Wetland Soil Phosphorus and Phosphorus Sorption Capacity in Wastewater-impacted and Unimpacted Wetlands, NH USA
A pesar de cuatro décadas de entrada de aguas residuales, el pantano Beaver Dam en New Hampshire no muestra un aumento en la saturación de fósforo en el suelo superficial ni en su capacidad de almacenamiento en comparación con los humedales de referencia, probablemente debido al secuestro de fósforo por la especie invasora *Phragmites australis* y a las condiciones ambientales que inhiben la formación de complejos de fósforo inorgánico, haciendo que el suelo sea incapaz de retener fósforo adicional.
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Los humedales son llamados a menudo los riñones del paisaje, ya que filtran el agua y atrapan contaminantes antes de que lleguen a los ríos y lagos. Uno de los desafíos más persistentes en la calidad del agua es el fósforo, un nutriente que, aunque es esencial para la vida vegetal, puede causar un crecimiento explosivo de algas y zonas muertas cuando entra en exceso en las vías fluviales. En los humedales saludables, el suelo actúa como una esponja para este nutriente, bloqueándolo mediante enlaces químicos con metales como el hierro y el aluminio, o almacenándolo dentro de las capas de materia vegetal en descomposición. Los científicos miden esta capacidad de retención de fósforo utilizando dos conceptos principales: la relación de saturación, que nos indica qué tan lleno está el "tanque de almacenamiento" del suelo, y la capacidad de almacenamiento, que estima cuánto más puede contener el suelo de forma segura antes de que comience a filtrar el nutriente de vuelta al agua. Comprender estos límites es crítico para la gestión de las aguas residuales, ya que muchas comunidades dependen de los humedales para pulir el agua tratada antes de que regrese al medio ambiente.
En el suroeste de New Hampshire, un equipo de investigadores de la Universidad Franklin Pierce se propuso probar los límites a largo plazo de este sistema de filtración natural. Se centraron en Beaver Dam Marsh, un humedal de siete hectáreas que ha estado recibiendo aguas residuales tratadas de la instalación de tratamiento de la universidad durante más de cuarenta años. Durante décadas, el agua fluía directamente hacia un arroyo que alimenta al marisma, pero en 2009, el sistema fue actualizado para canalizar el agua por debajo de la tierra, donde se filtra en las aguas subterráneas antes de emerger en el humedal. Los investigadores querían saber si cuarenta años de esta entrada rica en nutrientes habían llenado la capacidad de almacenamiento del suelo hasta el límite. Hipotetizaron que el suelo de la marisma estaría saturado de fósforo, incapaz de retener más, y que la cantidad total de fósforo en el suelo sería significativamente mayor que en los humedales cercanos no afectados. Para averiguarlo, excavaron en el suelo de Beaver Dam Marsh y en otros cuatro humedales similares cercanos, comparando las capas superiores donde crecen las plantas y las capas más profundas del subsuelo.
Los resultados del estudio dieron la vuelta a las expectativas de los investigadores. En lugar de encontrar un suelo saturado de fósforo, descubrieron que el suelo superficial de la marsal impactada por las aguas residuales contenía, de hecho, menos fósforo total por peso que los suelos de los humedales no afectados. Además, los indicadores químicos mostraron que la capacidad del suelo para almacenar más fósforo no se había agotado; los niveles de saturación no eran significativamente diferentes de los de los sitios sanos y no impactados. De hecho, el suelo en la marsal de aguas residuales parecía ser tan capaz de retener nuevo fósforo como el suelo en los humedales naturales. Este hallazgo contradijo directamente la idea de que la carga de cuarenta años simplemente había llenado los tanques de almacenamiento del suelo hasta el punto del fallo.
La explicación de este sorprendente resultado reside en la vegetación viva y en la química del propio suelo. La marsal de aguas residuales está dominada por una planta invasora llamada Phragmites australis, un carrizo alto que se ha expandido rápidamente desde que comenzó la descarga de aguas residuales. Esta planta es una consumidora voraz de nutrientes. Los investigadores sugieren que, en lugar de asentarse en el suelo, gran parte del fósforo de las aguas residuales es absorbido directamente en la enorme biomasa de estos carrizos, tanto por encima como por debajo del suelo. Debido a que el suelo de la marsal también es rico en materia orgánica y tiene una densidad menor que los otros sitios, el fósforo se diluye efectivamente dentro de un mayor volumen de material. En lugar de acumularse en la tierra, el nutriente es bloqueado en el tejido vegetal vivo y en descomposición, lo que cambia la forma en que medimos el estado químico del suelo.
Sin embargo, la historia no es enteramente una de filtración exitosa. Si bien el suelo superficial parece estar gestionando la carga, las capas más profundas cuentan una historia diferente. El subsuelo en la marsal de aguas residuales es más ácido que en los otros humedales, una condición probablemente causada por la naturaleza química del agua tratada y la forma en que las plantas liberan iones a medida que crecen. Esta acidez hace que el aluminio, un metal que normalmente ayuda a atrapar el fósforo, sea altamente soluble y propenso a lavarse. Sin suficiente aluminio para unirse a él, el fósforo permanece móvil en el suelo profundo, incapaz de formar complejos químicos estables. Esto significa que, mientras que la capa superficial puede estar reteniendo nutrientes en forma vegetal, el suelo profundo ha perdido parte de su capacidad natural para bloquear químicamente el fósforo.
El estudio también reveló que la marsal no se comporta de manera uniforme. El área del humedal que todavía recibe el flujo más directo de aguas subterráneas del sistema de tratamiento ha alcanzado un punto en el que ya no puede retener fósforo adicional, actuando como una fuente que filtra nutrientes río abajo. En contraste, las partes de la marsal que recibieron descargas históricamente, pero que ya no son el punto de entrada principal, siguen funcionando como un sumidero, reteniendo el nutriente. Este mosaico de saturación sugiere que el humedal no es un filtro único y uniforme, sino un sistema complejo donde las condiciones locales dictan si el suelo retiene o libera el fósforo.
En última instancia, la investigación muestra que Beaver Dam Marsh no se ha convertido simplemente en un filtro saturado y fallido tras cuarenta años. En cambio, el sistema ha cambiado. El fósforo está siendo secuestrado en la biomasa expansiva de los carrizos invasores y diluido por las capas profundas de suelo orgánico, en lugar de acumularse en el suelo mineral como los investigadores temían inicialmente. Sin embargo, los cambios químicos en el suelo profundo y la saturación localizada en las zonas de descarga activa indican que la capacidad del humedal para proteger el lago río abajo está comprometida en áreas específicas. El estudio concluye que, si bien el humedal ha almacenado una gran cantidad de fósforo en sus capas orgánicas, su capacidad para unir químicamente el nuevo fósforo es limitada, particularmente donde el flujo de aguas residuales es más fuerte. Para comprender plenamente el equilibrio de este sistema, el trabajo futuro tendría que medir exactamente cuánto fósforo se almacena en los propios carrizos y mapear los límites precisos donde el suelo deja de retener y comienza a filtrar.
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