda impresión.

INDICE I. Introducción. 1

I.I. Planteamiento del Problema 2 I.II. Justificación 3 I.III. Objetivos 3

Capítulo I – Naturaleza Química del Nitrógeno

1. Ciclos Biogeoquímicos 4 1.1 Ciclo del Agua 5 1.2 Ciclo del Oxígeno-Dióxido de Carbono 6 1.3 Ciclo del Nitrógeno 7

2. Origen del Nitrógeno 9 2.1 Descubriendo el Ciclo del Nitrógeno 11 2.2 Propiedades Químicas del Nitrógeno 18 2.3 Compuestos Inorgánicos 18 2.4 Compuestos Orgánicos 19 2.5 Transformación 21

3. Nitrógeno en el Aire 26 3.1 La Atmósfera 26 3.2 La Biósfera 27 3.3 Nitrógeno en el Aire 27

4. Nitrógeno en el Suelo 32 4.1 Origen 33 4.2 Formas 34 4.3 Dinámica del Nitrógeno en el Suelo 34 4.4 Procesos de Aportación de Nitrógeno 35

4.4.1 Fijación de Nitrógeno 35 4.4.2 Fijación Biológica de Nitrógeno 36 4.4.3 Rhizobium y la fijación de nitrógeno 37 4.4.4 Fijación simbiótica de nitrógeno por plantas 37

no leguminosas 4.4.5 Fijación no simbiótica del nitrógeno 38 4.4.6 Fertilización de Nitrógeno Mineral y Orgánico 39

4.5 Transformaciones de Nitrógeno en el Suelo 40 4.5.1 Aminificación y Amonificación 40 4.5.2 Nitrificación 41 4.5.3 Desnitrificación 45 4.5.4 Mineralización 48 4.5.5 Inmovilización 49 4.5.6 Humificación 49

4.6 Procesos de pérdida de nitrógeno 50 4.6.1 Volatilización del amoníaco 50 4.6.2 Emisión de Óxidos de Nitrógeno (N2O, NO) 51

y Nitrógeno Molecular (Nitrificación y Desnitrificación)

4.6.3 Lixiviación 52 4.6.4 Asimilación y Efecto de Nitrógeno en plantas 52

4.7 Síntomas de deficiencia de nitrógeno en plantas 53 4.8 Fertilizantes Nitrogenados 53 4.9 Importancia de la Relación C/N 55

5. Nitrógeno en el Agua 57 6. Efecto Invernadero y Cambio Climático 60

6.1 ¿Qué es el Efecto Invernadero? 61 6.2 ¿Cómo ocurre el Cambio Climático? 61 6.3 Factores Ambientales y Efectos 63

Sobre el Ciclo Biogeoquímico del Nitrógeno

Capítulo II – El Nitrógeno orientado al Factor Ambiente en la Sustentabilidad

7. Sustentabilidad 66 8. Factor Ambiente en la Sustentabilidad 73

8.1 Contaminación del Aire 73 8.2 Contaminación del Suelo y Agua 76

Capítulo III – El Nitrógeno orientado al Factor Desarrollo Social y Económico en la Sustentabilidad

9. Desarrollo Social 79 9.1 Historia del Amaranto 79 9.2 Importancia del Amaranto 80 9.3 Sustentabilidad de la Carne de Res y el Amaranto 81

10.Desarrollo Económico 85 10.1 Consideraciones Económicas 86

10.1.1 Perspectiva de los Combustible Fósiles 86 10.1.2 Fertilizantes 87 10.1.3 Influencia del Nitrógeno en 92

la Agricultura e el Sistema de Manejo de Café Orgánico en le Unión Ejidos Majomut, región de los altos de Chiapas

10.1.4 Abonos Orgánicos 94 10.1.5 Impacto en la Economía por la 99

Producción de estupefacientes

Capítulo IV – El Nitrógeno orientado al Factor Salud en la Sustentabilidad

11.Importancia del Nitrógeno en la Vida 103 12.Salud 105

12.1 Ingesta Diaria Recomendada (IDR) 105 12.2 Digestibilidad 114 12.3 Consumo Excesivo de Proteínas 114 12.4 Desnutrición 115

13.Efectos del Nitrógeno Ambiental sobre la Salud 117 13.1 Óxidos Nitrosos 117 13.2 Nitratos y Nitritos 118 13.3 Nitrosaminas 120

14.Consumo Drogas-Salud 121 14.1 Clasificación de Drogas 124 14.2 Farmacodependencia 125 14.3 Tratamiento 126

Discusión 129

Conclusiones 134

Bibliografía 137

INDICE DE TABLAS

Tabla 1 – Propiedades del Nitrógeno ------------------------------- XVIII Tabla 2 – Composición del Aire ------------------------------- XXVII Tabla 3 - Plantas No Leguminosas que forman nódulos ------------------------------- XXXVIII

Tabla 4 – Bacterias Desnitrificadoras ------------------------------- XLVI Tabla 5- Composición Gases Océano ------------------------------- LVII Tabla 6 - Comparativa del Valor Nutritivo de las Semillas de Amaranto con Cereales comunes

------------------------------- LXXX

Tabla 7 - Comparativa del Valor Nutritivo de las Hojas de Amaranto compradas con Acelgas y Espinacas

------------------------------- LXXXI

Tabla 8 – Tabla de Consumo en litros de agua para la producción de diversos

------------------------------- LXXXV

Tabla 9 – Producción y Comercio Exterior de Amoníaco en México 1900-2007

------------------------------- XC

Tabla 10 – Costos de Producción Total y Fertilización en el Cultivo de Maíz

------------------------------- XCI

Tabla 11 – Fertilización y Eficiencia en el Uso de Nutrientes en el Cultivo de Maíz

------------------------------- XCII

Tabla 12 - Balance de Nutrientes en cafetales bajo diferentes sistemas de manejo en la Unión Majomut

------------------------------- XCIII

Tabla 13 - Principales Alcaloides en el Comercio ------------------------------- C

Tabla 14 - Estimaciones de Requerimientos de Aminoácidos ------------------------------- CVI

Tabla 15 - Ingestas Diarias Recomendadas de Proteína ------------------------------- CVII

Tabla 16 - Patrones de Requerimiento de aminoácidos comparados con la composición de proteínas de alta calidad en la Dieta Estadounidense

------------------------------- CVIII

Tabla 17 - Comparativa de Requerimientos Diarios de Aminoácidos Esenciales para Infantes de 3 a 4 meses de Edad

------------------------------- CIX

Tabla 18 - Comparativa de Requerimientos Diarios de Aminoácidos Esenciales para Niños de 2 años de Edad

------------------------------- CX

Tabla 19 - Comparativa de Requerimientos Diarios de Aminoácidos Esenciales para Niños de 10 a 12 años

------------------------------- CXI

Tabla 20 - Comparativa de Requerimientos Diarios de Aminoácidos Esenciales para Adultos

------------------------------- CXII

INDICE DE FIGURAS

Figura 1 – Ciclo del Agua -------------------------------------- V

Figura 2 – Ciclo del Carbono -------------------------------------- VII

Figura 3 – Ciclo del Nitrógeno -------------------------------------- IX Figura 4 – Ciclo Biogeoquímico del Nitrógeno -------------------------------------- XVII

Figura 5 – Humificación -------------------------------------- XXVI

Figura 6 – Capas de la Atmósfera -------------------------------------- XXVIII

Figura 7 – Relación Carbono/Nitrógeno -------------------------------------- LVI

Figura 8 – Ciclo del Nitrógeno Océano -------------------------------------- LIX

Figura 9 - Esquema General del MESMIS: Relación entre atributos e indicadores

-------------------------------------- LXXI

Figura 10 - El Ciclo de Evaluación en el MESMIS -------------------------------------- LXXII

Figura 11 – Producción Mundial de Fertilizantes 2002-2007 -------------------------------------- LXXXVII

Figura 12 – Consumo Mundial de Fertilizantes 2002-2009 -------------------------------------- LXXXVIII

Figura 13 – Producción Total de Fertilizantes en México 1980-2007

-------------------------------------- LXXXIX

Figura 14 – Costo de Fertilización por Tonelada Producida de Maíz 2007

-------------------------------------- XCI

Figura 15 – Formación de Methemoglobina -------------------------------------- LXIX

Figura 16 – Sustentabilidad del Nitrógeno -------------------------------------- CXXXI

INTRODUCCIÓN

I. INTRODUCCIÓN

La visión global que aplica el estudio de los ciclos biogeoquímicos de los elementos, en este caso del nitrógeno, ha permitido no solo conocer el tema en el enfoque que da una experiencia educativa, sino que se extiende a la comprensión de la realidad como una interacción de fenómenos simultáneos. En otras palabras, respirar, comer, producir, trabajar y aun vivir con salud son una consecuencia de la aplicación de esas interacciones donde el nitrógeno toma el centro de este universo.

Pudiera parecer exagerado esta descripción, sin embargo, quién sepa del tema podrá dar testimonio de que, gracias a la atmósfera, con el nitrógeno gaseoso, se puede fijar en la tierra por minúsculos seres para que las plantas crezcan con hojas verdes y de ahí inicie la cadena alimenticia. Una población bien alimentada esta en posibilidad de ser culta.

La sustentabilidad pudiera parecer utópica, como de la misma manera lo fue la idea de ir a la luna. Solo con el entendimiento de los mecanismos es como se puede lograr el desarrollo del proceso y cuando esto sucede, el producto es un efecto natural. De esta manera, La identificación que tuve con el tema, la aplicación y la practicidad me ha permitido ver el gas inerte “azoe” (sin vida) en “proteus” (ser el primero) y relacionarlo con la producción de alimentos por la agricultura, la producción de fertilizantes por la industria, la alimentación vegetal, animal y humana en la ecología, la nutrición en la salud y aun el imperio económico de los estupefacientes donde los alcaloides lo son por el nitrógeno que los compone, son solo consecuencias naturales del uso, aun irracional e inconsciente de un elemento en todos sus sitios, ambientes, formas y presentaciones, como lo es el ciclo biogeoquímico del nitrógeno cuando se orienta a la sustentabilidad.

La visión que he desarrollado durante el transcurso de este trabajo ha cambiado el modo que tengo de ver las cosas, el simple hecho de investigar todo sobre el Ciclo Biogeoquímico del Nitrógeno ha cautivado mi interés y me ha motivado a hacer las cosas de una forma de pensar diferente a la convencional.

Me hubiera gustado que las materias de Ing. Ambiental me hubieran atraído de la misma manera que lo hizo este trabajo. El simple hecho de poner tu empeño en algo que sientes que es tuyo, y que por responsabilidad propia debes de trabajar, logra que uno realice sus objetivos. El mío es describir el ciclo biogeoquímico del nitrógeno y relacionar los aspectos que tienden a la

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INTRODUCCIÓN

sustentabilidad, todo de una manera entendible y concreta, porque me he empeñado en que este trabajo tenga un valor académico apreciable con el fin de cambiar la forma de pensar de la comunidad universitaria, así sea solo aquellos estudiantes que por curiosidad quisieran conocer un poco más del tema.

I.I PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Existe un desconocimiento del Ciclo Biogeoquímico del Nitrógeno en sus diferentes ciclos y su impacto sobre la sustentabilidad.

I.II JUSTIFICACIÓN

La disponibilidad biológica del nitrógeno es fundamental para la vida porque este elemento constituye una de los principales nutrientes de los vegetales, además, es el principal constituyente de las proteínas y los ácidos nucleicos, por lo que resulta básico para cualquier ser vivo. Aunque el nitrógeno sea esencial para la vida existen ciertos factores que en concentraciones diferentes pueden alterar el Ciclo Biogeoquímico del Nitrógeno como la variación de temperatura, el pH, potencial de oxidación y las interacciones con sus formas orgánicas e inorgánicas. Por lo que repercute en el medio y los organismos que viven dentro de este a través de la cadena trófica. Lo cual destaca su importancia además de que no se conoce ni se ha analizado su impacto en la sustentabilidad.

I.III. OBJETIVOS

General Describir el Ciclo Biogeoquímico del Nitrógeno y relacionar los aspectos que tienden a la sustentabilidad. Específicos

- Describir el Ciclo del Nitrógeno en los aspectos químico, biológicos. - Describir la influencia del nitrógeno en los aspectos ambientales (cambio

climático). - Relacionar los aspectos químicos, biológicos y ambientales con la

sustentabilidad.

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CAPÍTULO I

NATURALEZA QUÍMICA DEL NITRÓGENO

CAPÍTULO I NATURALEZA QUÍMICA DEL NITRÓGENO

1. Ciclos Biogeoquímicos

Se le conoce como Ciclos Biogeoquímicos a la intervención de los seres vivos en los ciclos geoquímicos de los distintos elementos en la naturaleza. El ciclo puede contemplarse en distintos elementos: C, O, N, P, S, entro otros, así como los micronutrientes. Estos elementos pueden entrar a formar parte de cadenas tróficas y posteriormente de cadenas de degradación y mineralización, con lo que pueden volver al suelo. Las formas orgánicas de los nutrientes no son asimilables por las plantas, por lo que estos procesos de degradación y mineralización resultan imprescindibles para los procesos de nutrición. (Porta, J. et al. 1994)

Los ciclos biogeoquímicos representan un complejo sistema que conectan los procesos biológicos, geológicos, químicos y físicos, y sirven como modelo para comprender las interacciones entre la biosfera, atmósfera, geosfera e hidrosfera, todo ello mediado con una combinación de fenómenos cíclicos en unos casos lineales y en otros reversibles e irreversibles. (Maldonado et al., 2007)

Una característica de los ciclos biogeoquímicos es que los microorganismos son clave esencial en las transformaciones; algunos microorganismos poseen capacidades que no son vistas en otras formas de vida. (Stevenson et al., 1999.)

Aquí posteriormente se hace mención del ciclo del agua, el ciclo del oxígeno-dióxido de carbono y el ciclo del nitrógeno. Esto debido a que el agua (H2O), el oxígeno (O), el dióxido de carbono (CO2) y el Nitrógeno (N) jerárquicamente son los principales componentes necesarios para que exista vida en el planeta.

El nitrógeno es muy significativo, porque después del Carbono, Hidrógeno, y el Oxígeno, ningún otro elemento está tan íntimamente asociado con las reacciones llevadas a cabo por organismos vivos. (Stevenson et al., 1999.)

Y como el Nitrógeno es un factor limitante más frecuente en la producción del suelo solo se hace mención de ella y no del resto de los ciclos minerales.

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1.1. Ciclo del Agua

Todos los organismos vivos necesitan agua. El agua se mueve continuamente a través del planeta por medio de un ciclo hidrológico, por lo que moléculas de H2O que fluyeron alguna vez en el Río Amazonas podrían formar parte de la lluvia en la localidad donde vivimos, es más, incluso podríamos estar tomando agua que una vez existió como nieve en el Himalaya.

En la Figura 1 se presentan las vías por la cuales pasa el agua entre la tierra y la atmósfera. La energía del sol transforma el agua de líquido a gas a través del proceso llamado evaporación. Una vez en estado gaseoso al agua se le conoce como vapor. El vapor se genera a partir de cuerpos de agua como los océanos, ríos y lagos. El agua también se puede evaporar del suelo, planta mojadas por el rocío e incluso del cuerpo de los animales.

Figura 1 – Ciclo del Agua

Dispezio et. al., 1996

El vapor de agua se contiene en la atmósfera. La cantidad de vapor de agua que puede soportar el aire depende de su temperatura. Cuando la temperatura de la atmósfera se enfría, el vapor cambia a su estado líquido por el proceso de condensación. El agua condensada se puede ver en forma de nubes, vapor y niebla que eventualmente cae hacia la tierra a través de la precipitación. La precipitación se manifiesta en forma de lluvia, nieve, granizo y aguanieve.

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La mayoría de la precipitación vuelve a caer dentro de cuerpos de agua. Algunas precipitaciones caen primero en la superficie terrestre y luego fluyen a cuerpos de agua. O algunas gotas que caen sobre el suelo pueden filtrarse a través de él e incorporarse a aguas subterráneas. Las aguas subterráneas pueden luego fluir de nuevo a la superficie en manantiales, o incluso pueden ser bombeadas a la superficie por medio de pozos. El ciclo del agua se repite en un ciclo infinito cuando el agua que ha regresado a la superficie terrestre se vuelve a evaporar una vez más.

Los seres vivos también forman parte del ciclo del agua ya que las plantas y animales la usan para sus procesos vitales. Las plantas liberan parte de esta agua al aire y los animales lo liberan durante la respiración y excreción. (Dispezio et al., 1996)

1.2. Ciclo del Oxígeno-Dióxido de Carbono

Los seres vivos formamos parte de este ciclo ya que cuando uno respira y exhala uno contribuye al ciclo del oxígeno-dióxido de carbono. Al inhalar tomamos el oxígeno contenido en el aire, pero cuando exhalamos liberamos dióxido de carbono de vuelta a la atmósfera.

En la Figura 2 se puede observar que durante los procesos de fotosíntesis las plantas absorben dióxido de carbono en el aire y liberan oxígeno a ella. Las plantas son la fuente principal de oxígeno en la atmósfera de la tierra.

Existe más que suficiente oxígeno disponible a nivel terrestre pero el oxígeno se vuelve escaso a mayores altitudes. Esto ocurre también a la inversa ya que el oxígeno también es escaso a bajas profundidades del suelo y en suelos saturados de agua.

La mayoría de los organismos usan el oxígeno del aire para el proceso de respiración durante el cual la comida se descompone. Por lo que gracias a ella los organismos obtienen su energía a través de la respiración y liberan dióxido de carbono como producto de este proceso.

Otra manera en la cual el dióxido de carbono entra a la atmosfera y se vuelve parte del ciclo es por la descomposición de organismos muertos que contienen compuestos de carbono. Cuando estos organismos rompen los tejidos de organismos muertos, estos liberan dióxido de carbono al aire.

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Figura 2 – Ciclo del Carbono


Algunas veces los cuerpos de organismos muertos no se descomponen. Y en el transcurso de millones de años, estos cuerpos son comprimidos bajo suelo y son finalmente transformados en petróleo, carbón y gas. Debido a que el ser humano usa estos combustibles fósiles para satisfacer sus necesidades energéticas, formamos parte esencial en este ciclo ya que el producto de combustión de estos combustibles genera emisiones de CO2. Esta actividad antropogénica es un arma de doble filo debido a que por un lado usamos estos combustibles fósiles con fines energéticos en nuestra vida cotidiana, pero devolvemos a la atmósfera carbono anteriormente inmovilizado en forma de CO2. Estos aportes adicionales a las concentraciones naturales de CO2 generan el efecto conocido como Efecto Invernadero el cual trae consecuentemente el Calentamiento Global. (Dispezio et. al., 1996)

1.3. Ciclo del Nitrógeno

La fuente más vasta de Nitrógeno para el ciclo es la atmosfera, en estado molecular (N2) es el gas más abundante (79.1%). El nitrógeno es un elemento necesario para los organismos ya que ayuda a construir proteínas y otras sustancias químicas del cuerpo. A pesar de que existe mucho nitrógeno en el aire, los organismos no pueden usarla directamente. El nitrógeno se vuelve disponible luego de que este ha cambiado a compuestos de nitrógeno como nitritos y nitratos. (Dispezio, M. et al. 1996)

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A pesar de que se considera una secuencia de reacciones de átomos individuales de Nitrógeno, no existe un ciclo de nitrógeno en la naturaleza para un solo átomo de nitrógeno. En realidad, cualquier átomo de Nitrógeno pasa de una forma a otra a través de movimientos irregulares y aleatorios. Además, el suelo contiene un ciclo interno que se distingue de otros ciclos de Nitrógeno que interaccionan con él. Una característica especial de este ciclo interno es la reversibilidad del Nitrógeno a través de la mineralización realizada por microorganismos y la fauna del suelo y la inmovilización llevada a cabo por microorganismos. (Stevenson et al., 1999.) El proceso en el cual se transforma el nitrógeno atmosférico a compuestos disponibles se le conoce como fijación. La fijación de nitrógeno es una parte esencial del ciclo del nitrógeno; sin ella, el nitrógeno no podría ser usado por los organismos vivos. El nitrógeno es fijado por acción de relámpagos o bacterias. Algunas de las bacterias que fijan el nitrógeno viven libremente dentro del suelo y otras viven en los nódulos de las raíces de leguminosas. Las bacterias y las asociaciones planta-bacteria en las leguminosas en conjunto son las que llevan a cabo la mayor parte de la fijación de nitrógeno en los ecosistemas. Frijoles, guisantes, tréboles y las semillas de soja son ejemplos de leguminosas. Cuando las leguminosas son plantadas, las bacterias en los nódulos proveen de nitrógeno para su crecimiento. (Dispezio et al., 1996)

Las ganancias de Nitrógeno en el suelo se obtienen por fijación microbiana del N2 molecular y por adición de amoniaco (NH3), nitrato (NO3

-), y nitrito (NO2-)

en el agua de lluvia, las perdidas ocurren por la remoción de cultivos, sobre explotación y su volatilización. La fijación biológica de N2 lo convierte a formas combinadas (NH3 y nitrógeno orgánico); este proceso es realizado por cianobacterias o por asociaciones de planta-bacteria con estos organismos. La formas orgánicas de Nitrógeno, por otro lado, son convertidos a NH3 Y NO3

- por mineralización. La conversión de nitrógeno orgánico a NH3 se le llama Amonificación; la oxidación de NH3 a NO3

- se llama nitrificación. El uso de NH3 Y NO3

- por plantas y organismos del suelo constituye la asimilación e inmovilización, respectivamente. El nitrógeno (como NO3

- o NO2-) es

finalmente regresado a la atmosfera como N2 molecular por desnitrificación comúnmente, así completando el ciclo. (Stevenson et al., 1999.) En la Figura 3 se puede ver que las bacterias fijadoras de nitrógeno transforman el nitrógeno gaseoso en el suelo a compuestos de nitrógeno. Las plantas usan estos compuestos para producir proteínas la cuales necesitan para su crecimiento. Cuando los animales consumen plantas, las proteínas son pasadas a través de las cadenas y redes alimenticias de los organismos. Cuando los organismos mueren o liberan desperdicios, las bacterias transforman estas proteínas a un compuesto de nitrógeno conocido como amoníaco. Las bacterias llamadas desnitrificadoras luego rompen los enlaces

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de amoníaco y otros compuestos de nitrógeno para transformarlos en nitrógeno gaseoso. (Dispezio et al., 1996)

Figura 3 – Ciclo del Nitrógeno


2. Origen del Nitrógeno

Para empezar, ¿qué es el nitrógeno?, la Real Academia Española dice que el Nitrógeno es un elemento químico designado con el Símbolo N de número atómico 7. El cual es un gas abundante en la corteza terrestre, que constituye las cuatro quintas partes del aire atmosférico en su forma molecular N2, y está presente en todos los seres vivos. Este es inerte, incoloro, inodoro e insípido y que se licua a muy baja temperatura.

Al nitrógeno se le conocía antes como Ázoe o Azote, es una expresión empleada por Antoine Laurent Lavoisier para designar al nitrógeno. Son voces de vida efímera en español, ya que bastantes años antes de cumplir un siglo de su existencia, fueron reemplazadas por el término nitrógeno, aunque a lo largo del siglo XIX mantuvieron un uso frecuente como voces sinónimas en numerosos textos divulgativos y didácticos, comprobados en el banco de datos CORDE, de la Real Academia Española. (Gómez, J. 2008.)

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En la edición de 1817 del Diccionario de la Lengua Castellana se encuentra la palabra «azoe» con la marca de la química, pero, además, en esta misma edición los académicos también citan la palabra «azote» sin definición y con una remisión a «azoe». En las dos ediciones siguientes permanecerán invariables estas dos entradas, hasta que en la de 1832 se revisa la definición, con la que permanecerá hasta 1884, cuando ingreso el término «nitrógeno» se eliminó la definición de ázoe y consecuentemente al mismo tiempo desaparece definitivamente azote del diccionario académico, y hoy en día permanece la entrada «ázoe», únicamente con una remisión a «nitrógeno». A continuación se enuncian las definiciones que poseía la palabra Ázoe en 1817 y 1832. (Gómez, J. 2008.)

• Real Academia Española (1817): Diccionario de la lengua castellana, 5.ª ed. Madrid: Imprenta Real.

«Azoe. S.m. Quím. Sustancia simple que unida al calórico ó á la materia del calor se reduce á fluido aeriforme ó gas azoe, en el cual no pueden vivir los animales ni quemarse ningún cuerpo, y forma la parte no respirable que en cantidad de más de setenta por ciento se encuentra en el aire atmosférico.»

• Real Academia Española (1832): Diccionario de la lengua castellana, 7.ª ed. Madrid: Imprenta Real.

«Ázoe. M. Quím. Sustancia simple, aeriforme, en la cual no pueden vivir los animales, ni quemarse ningún cuerpo, y es uno de los principios constitutivos del aire, de las sustancias animales y de otros cuerpos.»

El Nitrógeno fue descubierto en el año de 1772 por Daniel Rutherford. Aunque existe mucha polémica sobre su descubrimiento debido a que en la misma época Carlos Guillermo Scheele y José Prestley llevaron a cabo experimentos que conducían al descubrimiento de este. Pero, fue Rutherford el primero en publicar tal hallazgo en su tesis doctoral de la Escuela Médica de Edimburgo dentro de su trabajo sobre “El Aire Fijo y el Mefístico”, en el cual indicaba la preparación y aislamiento del nitrógeno del aire. Rutherford nació en Edimburgo, Inglaterra el 3 de Noviembre de 1749. Estudio medicina, graduándose en el año de 1772. Sus trabajos químicos fueron sobre la composición química del aire. Y fue profesor de Botánica en Edimburgo y Presidente del Real Colegio de Médicos de dicha ciudad, se dedicó principalmente a la medicina. Y murió en el año 1819. (Blas, 1947.) Actualmente la fuente original de nitrógeno combinado en suelos y sedimentos proviene del nitrógeno atmosférico donde se encuentra en forma de N2 en un

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79.1% del volumen total. Aunque existe la incógnita del origen de este nitrógeno y como llego a nuestra atmósfera, una teoría bastante popular propone como surgió. Esta teoría dice que el planeta fue formado por la unión de partículas solidas llamadas “planetismales” y que la atmósfera se formo por la emisión gradual de gases desde el interior del planeta a causa del calor generado por la compresión, la descomposición de elementos radioactivos y posiblemente otros procesos exotérmicos. Los vapores y gases fueron emitidos desde el interior del planeta a través de la evaporación a medida que aumentaba la temperatura. Luego este se enfrió y los vapores se condensaron a en su exterior formando océanos. El nitrógeno, que probablemente consistía principalmente de amoníaco (NH3), fue liberado en grandes cantidades durante las etapas tempranas de los tiempos geológicos, y este proceso continúa hasta el día de hoy. El oxígeno molecular (O2) de la atmósfera fue probablemente originado a través de la fotosíntesis, incluyendo por disociaciones fotoquímicas de vapor de agua en la atmosfera. A medida que la atmósfera se enriquecía de O2, el nitrógeno en formado de NH3 se oxidaba a nitrógeno molecular (N2). Otras aportaciones de nitrógeno se han hecho a la atmosfera a través de los tiempos geológicos por volatilización de compuestos de nitrógeno de meteoritos cuando entran a la atmósfera del planeta. (Stevenson et al., 1999)

2.1. Descubriendo el Ciclo del Nitrógeno

El Descubrimiento del Ciclo del Nitrógeno no es algo que se le puede acreditar a una sola persona, ya que fue el conjunto de descubrimientos lo que dio origen al Nitrógeno como un ciclo. En si el rol que desempeñan los microorganismos dentro del ciclo del nitrógeno no fue completamente comprendido hasta las tres últimas décadas del siglo IX. Lo más curioso es que el científico que merece el crédito particular por emprender el estudio sistemático de las interacciones entre las plantas y su entorno mantuvo algunas creencias erróneas que atraso el entendimiento del ciclo del nitrógeno.

Fue Justus Von Liebig quien reconoció el lugar peculiar del nitrógeno e identificó a la atmósfera como su fuente – pero él creía que las plantas obtenían el nutriente del amoníaco a partir de la precipitación. Su modelo era erróneo debido a que no daba lugar a las inmensas fuentes de almacenamiento de nitrógeno aportadas por las bacterias, pero su teoría sobre que las plantas toman todo su nitrógeno de la atmósfera y el beneficio de la aplicación de fertilizantes minerales, provocó la serie mundial más larga de experimentos en plantas.

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En 1843 John Bennet Lawes comenzó a experimentar con una gran variedad de cultivos fertilizados y no fertilizados en los campos de Broadbalk en Rothamsted, el cual era un terreno familiar en Inglaterra que heredo en 1834. Los experimentos en Rothamsted demostraron claramente los beneficios de residuos fecales y de cosecha en su uso como fertilizantes, incluyendo el aporte de nitrógeno por cultivar plantas leguminosas. (Smil, 1996)

Por otro lado elementos minerales obviamente no pueden ser proveídos por la atmosfera, así que Liebig se convenció de que su provisión es un reto crítico para los que deseen mejorar la productividad de la agricultura a largo plazo. Respecto a este caso estuvo casi en lo correcto. Casi, debido a que él pensaba que los rendimientos estaban directamente relacionados a la cantidad de un nutriente limitante presente en un campo – pero décadas de investigación ardua demostraron que la relación es comúnmente no tan simple, y que el vinculo es entre la barbecha y lo actualmente asimilado, en lugar de los nutrientes disponibles.

La verdadera comprensión sobre como la plantas obtenían su nitrógeno comenzó a descifrarse cuando Alphonse Schloesing, un joven químico francés dirigió su atención hacia las nitrificaciones, la conversión de amoníaco a nitrato. Este fue el primer proceso del ciclo del nitrógeno que pudo ser explicado por un experimento claro. Esta reacción química es de alta importancia para todas las plantas: el nitrato es mucho más soluble que el amoníaco debido a que la raíz puede absorberla mucho más fácilmente de soluciones en el suelo. La existencia del proceso fue apreciada durante los finales del siglo XVIII cuando granjeros franceses produjeron nitrato al elaborar cuidadosamente compostas de abonos de corral.

En 1887 Schloesing diseño un experimento convincente que probaba los orígenes bacterianos de la nitrificación. Filtro aguas residuales durante unos días a través de un tubo lleno de arena y gis; y como se esperaba todo el amoníaco en las aguas residuales fueron transformadas en nitrato. Añadiendo cloroformo contrarresto la reacción, el cual mato a todos los microbios. Pero al recargar el aparato con un poco de suelo este se contamino de bacterias nitrificantes, lo cual dio inició al proceso nuevamente. Pero fue en 1889 cuando un microbiólogo Ruso llamado Sergei Nikolaevich Vinogradsky logró aislar dos nitrificadores fundamentales, las Nitrosomonas y los Nitrobacter en un cultivo puro.

Los científicos descubrieron otros dos vínculos microbianos dentro del ciclo del nitrógeno durante los años de 1880. Durante varios siglos cultivadores habían enfatizado los beneficios de la alfalfa, vezas, chicharos, lentejas, y otras plantas leguminosas: la inclusión de las plantas en las rotaciones contribuyó a

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aumentar los rendimientos de los próximos cultivos a sembrar. En 1838 Boussingault dedujo la razón. Luego de sembrar tréboles en arena esterilizada, el cual no podía ser una fuente de nitrógeno, el atribuyo correctamente los beneficios de plantas leguminosas por su habilidad de fijar nitrógeno atmosférico - eso se refiere a convertir N2 a NH3, el cual las plantas pueden usar para su crecimiento. Pero el ¿cómo las leguminosas lograban hacer esta transformación? Permanecía desconocido. (Smil, 1996)

En 1861 una serie extensiva de experimentos fueron realizados en Rothamsted en relación al asunto. Fallaron en demostrar una diferencia substancial entre especies leguminosas y no leguminosas cuando ambas fueron cultivadas en suelos estériles y abastecidas de de agua y aire puro: ambas plantas se desarrollaron pobremente, y ninguna pudo asimilar el nitrógeno atmosférico. Pero bajo condiciones de campo las plantas leguminosas demostraron una gran capacidad de adquisición de nitrógeno.

A finales de 1870 inclusive con la publicación de experimentos que asociaban microorganismos con la nitrificación, nadie sugirió que las bacterias también podrían ser responsables de la fijación del nitrógeno. Hasta que un gran fisiólogo Americano conocido como Wilbur Atwater intento resolver el rompecabezas mediante sus experimentos con chicharos durante los años de 1880. El sólo logro confirmar la obtención inexplicable de nitrógeno que otros ya habían observado. Pero el concluyó a diferencia de los demás que “las plantas mismas deben ser factores en la adquisición”.

La primera pista sobre la solución a esta incógnita ocurrió en 1886 cuando Marcellin Berthelot, un destacado químico francés reporto fijaciones directas de nitrógeno atmosférico en suelos arcillosos: al parecer algo en el suelo en lugar de las plantas debió haber llevado a cabo la fijación del nitrógeno. Pero entonces ¿porqué las leguminosas son mucho mejores fijadores de nitrógeno? La primera respuesta de este elusivo proceso no apareció hasta que un año después Hermann Hellriegel, un químico agricultor leyó un artículo describiendo su trabajo más reciente a la Sociedad Alemana de Ciencias Naturales y Medicina en Berlín.

Hellriegel se enfocó en el los nódulos fácilmente visibles en raíces de leguminosas. El sabía que estos nódulos contenían organismos vivos: durante las dos décadas precedentes una variedad de científicos ya habían notado su presencia, los describían como organismos parecidos a bacterias y otros especulaban que eran un tipo de hongo. En una serie extensiva de experimentos, Hellriegel cultivo cereales y leguminosas en jarras llenas de suelo conteniendo una cantidad predeterminada de nitrato. Cuando el cosecho las plantas al final de sus periodos de crecimiento, comparó el peso promedio

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de semillas y residuos de cosechas (cereal, paja y vid leguminosa). Con esto descubrió que los rendimientos de avena dependen directamente de la cantidad de nutrientes en el suelo – pero los rendimientos de guisantes no dependían de ellos. Incluso sin nitrato en el suelo, los rendimientos de guisantes eran una orden de magnitud mayor que los rendimientos de avena – pero solamente cuando los nódulos de la raíces se encontraban presentes.

Dos años después Hellriegel publicó descubrimientos detallados. Los siete puntos formulados en su conclusión son fundamentalmente correctas a como estaban en 1888: las Leguminosas se comportan de manera diferente en la obtención de nitrógeno a diferencia de otras familias de plantas: todas las plantas no leguminosas solo adquieren su nitrógeno del almacenamiento del suelo; las leguminosas también asimilan nitrógeno del suelo pero ellos poseen una fuente adicional; esta fuente secundaria es el nitrógeno atmosférico; las plantas no son capaces de asimilarlas por sí mismas y solo pueden lograrlo con la participación de microorganismos; la mera presencia de microbios en el suelo no es suficiente, tipos específicos de bacterias deben comenzar a vivir simbióticamente con las plantas (dentro de los nódulos de las raíces); y los nódulos de las raíces no son simplemente depósitos de proteínas, sino son esenciales en la asimilación de nitrógeno.

Los hallazgos de Hellriegel fueron verificados rápidamente en Europa y los Estados Unidos. Una especie de Rhizobium que es un gran grupo bacteriano que es virtualmente responsable de la fijación simbiótica en prácticamente todas las leguminosas, esta fue aislada por primera vez de los nódulos de los guisantes en 1888 por Martinus Beijerinck, un microbiólogo holandés que luego hizo muchas investigaciones innovadoras en la ciudad de Van Leeuwenhoek llamado Delft. Solo un año más tarde, en 1889, Albert Frank, un biólogo alemán, reporto el primer caso de fijación de nitrógeno asociado con las cianobacterias, a pesar de todo curiosamente, la habilidad de estos organismos para fijar nitrógeno fue demostrada claramente hasta el año de 1928.

Las Cianobacterias eran tradicionalmente clasificadas como algas verde-azules, una designación que reflejaba correctamente la presencia de pigmentos adicionales que daban tonos azules. Las Cianobacterias son funcionalmente muy similares a las algas: ellas también pueden convertir la radiación solar en energía química con ayuda de la excitación de la clorofila e inclusive producen oxígeno. Pero su estructura celular es de una bacteria fotosintética: sobre todo carecen de un núcleo, y comparten con las bacterias otras características que las distinguen de células eucarioticas (planta y animal). Las Cianobacterias son comunes en ambas aguas dulces, aguas saladas y suelos, y muchas especies son simbióticas con hongos (formando líquenes), musgos y otras plantas

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superiores. La mayoría vive como células esféricas individuales; otros son agregados en colonias; y otras forman delgados filamentos largos.

En 1930 se dieron los primeros reportes de la abundancia de cianobacterias fijadoras de nitrógeno en campos de arroz en Asia; Anabaena simbiótica fueron encontrados viviendo en cavidades de hojuelas de las comunes algas Azolla que flotan libremente, este es hasta el momento el fijador natural más importante de nitrógeno en arrozales de Asia. Desde entonces hemos apreciado a las cianobacterias en ambas formas de vida libres y simbióticas, además son los mayores aportadores del nutriente en pastizales y tierras de cultivo secos. (Smil, 1996)

El vinculo faltante en el intrínseco ciclo microbiano – el regreso del elemento a su vasta fuente atmosférica – también fue identificada durante los años posteriores en 1880, en un comprensivo reporte pionero publicado en 1886, el mismo año en el que Hellriegel realizó sus presentaciones en Berlín. Después de una serie de experimentos habilidosamente planeados y realizados, Ulysse Gayon, un microbiólogo francés, y sus asistentes tuvieron éxito en aislar cultivos puros de dos bacterias que podían reducir los nitratos a nitritos (NO2

-

). Gayon nombró este proceso como desnitrificación; la desnitrificación actúa sobre nitratos producidos por bacterias nitrificadoras en suelos o depósitos en las lluvias. Esta reducción comienza a regresar el nitrógeno en forma de nitratos a la atmósfera, aunque usualmente el proceso no termina con la producción de nitratos, sino que continúa hasta la producción de N2. A contrario de la nitrificación la cual depende en solo unos cuantos generos de bacterias, la desnitrificación puede ser llevada a cabo por una gran variedad de bacteria. Todas capaces de usar el oxígeno contenido dentro del NO3

- para su respiración a medida de que se alimentan de substratos orgánicos de diversos tipos. Pseudomonas, Bacillus, y Alcaligenes son los más comunes dentro de los géneros desnitrificadoras.

El descubrimiento de Gayon cerró literalmente el ciclo biosférico del nitrógeno. La fijación mueve el nitrógeno atmosférico de N2 a NH3, la nitrificación transforma el NH3 a NO3

-. Las plantas pueden asimilar ambos compuestos, pero prefieren el segundo. La descomposición enzimática (amonificación) mueve el nitrógeno contenido en las proteínas, ácidos nucleicos, y otras substancias con nitrógeno a NH3; luego, una vez más, las bacterias nitrificadoras oxidizan el NH3 a NO3

-. La desnitrificación devuelve el elemento del NO3

- al reservorio atmosférico de N2, por lo que es la contraparte de la fijación.

Dada la importancia de la fijación bacteriana de nitrógeno (conocidos mas formalmente como diazotrofos), no es sorpresa que una gran cantidad de

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investigación se centré en su distribución, ecología y la bioquímica. No solo las plantas leguminosas juegan un papel de anfitriones a diazotrofos, y no todos los diazotrofos simbióticos son Rhizobium. Para el año de 1930 la literatura microbiológica contenía las descripciones de un gran número simbiosis no rhizobiales en microorganismos nodulantes (la mayor parte especies filamentosas conocidas como Frankia perteneciente a las bacterias actinomicetas) y plantas superiores. En 1990 esta lista ya había crecido tanto que incluía más de 200 especies de plantas y más de 20 géneros, con aliso rojo, casuarinas tropicales, el acebuche se encuentran entre las plantas más benéficas. (Smil, 1996)

A finales de los 1960 llego otro importante descubrimiento. Un grupo de investigadores brasileños, liderados por Johanna Dobereiner, encontraron asociaciones entre diazotrofos salvajes (Azospirillum, Azotobacter, Enterobacter) y las raíces de algunos pastos tropicales. A diferencia de la rhizobia simbiótica, las cuales forman nódulos muy visibles en las raíces que interaccionan directamente con los productos metabólicos de sus anfitriones, estas bacterias participan en interacciones más sutiles con plantas. Viven dispersados sobre y cerca de las raíces de plantas, compitiendo por exudados de raíz con otros microbios y transfiriendo directamente nitrógeno fijado a las raíces, pero con una eficiencia mucho inferior que los rhizobia. Asociaciones similares fueron luego descubiertas en el maíz y la caña de azúcar.

Luego dos descubrimientos hechos durante los años 1970 cambiaron totalmente nuestro entendimiento sobre la rhizobia. Hasta ese tiempo se sabía que formaban simbiosis solo con especies leguminosas – pero en 1973 llego la primera identificación de Rhizobium simbiótico con una planta no leguminosa (Bradyrhizobium nodulando la Parasponia, un árbol Javanés). El segundo descubrimiento no fue menos sorprendente. Por un siglo se pensó que todas las rhizobias dependían del carbón fijado por sus anfitriones – pero en 1979 un grupo de investigadores en Oregon, Estados Unidos cultivaron Bradyrhizobium japonicum una cepa la cual reduce el CO2 atmosférico directamente. (Smil, 1996)

En la Figura 4 se puede observar como todas las aportaciones en el descubrimiento del Ciclo del Nitrógeno se unen unas con otras y originan los esquemas del Ciclo Biogeoquímico del Nitrógeno que conocemos en los libros de texto hoy en día.

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Figura 4 – Ciclo Biogeoquímico del Nitrógeno

Porta et. al., 1994

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2.2. Propiedades Químicas del Nitrógeno

En la Tabla 1 se encuentran todas las propiedades físicas y químicas del Nitrógeno como elemento.

Tabla 1 – Propiedades del Nitrógeno

Nitrógeno Formula Molecular N2

No. Atómico 7 Peso Atómico 14.01

Valencia 1,2,3,4,5 Apariencia a Temperatura Ambiente Gas incoloro

Punto de Fusión, °C -210 Punto de Ebullición, °C -196

Energía de ionización, eV/átomo 14.5 Energía de ionización , kJ/mol 1400

Radio Covalente, A° 0.75 Radio Iónico (E3-), A° 1.71 Radio Iónico, (E5+), A° 0.11 Estructura Electrónica 2,5

Electronegatividad 3.0 Densidad g/L (0°C, 1 atm) 1.251

Densidad Gas g/L (aire = 1.00) 0.96737 Densidad Líquido g/L 0.804 Densidad Sólido g/L 1.0265

Keenan et. al., 1999 Irwing et. al., 1992

2.3. Compuestos Inorgánicos

El nitrógeno puede encontrarse en las siguientes formas inorgánicas:

- Nitruros

El nitrógeno elemental reacciona con varios metales a elevadas temperaturas para formar nitruros. Estos pueden ser nitruros iónicos, intersticiales y covalentes. (Be3N2, Mg3N2, Ca3N2, Sr3N2, Ba3N2, Cd3N2, Zn3N2).

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- Hidruros

Se puede encontrar al nitrógeno en una gran variedad de compuestos de hidrógeno como son el:

a) Amoniaco (NH3) b) Hidracina (N2H4) c) Hidroxilamina (NH2OH) - Óxidos

El nitrógeno puede reaccionar con el oxígeno y formar diversos compuestos como los:

a) Oxido Nitrosos (NO, NO2, NO3) b) Oxido Nítrico (N2O, N2O3, N2O4, N2O5)

- Ion Nitronio

La reacción entre el ácido nítrico y sulfúrico concentrados dan por resultado la formación del ión nitronio. (+NO2). Que es una especie deficiente en electrones que ataca la nube π del anillo benceno.

- Ácidos

Existen dos tipos de ácidos que pueden formarse a partir del nitrógeno:

a) Ácido Nitroso (HNO2) b) Ácido Nítrico (H2NO3)

2.4. Compuestos Orgánicos

El nitrógeno se puede encontrar en las siguientes formas orgánicas:

- Proteínas

Las proteínas son macromoléculas que tienen pesos moleculares muy altos. Estas conformados por compuestos más sencillos llamados aminoácidos. Se le considera proteínas cuando este está formado por la unión de 20 o más aminoácidos.

- Aminoácidos

Un aminoácido es un ácido carboxílico que posee un grupo amino, -NH2, enlazado al átomo C unido a un grupo carboxílico.

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- Aminas

Base orgánica que se puede considerar un derivado del amoníaco (NH3) con un hidrógeno sustituido (RNH2, una amina primaria), dos hidrógenos sustituidos (R2NH, una amina secundaria), o tres hidrógenos remplazados (R3N, una amina terciaria). Un grupo R puede ser un radical alquilo o un radical arilo. (Mortimer, 1994.)

- Amidas

Compuesto con la formula general:

O ║ R – C – NR2

en la cual R puede ser un átomo de hidrógeno, un radical alquilo o un radical arilo, y los tres grupos R pueden ser parecidos o diferentes. (Mortimer, 1994.)

- Ácidos Nucleicos

Los ácidos nucleicos son macromoléculas, polímeros formados por la repetición de monómeros llamados nucleótidos, unidos mediante enlaces fosfodiéster.

Adenina Guanina Citosina Timina

Uracilo

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N2 NH3 R-NH2

nitrógeno gaseoso amoníaco nitrógeno orgánico

2.5. Transformación

El átomo de Nitrógeno se mueve en la naturaleza de una transformación a otra de manera irregular o aleatoria, pasando por distintas formas tanto orgánicas como inorgánicas. Existen diversos procesos que dan origen a dichas formas:

- Fijación

La Fijación se refiere a la conversión del Nitrógeno atmosférico a una forma disponible para una planta. Esto puede ocurrir mediante procesos industriales, como en la producción comercial de fertilizantes, o por medio de procesos biológicos, con leguminosas como la alfalfa y trébol. La fijación de nitrógeno requiere de energía, enzimas y minerales, pero si la planta tiene alguna forma de Nitrógeno presente, el cultivo lo usara en vez de fijarlo del aire.

(Courtney et al., 2005.)

- Amonificación

La Amonificación es un proceso enzimático en donde el N de compuestos orgánicos nitrogenados es liberado en forma de NH3.

Degradación de Proteínas y Péptidos.- Se necesita la acción de proteasas y peptidasas para su descomposición aminoácidos, de los cuales se obtendrá el NH3 por acción de enzimas como las deshidrogenasas y las oxidasas.

Proteínas Proteinasas deshidrogenasas

Aminoácidos NH3 Peptidasas oxidasas

Péptidos

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Una típica reacción oxidativa de aminoácidos sucede de la siguiente manera:

(Stevenson et. al., 1999.)

- Nitrificación

La nitrificación es el proceso por el cual microorganismos convierten el amoniaco a nitritos y nitratos para obtener energía. El nitrato es la forma de N con mayor disponibilidad para las plantas. Este proceso biológico se lleva a cabo por las bacterias Nitrosomonas y Nitrobacter.

D

(Stevenson et. al., 1999; Courtney et al., 2005.)

- Desnitrificación

La desnitrificación es el mecanismo primario para la devolución de nitrógeno a la atmósfera, ocurre cuando los nitratos son transformados a sus formas gaseosas de Nitrógeno, como el óxido nítrico, el oxido nitroso y finalmente N2. Esto ocurre cuando el suelo está saturado y las bacterias utilizan el nitrato como fuente de oxígeno.

La secuencia de desnitrificación bacteriana y reducción del átomo de nitrógeno se lleva acabo de la siguiente manera:

NO3- NO2

- NO N2O N2

nitrato nitrito oxido nitrico oxido nitroso nitrogeno gaseoso

(+5) (+3) (+2) (0)(+1)

(Stevenson et. al., 1999, Courtney et al., 2005)

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- Oxidación

Durante las tormentas, las descargas eléctricas hacen que parte del nitrógeno y del oxígeno del aire formen óxido de nitrógeno:

N2 (g) + O2 (g) 2NO (g)

El dióxido de nitrógeno se produce por la reacción del NO con O2 adicional del aire:

2NO (g) + O2 (g) 2NO2 (g)

El trióxido de nitrógeno se produce por la reacción de NO2 con O2:

2NO2 (g) + O2 (g) 2NO3 (g)


- Mineralización

Es el proceso por el cual los microorganismos descomponen Nitrógeno orgánico de heces, materia orgánica y residuos de cosechas a amonio. Debido a que es un proceso biológico, las tazas de mineralización varían dependiendo de la temperatura del suelo, humedad y la cantidad de oxigeno dentro del suelo (aireación).

R - NH2 NH3 NH4

nitrógenoorgánico

amoníaco amonio

(Courtney et. al., 2005)

- Volatilización

La volatilización es la pérdida de nitrógeno a través de su conversión de amoniaco a gas de amonio la cual es liberada a la atmósfera. Las pérdidas por volatilización incrementan en suelos con alto pH y si existen condiciones que favorezcan la evaporación (ej. Calor y el aire).

H2N - C - NH2 NH4+ NH3

amonio amoniacourea

O

(Courtney et. al., 2005)

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- Inmovilización

Inmovilización es lo contrario de la mineralización. Todos los organismos vivos requieren Nitrógeno; por lo cual microorganismos en el suelo compiten con las plantas por Nitrógeno. La inmovilización se refiere al proceso en el cual el nitrato y el amonio son tomados del suelo por los organismos contenidos en el suelo por lo que las plantas no tienen acceso a él.

R - NH2NH4+ y/o NO3

-

nitratoamonio nitrógenoorgánico

La inmovilización solo retiene temporalmente el nitrógeno. Ya que cuando los microorganismos mueren, el Nitrógeno orgánico contenido dentro de sus células son convertidos por la mineralización y nitrificación a nitratos disponibles para las plantas.

(Courtney et. al. 2005)

- Humificación

El término humus se utiliza en sentido amplio, para indicar las sustancias orgánicas que resultan de los procesos de humificación (descomposición, degradación y síntesis). Se puede definir como:

- Un constituyente de la fase solida del suelo, formado por biomoléculas (compuestos de estructura molecular específica) y por sustancias húmicas (compuestos de estructura no específica) que poseen un color oscuro.

(Porta et. al., 1994)

El humus no es una sustancia de composición exactamente definida. Ni siquiera una agrupación de compuestos en porcentajes determinados. El humus debe considerarse como un material heterogéneo, constituido por un conjunto de sustancias altamente polimerizadas, con peso molecular relativamente alto, coloreadas del amarillo al negro, amorfas y con unas propiedades coloidales e hidrofílicas muy marcadas. Con estructuras alifáticas y aromáticas en sus moléculas, alta capacidad de cambio, gran densidad de grupos acídicos, carboxílicos y fenólicos, y constituido principalmente por C, H, O y N. (Navarro et. al., 2003)

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La humificación es un proceso que implica cambios en la complejidad química de la materia orgánica que hace aumentar su resistencia a la biodegradación. En la humificación pueden tener lugar reacciones químicas (oxidación, condensación y polimerización), procesos biológicos y de síntesis microbiana, con formación de compuestos de bajo y alto peso molecular que no se forman en las células vivas y que son constituyentes típicos del suelo. (Porta, J., et. al. 1994)

Las vías en las cuales se forman las sustancias húmicas son la clave al entendimiento del proceso en el cual el fertilizante a base de Nitrógeno es transformado a formas biológicas resistentes. Una teoría popular es que los ácidos húmicos y fúlvicos son formados por una variedad de procesos que incluyen:

• La degradación de todos los polímeros de plantas y componentes de bajos pesos moleculares, incluyendo la lignina, transformándolos a monómeros simples.

• La metabolización de monómeros por microorganismos acompañados de un incremento en la biomasa del suelo.

• El reciclado repetitivo de la biomasa de Carbono (y Nitrógeno) con la muerte de viejas células y la síntesis de células nuevas.

• Polimerización concurrente de monómeros reactivos a polímeros de alto peso molecular.

El consenso es que los polifenoles (quinonas) derivados de la lignina, juntos con aquellos sintetizados por los microorganismos, polimerizan en la presencia o ausencia de compuestos amino (aminoácidos, NH3, etc.) para formas polímeros de color café.

En la Figura 5 se puede observar la reacción entre aminoácidos y polifenoles involucra la oxidación simultanea del polifenol a forma quinona. La adición del producto causa una polimerización para formas polímeros de nitrógeno cafés, de acuerdo la figura siguiente.

El efecto neto del proceso de humificación es la conversión del Nitrógeno de los aminoácidos a estructuras de ácidos húmicos y fúlvicos.

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Figura 5 – Humificación

Stevenson, 1994.

3. Nitrógeno en el Aire

3.1. La atmósfera

La atmósfera de la Tierra es una cobertura gaseosa compuesta principalmente por nitrógeno (N2) y oxígeno (O2) molecular, con pequeñas cantidades de otros gases, como vapor de agua (H2O) y dióxido de carbono (CO2). Nuestra atmósfera tiene un espesor de varias centenas de kilómetros, cerca del 99 % de su masa gaseosa se encuentra dentro de los primeros 30 km cercanos a la superficie terrestre.

La Tabla 2 muestra que el nitrógeno representa cerca del 78 % y el oxígeno, el 21 % del volumen total de la atmósfera cerca de la superficie terrestre. En la atmósfera existe un balance entre la salida (destrucción) y entrada (producción) de estos gases. Por ejemplo, el nitrógeno es removido de la atmósfera principalmente por procesos biológicos que involucran las bacterias presentes en los suelos, y retorna a la atmósfera por medio de la degradación de la materia orgánica por la acción de microorganismos.

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Tabla 2 – Composición del Aire

Gas Fórmula Química % Porcentaje (por volumen)

Gases Permanentes Nitrógeno N2 78.08 Oxígeno O2 20.95 Argón Ar 0.93 Neón Ne 0.0018 Helio He 0.0005

Hidrógeno H2 0.00006 Xenón Xe 0.000009

Gases Variables Vapor de Agua H2O 0 a 4

Dióxido de Carbono CO2 0.036 Metano CH4 0.00017

Óxido Nitroso N2O 0.00003 Ozono O3 0.000004

Partícula (polvo, etc.) 0.000001 Clorofluorocarbonos

(CFC) 0.00000002 Camilloni, 2009

La atmósfera puede ser dividida en una serie de capas en función de la variación de la temperatura con la altura. En la Figura 6 se muestra cómo varía la temperatura desde la superficie de la Tierra hasta unos 500 km de altura. En la capa más cercana a la superficie, denominada tropósfera, que se extiende en promedio hasta 12 km de altura (con un máximo de aproximadamente 19 km en latitudes ecuatoriales y un mínimo de 9 km sobre los polos), la temperatura disminuye a una tasa promedio de 6,5 °C por kilómetro. En esta capa, que concentra el 80 % de toda la masa de la atmósfera, ocurren los fenómenos meteorológicos más relevantes. En el límite superior de la tropósfera, denominado tropopausa, la temperatura deja de disminuir y está cercana a los -55 °C.

Por encima de la tropósfera se encuentra la estratósfera, que se extiende hasta los 45 km de altura. En ella la temperatura aumenta con la altura hasta un valor cercano a 0 °C en su límite superior, denominado estratopausa. La concentración de masa atmosférica en los niveles superiores de la estratósfera y en las capas por encima de ella es tan baja (99 % de la masa está concentrada por debajo de los 30 km, aproximadamente) que el significado de la temperatura no es el mismo que en el nivel de la superficie del planeta.

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Camilloni, 2009

Figura 6 – Capas de la Atmósfera

Por encima de la estratósfera la temperatura disminuye con la altura, definiendo la capa denominada mesósfera, que culmina a unos 80 km de altitud, en la mesopausa, donde la temperatura es del orden de los -90 °C. Por encima de ese nivel, y hasta uno superior no bien definido, la temperatura vuelve a aumentar con la altura y define la capa denominada termósfera. (Camilloni, 2009)

3.2. La Biósfera

La Biósfera es la zona cerca de la superficie de la tierra que soporta vida y donde todos los organismos vivos habitan. Este incluye los cuerpos de agua de la tierra, el aire que lo rodea, y una porción de la superficie terrestre. Dentro de la biósfera existen diversos ecosistemas en donde habitan los organismos.

Es en la biósfera donde ocurren todas las interacciones del Ciclo Biogeoquímico del Nitrógeno, estas se suscitan en el aire, suelo y agua. (Dispezio e. al., 1996)

3.3. Nitrógeno en el Aire

La presencia del Nitrógeno molecular en la atmósfera no es motivo de preocupación alguna debido a que es un gas inerte, lo cual lo hace totalmente inofensivo a organismos vivos. Pero existen compuestos gaseosos de nitrógeno que pueden tener un efecto negativo.

El escape de nitrógeno del suelo a la atmósfera se volvió un asunto de preocupación debido a que las bacterias del suelo están continuamente desnitrificando los nitratos en suelos y aguas, sin

importar que los nitratos provengan de fertilizantes o partir de la nitrificación

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de amoniaco de biomasa en descomposición. La desnitrificación produce N2O, un gas no reactivo en la tropósfera, pero que está involucrada en reacciones arriba de ella, reacciones que pueden traer consecuencias indeseables para todas las formas de vida complejas.

Cuando el N2O se mezcla eventualmente en la estratósfera, sus reacciones con oxígeno (derivados de la fotodisociación del ozono) producen NO, y ese óxido provoca un ciclo catalítico de reacciones que conlleva a la destrucción del ozono. Este ciclo fue identificado en 1970 por Paul Crutzen, un descubrimiento que le otorgo un premio Nobel de Química en 1995, y su operación es razón de preocupación obvia en los efectos de largo plazo de mayores emisiones de N2O que resultan con el uso en incremento de fertilizantes.

Un número de modelos de ejercicios fueron realizados a mediados de los 70’s y 80’s atentaron predecir que podría suceder con las concentraciones de ozono en la estratosfera si el N2O en la atmósfera se duplicara. Ellos concluyeron que al duplicar la concentración de N2O reduciría los niveles de ozono estratosférico de un 10 a un 16 %. Desde que comenzó a determinarse las concentraciones de N2O en la tropósfera en 1977, ahora a niveles de 313 ppb, la concentración se ha estado incrementando a un ritmo de .25 % por año. (Smil, 1996)

Después de una década de preocupación, el ciclo catalítico de NO fue opacado en importancia por otro agente, la destrucción del ozono a causa de clorofluorocarbonados (CFC’s). Esta secuencia de reacciones fue señalada por primera vez por Sherwood Rowland y Mario Molina en 1974 (que también fueron premiados con el premio Nobel de Química en 1995). Sus efectos fueron dramáticamente demostrados en 1985 cuando investigadores identificaron una pronunciada declinación en los niveles de ozono encima de la Antártica en los meses de primavera de Septiembre y Octubre.

Ahora que los CFC’s están siendo eliminados, mientras que los ritmos de fertilización siguen aumentando, el N2O una vez más podría volverse uno de nuestros centros de atención durante las primeras décadas del siglo XXI.

A mediados de los 80’s el N2O comenzó a recibir atención como un menor, pero lejos de insignificante gas de efecto invernadero. A pesar de que el gas es tres veces menor en magnitud al abundante CO2, tiene un poder de absorción más fuerte de radiación infrarroja. De hecho, ahora es responsable del 6 % del calentamiento directo troposférico causada por todos los gases de efecto invernadero excepto el vapor de agua.

Existe todavía otra vinculo entre el nitrógeno y el ozono: el nitrógeno en forma de NOX promueve la formación de ozono en la troposfera donde si causa daño. Ya que alrededor de 1950 las sociedades industriales han estado quemando

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grandes cantidades de combustibles fósiles a muy altas temperaturas en calentadores de estaciones de generación de energía eléctrica y en la combustión interna de motores. Esta combustión genera cantidades substanciales de óxidos de nitrógeno. El nitrógeno en estos óxidos proviene de dos fuentes: el combustible mismo, donde siempre esta presencia en cantidades ínfimas, y el abastecimiento atmosférico de N2. El nitrógeno en carbones y aceites representan en 1% la masa total. El gas natural poseen usualmente menos del 5% del nitrógeno, pero el gas es comúnmente removido antes de la combustión. (Smil, 1996)

Cualquier nitrógeno disponible en el combustible será oxidado inclusive a temperaturas muy bajas de combustión, tal el caso cuando se quema la madera en fogatas o el carbón en una parrilla. Pero a temperaturas mayores el N2 en el aire se disociara y combinara con el oxigeno para formar NOX (del cual el 95 al 98% es NO). Solo una pequeña cantidad de NOX es formada a temperaturas inferiores a los 1500 °C, pero arriba de ese nivel su formación crece exponencialmente. Consecuentemente la combustión de un kilogramo de carbón en un calentador grande de una planta de energía puede producir 10 veces más NOX que la combustión de un kilogramo de carbón en una pequeña casa. La combustión interna de motores son relativamente grandes fuentes de NOX. Hoy en día los seres humanos son responsables por la liberación de 40 millones de toneladas de NOX al año.

El problema se agrava cuando los óxidos de nitrógeno – en su mayoría por la combustión de combustibles fósiles incluyendo la actividad microbiana en suelos altamente fertilizados – reaccionan con los compuestos orgánicos volátiles (COV) y el CO. La presencia de estos tres ingredientes abre el escenario para el desarrollo estacional de concentraciones muy altas de smog fotoquimico, una mezcla de gases que resultan de complejas cadenas de reacciones químicas energetizadas por la luz del sol.

El químico Americano Arie Haagen-Smit dilucido la química del síndrome del smog fotoquimico en 1950. El proceso comienza con la oxidación rápida de NO a NO2, involucrando una variedad de moléculas reactivas (OH, CO, hidrocarburos, aldehídos). La disociación subsecuente de NO2 y la oxidación de hidrocarburos genera concentraciones en aumento de ozono (O3). Uno de los agentes oxidantes más agresivos, el O3 perjudica la función pulmonar, daña las células, limita la capacidad de trabajo y ejercicio, y disminuye las defensas a favor de infecciones bacterianas. En plantas causa pigmentación, blanqueado de las hojas, y la muerte de tejidos, también daña textiles, tintes, hule, plásticos y asfalto.

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Un tiempo después de que Haagen-Smit explico el smog fotoquimico, pareció que este fenómeno solo estaría confinado a climas soleados subtropicales, pero el aumento de emisiones de NOX y COV a traído consigo el smog de verano en grandes ciudades del hemisferio norte densamente inhabitados. Ambos Vancouver e Inglaterra (a 50 °N) pueden tener días donde los niveles de smog son semejantes a los de Los Ángeles (34 °N).

El smog fotoquímico y el exceso de concentración de O3 se han vuelto una presencia semipermanente todas las ciudades tropicales y subtropicales y sus alrededores – ya sea Bangkok, Taipei, Los Ángeles o la Ciudad de México – y una recurrente aflicción estacional de grandes ciudades en climas templados. Niveles elevados de O3 ahora afligen regiones mucho más grandes que incluso esas aglomeraciones urbanas en expansión como Boston-Washington y Tokyo-Osaka. En tiempos persistentes de verano celdas de alta presión limita la combinación atmosférica sobre el este de Norte América y permite que las altas concentraciones se acumulen a niveles dañinos inclusive en áreas rurales, especialmente al sureste de los Estados Unidos. (Smil, 1996)

William Chameides del Instituto de Tecnología de Georgia señala que las tres regiones – El Oeste de Europa, el Este de Norte América y el Este de Asia – son responsables de aproximadamente 75% del uso de combustibles fósiles y fertilizantes de nitrógeno, y por el 60% de la producción global de comida. Al menos 1/10, pero tal vez 1/3 de la producción mundial de cereales, inclusive un mayor aporte de vegetales y frutas son cultivadas en estas regiones. En esos lugares ya se encuentran expuestos a niveles de O3 de 50 a 70 ppb, arriba del umbral donde la exposición acumulativa durante las temporadas de cultivo genera daño.

Técnicamente la solución a este problema no es sencilla de encontrar. Solo los controles de emisión más estrictas han sido capaces de prevenir el deterioramiento de la calidad del aire a futuro en el sureste de California desde 1970 – pero estos controles todavía no pueden prevenir las violaciones de los parámetros predispuestos de los estándares de calidad del aire. Decenas de ciudades en Norte América y Europa están excediendo los niveles más altos deseables de O3. Similarmente, a pesar de los grandes esfuerzos de los japoneses, el valor anual de NOX liberado en áreas rurales en ese país ha difícilmente cambiado durante los pasados 15 años. (Smil, 1996)

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4. Nitrógeno en el Suelo

El suelo es una capa viva de composición orgánica/inorgánica en la superficie de la tierra en equilibrio dinámico con la atmósfera y biósfera arriba de ella, y la geología por debajo. El suelo actúa como un ancla y proveedor de agua y nutrientes para las raíces, y es el hogar de una comunidad basta y tan numerosa que no han sido todos identificados de microorganismos y animales, como un desinfectante del medio ambiente, y también una fuente de materiales de construcción y manufactureras. El suelo es el capital a largo plazo en donde una nación se construye y crece. Es el componente básico de los ecosistemas y de gestión de ecosistemas. Un entendimiento fundamental de este elástico, poroso, sistema trifásico (solido, líquido, gaseoso), sus componentes y procesos de reacción son básicos para soportar la vida de plantas y animales que viven en y sobre él. El suelo sirve como una base indispensable para el bienestar humano continuo y la producción de otros recursos naturales renovables.

Debemos nuestra existencia a una capa extremadamente delgada pero preciada capa llamado suelo, el cual cubre formaciones geológicas inalteradas y parcialmente erosionadas en la superficie del planeta. Este ya no es roca ni sedimentos geológicos pero ha sido alterada durante la formación del suelo a causa de factores geológicos, topográficos, climáticos, físicos, químicos y biológicos para formar una entidad viva conformada de una asociación de partículas inorgánicas o minerales con un vinculo inextricable con la materia orgánica, y gases perfundidos. Cuando esta es humedecida por agua vital; el solvente y transportador de nutrientes, y el mayor constituyente de los seres vivos; este complejo sistema se vuelve el substrato fértil la cual es biológicamente activa, porosa, y media estructurada que efectivamente integra y disipa los flujos de masa y energía. En este estado, es una entidad autoreguladora biológica que lentamente evoluciona mientras que esta continua desgastándose con el tiempo.

No solo sirve para promover y sustentar la vida en todas sus formas, pero también actúa como un filtro viviente para los residuos generados por humanos y animales. Este rol limpia, purifica y recicla el agua e incluso desintoxica y hace inofensivas la mayoría de las toxinas y patógenos que por otro lado podrían irreparablemente contaminar y degradar el medio ambiente. A pesar de ser contaminado por los restos de humanos y animales incluyendo aquellos de epidemias de pestilencia y plagas, ha tenido éxito controlando todos estos agentes dañinos y rara vez, sino nunca, está involucrado en la

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transmisión de enfermedades. De lo contario, muchos de sus habitantes, los microorganismos en particular, nos han proveído de antídotos a enfermedades e infecciones conocidos como antibióticos. (Sumner, 2000)

4.1. Origen

Bajo condiciones naturales el nitrógeno del suelo proviene de la atmósfera terrestre. Esto ocurre a través de los distintos procesos de fijación, fundamentalmente de tipo biológico.

La transformación del nitrógeno molecular atmosférico en nitrógeno del suelo utilizable actual o potencialmente por las plantas, se realiza principalmente en dos procesos:

• El nitrógeno puede oxidarse y pasar a la forma de óxidos, por acción de las descargas eléctricas, y estos compuestos, a su vez, trasladados al suelo por la lluvia y depositados en él como acido nitroso o nítrico. La magnitud de este proceso, aunque no carece de importancia, es pequeña en comparación con las cantidades de nitrógeno molecular que se convierte en orgánico en virtud del proceso.

• Fijación biológica, es decir, por medio del conjunto de reacciones gracias a las cuales los organismos vivos integran el nitrógeno molecular en sus estructuras como componente de diversos compuestos. Ciertos microorganismos que viven libremente en el suelo, y otros que bien simbióticamente con determinadas plantas (principalmente leguminosas), son capaces de realizar esta incorporación; ambos grupos son los principales responsables de que se mantenga a un cierto nivel el nitrógeno contenido en el suelo.

Pero en los suelos cultivados, el nitrógeno puede aparecer también por la adición que el hombre realiza de fertilizantes nitrogenados obtenidos sintéticamente a partir del nitrógeno atmosférico o mediante la adición, también de residuos orgánicos de diversa procedencia. Estos hechos explican el porqué el nitrógeno total presente en los suelos cultivados puede varias entre limites bastantes amplios, en 0.01 y 0.5 % y a veces mas, aunque lo más frecuente es que oscile alrededor del 0.1 %. En general, puede decirse que la mayoría de los suelos cultivados no son suficientemente ricos en nitrógeno. Los suelos ricos son una excepción, salvo donde hay una acumulación de materia orgánica por falta de mineralización. (Navarro et.al., 2003)

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4.2. Formas

Las principales formas de Nitrógeno en el suelo son NH4+, NO3

- o las sustancias orgánicas a base de nitrógeno. En cualquier momento, el nitrógeno inorgánico en el suelo es solo una fracción pequeña del nitrógeno total en el suelo. La mayoría del nitrógeno en la superficie del suelo está presente en nitrógeno orgánico. Consiste de proteínas (20-40%), aminoazucares, como las hexosaminas (5-10%), purina y derivados de pirimidina (1% o menos), y complejos compuestos inidentificados formados por la reacción de NH4

+ con lignina, polimerización de quinones con compuestos de Nitrógeno y condensación de azucares y aminas. En el subsuelo, una importante fracción de nitrógeno presente puede ser capturada por rejas arcillosas como NH4

+ inintercambiable y consecuentemente no disponible. Las sustancias orgánicas lentamente se mineralizan por microorganismos a NH4

+ el cual puede ser convertido por otros microorganismos a NO3

-.

El NH4+ puede ser absorbido a sitios cargados negativamente de minerales de

arcilla y compuestos orgánicos. Esto reduce su movilidad en el suelo en comparación de su forma más móvil el ion NO3

-.

Los microorganismos pueden usar ambos NH4+ y NO3

- para satisfacer sus necesidades de nitrógeno. Este tipo de transformación de nitrógeno es llamado inmovilización microbiana. (Lal, 2002)

4.3. Dinámica del Nitrógeno en el Suelo

En todos los suelos existen considerables entradas y salidas de nitrógeno acompañadas de muchas transformaciones complejas. Algunas de estas entradas pueden controlarse más o menos por el hombre mientras que otros están más allá de nuestro control. El conjunto de estos procesos constituyen una parte importante del ciclo del nitrógeno en la naturaleza.

El nitrógeno en suelos cultivables proviene de diversos materiales: restos de cultivos, abonos verdes, estiércol, fertilizantes comerciales y nitratos aportados por lluvias, así como por fijación de nitrógeno atmosférico por ciertos microorganismos. (Navarro et. al., 2003)

Por lo que la dinámica del nitrógeno del suelo está altamente influenciada por la distribución de los siguientes procesos:

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Aportación de Nitrógeno en el suelo

a) Fijación del nitrógeno atmosférico por microorganismos que viven libremente en el suelo.

b) Fijación de nitrógeno por Rhizobium otras bacterias simbióticas. c) Aportes por el agua de lluvia y nieve. d) Aportaciones de nitrógeno en fertilizantes, estiércoles y plantas verdes.

Transformaciones del Nitrógeno en el Suelo

a) Aminificación, o degradación bioquímica de las proteínas y otros compuestos complejos nitrogenados en aminoácidos y aminas.

b) Amonificación, o transformación bioquímica de los aminoácidos y aminas en amoníaco.

c) Nitrificación, u oxidación bioquímica del amoniaco a ácido nítrico. d) Síntesis proteicas de los microorganismos del suelo, a partir de los

compuestos que originan en el transcurso de los anteriores procesos.

Pérdidas de nitrógeno en el suelo

a) Desnitrificación, o reducción bioquímica de los nitratos bajo condiciones anaeróbicas.

b) Reacciones químicas de los nitritos bajo condiciones aeróbicas. c) Pérdidas por volatilización del amoníaco, principalmente en suelos

alcalinos, cálidos y húmedos. d) Lixiviación de nitratos. e) Asimilación de los nitratos por las plantas superiores. f) Fijación del amonio por las arcillas con entramado en expansión y en

suelos con alto contenido en materia orgánica.

4.4. Procesos de Aportación de Nitrógeno

4.4.1. Fijación de Nitrógeno

La fijación consiste en la transformación de N2 atmosférico a formas inorgánicas. El enlace covalente triple de la molécula de N2 es altamente estable y solo puede ser roto dicho enlace químicamente solo a temperatura y presiones elevadas.

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R - NH2N2

amoniaconitrógenogaseoso

nitrógenoorgánico

NH3


Por lo que la atmósfera constituye una fuente prácticamente inagotable de nitrógeno, dado que al nivel del mar hay sobre cada hectárea unas 77 600 toneladas de este gas en el aire. Parte de este nitrógeno es fijado por las descargas eléctricas (rayos) y otros fenómenos de ionización de la atmosfera superior, y ese nitrógeno es añadido al suelo como componente de la precipitación. Sin embargo, la mayor parte del nitrógeno añadido a los suelos procede de la fijación biológica del mismo, tanto simbiótica como no simbiótica. La fijación biológica del nitrógeno es una reacción de reducción que requiere energía, la cual es aportada por el adenosin trifosfato (ATP). Los microorganismos fijadores de nitrógeno contienen la enzima nitrogenasa que se combina con una molécula de nitrógeno, N2. El ácido pirúvico es el donador de hidrógeno, y la fijación se hace en una serie de pasos que reduce al N2 a NH3. El molibdeno es parte de la nitrogenasa y esencial para la fijación biológica. Los organismos que fijan nitrógeno también requieren cobalto, que es el único papel que se sabe que ese elemento desempeñe en las plantas, siendo por ello necesario. (Foth, 1987).

4.4.2. Fijación Biológica del Nitrógeno

En la Naturaleza, la fijación del nitrógeno es una facultad reservada a unos cuantos géneros de bacterias y ciertas algas azul-verdosas, que pueden clasificarse dentro del grupo de las bacterias con el nombre de Cianobacterias. Ningún organismo superior presenta esta capacidad, a pesar de que algunos pueden hacerlo indirectamente, a través del establecimiento de asociaciones simbióticas con bacterias fijadoras de nitrógeno (Fijación Simbiótica). La relación más conocida es la que se verifica entre las plantas leguminosas y diversas bacterias del genero Rhizobium. Otras bacterias fijadoras de nitrógeno viven asociadas con plantas huéspedes, y muchas viven libremente en el suelo o en el agua. Unas son fotosintéticas, otras requieren oxígeno, y otras, finalmente, solamente pueden vivir en medios anaerobios o faltos de oxígeno.

Todos estos microorganismos se caracterizan por poseer un potente equipo enzimático que les permite fijar directamente el nitrógeno atmosférico; y como en el proceso industrial, el producto inicial que se forma es el amoniaco.

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Disponen además de un enzima común, la nitrogenasa, que es básicamente el que regula el proceso. (Navarro et. al., 2003)

4.4.3. Rhizobium y la fijación del nitrógeno

Las plantas leguminosas forman una relación simbiótica con bacterias heterótrofas del genero Rhizobium, La raíz de la planta hospedera segrega una sustancia que activa a las bacterias Rhizobium. Cuando la bacteria entra en contacto con un pelo radical, este se riza. En la raíz se forma un filamento infeccioso a través del cual la bacteria mira al centro de la raíz. Una vez dentro de la raíz, las bacterias se multiplican con rapidez y son transformadas en cuerpos hinchados, de forma irregular, llamados bacteroides. Se efectúa un ensanchamiento de la raíz y, finalmente, se forma una agalla o nódulo. Los bacteroides reciben de la planta hospedera alimento, nutrientes y probablemente ciertos compuestos para el crecimiento. La planta leguminosa hospedera se beneficia del N2 fijado en el nódulo. Parte del nitrógeno fijado es transportado de los nódulos a las diversas partes de la planta hospedera. (Foth, 1987)

4.4.4. Fijación simbiótica de nitrógeno por plantas no leguminosas

En muchos ecosistemas de tierras silvestres hay pocas o ningunas leguminosas que fijen nitrógeno. En la actualidad se sabe que hay muchas especies no leguminosas que tienen nódulos radicales y fijan nitrógeno simbióticamente, en la Tabla 3 se puede observar cuales plantas no leguminosas forman nódulos. Lo anterior significa que la fijación simbiótica del nitrógeno es importante tanto en los suelos de praderas naturales y de bosque como en agroecosistemas. El aliso rojo es un ejemplo de una planta no leguminosa que puede efectuar fijación de nitrógeno simbiótica. Esa característica hace que el aliso rojo sea una buena especie para invadir materiales maternos recién expuestos y tierras incendiadas en donde los suelos tienen una baja capacidad para proporcionar nitrógeno debido a su poco contenido de materia orgánica. Se cree que los organismos que ocasionan la producción de nódulos y la fijación de nitrógeno son actinomicetos. La aportación de nitrógeno que hacen los ecosistemas terrestres del mundo las especies fijadoras de nitrógeno simbióticas no leguminosas es varias veces mayor que aquella de las leguminosas herbáceas. (Foth, 1987)

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Tabla 3 – Plantas No Leguminosas que forman nódulos

Familia Género

Especies que

forman nódulos

Distribución geográfica

Betulaceae Alnus 15 Regiones frías del hemisferio norte

Elaeagnaceae Elagnus 9 Asia, Europa, América del Norte

Hippophae 1 Asia y Europa, desde los Himalayas al Circulo Ártico

Myricaceae Shepherdia 2 Confinada a América del Norte

Myrica 7 Regiones templadas de ambos hemisferios

Coriariaceae Coriaria 3

Regiones muy separadas, principalmente en Japón, Nueva Zelandia, Centro y Sur América y región del Mediterráneo

Rhamnaceae Ceanothus 7 Confinada a América del Norte

Casuarinaceae Casuarina 12

Trópicos y subtrópicos, extendiéndose del este de África al Archipiélago Indico, Islas del Pacífico y Australia

Foth, 1987

4.4.5. Fijación no simbiótica del nitrógeno

Viven en el suelo ciertos grupos de bacterias independientes de las plantas superiores que tienen capacidad para usar el nitrógeno de la atmosfera en la síntesis de los tejidos de su organismo. Como esas bacterias no viven en asociación con plantas superiores (relación mutua), se les ha llamado no simbióticas. Se ha encontrado una docena o más de bacterias que fijan N2 en forma no simbiótica, pero los dos organismos más estudiados pertenecen a los géneros Azotobacter y Clostridium.

El género Azotobacter está ampliamente distribuido en la naturaleza. Se le ha encontrado en suelos (con pH de 6.0 o más) de prácticamente cada localidad que se ha examinado. Al parecer, el mayor factor limitante de su distribución es la reacción del suelo. Esos organismos pueden existir en suelos con (con pH de 6.0 o más) de prácticamente cada localidad que se ha examinado. Al parecer, el mayor factor limitante de su distribución es la reacción del suelo. Esos organismos pueden existir en suelos con pH menor de 6.0, pero por regla general en esas condiciones no son activos en lo que concierne a la fijación de nitrógeno. Azotobacter es favorecida por la buena aireación, la abundancia de

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materia orgánica (en especial de naturaleza carbónacea), la presencia de una amplia cantidad de calcio disponible y cantidades suficientes de elementos nutrientes disponibles, en especial fosforo, así como las relaciones adecuadas de humedad y temperatura.

Las bacterias anaeróbicas Clostridia son muchos más tolerantes de las condiciones ácidas que la mayoría de los miembros del grupo aeróbico y, tal vez por esa razón, tiene una distribución más amplia. Se cree que esos organismos. Se cree que esos organismos se pueden encontrar en todos los suelos y que en condiciones apropiadas pueden fijar algo de nitrógeno. Para que funcionen las bacterias anaeróbicas no es necesario que los suelos estén encharcados. Un suelo en buenas condiciones de labranza puede tener áreas considerables con gránulos favorables para las actividades de las bacterias fijadoras de nitrógeno anaeróbicas. (Foth, 1987)

4.4.6. Fertilización de Nitrógeno Mineral y Orgánico

Teóricamente las plantas deben preferir el NH4+ en vez del NO3

-, debido a que el NH4

+ no necesita ser reducido antes de su incorporación de la planta. En la mayoría de los suelos bien drenados la oxidación de NH4

- es bastante rápida por lo que la mayoría de las plantas se han desarrollado para crecer mejor con NO3

-. A pesar de que un número de estudios han demostrado que las plantas se desarrollan mucho mejor cuando ambas fuentes están disponibles. El arroz que crece bajo condiciones sumergidas debe crecer en presencia de NH4

+ y NO3

- el cual no es estable bajo condiciones inundadas. Cuando la urea es aplicada este rápidamente se hidroliza bajo condiciones bien drenadas, a menos que un inhibidor de ureasa fuera añadido; bajo condiciones sumergidas las plantas de arroz también pueden absorben N directamente como urea molecular. El abono molecular puede ser originario de una planta o animal o incluyendo una mezcla de ambos. A pesar de todo la mayoría proviene de estiércol y orina de animales de granja. Este existe en corrales o en estiércol de establo, orina, purines o como composta. Debido a que su composición no es constante y debido a que la materia vegetal (de captura o cultivos de cobertura, leguminosas) es añadido frescamente al suelo, menos del 30% de sus nutrientes vuelven a estar disponibles para el siguiente cultivo. (Sumner, 2000.)

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4.5. Transformaciones del Nitrógeno en el Suelo

4.5.1. Aminificación y Amonificación

La materia nitrogenada que se deposita en el suelo de forma natural a la muerte del vegetal, junto con la añadida al mismo de otras procedencias, es directamente de poco valor para las plantas superiores. Puede, sin embargo, ser fácilmente utilizada por los microorganismos del suelo, tanto vegetales como animales. Como resultado de la digestión enzimática realizada por estos organismos, sus componentes principales: proteínas y compuestos relacionados, son degradados a otros más simples, principalmente aminas y aminoácidos. De aquí que el proceso sea llamado “aminizacion” o “aminificación”

Proteínas y compuestos relacionados

Digesitónenzimática

Microorganismosheterótrofos

R-NH2 + R-CHNH2-COOH +CO2 + E + Otros compuestos

Mediante esta digestión, los diversos organismos del suelo obtienen la energía necesaria para su desarrollo, y al mismo tiempo se libera dióxido de carbono.

Las condiciones que favorecen la aminificación parecen ser las mismas que las que contribuyen al buen desarrollo vegetativo de la planta, en lo que concierne a la temperatura, humedad y aireación del suelo. Es muy conveniente un drenaje adecuado del suelo y la presencia de calcio, ya que las bacterias degradadoras, que son los principales microorganismos que intervienen en el proceso, son en gran parte aerobias y no proliferan en medio acido.

El nitrógeno de las aminas y aminoácidos así liberado, puede tener dos destinos. Puede ser utilizado por diversos microorganismos del suelo para construir sus propias estructuras y formar parte del nuevo complejo proteico del suelo. O bien puede ser transformado por otros en productos simples, que aparecen casi siempre en forma de compuestos amónicos. El proceso enzimático en el que el nitrógeno aparece en esta última forma recibe el nombre de “amonificación”:

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Hidrólisis enzimáticaMicroorganismos heterótrofos

R-CHNH2-COOH + H2O

R-OH + NH3 + EnergíaR-NH2 + H2O

R-CH2OH + NH3 + CO2 + Energía

Los microorganismos que intervienen en estos procesos de degradación son muy variados. Es muy difícil concretar cuáles son los que verdaderamente intervienen y predominan, ya que ello depende básicamente de la constitución química del material orgánico incorporado al suelo, condiciones climáticas, y de las características del suelo en donde los fenómenos de sinergia y competencia juegan un papel importante. No obstante, las bacterias de los géneros Pseudomonas, Proteus, Bacillus y Bacterium, parecen ser los microorganismos amonificantes mas extendidos en los distintos tipos de suelos. En notable proporción, también intervienen muchas especies de actinomicetos y hongos. (Navarro et. al., 2003)

4.5.2. Nitrificación

Cuando el amoniaco no es absorbido por raíces y microorganismos o incluso no es fijado en arcilla este comúnmente es oxidado a nitrato. La nitrificación es un proceso biológico en el cual el amoníaco es transformado en nitritos y nitratos por acción de las bacterias nitrosomonas y nitrobacter.

+H+ Nitrosomonas Nitrobacter NH3 NH4

+ NO2- NO3

-

-H+

D


Los principales factores que afectan la nitrificación son:

1) Contenido de ion amonio y relación C/N de la materia orgánica del suelo 2) Reacción del suelo y presencia de diversos elementos esenciales 3) Aireación del suelo 4) Humedad del suelo

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5) Temperatura y Tiempo

1) Contenido del ion amonio y relación C/N de la materia orgánica del suelo

Al ser el ion amonio el sustrato para las bacterias nitrificantes, es lógico que un suministro de este ion sea el requerimiento esencial para la nitrificación. Si las condiciones no favorecen la liberación de amoniaco de la materia orgánica, o si no se añaden a los suelos fertilizantes amónicos, no habrá nitrificación. Pero aun en el caso de que la amonificación se produzca, si la relación C/N del suelo es demasiado alta, parte del amoniaco liberado de la materia orgánica será utilizado por los microorganismos de suelo, y así se inicia una extraordinaria reproducción y multiplicación.

Después que la materia carbonada ha sido descompuesta parcialmente y el materia energético no es ya muy abundante, la asimilación del nitrógeno se aminora y aparecen en el suelo subproductos amoniacales. En ese momento, las condiciones volverán a ser favorables para la nitrificación, y los nitratos podrán originarse y ser utilizados por las plantas. Solo cuando relación C/N ha descendido por debajo de 20 o 25 habrá una liberación neta de nitrógeno mineral. De esta forma, y análogamente a lo indicado en la amonificación, la razón C/N, a través de su influencia selectiva sobre los microorganismos del suelo, ejerce un control poderoso sobre la nitrificación y la presencia del nitrógeno en forma de nitrato en el suelo.

Los hechos apuntados hay que tenerlos en cuenta en muchos casos, y tienen una gran importancia en la práctica agrícola. Por ejemplo, al tratar de cultivar cereales en zonas donde poco antes se ha efectuado un arado e incorporado al suelo los residuos de la cosecha anterior. Si estos residuos, constituidos por tallos secos, raíces, etc., se hallan en gran cantidad, el nuevo cultivo se desarrolla con insuficiente nitrógeno, ya que los microorganismos, al degradar los citados restos (relación C/N alta), compiten con la planta para obtener del suelo el nitrógeno que necesitan. En estos casos se requerirá, por tanto, incrementar el contenido de nitrógeno del suelo mediante un aporte complementario de fertilizantes nitrogenados.

2) Reacción del Suelo y Presencia de diversos Elementos

Las bacterias nitrificantes, aunque existen en todo suelo laborable, aparecen en mayor cantidad en suelos fértiles. Su número depende en gran manera de la reacción del suelo. En este aspecto, una reacción ligeramente alcalina es la más favorable. Los límites de pH entre los que la nitrificación tiene lugar se

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sitúan entre 5.5 y 8, con un óptimo entre 6.9 y 7.5. A medida que aumenta la acidez del suelo, la nitrificación se debilita debido a la sensibilidad de los organismos nitrificantes a bajo pH.

Las bacterias nitrificantes requieren también un suministro adecuado de calcio, fosforo, cobre y magnesio, aunque no se ha determinado sus exactas necesidades. Otros oligoelementos como hierro, molibdeno, boro, wolframio y vanadio, se consideran estimulantes en concentraciones bajas, pero se transforman en inhibidores a concentraciones superiores al 1 %. Un exceso de cloruros paraliza la acción de estos microorganismos.

3) Aireación del Suelo

Las bacterias nitrificantes son microorganismos aeróbicos típicos. No producen nitratos en ausencia de oxigeno molecular. Por ello, cualquier procedimiento que aumente la aireación del suelo favorecerá la nitrificación. El arado y prácticas de cultivo son operaciones favorables para ella, ya que permiten la rápida difusión del aire hacia el interior y hacia el exterior del suelo. Los suelos que son de textura gruesa, o que poseen una buena estructura, facilitan este movimiento y aseguran un suministro adecuado de oxigeno para las nitrobacterias.

Los resultados experimentales obtenidos en condiciones controladas de laboratorio, permiten afirmar que la máxima nitrificación aparece cuando el porcentaje de oxigeno en el aire de suelo es del 20%, casi igual al que posee la atmósfera terrestre.

4) Humedad de Suelo

La actuación de las nitrobacterias está altamente controlada por el contenido de agua del suelo. En general, la nitrificación tiende a disminuir tanto en condiciones de excesiva humedad, como en aquellas de escasez.

En realidad, existe para cada suelo un óptimo de humedad, por encima y por debajo del cual hay más lentitud en la producción de nitratos.

Este optimo varia con la textura del suelo y aumenta con el contenido en coloides. Ordinariamente, para suelos cultivados varía entre el 12 y 18 % de agua. Por esta razón, la nitrificación puede reducirse notablemente en verano por insuficiente humedad, así como en invierno y en zonas de alta pluviometría.

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5) Temperatura y tiempo

La temperatura más favorable para el proceso de la nitrificación puede situarse entre 27 y 30°C, aunque puede variar según las regiones, por adaptación o selección de los organismos nitrificantes. A temperatura de 0°C o inferiores la nitrificación no se produce, pero por encima de 1.5 °C empieza, y va aumentando progresivamente en intensidad hasta alcanzar su actividad máxima alrededor de los 30 °C,

En condiciones de campo, sin embargo, no se obtienen temperaturas constantes, y por ello, al fluctuar la temperatura la magnitud de la nitrificación dependerá, en gran parte, del periodo de tiempo y que se mantenga a una determinada temperatura. En la siguiente tabla se manifiesta la influencia de las fluctuaciones de temperatura en la nitrificación.

Los nitratos del suelo formados durante el proceso de la nitrificación, o aquellos que pueden ser aportados en forma de fertilizantes, pueden tener destinos diferentes:

1) Una parte puede ser metabolizada por los microorganismos vivos para su síntesis protoplasmática.

2) Otra puede ser utilizada por los vegetales superiores para poder desarrollar su ciclo vital.

3) Parte, y debido a su gran solubilidad y nula retención por los coloides, perderse por drenaje a las capas profundas del suelo.

4) En pequeña proporción, y mediante ciertas reacciones químicas, pueden originar óxidos, en los que el nitrógeno se halla en su menor grado de oxidación

5) Finalmente, y por acción de determinados microorganismos, dar lugar a otros compuestos reducidos en el proceso conocido como “desnitrificación”. El nitrógeno así producido retorna de nuevo a la atmósfera.

(Navarro et. al., 2003)

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4.5.3. Desnitrificación

Bajo condiciones favorables el NO3- se pierde rápidamente en el suelo a través

de la desnitrificación. La habilidad de transformar el NO3- a N2 y N2O se

encuentra limitada a organismos que son capaces de utilizar el nitrógeno en el NO3

-, NO2- y N2O como un aceptor terminal de electrones en lugar del O2.

La desnitrificación es un proceso importante geoquímicamente debido a que es el mecanismo primario para la devolución de N2 a la atmosfera. Al igual que el carbono en compuestos orgánicos es regresado a la atmósfera en forma de CO2 a través del metabolismo, el Nitrógeno combinado es devuelto a la atmósfera como N2 en la desnitrificación.

Algunos de los siguientes requisitos son necesarios para que ocurra la desnitrificación:

1- Presencia de bacterias que posean la capacidad metabólica requerida. Estos requerimientos son cumplidos fácilmente debido a que organismos desnitrifcantes son abundantes en la mayoría de los suelos y sistemas acuáticos además de que su diversidad es muy grande.

2- Presencia de donadores de electrones asimilables como compuestos de carbono orgánicos, compuestos reducidos de azufre e hidrógeno molecular (H2). Este requerimiento es un gran limitante.

3- Existencia de zonas pequeñas y locales en suelos aeróbicos de sedimentos saturados de agua donde prevalezcan condiciones anaeróbicas. Muchos desnitrificadores son organismos facultativos que pueden crecer en presencia o ausencia de O2; si el O2 se encuentra presente este previene la síntesis de enzimas que reducen el átomo de nitrógeno.

4- Presencia de Nitrógeno en forma de NO2-, NO3

- o N2O que sirvan de aceptores terminales de electrones.

Hay aproximadamente 33 géneros de bacterias con la capacidad de desnitrificar; las más comunes se encuentran listadas en la Tabla 4. Los organismos involucrados primariamente son heterotróficas (viven de materia orgánica) y pertenecen a la clase Alcaligenes, Agrobacterium, Bacillus y Pseudomonas. Varios quimioautotrofos (ej. Thiobacillus) también son capaces de utilizar NO3

- transformándola en gases de nitrógeno. Aunque poseen muy poca importancia en la mayoría de los suelos de cultivo.

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Tabla 4 – Bacterias Desnitrificadoras

Genero Observaciones Alcaligenes Comúnmente encontrado en suelos Agrobacterium Comúnmente encontrado en suelos Azospirillum Capaz de fijar N2, asociado

comúnmente con los pastos Bacillus Desnitrificantes termofílicos Flavobacterium Especies desnitrificantes isoladas

recientemente Halobacterium Requiere de altas concentraciones de

sal para su crecimiento Hyphomicrobium Crece sobre sustratos de un solo

carbono Paracoccus Capaz de ambos crecimientos

quimiolitotróficos y heterotróficos Propionibacterium Fermentadores capaces de

desnitrificar Pseudomonas Comunmente encontrado en suelos Rhodopseudomonas Bacterias fotosínteticas Thiobacillus Generalmente crecen como

quimioautotrofos Stevenson et. al., 1999

La posible secuencia de desnitrificación bacteriana y reducción del átomo de nitrógeno se lleva acabo de la siguiente manera:

NO3- NO2

- NO N2O N2

nitrato nitrito oxido nitrico oxido nitroso nitrogeno gaseoso

(+5) (+3) (+2) (0)(+1)

(Stevenson et. al., 1999)

Factores Influyentes

El proceso de la desnitrificación es afectado notablemente por los siguientes factores:

1) pH del Suelo 2) Nivel de humedad y porcentaje de oxigeno del aire del suelo 3) Cantidad de azufre y materia orgánica presente

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1) pH del Suelo

Se ha estudiado la influencia del pH del suelo sobre la desnitrificación en condiciones de laboratorio, incubando muestras iguales de suelo a distintos pH y en condiciones anaerobias, durante periodos de tiempo comprendidos entre dos y tres semanas. Los resultados obtenidos muestran, en general, que a ciertos valores superiores a 7 (entre 7 y 8.5), las mayores pérdidas aparecen como N2, y en menor proporción como N2O. En cambio, a pH inferiores (entre 5 y 7), las pérdidas fueron mayormente como N2O, y en mucha menor proporción como N2. Parece ser, por tanto, que al aumentar la acidez del suelo se inhibe la reducción del oxido nitroso a nitrógeno. (Navarro et. al., 2003)

2) Nivel de humedad y porcentaje de oxigeno del aire del suelo

Durante mucho tiempo se ha considerado que los suelos saturados de agua son los más propicios para que la desnitrificación se efectúe. Sin embargo, hoy se admite como resultado de experimentaciones más precisas, que en ausencia de oxigeno, el aumento del porcentaje de humedad del suelo no intensifica la desnitrificación. Solo en el caso de que en el suelo exista un porcentaje de humedad del suelo no intensifica la desnitrificación. Solo en el caso de que en el suelo exista una proporción de oxigeno determinada, la desnitrificación se intensifica al aumentar el contenido de agua. La explicación de este hecho debe buscarse, por tanto, en la exclusión de oxigeno por encharcamiento del suelo, más que a la presencia del agua por sí misma. (Navarro et. al., 2003)

En lo que respecta a la influencia directa del contenido de oxigeno en la atmosfera del suelo, los resultados obtenidos en experiencias de campo resultan contradictorios en muchos casos. No obstante, estudios de laboratorio indican un aumento de la perdida de nitrógeno a medida que disminuye el contenido de oxígeno, aunque también muestran que las perdidas no son muy elevadas hasta tanto no haya una ausencia casi total de oxigeno. (Navarro et. al., 2003)

3) Cantidad de azufre y materia orgánico presente en el suelo

Esta suficientemente demostrado que las aplicaciones de azufre al suelo pueden originar una reducción en el contenido de nitrógeno inorgánico en los suelos, ya que, al ser utilizado el oxigeno de los nitratos por los microorganismos que oxidan el azufre a acido sulfúrico, el nitrógeno se pierde en forma de molecular. En estos casos, las plantas que en el suelo vegetan pueden sufrir, temporalmente, una falta de nitrógeno, a causa de la competencia que les hacen los microorganismos que oxidan el azufre, si el nitrógeno disponible bajo la forma de nitratos no es suficiente para atender las necesidades de ambos. (Navarro et. al., 2003)

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La mayor o menos proporción de materia orgánica del suelo también puede influir en la desnitrificación. Suelos muy bien provistos de materia orgánica susceptible de descomposición, como por ejemplo los suelos que reciben estercoladuras fuertes, desnitrificaran los nitratos prontamente, aun cuando estén bien aireados, probablemente a causa de que existen muchas zonas de suelo en las que los microorganismos están utilizando el oxigeno de estos nitratos, al no disponer del oxigeno necesario. (Navarro et. al., 2003)

4.5.4. Mineralización

El nitrógeno fijado simbióticamente se utiliza dentro de las plantas y finalmente aparece como nitrógeno en los tejidos muertos de plantas o animales o en las heces de animales se incorpora en la materia orgánica y el humus del suelo. En cualquier tiempo, más del 99% de nitrógeno del suelo se encuentra en la materia orgánica. Alrededor del 2 al 3% del nitrógeno orgánico total se mineraliza en un año, con lo cual se estima que el total del nitrógeno del suelo se circula cada 30 a 50 años. Muchos tipos de organismos heterótrofos efectúan la descomposición de la materia orgánica con la mineralización posterior del nitrógeno a amoniaco (NH3). La mineralización, debido a que produce amoniaco como producto final, es también llamado amonificación. Algo del NH3 que se produce en la propia superficie del suelo se escapa por volatilización, en especial cuando el pH del suelo es de 8 o más.

La mayor parte del amoniaco producido en el suelo pronto forma amonio (NH4). Existe una fuerte tendencia a que se forme amonio debido a la presencia de iones hidrógeno en el suelo y al fuerte enlace que se forma entre el amoniaco y el hidrogeno al compartir electrones. El ion amoniaco tiene una carga positiva de +1 y está disponible para las plantas. Existen pruebas de que la forma principal de nitrógeno usado por las plantas en los bosques y en los pastizales es el amoniacal. El amoniaco es absorbido sobre el complejo de intercambio de cationes y retenido contra la lixiviación. Se fija algo de amoniaco en las arcillas minerales ilíticas, en donde en el látice de cristal ocupa el lugar que normalmente ocupa el potasio.

En la capa arable estándar del suelo hay alrededor de 1000 kg de nitrógeno por cada unidad porcentual de materia orgánica. Lo anterior se basa en el hecho que la capa arable pesa 2 millones de kilogramos y que la materia orgánica tiene 5% de nitrógeno. Si la tasa de mineralización es del 2 al 3% anual, por cada unidad porcentual de materia orgánica del suelo superficial se mineralizaran de 20 a 30 kg de nitrógeno. También hay materia orgánica debajo de la capa arable y esa materia orgánica el mismo modo es

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mineralizada con lentitud. Es importante comprender que la capacidad del suelo para proporcionar nitrógeno está íntimamente relacionada con el contenido de materia orgánica y la tasa de mineralización. Los suelos arenosos pobres en materia orgánica tienen poca capacidad para proporcionar nitrógeno disponible. Debido a su escaso contenido de materia orgánica, es probable que los suelos del desierto proporcionen solo el 5 % de nitrógeno necesario para producir cultivos con riego. Por otra parte, los suelos orgánicos que han sido drenados tienen un potencial máximo para proporcionar nitrógeno a las plantas, ya que están formados en su mayor parte por materia orgánica. Sin embargo, debido a la deficiencia de oxigeno para los descomponedores heterótrofos aeróbicos, en los suelos orgánicos saturados de agua se mineraliza poco nitrógeno. En algunos pantanos ciertas plantas atrapan insectos para obtener nitrógeno. (Foth, 1987)

4.5.5. Inmovilización

Tanto el amoniaco como el nitrato son formas de nitrógeno disponibles para las raíces y los microorganismos y su empleo resulta en la conversión de formas minerales de nitrógeno en formas orgánicas. Ese proceso es llamado inmovilización. El nitrógeno inmovilizado está “seguro” en el suelo y sujeto a circulación repetida a través de subciclo de nitrógeno en el suelo, que comprende mineralización, nitrificación e inmovilización. Debajo de la zona de las raíces o la capa de actividad biológica, el nitrato no es inmovilizado o desnitrificado. Por ellos es natural que en suelos bien drenados de regiones húmedas se lixivie algo de nitratos a la capa freática y se vuelva un componente de las aguas subterráneas. (Foth, 1987)

4.5.6. Humificación

La descomposición de residuos vegetales y la síntesis de muchos compuestos que efectúan diversos organismos del suelo dan como resultado un enorme número de compuestos orgánicos en varios estados de descomposición, siendo humus el término que se utiliza para referirse a la materia orgánica que ha sufrido una descomposición considerable y es resistente a alteración posterior.

Los residuos orgánicos que se añaden al suelo no se descomponen como un todo, sino los constituyentes químicos se descomponen de manera independiente entre sí. En la formación de humus a partir de residuos

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vegetales hay una rápida reducción de los constituyentes solubles, de las celulosas y de las hemicelulosas; un incremento relativo en los porcentajes y complejos de lignina y un aumento en el contenido de proteínas. Se piensa que las nuevas proteínas en su mayor parte son formadas por las actividades sintetizadoras de los microorganismos. En el humus, la lignina se origina en su mayor pate de residuos vegetales, tal vez con algunas modificaciones químicas. La lignina tiene una estructura cíclica de 6 carbonos que es resistente a la descomposición enzimática. Al reaccionar la lignina con aminoácidos y otras sustancias se forman compuestos muy resistentes y aumenta en el humus la acumulación tanto de lignina como de material proteínicos. (Foth, 1987.)

4.6. Procesos de Pérdida de Nitrógeno

4.6.1. Volatilización de amoníaco

Las pérdidas de N del suelo por volatilización del NH3 globalmente son de 54 millones de toneladas NH3-N/año y 75% es de origen antropogénico. De acuerdo al ECETOC (Centro Europeo de Ecotoxicología y Toxicología de Químicos) la fuente dominante es la del estiércol de ganado y aproximadamente 30% del N en orina y excremento es perdida como NH3. La otra fuente mayor es la aplicación superficial de urea o bicarbonato de amonio y en un grado menor otros fertilizantes que contienen amonio. La urea es el fertilizante de N más importante del mundo, este puede conducir a una pérdida importante de NH3 por hidrólisis y subsecuentemente el aumento de pH. La transformación de NH4

+ a su forma volátil NH3 aumenta con el aumento de pH, temperatura, porosidad del suelo, y la velocidad del viento en la superficie del suelo. Este disminuye cuando incrementa el contenido de agua y las lluvias luego de que este sea aplicado. Las pérdidas de amoniaco en el suelo pueden ser reducidas efectivamente con la incorporación de fertilizante al mezclarlo con el suelo o la inyección de esta en vez de su aplicación superficial. (Lal, 2002)

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4.6.2. Emisión de Óxidos de Nitrógeno (N2O, NO) y Nitrógeno Molecular (Nitrificación y Desnitrificación)

La nitrificación y desnitrificación microbiana es responsable por las emisiones de NO y N2O. Son subproductos en la nitrificación e intermediarios durante la desnitrificación. Probablemente 0.5% del fertilizante de N aplicado es emitido como NO y 1.25% como N2O. Sin embargo mayores pérdidas han sido reportadas. La intensificación de la agricultura arable y la cría de animales han propiciado la disponibilidad de N en el ciclo del nitrógeno del suelo incrementando las emisiones de óxidos de nitrógeno. El porcentaje relativo de formación de NO y N2O depende gran parte del contenido de humedad del suelo. En un poro de espacio lleno de agua a menos de 40% se produce NO principalmente por nitrificación. Entre poros de espacio llenos de agua de 40 a 60% se producen NO y N2O a partir de la nitrificación. Entre poros de espacio llenos de agua de 60 a 80% el N2O es predominantemente producido a partir de la desnitrificación y la formación de NO disminuye drásticamente. En poros de espacio llenos de agua arriba de 80% la formación de N2 es dominante en la desnitrificación. En la práctica estos rangos de poros de espacio llenos de agua se superponen y dependen del tipo de suelo. Junto al contenido de agua, incluyendo la temperatura, el uso de la tierra y la disponibilidad de nitrógeno y de materia orgánica en descomposición son factores determinantes importantes para la formación de N2O. El oxido nitroso es un gas invernadero que contribuye del 5-6% que propicia el efecto invernadero. El incremento de estas concentraciones son perjudiciales para la capa de ozono estratosférico. En presencia de luz solar, los NOx (NO y NO2) reaccionan con los compuestos orgánicos volátiles de petróleo evaporado, solventes, de la vegetación y formas troposféricas de ozono el cual está en concentraciones muy bajas pero el cual es muy dañina para plantas y seres humanos. El producto gaseoso más abundante de la desnitrificación es el N2. La relación N2O a N2 producido por desnitrificación depende de diversas condiciones ambientales. Generalmente mientras más anaeróbico sea el medio mayor es la producción de N2. La desnitrificación es controlada por tres factores primarios (oxígeno, nitrato y carbono), los cuales son controlados por diversos factores físicos y biológicos. Las pérdidas de N por desnitrificación pueden alcanzar 10% en la introducción de fertilizantes – mayores en pastizales y cuando el abono es adicionado. La desnitrificación química es normalmente insignificante y está principalmente relacionado con el NO2

- y las condiciones acidas. Es mucho más difícil reducir N2O y NO después de las pérdidas de NH3. Un principio general es minimizar los excedentes de N en el perfil del suelo mediante el ajuste cuidadoso de fertilizante correspondiente a la demanda actual de los cultivos. (Lal, 2002)

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4.6.3. Lixiviación

NO2- o NO3

- formado a través de la nitrificación de NH4+ mineralizado o del

NH4+ contenido en el estiércol de animales puede lixiviarse a través de la zona

de las raíces. Es muy posible que el NO3- lixiviado puede ser desnitrificado en

otros lados y ser devuelto a la atmósfera. El monto e intensidad de la lluvia, la cantidad y la frecuencia de irrigación, tasas de evaporación, temperatura, la textura y estructura del suelo, el tipo de uso de la tierra, las practicas de cultivo y labranza y la cantidad y forma de fertilizantes de N son todos parámetros que influyen la cantidad de NO3

- lixiviado a aguas subterráneas. El nitrato lixiviado debe ser mantenido bajo control ya puede afectar el contenido de nitrato en agua de consumo humano afectando la salud e incluso causando eutrofización en la superficie del agua. Las pérdidas de nitrógeno pueden ser minimizadas reduciendo el contenido de N mineral en el perfil del suelo durante el periodo de invierno al ajustar cuidadosamente el fertilizante, aumentado la cobertura de cultivos o con zonas de amortiguación ribereñas. (Lal, 2002)

4.6.4. Asimilación y Efecto del Nitrógeno en las Plantas

Las plantas en crecimiento obtienen su N a partir de fertilizantes de N incluyendo N orgánico del suelo mineralizado. Las plantas toman compuestos de nitrógeno en ambas formas NO3

- y como NH4+. En general, el NO3

- es la mayor fuente de N en la planta. Hay evidencias de que pequeñas cantidades de N orgánico (urea o aminoácidos) pueden ser tomados por las plantas a partir de las soluciones del suelo. La asimilación de N en plantas puede ser estudiada a través del uso de fertilizantes minerales o materia orgánica unida con el isotopo de nitrógeno conocido como 15N. La proporción de N aplicado tomado por el cultivo se ve afectado por muchos factores, incluyendo especies de cultivo, el clima y las condiciones del suelo. En partes superiores al suelo el cultivo puede recuperar 40-60% del fertilizante de N aplicado. (Sumner, 2000)

La abundancia de nitrógeno promueve un rápido crecimiento con un mayor desarrollo de hojas y tallos de color verde oscuro. Aunque una de las funciones más sobresalientes del nitrógeno es estimular el crecimiento vegetativo de la parte aérea, ese desarrollo no puede efectuarse sin la presencia de fosforo, potasio y otros elementos esenciales disponibles.

Una amplia provisión de nitrógeno en la edad temprana de la planta puede estimular el crecimiento y producir una maduración anticipada. Sin embargo, la

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presencia de un exceso de nitrógeno durante la temporada de crecimiento a menudo prolonga el periodo de desarrollo. Ese efecto es de importancia para ciertos cultivos en regiones con una temporada corta de crecimiento o en zonas en donde las heladas tempranas de otoño dañan a los árboles frutales cuyo periodo de desarrollo se ha prolongado.

Una provisión abundante de nitrógeno disponible estimula la formación de tejidos suaves, suculentos, que son susceptibles a daños mecánicos y al ataque de enfermedades. Cualquiera de esos efectos puede disminuir la calidad de la cosecha. Sin embargo, el desarrollo de la suavidad en los tejidos puede ser deseable o indeseable, dependiendo de la clase de cosecha. En las hortalizas que se utilizan por sus hojas, resultan deseables una mayor suculencia, ternura y frescura. Otras hortalizas y frutas, cuando se cultivan con un exceso de nitrógeno disponible, pueden resultar afectadas en sus cualidades para conservación y embarque. Un exceso de nitrógeno puede favorecer el acame de los cereales, que con frecuencia disminuye su calidad, pero una cantidad normal de nitrógeno por lo general aumenta la llanura del grano. (Foth, 1987)

4.7. Síntomas de Deficiencia de Nitrógeno en Plantas

La necesidad de más nitrógeno es indicada por el aspecto de color verde claro a amarillo de las hojas. Por regla general, las hojas inferiores más viejas empiezan a tornarse de color verde claro y luego se vuelven amarillas en las puntas. Toda la hoja puede volverse amarilla, aunque los tejidos estén turgentes y vivos. En la planta de maíz, el amarillamiento se extiende hasta la nervadura central de la hoja, permaneciendo los bordes externos verdes durante más tiempo. Un pepino al que le falte nitrógeno puede tener el extremo floral pequeño o puntiagudo. Una deficiencia de nitrógeno puede provocar que los granos de los cereales se vuelvan arrugados y livianos. En árboles frutales, la caída temprana de las hojas, la muerte de yemas laterales, el mal cuajado de los frutos y el desarrollo de frutos de color anormal son indicaciones de falta de nitrógeno. (Foth, 1987)

4.8. Fertilizantes Nitrogenados

La atmósfera está formada por alrededor de 79% de nitrógeno y, sobre cada hectárea de tierra hay unas 77,600 ton de nitrógeno, por lo cual resulta irónico

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que nuestra provisión de alimentos este más limitada por la falta de nitrógeno que por cualquier otro nutriente de las plantas. Prácticamente casi todo el nitrógeno industrial (incluyendo el nitrógeno fertilizante) se obtiene de la fijación de nitrógeno atmosférico, de acuerdo con la siguiente ecuación generalizada:

Temperatura apropiada

N2 + 3H2 --------------------------------------------------------------- 2NH3 (amoníaco anhidro)

Presión y catalizador

El amoníaco (llamado en el comercio de fertilizantes amoniaco anhidro) es el fertilizante nitrogenado más concentrado, con 82 % de nitrógeno. A temperatura y presión normales, el amoniaco anhidro es un gas y se almacena y transporta como un líquido a presión. Después de su aplicación directa al suelo, el NH3 absorbe un ion de hidrogeno y se convierte en NH4 un ion de amonio estable.

Alrededor del 98 % del fertilizante de nitrógeno que se produce en el mundo es amoniaco o alguno de sus derivados. La manufactura del amoniaco y de cinco de sus derivados se muestra en la siguiente figura.

Se han efectuado repetidos estudios para determinar la eficiencia relativa de los fertilizantes nitrogenados de varios materiales, aplicando cantidades igual de nitrógeno por hectárea en un cultivo dado. Debido a que la acción de cualquier fertilizante nitrogenado es afectada por numerosas factores, como las condiciones de temperatura y humedad, la reacción del suelo, la lixiviación, el tipo de cultivo y el método de aplicación, los valores fertilizantes relativos así obtenidos pueden ser engañosos.

El nitrógeno, en forma de nitrato, es fácilmente soluble en agua y es utilizado con rapidez por la mayoría de los cultivos. También, el nitrato es lixiviado del suelo por las lluvias debido a su alta solubilidad y a que no es retenida en el suelo en grado apreciable. Aunque la forma amoniacal del nitrógeno es soluble en agua, no es lixiviado con tanta facilidad como el nitrato, debido a que grandes cantidades de amoniaco pueden ser absorbidas y retenidas por el complejo de intercambio catiónico. Las plantas pueden usar nitrógeno amoniacal, pero la mayoría del mismo antes de ser absorbido por las plantas es convertido a nitrógeno por la nitrificación. En consecuencia, para la mayoría de los cultivos y situaciones, las formas de nitrógeno amoniacal y nítrico tienen casi el mismo valor.

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En suelos calientes y húmedos, la urea se hidroliza con rapidez para formar carbonato de amonio. El amonio puede ser usado directamente por las plantas o puede convertirse a nitrato y luego usarse como tal. La ureaformaldehido es uno de los fertilizantes nitrogenados de desarrollo más reciente y no es soluble en agua. El nitrógeno de la ureaformaldehído es liberado lentamente en forma disponible para proporcionar una provisión continua de nitrógeno durante toda la estación de crecimiento. Su costo elevado limita grandemente su uso.

La urea revestida de azufre tiene un buen potencial para la liberación lenta de nitrógeno en cultivos como la caña de azúcar y la piña que tardan en madurar hasta 2 años. La urea granular es asperjada como azufre liquido y recubierta con una cera microbicida. La liberación lenta de nitrógeno reduce las perdidas por lixiviación y resulta en menores aplicaciones y en una utilización más eficiente. (Foth, 1987)

4.9. Importancia de la Relación C/N

La acción microbiana puede mineralizar o inmovilizar el nitrógeno. El principal factor que determina cual de los dos procesos va a ocurrir es la relación carbono-nitrógeno (C:N). Los microorganismos utilizan el nitrógeno para construir sus propios materiales y como fuente energética. La cantidad de nitrógeno que necesita la población microbiana es proporcional a la cantidad de carbono que ingresa en ella. Una relación C:N alrededor de 32:1 constituye un punto de equilibrio para la descomposición de los materiales orgánicos en unas semanas. Si la relación es mayor, parte del nitrógeno del suelo debe ser inmovilizado; si es menor, permite la ocurrencia de una cierta mineralización al tiempo que se descompone la materia orgánica.

Aunque el material orgánico añadido al suelo posea una relación C:N amplia, el nitrógeno, eventualmente, llega a mineralizarse, pero necesita un periodo de espera o latencia. Cuanto mayor es la relación C:N más largo es el periodo de inmovilización neta. Cuanto menos es la relación C:N, antes se realiza la mineralización del nitrógeno. Cuando la descomposición tiene lugar sin que ocurra la mineralización ni inmovilización, es señal de que la amonificación a partir del material orgánico equivale al nitrógeno utilizado por los microorganismos.

La Figura 11 que ilustra la marcha de la relación C:N con el tiempo, puede utilizarse como guía para determinar el intervalo de tiempo más adecuado entre la incorporación al suelo de los residuos orgánicos y la plantación del

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siguiente cultivo. Debe evitarse la competencia del nitrógeno entre los organismos y el cultivo, porque este ultimo sufriría deficiencia hasta que las necesidades de los primeros se vieran satisfechas. Cuando se teme la ocurrencia de tal competencia, es aconsejable aplicar algún fertilizante nitrogenado para reducir la relación C:N y acortar el periodo de inmovilización. De esta manera puede reducirse el intervalo de tiempo entre la incorporación de residuos y la plantación.

Una cosecha de maíz de 75 toneladas deja en el campo unos 7500 kg de cañas y demás residuos, los cuales contienen unos 3000 kg de carbono y 50 kg de nitrógeno. La figura 11 indica que tal tipo de residuos (relación C:N 60:1), para escapar el periodo de inmovilización, debería incorporarse al suelo, por lo menos 8 semanas antes de la plantación. Existe la alternativa de aplicar, con los residuos 50 kg de nitrógeno en forma de fertilizante, con lo cual se reduce a 30:1 la relación C:N y se evita la necesidad de guardar un intervalo de tiempo antes de la plantación.

Los periodos de tiempo indicados en la Figura 7 constituyen, necesariamente una generalización. Las velocidades de los procesos biológicos que se hallan implicados dependen de varios factores como el contenido en agua, la aireación, el pH y la temperatura del suelo. En cada caso concreto, la velocidad de descomposición de los residuos comparada con la cantidad de estos suministrada, determina la longitud actual de los periodos. (Thompson et. al., 1988)

Figura 7 – Relación Carbono/Nitrógeno

Thompson et.al., 1988

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5. Nitrógeno en el Agua

El nitrógeno es el gas disuelto más abundante en el océano. En la Tabla 5 se encuentran los gases principales que se encuentran disueltos en el océano. Las capas superiores del océano están usualmente saturadas con nitrógeno gaseoso. Al igual que en la superficie los organismos vivos acuáticos requieren de nitrógeno y la mayoría de ellos no puede usar el N2 disuelto directamente. Por lo que es necesario un proceso de fijación por parte de organismos especializados que hagan este nitrógeno disponible en otras formas químicas para que le sean biodisponibles a otros organismos. (Garrison, 2005)

Tabla 5 - Composición Gases Océano Gases Principales en el Océano

Gas Porcentaje de gas

disuelto en el océano en volumen

Concentración en el océano en parte por

millón en masa Nitrógeno (N2) 48 10-18 Oxígeno (O2) 36 0-13

Dióxido de Carbono (CO2) 15 64-107

Garrison, 2005.

En la química del agua, los compuestos del nitrógeno, NH4+, NO2

-, NO3- y

nitrógeno orgánico, representan un papel muy importante puesto que son ellos los verdaderamente responsables del crecimiento de los organismos animales y vegetales en el medio acuático. En condiciones normales, los compuestos nitrogenados del agua provienen fundamentalmente de la degradación de la materia orgánica muerta, que a su vez ha sido absorbida de la atmósfera para su metabolismo. En condiciones del medio alteradas, los aportes adicionales de nitrógeno proceden mayoritariamente de los vertidos urbanos y de ciertas instalaciones industriales, así como del uso creciente de fertilizantes y pesticidas en la agricultura.

El nitrógeno presente en el medio acuático puede existir en cuatro formas diferentes:

- Nitrógeno orgánico. - Nitrógeno amoniacal. - Compuesto en forma de nitritos.

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- Compuestos en forma de nitratos.

(Revista Ambientum, 2002.)

Fuentes de Origen de Nitrógeno en el Océano

El nitrógeno en el mar puede llegar al ambiente marino de las siguientes maneras:

• Natural: - Aportes de las cuencas fluviales - Depósitos desde la atmosfera - Descomposición natural en el océano

• Antropogénico: - Aguas residuales domesticas que contienen materia orgánica rica en

nitrógeno - Agua de escorrentía, ríos, acuíferos, erosión, incendios, combustión

de carburantes, nitratos, excretas de animales, abonos, pesticidas, etc.

(Seoánez, 2000)

Otros aportes de nitrógeno ocurren cuando los organismos expulsan los desechos de su metabolismo o mueren, la materia orgánica queda en las capas superficiales y se hunden por gravedad hasta las profundidades en donde, por acción de las bacterias y de la actividad química, se descompone, liberándose así los nutrientes, los cuales pueden ser utilizados nuevamente por otros vegetales para elaborar nueva sustancia orgánica por el proceso de fotosíntesis y pasar a los animales.

La circulación del agua interviene en la concentración de estos nutrientes en las diferentes capas del océano y se puede considerar que los nutrientes se encuentran en los primeros 1 000 metros de profundidad y la degradación de la materia orgánica puede ocurrir en toda esta zona

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Los nutrientes salen nuevamente a la superficie, por corrientes de agua ascendentes, que se producen al cambiar la temperatura de las diferentes masas de agua, en las llamadas zonas de surgencia o afloramiento, donde los toman los pequeños vegetales que forman el fitoplancton, los que al utilizar la energía solar y el bióxido de carbono vuelven a elaborar sustancia orgánica.

El nitrógeno posee un ciclo en el mar muy complejo como se muestra en la Figura 8. Este elemento se encuentra en estado gaseoso en la atmósfera y parte de él disuelto en el agua del mar; químicamente es muy estable y el que está en el mar responde con facilidad a una multitud de reacciones químicas y biológicas, encontrándose, generalmente, en forma de nitritos y de nitratos gracias a la acción de las bacterias; estos compuestos son fácilmente asimilables por los vegetales verdes. Este nitrógeno asimilado representa el 35% del total del océano y el otro 65% se presenta en forma de nitrógeno gaseoso.

La provisión y distribución del total de nitrógeno se lleva a cabo por los aportes continentales, por las corrientes oceánicas y por las excreciones y muerte de los vegetales y animales marinos. El nitrógeno llega en forma de compuestos nitrogenados no asimilables, pero gracias a la acción de las bacterias y de las algas verde-azules, durante el proceso llamado nitrificación, se transforman en nitrógeno soluble, que es fijado por los vegetales verdes para formar nuevamente materia orgánica, la que es aprovechada por ellos o por los animales cuando se los comen, repitiéndose el ciclo. (Cifuentes et. al. 2010)

Figura 8 – Ciclo del Nitrógeno Océano

Cifuentes et.al., 2010

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6. Efecto Invernadero y Cambio Climático

Hoy en día el mundo se encuentra a merced de las predicciones que una vez se formularon respecto al “Efecto Invernadero” y los cambios en el clima que está originando actualmente y a futuro en nuestro planeta. El calentamiento global es uno de los problemas más cruciales a los que se enfrenta el ser humano y se desconoce la extensión de los daños que este pueda abarcar incluyendo la alteración de ciclos biogeoquímicos como el ciclo del nitrógeno.

El clima depende de un gran número de factores que interactúan de manera compleja. A diferencia del concepto tradicional de clima, como el promedio de alguna variable, hoy en día se piensa en este como un estado cambiante de la atmosfera, mediante sus interacciones con el mar y el continente, en diversas escalas de tiempo y espacio. Cuando un parámetro meteorológico como la precipitación o la temperatura sale de su valor medio de muchos años, se habla de una anomalía climática ocasionada por forzamientos internos, como inestabilidad en la atmosfera y/o el océano; o por forzamientos externos, como puede ser algún cambio en la intensidad de la radiación solar recibida o incluso cambios en las características del planeta (concentración de gases de efecto invernadero, cambios en el uso de suelo, etc.) resultado de la actividad humana. Las formas de variabilidad del clima son muchas y, por tanto, pronosticarlo a largo plazo no es fácil. Es por ello que distinguir que produce cambios en el clima de un año a otro, o en escalas mayores de tiempo, constituye un reto científico. (Martínez et. al., 2004)

Los impactos de un clima anómalo o extremo en diversos sectores de la actividad humana son lo que ha llevado a la sociedad, incluyendo sus instituciones de gobierno, a interesarse en el tema del cambio climático, de la vulnerabilidad de las regiones a condiciones extremas en el clima, así como de las potenciales medidas de adaptación ante tales cambios. Pero, para determinar acciones de respuesta global, regional o local, se debe primero comprender el problema del cambio climático, principalmente analizando los alcances y limitaciones del conocimiento científico que se tiene hasta ahora sobre el tema. (Martínez et. al., 2004)

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6.1. ¿Qué es el Efecto Invernadero?

El nombre Efecto Invernadero proviene de la similitud con las instalaciones construidas para cultivar plantas en un ambiente más cálido que el exterior; dado que el techo de un invernadero tiene la misma propiedad de dejar entrar la radiación solar y bloquear la terrestre generada en su interior.

El efecto Invernadero resulta de que el aire es (muy) transparente para la radiación de onda corta y (muy) opaco a la de onda larga. O sea que la atmosfera es un filtro radiactivo, que deja pasar los rayos solares; unos de ellos son absorbidos por la superficie terrestre (y por los demás componentes de la tierra), que se calienta(n) en consecuencia y entonces emite la radiación terrestre, que es detenida (absorbida) por la atmosfera y las nubes. Las capas atmosféricas (y las nubes) van sucesivamente absorbiendo, calentándose y remitiendo (hacia arriba y hacia abajo) radiación térmica procedente de abajo.

Los gases de efecto invernadero más importantes son el vapor de agua (H2O) y el dióxido de carbono (CO2); los demás GI (CH4, NOX, CFCs, etc.) se llaman gases traza GT por su presencia ínfima en la atmosfera. (Martínez et. al., 2004)

En palabras más sencillas el Efecto Invernadero significa que las temperaturas globales promedio aumentaran varios grados, como consecuencia del aumento del dióxido de carbono y de otros gases “invernadero” presentes en la atmosfera. De hecho, muchos científicos creen que este calentamiento global ha ido ocurriendo desde hace algún tiempo, siendo este el principal responsable del aumento de temperatura de alrededor de dos tercios de un grado Celsius ocurridos desde 1860. (Baird, 2001.)

6.2. ¿Cómo ocurre el Cambio Climático?

La Tierra absorbe radiación solar (radiación de onda corta), principalmente en la superficie, y la redistribuye por circulaciones atmosféricas y oceánicas para intentar compensar los contrastes térmicos, principalmente del ecuador a los polos. La energía recibida es re-emitida al espacio (radiación de onda larga) para mantener en largo plazo, un balance entre energía recibida y re-emitida. Cualquier proceso que altere tal balance, ya sea por cambios en la radiación recibida o re-emitida, o en su distribución en la Tierra, se reflejará como cambios en el clima.

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Los aumentos en la concentración de los llamados gases de efecto invernadero reducen la eficiencia con la cual la Tierra re-emite la energía recibida al espacio.

Por otro lado, los aerosoles de origen antropogénica emitidos a la troposfera, como aquellos producidos por las industrias o por la quema de bosques, pueden reflejar radiación solar, constituyéndose en un forzante radiactivo negativo que tiende a enfriar el sistema climático. (Martínez et. al., 2004)

De al Panel Intergubernamental del Cambio Climático (IPCC), que es una organización apoyada por el Plan del Medio Ambiente de las Naciones Unidas, si no se dan pasos para reducir las emisiones de CO2 y las de los otros gases problemáticos, para el año 2035 la temperatura global del aire será 1°C superior de lo que era en el año 1990. Para el año 2100, el aumento será de otros 2 °C. Estos 3 °C de aumento puede parecer poco, pero la temperatura promedio actual del aire es algo menos de 6 °C más caliente de lo que era en los periodos más fríos en las edades de hielo. (Baird, 2001)

Se ha pronosticado que la cantidad total de lluvia global aumente, ya que se evaporara más agua al haber temperaturas superficiales mayores. El aumento global promedio de las precipitaciones será de un 2% por cada grado (°C) de aumento de la temperatura. El mundo, en conjunto, será más húmedo, pero para empeorar la situación, en la mayor parte de las zonas del mundo que actualmente sufren sequia se pronostica que aun serán más secas. Se incrementara el número de días anuales con intensas lluvias o muy altas temperaturas. Algunas áreas estarán sujetas a inundaciones o sequias más frecuentes y más intensas que en el pasado. Se espera que el número de países clasificados como deficientes en agua o con exceso de ella se dupliquen en pocas décadas. Un aumento en la temperatura promedio significa que en el aire habrá contenida más energía y más agua en la superficie de la Tierra, así como podrán haber más desequilibrios meteorológicos violentos, aunque debe señalarse que hay discrepancias en este punto entre los diferentes modelos utilizados. (Baird, 2001)

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6.3. Factores Ambientales y su Efecto sobre el Ciclo Biogeoquímico del Nitrógeno

El Ciclo Biogeoquímico del Nitrógeno se puede ver afectado por factores ambientales abióticos y bióticos.

Los Factores Abióticos son todos aquellos parámetros físicos o químicos que inciden sobre el funcionamiento de los ecosistemas. Y los Factores Bióticos se refieren a las interacciones entre los seres vivos del ecosistema.

Factores Abióticos como la temperatura, la humedad y el pH influyen sobre los procesos de transformación del nitrógeno. Incluyendo la interacción entre diversos compuestos orgánicos e inorgánicos en el suelo. Y son estos factores abióticos los que condicionan a los factores bióticos encargados de la transformación de formas de nitrógeno, un ejemplo sencillo para comprender la influencia de estos factores es el proceso de Desnitrificación, el pH, la temperatura y la humedad son factores cruciales para que se lleve a cabo este proceso, la humedad le proporciona a la bacteria desnitrificadora un ambiente anaerobio al saturar el suelo de agua, la bacteria solo puede eliminar los nitratos a base del pH en el suelo y dependiendo del rango en que se encuentre genera N2 o N2O, y la temperatura afecta el rendimiento de la bacteria.

También existen Factores Bióticos que pueden inmovilizar el nitrógeno o propiciar su transformación de formas inorgánicas (NH3, NO2, NO3) a orgánicas como aminoácidos y proteínas producidos por organismos autótrofos como las plantas y que luego son consumidos por organismos heterótrofos como el hombre.

Los cambios en el clima no son nada nuevo en el planeta, siempre se han dado y son los mismos que han existido hace millones de años, pero a causa de la actividad humana se han acelerado y denominamos este fenómeno como “CAMBIO CLIMÁTICO”.

Estos factores ambientales siempre han existido desde que la tierra ha estado presente en nuestro sistema solar, los cambios drásticos en el clima del planeta han existido a pesar de que no fueron generados a causa de la actividad humana, prueba de ello son las eras glaciares o acontecimientos catastróficos como la caída del meteorito en la península de Yucatán que se presume extinguió a los dinosaurios. Si nos ponemos a pensar detenidamente, estos cambios nunca han detenido el Ciclo Biogeoquímico del Nitrógeno debido a que la vida siempre ha estado presente. Pero hoy en día el hombre esta presenciando algo inusual que no ha sucedido en el paso de miles de años, un

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fenómeno conocido “Cambio Climático”, estos cambios son completamente normales dentro de la tierra pero las actividades antropogénicas han acelerado estos cambios al punto de que el ser humano a comenzado a sufrir de sus inclemencias. El ciclo siempre ha sido afectado por el clima pero no a niveles perjudiciales e irreversibles, el ser humano debe ser considerado el principal factor modificante del ciclo. Este ciclo no se puede ver alterado de una forma anormal ya que los procesos de transformación del nitrógeno son conocidos y se conocen las condiciones abióticas que se deben cumplir para que se lleven a cabo.

Los Factores Ambientales si afectan el Ciclo Biogeoquímico del Nitrógeno, y se conocen sus efectos sobre sus procesos. Pero estas alteraciones no son de relevancia alguna ya que el factor clave aquí que altera perjudicialmente al Ciclo es el hombre.

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CAPÍTULO II

EL NITRÓGENO ORIENTADO AL FACTOR

AMBIENTE EN LA SUSTENTABILIDAD

CAPÍTULO II EL NITRÓGENO ORIENTADO AL FACTOR AMBIENTE EN LA SUSTENTABILIDAD

7. Sustentabilidad La Sustentabilidad es la capacidad que ha desarrollado el ser humano para satisfacer las necesidades de las generaciones actuales sin comprometer los recursos y oportunidades para el crecimiento y desarrollo de las generaciones futuras. (WCED, 1987)

Específicamente, se reconoce que no se puede circunscribir el concepto de sustentabilidad a una definición estrecha de carácter universal o basada en un conjunto de indicadores también universales (Masera et al., 1999; Farrel y Hart, 1998). Por el contrario, es necesario partir de un conjunto de principios básicos sobre el comportamiento de los sistemas, incorporando aspectos ambientales, sociales y económicos; asimismo es imperativo adoptar una perspectiva interdisciplinaria e impulsar una mayor participación por parte de los diferentes sectores involucrados en el manejo de los recursos naturales. Es necesario también integrar diferentes perspectivas utilizando marcos multicriterio y multitemporales de evaluación que pongan en la balanza las necesidades de corto plazo y los beneficios y perspectivas de largo alcance. Ahora bien, para que el debate sobre sustentabilidad aporte elementos sustantivos para avanzar hacia un verdadero cambio de los modelos de desarrollo existentes, es preciso diseñar marcos conceptuales y herramientas prácticas que permitan transformar los lineamientos teóricos generales en acciones concretas.

Dentro del contexto agropecuario y forestal, es especialmente urgente integrar el concepto de sustentabilidad en el proceso de diseño, adopción y difusión de los sistemas productivos y en las estrategias de manejo de los recursos naturales. Un punto nodal para lograr este objetivo es el desarrollo de metodológicas de evaluación que muestren explícitamente las ventajas y desventajas ambientales, sociales, económicas y culturales de las diferentes estrategias y sistemas de manejo, integrándolas en un marco de análisis común. Para ser efectivos, estos marcos de evaluación deben proporcionar lineamientos claros y coherentes, a fin de hacer más sustentable el manejo cotidiano de recursos naturales.

Esta tarea es particularmente pertinente para México, país que cuenta con un enorme potencial natural y económico y con una amplia diversidad sociocultural, pero en el que, paradójicamente, la adopción de modelos de desarrollo económico y tecnológico centrados en maximizar la productividad y la rentabilidad de corto plazo ha conducido a una severa crisis socio-ambiental, con agotamiento y contaminación de los recursos naturales a un ritmo acelerado. (Masera et al. 2000)

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El proyecto Evaluación de Sustentabilidad, iniciado en 1995 como parte de la Red de Gestión de Recursos Naturales, un programa financiado por la Fundación Rockefeller en México, es un esfuerzo dirigido a satisfacer las necesidades de evaluación descritas anteriormente. Este proyecto es un esfuerzo interdisciplinario y multi-institucional cuyo objetivo fue desarrollar el Marco para la Evaluación de Sistemas de Manejo incorporando Indicadores de Sustentabilidad (MESMIS). (Masera et al. 2000)

Marco para la Evaluación de Sistemas de Manejo Incorporando Indicadores de Sustentabilidad (MESMIS)

El desarrollo del marco metodológico MESMIS, con el fin de evaluar la sustentabilidad de sistemas de manejo de recursos naturales agrícolas, pecuarios y forestales. Se basa en una perspectiva sistémica e interdisciplinaria del manejo de recursos naturales, presenta una estructura operativa flexible que impulsa la participación por parte de los diferentes sectores involucrados en el manejo de recursos y permite entender de manera integral las limitantes y posibilidad para la sustentabilidad de los sistemas de manejo que surgen de la intersección de los procesos ambientales con el ámbito social y económico.

Para evaluar las sustentabilidad de los sistemas de manejo de recursos naturales es necesario, en primera instancia, definir los atributos generales de los sistemas de manejo sustentables. Esto permitirá, por un lado, hacer operativo el concepto y, por otro, desarrollar un marco de referencia para derivar indicadores.

La discusión sobre sustentabilidad y desarrollo sustentable es abundante y compleja, al igual que la discusión sobre el manejo sustentable de los recursos naturales y sobre la agricultura sustentable. Altieri (1994) se refiere a la agricultura sustentable como “un modo de agricultura que intenta proporcionar rendimientos sostenidos a largo plazo, mediante el uso de tecnologías y prácticas de manejo que mejoren la eficiencia biológica del sistema”. Por lo tanto, los esfuerzos se orientan a optimizar el agroecosistema en su conjunto, en lugar de concentrarse en maximizar los rendimientos de corto plazo.

La agricultura sustentable persigue también una distribución justa y equitativa de los costos y beneficios asociados con la producción agrícola. Intenta asimismo desarrollar tecnologías y sistemas de manejo adaptados a la diversidad de condiciones ecológicas, sociales y económicas locales. Finalmente, la agricultura sustentable trata de ser rentable económicamente, sin dejarse llevar por una lógica de corto plazo. (Masera et al. 2000)

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Desde el punto de vista ambiental, el grado en que un agroecosistema aumente su sustentabilidad dependerá básicamente de que su manejo conlleve la optimización de los siguientes procesos (Altieri, 1987)(Reijntjes et. al., 1992):

• Disponibilidad y equilibrio de flujo de nutrientes. • Protección y conservación de la superficie del suelo. • Preservación e integración de la biodiversidad. • Explotación de la adaptabilidad y complementariedad en el uso de

recursos genéticos animales y vegetales.

Desde el punto de vista socioeconómico, existen varios mecanismos básicos para impulsar una agricultura sustentable, entre los cuales:

• La eficientización de los procesos productivos aprovechando los sinergismos entre distintas actividades económicas.

• El fortalecimiento de los mecanismos de cooperación y solidaridad locales, así como la participación efectiva de los involucrados en la generación, puesta en práctica y evaluación de las diferentes alternativas de manejo de recursos naturales.

• La potenciación de las capacidades y habilidades locales, favoreciendo la autogestión mediante procesos de capacitación y educación participativos.

• El mantenimiento de un respeto por las diferentes tradiciones culturales y el fomento de la pluralidad cultural y étnica.

Con el fin de integrar los aspectos anteriormente mencionados y de establecer una definición operativa del concepto de sustentabilidad, se requiere identificar una serie de propiedades o atributos generales de los agroecosistemas sustentables. Estos atributos servirán de guía para el análisis de los aspectos más relevantes en la evaluación de la sustentabilidad de los sistemas de manejo de recursos naturales.

Para la elaboración del MESMIS se consideró que la determinación de estos atributos debe partir de las propiedades sistémicas fundamentales del manejo de recursos naturales. Asimismo, el conjunto de atributos debe cubrir íntegramente aquellos aspectos que tienen un efecto sobre el comportamiento de un sistema de manejo.

A continuación se resumen los siete atributos generales propuestos en el MESMIS para el análisis de la sustentabilidad de los sistemas de manejo de recursos naturales. (Masera et al. 2000)

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• Productividad. Es la habilidad del agroecosistema para proveer el nivel

requerido de bienes y servicios. • Equidad. Es la habilidad del sistema para distribuir la productividad

(beneficios o costos) de una manera justa. • Estabilidad. Con este término nos referimos a la propiedad del sistema de

tener un estado de equilibrio dinámico estable. Es decir, que se mantenga la productividad del sistema en un nivel no decreciente a lo largo del tiempo bajo condiciones promedio o normales.

• Resiliencia. Es la capacidad de retornar al estado de equilibrio o mantener el potencial productivo después de que el sistema haya sufrido perturbaciones graves.

• Confiabilidad. Se refiere a la capacidad del sistema de mantenerse en niveles cercanos al equilibrio ante perturbaciones normales del ambiente.

• Adaptabilidad (o flexibilidad). Es la capacidad del sistema de encontrar nuevos niveles de equilibrio –es decir de continuar siendo productivo– ante cambios de largo plazo en el ambiente.

• Autodependencia (o autogestión, en términos sociales). Es la capacidad del sistema de regular y controlar sus interacciones con el exterior.

Tomando en cuenta los siete atributos básicos para la sustentabilidad, un sistema de manejo puede ser considerado sustentable cuando permite simultáneamente:

• Conseguir un nivel alto de productividad mediante el uso eficiente y sinérgico de los recursos naturales y económicos.

• Proporcionar una producción confiable, estable (no decreciente) y resiliente a perturbaciones mayores en el transcurso del tiempo, asegurando el acceso y disponibilidad de los recursos productivos, el uso renovable, la restauración y la protección de los recursos locales, una adecuada diversidad temporal y espacial del medio natural y de las actividades económicas, y mecanismos de distribución del riesgo.

• Brindar flexibilidad (adaptabilidad) para amoldarse a nuevas condiciones del entorno económico y biofísico, por medio de procesos de innovación y aprendizaje, así como del uso de opciones múltiples.

• Distribuir equitativamente los costos y beneficios del sistema entre diferentes grupos afectados o beneficiados, asegurando el acceso económico y la aceptación cultural de los sistemas propuestos.

• Poseer un nivel aceptable de autodependencia (autogestión), para poder responder y controlar los cambios inducidos desde el exterior, manteniendo su identidad y sus valores.

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(Masera et al. 2000)

Ciclo de Evaluación

El objetivo principal del MESMIS es brindar un marco metodológico para evaluar la sustentabilidad de diferentes sistemas de manejo de recursos naturales a escala local (comunidad, granja, parcela), partiendo de las siguientes premisas:

El concepto de sustentabilidad se define a partir de siete atributos generales de los agroecosistemas: (a) productividad; (b) estabilidad; (c) confiabilidad; (d) resiliencia; (e) adaptabilidad; (f) equidad, y (g) autodependencia (autogestión).

1. La evaluación de la sustentabilidad se lleva a cabo y es válida solamente para (a) un sistema de manejo específico en un determinado lugar geográfico y bajo un determinado contexto social y político; (b) una escala espacial (parcela, unidad de producción, comunidad) previamente determinada, y (c) una escala temporal también previamente determinada.

2. La evaluación de sustentabilidad es una actividad participativa que requiere de una perspectiva y un equipo de trabajo interdisciplinarios. El equipo de evaluación debe incluir tanto a evaluadores externos como a los involucrados directos (agricultores, técnicos, representantes de la comunidad y otros actores).

3. La sustentabilidad no puede evaluarse per se sino de manera comparativa o relativa. Para esto existen dos vías fundamentales (a) comparar la evolución de un mismo sistema a través del tiempo (comparación longitudinal), o (b) comparar simultáneamente uno o más sistemas de manejo alternativo o innovador con un sistema de referencia (comparación transversal). Esta naturaleza comparativa de la evaluación marca una diferencia fundamental con otros marcos como el FESLM. (FAO, 1994).

4. La evaluación de sustentabilidad es un proceso cíclico que tiene como objetivo central el fortalecimiento tanto de los sistemas de manejo como de la metodología utilizada.

Operativamente, para dar concreción a los atributos generales, se definen una serie de puntos críticos para la sustentabilidad del sistema de manejo que se relacionan con tres áreas de evaluación (ambiental, social y económica). En cada área de evaluación se definen criterios de diagnostico e indicadores. Este mecanismo mostrado en la Figura 9 asegura una relación clara entre los

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indicadores y los atributos de sustentabilidad del agroecosistema. (Masera et al. 2000)

Figura 9 - Esquema General del MESMIS: Relación entre atributos e indicadores

Masera, et. al., 2000

La información obtenida mediante los diferentes indicadores se integra finalmente utilizando técnicas de análisis multicriterio, con el fin de emitir un juicio de valor sobre los sistemas de manejo y brindar sugerencias para mejorar su perfil socioambiental.

Para aplicar la metodología, se propone un ciclo de evaluación que comprende los siguientes elementos o pasos contenidos en la Figura 10.

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Figura 10 - El Ciclo de Evaluación en el MESMIS


PASO 1: Determinación del objeto de la evaluación. En este paso se definen los sistemas de manejo que se han de evaluar, sus características y el contexto socioambiental de la evaluación.

PASO 2: Determinación de los puntos críticos que pueden incidir en la sustentabilidad de los sistemas de manejo que se van a evaluar.

PASO 3: Selección de Indicadores. Aquí se determinan los criterios de diagnóstico y se derivan los indicadores estratégicos para llevar a cabo la evaluación.

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PASO 4: Medición y monitoreo de los indicadores. Este paso incluye el diseño de los instrumentos de análisis y la obtención de la información deseada.

PASO 5: Presentación e integración de los resultados. Aquí se compara la sustentabilidad de los sistemas de manejo analizados y se indican los principales obstáculos para la sustentabilidad, así como los aspectos que más la favorecen.

PASO 6: Conclusiones y recomendaciones. Por último, en este paso se sintetiza el análisis y se sugieren medidas para fortalecer la sustentabilidad de los sistemas de manejo, así como para mejorar el proceso mismo de evaluación.

Al realizar estos seis pasos se habrá avanzado en la conceptualización de los sistemas y los aspectos que se desea mejorar, para hacerlos más sustentables, y con esto se da inicio a un nuevo ciclo de evaluación (paso 1 al tiempo T2 en la figura 2). (Masera et al. 2000)

8. Factor Ambiente El Nitrógeno es esencial para la vida pero cuando sus diversas formas superan sus concentraciones habituales lo convierten en un contaminante potencialmente nocivo para el ambiente

8.1. Contaminación del Aire

En el aire cuando el oxígeno y el nitrógeno se combinan, forman varios compuestos químicos gaseosos conocidos como de Óxidos de Nitrógeno (NOx). Algunos de estos compuestos, principalmente el monóxido de nitrógeno, también conocido como óxido nítrico (NO), y sobre todo el dióxido de nitrógeno (NO2), producen importantes impactos ambientales. La naturaleza es la productora principal de óxidos de nitrógeno, mediante la descomposición bacteriana de nitratos orgánicos, por la combustión vegetal o por la actividad volcánica. No obstante, la acción humana está incrementando la emisión de este tipo de gases, mediante el escape de vehículos motorizados, sobre todo de tipo diesel, la combustión del carbón, petróleo o gas natural, el uso de fertilizantes, el incremento de residuos de origen humano y animal, y durante diversos procesos industriales.

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El Dióxido de Nitrógeno puede convertirse en el aire en ácido nítrico, lo que provoca que el agua que cae de las nubes se vuelva tóxica, un fenómeno conocido comúnmente como "lluvia ácida" y que provoca graves daños en la naturaleza y en los edificios. Asimismo, los óxidos de nitrógeno pueden reaccionar con compuestos orgánicos volátiles y producir el denominado ozono terrestre o troposférico, por situarse en esta capa más baja de la atmósfera. Mientras que la capa de ozono situada en las zonas altas de la atmósfera nos protege de los letales rayos ultravioleta, el ozono troposférico es un peligroso agente tóxico que destruye vegetales, irrita vías respiratorias y se convierte en un gas de efecto invernadero. En verano se produce el mayor incremento en la concentración de este tipo de ozono, por el aumento de la intensidad de la luz solar y las reacciones con los hidrocarburos volátiles que provienen de los gases de escape de los vehículos. Además, recientemente se ha conocido gracias a un estudio realizado por un equipo de investigadores europeos que los óxidos de nitrógeno son los causantes de la reducción del ozono "bueno”. (Consumer Eroski, 2005)

Cuando el N2O se mezcla eventualmente en la estratósfera, sus reacciones con oxígeno (derivados de la fotodisociación del ozono) producen NO, y ese óxido provoca un ciclo catalítico de reacciones que conlleva a la destrucción del ozono. Este ciclo fue identificado en 1970 por Paul Crutzen, un descubrimiento que le otorgo un premio Nobel de Química en 1995, y su operación es razón de preocupación obvia en los efectos de largo plazo de mayores emisiones de N2O que resultan con el uso en incremento de fertilizantes.

Ahora que los CFC’s están siendo eliminados, mientras que los ritmos de fertilización siguen aumentando, el N2O una vez más podría volverse uno de nuestros centros de atención durante las primeras décadas del siglo XXI.

A mediados de los 80’s el N2O comenzó a recibir atención como un menor, pero lejos de insignificante gas de efecto invernadero. A pesar de que el gas es tres veces menor en magnitud al abundante CO2, tiene un poder de absorción más fuerte de radiación infrarroja. De hecho, ahora es responsable del 6 % del calentamiento directo troposférico causada por todos los gases de efecto invernadero excepto el vapor de agua.

Existe todavía otra vinculo entre el nitrógeno y el ozono: el nitrógeno en forma de NOX promueve la formación de ozono en la troposfera donde si causa daño. Ya que alrededor de 1950 las sociedades industriales han estado quemando grandes cantidades de combustibles fósiles a muy altas temperaturas en calentadores de estaciones de generación de energía eléctrica y en la combustión interna de motores. Esta combustión genera cantidades substanciales de óxidos de nitrógeno. El nitrógeno en estos óxidos proviene de

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dos fuentes: el combustible mismo, donde siempre esta presencia en cantidades ínfimas, y el abastecimiento atmosférico de N2. El nitrógeno en carbones y aceites representan en 1% la masa total. El gas natural poseen usualmente menos del 5% del nitrógeno, pero el gas es comúnmente removido antes de la combustión.

Cualquier nitrógeno disponible en el combustible será oxidado inclusive a temperaturas muy bajas de combustión, tal el caso cuando se quema la madera en fogatas o el carbón en una parrilla. Pero a temperaturas mayores el N2 en el aire se disociara y combinara con el oxigeno para formar NOX (del cual el 95 al 98% es NO). Solo una pequeña cantidad de NOX es formada a temperaturas inferiores a los 1500 °C, pero arriba de ese nivel su formación crece exponencialmente. Consecuentemente la combustión de un kilogramo de carbón en un calentador grande de una planta de energía puede producir 10 veces más NOX que la combustión de un kilogramo de carbón en una pequeña casa. La combustión interna de motores son relativamente grandes fuentes de NOX. Hoy en día los seres humanos son responsables por la liberación de 40 millones de toneladas de NOX al año.

El problema se agrava cuando los óxidos de nitrógeno – en su mayoría por la combustión de combustibles fósiles incluyendo la actividad microbiana en suelos altamente fertilizados – reaccionan con los compuestos orgánicos volátiles (COV) y el CO. La presencia de estos tres ingredientes abre el escenario para el desarrollo estacional de concentraciones muy altas de smog fotoquimico, una mezcla de gases que resultan de complejas cadenas de reacciones químicas energetizadas por la luz del sol.

El químico Americano Arie Haagen-Smit dilucido la química del síndrome del smog fotoquimico en 1950. El proceso comienza con la oxidación rápida de NO a NO2, involucrando una variedad de moléculas reactivas (OH, CO, hidrocarburos, aldehídos). La disociación subsecuente de NO2 y la oxidación de hidrocarburos genera concentraciones en aumento de ozono (O3). Uno de los agentes oxidantes más agresivos, el O3 perjudica la función pulmonar, daña las células, limita la capacidad de trabajo y ejercicio, y disminuye las defensas a favor de infecciones bacterianas. En plantas causa pigmentación, blanqueado de las hojas, y la muerte de tejidos, también daña textiles, tintes, hule, plásticos y asfalto.

Un tiempo después de que Haagen-Smit explico el smog fotoquimico, pareció que este fenómeno solo estaría confinado a climas soleados subtropicales, pero el aumento de emisiones de NOX y COV a traído consigo el smog de verano en grandes ciudades del hemisferio norte densamente inhabitados. Ambos

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Vancouver e Inglaterra (a 50 °N) pueden tener días donde los niveles de smog son semejantes a los de Los Ángeles (34 °N).

El smog fotoquímico y el exceso de concentración de O3 se han vuelto una presencia semipermanente todas las ciudades tropicales y subtropicales y sus alrededores – ya sea Bangkok, Taipei, Los Ángeles o la Ciudad de México – y una recurrencia aflicción estacional de grandes ciudades en climas templados. Niveles elevados de O3 ahora afligen regiones mucho más grandes que incluso esas aglomeraciones urbanas en expansión como Boston-Washington y Tokyo-Osaka. En tiempos persistentes de verano celdas de alta presión limita la combinación atmosférica sobre el este de Norte América y permite que las altas concentraciones se acumulen a niveles dañinos inclusive en áreas rurales, especialmente al sureste de los Estados Unidos.

William Chameides del Instituto de Tecnología de Georgia señala que las tres regiones – El Oeste de Europa, el Este de Norte América y el Este de Asia – son responsables de aproximadamente 75% del uso de combustibles fósiles y fertilizantes de nitrógeno, y por el 60% de la producción global de comida. Al menos 1/10, pero tal vez 1/3 de la producción mundial de cereales, inclusive un mayor aporte de vegetales y frutas son cultivadas en estas regiones. En esos lugares ya se encuentran expuestos a niveles de O3 de 50 a 70 ppb, arriba del umbral donde la exposición acumulativa durante las temporadas de cultivo genera daño.

Técnicamente la solución a este problema no es sencilla de encontrar. Solo los controles de emisión más estrictas han sido capaces de prevenir el deterioramiento de la calidad del aire a futuro en el sureste de California desde 1970 – pero estos controles todavía no pueden prevenir las violaciones de los parámetros predispuestos de los estándares de calidad del aire. Decenas de ciudades en Norte América y Europa están excediendo los niveles más altos deseables de O3. Similarmente, a pesar de los grandes esfuerzos de los japoneses, el valor anual de NOX liberado en áreas rurales en ese país ha difícilmente cambiado durante los pasados 15 años. (Smil, 1996)

9. Contaminación del Suelo y Agua

La contaminación del suelo y el agua están íntimamente ligadas debido a que los nitratos que llegan al suelo por parte de la agricultura (fertilizantes y

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abonos) y de la ganadería intensiva (desechos animales) tarde o temprano llegan a las aguas subterráneas.

Estas aportaciones de la agricultura y la ganadería ocasionan una contaminación importante pero, sobre todo, acumulativa y persistente. El exceso de nitrógeno que llega al suelo se filtra por el lavados de los suelos, y estos con frecuencia no alcanzan las capas subterráneas sino hasta después de muchos años. Por lo que incluso si hoy se detuviera o disminuyese la aportación de nitrógeno, las aportaciones del pasado continuarían incrementando la contaminación del agua aun durante algunos años.

Otros aportes a fuentes de agua superficiales son realizados por ciudades e industrias donde las emisiones urbanas están muy cargadas de nitrógeno (por ejemplo orina) y algunas fabricas (de fertilizantes, de coque y petroquímicas). Además, por el momento, muy pocas estaciones de depuración eliminan el nitrógeno dentro de las aguas residuales. (Vernier, 1992)

Es importante la remoción o disminución de nitratos dentro del suelo ya que podrían llegar a contaminar fuentes de agua de consumo humano, ya que estos tienen efectos perjudiciales sobre la salud.

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CAPÍTULO III

EL NITRÓGENO

ORIENTADO AL FACTOR DESARROLLO SOCIAL Y

ECONÓMICO EN LA SUSTENTABILIDAD

CAPÍTULO III EL NITRÓGENO ORIENTADO AL FACTOR DESARROLLO SOCIAL Y ECONÓMICO EN LA SUSTENTABILIDAD

10. Desarrollo Social

El nitrógeno puede afectar a la Sociedad en tema de desnutrición. El mejor ejemplo de cómo puede afectarnos es el Amaranto que jugó un papel de gran importancia en la alimentación básica de los pueblos precolombinos. Después de la conquista, el cultivo del amaranto fue prohibido y su consumo prácticamente quedó erradicado, debido a la fuerte connotación pagano-religiosa de esta extraordinaria planta. El cual hoy es considerada “el mejor alimento de origen vegetal para consumo humano”.

10.1. Historia del Amaranto

Hace más de 500 años, antes que se llevara a cabo la conquista, el grano de amaranto constituía uno de los elementos básicos de la oferta nutricional de los habitantes de Mesoamérica, compitiendo en importancia con el maíz y el frijol. A partir de la información recogida en los diversos códices y por lo que se desprende de los vestigios antropológicos estudiados, se sabe ahora que existieron miles de hectáreas dedicadas al cultivo del amaranto, en las que florecían a plenitud las hermosas plantas, altas, coloridas y vistosas, que nuestros antepasados Mexicas llamaban “huauhtli”.

Según los indicios existentes, cada año las 17 provincias sojuzgadas por el Emperador Moctezuma, enviaban a éste como tributo a la Gran Tenochtitlán más de 20,000 toneladas de grano de amaranto, de lo que se puede colegir que este grano llegó a representar un verdadero elemento de comercio, con gran valor de cambio.

El amaranto era, por lo tanto, un alimento de gran consumo y altamente apreciado. A la vez, los indígenas le atribuían propiedades vigorizantes, afrodisíacas y hasta esotéricas, considerándolo una semilla sagrada, la cual utilizaban en los rituales de sus ceremonias religiosas politeístas.

En estas ocasiones especiales, el amaranto, molido o tostado, se mezclaba con miel de maguey y la pasta resultante se utilizaba para modelar figurillas de animales, guerreros, elementos de la naturaleza o de la vida cotidiana y, por supuesto, deidades como el Dios de la guerra, Huitzilopochtli. Al finalizar la ceremonia de culto, las figurillas eran cortadas y repartidas entre los asistentes, quienes las comían.

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Como se sabe, los conquistadores decidieron imponer su visión religiosa a toda costa, condenando y destruyendo todo elemento reminiscente de los ritos paganos indígenas.

Esto determinó que el amaranto resultara “satanizado” y su cultivo, posesión y consumo quedaran totalmente prohibidos en tiempos de la colonia. Esta situación prevaleció durante siglos y la consecuencia fue la desaparición tácita del amaranto. Sólo sobrevivieron pequeñas áreas de cultivo en zonas montañosas e inaccesibles de México y Sudamérica (Región Andina). Los cultivos de maíz y frijol, ambos domesticados en Mesoamérica, tuvieron un desarrollo acelerado hasta llegar a convertirse en alimentos básicos para el mundo. En tanto, el amaranto quedó prácticamente en el olvido. (San Miguel de Proyectos Agropecuarios, 2006)

10.2. Importancia del Amaranto

El crecimiento acelerado de la población y la escasez de alimentos han impulsado al hombre a buscar alternativas viables y con potencial nutricional suficiente para solucionar el problema alimentario. En ese contexto, en el Congreso Mundial convocado en 1979 por la Academia de Ciencias de los Estados Unidos y la Organización de Alimentación y Agricultura (FAO) de la Organización de las Naciones Unidas (ONU), el amaranto fue señalado como uno de los cultivos con mayor potencial para la explotación económica y nutricional a gran escala. En la Tabla 6 se encuentra contenida la información acerca del valor nutritivo de las semillas del amaranto a comparación con otros cereales, y en la Tabla 7 la comparación del valor nutritivo de las hojas del amaranto con otros cultivos. (San Miguel de Proyectos Agropecuarios, 2006)

Tabla 6 - Comparativa del Valor Nutritivo de las Semillas de Amaranto con Cereales comunes

Cantidad de Proteína en cada 100 gr

Amaranto Arroz Trigo Maíz Amarillo Avena

Fibra Dietética 14.5 g 6.5 g 10.7 g 9.4 g 16.9 g Proteína 9.3 g 2.8 g 12.7 g 7.3 g 10.6 g Grasas 6.5 g 0.5 g 2.0 g 4.7 g 6.9 g Carbohidratos 66.2 g 79.2 g 75.4 g 74.3 g 66.3 g Calcio 153.0 mg 3.0 mg 34.0 mg 7.0 mg 54.0 mg Hierro 7.6 mg 4.23 mg 5.4 mg 2.7 mg 4.7 mg USDA (United States Department of Agriculture)

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Tabla 7 - Comparativa del Valor Nutritivo de las Hojas de Amaranto compradas con Acelgas y Espinacas

Valor Nutritivo de las Hojas de Amaranto comparadas con Acelgas y Espinacas (cada 100 g, hervidas con sal)

Hojas de Amaranto Acelgas Hojas de Espinaca

Calorías 21.0 kcal 20.0 kcal 23.0 kcal Carbohidratos 4.1 g 4.1 g 3.8 g Proteína 2.1 g 1.9 g 3.0 g Calcio 209.0 mg 58.0 mg 136.0 mg Fósforo 72.0 mg 33.0 mg 56.0 mg Hierro 2.3 mg 2.3 mg 3.6 mg Vitamina C 41.1 mg 18.0 mg 9.8 mg Fibra Dietética n/a 2.1 g 2.4 g Folato 57.0 mcg 9.0 mcg 146.0 mcg USDA (United States Department of Agriculture)

10.3. Sustentabilidad de la Carne de Res y el Amaranto

Carne de Res

El consumo de carne, a medida que avanzan las ciencias ambientales, hace más evidente que el apetito humano de carne animal agrava la mayoría de los problemas ambientales, como la deforestación, la erosión, la escasez de agua potable, la contaminación atmosférica y del agua, el cambio climático, la pérdida de biodiversidad, la injusticia social, la desestabilización de las comunidades y la extensión de las enfermedades.

Este tema aparentemente insignificante como el consumo individual de carne a pasados repentinamente a los márgenes de discusión sobre la sustentabilidad. Todo esto resulta a que el consumo de carne per cápita se ha duplicado en el último medio siglo, a pesar del aumento de la población mundial. Por consiguiente, la demanda de carne se ha multiplicado por cinco. Lo que ha aumentando la presión sobre la disponibilidad de agua, tierras, pastos, fertilizantes, energía, la capacidad de tratamiento de residuos (nitratos), y la mayor parte de los limitados recursos del planeta.

La deforestación es el primer daño ambiental importante causado por el desarrollo de la civilización. Grandes superficies de bosque han sido taladas para dedicarlas a la agricultura, que incluía la domesticación tanto de plantas comestibles como animales. Los animales domésticos requieren mucha más

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superficie que los cultivos para producir la misma cantidad de calorías, pero eso no importó realmente durante los 10 mil años en los que siempre hubo más tierras a descubrir o expropiar. En 1990, sin embargo, el programa de hambre en el mundo de la Brown University calculó que los cultivos mundiales, si fueran distribuidos equitativamente y sin destinar un porcentaje importante al ganado, podrían suministrar una dieta vegetariana a 6.000 millones de personas, mientras que una dieta abundante en carne, como la de los habitantes de los países ricos, podía alimentar tan sólo a 2.600 millones.

En otras palabras, con una población actual de 6.400 millones, eso querría decir que ya padecemos un déficit de tierras, agravado por la sobreexplotación pesquera de los océanos, que están siendo rápidamente esquilmados. A corto plazo la única manera de alimentar a toda la población mundial, si continuamos comiendo carne en el mismo porcentaje o si la población mundial continúa creciendo al ritmo previsto (8.900 millones en 2050), es talar más bosque. Desde ahora, la cuestión de si obtenemos nuestras proteínas y calorías de animales o plantas tiene implicaciones directas sobre la cantidad de bosque restante que tenemos que arrasar.

La destrucción de praderas se aceleró con la expansión de las manadas de animales domesticados, y el medio ambiente en el que vivían los animales salvajes como bisontes y antílopes fue pisoteado y replantado con monocultivos de plantas forrajeras para el ganado vacuno.

El agua dulce, de la misma manera que la tierra, parecía inagotable durante los primeros 10 milenios de la civilización. Así que parece no importar cuánta agua consume una vaca. Pero hace algunos años, los expertos calcularon que los seres humanos consumimos la mitad del agua dulce disponible en el planeta, dejando la otra mitad a dividir entre un millón o más especies. Si lo analizamos en detalle, especie por especie, descubrimos que el uso del agua más importante se debe a los animales que criamos para carne. Una de las maneras más fáciles para reducir la demanda de agua es consumir menos carne.

La dieta usual de una persona en Estados Unidos requiere 16.000 litros de agua por día (para dar de beber a los animales, irrigar los cultivos, procesar, lavar y cocinar, entre otros usos). Una persona con una dieta vegetariana requiere solamente 1.100 litros diarios.

El vertido de residuos, de la misma manera que la oferta de agua, parecía que no tenía límites. Siempre había nuevos lugares donde arrojar la basura, y durante siglos la mayor parte de los deshechos se descompusieron convenientemente o desaparecieron de la vista. Igual que no nos preocupó

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cuánta agua consumía una vaca, tampoco cuánto excretó. Pero hoy, los residuos de nuestros colosales establos superan la capacidad de absorción del planeta. Los ríos que llevan residuos ganaderos vierten tal cantidad de nitrógeno en bahías y golfos que ya han contaminado grandes áreas del mundo marino. La manera más fácil de reducir la cantidad de residuos es comer menos carne, reduciendo el tamaño de los rebaños.

Las enormes granjas de ganado, que pueden alojar a cientos de miles de cerdos, pollos, o vacas, producen cantidades inmensas de residuos. A decir verdad, en Estados Unidos, estas "Fábricas de Ganado" generan 130 veces más residuos que toda la población.

Los nutrientes de los residuos ganaderos provocan las floraciones de algas, que consumen el oxígeno del agua, contribuyendo a crear una "zona muerta" en el Golfo de México donde no hay suficientemente oxígeno para permitir la vida acuática. La zona muerta afectó a más de 20.000 kilómetros cuadrados durante el verano de 1999.

El consumo de energía, hasta hace muy poco, parecía un asunto de los frigoríficos, que nada tenía que ver con la carne y la leche de su interior. Pero cuando prestamos más atención al análisis del ciclo de vida de los objetos que compramos, es evidente que el viaje del filete hasta llegar a nuestro refrigerador consumió cantidades sorprendentes de energía. Podemos empezar el ciclo con el cultivo de los cereales para alimentar al ganado vacuno, que requiere grandes cantidades de productos químicos agrícolas derivados del petróleo. Posteriormente hay que añadir el combustible requerido para transportar el ganado vacuno a los mataderos, y desde allí a los mercados. Hoy, la mayor parte de la carne consumida recorre miles de kilómetros. Y luego, después de ser congelada o puesta en el frigorífico, tiene que ser cocinada.

El calentamiento del planeta se debe al consumo de energía, en la medida en que las principales fuentes de energía contienen carbono que, al quemarse, emiten dióxido de carbono y otros gases contaminantes. Como ya se señaló, la producción y la comercialización de la carne requieren el consumo de gran cantidad de tales combustibles. Pero el ganado también emite directamente gases de invernadero, como un subproducto de la digestión. El ganado vacuno emite importantes cantidades de metano, un potente gas de invernadero. (Santamarta, 2004)

Amaranto

El amaranto es un alimento de origen vegetal con un valor muy nutritivo rico en aminoácidos esenciales. El amaranto se produce en un ciclo corto (150-180

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días, según la especie y variedad), soporta la escasez e irregularidad de lluvias, necesita de la humedad solamente en el momento de la siembra hasta que aparezcan los retoños. Los amarantos de grano se desenvuelven bien con escasa agua, más aún, llegan a crecer mejor en condiciones secas y templadas.

La cantidad total de agua requerida por el amaranto de semilla a través de su ciclo vital es de solo el 60% del agua en comparación al trigo o la cebada, por lo tanto el amaranto de semilla es un cultivo ideal para las regiones secas.

Este es utilizado principalmente como grano, el cual se destina para siembra del cultivo y la obtención de grano reventado. Artesanalmente se han elaborado productos de poco valor agregado como alegrías, amaranto reventado, granolas y harinas.

El cultivo de amaranto como una actividad alternativa viable y rentable, se enmarca como un detonador económico regional que contribuye a reducir los niveles de desnutrición en los sectores más vulnerables de la población.

Las cualidades nutricionales del amaranto son numerosas:

- Importante balance proteico, se acerca mucho a la proteína ideal.

- Alimentación humana (tortillas, tamales, atoles...)

- Hojas se pueden consumir como verdura

- Cultivo con gran productividad (1 planta produce: 166.715,7 granos, es decir 50.000 plantas / ha con 2.000 kg de grano por ha)

- En EE.UU. se empiezan a industrializar alimentos para bebé a partir de amaranto.

Las características agronómicas y económicas del cultivo le enmarcan dentro de los parámetros deseados que permiten una amplitud de superficie cultivada a escala mundial, asegurando la presencia permanente del producto en el mercado.

Una de sus mayores ventajas es la adaptabilidad a distintas zonas de producción y ambientes con una variación muy amplia, que van desde 300 a 2.000 mm de precipitación anual, en altitudes desde el nivel del mar hasta los 3.000 msnm y en suelos de mediana y aún baja calidad. La precipitación anual más aceptable para el cultivo es la que oscila entre 400 a 1.000 mm.

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Otro coadyuvante, es su nivel de resistencia a sequías, ya que necesita una cantidad de agua equivalente al 60% del agua que necesita el trigo o la cebada; resiste a plagas y enfermedades comunes o presenta baja incidencia de éstas en los rendimientos de producción. (Asociación Mexicana de Amaranto, 2003)

En la Tabla 8 se puede observar la ventaja que existe en el ahorro de consumo de agua para la producción de diferentes productos a comparación con el amaranto.

Tabla 8 – Tabla de Consumo en litros de agua para la producción de diversos alimentos

Producto Consumo en litros de agua para su producción

1 kg de Carne de Res 15500 1 kg de Soja 1800

1 litro de Leche 1000 1 Huevo 200

1 kg de Amaranto 780 http://www.waterfootprint.org/, 2004

11. Desarrollo Económico

Los economistas ven la sustentabilidad como la relación entre la entrada y salida, tomando en cuenta el agotamiento del inventario. . En la agricultura el inventario incluye suelo, agua, recursos energéticos no renovables y calidad ambiental. Fertilizantes a base de Nitrógeno producidos en la industria agotan recursos energéticos no renovables y plantean riesgos humanos y ambientales.

La agricultura moderna se basa en una producción máxima a corto plazo, sin tomar en cuenta la disponibilidad suficiente de nutrientes para aumentar la eficiencia o el mantenimiento de estos en el suelo. El Fertilizante a base de Nitrógeno es el principal agente externo que se añade al suelo para maximizar la producción en la agricultura. La eficiencia en el aprovechamiento del fertilizante de nitrógeno es uno de los más bajos entre los nutrientes que asimilan las plantas y su uso contribuye sustancialmente en la contaminación ambiental. El uso continuo y sin cesar de fertilizantes de nitrógeno además acelera el agotamiento de recursos energéticos no renovables usados en la producción de fertilizantes. Además la remoción de grandes cantidades de producción agrícola del campo agota las reservas naturales de nitrógeno en el suelo. Pero por otro lado la Fijación Biológica del Nitrógeno (FBN), un proceso

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microbiológico en la biosfera, convierte el N2 atmosférico en formas asimilables para la planta a través de la enzima nitrogenasa. El aporte de la FBN puede ayudar a mantener las reservas de nitrógeno en el suelo e incluso sustituir los fertilizantes de nitrógeno para generar grandes rendimientos de cultivos. (Ladha et. al., 1992)

11.1. Consideraciones Económicas

11.1.1. Perspectiva de los Combustibles Fósiles

La crisis del petróleo a mediados de los 70’s y los problemas actuales en el medio oriente son recordatorios constantes de la vulnerabilidad de nuestra dependencia en combustibles fósiles en la agricultura y los sistema de producción de alimentos. Mientras aumenta el precio del petróleo, también aumenta la de los insumos agrícolas, notablemente la de los fertilizantes de nitrógeno.

Los procesos industriales para la manufacturación de fertilizantes de nitrógeno dependen en gran parte de los combustibles fósiles, utilizando una proporción muy vasta de nuestros suministros energéticos. La síntesis de compuestos de nitrógeno a partir de N2 gaseosos (Proceso Haber-Bosch) requiere de grandes cantidades de hidrogeno, usualmente obtenido a partir del gas natural, en adición de cantidades substanciales de energía para establecer y mantener las condiciones de temperatura y presión requeridos para que el nitrógeno puede reaccionar con el hidrogeno para producir amoniaco. En adición al costo de producción, un gran cantidad de energía es usada en la transportación, almacenamiento y aplicación del fertilizante de nitrógeno, que en total se acercan a 22,000 kilo calorías de energía por kilogramo de fertilizante de nitrógeno procesado, distribuido y aplicado.

Los costos capitales de construcción de fábricas de fertilizante de nitrógeno de tamaño medio exceden los $ 100 millones de dólares. Considerando que la mayoría del equipo y conocimientos para la construcción de la fábrica proviene de naciones industrializadas, por lo que es difícil promover la expansión de la industria fertilizante manufacturera en países en vías de desarrollo. (Ladha et. al., 1992)

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11.1.2. Fertilizantes

Mercado Mundial

En la Figura 11 demuestra que la producción mundial de los fertilizantes mantiene una tendencia creciente. De acuerdo con información de la Asociación Internacional de la Industria de los Fertilizantes (IFA), entre 2002 y 2007 la oferta global creció a una tasa media anual de 3.4%. En dicho periodo, la producción alcanzó un promedio de 165.3 millones de toneladas de nutrientes: nitrógeno, fósforo y potasio.

Figura 11 – Producción Mundial de Fertilizantes 2002-2007

Los principales países productores de fertilizantes son: China (22.4%), Estados Unidos (11.9%), India (9.4%), Canadá (8.7%) y Rusia (8.6%). En las estadísticas internacionales México figura en el lugar 36 con 0.4% de la producción mundial. Es necesario destacar que los tres principales países productores concentran 52.7% del consumo mundial: China 27.3%, Estados Unidos 13.5% e India 12%. Asimismo, destacan Brasil y Francia, con 5.9 y 2.7% del total de la demanda, respectivamente. México ocupa el lugar 15 con 1.2% del consumo mundial.

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En la Figura 12 se puede observar el aumento del consumo mundial de fertilizantes.

Figura 12 – Consumo Mundial de Fertilizantes 2002-2009

La urea es el fertilizante de mayor uso a nivel global; su producción en 2007 se incrementó 6.6% para alcanzar 144 millones de toneladas. China contribuyó con dos tercios del incremento mundial. La producción estimada de este insumo para 2008 es de 150.6 millones de toneladas y de 184.3 millones de toneladas en 2012.

El 59% de los fertilizantes utilizados a nivel mundial son nitrogenados, el 24% fosfatados y el 17% potásicos.

De acuerdo con la IFA, la necesidad de mayores rendimientos y de incremento en la producción de alimentos son los principales factores que impulsan el crecimiento en la demanda de fertilizantes.

Mercado Nacional

A partir de 1992, después de la privatización de Fertilizantes Mexicanos (FERTIMEX), la producción nacional de fertilizantes se concentró en productos nitrogenados, principalmente urea, sulfato de amonio y nitrato de amonio. En 1995, la urea fue el fertilizante de mayor producción, con 35.3% del volumen, en tanto que el sulfato de amonio representó el 22.3%. Sin embargo, con el cierre parcial de las plantas productoras de fertilizantes y la disminución de operaciones a partir de 1997, la generación de estos insumos se redujo drásticamente. En general, en la Figura 13 se observa que la producción de fertilizantes en 2001 disminuyó 64.3% con relación a 1994, y entre 2002 y

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2007 mantuvo una tendencia más o menos estable, con un promedio de 0.75 millones de toneladas.

Figura 13 – Producción Total de Fertilizantes en México 1980-2007

Entre 1994 y 2007 la producción total se redujo a una tasa media anual de 11.1%. La producción de urea y nitrato de amonio ocurrió sólo hasta 1999. Las fórmulas y complejos fosfatados se fabricaron hasta 2001 y la producción de fórmulas y complejos nitrogenados se suspendió en 2002. De esta forma, a partir de 2003 sólo se produce sulfato de amonio, superfosfatos y otros fertilizantes. Las proporciones de estos tipos de fertilizantes en el volumen producido durante 2007 fueron de 51.3, 44.3 y 4.4%, respectivamente. La caída en la producción de fertilizantes, particularmente de los nitrogenados, ocurrió de manera paralela a la fuerte disminución en la producción de amoniaco por parte de la industria petroquímica, como consecuencia de las serias distorsiones en el mercado internacional y por la alta volatilidad de los precios del gas natural. En la Tabla 9 se puede ver que en el año 2000 la producción nacional de amoniaco se redujo 61.9% respecto a 1995, y aunque en reducida proporción, se comenzó a importar este insumo clave en la fabricación de fertilizantes. En el país se tiene una capacidad instalada para la producción de 5.3 millones de toneladas de amoniaco, sin embargo sólo se utiliza poco más del 20%.

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Tabla 9 – Producción y Comercio Exterior de Amoníaco en México 1900-2007

El impacto de los fertilizantes en los costos de producción y la productividad

Al igual que el empleo de la tecnología en el sector agrícola nacional, el uso de los fertilizantes en nuestro país es muy heterogéneo, por lo que predomina una alta variabilidad en cuanto a las fuentes de nutrientes utilizadas, las dosis de aplicación y los niveles de eficiencia con que se emplean en la agricultura. Como resultado de lo anterior, su impacto en la producción agrícola es diferenciado tanto en el nivel de productividad como en los costos de producción asociados a la utilización de estos insumos.

Derivado del aumento en los precios de los fertilizantes en el mercado nacional, la participación del costo de estos insumos en los costos totales de producción en el sector agrícola se incrementó. De tal forma que en casos como el de los granos, los costos de fertilización se incrementaron en proporciones mayores al aumento en el resto de los componentes del costo de producción total.

De acuerdo con datos de la SAGARPA, los costos de fertilización representaron en promedio 27.3% de los costos totales de producción de maíz de riego en el ciclo Primavera-Verano 2007 en los estados de Aguascalientes, Chihuahua, Durango, Guanajuato, Guerrero, Jalisco, Michoacán, Nuevo León, Tlaxcala y Sinaloa. En tanto que en temporal, la proporción de los costos de fertilización fue de 20% (en Aguascalientes, Chihuahua, Jalisco, Oaxaca y Yucatán). En Sinaloa, principal productor de maíz, representaron 24.5% del costo total en el ciclo Otoño-Invierno, mientras que en Sonora dicha proporción alcanzó el 35.3%.

Un caso particular, en el que se observa el impacto que el incremento en los precios de los fertilizantes en el mercado nacional tuvo sobre los costos, es el de la producción de maíz en el valle de Los Mochis, Sinaloa. De acuerdo a la

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Tabla 10 entre los ciclos Otoño-Invierno 2000/2001 y 2007/2008 los costos de fertilización se incrementaron 115.9% en términos reales, en tanto que el costo total se incrementó a una tasa menor, de 46.5%.

Tabla 10 – Costos de Producción Total y Fertilización en el Cultivo de Maíz

Los datos al respecto muestran que la proporción que representaron los costos de fertilización se incrementó de 19.0 a 28.0%, como resultado de la tendencia creciente en las cotizaciones de nutrientes en el mercado nacional durante 2007. Por otra parte, en la Figura 14 el comparativo de los costos de fertilización por tonelada de maíz en México muestra que éstos, además de ser crecientes, son superiores al costo promedio en Estados Unidos, desde un 14.4% en Tamaulipas, hasta 103.0 y 148.8% en Guanajuato y Jalisco, respectivamente.

Figura 14 – Costo de Fertilización por Tonelada Producida de Maíz 2007

Estas variaciones en los costos de fertilización reflejan inversiones diferentes en el uso de estos insumos, sin embargo es importante destacar que una mayor utilización de fertilizantes no necesariamente significa la aplicación de

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dosis óptimas. Al respecto, se estima que en México existen serias limitaciones en el uso eficiente de los nutrientes, ya que la fertilización en general no se realiza con un enfoque de nutrición vegetal. Con relación a lo anterior, en la Tabla 11 se muestra la estimación de la eficiencia en el uso de los nutrientes NPK respecto a los requerimientos de nitrógeno (N), fósforo (P) y potasio (K) que el Instituto del Fósforo y la Potasa (INPOFOS) estima se requieren para producir una tonelada de maíz, que en la proporción NPK es de 24-10-24 unidades de nutrientes.

Tabla 11 – Fertilización y Eficiencia en el Uso de Nutrientes en el Cultivo de Maíz

Así, se observa que en estas entidades productoras de maíz y de acuerdo con los datos disponibles de costos para las tecnologías indicadas, en general se aplica una sobredosis de nitrógeno, en tanto que en fósforo y potasio se observa un déficit en la aplicación de estos nutrientes. (FIRA, 2009)

11.1.3. Influencia del Nitrógeno en la Agricultura e el Sistema de Manejo de Café Orgánico en le Union Ejidos Majomut, región de los altos de Chiapas

La Unión Majomut inició en 1992, con el apoyo de la Fundación Rockefeller, un proyecto de investigación y divulgación de tecnología agrícola apropiada para la producción de café, con el objetivo de mejorar la producción en armonía con el ambiente. Para lograr este objetivo, la Unión desarrollo un programa de conversión hacia la cafeticultura orgánica, basándose en estrategias locales de agricultura tradicional.

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Dentro de la Tabla 12 del balance de nutrientes en los cafetales bajo diferentes sistemas de manejo en la unión Majomut se observan las grandes diferencias entre al cultivo tradicional y orgánico del café. El simple hecho de observar el balance de nutrientes que existe respecto a las entradas y salidas de nitrógeno nos damos cuenta que el Método de Agricultura Orgánica deja un contenido mayor de Nitrógeno en el suelo aún después de la cosecha. Lo cual lo convierte en un medio mucho más sustentable al igual que más amigable para el ambiente. Este proyecto es prueba de que hay que recurrir a la agricultura orgánica e inteligente para no depender de la adición de fertilizantes los cuales aumentan el costo de producción y traen consecuencias a largo plazo irreparables al ambiente y a la salud humana. (Masera, et. al., 2000)

Tabla 12 - Balance de Nutrientes en cafetales bajo diferentes sistemas de manejo en la Unión Majomut


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11.1.4. Abonos Orgánicos

Importancia de los Abonos Orgánicos

La necesidad de disminuir la dependencia de productos químicos artificiales en los distintos cultivos, está obligando a la búsqueda de alternativas fiables y sostenibles. En la agricultura ecológica, se le da gran importancia a este tipo de abonos, y cada vez más, se están utilizando en cultivos intensivos.

No podemos olvidarnos la importancia que tiene mejorar diversas características físicas, químicas y biológicas del suelo, y en este sentido, este tipo de abonos juega un papel fundamental.

Con estos abonos, aumentamos la capacidad que posee el suelo de absorber los distintos elementos nutritivos, los cuales aportaremos posteriormente con los abonos minerales o inorgánicos.

Actualmente, se están buscando nuevos productos en la agricultura, que sean totalmente naturales.

Existen incluso empresas que están buscando en distintos ecosistemas naturales de todas las partes del mundo, sobre todo tropicales, distintas plantas, extractos de algas, etc., que desarrollan en las diferentes plantas, distintos sistemas que les permiten crecer y protegerse de enfermedades y plagas.

De esta forma, en distintas fábricas y en entornos totalmente naturales, se reproducen aquellas plantas que se ven más interesantes mediante técnicas de biotecnología.

En estos centros se producen distintas sustancias vegetales, para producir abonos orgánicos y sustancias naturales, que se están aplicando en la nueva agricultura.

Para ello y en diversos laboratorios, se extraen aquellas sustancias más interesantes, para fortalecer las diferentes plantas que se cultivan bajo invernadero, pero también se pueden emplear en plantas ornamentales, frutales, etc. (Cervantes, 2010)

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Propiedades de los Abonos Orgánicos

Los abonos orgánicos tienen unas propiedades, que ejercen unos determinados efectos sobre el suelo, que hacen aumentar la fertilidad de este. Básicamente, actúan en el suelo sobre tres tipos de propiedades:

- Propiedades físicas.

• El abono orgánico por su color oscuro, absorbe más las radiaciones solares, con lo que el suelo adquiere más temperatura y se pueden absorber con mayor facilidad los nutrientes.

• El abono orgánico mejora la estructura y textura del suelo, haciendo más ligeros a los suelos arcillosos y más compactos a los arenosos.

• Mejoran la permeabilidad del suelo, ya que influyen en el drenaje y aireación de éste.

• Disminuyen la erosión del suelo, tanto de agua como de viento.

• Aumentan la retención de agua en el suelo, por lo que se absorbe más el agua cuando llueve o se riega, y retienen durante mucho tiempo, el agua en el suelo durante el verano.

- Propiedades químicas.

• Los abonos orgánicos aumentan el poder tampón del suelo, y en consecuencia reducen las oscilaciones de pH de éste.

• Aumentan también la capacidad de intercambio catiónico del suelo, con lo que aumentamos la fertilidad.

- Propiedades biológicas.

• Los abonos orgánicos favorecen la aireación y oxigenación del suelo, por lo que hay mayor actividad radicular y mayor actividad de los microorganismos aerobios.

• Los abonos orgánicos constituyen una fuente de energía para los microorganismos, por lo que se multiplican rápidamente.

(Cervantes, 2010)

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Tipos de Abonos Orgánicos

El extracto de algas, es normalmente producto compuesto carbohidratos promotores del crecimiento vegetal, aminoácidos y extractos de algas cien por cien solubles.

Este producto es un bioactivador, que actúa favoreciendo la recuperación de los cultivos frente a situaciones de estrés, incrementando el crecimiento vegetativo, floración, fecundación, cuajado y rendimiento de los frutos.

Otro tipo de abono orgánico, se basa en ser un excelente bioestimulante y enraizante vegetal, debido a su contenido y aporte de auxinas de origen natural, vitaminas, citoquininas, microelementos y otras sustancias, que favorecen el desarrollo y crecimiento de toda la planta.

Este segundo producto es de muy fácil asimilación por las plantas a través de hojas o raíces, aplicando tanto foliar como radicularmente, debido al contenido en distintos agentes de extremada asimilación por todos los órganos de la planta.

Otro abono orgánico, contiene un elevado contenido en aminoácidos libres, lo cual significa que actúa como activador del desarrollo vegetativo, mejorando el calibre y coloración de los frutos, etc.

El aporte de aminoácidos libres facilita el que la planta ahorre energía en sintetizarlos, a la vez que facilita la producción de proteínas, enzimas, hormonas, etc., al ser éstos compuestos tan importantes para todos los procesos vitales de los vegetales.

Por último podemos destacar los típicos abonos orgánicos, que poseen gran cantidad de materia orgánica, por lo que favorecen la fertilidad del suelo, incrementan la actividad microbiana de este, y facilitan el transporte de nutrientes a la planta a través de las raíces.

Las sustancias húmicas incrementan el contenido y distribución de los azúcares en los vegetales, por lo que elevan la calidad de los frutos y flores, incrementando la resistencia al marchitamiento.

El aporte de distintos elementos nutritivos es fundamental para el desarrollo fisiológico normal de la planta, ya que alguna carencia en los mismos, pueden provocar deficiencias en la planta que se pueden manifestar de diferentes formas. (Cervantes, 2010)

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Enmiendas Húmicas

Las enmiendas húmicas favorecen el enraizamiento, ya que desarrollan y mantienen un sistema radicular joven y vigoroso, durante todo el ciclo de cultivo.

El desarrollo radicular, de la planta con aporte de enmiendas húmicas es enorme, y esto hace que el desarrollo de la misma sea mucho más rápido, debido a que absorbe mayor cantidad de elementos nutritivos, y esto se traduce en mayor producción.

Este abono orgánico al desarrollar más las raíces, equilibra también mejor la nutrición de las plantas, mejora el comportamiento de éstas frente a condiciones salinas y ayuda a la eliminación de diversas toxicidades.

Las raíces son el pilar básico de una planta, ya que no podemos olvidar que le sirven de sujeción al suelo. Las raíces de las plantas hortícolas son fasciculadas, no distinguiéndose un pivote principal. Están constituidas por una serie de troncos principales que profundizan oblicuamente en el suelo y de los cuales nacen las raíces secundarias.

La escasez de materia orgánica, y por tanto de ácidos húmicos y fúlvicos de los suelos, hace necesario el aporte de los mismos al suelo.

Dada las dificultades técnicas, logísticas y económicas de los aportes masivos de estiércol como fuente de materia orgánica, los preparados líquidos a base de ácidos húmicos y fúlvicos, se hacen imprescindibles para mejorar la fertilidad y productividad de los suelos.

La leonardita es un lignito blando en forma ácida, de color pardo y de origen vegetal. Es la materia prima de las sustancias húmicas, ya que posee un gran contenido de extracto húmico total. (Cervantes, 2010)

Aminoácidos

Otro elemento fundamental en los abonos orgánicos, son los aminoácidos.

Desde 1804 hasta nuestros días, los fisiólogos vegetales han demostrado que, además del carbono, hidrógeno y oxígeno, son trece los elementos químicos que se consideran esenciales, para la vida de las plantas.

De éstos, el más importante con diferencia es el nitrógeno. La fertilización tradicional no siempre consigue su objetivo. Situaciones de estrés hídrico,

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térmico o fitotóxico, pueden impedir que las plantas absorban el nitrógeno disponible y lo utilicen para sus procesos biosintéticos.

Estos problemas pueden solucionarse, valiéndose de los conocimientos más modernos de fisiología vegetal utilizando elementos básicos de la biosíntesis, es decir los aminoácidos.

Los aminoácidos constituyen la base fundamental de cualquier molécula biológica, y son compuestos orgánicos. No puede realizarse proceso biológico alguno, sin que en alguna fase del mismo intervengan los aminoácidos.

Estos aminoácidos se fabrican en empresas especializadas, mediante un recipiente mezclador en el cual se colocarán levaduras, y otros productos. Posteriormente y mediante diversas hidrólisis y centrifugación, se dispondrá del abono orgánico.

Las proteínas son sustancias orgánicas nitrogenadas de elevado peso molecular, y todas están constituidas por series definidas de aminoácidos.

Los aminoácidos son por tanto las unidades básicas de las proteínas. La mayoría de las proteínas contienen veinte aminoácidos.

Las plantas sintetizan los aminoácidos a través de reacciones enzimáticas, por medio de procesos de aminación y transaminación, los cuales conllevan un gran gasto energético por parte de la planta.

Partiendo del ciclo del nitrógeno, se plantea la posibilidad de poder suministrar aminoácidos a la planta, para que ella se ahorre el trabajo de sintetizarlos, y de esta forma poder obtener una mejor y más rápida respuesta en la planta.

De esta forma los aminoácidos son rápidamente utilizados por las plantas, y el transporte de los mismos tiene lugar nada más aplicarse, dirigiéndose a todas las partes, sobre todo a los órganos en crecimiento.

Los aminoácidos, además de una función nutricional, pueden actuar como reguladores del transporte de microelementos, ya que pueden formar complejos con metales en forma de quelatos.

Pero la calidad de un producto, a base de aminoácidos, tiene relación directa con el procedimiento empleado para la obtención de dichos aminoácidos.

Todos los abonos orgánicos, se pueden utilizar en cualquier especie vegetal y su aplicación es normalmente mediante el riego, colocándose una serie de depósitos auxiliares, a través de los cuales se inyectan en la red de riego, y en las cantidades que veamos oportuno. (Cervantes, 2010)

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11.1.5. Impacto en la Economía por la Producción de

Estupefacientes

Alcaloides

A las sustancias contenidas dentro de los estupefacientes se les conoce como Alcaloides, son sustancias orgánicas nitrogenadas generalmente con característica básica y mayoritariamente de origen vegetal, tienen estructuras complejas lo que hace que ejerzan diferentes acciones fisiológicas. Los principales productores de alcaloides son generalmente los vegetales, encontrándose en mayor cantidad en las gimnospermas especialmente en las dicotiledóneas. Los alcaloides están localizados en tejidos periféricos: corteza, raíces, hojas, frutos y semillas, cumpliendo diferentes funciones ya sean de defensa contra parásitos o insectos o productos de almacén de nitrógeno y excreción.

Los alcaloides figuran entre los venenos más fuertes que conocemos. Frecuentemente bastan cantidades de algunos decigramos o aun centigramos para matar a un hombre. Disminuyendo estas dosis se observan interesantes efectos fisiológicos que poseen mayor interés farmacéutico que la misma toxicidad, tales como la acción calmantes de la morfina, la estimulante de la cafeína y la febrífuga de la quinina. Por esta razón, las drogas vegetales que contienen alcaloides y los alcaloides puros obtenidos a partir de las mismas, han sido desde la antigüedad substancias del más alto interés para la investigación farmacológica. (Klages, 1968)

Características Generales de los Alcaloides

• Compuestos orgánicos • Se forman a partir de aminoácidos • Origen vegetal • Sustancias nitrogenadas • Carácter básico • Contienen nitrógeno heterocíclico • Estructura compleja • Tóxicos • Actividad fisiológica incluso a dosis muy bajas • Precipitan con ciertos reactivos

Papel en los Vegetales

• Productos secundarios del metabolismo de los vegetales • Reguladores del crecimiento

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• Sustancias de reserva nitrogenada para la síntesis proteica • Productos finales de reacciones de detoxificación en vegetales • Función protectora frente a ataques de distintos predadores (parásitos o

insectos)

(Klages, 1968)

Tabla 13 - Principales Alcaloides en el Comercio

Alcaloides Acción fisiológica

Atropina Antiespasmódico, estimulante, analgésico

Cocaína Anestésico local, sedante, estimulante

Codeína Analgésico, sedante, hipnótico

Emetina Emético, expectorante, antipirético

Morfina Narcótico, sedante, hipnótico, analgésico

Quinina Antimalárico

Efedrina Asma, estimulante.

Papaverína Relajante muscular

Vincristina Antitumoral

Reserpina Antihipertensivo Klages, 1968

PIB Contribución 5 % aproximado

El Nitrógeno por ser un limitante fundamental en la producción del suelo es pieza clave dentro de la producción de estupefacientes que hacen un aporte económico circunstancial dentro de la economía de México.

Un estudio realizado por la Cámara de Diputados, con base en cifras del Fondo Monetario Internacional (FMI), advierte que en México se lavan entre ocho mil y 25 mil millones de dólares al año, mientras que la Procuraduría General de la República (PGR) tiene el cálculo de diez mil millones de dólares que provienen del crimen organizado.

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Además, en el informe titulado El lavado de dinero en México, escenarios, marco legal y propuestas legislativas, dado a conocer el año pasado, los legisladores advirtieron que en México el dinero ilícito en la economía nacional representa cerca de 5 por ciento del Producto Interno Bruto (PIB).

De acuerdo a Saskia Rietbroek, de la firma estadunidense No Money Laundering, se estima que el blanqueado de dinero en un país fluctúa entre 2 y 5 por ciento de su PIB y que, según Rietbroek, siendo México una nación con alto nivel de corrupción y narcotráfico, podemos esperar que el monto del lavado en nuestro país sea cerca del “estimado alto”, es decir 5% del PIB.

El especialista dijo que dicha cifra representa que alrededor de “45 mil millones de dólares en dinero sucio al año pasan por bancos, casas de cambio, casas de bolsas, empresas de seguros, etcétera”. (Elba, 2010.)

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CAPÍTULO IV

EL NITRÓGENO ORIENTADO AL FACTOR

SALUD EN LA SUSTENTABILIDAD

CAPÍTULO IV EL NITRÓGENO ORIENTADO AL FACTOR SALUD EN LA SUSTENTABILIDAD

12. Importancia del Nitrógeno para la Vida

Las células de los animales y de las plantas contienen tres importantes tipos de compuestos: grasas, hidratos de carbono y proteínas. De estos, los más importantes desde un punto de vista fisiológico y sin duda el más complejo desde un punto de vista químico es el de las proteínas.

La gran importancia de las proteínas radica en que son indispensables para la vida animal incluyendo al hombre ya que pueden vivir durante largos periodos sin que en su dieta intervengan las grasas o los hidratos de carbono. (Macy, R. 2005.)

El nombre proteína proviene de la palabra griega proteios, que significa lo primero. Este nombre indica su importancia primordial para la estructura de las células vivientes. Entre todos los compuestos químicos, ciertamente hay que considerar a las proteínas como las más importantes, puesto que son las sustancias de la vida.

Las proteínas constituyen gran parte del cuerpo animal: lo mantienen como unidad y lo hacen funcionar. Se las encuentra en toda célula viva. Son el material principal de la piel, los músculos, tendones, nervios y la sangre, enzimas, anticuerpos y muchas hormonas. (Morrison et. al., 1990)

Son las macromoléculas más abundantes de las células y constituyen casi la mitad del peso seco de la mayor parte de los organismos. Otra particularidad es que aparecen en una gran variedad; en una célula se encuentran centenares de clases diferentes. Desempeñan muchos papeles biológicos diferentes y son los instrumentos moleculares mediante los que se expresa la información genética.

A principios del siglo XIX, el químico holandés Gerardus Johannes Mulder investigaba las propiedades de las albuminas, sustancias que se encuentran en la leche y en los huevos y que coagulaban por calentamiento. Mulder encontró que las albuminas contenían carbono, oxigeno, nitrógeno e hidrogeno. En 1938, el científico sueco Jons Jacob Berzelius sugirió a Mulder que estas sustancias debían denominarse proteínas, nombre que se deriva del griego proteios porque el sospechaba que estos compuestos debían ser las sustancias biológicas más importantes.

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La siguiente lista, aunque no es exhaustiva, da una idea de los límites tan amplios de las funciones biológicas en las cuales se sabe que intervienen las proteínas:

1. Funcionan como catalizadores bioquímicos que se conocen como enzimas. Las enzimas catalizan casi todas la reacciones que se efectúan en los organismos vivos.

2. Se pueden fijar a otras moléculas a fin de participar en su almacenamiento y su transporte. Por ejemplo, la mioglobina fija oxigeno y lo transporta hacia las células del musculo esquelético y cardiaco, y la hemoglobina fija y transporta el oxigeno y el dióxido de carbono en los glóbulos rojos de la sangre.

3. Proporcionan a las células soporte mecánico y por consiguiente da forma a los tejidos y a los organismos.

4. Ensambladas realizan trabajo mecánico, por ejemplo, el movimiento de los flagelos, la separación de los cromosomas en la mitosis y la contracción de músculos.

5. Desempeñan algún papel en la descodificación de la información en las células. Algunas, por ejemplo, las proteínas de los ribosomas, son necesarias para la traducción, en tanto que otras desempeñan algún papel en la regulación de la expresión de los genes, para lo cual se fijan a los ácidos nucleicos.

6. Son hormonas, las cuales regulan las actividades bioquímicas en las células o tejidos, que son su blanco; otras proteínas sirven como receptores de las hormonas.

7. Las inmunoglobulinas, una de las clases de proteínas dentro del sistema inmunológico de los vertebrados, defienden al organismo contra las infecciones bacterianas y víricas.

8. Las proteínas ejecutan prácticamente todas las actividades de la célula, son las moléculas encargadas de que las cosas ocurran. Se estima que una célula típica de un mamífero puede tener hasta 10,000 proteínas diferentes en diversas disposiciones y funciones.

(Melo et. al., 2006.)

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13. Salud

El nitrógeno en la Salud puede afectar al hombre de dos maneras, cuando no se ingieren las cantidades necesarias de proteínas este produce Desnutrición que consiste en la falta de nutrientes dentro de la dieta de individuos. Y la segunda los Efectos del Nitrógeno Ambiental sobre la Salud ya que el nitrógeno en sus diversas formas puede tener efectos nocivos sobre la salud humana.

13.1. Ingesta Diaria Recomendada (IDR)

Ambas proteínas animales y vegetales están conformadas por 20 aminoácidos comunes. La proporción de estos aminoácidos varía según las características de cada proteínas, pero todos los alimentos a base de proteínas – excepto la gelatina – contienen un poco de cada una. El nitrógeno dentro de los aminoácidos representa 16 % del peso de la proteína. Los aminoácidos son requeridos para la síntesis de proteínas en el cuerpo y otros compuestos importante a base de nitrógeno, como la creatina, hormonas peptídicas, y algunos neurotransmisores.

Las proteínas y otros compuestos nitrogenados son degradados y resintetizados continuamente. Muchas veces más proteínas son formadas diariamente dentro del cuerpo que las que se consumen diariamente, lo que indica que la reutilización de aminoácidos es una característica importante de la economía del metabolismo de las proteínas. Este proceso de recaptura no es completamente eficiente, y algunos aminoácidos son perdidos por catabolismo oxidativo. Los productos metabólicos de los aminoácidos (urea, creatinina, acido úrico, y otros productos nitrogenados) son secretados en la orina; el nitrógeno también se pierde por las heces, sudor, y otros secreciones corporales, y en la descamación de piel, cabello y uñas. Un suministro continuo de aminoácidos en la dieta es necesario para remplazar las perdidas, incluso cuando el crecimiento ha cesado.

Los aminoácidos consumidos en exceso de las cantidades necesarias para la síntesis de componentes nitrogenados del tejido no son almacenados, sino, degradados; este nitrógeno es eliminado por la urea, y los cetoácidos que permanecen luego de la eliminación de los grupos amino son utilizados como fuentes de energía o transformados a carbohidratos o grasa.

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Nueve aminoácidos no son sintetizados por los mamíferos por lo cual son esenciales en la dieta o son nutrientes indispensables. Estos aminoácidos son los acidos-histidina, isoleucina, leucina, lisina, metionina, fenilalanina, treonina, triptófano y valina. A estos aminoácidos se les conoce comúnmente como aminoácidos esenciales. A continuación se anexan una serie de tablas sobre Ingesta Diaria Recomendada de Aminoácidos (Tabla 14), Proteínas (Tabla 15) y una tabla comparativa de los requerimientos diarias con fuentes de proteína de alta calidad (Tabla 16). (Havel et. al., 1989)

En las Tablas 17, 18, 19 y 20 se pueden observar las Comparativas de Requerimientos Diarios de Aminoácidos Esenciales por diferentes grupos de edad y una estimación de la ingesta mínima de diferentes tipos de alimentos que deben ingerirse para poder cumplir con estos requerimientos. Con el fin de enfatizar la producción y consumo del amaranto a comparación de otros productos.

Tabla 14 - Estimaciones de Requerimientos de Aminoácidos

Requerimientos, mg/kg por día, por grupo de edad

Aminoácido Infantes, Edad 3-4 meses

Niños, Edad ~2 años

Niños, Edad 10-12 años Adultos

Histidina 28 ? ? ? Isoleucina 70 31 28 10 Leucina 161 73 42 14 Lisina 103 64 44 12 Metionina más Cistina 58 27 22 13

Fenilalanina más Tirosina 125 69 22 14

Treonina 87 37 28 7 Triptofano 17 12.5 3.3 3.5 Valina 93 38 25 10 Total sin Histidina 714 352 214 84

FOOD AND NUTRITION BOARD SUBCOMITTE ON THE TENTH EDITION OF THE RDAS, 1989

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Tabla 15 - Ingestas Diarias Recomendadas de Proteína

Ingestión Diaria de

Proteína Referenciala

Ingestión Diaria Recomendada

Categoría

Edad (años) o Condición

Peso (kg) (g/kg) (g/día) (g/kg) (g/d)

Ambos Sexos

0-0.5 6 2.20 2.2 13 0.5-1 9 1.56 1.6 14 1-3 13 1.14 1.2 16 4-6 20 1.03 1.1 24 7-10 28 1.00 1.0 28

Hombres

11-14 45 0.98 0.9 45 15-18 66 0.86 0.8 59 19-24 72 0.75 0.8 58 25-50 79 0.75 0.8 63 51 + 77 0.75 1.0 63

Mujeres

11-14 46 0.94 0.8 46 15-18 55 0.81 0.8 44 19-24 58 0.75 0.8 46 25-50 63 0.75 0.8 50 51 + 65 0.75 50

Embarazo

1° Trimestre + 1.3 + 10 2° Trimestre + 6.1 + 10 3° Trimestre + 10.7 + 10

Lactancia

1 año 6 meses + 14.7 + 15

2 años 6 meses + 11.8 + 12


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Tabla 16 - Patrones de Requerimiento de aminoácidos comparados con la composición de proteínas de alta calidad en la Dieta Estadounidense

Patrón de requerimiento de Aminoácidos por Grupos de Edad. mg/g de proteína

Composición Reportada, mg/g de proteína

Bebés Niños Dieta Estadounidense por grupo de Edad

Aminoácidos 3-4

meses ~2 años 10-12 años Adultos

Leche Human

a

Huevo de Pollo

Leche de Vaca Res 1-3

años

Todas las

Edades Histidina 16 19 19 11 26 22 27 34 Isoleucina 40 28 28 13 46 54 47 48 54 52 Leucina 93 66 44 19 93 86 95 81 80 77 Lisina 60 58 44 16 66 70 78 89 70 68 Metionina más Cistina 33 25 22 17 42 57 33 40 35 35

Fenilalanina más Tirosina

72 63 22 19 72 93 102 80 81 78

Treonina 50 34 28 9 43 47 44 46 40 39 Triptofano 10 11 (9)d 5 17 17 14 12 12 12 Valina 54 35 25 13 55 66 64 50 50 51 Total sin Histidina 412 320 222 111 434 490 477 445 429 415


En las siguientes tablas vienen anexados el contenido de aminoácidos esenciales de diversos alimentos: carne de res, la leche de vaca, huevo de gallina, la semilla de soja y el amaranto.

Todo esto con el fin de determinar la ingesta mínima que debe existir de cada uno de estos alimentos para conseguir el aporte de aminoácidos esenciales necesarios para no caer dentro de la desnutrición.

Se tomaron en cuenta índices de digestibilidad para calcular la ingesta mínima diaria de cada alimento.

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Tabla 17 - Comparativa de Requerimientos Diarios de Aminoácidos Esenciales para Infantes de 3 a 4 meses de Edad Requerimientos, mg/kg

por día, por grupo de edad

Porciones en gramos que debe consumir una persona para satisfacer los requerimientos diarios (g/día)

Aminoácido

Infante de 3 a 4 meses, 6.4 kg

Carne de Res Leche de Vaca Pasteurizada Huevo de Gallina Semilla de Soja

Amaranto (Amaranthus

Hybridus) mg/100

gr Porción

gr mg/100

gr Porción

gr mg/100

gr Porción

gr mg/100

gr Porción

gr mg/100

gr Porción

gr Histidina 179.2 603 29.71 118 151.86 301 59.53 158 113.41 451 39.73 Isoleucina 448 852 52.58 219 204.56 778 57.58 284 157.74 695 64.46 Leucina 1030.4 1435 71.80 430 239.62 1091 94.44 486 212.01 1030 100.03 Lisina 659.2 1573 41.90 248 265.80 863 76.38 399 165.21 970 67.95 Metionina más Cisteína 371.2 704 52.72 111 334.41 717 51.77 162 229.13 569 65.23

Fenilalanina más Tirosina 800 1415 56.53 457 175.05 1224 65.35 505 158.41 1364 58.65

Treonina 556.8 812 68.57 153 363.92 634 87.82 246 226.34 676 82.36 Triptofano 108.8 198 54.94 50 217.6 184 59.13 80 136 160 68 Valina 595.2 886 67.17 255 233.41 847 70.27 300 198.4 842 70.68

Digestibilidad % 94 95 95 90.5 87.5 Mínimo de alimento en

gramos que debe ingerirse para cumplir los

requerimientos diarios

76.1 gr 382.11 gr 99.16 gr 250.89 gr 112.53 gr

Consumo en gramos de alimentos que debe consumirse para cumplir con los requerimientos diarios de aminoácidos esenciales

(g/día)

Peso Carne de Res Leche de Vaca Pasteurizada Huevo de Gallina Semilla de Soja


Hybridus) 8.45 kg 100.47 gr 504.5 gr 130.92 gr 331.25 gr 148.57 gr 6.4 kg 76.1 gr 382.11 gr 99.16 gr 250.89 gr 112.53 gr 4.8 kg 57.07 gr 286.58 gr 74.37 gr 188.16 gr 84.39 gr

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Tabla 18 - Comparativa de Requerimientos Diarios de Aminoácidos Esenciales para Niños de 2 años de Edad Requerimientos, mg/kg



Aminoácido

Niños, Edad 2 años

14.69 kg



Hybridus) mg/100

gr Porción

gr mg/100

gr Porción

gr mg/100

gr Porción

gr mg/100

gr Porción

gr mg/100

gr Porción

gr Histidina ? - - - - - - - - - - Isoleucina 455.39 852 53.44 219 207.94 778 58.53 284 160.34 695 65.52 Leucina 1072.37 1435 74.72 430 249.38 1091 98.29 486 220.65 1030 104.11 Lisina 940.16 1573 59.76 248 379.09 863 108.94 399 235.62 970 96.92 Metionina más Cisteína 396.63 704 56.33 111 357.32 717 55.31 162 244.83 569 69.7

Fenilalanina más Tirosina 1013.61 1415 71.63 457 221.79 1224 82.81 505 200.71 1364 74.31

Treonina 543.53 812 66.93 153 355.24 634 85.73 246 220.94 676 80.40 Triptofano 183.62 198 92.73 50 367.24 184 99.79 80 229.52 160 114.76 Valina 558.22 886 63 255 218.9 847 65.91 300 186.07 842 66.29




98.29 gr 398.04 gr 114.38 gr 258 gr 129.1 gr


(g/día)



Hybridus) 14.69 kg 98.29 gr 398.04 gr 114.38 gr 258 gr 129.1 gr 13.67 kg 91.46 gr 370. 4 gr 106.43 gr 240.08 gr 120.13 gr 12.90 kg 86.31 gr 349.53 gr 100.44 gr 226.56 gr 113.36 gr

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Tabla 19 - Comparativa de Requerimientos Diarios de Aminoácidos Esenciales para Niños de 10 a 12 años Requerimientos, mg/kg



Aminoácido

Niños, Edad 10-12 años 38 kg



Hybridus) mg/100

gr Porción

gr mg/100

gr Porción

gr mg/100

gr Porción

gr mg/100

gr Porción

gr mg/100

gr Porción

gr Histidina ? - - - - - - - - - - Isoleucina 1178 852 138.26 219 537.89 778 151.41 284 414.78 695 169.49 Leucina 2774 1435 193.31 430 645.11 1091 254.26 486 570.78 1030 269.32 Lisina 2432 1573 154.6 248 980.64 863 281.8 399 609.52 970 250.72 Metionina más Cisteína 1026 704 145.73 111 924.32 717 143.09 162 633.33 569 180.31


Treonina 1406 812 173.15 153 918.95 634 221.76 246 571.54 676 207.98

Triptofano 475 198 239.89 50 950 184 258.15 80 593.75 160 296.87 Valina 1444 886 162.97 255 566.27 847 170.48 300 481.33 842 171.49




254.28 gr 1029.67 gr 295.89 gr 693.49 gr 333.97 gr


(g/día)



Hybridus) 38 kg 254.28 gr 1029.67 gr 295.89 gr 693.49 gr 333.97 gr 35 kg 234.20 gr 948.38 gr 272.53 gr 638.74 gr 307.6 gr 32 kg 214.13 gr 867.09 gr 249.17 gr 583.99 gr 281.23 gr

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Tabla 20 - Comparativa de Requerimientos Diarios de Aminoácidos Esenciales para Adultos Requerimientos, mg/kg



Aminoácido Adulto de 80

kg



Hybridus) mg/100

gr Porción

gr mg/100

gr Porción

gr mg/100

gr Porción

gr mg/100

gr Porción

gr mg/100

gr Porción

gr Histidina 960 603 159.20 118 813.55 301 318.93 158 607.59 451 212.86 Isoleucina 800 852 93.89 219 365.29 778 102.82 284 281.69 695 115.10 Leucina 1120 1435 78.04 430 260.46 1091 102.65 486 230.45 1030 108.73 Lisina 960 1573 61.02 248 387.09 863 111.23 399 240.60 970 98.96 Metionina más Cisteína 1040 704 147.72 111 936.93 717 145.04 162 641.97 569 182.77


Treonina 560 812 68.96 153 366.01 634 88.32 246 227.64 676 82.84 Triptofano 280 198 141.41 50 560 184 152.17 80 350 160 175 Valina 800 886 90.29 255 313.72 847 94.45 300 266.66 842 95.01




168.75 gr 983.77 gr 334.87 gr 702.95 gr 239.46 gr


(g/día)



Hybridus) 80 kg 168.75 gr 983.77 gr 334.87 gr 702.95 gr 239.46 gr 60 kg 126.56 gr 737.82 gr 251.15 gr 527.21 gr 179.59 gr 40 kg 84.37 gr 491.88 gr 167.43 gr 351.47 gr 119.73 gr

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Fuente

WHO (World Health Organization), 1985

Fomon, S. 1974.

Pineda et al., 1981

Nakagawa et al., (1964).

FAO, 1973

FAO, 1970

Pinto et. al., 2004

Cahill et. al., 1944

Tomarelli et. al., 1962

Pisarikova et. al., 2005

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13.2. Digestibilidad

El contenido de aminoácidos podría conllevar a la sobreestimación de la capacidad de algunas proteínas para cumplir con los requerimientos fisiológicos a excepción de que la digestibilidad sea tomada en cuenta. Cuando el contenido de aminoácidos es multiplicado por la digestibilidad, se convierte en análoga a la determinación biológica utilización neta de proteínas (UNP). LA UNP es el producto de valor biológico (comparable al contenido de aminoácidos) y la digestibilidad verdadera de las proteínas. Las diferencias en la digestión resultan de diferencias intrínsecas en la naturaleza de la proteína en los alimentos y en la naturaleza de la pared celular, desde la presencia de otros factores dietéticos que pudieran modificar la digestión (ej. Fibra dietética, polifenoles como taninos e inhibidores enzimáticos=, y a partir de reacciones química (ej. La unión de los grupos amino de la lisina), los cuales pueden afectar la liberación de aminoácidos por parte del proceso enzimático. Existe muy poca información sobre la digestibilidad de aminoácidos específicos en alimentos proteicos, y las diferencias no son capturadas en las mediciones de la digestibilidad de las proteínas en general. A pesar de que se conocen las diferencias entre los patrones de aminoácidos en las proteínas de los alimentos, la materia fecal y la sangre actualmente no es posible proporcionar detalles más específicos de ajustes de digestibilidad en globales. (Havel et. al., 1989)

13.3. Consumo Excesivo de Proteínas

Como el sistema para la disposición de Nitrógeno excesivo es eficiente, se cree que la entrada de proteínas en concentraciones moderadamente mayores a las requeridas son seguras. Breener et. al. (1982) postuló que el consumo excesivo de proteínas acelera los procesos que conducen a una esclerosis glomerular renal, el cual es un fenómeno muy común a causa de la vejez, ya que existen estudios en animales que apoyan estos efectos a largo plazo. La eliminación de calcio a partir de la orina aumenta con una ingesta excesiva y constante de fosforo. Si la ingesta de fosforo aumenta junto con la de las proteínas, el efecto de la proteína es minimizado (Hegsted, et. al., 1981; Schuette and Linswiler, 1982). Se ha sugerido, pero no demostrado, que una ingesta habitualmente excesiva de proteínas puede contribuir a la osteoporosis. Aunque esto parezca improbable basado en evidencia actual. Aunque no existan evidencias sobre que estos niveles excesivos de consumo

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de proteínas son tóxicos, se ha considerado prudente no tener un consumo dos veces mayor de la IDR para las proteínas (Havel et. al., 1989)

13.4. Desnutrición

Una dieta rica en proteínas es esencial para una dieta saludable para todos los organismos heterótrofos. Como ya se ha mencionado anteriormente sin proteínas simplemente no hay vida. Por lo cual una deficiencia en la ingesta diaria necesaria de proteínas conlleva a problemas de desnutrición.

Existen dos tipos de desnutrición, la primaria y la secundaria, la primera consiste cuando uno tres componentes estructurales faltan en la dieta. Por otro lado, en la desnutrición secundaria o condicional, el suministro de elementos nutritivos es adecuado y la desnutrición es consecuencia de una absorción inadecuada de nutrientes. La falta de proteínas en la dieta se le conoce como Desnutrición Proteicocalorica.

Desnutrición Proteicocalorica

La DPC grave es una enfermedad desastrosa, a menudo mortal. Se manifiesta mediante distintos síndromes clínicos, todos ellos caracterizados por un aporte dietético de calorías y proteínas insuficiente para satisfacer las necesidades del organismo. Los dos extremos del espectro se denominan marasmo y kwashiorkor. Al considerar estos cuadros, es importante recordar que, desde el punto de vista funcional, existen dos compartimientos proteicos en el cuerpo; el de las proteínas somáticas, representado por los músculos esqueléticos, y el de las proteínas viscerales, constituidos por las reservas proteicas en las vísceras, fundamentalmente el hígado. Estos dos compartimientos se regulan de manera distinta y, como veremos, el compartimiento somático se afecta con mayor gravedad en el marasmo, mientras que el visceral se agota de una forma más completa en el kwashiorkor. Antes de analizar las manifestaciones clínicas del marasmo y el kwashiorkor, cabe hacer unos comentarios acerca de la valoración clínica de la desnutrición y de algunas de sus características metabólicas generales.

Las víctimas más habituales de la DPC en todo el mundo son los niños: se considera desnutrido a todo niño cuyo peso sea menor del 80% del considerado como normal. Cuando el peso es inferior al 60& del peso normal para el sexo, la talla y la edad, se admite que el niño tiene marasmo. Estos niños sufren un retraso del crecimiento y una pérdida de masa muscular. Esta última se debe al catabolismo y al agotamiento del compartimiento proteico

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somático. Parece que esta pérdida es una respuesta adaptiva mediante la cual se suministran aminoácidos al organismo para que los utilice como fuente de energía. Es interesante saber que el compartimiento proteico visceral, que se supone mucho más precioso y decisivo para la supervivencia, solo se consume de forma parcial, por lo que la concentración sérica de albúmina es normal o solo desciende ligeramente. Además de las proteínas musculares, la grasa subcutánea también se moviliza para aprovecharse como fuente de energía. Con estas pérdidas de musculo y grasa subcutánea, las extremidades están emaciadas y, en comparación, la cabeza parece demasiado grande para el cuerpo. Se observan anemia y manifestaciones de carencias multivitaminicas y hay signos de deficiencia inmunitaria, sobre todo de la inmunidad celular T. Esto hace que las infecciones sean habituales y supongan una carga adicional para un organismo ya de por si debilitado.

El kwashiorkor aparece cuando la privación de proteínas es comparativamente mayor que la de calorías totales. Este es una forma de desnutrición más grave que el marasmo. A diferencia de este, la notable pérdida proteica se asocia a una disminución grave del compartimiento proteico visceral y la hipoalbuminemia resultante origina un edema generalizado o en las partes declives. El peso de los niños con kwashiorkor grave se encuentra en general entre el 60 y 80 % de su valor normal. Sin embargo, la verdadera pérdida de peso queda enmascarada por la creciente retención de liquido (edema). Otra diferencia con el marasmo es el respecto relativa de la grasa subcutánea y la masa muscular. La modesta pérdida de estos compartimientos también puede estar enmascarada por el edema. Los niños con kwashiorkor presentan lesiones cutáneas características, con zonas alternas de hiperpigmentacion, áreas de descamación e hipopigmentación que recuerda a la pintura descascarillada. Las alteraciones del cabello consisten en una pérdida total de color o bandas alternas de cabello pálido y oscuro, pelo lacio, de textura fina y débilmente implantado en el cuero cabelludo. Otras características que permiten diferencia el kwashiorkor del marasmo son la esteatosis hepática (consecuencia de la disminución de la síntesis de proteínas transportadoras) y una tendencia a presentar apatía, falta de atención y pérdida de apetito. Igual que en el marasmo, es muy probable que existan otras carencias vitamínicas, así como defectos inmunitarios e infecciones secundarias. Estas últimas contribuyen al estado catabólico, estableciendo así un círculo vicioso. Debe subrayarse que el marasmo y el kwashiorkor son dos extremos de un mismo espectro, pero que la superposición entre ambos es considerable. (Kumar, 2006)

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14. Efectos del Nitrógeno Ambiental sobre la Salud

La presencia de concentraciones dañinas de compuestos de nitrógeno es un peligro potencial a la sociedad, especialmente cuando estos contaminan aguas de consumo humano. Este es un asunto de preocupación y está poniendo en peligro la vida de personas dentro de las comunidades. Debe existir concientización y un control en la aplicación de fertilizantes excesivos que puedan filtrarse por el suelo y llegar a fuentes de uso humano. Al igual que una eliminación adecuada del nitrógeno provenientes de aguas de emisiones urbanas e industriales.

14.1. Óxidos Nitrosos

Estos tienen efectos nocivos sobre la respiración y el sistema respiratorio. Se ha demostrado que exposiciones prolongadas a dióxido de nitrógeno (NO2) pueden disminuir los niveles de la función pulmonar y aumentar el riesgo de padecer síntomas respiratorios, especialmente en personas asmáticas y en niños, más vulnerables al tener una frecuencia respiratoria mayor que los adultos.

Los óxidos nitrosos pueden provenir de fuentes naturales y antropogénicas. Las naturales se generan en pequeñas cantidades y se difunden por toda la atmósfera sin generar problemas para la salud humana. El óxido nítrico es el que se emite más de forma natural, pero rápidamente se transforma en dióxido de nitrógeno que es la forma predominante en la atmósfera.

En cambio por actividades antropogénicas su fuente es la combustión de combustibles fósiles como petróleo, carbón o gas natural. Por ello son característicos de áreas urbanas y industriales. De hecho, les emisiones más importantes corresponden a los vehículos (la combustión de gasoil produce 40 veces más óxidos de nitrógeno que la de gasolina) y a las centrales térmicas. También contribuyen las incineradoras, las refinerías, las fábricas de vidrio y las cementeras. Las calderas de gas natural también lo pueden generar. Están en ambientes cerrados procedentes del aire exterior o, en mayor proporción, producidos por el humo del tabaco o por aparatos de gas domésticos.

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En determinadas condiciones ambientales tienen un efecto indirecto importante sobre la salud humana, ya que contribuyen a formar partículas de origen fotoquímico. Hay estudios que indican que estas partículas, sobre todo las más finas, pueden provocar enfermedades respiratorias y cardiovasculares. Los episodios de contaminación fotoquímica (coma el smog) pueden provocar efectos inmediatos sobre el aparato respiratorio de muchas persones sensibles. (Consejo Sanitario de Barcelona: Agencia de Salud Pública, 2009)

14.2. Nitratos y Nitritos

La presencia natural de nitratos y nitritos en el ambiente se debe al ciclo del nitrógeno, por lo que cualquier alteración antropogénica de este ciclo modificara las concentraciones normales de nitratos y nitritos en el ambiente. Entre estas alteraciones son especialmente importantes la fijación industrial de nitrógeno y la emisión de grandes cantidades de óxidos de nitrógeno en las zonas urbanas, los cuales se transformaran eventualmente en nitratos. (Agency for Toxic Substances & Disease Registry, 1991)

Recientemente se ha manifestado una cierta preocupación acerca del aumento de los niveles de ion nitrato en el agua de consumo, particularmente en aguas de pozo de zonas rurales; el origen principal de este NO3 es la escorrentía hacia los ríos y cursos de agua de las tierras agrícolas. Inicialmente, los residuos oxidados de animales (estiércol) y el nitrato de amonio no absorbido, así como otros fertilizantes a base de nitrógeno, se pensaron que eran los principales culpables del problema. No obstante, en la actualidad se sabe que el cultivo intensivo de la tierra, incluso sin la aplicación de fertilizantes o estiércol, facilita la oxidación del nitrógeno reducido a nitrato en materia orgánica descompuesta en el suelo, por medio de la aireación y de la humedad. (Baird, 2001)

Un exceso de ion nitrato en el agua de consumo es un peligro potencial para la salud, puesto que puede dar lugar a methemoglobinemia en bebes recién nacidos así como también en adultos con deficiencia enzimática. El proceso patológico procede del modo que, brevemente se indica a continuación.

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Las bacterias, por ejemplo en biberones no esterilizados o en el estomago del bebe, reducen parte del nitrato a nitrito:

NO3 + 2H+ + 2 e- ------> NO2 + H2O-

ION NITRATO ION NITRITO

En la Figura 15 se puede ver la formación de la Methemoglobina producto de la combinación del nitrito con la hemoglobina en la sangre, la cual dificulta la absorción adecuada del oxigeno y su transferencia las células. Los bebes que sufren de este padecimiento adquieren una coloración azul y sufre de fallo respiratorio. (En casi todos los adultos, la hemoglobina oxidada es rápidamente reducida a su forma que contiene oxigeno, mientras que el nitrito es fácilmente oxidado a nitrato; de igual forma, el nitrato es absorbido, principalmente, en el tubo digestivo de los adultos antes d que ocurra la reducción del nitrato a nitrito.) Actualmente, esta incidencia de la methemoglobinemia, o del “síndrome del bebe azul”, es rara en los países industriales, pero todavía es un problema en países en desarrollo. (Baird, 2001)

Figura 15 – Formación de Methemoglobina

Fuente: García, R. , García M. y Cañas, P. (1994)

Por otro lado, el nitrato administrado correctamente y en pequeñas cantidades es benéfico para la salud. Los nitratos se utilizan para tratar el dolor de pecho relacionado con la angina de pecho y para aliviar los síntomas de

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la insuficiencia cardíaca congestiva (ICC). Esto se debe, a que los nitratos son vasodilatadores. Los vasodilatadores ensanchan (dilatan) los vasos sanguíneos, lo cual mejora el flujo sanguíneo y permite un mayor suministro de sangre rica en oxígeno al músculo cardíaco. Los nitratos además relajan las venas. Si regresa al corazón una menor cantidad de sangre proveniente de los brazos y las piernas, se reduce el esfuerzo del corazón. (Texas Heart Institute at St. Luke’s Episcopal Hospital. 2009)

14.3. Nitrosaminas

Hoy en día tenemos conocimiento de que los compuestos N-nitroso, grupo dentro del cual se encuentran las N-nitrosaminas, nitratos y nitritos se consideran de los más potentes carcinógenos y están estrechamente relacionados con el cáncer de esófago en muchos animales y, dado que el ser humano metaboliza a las N-nitrosaminas de manera similar que los animales, no es incorrecto asumir que también somos susceptibles a vernos afectados por estos compuestos. (Márquez, 2007)

Existe una gran cantidad de alimentos que pueden contener estos compuestos o sus precursores, tales como las espinacas, o que por sus métodos de preservación pueden adquirirlos, tales como el pescado y la carne, ya que se pueden utilizar nitritos y nitratos para garantizar su conservación. Las sales de nitrato pueden reaccionar con ciertas aminas en la comida, dando así como resultado N-nitrosaminas, por lo que los productores que buscan preservar sus alimentos con nitritos de sodio, deben hoy en día asegurarse que no se formarán grandes cantidades de N-nitrosaminas. (Márquez, 2007)

Actualmente se han hecho múltiples estudios para detectar los compuestos N-nitroso en los alimentos, esto con el fin de encontrar la mejor forma de eliminar la mayor cantidad posible de éstos de los alimentos, en especial de los métodos de preservación. (Márquez, 2007)

Algunos científicos temen que un exceso de ion nitrato en el agua de bebida y en los alimentos pueden conducir a un incremento en la incidencia de cáncer de estomago en los seres humanos, ya que una parte se convierte en el estomago en ion nitrito. El problema es que los nitritos podrían reaccionar después con aminas para producir N-nitrosaminas, que son compuestos que se sabe que son cancerígenos en animales. Las N-nitrosaminas son aminas en cuyas moléculas el átomo central de nitrógeno esta unido a dos grupos orgánicos y una unidad –N-O:

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En particular, el compuestos en el que R es un grupo metilo, CH3, no solo preocupa su producción en el estomago y su presencia en alimentos y bebidas (por ej., quesos, tocino frito, carne o pescado curado o fumado y cerveza), sino también como contaminante ambiental en el agua de bebida. Este compuesto se denomina N-nitrosodimetilamina, o abreviadamente NDMA:

Este líquido orgánico es algo soluble en agua (alrededor de 4 gramos por litro) y algo soluble en líquidos orgánicos. Es un probable cancerígeno y, además, potente, si las extrapolaciones de los estudios realizados sobre animales son una guía razonable. Puede transferir un grupo metilo al nitrógeno o al oxigeno de la base del ADN y , por tanto, altera el código de instrucciones para la síntesis de proteínas en la célula. (Baird, 2001)

15. Consumo Drogas-Salud

La definición de droga propuesta por la Organización Mundial de la Salud (OMS) se refiere a todas las sustancias psicoactivas como: "…cualquier sustancia que, al interior de un organismo viviente, puede modificar su percepción, estado de ánimo, cognición, conducta o funciones motoras". Esto incluye el alcohol, el tabaco y los solventes y excluye las sustancias medicinales sin efectos psicoactivos.

Las convenciones de la Organización de las Naciones Unidas (ONU) para el control de drogas no establecen una distinción entre drogas legales o ilegales; sólo señalan el uso como lícito o ilícito. Pero en general se emplea el término droga ilegal o ilícita al hablar de aquellas que están bajo un control

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internacional, que pueden o no tener un uso médico legítimo, pero que son producidas, traficadas y/o consumidas fuera del marco legal.

El alcohol y el tabaco, en estas organizaciones internacionales, son generalmente mencionados como sustancias más que drogas, debido a que no están sujetas al control político internacional, con lo que se trata de pasar por alto que, además de sus fuertes propiedades adictivas, son las que causan mayores daños a la salud individual y pública en prácticamente todo el mundo. Por otra parte, en algunas poblaciones las drogas médicas usadas fuera de un adecuado control terapéutico son la principal causa de abuso y adicción; los solventes volátiles, aunque no están dentro del mencionado control internacional, son frecuentemente usados con fines de intoxicación por niños en muchos países, como en México.

Las drogas son consumidas para aliviar el dolor, para el tratamiento de una enfermedad, para cambiar el estado de ánimo, para una búsqueda o abandono de la identidad, como un escape, para olvidar o para explorar estados de conciencia y sensaciones. La OMS habla de abuso de drogas cuando se presenta un uso persistente o esporádico excesivo de las drogas fuera de una práctica médica aceptable. Como esto fue considerado como muy ambiguo, se comenzó a remplazar el término abuso con el de uso dañino, que incluye: "un patrón de uso de sustancias psicoactivas que causa daño a la salud (…) física o mental". Sin embargo, dentro del contexto del control internacional de drogas, la OMS utiliza el término abuso para ser consistente con los términos utilizados por las Convenciones, que emplean indistintamente los términos abuso, uso inadecuado o uso ilícito. (Tapia, R. 1998)

Cuando el consumo de la sustancia se hace cada vez más regular, con el fin de experimentar sus efectos psíquicos y a veces para evitar el malestar producido por su privación, estamos hablando de drogodependencia.

• Dependencia psíquica - es la compulsión a tomar una sustancia determinada para obtener la vivencia de efectos agradables y placenteros o evitar malestar.

• Dependencia física - es un estado de adaptación del organismo producido por la administración repetida de una sustancia. Se manifiesta por la aparición de trastornos físicos, más o menos intensos cuando se interrumpe la administración de la misma.

• Abuso de drogas - se produce cuando hay un consumo en grandes cantidades y circunstancias que se desvían de las pautas sociales o médicas aceptadas en la cultura determinada.

• Síndrome de abstinencia - es lo que se produce tras haber una dependencia física y psíquica, en el momento en que falta la droga, aparecen todo un conjunto de signos y síntomas de carácter físico y psíquico, cuya intensidad y curso temporal van a depender del tipo de

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droga y otros factores como frecuencia, cantidad y antigüedad del consumo.

• Síndrome de querencia - son los síntomas psicológicos que aparecen antes de que el síndrome de abstinencia y después de que desaparezcan los efectos de la última toma de droga, consisten en la vivencia de angustia generalizada, intensa necesidad de la toma de la droga con el consecuente desarrollo de una conducta de búsqueda.

• Tolerancia - es un estado de adaptación caracterizado por la disminución de la respuesta a la misma cantidad de droga, o por la necesidad de una dosis mayor para provocar y sentir el mismo efecto.

• Tolerancia - cruzada es el fenómeno por el que al tomar una droga aparece tolerancia no solamente a otra del mismo tipo, sino incluso a drogas totalmente diferentes. El uso previo de una droga puede potenciar los efectos sobre el organismo de otros tipos de droga.

• Intoxicación aguda - se produce cuando se toma una cantidad de droga que el cuerpo no es capaz de eliminar o transformar la sustancia.

• Sobredosis - es la intoxicación aguda grave que aparece cuando se supera el límite de toxicidad en el organismo. Va en función de la dosis de droga tomada, su composición (si es más o menos pura), si está adulterada y las variables corporales individuales como el peso, metabolismo y tolerancia.

• Politoxicomanía o policonsumo - se produce cuando el sujeto se administra una variada gama de sustancias con el objetivo explícito de mantener alteradas sus funciones mentales. En muchos casos existe una droga principal que sustenta la dependencia, y unas drogas secundarias que la complementan o la sustituyen en situaciones de no disponibilidad. Actualmente es raro encontrar un consumidor de una sola droga.

• Patrones de conducta se entiende a las sustancias que toma el drogodependiente y además su vía de administración, frecuencia, contexto relacional en que se produce el consumo, soporte social y cultural, etc.

Características de la drogodependencia:

• Un deseo incontenible de consumir la droga y obtenerla por cualquier medio.

• Una tendencia a aumentar la dosis por la tolerancia del organismo hacia la misma. Se necesitan dosis más altas para obtener la misma sensación.

• La aparición de un síndrome de abstinencia en caso de interrupción súbita en el consumo.

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Proceso de drogodependencia:

1. Consumo experimental: son ensayos que realiza la persona fundados en la curiosidad hacia las drogas, sin intención explícita de repetir el consumo.

2. Consumo ocasional: la persona conoce la droga y sus efectos y escoge los momentos y escenarios más propicios para sentir dichos efectos. El consumo todavía es espaciado y poco frecuente.

3. Consumo regular: consumo habitual con continuidad. Posición activa frente al consumo.

4. Dependencia: necesidad del consumo, es algo prioritario e imperioso en su vida.

15.1. Clasificación Drogas

Depresoras del sistema nervioso: disminuyen la actividad del sistema nervioso central.

• Opiáceos: opio, morfina, heroína, metadona. • Bebidas alcohólicas: vino, cerveza, ginebra, etc. • Hipnóticos y sedantes: somníferos y tranquilizantes.

Estimulantes del sistema nervioso: aumentan la actividad del sistema nervioso central.

• Mayores: anfetaminas, cocaína. • Menores: café, té, cacao, tabaco (nicotina).

Las que alteran la percepción: modifican el nivel de conciencia y diferentes sensaciones (visuales, auditivas, etc.).

• Alucinógenos: LSD, mescalina. • Cannabis: marihuana, hachis. • Drogas de diseño: extasis, eva, etc. • Inhalantes: disolventes, pegamentos, etc.

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15.2. Farmacodependencia

Según la Asociación Americana de Psiquiatría (1995), la dependencia de sustancias es el patrón desadaptativo del consumo de la sustancia que conlleva un deterioro o malestar clínicamente significativos, expresado por tres (o más) de los ítems siguientes en algún momento de un período continuado de 12 meses:

Dependencia de sustancias

1. Tolerancia, definida por: a) necesidad de aumentar la dosis; o b) disminución del efecto con el consumo continuado de la misma cantidad de sustancia.

2. Abstinencia, definida por; a) el síndrome de abstinencia característico para la sustancia; o b) se consume la misma sustancias (o una muy parecida) para aliviar o evitar los síntomas de abstinencia.

3. La sustancia se consume en mayor cantidad o en un período mayor del que la persona pretendía.

4. Se desea persistentemente o se intenta en una o más ocasiones abandonar o controlar el consumo de la sustancia.

5. Se emplea mucho tiempo en actividades necesarias para obtener la sustancia (por ejemplo, robo), consumirla o recuperarse de sus efectos.

6. Reducción considerable o abandono de actividades sociales, laborales o recreativas a causa del consumo de la sustancia.

7. Se continúa consumiendo la droga a pesar de ser consciente de tener un problema social, psicológico o físico, persistente o recurrente, provocado o estimulado por el consumo de la sustancia.

Abuso de sustancias:

1. Consumo recurrente de sustancias, que da lugar al incumplimiento de obligaciones en el trabajo, la escuela o en casa.

2. Consumo recurrente de la sustancia en situaciones en las que hacerlo es físicamente peligroso (por ejemplo, conducir un automóvil o manejar maquinaria).

3. Problemas legales repetidos relacionados con la sustancia. 4. Consumo continuado de la sustancia, a pesar de tener problemas

sociales continuos o problemas interpersonales causados o exacerbados por los efectos de la sustancia.

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Criterios de consumo adictivo

1. Washton y Boundy (1991) proponen cuatro criterios para distinguir cuando el consumo de una droga u otra adicción (juego, compras, trabajo, sexo) se convierte en adictivo.

2. Obsesión. Necesidad irresistible e intensos deseos de consumir la droga. El consumidor adicto está obsesionado por conseguir y consumir la droga. Esto es prioritario ante cualquier otra actividad.

3. Pérdida de control. Incapacidad para autolimitarse o controlar el consumo. El adicto puede detener su uso temporalmente, pero cree que es imposible no volver a consumir la droga, incluso con esfuerzos máximos de autocontrol y de fuerza de voluntad.

4. Consecuencias negativas. Consumo continuado a pesar de las consecuencias como problemas económicos, familiares, laborales, orgánicos y psicopatológicos.

5. Negación. Se niega que el consumo de drogas sea un problema. No advierte la gravedad de los efectos negativos, niega que exista un problema y se enfada o se pone a la defensiva si alguien le indica que su consumo está fuera de control.

(American Psychiatric Association. 1995)

15.3. Tratamiento

Desintoxicación física

La desintoxicación física pueda practicarse ambulatoriamente o en una unidad de desintoxicación hospitalaria. El objeto de la desintoxicación es permitir al adicto superar el síndrome de abstinencia de la forma más segura, cómoda y exitosa posible. Aproximadamente esta desintoxicación dura entre dos y tres semanas. Si se practica en régimen ambulatorio se recurre a la matadona o a una combinación de derivados opiáceos, tranquilizantes e hipnóticos. La desintoxicación hospitalaria frente a la ambulatoria presenta las ventajas de permitir controlar la medicación administrada, observar los síntomas de abstinencia por un equipo especializado y poder realizar pruebas de laboratorio.

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Programas de ayuda psicológica

Todos los centros que ofrecen programas de ayuda pueden utilizarse antes, durante o después del tratamiento de desintoxicación física. Se trata de centros abiertos donde los adictos encuentran profesionales especializados, y también otras ayudas como comida, bebida, duchas atención médica básica y, en algunos, jeringas y preservativos.

Durante el tratamiento se puede recurrir a los centros de día y a los de actividades en los que se procura una ocupación terapéutica al adicto para estabilizar su abstinencia. En ellos se ofertan: soporte psicológico individual y grupal, actividades culturales, deportivas y artísticas. Se utilizan como soporte del tratamiento libre de drogas y de los programas de mantenimiento de metadona. Después del tratamiento pueden utilizarse programas de reinserción laboral, deportiva y judicial.

(Escocthado, 1995)

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DISCUSIÓN

DISCUSIÓN

DISCUSIÓN

El Ciclo Biogeoquímico del Nitrógeno tiene su origen desde su fuente más vasta que es la atmósfera, los procesos de fijación de nitrógeno son varios pero el propósito es el mismo. Se toma el N2 atmosférico ya sea por fijación biológica, síntesis química vía fertilizantes o su fijación por condiciones abióticas generadas por las descargas eléctricas, pero este tarde o temprano es transformado en diversas formas inorgánicas para hacerlo biodisponible. El nitrógeno es el segundo factor limitante después del agua dentro de la producción del suelo por lo cual su presencia es indispensable.

Las proteínas vegetales son la fuente principal proteica para los seres vivos y sin ellas la vida no sería posible he aquí la importancia primordial al asegurar su sustentabilidad, si el suelo no posee una fuente rica en nitrógeno podría ser menor la cantidad de producción de alimentos o incluso menor la calidad. Lo cual pone en peligro a la salud de la población con problemas como desnutrición y hambruna.

Los Factores Ambientales son el motivo por el cual el ciclo existe y se lleva a cabo, el cambio climático es el término que se le denomina a la serie de factores ambientales de carácter brusco y fuera de lo ordinario que impactan la vida del ser humano. Pero estos en ningún motivo alteran al ciclo de manera irreversible ya que las condiciones para la transformación de formas de nitrógeno han sido estudiadas y son conocidas, por lo cual no existe relevancia alguna en enfocarse en los factores como la fuente de alteración del ciclo. Debemos enfocarnos en el verdadero problema, es el hombre y las actividades antropogénicas los que lo alteran y ponen en peligro su sustentabilidad.

A lo largo la formación académica del alumno este posee una idea vaga del funcionamiento y la importancia del Ciclo Biogeoquímico del Nitrógeno. Uno es capaz de conocer su origen, sus transformaciones y sus posibles efectos pero es raro aquel que conozca la importancia de la preservación del Ciclo al punto de que si este no es Sustentable podría impactar desde una población local hasta un país en materia de ambiente, economía y salud.

Es probable que las personas que consulten este trabajo piensen que esta información sea repetitiva y ya se encuentra contenida dentro de los libros de textos de diversos niveles, y en efecto, si existe dicha información registrada, pero se encuentra rezagada y vaga para la comprensión del lector.

Además de comprender descriptivamente información sobre el descubrimiento del nitrógeno, su naturaleza química y su ciclo a través del aire, suelo y agua.

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DISCUSIÓN

En este trabajo se han añadido puntos de vistas Sustentables que realzan la importancia de su preservación y control.

El nitrógeno puede impactar la economía, un ejemplo es su presencia indispensable en la producción del suelo para la generación de alimentos, el cultivo de alcaloides dentro de la industria del tabaco, el café, la medicina e incluso el mismo narcotráfico. Dentro de materia de salud la presencia el nitrógeno es indispensable en el suelo para la producción de alimentos de calidad ricos en proteínas que se ven reflejados en la disminución de hambruna y de desnutrición de la población, también si el nitrógeno añadido para la producción del suelo es realizado artificialmente por la adición de fertilizantes existe la necesidad de un control en sus usos para evitar la contaminación excesiva de diversas formas de nitrógeno que pudieran contaminar diferentes medios y repercutir dentro de la salud humana. Esto a fin de cuentas se convierte en un asunto de preocupación ambiental debido a que estas formas de nitrógeno al igual de que son indispensables pueden ser perjudiciales en la salud, por lo cual cabe recalcar la importancia de su conocimiento para el control del ciclo en sí.

Dentro del presente trabajo se presentaron tablas comparativas de requerimientos diarios de aminoácidos esenciales, donde se comparan el requerimiento diario mínimo de dichos aminoácidos con el contenido que poseen diversos alimentos entre ellos la carne de res, la leche de vaca, el huevo, la soja y el amaranto. Donde la carne de res y el amaranto poseen cantidades no muy distantes que demuestran que el amaranto es viable y más sustentable que la carne. La producción de carne trae consigo muchas consecuencias dañan al ambiente para satisfacer una necesidad que se podría considerar un lujo, en cambio, el amaranto es un cultivo tan sencillo de producir con poca demanda de agua que lo convierte en un alimento sustentable que genera ahorros económicos, ambientales y soluciona problemas sociales de desnutrición y salud.

La comunidad académica debe percatarse de cómo influye este ciclo en nuestras vidas y realzar su estudio e importancia con el fin de preservar este recurso que se pierde por la explotación excesiva del suelo, además de su regulación para evitar efectos perjudiciales e irreversibles dentro de materia de economía, ambiente y salud.

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DISCUSIÓN

Figura 16 – Sustentabilidad del Nitrógeno

1. Desarrollo Social y Económico Ambiente

El desarrollo social y económico propicia la adición excesiva de fertilizantes con el fin de aumentar la producción agrícola, lamentablemente estas adiciones son hechas de maneras excesivas y sin seguir la metodología indicado lo cual produce una contaminación excesiva de formas de nitrógeno en el suelo que consecuentemente son transformados a nitritos y nitratos que pasan a través de la lixiviación del suelo y llegan a aguas subterráneas y contaminan fuentes de agua potable de consumo humano.

2. Ambiente Desarrollo Social y Económico

Al llevar a cabo una agricultura inteligente y no depender tanto de los fertilizantes no daña el medio ambiente. Esto puede producir ahorros económicos si se recurre a una agricultura orgánica o a una aplicación adecuada de fertilizantes. El objetivo es, si se van a usar los fertilizantes, que se adicionen adecuadamente para no aumentar los costos ya que no necesariamente mas fertilizantes se traduce como una mayor producción. Al contrario mas fertilizantes equivale a una mayor contaminación y la eficiencia y aprovechamiento es mucho menor que una adición adecuada.

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DISCUSIÓN

3. Salud Ambiente

En el aspecto salud-ambiente. Hace falta un control sobre la generación de residuos que pudieran dañar al medio ambiente. Por ejemplo en residuos de alimentación que son recolectados, su degradación va regulada por su relación C/N.

En cambio en residuos generados en hospitales para preservar la salud vienen regulados por la NOM-087-ECOL-1995 Que establece los requisitos para la separación, envasado, almacenamiento, recolección, transporte, tratamiento y disposición final de los residuos peligrosos biológico-infecciosos que se generan en establecimientos que presten atención médica. También la generación de residuos en la prevención de la salud son asunto de importancia ya que a fin de cuentas su reintegración en la naturaleza de estos desechos y los organismos infectos contagiosos vienen ligados con la relación Carbono/Nitrógeno.

4. Ambiente Salud

El exceso de formas perjudiciales de nitrógeno en el ambiente trae consecuencias graves a la salud, debe existir un uso adecuado de compuestos de nitrógeno que pudieran contaminar diferentes medio en los ecosistemas además de que deben existir estrategias de prevención y técnicas de remoción para poder preservar la salud.

5. Desarrollo Social y Económico Salud

Un desarrollo social y económico en el conocimiento y producción de alimentos de alta calidad proteica como el amaranto que además de producir ahorros económicos en consumo de agua y ser menos dañino como otras actividades de producción de alimentos como la carne, se ve reflejado positivamente en la salud y economía de la población, el objetivo es producir un alimento económico y con un alto valor nutricional.

6. Salud Desarrollo Social y Económico

Mientras exista un control sobre el uso de formas de nitrógeno estos se ve reflejado en un ahorro económico dentro del sector de salud. Existiría una disminución en la gente que se enferma y requiera de tratamientos médicos a causa de enfermedades generadas por todos los contaminantes de nitrógeno que pudieran contaminar el medio por donde nos movemos y los alimentos y agua que consumimos.

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CONCLUSIÓNES

CONCLUSIÓNES

- El nitrógeno se encuentra en todos los ambientes excepto uno, el geológico donde lo encuentras solo como sal de nitrato.

- La presencia del nitrógeno en todos los ambientes y su importancia en la generación de proteínas que son necesarias para las formas de vida en cada uno de ellos le da un sentido al conocimiento del ciclo biogeoquímico para entender y manejar los recursos naturales en bien de la sustentabilidad. Esto quiere decir que el nitrógeno atmosférico, inerte por naturaleza es fijado por bacterias al suelo al hacerlo así, transforma su composición química y gracias a esto las plantas superiores lo pueden usar como metabolito secundario y generar asi la cadena trófica. La transformación de nitrógeno atmosférico, amonio, nitrito, nitrato y proteínas da la estructura básica para que junto con el carbono, oxigeno e hidrogeno forme las biomoléculas.

- La relación entre desarrollo y ambiente dada por la producción de alimento indica que, la producción de carne a comparación con las proteínas vegetales tiende a ser no sustentable.

- El consumo de amaranto es una opción en materia de salud para combatir la desnutrición, y debido a la gran diferencia en gastos de producción de carne a comparación del amaranto, este demuestra ser muchísimo más sustentable en la preservación de diferentes recursos tal como la preservación de los ecosistemas y un consumo bajo de agua.

- La agricultura orgánica demuestra mantener un balance de nitrógeno en el suelo totalmente superior al de la agricultura tradicional según estudios sustentables de balance de nutrientes en cafetales bajo diferentes sistemas de manejo en la Unión Majomut, lo cual hace la agricultura orgánica sustentable.

- Se requiere ser más estrictos en los métodos de adición de dosis optimas de fertilizantes a base de nitrógeno debido a información proporcionada por la FIRA (Fideicomisos Instituidos en Relación con la Agricultura) que demuestra una eficiencia muy baja en su aprovechamiento y enfatiza el desperdició en su aplicación.

- Un uso y aplicación inteligente de fertilizantes reduciría problemas de contaminación de suelos con exceso de nitratos, el cual influiría directamente en la disminución de la contaminación de fuentes de agua de consumo de agua generadas a causa de la lixiviación.

- El hombre es el factor principal que influye en la alteración del Ciclo Biogeoquímico del Nitrógeno, los factores ambientales no son amenaza alguna en la alteración del ciclo.

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CONCLUSIÓNES

- La Sustentabilidad del Nitrógeno es indispensable debido a que además del agua y el oxígeno es el elemento más importante para el metabolismo de las plantas, animales y seres humanos, ya que este elemento es esencial para la síntesis de aminoácidos y proteínas.

8. La Sustentabilidad del Nitrógeno es indispensable debido a que es el segundo factor limitante en la producción del suelo después del agua.

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BIBLIOGRAFÍA

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Ciclo biogeoquímico del nitrógeno orientado a la sustentabilidad