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Investigar en ríos. Los nutrientes en un ecosistema en movimiento

Los ríos reciben materiales procedentes de los bosques, campos o ciudades. De manera natural, estos materiales nutren los ríos pero, en exceso, los pueden contaminar. Investigadores del Centro de Estudios Avanzados de Blanes (CSIC) utilizan una metodología innovadora que permite seguir las rutas de los nutrientes en los ríos y conocer el impacto de la actividad humana.

 

Río La TorderaDesde que nacen hasta que mueren en el mar, los ríos pueden recorrer centenares o miles de kilómetros, en los que reciben materiales procedentes de la cuenca que drenan. Estos materiales son transportados aguas abajo y, en forma de nutrientes orgánicos o inorgánicos, pueden ser utilizados por los organismos o transformados por procesos químicos naturales. Cuando las entradas de materiales llegan en exceso, esta depuración natural deja de funcionar de manera eficiente.

El Grupo de Investigación de Biogeodinámica y Biodiversidad del Centro de Estudios Avanzados de Blanes (CSIC) estudia los procesos biológicos, geológicos y químicos de los ríos con una nueva metodología que utiliza isótopos estables como marcadores y ha permitido seguir con mucha precisión las rutas del nitrógeno en los ríos, y examinar cómo varían en función del tipo de usos en la cuenca. Un mayor conocimiento del impacto de la contaminación por nitrógeno en el funcionamiento de los ríos ayudará a gestionar mejor los ecosistemas fluviales y de ribera.

Un ecosistema en movimiento

El continuo movimiento de las aguas del río llevó a un conocido filósofo a afirmar que ninguna persona se bañaría dos veces en el mismo río. Sin intención de entrar en cuestiones de tipo filosófico, lo que está claro es que el incesante movimiento de las aguas convierte el río en un ecosistema peculiar y altamente dinámico, dónde viven y se relacionan diferentes comunidades de seres vivos (bacterias, hongos, algas, invertebrados, etc.) con entradas y salidas de materiales, que varían en función del tramo y de la época del año.

"En los ríos, el ciclo del nitrógeno se 'cierra' aguas abajo; más bien habría que visionarlo como una espiral"

La suerte de los materiales, normalmente en forma de nutrientes orgánicos o inorgánicos, una vez llegan al río, depende de varios factores que tienen que ver con el relieve geológico, el régimen hídrico, el lugar, la cantidad o el clima. Es posible que, a una determinada altura del río, unos organismos, pongamos por caso, las algas que viven en el cauce del río, capturen los nutrientes que necesitan, los cuales quedan retenidos temporalmente. Estos nutrientes pueden ser liberados aguas abajo por la ingesta de pequeños invertebrados o por senescencia de las algas e, incluso, en algunos casos, los nutrientes pueden ser eliminados completamente. De manera natural, los procesos biológicos y químicos que transforman los nutrientes actúan como una especie de sistema de autodepuración, que le permite al río asimilar y transformar las entradas de el exterior.

Desde hace años, el equipo de Eugènia Martí del Grupo de Investigación de Biogeodinámica y Biodiversidad del Centro de Estudios Avanzados de Blanes (CSIC), junto con investigadores del Departamento de Ecología de la Universidad de Barcelona, estudia estos procesos biogeoquímicos en los ecosistemas acuáticos. Actualmente está aplicando una metodología innovadora que utiliza isótopos estables -en combinación con otros marcadores hidrológicos y metabólicos- que permite seguir y cuantificar las diferentes vías de captación y transformación del nitrógeno en ríos.

Trazar el ciclo del nitrógeno

El nitrógeno es imprescindible para formar las proteínas de los seres vivos y, aunque es el elemento más abundante de la atmósfera (79%), la mayor parte de organismos no lo pueden captar directamente. Es gracias a una serie de procesos, que forman parte del ciclo del nitrógeno, que el nitrógeno molecular de la atmósfera pasa a formas que los organismos pueden utilizar.

En el río, la entrada de nitrógeno se da en forma de materia orgánica o inorgánica, particulada o disuelta. Una vez allí, este nutriente sufre una serie de transformaciones a medida que va siendo transportado aguas abajo. Por eso, en el caso de los ríos, más que pensar en el ciclo del nitrógeno, haría falta visionar este ciclo en forma de una espiral.

"La eliminación de nitrógeno hacia la atmósfera puede ser una vía clave para reducir su exceso en los ríos"

El nitrato (NO3) es la principal forma disuelta de nitrógeno inorgánico y también la forma con la que algunos organismos asimilan el nitrógeno. Los investigadores del Centro de Estudios Avanzados de Blanes (CSIC) y de la Universidad de Barcelona estudian la manera cómo el nitrato es retenido temporalmente por los organismos, transformado en productos de excreción, devuelto al agua y cómo también puede ser eliminado, en forma de nitrógeno molecular, hacia la atmósfera (desnitrificación).

Para superar las limitaciones que suponen los habituales experimentos de enriquecimiento de nutrientes y los de incubación, los investigadores han apostado por el uso de isótopos estables del nitrógeno (15N) como marcadores del NO3, los cuales permiten cuantificar varios procesos simultáneamente a escala de tramo en el río mismo. El trabajo se ha centrado en investigar las rutas del nitrógeno en tres tramos diferentes de la cuenca del río Tordera en función del uso del suelo adyacente a los ríos: forestal, agrícola y urbano. Se ha visto que, en estos ecosistemas, el ciclo de nitrógeno se produce de manera muy rápida y que hay grandes diferencias en la captación de NO3, regeneración, transformación y exportación, según el tramo.

Una de las principales constataciones es que en los tramos humanizados (urbano y agrícola) hay una actividad considerable de eliminación del nitrógeno hacia la atmósfera (desnitrificación). Esto podría indicar que, en ambientes altamente humanizados, esta vía de eliminación de nitrógeno puede constituir un mecanismo clave a la hora de reducir el exceso de este elemento procedente de la agricultura y la actividad urbana, y que también podría contrarrestar la menor eficiencia de asimilación por parte de los organismos debido a las condiciones de saturación.

Investigación y gestión

La investigación con isótopos estables que realiza el equipo de Eugènia Martí en el Centro de Estudios Avanzados de Blanes (CSIC), por el momento centrada en el ciclo del nitrógeno, puede trasladarse al estudio biogeoquímico de otros elementos que tienen relevancia en los ecosistemas fluviales. En conjunto, la realización de mayor investigación en esta dirección permitirá obtener un conocimiento más completo del funcionamiento de los ríos y, también, del impacto de la actividad humana. En otro orden de las cosas, esta investigación cada vez más incluye aspectos que evalúan las consecuencias de un cambio climático del que los ecosistemas acuáticos no pueden escapar.

Aparte de permitir conocer mejor los ríos, esta investigación sirve para evidenciar, una vez más, que los ríos son algo más que el agua que llevan. Son ecosistemas que están formados por comunidades de organismos vivos que dependen del caudal de agua, de las entradas y salidas de nutrientes, de la geología, etc. Se espera que un mayor conocimiento biogeoquímico de los ríos facilitará una mejor gestión de los ecosistemas fluviales.

Laura Valls
Unidad de Cultura Científica

Perfil del grupo

Eugènia Martí. Científica titular del CSIC en el Centro de Estudios Avanzados de BlanesEugènia Martí Se doctoró en 1995 en el Departamento de Ecología de la Universidad de Barcelona y posteriormente hizo una estancia investigadora de casi tres años en el Laboratorio Stream en el Departamento de Biología de la Universidad State de Arizona (Arizona, EE.UU.). Desde 1999 ha estado trabajando en el CEAB (CSIC) en colaboración con el grupo de ecología fluvial.

Su investigación se centra principalmente en la biogeoquímica y los procesos hidrológicos en los ecosistemas de río, así como sobre las interacciones entre las corrientes y las zonas de ribera. Está familiarizada con el uso de técnicas convencionales y de isótopos estables. Aunque su investigación inicial se centró principalmente en los ríos prístinos (fundamentalmente de las zonas semiàrides y áridas), en los últimos años ha dirigido su trabajo en los ríos con cierto impacto de la actividad humana.

Enlaces externos:

Centro de Estudios Avanzados de Blanes (CSIC)

Departamenot de Ecología de la Universdadt de Barcelona

Consultar la publicación de esta investigación en Biogeosciences