Flujos de nutrientes en la agricultura y la alimentación para un ecosistema alimentario sostenible en la provincia de Buenos Aires

Abstract

La agricultura y la alimentación son actividades estrechamente vinculadas de las cuales dependen todas las sociedades. Actualmente, parte de la reposición de nutrientes en los sistemas agrícolas se realiza a través de fertilizantes minerales que se obtienen, en gran parte, de yacimientos finitos. Luego, parte de estos nutrientes constituyen los alimentos que tienen por destino, mayoritariamente, los centros urbanos, finalizando, una vez aprovechados por los seres humanos, en rellenos sanitarios, ríos o mares. Esto genera un flujo unidireccional de los nutrientes desde fuentes de alta concentración a fuentes de baja concentración, lo que permite inferir que las futuras generaciones no contarán con fuentes de alta concentración para reponer los elementos extraídos de los sistemas agrícolas. Aunque la existencia o reservorio total de nutrientes a nivel de planeta no cambiará, sí lo hará su concentración y distribución. Las generaciones futuras requerirán concentrar los nutrientes, lo que implicará un incremento en los costos económicos y energéticos. Para poder proyectar una sostenibilidad de la agricultura y la alimentación es necesario superar la visión lineal que prevalece en el abordaje de las mismas y convertirla en cíclica, es decir, pasar de una noción de “sistema alimentario” a una de “ecosistema alimentario”. Aún es incipiente el interés por vincular los flujos de nutrientes entre agricultura y alimentación y tratar de cerrarlos para buscar una mayor autosuficiencia. La generación de un ciclo de nutrientes entre la ciudad y el campo podría lograrse utilizando los residuos sólidos urbanos y aguas servidas. Adicionalmente, es necesario tener en cuenta que muchos de los nutrientes relacionados con la agricultura son exportados, siendo muchos de ellos destinados a la alimentación animal, lo que afecta la autosuficiencia en el ecosistema alimentario. El objetivo general de la tesis es conocer los flujos de nutrientes en el ecosistema alimentario de la provincia de Buenos Aires y su relación con la sostenibilidad, asumiendo que actualmente presenta un flujo unidireccional de nutrientes desde los sistemas agrícolas a los cuerpos de agua. Para el análisis de los flujos de nutrientes en el ecosistema alimentario de la provincia se tomó como referencia el período 2005-2006. Se consideró la conservación de los nutrientes del suelo a partir del cálculo del balance de nutrientes (N, P, K, Ca y S) en horticultura, cultivos extensivos y producción de carne y leche bovina. Se analizó la conservación de los nutrientes del suelo presentando un escenario de cambio de las exportaciones de granos y harinas con destino a la alimentación animal por diferentes tipos de carnes (vacuna, de cerdo o de pollo) producidas a partir de estos alimentos. Finalmente se evaluó la reposición potencial de nutrientes de la ciudad al campo a partir de su reciclaje en la alimentación de la población, considerando los residuos sólidos urbanos y aguas servidas, en relación a las extracciones del conjunto de actividades agropecuarias analizadas. La extracción de nutrientes en la provincia de Buenos Aires por las diferentes actividades agropecuarias fue mayor que la reposición entre fertilización y fijación biológica, lo que señala la disminución de su reservorio en el suelo, con el consiguiente riesgo para la sostenibilidad. La horticultura es la actividad que mejor conserva los nutrientes del suelo (a excepción del K), siendo las producciones más intensivas, que se realizan cerca de los centros urbanos, las que generan mayores excedentes de nutrientes. Estos excedentes deben ser tenidos en cuenta por el riesgo de contaminación que pueden generar por lixiviado en los acuíferos, principalmente, de nitratos. En cambio, las producciones hortícolas semiextensivas (papa (Solanum tuberosum L.)) generan las mayores pérdidas de K, Ca, e incluso de N. También se encontró que la ganadería (producción de carne y leche bovina) genera, en toda su extensión, un vaciamiento de los suelos en K, Ca y S y, además, de P en las zonas de pastizal natural. La fijación biológica de N es una vía natural de ingreso que permite reponer, adecuadamente, este nutriente en la totalidad de los suelos ganaderos de la provincia. La producción de leche, siendo aún más extractiva que la de carne, genera mayores excedentes en N y P por la fertilización y fijación biológica (N), pero mayores pérdidas por unidad de superficie en el resto de los nutrientes (K, Ca y S). Los cultivos extensivos producen un vaciamiento de todos los nutrientes en los suelos (N, P, K, Ca y S). A excepción de P en trigo (Triticum aestivum L.) y cebada cervecera (Hordeum vulgare L. var. distichum), en el resto de los cultivos, se registraron pérdidas en todos los nutrientes, siendo la soja (Glycine max (L.) Merr.) el principal responsable de la pérdida de nutrientes. Los nutrientes contenidos en la exportación de granos y harinas con destino a la alimentación animal constituyen el 66% de los nutrientes del conjunto de cultivos extensivos. La producción agrícola de estas exportaciones genera balances negativos en todos los nutrientes. La sustitución de las exportaciones de granos con destino a la alimentación animal por la de carne obtenida con los mismos (vacuna, de cerdo o de pollo), implicaría una disminución de las salidas de nutrientes de entre 84 y 92%, dependiendo el tipo de carne. Esto implicaría alcanzar, en la superficie que produce los granos con destino a la alimentación animal, balances positivos de N, P y S para cualquiera de las producciones de carne, y de Ca con las producciones de carnes de cerdo y de pollo. Esto implica aportar al mantenimiento de la fertilidad química del suelo en el 46% de la superficie destinada a cultivos extensivos. El consumo anual de alimento fue de 583 kg por persona. Los nutrientes contenidos en estos alimentos representan el 11% del total de nutrientes extraídos por las principales actividades agropecuarias de la provincia. De los nutrientes en los alimentos, un 93% fue ingerido, mientras que el 7% restante fue derivado a residuos sólidos urbanos. Esto implica una posibilidad de reposición de sólo el 10% de los nutrientes que se extraen en las actividades agropecuarias a partir de las aguas servidas y del 1% por residuos sólidos urbanos. El funcionamiento actual del ecosistema alimentario de la provincia de Buenos Aires presenta un riesgo para la sostenibilidad porque los suelos que producen alimentos están disminuyendo la dotación de nutrientes, y la reposición potencial de los mismos a partir del cerramiento de los flujos entre la ciudad y el campo, es baja. Considerando el predominio de fuentes minerales finitas para la reposición, una posibilidad a corto plazo es cambiar el tipo de producto exportado, mientras que, en el largo plazo, será necesario repensar el ecosistema alimentario global para incrementar la vinculación de los nutrientes entre la ciudad y el campo, y entre países productores y demandantes de alimentos.

Agriculture and food are closely linked activities on which all societies depend. Currently, part of nutrients replenishment in agricultural systems is done through mineral fertilizers that are obtained, mainly, from finite mineral deposits. Then, these nutrients convert to foods that are destinated mostly to urban centers, ending, once used by humans, in landfills, rivers or seas. This generates a unidirectional flow of nutrients from high concentration to low concentration sources, which allows inferring that future generations would not have enough high-concentration sources to replenish the extracted elements from agricultural systems. Although the existence or total reserve of nutrients in the world would not change, it would their concentration and distribution. Future generations will require concentrating the nutrients, which would imply an increase in economic and energy costs. To be able to project agriculture and food sustainability, it is necessary to overcome the linear vision that prevails and turn it into a cyclic one, that is, to switch from a "food system" notion to a "food ecosystem" one. There is still an incipient interest in linking nutrient flows between agriculture and food, and looking to close them to seek greater self-sufficiency. The generation of a nutrient cycle between the city and the farmland could be achieved using municipal solid waste and sewage. However, it is also necessary to take into account that many of the nutrients from agriculture are exported, and a large portion of them is destined to feed animals, which affects self-sufficiency in the food ecosystem. The main objective of this thesis is to know about nutrient fluxes in food ecosystem of the province of Buenos Aires and its relation with sustainability, assuming that nowadays it presents a unidirectional flow of nutrients from the agricultural systems to the bodies of water. For the analysis of nutrient fluxes in the food ecosystem in the province, the period 2005-2006 was taken as reference. Soil nutrient conservation was considered from nutrient balance (N, P, K, Ca and S) in horticulture, extensive agriculture and production of beef meat and milk. Soil nutrient conservation was analyzed in a scenario of change in the exports of grains and flour destined for animal feed by different types of meat (bovine, swine or chicken) produced from these foods. Finally, the potential replacement of nutrients from city to farmland was evaluated, starting from recycling food nutrients, considering urban solid waste and wastewater, in relation to the extractions of all the agricultural activities analyzed. The extraction of nutrients in the province of Buenos Aires by the different agricultural activities was greater than the replacement from fertilization and biological fixation, which indicates decreases in soil nutrient reservoirs, with risk to sustainability. Horticulture is the activity that best preserves soil nutrients (with the exception of K), with the most intensive production that generates greater nutrient surpluses being carried out near urban centers. This surplus must be taken into account because of the risk of contamination that can generate in the aquifers by leaching, mainly of nitrates. On the other hand, the semi extensive horticultural productions (potato (Solanum tuberosum L.)) generate the highest losses of K, Ca, and even of N. It was also found that livestock production (bovine meat and milk) generates, in all its extension, a decrease in soil K, Ca and S and, in addition, of P in the areas of natural pasture. Biological fixation of N is a natural input that allows to adequately replenish this nutrient in all soils with livestock. Milk production, which is even more extractive than meat production, generates higher N and P surpluses, due to fertilization and biological fixation (N), but higher losses per unit area of the other nutrients (K, Ca and S). Extensive crops decrease all nutrients in soils (N, P, K, Ca and S). Wheat (Triticum aestivum L.) and malting barley (Hordeum vulgare L. var. distichum) had P surpluses, but the other crops led losses in all nutrients, with soybean (Glycine max (L.) Merr.) showing the highest nutrient losses. Nutrients contained in the export of grains and flour destined to animal feed constitutes 66% of nutrients removed in extensive crops. Agricultural production of these exports generates negative balances in all nutrients. The replacement of exports from grains destined to animal feed with the meat obtained from them (bovine, swine or chicken) would imply a reduction of nutrient outputs between 84 and 92%, depending on the type of meat. This would result, in the areas that produce grains destined to animal feed, on positive balances of N, P and S with any meat productions and Ca with swine and chicken. This change on exportations would contribute to the maintenance of chemical soil fertility in 46% of the area destined to extensive crops. Annual food consumption was 583 kg per person. Nutrients contained in these foods represent 11% of total nutrients extracted by the main agricultural activities of the province. From the nutrients in food, 93% was ingested, while the remaining 7% was derived to urban solid waste. This implies a possibility of replenishing only 10% of the nutrients extracted in agricultural activities from sewage and 1% from solid urban waste. The current situation of the Buenos Aires province food ecosystem presents a sustainability risk because soils that produce food are showing a decrease in nutrient stocks, and the potential replacement of nutrients from the city to the farmland is low. Considering that current nutrient replenishment depends on finite mineral sources in a short-term possibility is to change the type of exported product, while in the long term, it will be necessary to rethink the global food ecosystem to increase the linkage of nutrients between city and farmland and between producing and demanding food countries.