Ya es indiscutible: el aumento de las floraciones de cianobacterias de las últimas décadas es causado por la intensificación agrícola

Esta es una historia muy pero muy vieja, pero que en los últimos años sigue produciendo eventos que atrapan la atención. Hace muchísimo tiempo, pongamos unos 3.700 millones de años atrás, las cianobacterias, unos organismos microscópicos unicelulares, comenzaron una larga aventura que continúa hasta nuestros días. Estas bacterias no sólo son fascinantes porque han resistido las cinco extinciones masivas que han azotado la vida en la Tierra, sino porque desarrollaron un gran truco que cambiaría el mundo: usando la luz del Sol y dióxido de carbono, además de nutrientes, eran capaces de generar su propio alimento –hidratos de carbono–, librando oxígeno como subproducto.

A ese gran truco ahora le llamamos fotosíntesis y lo relacionamos con las plantas, pero no debemos olvidar que fue una creación de estas antiquísimas bacterias. El truco de las cianos –así les diremos cariñosamente de aquí en más–, explotado por las plantas, que convierte materia inorgánica en orgánica fue fundamental para unos seres que llegarían al planeta mucho después, los animales, que son incapaces de lograrlo, por lo que están condenados a comer plantas o a otros animales que las comieron previamente.

El tiempo pasó, y las cianos se diversificaron en cientos de miles de especies y conquistaron diversos ambientes, entre ellos, los marinos, donde se supone que se originaron, y los de agua dulce. Mientras, dentro de los animales, aparecimos hace unos 300.000 años los seres humanos de nuestra especie. Curiosos y hábiles, hace poco menos de unos 15.000 años comenzamos a domesticar algunas plantas para no tener que perder tiempo yendo a buscarlas y, de paso, independizarnos de algunas variables ambientales. Con el nacimiento de la agricultura teníamos alimento a la mano y de forma más previsible.

El tiempo pasó y llegamos a nuestros días. Hoy ya no plantamos sólo para tener alimento a mano, sino también para ganar dinero. Países como el nuestro dependen en extremo de ello (y también de la ganadería y de cultivos que se usan como materia prima, como los árboles). Entonces, en este siglo XXI, las plantas de la agricultura, cuyos antepasados robaron el truco de la fotosíntesis, y las cianos, a las que el truco le fue robado, vuelven a cruzar sus caminos de una forma que, lamentablemente, nos está generando muchísimos problemas.

En tiempos recientes las floraciones de cianobacterias pasaron a ser parte de nuestra vida cotidiana. En los cuerpos de agua eutrofizados, es decir, con excesos de nutrientes, como el fósforo o el nitrógeno, que alteran el normal funcionamiento del ecosistema, las cianos están tan a gusto que proliferan explosivamente. El resultado es esa espuma verde que seguro todas y todos ya observaron en persona alguna vez (o vieron en fotos al menos). Lo que podría ser sólo un problema estético o de preferencias –por lo general, no nos gusta nadar o beber agua verdosa por algas o cianobacterias– es en realidad más grave: algunas de las cianos que proliferan en los ríos, embalses y mar de Uruguay son altamente tóxicas, siendo las más famosas las del complejo Microcystis aeruginosa. ¿Y qué tiene que ver todo esto con las plantas y la agricultura en Uruguay? Nada. Algo. Bastante. Mucho. ¿Qué nos decía nuestra ciencia para que pudiéramos escoger una de esas cuatro respuestas?

La reciente publicación del artículo El aumento de las floraciones de cianobacterias tóxicas es promovido por la intensificación agrícola en la cuenca de un gran río subtropical de América del Sur, de Carla Kruk, Ángel Segura, Gervasio Piñeiro, Pablo Baldassini, Laura Pérez, Felipe García, Gonzalo Perera y Claudia Piccini, viene a zanjar de manera clara, robusta y contundente una discusión que en el fondo no era tal. Vayamos a eso antes de abordar el trabajo.

¿Qué causa las floraciones?

Como dicen en el trabajo publicado, “en la comunidad científica existe un consenso de 50 años sobre el papel fundamental que juega el aporte de nutrientes a los cuerpos de agua (debido a la eutrofización cultural) en impulsar el incremento de la biomasa de algas y el dominio de las cianobacterias”. Por eutrofización cultural entienden la que “se origina a través de múltiples actividades humanas, incluida la agricultura, la ganadería y las aguas residuales mal tratadas de los asentamientos humanos”.

Como dice el artículo de Carla Kruk y sus colegas que motiva esta nota, en la literatura científica se ha reportado que entre los factores antrópicos que impulsan la eutrofización “la agricultura es una causa prominente y persistente de cargas difusas de nutrientes y la fuente más grande del mundo de contaminación por fósforo y nitrógeno en los cuerpos de agua”. Pero no debemos quedarnos sólo con ellos: “Hay otros impulsores que también promueven la proliferación de cianobacterias y podrían ejercer efectos sinérgicos con la eutrofización”, señalan, citando, entre ellos, la construcción de represas, que “favorecen las floraciones al aumentar el tiempo de residencia del agua”, las temperaturas elevadas, que “aceleran el metabolismo de las cianobacterias”, los cambios en los regímenes de precipitación, que “modifican el tiempo de residencia del agua y la distribución geográfica de las floraciones de cianobacterias”, así como “la sustitución de la cobertura natural del suelo por cultivos y la modificación de las redes tróficas alimentarias”, que “aceleran los efectos de la eutrofización” y el cambio climático. Distinguir cuál o cuáles de todos estos factores está motivando el aumento de las floraciones es una pregunta científica más que válida.

Pero, además, había una cierta controversia en la comunidad que estudia el tema en el país. A fines de 2020 una revista internacional publicó un artículo de dos investigadores, Andrés Beretta, de la Dirección General de Recursos Naturales del Ministerio de Ganadería, Agricultura y Pesca, y Leonidas Carrasco, del Programa de Producción y Sustentabilidad Ambiental del Instituto Nacional de Investigación Agropecuaria (INIA), que arribaba a conclusiones llamativas. Titulado Factores relevantes en la eutrofización del río Uruguay y el río Negro, afirmaba que las floraciones en Uruguay entre 2009 y 2018 “fueron promovidas por el cambio climático” y sostenía que aquí las grandes masas de cianobacterias observadas eran desencadenadas por aumentos de la temperatura, el pH del agua y su conductividad. Beretta y Carrasco iban más lejos aún, y afirmaban que “la reducción de las emisiones agrícolas de fósforo a los ríos no evita los altos niveles de clorofila”, ya que, según sus análisis, el exceso de nutrientes en los ríos y embalses de Uruguay no es de origen antrópico. Incluso afirmaron que “la sustitución de la agricultura por praderas naturales no evita la floración de algas”. Lo reportado motivó a que en la misma revista se publicara un artículo en respuesta que fue firmado por 53 investigadores e investigadoras de 18 instituciones, quienes mostraron que el trabajo tenía “errores” y “omisiones” en el uso y el análisis de datos que, a su criterio, “invalidan las conclusiones” del artículo.

Beretta y Carrasco publicaron una respuesta a la respuesta. Pero el tema quedó en el aire. ¿La agricultura tiene mucho, poco o nada que ver con el aporte de nutrientes y las floraciones de cianos? En ciencia estas discusiones no las resuelve el equipo de editores de una revista, sino más y mejores trabajos. Y eso es lo que ha venido sucediendo. Por un lado, un fabuloso trabajo publicado a fines de 2022 reportaba que tanto aquí como en el resto América lo que impulsa las floraciones son los nutrientes vertidos al agua. Allí la conductividad del agua y el pH, como afirmaron Carrasco y Beretta, ni pinchaban ni cortaban para explicar las floraciones. Y el calentamiento global, si bien puede agravar situaciones, no era la causa de las explosiones de abundancia de cianobacterias.

Otro trabajo en la cuenca de la Laguna Merín de 2021, titulado El efecto de la intensificación agrícola y el bloqueo de agua en el sistema lagunar costero más grande del mundo, reportó que “después de la década de 1990, la eutrofización se intensificó debido al mayor uso de tecnologías para mejorar la producción, como el uso masivo de agroquímicos”, y que el estudio “sugiere que la capacidad de resiliencia se ha agotado gravemente, y el uso masivo de agroquímicos puede haber desencadenado este cambio, probablemente como resultado de la presión acumulada ejercida por la fuerte expansión de la soja durante los últimos diez años”.

En febrero de 2023 se publicó el artículo Degradación inexorable del suelo por expansión agrícola en la pampa sudamericana en el que con el análisis de sedimentos de embalses del Río Negro muestran que entre 1982 y el presente la conversión del suelo a cultivos y forestación provocó un aumento de la erosión y de pérdida de materia orgánica. “Este déficit y pérdida de suelo se subvenciona con el agregado de fertilizantes, pesticidas y todo el paquete tecnológico, que también van a parar a los sedimentos, al suelo y al agua”, decía Guillermo Chalar, uno de los autores, al comentar el trabajo.

Ahora el artículo de Kruk, Segura, Piñeiro, Baldassini, Pérez, García, Perera y Piccini va un poco más allá en mostrar la relación entre eutrofización, la agricultura que se está practicando en el país y las floraciones de cianos. “El objetivo de este estudio fue desentrañar la contribución de diferentes impulsores ambientales en la determinación de la abundancia de cianobacterias”, señalan en el artículo. Para ello evaluaron “las relaciones interanuales entre la abundancia de cianobacterias y el cambio de uso del suelo, el caudal de los ríos, las aguas residuales urbanas, la temperatura y la precipitación desde 1963 hasta la actualidad” en el río Uruguay, usando “modelos de vías” para evaluar la importancia relativa de cada fuerza impulsora” en “explicar la abundancia de cianobacterias a nivel de toda la cuenca”.

Con todo esto, salimos a conversar con la primera autora del trabajo, Carla Kruk, del Instituto de Ecología y Ciencias Ambientales de la Facultad de Ciencias y del Centro Universitario Regional Este de la Universidad de la República, y del Laboratorio de Ecología Microbiana Acuática del Instituto de Investigaciones Biológicas Clemente Estable. Este último lugar también es la institución donde investiga la última autora del trabajo, Claudia Piccini, que se sumó a la conversación.

No por obvio menos digno de investigación

Cuando les pregunto cómo y cuándo surge la idea de realizar esta investigación para desentrañar cuál es el impulsor de las floraciones de cianos, las dos se miran para ver cuál contesta primero con esa complicidad que dan décadas de trabajo conjunto.

“Para nosotras era ya tan obvio y claro que los fertilizantes y el conjunto de sustancias que se echan en la tierra estaban relacionados con las floraciones que no nos parecía necesario justificarlo”, dice Carla. Pero claro, quedarse con la idea que uno tiene no es siempre lo mejor. “Buscando en la literatura científica que está publicada y hablando con la gente en los comités de cuencas, con los ingenieros agrónomos y en otras interacciones que tenemos, siempre quedaba la duda de si el verdadero problema eran los nutrientes, y en caso de que lo fueran, de dónde venían, o si el problema no se daba por el cambio climático, o porque en las cuencas ahora vive más gente y sus residuos terminan en las aguas, entre otras cosas”, sigue Carla.

“Para nosotros era algo evidente que la agricultura y la fertilización tenía un impacto. Pero en muchos ámbitos te preguntan si es el fósforo o no, si vemos más floraciones porque hacemos más monitoreos”, complementa Claudia. “Si le preguntás a la gente que vive en contacto con el río, te van a decir que hay más floraciones que antes. Ni siquiera es necesario hacer un estudio o un análisis de cuántos monitoreos se hacían antes. Pero hemos dejado de lado la memoria y el conocimiento local que tiene la gente. La gente ha visto cambiar su entorno, que desaparecen los pequeños y medianos productores y aparecen cultivos inmensos, y que empiezan a aparecer las floraciones. Creo que no hay que ser ningún científico brillante para darse cuenta de lo que estaba pasando. Te deja un poco perpleja que tengas que estar en 2023 probando que en realidad hay más floraciones, que no es porque hay más esfuerzo de monitoreo y que son debidas al fósforo y al cambio del uso del suelo cuando hay evidencias por todos lados”, sigue Claudia. Entonces lo que para ellas era obvio, para otros tal vez no. El artículo era tanto una necesidad como una oportunidad para aclarar los tantos.

“Aprovechando que ahora estaba disponible una gran cantidad de información sobre los usos del suelo gracias a MapBiomas, y otros datos a los que accedimos sobre el río, decidimos hacer este trabajo. Esa información no siempre estuvo accesible”, dice Carla. Agrega que la conjunción de ambas cosas fue lo que permitió esta investigación: por un lado, “la necesidad de mostrarlo científicamente más allá de que ya tuviéramos la idea de que sí había una influencia” y, por otro, “la posibilidad de acceder a una cantidad de datos sólidos que nos permitiera hacer un análisis robusto”.

Hablando de esos datos, algo sorprendente del trabajo es que nos muestra que OSE viene monitoreando las aguas al detalle desde la década de 1960. De hecho, hacía conteos de cianobacterias por mililitro de agua desde 1963. El trabajo impacta por la cantidad de datos a los que accede para contar una película completa y general. Para hacernos una idea, accedieron a 1.712 datos de abundancia de cianos y floraciones entre 1963 y 2019 en el Río Uruguay, tanto agua arriba (por ejemplo, Bella Unión) y abajo (por ejemplo, Fray Bentos) de la represa de Salto Grande como del embalse (por ejemplo, de Constitución). Los datos vinieron de la ya mencionada OSE, de la Comisión Administradora del Río Uruguay, la Comisión Técnica Mixta de Salto Grande, del Observatorio Nacional Ambiental y de muestreos propios. “Estas fuentes de datos incluyeron la abundancia de cianobacterias, las especies y la abundancia de coliformes fecales, así como la concentración total de fósforo en el agua”. Los coliformes fecales son importantes porque permiten ver cuántos de los nutrientes vienen de las aguas servidas de las ciudades y de la ganadería (vacas y humanos hacemos caca y nuestros coliformes terminan en el agua aportando nutrientes).

También obtuvieron datos de temperatura y precipitación en la cuenca del Río Uruguay entre 1963 y 2020 de una base de datos internacional disponible en el portal sobre clima del Banco Mundial, así como datos de los niveles de caudal del río, obtenidos del Sistema Nacional de Información de Argentina. Los datos sobre los distintos usos del suelo provinieron de la ya mencionada iniciativa MapBiomas (usando datos de 1985 a 2019).

“En los datos hay cantidad de información en diferentes formatos, lo que hace que el acceso no siempre sea sencillo. Por ejemplo, los datos que usamos de OSE son a partir de 1963, pero en realidad OSE los generaba desde antes. Mucha de esa información estaba en papel y hubo un esfuerzo enorme de funcionarios de OSE de pasarlos a digital y volcarlos en un informe que quedó publicado con libre acceso y que en su momento guardé. Hoy lo busco y ya no está más de libre acceso”, comenta Carla.

La enorme cantidad de información no sólo permitió ver qué sucedía con las cianos, parámetros del agua, nutrientes, temperatura, precipitaciones, coliformes y uso del suelo entre 1963 y 2020, sino que alimentó modelos “de vías causales” que ayudan a determinar cuál de todos esas variables tiene más peso en explicar las floraciones o, como ponen en el trabajo, “para evaluar la importancia relativa de cada fuerza impulsora (cambio de uso del suelo, aguas residuales urbanas, caudal del río y variabilidad climática –temperatura, precipitación–) para explicar la abundancia de cianobacterias a nivel de toda la cuenca”. ¿Qué vieron?

Un punto de inflexión en los 2000

Saquen lápiz y papel. Lo que viene es una serie de datos que nos abofetean, pero que tienen la virtud de aclarar el panorama.

Primero lo primero: efectivamente las floraciones son más frecuentes y grandes hoy que décadas atrás. “La abundancia total de células de cianobacterias en el embalse de Salto Grande y río abajo aumentó entre 4 y 5 órdenes de magnitud” desde el período 1963-1970, cuando se registró un promedio de 33 cianobacterias por litro, al período 2010-2020, cuando hubo un promedio de 21.281 cianos por litro, reportan. A los científicos les gusta hablar de órdenes de magnitud. Tal vez queda más claro si decimos que, al comparar ambos períodos, la cantidad de cianobacterias en las muestras... ¡aumentó más de 600 veces! Pero no fue sólo eso. “Las comunidades de fitoplancton pasaron de estar dominadas por diatomeas o clorofitas a dominadas por cianobacterias”, reportan. Es decir, lo que sea que estaba cambiando las condiciones del río Uruguay le cayó mejor a las cianobacterias que a otros organismos de la comunidad. Y para colmo, reportan que desde los 2000 las cianobacterias tóxicas del complejo Microcystis pasaron a dominar.

“Después del 2000, las floraciones se volvieron muy frecuentes”, agregan. Y encima esas floraciones presentaron “un aumento exponencial en la abundancia de células tanto máxima como promedio”. Esto afectó las alertas de nivel de riesgo de las autoridades, que son nivel 1 cuando la abundancia de cianos está entre 2.000  y 100.000 células por mililitro y de nivel 2 cuando pasan las 100.000. Entre 1963 y 2005 se pasó de no tener alertas de riesgo a tener “al menos una alerta nivel 1 al año”. Luego de 2006 se registró al menos una alerta de nivel 2 al año. Y abran los ojos: “durante la última década (2010-2020), se reportaron 155 alertas de nivel 1 y 46 de nivel 2”. Para colmo hay más datos llamativos.

Estas cianos del nuevo milenio vinieron con cambios. “La persistencia temporal de las floraciones a lo largo del año aumentó de ocasiones aisladas en verano a presencia continua, incluso en las estaciones frías”, dice el trabajo. “Entre 1960 y 2000 no hubo floraciones de invierno ni de otoño”, pero entre 2000 y 2010 “se observaron 24 casos de alerta de nivel 1 y un caso de nivel 2 en invierno”, algo que aumentó aún más en la última década, cuando pasaron a registrarse 65 alertas de nivel 1 y 16 de nivel 2 durante el invierno y el otoño. Es decir, tras los 2000 tenemos más floraciones, con más cianobacterias, que encima se dan todo el año.

Sus datos arrojan que en 2000 hay un punto de inflexión en las tendencias de abundancia promedio anual de nuestras amigas verdosas. De 1963 a 2000 “la abundancia celular promedio se mantuvo constante”, pero de 2000 en adelante hay “un período caracterizado por un incremento exponencial”. “El comportamiento general de los sistemas ecológicos y de los microorganismos es que cuando se producen cambios no se dan mediante un aumento lineal, sino que son cambios drásticos”, comenta Carla.

Todo esto está pasando ante nuestra impávida mirada. El trabajo nos lo muestra con dureza. ¿Pero qué es lo que impulsa este cambio? Allí el aporte de la investigación es aún más relevante, porque como dijo Claudia, lo otro era algo que muchos veníamos observando (aunque nunca está de más tener datos y evidencia que respalde nuestras hipótesis del mundo que nos rodea).

La (mala) agricultura y el agronegocio al banquillo de los acusados

Las cianos explotaron en los 2000. ¿Qué pasó con todas las otras cosas en ese período? ¿Qué asociaciones encontró el modelo entre todos los datos disponibles? Los cambios de temperatura, caudal y precipitaciones fueron pocos. Pero otros sí fueron relevantes.

Por un lado, la concentración de coliformes mostró una tendencia a la baja en toda la serie temporal. Lo que cambió y mucho fue el uso del suelo en la cuenca, sobre todo, entre 2000 y 2019. “Los patrones más conspicuos fueron un aumento del 17% en el uso de la tierra dedicada a cultivos y pastos (23.842 km²), un aumento del 97% en el área de forestación (10.047 km²), una disminución del 6% del bosque natural (3.004 km²) y una disminución del 17% de los pastizales naturales (23.842 km²)”, reportan. “La soja se introdujo por primera vez en 2000, pero en la actualidad representa casi el 45% (4.114 km²) del área de cultivo anual”, agregan.

También observaron un aumento con el tiempo del promedio del fósforo total en el agua. Y que eso no era siempre igual: “Obtuvimos una relación positiva entre la concentración media anual de fósforo total en agua y la superficie dedicada a cultivos anuales y pasturas, y una relación negativa con la superficie dedicada a pastos naturales”.

Y algo así como en el fútbol recurrimos al VAR, en ciencia se recurre a modelos. ¿Qué dijo este VAR científico que estima el peso de cada fenómeno en el aumento de las cianobacterias? “El modelo de vías indicó que los cambios en el área dedicada a cultivos y pastos plantados mostraron la relación positiva más fuerte y significativa con la abundancia de cianobacterias”, reportan. “También se observó una relación positiva entre la precipitación anual y el caudal acumulado, pero esta relación no afectó la abundancia de cianobacterias”, dice también el trabajo.

Por todo eso sostienen que “el aumento del uso de la tierra dedicada a agricultura intensiva fue el principal impulsor”, mientras que “los efectos climáticos e hidrológicos sobre la abundancia de cianobacterias fueron marginales”. También señalan que “los impulsores antropogénicos de la eutrofización distintos del uso de la tierra, como las aguas residuales o la contaminación por el ganado, se descartaron, ya que la tendencia temporal de la contaminación fecal era opuesta a la observada para la abundancia de cianobacterias”. Afirman entonces que “los resultados ayudan a identificar las prácticas agrícolas de alto aporte de nutrientes y el enriquecimiento de nutrientes como los principales factores que impulsan la formación de floraciones tóxicas”.

Haciendo claro lo difuso

La producción agropecuaria se considera una fuente difusa de aporte de nutrientes y tóxicos al ambiente. Los campos de soja no tienen una cañada que desagote el exceso de fertilizantes y plaguicidas que se pueda ir a controlar o que se puedan tratar antes de que lleguen a los cursos de agua. Todo este trabajo con modelos complejos y largas series de datos, de cierta manera, hace que esta fuente difusa sea más visible. Evidencia para hacer algo vidrioso evidente. “Sí, es un poco poder cuantificar qué pasa en el sumidero de todo eso difuso”, coincide Claudia. “Igual te pueden seguir discutiendo que lo que estás midiendo viene de otro lado. Pero aquí tenemos más evidencia”, agrega.

Carla discrepa. “Yo no sé si te lo pueden seguir discutiendo. Eso nos pasa mucho en ecología, tendemos a aceptar todas las variables y considerar que todo es posible. Pero creo que acá hay evidencia fuerte, que es un resultado robusto y que resiste cualquier discusión”, dice.

“Cuando empezamos con el análisis tenía la esperanza de que diera alguna cosa, que se viera una tendencia. Pero los resultados son tan claros que hasta me sorprendieron”, reconoce Carla. “Sólo cómo cambia el área de diferentes cultivos explica las cianobacterias, no hay mucha vuelta que darle. Es muy fuerte ver cómo el río Uruguay refleja lo que pasa en la cuenca”, sintetiza.

En ciencia nada es para siempre. Lo aquí observado podrá mejorarse, precisarse, hacerse más complejo. Lo cierto es que la evidencia está. La agricultura mal llevada a cabo, el modelo de agronegocio basado en fertilizantes y plaguicidas, está empobreciendo el suelo, eutrofizando el agua y promoviendo las floraciones de cianobacterias. Como sociedad tenemos que discutir maduramente qué hacemos con esta evidencia estruendosa y contundente.

Artículo: Rise of toxic cyanobacterial blooms is promoted by agricultural intensification in the basin of a large subtropical river of South America
Publicación: Global Change Biology (enero 2023)
Autores: Carla Kruk, Ángel Segura, Gervasio Piñeiro, Pablo Baldassini, Laura Pérez, Felipe García, Gonzalo Perera y Claudia Piccini.