Como se ha comentado anteriormente, los humedales pueden actuar como filtros verdes. Este papel está determinado, fundamentalmente, por los procesos biogeoquímicos asociados a los cambios en las condiciones redox (como son la desnitrificación y la solubilización/insolubilización de metales), así como por la fijación de sustancias a diversos componentes edáficos, su precipitación y co– precipitación con otros compuestos y su inmovilización en la biomasa vegetal (Knight et al., 2000). Por tanto, los humedales pueden depurar aguas contaminadas y/o eutrofizadas antes de que viertan a los cauces principales o al mar, lo que proporciona evidentes beneficios sin que se requieran más inversiones que la adecuada conservación y manejo del propio ecosistema.
Es habitual la construcción de humedales artificiales, cuya característica principal es imitar el proceso de depuración de los sistemas naturales. Los humedales artificiales son sistemas de depuración constituidos por lagunas, tanques o canales poco profundos (normalmente de < 1 m) con plantas propias de zonas húmedas (macrófitos acuáticos) y en los que los procesos de descontaminación son ejecutados simultáneamente por componentes físicos, químicos y biológicos del sistema. Estos humedales también se pueden incluir como parte de proyectos de restauración de ecosistemas.
Los humedales artificiales se clasifican en dos tipologías según si la circulación del
H2O es de tipo subterránea o superficial:
Humedales de flujo superficial, donde el H2O está expuesta directamente a la
atmósfera y no circula preferentemente a través del sustrato (Figura 1.4).
Humedales de flujo subsuperficial, donde la circulación del H2O es subterránea a
través de un medio granular (con una profundidad de la lámina de H2O de ≈0,6 m),
estando ésta en contacto con los rizomas y raíces de los macrófitos (Figura 1.4).
Estos humedales se clasifican a su vez según el sentido de circulación del H2O en
horizontales o verticales. Los humedales con flujo horizontal funcionan permanentemente inundados. Los humedales con flujo vertical se diseñan con funcionamiento intermitente, es decir, tienen fases de llenado, reacción y vertido.
Figura 1.4. Esquema de funcionamiento de los humedales artificiales de flujo superficial y subsuperficial con flujo horizontal y con flujo vertical (García et al., 2003).
Los humedales de flujo superficial se suelen utilizar como tratamiento adicional a efluentes previamente tratados en depuradoras de tipo convencional. Éstos suelen ser sistemas de gran tamaño con extensiones de varias e incluso hasta centenares de hectáreas. Además, en este tipo de proyectos, los objetivos de restauración y creación de nuevos ecosistemas tienen una gran importancia. Los humedales de flujo subsuperficial son instalaciones de menor tamaño y que en la mayoría de los casos se utilizan como sistema de tratamiento de las aguas residuales generadas en casas, viviendas aisladas y núcleos de población de < 2000 habitantes. En general, los humedales artificiales presentan claras ventajas con respecto a los sistemas de depuración convencionales mecanizados: su simplicidad de operación, un bajo o nulo consumo energético, una baja producción de residuos, un bajo impacto ambiental sonoro y una buena integración en el medio ambiente rural. Sin embargo, estos sistemas requieren de una superficie de tratamiento entre 20 y 80 veces superior a los sistemas convencionales de depuración (García et al., 2003).
La capacidad depurativa de nutrientes y otras sustancias en los humedales depende en gran medida de los procesos físicos, químicos y microbiológicos que ocurren en sus suelos/sedimentos. Cuando un compuesto llega al suelo, en función de sus características, ocupa un lugar en alguna fase del sistema: sólida, líquida o gaseosa.
La permanencia de una lámina de H2O durante periodos prolongados de tiempo
favorece las interacciones entre las fases sólida–líquida. De esta manera, se favorecen las posibilidades del suelo/sedimento de precipitar, neutralizar o retener las sustancias disueltas, a través de los procesos biogeoquímicos que en ellos se desarrollan. 1.8. EMISIÓN DE GASES DE EFECTO INVERNADERO (GEI) EN HUMEDALES
Se denomina efecto invernadero al fenómeno por el que parte de la energía calorífica emitida por la corteza terrestre es retenida y reflejada por determinados gases que forman parte de la atmósfera, impidiendo que se produzca un enfriamiento progresivo de la Tierra. Sin la actuación de estos gases, la vida tal y como la conocemos
no sería posible, ya que el calor emitido por el planeta se disiparía en el espacio produciendo unas temperaturas extremadamente bajas en la Tierra (con un promedio de 33 °C menos que la temperatura actual). Estos gases reciben el nombre de GEI (IPCC, 2007). Sin embargo, desde la Revolución Industrial, las actividades humanas han aumentado considerablemente la cantidad de GEI presentes en la atmósfera, lo que ha intensificado el efecto invernadero natural provocando graves problemas en el clima.
Los humedales son fuentes emisoras de GEI, como el N2O y el CO2, contribuyendo
con el 40–55 % de las emisiones anuales globales (Boon y Lee, 1997; Christensen et al., 2003; Bodelier y Laanbroek, 2004).
Por un lado, cuando los suelos están saturados, los procesos de respiración
anaerobia de los microorganismos conllevan la emisión de N2O, siendo escasa la
emisión de CO2. Por el contrario, cuando los humedales se drenan, se estimula la
respiración aerobia y como consecuencia se dan picos de emisión de CO2. Conocer el
balance entre la cantidad de NO3‐ retirado de un H2O eutrofizada y el N gaseoso
(N2O/N2) emitido en los procesos de respiración anaerobia ayuda a valorar en qué
medida los aspectos negativos de estos sistemas pueden verse o no compensados por los positivos.
1.8.1. ÓXIDO NITROSO (N2O)
Gas traza de efecto invernadero que contribuye al calentamiento global y a la
destrucción de la capa de O3 en la atmósfera (Tallec et al., 2008). Es incoloro, de olor
ligeramente dulce y con un potencial para contribuir al calentamiento global en 100
años 310 veces superior al del CO2 (Forster et al., 2007). Casi el 60 % de las emisiones
de N2O a la atmósfera proceden de fuentes naturales y el resto de fuentes
antropogénicas. En particular de los océanos, el suelo, la combustión de biomasa, el uso de fertilizantes, y diversos procesos industriales.
El N2O se produce en humedales naturales y artificiales (Paredes et al., 2007;
es reducido a N2 (Tao y Wang, 2009), a través de la desnitrificación (Tallec et al., 2006).
La humedad es un factor fundamental que influye en las emisiones de N2O: cuando la
desnitrificación se complete hasta su última etapa (sistemas completamente
saturados) la mayoría del N2O se transformará en N2 y las emisiones serán menores
que cuando no todo el N2O se transforme en N2 (sistemas no completamente
saturados) (Butterbach‐Bahl, 2013). Además, las bacterias responsables de la desnitrificación son sensibles a los cambios de humedad (Venterink et al., 2002), lo que
puede provocar que la desnitrificación no se complete, permaneciendo el N2O
(Groffman et al., 2009). Todo esto dificulta la evaluación de las emisiones de N2O en los humedales, ya que los cambios de humedad son una característica inherente a la mayoría de ellos, por lo que muchas veces se habla de emisiones potenciales de N2O. 1.8.2. DIÓXIDO DE CARBONO (CO2)
De entre los GEI, el CO2 cobra especial relevancia por su efecto sobre las
condiciones climáticas del planeta debido a su larga permanencia, es decir, es un gas que permanece activo en la atmósfera durante mucho tiempo. Así, por ejemplo, del
CO2 emitido a la atmósfera, sobre el 50 % tardará 30 años en desaparecer, un 30 %
permanecerá varios siglos y el 20 % restante durará varios miles de años (Solomon et al., 2007). Es un gas no tóxico, incoloro, denso y poco reactivo.
Las plantas tienen la capacidad de captar el CO2 atmosférico y, mediante procesos
fotosintéticos, metabolizarlo para la obtención de azúcares y otros compuestos que requieren para el normal desarrollo de su ciclo vital. Existen diversos factores que influyen en la cantidad de C acumulado tanto en la biomasa de las plantas como en el suelo. La tala de árboles y la quema de material vegetal que se aplican en los procesos de conversión de bosques a tierras agrícolas o ganaderas y, también, en la explotación maderera, liberan el C acumulado en las plantas y en el suelo, regresando éste a la
atmósfera en forma de CO2. Las emisiones netas del sector agrícola y forestal se suman
a las emisiones de CO2 que se generan al quemar combustibles fósiles en los sectores
de transporte y generación de energía.
1.9. EL CARBONO DE LA BIOMASA MICROBIANA (CBM) COMO INDICADOR DE LA