LA DEPOSICION POR NITROGENO ATMOSFERICO EN CUBA

LA DEPOSICION POR NITROGENO ATMOSFERICO EN CUBA. IMPACTOS
POTENCIALES SOBRE LA BIODIVERSIDAD Y EL MEDIO AMBIENTE
Osvaldo Cuesta-Santos, María González, Paulo Ortíz y Arnaldo Collazo
Centro de Investigaciones del Medio Ambiente Atmosférico (CIMAA) del Instituto de
Meteorología. Ministerio de Ciencia, Tecnología y Medio Ambiente. Aptdo 17032 C.P.
11700, Habana 17, Cuba. E mail: cimaa@met2.met.inf.cu
Introducción
En la actualidad muchas de las actividades antropogenicas ponen en peligro el funcionamiento y
estructura de los ecosistemas naturales y semi -–naturales debido a los efectos sobre las especies
endémicas de animales y plantas. Uno de los principales peligros es el incremento de la contaminación
atmosférica por los compuestos del nitrógeno en las ultimas décadas.
Los impactos más importantes debido al incremento de la deposición del nitrógeno sobre los sistemas
biológicos son:
• Efectos a corto plazo sobre especies individuales de los gases y aerosoles del nitrógeno.
• Acidificación de los suelos.
• Incrementos en la susceptibilidad a factores de stress secundario.
• Cambios en las relaciones entre las especies (competitividad) dando como resultado la perdida de
la biodiversidad.
Los efectos sobre los ecosistemas naturales y semi - naturales debido a la deposición de los compuestos
oxidados y reducidos de nitrógeno (N) presentes en la atmósfera se han detectado de diversas formas
en Europa (I.T.E., 1995), principalmente por el cambio de la composición de las especies, incremento
en la altura de los pastos (con declinación de la biodiversidad), desbalance nutricional y el cambio en la
flora de los suelos.
El conocimiento del ciclo atmosférico del nitrógeno tiene una gran importancia por el papel que
desempeñan los diferentes compuestos que lo conforman sobre la química y contaminación
atmosférica. Estos contaminantes tienen la capacidad de afectar la salud humana, diversos ecosistemas
terrestres y acuáticos y al clima (Galoway, 1995).
El presente trabajo aborda las características de la deposición de los principales compuestos del
nitrógeno atmosférico como son el NO2, y el nitrato y el amonio presente en los aerosoles y en la lluvia
desde 1986 hasta 1991 en varias estaciones a lo largo de la Isla de Cuba. También se aborda la
deposición y la tendencia de las concentraciones del NOx (NO2 + NO) y del NH3 en el período de
1990 al 1995 y los posibles impactos potenciales que sobre el medio ambiente pueden provocar.
Materiales y Métodos
Para elaborar el presente trabajo se tomaron los datos de las Estaciones Principales de la Red de
Control de la Contaminación Atmosférica del Centro de Investigaciones del Medio Ambiente
Atmosférico (CIMAA) del Instituto de Meteorología del Ministerio de Ciencia, Tecnología y Medio
Ambiente de Cuba, la cual se guía en lo fundamental por las metodologias recomendadas por la
Organización Meteorológica Mundial para el muestreo y análisis químico de estos compuestos a nivel
regional. De las estaciones estudiadas (Figura 1) tres tienen características rurales: La Palma, Colón y
Falla y dos tienen cierta influencia urbana: Casablanca y Santiago de Cuba.
Para el cálculo de los flujos de la deposición seca y húmeda del nitrógeno atmosférico, se procedió a la
conversión de las concentraciones expresadas en µg/m 3 de cada compuesto; y para hallar las
concentraciones en la lluvia (expresadas en mg/l) también se realizó esta conversión.
Para los flujos de deposición seca, dada las deficiencias reconocidas para los métodos de muestreo
existente se procedieron a su cálculo mediante la velocidad de deposición y las concentraciones
obtenidas del muestreo. Mientras para los flujos de la deposición húmeda se utilizan concentraciones
medias pesadas para cada año (a partir de las muestras sumarias mensuales) y la cantidad de lluvia. En
ambas los flujos de deposición se expresan en g.m-2.año-1.
Discusión de los resultados
Los valores de la deposición total (seca y húmeda) de los principales compuestos del nitrógeno en las
diversas estaciones estudiadas aparecen reflejados en la Figura 2 para el período de 1986 al 1991. Los
valores expresados en g.m-2.año-1 muestran que la estación Colón presenta los valores más altos, siendo
el amonio en la lluvia el de mayor aporte.
La potencia de las fuentes naturales emisoras de este compuesto y la gran cantidad de precipitación
producto de la ubicación geográfica de esta estación en el centro del país y ser una zona agropecuaria
justifican las elevadas concentraciones del ion amonio. La producción agropecuaria es reconocida
como la mayor fuente de amoníaco atmosférico en Europa y contribuye con la mitad de las emisiones
de NH3 a nivel global (Sommer and Hutchings, 1995). Los valores del amonio es alto también en
Casablanca, pero su fuente principal es de origen antropogenico, provocado por la influencia de la
ciudad.
En general estos valores anuales son similares a los reportados en gran parte de Europa (NN. UU.,
1991), con excepción de los centros urbanos e industriales donde la deposición en Europa es
significativamente mayor. Los valores en las estaciones estudiadas (Figura 3) oscilan desde el mínimo
de 0,48 g.m-2.año-1 registrado en Santiago de Cuba en 1990, un año muy seco en la región oriental
hasta un valor máximo de 2,91 g.m-2.año-1 en 1989 en Casablanca donde las concentraciones de nitrato
y amonio en la lluvia fueron significativamente altas. Este máximo también coincide con la marcha
creciente de la economía cubana hasta 1989 y la generación creciente de contaminantes asumida a la
industria y el transporte.
El estudio posterior de la deposición del NH3 y NO durante el período de 1990 al 1995, nos permite
valorar mejor el peso de los compuestos gaseosos del N. De acuerdo con los valores obtenidos (Figura
4), los compuestos oxidados del nitrógeno representan menos del 30% en Cuba, siendo mayor en las
estaciones con influencia antropogénica. Mientras que la deposición seca en general de los compuestos
del nitrógeno representará casi la mitad del total. Estos valores reflejan el gran peso que tiene la
deposición del amoníaco en nuestras condiciones tropicales. Además es conocido que el amoníaco a
corto plazo neutraliza la acidez de la atmósfera, pero en los últimos tiempos se ha demostrado que a
mediano y largo plazo puede producir la acidificación de los suelos y las aguas (Galoway, 1995).
La Palma entre las estaciones rurales es la que recibe la mayor contribución de nitrato vía la lluvia,
atribuyéndose al posible traslado desde las fuentes del continente a través de las especies del nitrógeno
que fungen como reservorios del mismo (Cuesta, 1995). Esta estación es representativa de los
ecosistemas boscosos del occidente de Cuba y en la actualidad recibe la mayor cantidad de depósitos
ácidos. Esta región por su tipo de suelo, clasificado como de acidez muy fuerte (pH 4,1 - 4,5), será
muy sensible a la deposición ácida, esto puede causar riesgos ecológicos nocivos sobre la
productividad de los suelos, afectando el crecimiento de los árboles en las zonas boscosas y la
productividad de algunos otros cultivos.
Las Tablas 1 y 2 muestran las ecuaciones de los elementos que presentan tendencia significativa y la
dirección de las mismas. Como puede observarse para el NO2, en las estaciones que tienen mayor
influencia antropogénica (Casablanca y Santiago de Cuba), este elemento presenta tendencia al
decrecimiento debido a la caída de la producción industrial y el transporte desde 1989. Esta influencia
también se refleja en la estación rural La Palma que es la que recibe mayor deposición de compuestos
oxidados de nitrógeno.
Tabla 1 Ecuación de tendencia significativa de los compuestos atmosféricos del Nitrógeno.
Estación
Elemento
Ecuación
La Palma
NO2
= - 0,025559t + 2,352598 *
NH4+(a)
=
0,015722t + 0,407002 **
NO3+(p)
=
- 0,012721t + 1,254504 **
NO
=
0,004598t + 0,474792 ***
NH3
=
- 0,015467t + 2,101965 ***
Casablanca
NH3
=
0,048828t + 2,698202 ***
Stgo. de Cuba
NO2
=
- 0,027176t + 3,595139 **
Colon
NO2
=
0,024635t + 1,889744 *
NO
=
0,015845t + 2,322844 ***
NH4+(a)
=
0,057033t + 3,568086 **
* 1986 - 1995 ** 1986 - 1991 *** 1990 - 1995
Tabla 2. Dirección de la tendencia de los compuestos atmosféricos del Nitrógeno.
Estaciones NO2 NO
NH3
NO3+(a)
NH4+(a) NO3+(p)
NH4+(p)
La Palma
+
+
+
+
Casablanca
+
+
+
Stgo. Cuba
•
•
+
Colón
+
+
•
+
+
Falla
+
+
•
+
+
+
Nota: (-) al decrecimiento, (+) al incremento, (•) no datos
Por otro lado, la estación rural Colón presenta tendencia significativa al aumento de las
concentraciones del NO2, también este elemento presenta la misma tendencia en Falla. Estas dos
estaciones rurales están influenciadas por la quema de la biomasa con fines de energía y es posible que
el cambio en el uso de la tierra y la aplicación de fertilizantes también influya en este incremento.
Además la dirección al incremento de las tendencias de los aerosoles de amonio es de interés en todas
las estaciones estudiadas y es significativo su incremento en las estaciones rurales La Palma y Colón,
causado principalmente por el uso del amoníaco como fertilizante en estas regiones. En relación con la
lluvia, el nitrato presenta igual comportamiento al NO2 en estas estaciones, pero solamente La Palma
presenta tendencia significativa al incremento de sus concentraciones, mientras que el amonio en al
lluvia solamente presenta tendencia al incremento en las estaciones de La Palma y Falla, ambas
consideradas rurales. La dirección de las tendencias de las concentraciones del amoníaco en las
estaciones rurales es a decrecer, mientras Casablanca presenta una tendencia significativa al aumento.
Las estaciones rurales La Palma, Colón y Falla presentan una tendencia general al aumento de las
concentraciones del óxido nítrico (NO) cuyo origen se atribuye a fuentes naturales.
Uno de los efectos potenciales más marcados de la deposición en las estaciones con influencia
antropica es el aumento acelerado de la corrosión atmosférica, esta provoca el deterioro de la piedra
caliza y la arenisca, materiales que forman parte de edificios, esculturas y monumentos de gran valor
cultural. También la deposición ácida provoca el deterioro de vitrales, papel y cuero y algunos tipos de
plásticos y de algunos materiales metálicos utilizados en atmósferas interiores. Según la deposición de
las especies oxidadas las localidades donde se encuentran las estaciones de Casablanca y Santiago de
Cuba son las que mayor impacto sufrirá por la acidificación de sus suelos, hecho atribuido a la
actividad urbana. Pero la región de Santiago de Cuba puede ser mucho más afectada pues sus suelos se
clasifican como de acidez fuerte (pH 4,6 - 5,0), siendo más sensibles a la deposición ácida.
Por otro lado las estaciones de Colón y Falla presentan una tendencia al aumento de los compuestos
oxidados del nitrógeno (Cuesta, et al., 1995), lo cual de continuar puede afectar a los cultivos sensibles
a la acidez como son el frijol y el tomate. Por otro lado la caña de azúcar es también sensible a la
deposición ácida y estas zonas son intensamente explotadas con este cultivo, lo cual puede ir incidiendo
paulatinamente en la perdida de los rendimientos según se depositen estos elementos.
Otro de los efectos potenciales que puede provocar la deposición de los compuestos oxidados del
nitrógeno es la acidificación de las aguas superficiales (embalses y lagos) esto provoca la disminución
del ion bicarbonato y el incremento de las concentraciones del nitrato, lo cual produce un incremento
de las concentraciones de algunos metales en las mismas. Estos metales son muy tóxicos y pueden ser
ingeridos por las diversas formas de vida acuática a través de las cadenas alimentarias, llegando incluso,
por esta vía al hombre. Los estudios de los efectos producidos por la deposición ácida deben realizarse
de forma integrada y armónica entre los diversos especialistas relacionados con la protección del medio
ambiente y los recursos naturales, pues es la única forma de preservar el equilibrio ecológico y la
biodiversidad que requiere nuestro planeta.
Conclusiones
En Cuba los valores de la deposición total de los principales compuestos del nitrógeno oscilan desde
0,48 a 2.91 g.m-2.año-1. La deposición húmeda del nitrógeno representa es algo mayor de la mitad. El
NH3 tiene un gran peso en la deposición seca. El peso de ambas deposiciones depende de las
características de nuestro clima tropical lluvioso. Mientras que la formas reducidas del nitrógeno
aportan aproximadamente el 70% del total lo cual esta más acorde a la potencia de las fuentes naturales
según nuestras características tropicales.
En las estaciones con influencia urbana el comportamiento del NO2 y el nitrato en la lluvia es similar y
reflejan la tendencia al decrecimiento de la economía en Cuba desde 1989. En las estaciones rurales de
Colón y Falla es necesario mantener un monitoreo sistemático, pues la tendencia al aumento de las
concentraciones de los compuestos oxidados del nitrógeno pueden provocar en un futuro daños
potenciales a la agricultura y los bosques de estas regiones.
Referencias Bibliográficas
Cuesta, O. (1995): Caracterización de las concentraciones de los principales compuestos del nitrógeno
atmosférico en Cuba y su relación con los tipos de situaciones sinópticas. Tesis en opción al grado
de Doctor en Ciencias Geográficas, La Habana, pp. 104.
Cuesta, O.; Gonzalez, M; and Ortiz, P.(1995): Deposition and atmospheric nitrogen concentrations
trend in Cuba. Presentado en Acid Reign'95, Suecia.
Galoway, J. (1995): Acid depposition: Perspectives in time and space, Water, Air and Soil Pollution, 1,
15-24.
NN.UU. (1991): Assesment of long range transboundary air pollution. Air pollution studies No. 7.
New York.
Sommer, S.G., and N. Hutchings. (1995): Techniques and strategies for the reduction of ammonia
emission from agriculture. Water, Air and Soil Pollution, 1, 237-248.