Probablemente hayas oído hablar de él o incluso lo hayas inhalado en el consultorio del dentista. El óxido nitroso (N₂O), conocido popularmente como “gas de la risa”, se utiliza desde hace más de un siglo como anestésico por sus efectos sedantes y eufóricos.
Lo que quizás no sepas es que este mismo gas también se produce de forma natural en los campos de cultivo. Por ejemplo, la producción de cebada utilizada para producir más de siete millones de litros de cerveza consumidos durante el Oktoberfest de 2024 en Alemania liberaría suficiente N₂O para anestesiar a más de 2.700 personas durante media hora.
Lamentablemente ese gas no acabó en la clínica dental.
Gas no tan divertido
El óxido nitroso es el tercer gas de efecto invernadero más importante después del dióxido de carbono (CO₂) y el metano. Tiene un potencial de calentamiento global 300 veces mayor que el del dióxido de carbono y permanece en la atmósfera durante más de un siglo. Además, actualmente es el principal responsable de la destrucción de la capa de ozono.
El N₂O siempre se forma en pequeñas cantidades porque es una parte natural del ciclo del nitrógeno, pero el problema actual es que su concentración en la atmósfera ha aumentado significativamente debido a las actividades humanas, especialmente la agricultura.
Los cultivos son responsables de hasta el 80% de las emisiones humanas de N₂O, y su origen está directamente relacionado con el uso masivo de fertilizantes nitrogenados.
Pero, ¿cómo se convierte el nitrógeno de los fertilizantes en este gas tan problemático? La clave está en la microbiología del suelo.
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La cuestión de los microbios.
Cuando aplicamos fertilizantes nitrogenados al suelo, agregamos formas químicas de nitrógeno como amonio (NH₄⁺) o nitrato (NO₃⁻), que no solo alimentan a las plantas, sino que también activan el metabolismo de millones de microorganismos en los suelos agrícolas. Muchos de ellos participan en el ciclo biogeoquímico del nitrógeno.
Las bacterias, arqueas y hongos pueden generar óxido nítrico a través de dos vías biológicas principales: la nitrificación (en presencia de oxígeno) y, sobre todo, la desnitrificación (cuando es poco frecuente), ambas mediadas por enzimas, moléculas específicas que facilitan y aceleran las reacciones químicas.
Nitrificación: cuando hay un exceso de oxígeno.
La nitrificación es una vía aeróbica (en presencia de oxígeno) que convierte el amonio (NH₄⁺) en nitrato (NO₃⁻). La reacción se lleva a cabo en dos pasos principales. La primera es la oxidación de NH₄⁺ a nitrito (NO₂⁻) por bacterias y arqueas que oxidan el amonio. La segunda parte consiste en la oxidación del NO₂⁻ en bacterias NO₃⁻ que oxidan los nitritos.
Este proceso también puede generar óxido nítrico. En condiciones de oxígeno limitado y humedad media, los microorganismos activan un mecanismo alternativo, conocido como nitrificación-desnitrificación, en el que reducen el nitrito a óxido nítrico en lugar de oxidarlo. Este bypass metabólico se activa como vía energética cuando el oxígeno escasea.
Desnitrificación: cuando falta oxígeno
Cuando el suelo está saturado de agua o tiene poco oxígeno, otras bacterias entran en acción realizando la desnitrificación. En esta vía, los microorganismos transforman el nitrato (NO₃⁻) en gases intermedios como el óxido nítrico (N₂O) y, finalmente, en gas nitrógeno molecular (N₂) mediante diversas reacciones químicas y enzimas.
Aunque el nitrógeno se pierde del suelo, el N₂ no es un contaminante, ya que constituye la mayor parte del aire. Sin embargo, el ciclo no siempre termina limpiamente ya que algunas bacterias no pueden completar el proceso y solo producen óxido nítrico (N₂O).
Durante mucho tiempo se pensó que sólo las bacterias podían desnitrificar, pero hoy sabemos que en este proceso también participan algunos hongos. Sin embargo, a diferencia de las bacterias, su desnitrificación es siempre incompleta y termina en óxido nítrico, sin formación de nitrógeno molecular (N₂).
¿Podemos evitar las emisiones de óxido de nitrógeno?
Estos metabolismos microbianos están activos mientras haya nitrógeno disponible, ya sea por fertilización o por fijación natural. Sin embargo, en los sistemas agrícolas, cuando hay un gran aporte de nitrógeno, estos procesos se intensifican.
Por tanto, son las formas de nitrógeno que provienen de los fertilizantes y que no son absorbidas por las plantas las que más contribuyen a la activación de estas vías microbianas y, en consecuencia, a la producción de gases como el N2O.
El problema no está sólo en la cantidad de fertilizantes que utilizamos, sino también en el hecho de que una parte importante del nitrógeno siempre se pierde en el medio ambiente, ya sea en las aguas subterráneas o en forma de gases. Aunque sólo una fracción relativamente pequeña se transforma finalmente en óxido nitroso, su enorme impacto sobre el clima y la capa de ozono lo convierte en un problema grave.
No hay mucha diferencia entre utilizar fertilizantes químicos o naturales, ya que ambos aportan nitrógeno. Lo más importante es la cantidad. Si la dosis se adapta más a las necesidades de las plantas se reducen las pérdidas al medio.
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Además de mejorar la eficiencia de los fertilizantes, también es necesario buscar formas de inhibir o reducir la producción de N₂O durante los procesos biológicos.
Por tanto, comprender cómo los microorganismos del suelo transforman el nitrógeno es clave para diseñar estrategias agrícolas más sostenibles. Algunas líneas de investigación, como el uso de inhibidores de la desnitrificación, buscan precisamente eso: frenar la producción de N2O sin reducir el rendimiento. Porque aunque el gas de la risa suena bonito, en el contexto del cambio climático no tiene ninguna gracia.
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