Ciclos biogeoquimicos

Agricultura intensiva, alteración de ciclos
biogeoquímicos y cambio global
Desarrollo rural y espacios protegidos
Luis Lassaletta Coto
Departamento de Ecología. Facultad de Biología.
Universidad Complutense de Madrid

II Jornadas Técnicas de Ciencias Ambientales. Madrid, 10 a 19 de noviembre de 2004
Luis Lassaletta trabaja actualmente la línea de investigación “Contaminación y sistemas
acuáticos” del Departamento de Ecología de la Universidad Complutense de Madrid. Está
finalizando su tesis doctoral en temas relacionados con los flujos de nutrientes en cuencas
agrícolas bajo la dirección de Esperanza Martínez-Conde y Jose Vicente Rovira. Ha trabajado en
proyectos relacionados con nutrientes, ríos y actividad humana desde la perspectiva de cuenca
hidrográfica, participando en congresos y publicaciones. También, está colaborando con el
departamento de Paleontología de la misma universidad en trabajos de palinología y
paleoclimatología.

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Agricultura intensiva, alteración de ciclos
biogeoquímicos y cambio global
Luis Lassaletta. Departamento de Ecología. Facultad de Biología. Universidad Complutense
de Madrid. José Antonio Nováis s/n 28040. Madrid. España.
E-mail: lassalet@bio.ucm.es
RESUMEN
A lo largo del siglo XX el modelo de agricultura tradicional ha sido sustituido progresivamente por
un modelo industrial cuyo objetivo es el incremento de la productividad de los cultivos. Este
cambio de modelo se potenció notablemente a partir de los años 60 durante un proceso conocido
como La Revolución Verde. Este nuevo modelo productivo se basa en una intensificación de las
labores y en un aumento de la aplicación de insumos (agua, fertilizantes y pesticidas) y su
desarrollo va paralelo al de la industria agroquímica. Aunque el objetivo de aumento de la
producción se ha cumplido con creces, la viabilidad económica es en muchos casos dudosa, los
problemas sociales son amplios y las consecuencias medioambientales son muchas tanto a escala
local, regional como global. Una consecuencia de especial gravedad es la alteración del ciclo del
agua, carbono, nitrógeno y fósforo. El objetivo de este trabajo es analizar las causas y
consecuencias de la alteración de estos ciclos, haciendo hincapié en su relación con el cambio
global y en concreto con el calentamiento global.
1. INTRODUCCIÓN
La aparición de la agricultura hace 10 000 años supuso, sin duda, el principal cambio que condujo
a la especie humana a su afirmación como especie dominante del planeta (Pineda, 2003). Esta
actividad es la mayor generadora de cambio de usos del territorio y paisaje a nivel planetario.
Dicha transformación supone una nueva situación en la que la energía interna se canaliza a través
de unas pocas especies, con el objetivo de lograr unas condiciones favorables para su producción
óptima (Gomez-Sal, 1993). Todo ecosistema se organizará en función de estos objetivos hablando
en este caso de agroecosistemas.
Por otra partea, durante las últimas dos décadas, la comunidad científica ha puesto de manifiesto
la existencia de un gran cambio a nivel planetario que está alterando en gran medida la estructura
y función de la Tierra como sistema (Ecosfera). Este cambio, generado por nuestra alta tasa de
crecimiento asociada a una intensa utilización de los recursos naturales, es conocido como cambio
global. Las consecuencias son una pérdida de la diversidad biológica y un cambio climático global.
Los principales componentes del cambio global son: incremento de la concentración de dióxido de
carbono en la atmósfera, alteración del ciclo biogeoquímico del nitrógeno, cambio de usos del
territorio, diseminación de moléculas orgánicas de síntesis por los ecosistemas, alteración de ciclos
biogeoquímicos de otros compuestos e invasión de especies alóctonas (Vitousek et al., 1997a).
La agricultura ha sufrido un cambio de modelo paulatino a lo largo del siglo XX (Lassaletta y
Riveros, 2004), con unas consecuencias ambientales relacionadas directamente con el cambio
global.
El objetivo de este trabajo es analizar brevemente este cambio de modelo agrícola, estudiando la
alteración de los ciclos del agua, carbono, nitrógeno y fósforo, además de establecer relaciones, si
las hubiera, entre esta alteración y el calentamiento global.

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2. EL CAMBIO DE MODELO AGRÍCOLA
En la segunda mitad del siglo XX se ha producido un cambio de modelo agrícola, pasándose de un
modelo tradicional basado en la imitación o mantenimiento de los procesos ecológicos (Pineda,
2001), fundamentado en la autosuficiencia, diversidad de productos y obtención de rendimientos a
largo plazo (Schmitz et al., 1994), a un modelo industrial basado en la aplicación de insumos y
regido por los intereses de la industria agroalimentaria, fluctuaciones de mercado, organizaciones
internacionales de comercio y políticas agrarias nacionales o multinacionales (Shiva, 2003).
Este proceso de transformación, que comenzó en los años 60 con la transferencia y diseminación
de semillas altamente productivas, fue bautizado como “La Revolución Verde” (Nayler, 1996). Poco
a poco se fueron incorporando nuevas técnicas y compuestos, lo que convirtió el proceso de
producción agrícola en una mera aplicación de productos y labores proporcionados y
recomendados por las industrias agroquímicas. Este modelo hiperproduccionista fue patrocinado
por las políticas agrarias. En Europa, la primera Política Agraria Común (PAC) apareció en 1957. Su
objetivo era aumentar la producción, asegurar el abastecimiento y controlar los precios. En 1994 la
agricultura fue incluida en los tratados de libre comercio (Bermejo, 2003) incrementándose así la
liberalización de este sector y su desvinculación de las necesidades alimentarias locales.
España se incorporó a la PAC en 1986. Las consecuencias han sido la intensificación de los
terrenos más fértiles y el abandono progresivo de las áreas marginales y los terrenos menos
productivos (Varela-Ortega y Sumpsi, 2002). Tanto el abandono (González-Bernáldez, 1992) como
la intensificación tienen consecuencias sociales, económicas y ambientales. Muchos agricultores
han abandonado el campo. Debido al enorme incremento de la productividad propiciado por la
PAC, el precio de muchos productos se ha estancado desde hace años. El agricultor, para
mantener su nivel de vida, se verá obligado a aumentar más aún la productividad o a comprar
nuevas tierras, quedando atrapado en un bucle que sólo puede ser mantenido a duras penas con
las subvenciones. Este fenómeno se conoce como la crisis de la rentabilidad. Las consecuencias
ambientales de la intensificación agrícola se pueden valorar a diversas escalas: a escala local se
incrementará la erosión, bajará la fertilidad del suelo y se reducirá la diversidad; a escala regional
se incrementará la contaminación y eutrofización de los cuerpos de agua; a escala global se
producirán afecciones en la atmósfera y el clima (Matson et al., 1997). La magnitud de esta
práctica es tal que los ciclos del agua, carbono, nitrógeno y fósforo se verán alterados a todas las
escalas.
3. ALTERACIÓN DEL CICLO DEL AGUA
Una fracción del agua que se evapora en los océanos llega a los continentes; allí, a través de las
precipitaciones, contacta con la superficie terrestre y da comienzo la fase continental del ciclo del
agua. Una vez en la tierra, el agua puede evaporarse de nuevo, infiltrarse, correr sobre el terreno
por escorrentía superficial o ser transpirada por las plantas y devuelta a la atmósfera. De la
proporción de agua que vaya por cada uno de estos caminos dependerán gran número de
procesos ecológicos y, a su vez, los ecosistemas terrestres naturales o antropizados condicionarán
también esta proporción. Además una proporción de flujos hidrológicos adecuada y propia de un
sistema más o menos saludable proporcionará al hombre un elevado número de servicios
ambientales (Costanza et al., 1997). Estas proporciones han variado mucho desde los últimos 300
años, pero fundamentalmente en los últimos 50 (L´Vovich y White, 1995).
Al sustituir grandes extensiones de vegetación natural por cultivos o al cambiar de tipo de cultivo o
modelo de explotación, variará la evapotranspiración real del sistema y, con ello, el balance hídrico
del mismo. El agua evapotranspirada lleva en su seno calor latente y, por tanto, su desplazamiento
está implicado en el balance térmico local, regional y global.
Unos terrenos agrícolas sometidos a sobreexplotación tendrán un suelo desestructurado, sin
materia orgánica y compactado, lo que puede favorecer procesos de escorrentía excesiva que
provocarán erosión y, en casos extremos, riadas e inundaciones. Por el contrario, la reducción de

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la tasa de infiltración reducirá le recarga de los acuíferos y la disponibilidad para realizar diversos
procesos ecológicos, reduciéndose en definitiva el tiempo de permanencia del agua en los
ecosistemas terrestres.
El agua de riego consume tres cuartas partes del agua dulce disponible a nivel mundial (Ambroggi,
2001). Esta agua se consigue muchas veces a costa de sobreexplotar los acuíferos, embalsar los
cauces y reducir el caudal base de los ríos, dándose casos tan extremos como los del río Colorado
y el Nilo, que llegan prácticamente agotados a su desembocadura (de Santa Olalla y de Juan,
2001); de este modo, la conexión entre los ecosistemas terrestres y marinos queda alterada.
También la sobreexplotación de acuíferos en zonas costeras puede desembocar en la intrusión de
agua salada en los acuíferos terrestres. Ya en el propio cultivo, se corre el peligro de salinizar los
suelos. Al regar continuamente un mismo suelo, una proporción de agua es evapotranspirada,
dejando en el terreno las sales que llevaba disueltas (Pillsbury, 2001). Cuanto menos eficientes
sean las técnicas de riego, más rápido será este proceso.
Por último, el agua es el principal vehículo de transporte de elementos minerales disueltos y
partículas, y condiciona la velocidad y características de procesos clave en el ciclo del carbono,
nitrógeno y fósforo (Sarmiento, 1984), por lo que la alteración del ciclo del agua supondrá la de los
ciclos de estos elementos.
3. ALTERACIÓN DEL CICLO DEL CARBONO
El dióxido de carbono (CO2) constituye el principal compuesto implicado en el aumento del efecto
invernadero en los últimos 20 años (Chivelet, 1999). El hombre, a través de sus actividades, es
responsable de la devolución a la atmósfera de un carbono que había sido retirado por la vida
hace tiempo. Fundamentalmente, este retorno a la atmósfera se debe a tres causas ordenadas
por orden de magnitud: quema de combustibles fósiles, deforestación y oxidación del carbono del
suelo (Houghton y Skole, 1995). La agricultura intensiva es una actividad que favorece las tres.
Primero, este modelo de agricultura está íntimamente ligado a la industria agroquímica y a los
mercados globales. La fabricación de agroquímicos necesita de un gasto energético, como
cualquier industria; además, no es una industria local ni regional, con lo que los productos
recorren grandes distancias hasta llegar a sus consumidores, con el gasto de combustible que eso
supone.
Por otro lado, un gran número de ecosistemas forestales está siendo sustituido por cultivos y gran
parte de su biomasa aérea o subterránea acabará oxidada pasando a CO2. Teniendo en cuenta
que la cantidad de carbono en un bosque por unidad de área es de 20 a 100 veces superior a la
de un cultivo,
comprobaremos que este cambio de usos del territorio supone una importante devolución de
carbono a la atmósfera.
Por ultimo, debemos tener en cuenta la pérdida de materia orgánica del suelo. El carbono
orgánico atrapado en los suelos puede llegar a constituir el 65% del carbono terrestre. En un gran
número de ecosistemas, el carbono del suelo supera al retenido en la vegetación (Post et al.,
1982). La agricultura intensiva no tiene en cuenta el suelo y su biología (Fuentes Yagüe, 1993). El
exceso de laboreo y la aplicación de insumos supondrá una oxidación paulatina de la materia
orgánica del suelo, devolviéndose el carbono a la atmósfera en forma de CO2. Además, un suelo
sin materia orgánica tendrá un aumento drástico de su Tasa de Erosión (Albalalejo et al., 2003) y
avanzará hacia la desertificación. Una buena gestión de la materia orgánica en los cultivos
mejorará las propiedades físicas, químicas y biológicas del suelo (Labrador et al., 1993; Lampking,
1998). La agricultura ecológica tiene entre sus objetivos mantener los suelos vivos y, para ello, se
esfuerza en trabajar correctamente con la materia orgánica. Además de su aplicación, unas
labores adecuadas pueden mejorar la capacidad de retención de la materia orgánica en el suelo
(Dalal y Mayer, 1996). Un laboreo de conservación debe ser contemplado como una de las

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opciones interesantes para estabilizar la concentración de CO2 en la atmósfera (Tamames, 2002).
Aún así, la vuelta a una agricultura intensiva puede suponer una rápida pérdida de gran parte del
carbono acumulado durante años (Stockfisch et al., 1999). Por último habrá que tener en cuenta
que el cambio climático alterará de por sí la producción de los cultivos, su capacidad de fijar el
carbono y la capacidad de almacenaje de los suelos (Hendrickson, 2003). Dichos efectos serán
variados, contrapuestos y, muchas veces, difícilmente predecibles.
4. ALTERACIÓN DEL CICLO DEL NITRÓGENO
Aunque el nitrógeno es un elemento muy abundante en el planeta, sus formas disponibles para los
seres vivos son mucho más escasas. Ya que es un elemento imprescindible para la vida, los
ecosistemas se han adaptado a gestionar esta escasez. Aparte de las rocas ígneas (fuera del
alcance de la vida), la principal reserva de nitrógeno del planeta es la atmósfera (Smil, 1995). Este
nitrógeno se encuentra en la atmósfera fundamentalmente en forma molecular (N2), con un triple
enlace muy difícil de romper. Solo algunos grupos de microorganismos de vida libre o simbiótica
son capaces de romper este enlace pasando el nitrógeno a formas reactivas (nitrógeno reactivo) y
estando disponible para las plantas. Este nitrógeno se moverá por los ecosistemas formando parte
de distintas moléculas como el amoniaco (NH3), el nitrito (NO2
-
), el nitrato (NO3
-
), óxido nitroso
(N2O), óxidos de nitrógeno (NOx) y diversas moléculas orgánicas. Todas estas moléculas tendrán
diversos efectos sobre la atmósfera y los ecosistemas terrestres y marinos siendo conocida esta
secuencia como la “Cascada de Nitrógeno” (Galloway et al., 2003).
Ya que el nitrógeno es un elemento limitante para las especies de cultivo, la posibilidad de
aplicarlo externamente supondría terminar con esta limitación. Sin embargo, hasta que el hombre
no aprendió a imitar a la naturaleza desarrollando una técnica para fijar el nitrógeno atmosférico
artificialmente (proceso de Haber-Bosch), no pudo disponer del nitrógeno libremente. En los
últimos 50 años el consumo de fertilizantes nitrogenados se ha disparado. Actualmente, el
nitrógeno fijado artificialmente supera al fijado de forma natural. Aunque la quema de
combustibles fósiles supone una entrada importante de nitrógeno en los ecosistemas, la entrada
de nitrógeno por fijación industrial la supera cuatro veces (Galloway, 1998). El ciclo del nitrógeno
queda completamente alterado y este exceso de nitrógeno reactivo tendrá múltiples
consecuencias sobre los ecosistemas: eutrofización, acidificación de suelos y lagos, pérdida de
fertilidad de suelos, aumento de las emisiones de óxido nitroso, pérdida de diversidad, alteración
de estuarios y zonas costeras (Vitousek et al., 1997b).
La agricultura representa con mucho la mayor alteración del ciclo del nitrógeno. Actualmente, más
del 60% del nitrógeno aplicado a los cultivos proviene del proceso de Haber-Bosch, siendo muy
inferiores las proporciones que entran por fijación simbiótica (leguminosas) o por estiércol (Smil,
1999). Una vez en el cultivo, una fracción de nitrógeno de entre el 10 y 40% es asimilado por las
plantas, la otra quedará en el suelo y una gran proporción de esta será exportada a la atmósfera
o a los ecosistemas adyacentes. La concentración de nitrógeno disuelto presente en las cuencas
hidrográficas se ha multiplicado por 6 desde el inicio de la era industrial (Green et al., 2004).
La desnitrificación es el proceso por el que el nitrógeno reactivo puede volver a la atmósfera en
forma de N2 cerrándose así el ciclo. Sin embargo, este proceso frecuentemente queda incompleto,
produciéndose óxido nitroso (N2O) u óxido nítrico (NO). El hombre ha aumentado
considerablemente las emisiones de N2O a la atmósfera con la aplicación de los fertilizantes
(Matson y Vitousek, 1990; Skiva y Smith 2000). Este gas es responsable de la destrucción del
ozono estratosférico y además es un potente gas invernadero implicado en el calentamiento
global. El óxido nítrico (también emitido por los combustible fósiles) será responsable de la
formación de ozono troposférico y de lluvia ácida (Matson et al., 1998) Una fracción del nitrógeno
aplicado cultivo se volatilizará en forma de amoniaco (Schlesinger y Hartley, 1992), generándose
posteriores problemas de lluvia ácida.

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Otra posibilidad es que el nitrógeno sea exportado llegando a los ríos y otras masas de agua
superficiales y subterráneas. La entrada de nitrógeno y fósforo de la agricultura es una de las
principales causas de alteración de la calidad de agua de los ríos (Vanni et al., 2001), existiendo
una relación directa entre el nitrógeno aplicado y el exportado a los ríos (Van Breemen et al.,
2002). El nitrato es un compuesto muy soluble y es rápidamente exportado (Prakasa Rao y
Puttanna, 2000). El incremento de nitrato en las aguas causará problemas de eutrofización y
pérdida de potabilidad.
Para reducir esta entrada excesiva de nitrógeno, Galloway et al. (2002) sugieren que será
necesario: reducir el proceso de Haber, aumentar la eficiencia de asimilación de nitrógeno en el
cultivo y restaurar ecosistemas que favorezcan la desnitrificación. El reto se debería centrar en
gran medida en los cultivos de cereal (trigo, arroz y maíz), ya que suponen el 60% del aporte de
calorías de la dieta humana (Cassman et al., 2002). Aunque la alteración del ciclo del nitrógeno
ocurre a gran escala, se puede hacer mucho a nivel de políticas regionales, nacionales y
multinacionales (Mosier et al., 2001). La aplicación de técnicas agroecológicas que promuevan un
uso más eficiente del nitrógeno y un recirculación optima de los nutrientes en el agrosistema, es
una alternativa importante y necesaria. Pese a todo, se ha sobrepasado la capacidad de alimentar
a toda la población mundial sin contar con el proceso de Haber-Bosch (Crews y Peoples, 2004).
Aunque esto puede ser cierto a nivel mundial, en cada país las soluciones serán particulares,
pudiéndose mejorar notablemente. Por otra parte los ecosistemas ribereños jugarán un papel muy
importante como filtro entre los cultivos y los ríos (Lowarence et al., 1984), por lo que será muy
importante, por este y otros motivos, realizar un esfuerzo de restauración de estos ecosistemas,
actualmente muy degradados.
5. ALTERACIÓN DEL CICLO DEL FÓSFORO
El fósforo es un elemento que, pese a ser escaso en la biosfera, juega un papel fundamental en la
química de la vida y es absolutamente imprescindible para que esta se pueda desarrollar. La
diferencia básica entre el ciclo del fósforo y los otros tres ciclos incluidos en este artículo es que
aquel no tiene componente gaseoso significativo. Al carecer el ciclo de una fase atmosférica, su
perturbación solo se podrá corregir a tiempo geológico. Las principales reservas de fósforo de la
tierra son las rocas apatitas (ígneas) y las fosforitas (sedimentarias) (Smil, 2002). A una escala de
civilización humana (103
años), el fósforo parece llevar solo un camino unidireccional, desde los
continentes a los océanos. Este camino consiste en una meteorización de las rocas, erosión, y
escorrentía hacia el océano, donde quedará atrapado en los sedimentos oceánicos (Smil, 2000).
En este camino, una fracción quedará atrapada en los sedimentos fluviales o en las turberas
durante un tiempo variable. El ciclo se cerrará geológicamente en decenas o centenas de millones
de años. Aún así, hay tres posibilidades de que parte del fósforo que ha llegado al océano vuelva
a los ecosistemas continentales más rápidamente: a través de los peces anádromos (salmón o
trucha) con migraciones entre el mar y los ríos; a través de las heces de aves que se alimentan en
el mar y regresan a tierra; a través de la pesca.
Ya que el fósforo es un elemento limitante para la vida, lo será para el desarrollo de los cultivos;
así, este elemento es aplicado como fertilizante de forma habitual. Actualmente, casi todos los
fertilizantes fosforados proceden de las rocas fosforitas (Doménech, 2000). Este fósforo se
obtiene mediante actividades mineras y posteriormente es tratado industrialmente. También se
recolectan los excrementos de las aves pescadora (guano) depositados en algunos acantilados. Al
igual que ocurría con el nitrógeno, solo una parte del fósforo aplicado será asimilado por el
cultivo. Otra fracción muy importante permanece en el terreno (Caraco, 1995). De este modo,
desde 1950, momento a partir del cual se empezaron a utilizar los fertilizantes fosforados
masivamente (Steen, 1998), grandes cantidades se han acumulado en los campos de cultivo
(Carpenter et al., 1998).
Otra fracción del fósforo aplicado será exportada a los ecosistemas adyacentes. El fósforo formará
parte de distintos compuestos que precipitan con facilidad y son inmovilizados rápidamente en el
suelo, por tanto, la principal proporción de fósforo que se mueve en las cuencas hidrográfica lo

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hará en forma particulada y no disuelta (Sharpley y Smith, 1990). Así, será la escorrentía
superficial el vehículo principal del fósforo para viajar en los ecosistemas terrestres y los terrenos
potencialmente erosionables serán los más propensos a exportar fósforo. Existe una relación
directa entre el fósforo retenido en el suelo y el fósforo en el agua de escorrentía (Weld et al.,
2001). Recordemos que la alteración del ciclo del agua o la pérdida de materia orgánica del suelo
favorecía la erosión, observándose así la interacción de unos ciclos con otros.
La principal consecuencia de esta exportación de fósforo excesiva es la eutrofización de las masas
de agua continentales, como lagos, ríos o humedales. Para muchos lagos, el exceso de entradas
de fósforo es la primera causa de eutrofización (Schindler, 1977). La alteración del ciclo del
fósforo no tendrá una relación con el calentamiento global.
6. CONCLUSIONES
Como hemos visto a lo largo de este artículo, el impacto de las actividades humanas, y en
concreto de la agricultura intensiva, es de una gran magnitud a todas las escalas. Hemos de tener
en cuenta que formamos parte de un gran sistema formado por infinidad de relaciones e
interconexiones y que al alterar porciones de ese sistema estamos poniendo en peligro el
funcionamiento de todo el conjunto. El grado actual de incremento de perturbación de la Ecosfera
pone en serio peligro la supervivencia de nuestra especie en el planeta, por lo menos de la
manera que conocemos actualmente. Según Vitousek (1994) somos la primera generación con
herramientas para ver cómo el sistema Tierra está cambiando por la actividad humana y, al
mismo tiempo, la última con capacidad de afectar el curso de muchos de esos cambios.
La agricultura es una de las actividades básicas de nuestra civilización y a su vez genera grandes
perturbaciones. Es necesario y posible encontrar nuevos modelos agrícolas mucho más sostenibles
basados en la distribución local, reducción de insumos y optimización de recursos. Estos modelos
establecerán un puente entre la agricultura tradicional y el amplio volumen de conocimientos que
se está generando en la actualidad. Es necesario seguir investigando, aprendiendo, proponiendo,
exigiendo y trabajando, tanto como científicos como ciudadanos, por promover un cambio que
sea factible desde el punto de vista ambiental, económico y social. Para esto será necesario
trabajar transdisciplinarmente realizando un acercamiento a todos los enfoques y agentes
implicados. El siglo XXI será probablemente el periodo decisivo en el que se decidirá el futuro de
nuestro planeta y nuestra especie.
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