La contaminación por ozono es un problema ambiental global que no solo amenaza la salud humana y la producción agrícola, sino que también agrava el calentamiento global. Si bien la formación de ozono suele atribuirse a contaminantes antropogénicos, las emisiones del suelo se revelan como otra fuente importante.
por la Universidad Politécnica de Hong Kong
Los investigadores de la Universidad Politécnica de Hong Kong (PolyU) examinaron los datos sobre las emisiones globales de ácido nitroso (HONO) del suelo desde 1980 hasta 2016 y los incorporaron a un modelo químico-climático para revelar el papel fundamental que desempeñan las emisiones de HONO del suelo en el aumento de la proporción de mezcla de ozono en el aire y su impacto negativo en la vegetación.
Los hallazgos se han publicado en Nature Communications , con el Dr. Yanan Wang, investigador postdoctoral de PolyU, y el Dr. Qinyi Li, profesor de la Universidad de Shandong, como coautores principales.
Las actividades microbianas del suelo y las prácticas agrícolas , en particular la aplicación de fertilizantes, liberan diversos gases del suelo a la atmósfera.
Estudios previos han demostrado que las emisiones de HONO del suelo contribuyen hasta en un 80 % a la proporción de mezcla atmosférica de HONO. La interacción del HONO con otros contaminantes atmosféricos es crucial para la producción química de ozono. El HONO también promueve la formación de ozono al elevar las concentraciones de sus precursores, el óxido de nitrógeno (NOx ) .
El profesor Tao Wang, profesor titular de medio ambiente atmosférico del Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental de la PolyU, junto con su equipo de investigación, ha compilado un conjunto de datos de mediciones de emisiones de HONO del suelo de diversos ecosistemas en todo el mundo y fue pionero en un esquema de parametrización cuantitativa para cuantificar el impacto provocado por las emisiones.
La investigación hizo posible la realización de mediciones integrales del conjunto de datos al integrar múltiples variables, incluidos factores climáticos como la temperatura del suelo y el contenido de agua del suelo, así como el tipo de fertilizante y las tasas de aplicación en el esquema.
Para factores no cuantificables como actividades microbianas, uso de la tierra y textura del suelo, el equipo aplicó diversas parametrizaciones basadas en datos de latitud, longitud y uso de la tierra de las muestras de suelo correspondientes.
Las emisiones globales de HONO del suelo continúan aumentando
Los investigadores descubrieron que las emisiones de HONO del suelo aumentaron de 9,4 Tg N en 1980 a 11,5 Tg N en 2016. Utilizando el modelo químico-climático para simular el impacto de estas emisiones en la composición atmosférica, descubrieron un aumento promedio anual del 2,5 % en la relación de mezcla de ozono superficial global, con aumentos localizados que alcanzan hasta el 29 %.
Estos aumentos pueden provocar la sobreexposición de la vegetación al ozono, lo que perjudica el equilibrio del ecosistema y la producción de cultivos alimentarios. Además, el daño causado por el ozono reducirá la capacidad de la vegetación para absorber dióxido de carbono, agravando así aún más el efecto invernadero.
El equipo señaló que las emisiones de HONO del suelo se ven influenciadas por los efectos combinados del uso de fertilizantes nitrogenados y factores climáticos como la temperatura y el contenido de agua del suelo, lo que genera variaciones estacionales y geográficas. Las emisiones globales de HONO del suelo alcanzan su punto máximo en verano, cuando la temperatura del suelo es más alta y los cultivos se encuentran en su temporada de crecimiento.
Se determinó que el hemisferio norte contribuye a dos tercios de las emisiones globales, siendo Asia el mayor emisor, con un 37,2 % del total. Los puntos críticos de emisiones se concentran principalmente en zonas agrícolas de la India, el este de China, el centro de Norteamérica, Europa, las sabanas africanas y Sudamérica.
Las regiones con menores niveles de contaminación son las más afectadas
Cabe destacar que la influencia de las emisiones de HONO del suelo en el aumento de la proporción de mezcla de ozono es más significativa en regiones con bajas emisiones antropogénicas. Esto se debe a que la formación de ozono está estrechamente relacionada con las concentraciones de sus precursores, NOx y compuestos orgánicos volátiles (COV), en el aire.
Normalmente, las concentraciones de NOx son menores, mientras que las de COV son mayores en zonas con bajas emisiones antropogénicas, lo que sitúa a estas zonas predominantemente en un régimen de NOx limitado, donde el ozono es más sensible al NOx . Por lo tanto, un aumento en la concentración de NOx provocará un mayor aumento de los niveles de ozono.
Con la tendencia mundial de los últimos años de disminución de las emisiones antropogénicas, es probable que más regiones cambien hacia un régimen limitado en NOx , lo que aumentará el impacto de las emisiones de HONO del suelo en los niveles de ozono.
El profesor Wang afirmó: «El cambio climático y el creciente uso de fertilizantes provocarán un aumento continuo de las emisiones de HONO del suelo, lo que podría contrarrestar algunos de los beneficios esperados de la reducción de las emisiones antropogénicas. Es crucial comprender y gestionar las emisiones del suelo para promover el desarrollo sostenible . Por lo tanto, recomendamos considerar las emisiones de HONO del suelo en las estrategias para mitigar la contaminación atmosférica global».
Técnicas de modelado avanzadas y conjuntos de datos diversos
En el desarrollo del esquema de parametrización robusto, el equipo de investigación integró técnicas de modelado avanzadas y diversos conjuntos de datos, incluidos datos de medición de emisiones globales de HONO del suelo de 110 experimentos de laboratorio anteriores y datos derivados del reanálisis del Análisis retrospectivo de la era moderna para investigación y aplicaciones versión 2 (MERRA2).
El equipo de investigación también aprovechó el modelo climático-químico Community Atmosphere Model with Chemistry (CAM-Chem) desarrollado por el Centro Nacional de Investigación Atmosférica de los Estados Unidos para simular los impactos de las emisiones de HONO del suelo en la química atmosférica y el riesgo de exposición de la vegetación.
El profesor Wang afirmó: «Nuestras futuras investigaciones se centrarán en ampliar la red global de observación de las emisiones de HONO del suelo, así como en comprender mejor el papel de los microbios en dichas emisiones. Estos dos enfoques pueden facilitar una evaluación más precisa del ozono y otros contaminantes atmosféricos secundarios causados por las emisiones de HONO del suelo y su impacto en la vegetación».
Estudios futuros también deberían explorar estrategias de mitigación para optimizar el uso de fertilizantes, como la aplicación profunda de fertilizantes y el uso de inhibidores de la nitrificación, con el objetivo de reducir las emisiones de HONO del suelo y, al mismo tiempo, mantener la productividad agrícola.
Más información: Yanan Wang et al., El aumento de las emisiones de ácido nitroso del suelo, impulsado por el cambio climático y la fertilización, agrava la contaminación global por ozono, Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-57161-6
