¿Cómo influyen el uso del suelo y el contexto biogeoclimático en la desnitrificación bacteriana en los arroyos de cabecera?

En este texto, presentamos los resultados preliminares del proyecto FPU de Lucía Cabello Alemán, que se centra en determinar tanto las condiciones ambientales como las comunidades bacterianas responsables de la desnitrificación completa en los ecosistemas acuáticos. En el marco de esta tesis doctoral, este trabajo aborda uno de los mayores retos medioambientales del siglo XXI: la contaminación por nitratos y la alteración del ciclo global del nitrógeno, un límite planetario que ya se ha sobrepasado. El uso intensivo de fertilizantes desde la Revolución Verde ha provocado un exceso de nitrógeno en el medio ambiente, especialmente en los ecosistemas acuáticos. Este exceso de nitrógeno provoca eutrofización, pérdida de biodiversidad y emisiones de óxido nitroso (N₂O), un gas con un potencial de calentamiento global 265 veces superior al del CO₂ y uno de los principales responsables del deterioro de la capa de ozono. La desnitrificación bacteriana, la conversión del nitrato en gas nitrógeno (N₂) inocuo para el ambiente, es un mecanismo natural esencial para eliminar el exceso de nitrógeno y devolverlo a la atmósfera. Sin embargo, este proceso suele ser incompleto, liberando en su lugar el gas intermediario óxido nitroso (N₂O). Debido al número limitado de estudios sobre la dinámica del N₂O, comprender sus controles ambientales y biológicos es fundamental para diseñar estrategias de mitigación eficaces.

En este contexto, estudiamos cómo el uso del suelo y las condiciones biogeoclimáticas influyen en la desnitrificación y las emisiones de N₂O en los arroyos de cabecera, es decir, pequeños cursos de agua que se originan en las partes altas de las cuencas hidrográficas y concentran gran parte del procesamiento del nitrógeno a escala paisajística. Analizamos arroyos distribuidos en tres regiones biogeoclimáticas de la Península Ibérica, la Cordillera Cantábrica, las tierras bajas mediterráneas y las altas montañas mediterráneas (Sierra Nevada), que abarcan cuencas hidrográficas con usos naturales, plantaciones forestales, agrícolas y urbanos. Combinamos análisis fisicoquímicos del agua y de los sedimentos con técnicas de biología molecular para medir la abundancia de genes bacterianos clave implicados en la desnitrificación (narG, nirS y nosZ). Estos genes sirven como marcadores moleculares del potencial de producción y consumo de N₂O. Nuestros hallazgos revelan que el uso del suelo desempeña un papel importante en la configuración de la desnitrificación bacteriana, y que algunos tipos de cuencas hidrográficas (como las urbanas, seguidas de las agrícolas) presentan un mayor riesgo de emisiones de N₂O. Además, factores ambientales locales como el potencial redox (una medida de la facilidad con la que una molécula puede ganar o perder electrones), la temperatura y la relación carbono:nitrógeno (que indica el ritmo de descomposición) influyen considerablemente en la actividad microbiana y en la eficiencia general de la desnitrificación.

En general, esta investigación destaca cómo tanto el uso del suelo como el contexto biogeoclimático determinan el ciclo del nitrógeno en los ecosistemas acuáticos. Comprender estos procesos es esencial para orientar la gestión de las cuencas hidrográficas y la restauración de ríos y humedales, lo que contribuye a la mitigación del cambio climático y a la protección de la calidad del agua en un escenario de intensificación agrícola en el contexto del cambio global actual.



Texto escrito por Lucía Cabello Alemán y editado Clara Ruiz, Félix Picazo y Néstor Arandia-Gorostidi.