CALIDAD DEL AGUA SUBTERRÁNEA EN UN CAMPO EXPERIMENTALHORTÍCOLA EN EL ESTADO DE YUCATÁN

Armando Cabrera Sansores1, Ricardo Beltrán Chin1, Julia Pacheco Avila1,2, Javier FríasTuyín1 y José Ramírez Herrera1.

1 Coordinación Académica de Ingeniería Ambiental, Facultad de Ingeniería, UniversidadAutónoma de Yucatán

Av. Ind. No contaminantes por Anillo Periférico Norte, Mérida Yucatán, México, Tel. (99)410191, Fax (99) 410189.

2Posgrado en Ciencias de la Tierra, Instituto de Geofísica, Universidad NacionalAutónoma de México. Ciudad Universitaria, 04510 México, D. F.

Tel. (5) 6224135, Fax (5) 6224097

RESUMEN

La actividad porcícola puede repercutir en la calidad del agua subterránea debido a lascaracterísticas kársticas de la región, que permiten una rápida infiltración del lixiviado delos desechos generados en esta actividad que son aplicados directamente al suelo. Elestudio se realizó en el municipio de Conkal Yucatán, donde se cultivan diversosproductos hortícolas de consumo local (chiles, calabazas, pepinos, etc.). El agua deriego fue extraída de 9 pozos someros ubicados dentro de esta área. El muestreo serealizó en cuatro etapas correspondientes a los períodos climáticos regionales, tres enel año de 1997 y uno en el 98. Se realizaron medidas de campo (pH, CE, T y OD.) y losparámetros químicos mayoritarios de aguas kársticas. Los resultados indicaron que lafamilia de agua predominante, es la cálcico-bicarbonatada y que existe alto peligro desalinización del agua que subyace la zona.

INTRODUCCIÓN

El auge henequenero data de 1870 a 1945 (Bukman y Brady, 1966), tiempo en el cual,inicia el decaimiento de la industria henequenera, importante pilar de la economíayucateca, que dio paso a la diversificación de las actividades en esta región. Una de lasactividades que tuvo un desarrollo importante fue la porcicultura, principalmente en losmunicipios cercanos a la ciudad de Mérida. Su crecimiento fue uniforme, debido, enparte, a la gran diversidad de estratos económicos de la población que participan enesta actividad. Así, agrupó en diferentes niveles de organización que van, desde eltraspatio (con la engorda, o cría de un solo animal), hasta la empresarial (con laproducción integrada de 10 000 vientres, o más), pasando por sistemas de engorda, o

de cría y engorda de muy diversos tamaños. Eliminando los sistemas de traspatio y lasgrandes explotaciones (producción empresarial), la capacidad instalada de la actividadporcícola (tanto a nivel ejidal como de pequeña propiedad), es, en promedio, de 150vientres por granja, con un rango de 50-300 vientres distribuidos en, aproximadamente,1000 granjas, las cuales se localizan principalmente en la región centro norte, que a suvez, abarcan los municipios de mayor densidad de población del estado de Yucatán(INEGI, 1994).

La producción porcina intensiva conlleva a la generación de grandes cantidades dedesechos. Estos desechos, generalmente son depositados sobre el suelo, o encavernas situadas en los alrededores de las granjas, causando una contaminacióndirecta de las aguas subterráneas, ya que las condiciones ambientales del estadopropician la recarga directa. La producción de estiércol es aproximadamente de 6 Kg.,por cada 1000 Kg. de peso vivo (ASAE, 1988).

Las actividades agrícolas pueden repercutir en la calidad del agua subterránea con lasdescargas que producen, en especial, en lugares en donde el medio hidrogeológicopermite una rápida infiltración hacia el agua subterránea. El no tener control de lacantidad y calidad de las excretas aplicadas al terreno, puede dar lugar a un aporte enexceso de microorganismos patógenos, materia orgánica, Fósforo, Potasio y Nitrógenoocasionando la contaminación de las aguas subterráneas, especialmente durante laépoca de lluvias cuando estos elementos pueden alcanzar el sistema acuífero. Elestiércol sólido y semilíquido contiene nutrientes de gran importancia para las plantas,como nitrógeno (N orgánico y N amónico), fosfato (P2O5) y potasa (K2O). Sucomposición depende del tipo de animal de que se trate, de la alimentación, de lastécnicas de almacenamiento y de manejo, del tiempo que esté almacenado y del clima.Otros valiosos elementos fertilizantes presentes en el estiércol son los micronutrientes(Ca, Mg, Na, Mn, Cu, Fe y Zn) (Scialabba, 1994).

En el estado de Yucatán, estudios recientes indican que el agua subterránea seencuentra influenciada por las diferentes actividades llevadas acabo en la zona norte,centro y sur de dicho estado. En un estudio realizado (Cabrera y Pacheco, 1995) semonitorearon 41 pozos someros en una región rural situada al norte de la ciudad deMérida, durante un ciclo anual. Los resultados mostraron que las variaciones en lacalidad del agua, se relacionan con el régimen pluviométrico. Asimismo, se concluyóque el flujo de agua subterránea se efectuó de manera preferencial a través deconductos de disolución; otro estudio, realizado en un área agrícola al sur del estado,mostró que las concentraciones de nitratos y sulfatos excedieron los límites máximospermisibles (22.15 y 250 mg/l, respectivamente) establecidos por las NormasMexicanas (Pacheco y Cabrera, 1996).

El presente trabajo trata principalmente del comportamiento fisicoquímico del aguasubterránea, en un campo experimental hortícola en donde, debido al escaso suelovegetal, se usaron excretas de cerdo como abono para el apoyo nutricional de losproductos hortícolas.

METODOLOGÍA

Descripción del área de estudio

El estudio se llevó a cabo en el campo experimental del Instituto TecnológicoAgropecuario No. 2, perteneciente al municipio de Conkal ubicado en la región centro-norte del estado, adyacente al municipio de Mérida (Figura 1).

Figura 1 Localización del municipio de Conkal

El clima del estado de Yucatán, se describe como sub-húmedo con lluvias de verano,estación seca y larga en invierno y por lo común, se registra una temperatura mediaanual de 26 ºC; la precipitación pluvial anual varía de 500 mm en su parte norte, hasta1200 mm en su parte sur. En el área no existe escurrimiento superficial debido a la altapermeabilidad (coeficiente de escurrimiento de 0 a 5 %) la cual propicia la infiltración yabsorbe, en su mayoría, el agua de lluvia con excepción de pequeñas depresionesimpermeables llamadas aguadas, donde se acumulan. La humedad relativa es del 74 %y la estación de lluvia se inicia en mayo y termina en octubre ( INEGI, 1995).

CONKAL

El campo experimental tiene una unidad porcina, un área hortícola y un área reservadaa la cría de ganado bovino. El monitoreo de pozos para evaluar la calidad de agua, sellevó a cabo en 9 pozos someros existentes en el área hortícola que cubre unasuperficie aproximada de 6 ha, con una distancia de 100 metros entre cada pozo.También se consideraron como pozos de observación, tres pozos somero ubicadosaproximadamente a 300 metros, uno ubicado al Norte en la zona hortícola y 2 fuera delas instalaciones de la granja, uno ubicado al Oeste dentro de una granja privada y elotro al Este de dichas instalaciones, el cual es considerado como pozo público (Figura2).

Figura 2. Diagrama del área de pozos

Muestreos y análisis

En total, se realizaron cuatro muestreos durante los meses de enero, mayo yseptiembre de 1997, y el cuarto en el mes de febrero de 1998; correspondiendo a lastemporadas de transición, estiaje, lluvia del 97 y transición del 98 respectivamente.

En el campo, las muestras se obtuvieron por medio de las bombas de cada pozo,considerando un tiempo de 5 minutos de espera para drenar el agua de las mangueras;y con una cubeta de plástico en los pozos que no tuvieron bombas de succión. Elvolumen de muestra fue el siguiente: 1 lt colectado en envases de polietileno paraanálisis de parámetros físico-químicos y 100 ml de muestra en un matraz volumétricode cristal para análisis de fosfatos.

Las muestras de agua se almacenaron a baja temperatura hasta el momento delanálisis químico. La temperatura, pH, conductividad eléctrica y oxígeno disuelto fueronobtenidos in situ, la temperatura, fue medida por medio del sensor del potenciométro ydel oxigenómetro; el pH, fue medido usando un potenciómetro marca Cole Palmer,modelo 5985-80 Digisence, calibrado previamente usando dos soluciones buffer de pH4 y 7; la conductividad eléctrica, fue medida con un conductímetro marca Cole Palmer,modelo 1481-40 calibrado previamente con una solución 0.01 M de KCl; el oxígenodisuelto, fue medido con un Oxigenómetro YSI, modelo 57, calibrado previamente conuna solución de sulfito de sodio para una concentración de cero de OD y unaconcentración de saturación de oxígeno en función de la temperatura.

En el laboratorio se determinaron: Nitrógeno de Nitratos (N-NO3), por el método de laBrucina o de luz ultravioleta en función de la disponibilidad en el laboratorio; Fosfatos(PO4

=), por el método del ácido vanadiomolibdato fosfórico; Sulfato (SO4=) por el

método turbidimétrico; Calcio (Ca++), Magnesio (Mg), y iones Bicarbonato (HCO3-) por

titulación con ácido sulfúrico por el método del EDTA; Cloruro (Cl-), por el método deMhor y Sodio (Na+), Potasio (K), por el método de absorción atómica. Las técnicas deanálisis fueron las recomendadas en el Standard Methods for Examination of Water andWastwater (APHA, AWWA, WEF, 1992).

RESULTADOS Y DISCUSIONES

Parámetros determinados en situ.

La temperatura es el potencial calorífico referido a un cierto origen. Las aguassubterráneas tienen una temperatura poco variable y responden a la media anual de lastemperaturas atmosféricas del lugar. La temperatura del agua en la región varió de 23.5a 28.8 ºC (Tabla 1), y su comportamiento está relacionado a las influencias climáticas,ya que son aguas expuestas a las condiciones atmosféricas.

El pH que se define como pH = -log [H+], crece 8 % al crecer la temperatura y por tantohay que darlo referido a una cierta temperatura. Según Schoeller (1962), para el aguapura a 25 ºC el pH = 7 y a 18 ºC el pH = 7.08. Al parecer los valores registrados de pH

se mantienen por arriba de la media cuando no son usados, tal es el resultado de lospozos No. 7,8,9 y 11 y no así los pozos 1,2,3,5,10 y 12 que fueron usados para riegocon mayor frecuencia en todo el estudio.La conductividad es la capacidad de un agua para conducir electricidad y crece con latemperatura (2% por ºC), por lo que es preciso tomar una temperatura de referencia,que suele ser 18 ºC o 25 ºC. En la zona de estudio, no existió una variación estacionaly los rangos oscilaron de 351 µmhos a 1257 µmhos, en las cuatro épocas (Tabla 1).Para el pozo No. 8, se reportó el valor más bajo con 351 µmhos. El pozo con valor másalto fue el No.12 para las 4 épocas. El valor promedio fue de 829 µmhos (Tabla 1) y seobservaron los siguientes comportamientos: Por debajo del promedio los pozos No. (4,7, 8 y 9) y por arriba los pozos no. (1, 2, 3, 5, 6, 10, 11 y 12). En general se puede decirque los pozos con mayor frecuencia de uso tuvieron los valores mas altos que aquellosno fueron usados.

La presencia de Oxígeno Disuelto en agua, produce un medio oxidante y juega unpapel de gran importancia en la solubilización o insolubilización de iones que cambiancon facilidad de valencia así como con la actividad de los microorganismos. Suausencia produce un medio llamado anaerobio. Se consume con facilidad si existensustancias oxidables, tales como Materia Orgánica, Fe++, NH4

+, NO2-, etc., en especial

por acción biológica. La concentración a saturación del oxígeno en el agua en contactocon el aire es en el orden de 10 ppm. El agua puede estar incluso sobresaturada enoxígeno, pero en el terreno el oxígeno se consume y su renovación es difícil oimposible. La mayoría de aguas subterráneas tienen entre 0 y 5 ppm, frecuentementepor debajo de 2 ppm. El mayor problema que representa el oxígeno disuelto en elempleo del agua es que produce corrosividad. Su ausencia puede ser origen de malosgustos (fermentación anaerobia). Para la región de estudio, existió variación estacionalentre todas las épocas del estudio. El mínimo correspondió a 0.20 ppm (pozo No. 7) y elmáximo de 5.20 ppm (pozo No.8) (Tabla 1). Ambos pozos no se usaron para el riego dehortalizas en el período de estudio y en especial el No. 7 que en ocasiones presentómalezas alrededor del mismo, no así el No. 8 que se mantuvo despejado de estas.

Parámetros Químicos.

El ion fosfato, aunque está presente en sales solubles, la mayoría en bajasconcentraciones y en general precipita como Ca3(PO4)2, se hidroliza con facilidad ycontribuye a la alcalinidad del agua. La presencia de Calcio limita su contenido y eldióxido de carbono disuelto, lo favorece. No existió variación estacional, en la época detransición del 97 los valores estuvieron entre 0 valor mínimo, (Tabla 1) y 0.05 ppm, conexcepción del pozo No. 6 con 1.62 ppm. Para la época de estiaje los valores dieron ceroa excepción de los pozos No. 6 y 7 con valores de 1.05 y 0.84 respectivamente. En laépoca de lluvia en la mayoría de los pozos dieron valores de cero, mientras que en lospozos No. 4 y No. 6 la concentración fue de 0.76 y 14.19, valor máximo (Tabla 1)respectivamente. Por último en la época de transición del 98 la variación en laconcentración de los pozos es de entre 0.67 y 1.10 ppm, con excepción del pozo No. 12el cual dio cero.

En la concentración del ion sulfato, no se observó variación estacional en las cuatroépocas, el valor mínimo correspondió al pozo No. 7 con 2.00 ppm. y el máximo para elpozo No.6 con 34.28 ppm (Tabla 1). Los pozos que se encontraron por debajo del valormedio fueron el No. (4,8 Y 9); por arriba se encontraron los pozos No. (1,2,5,6,10,11 y12) y variaron los pozos No. (3 y 7). Los pozos que mostraron mayor concentraciónfueron los pozos que se usaron para el riego agrícola, así como, los considerados deobservación en el período de estudio.

Respecto a los iones Ca++, Mg++ y HCO3-, las concentraciones obtenidas en el período

de estudio, son características propias de aguas subterráneas en ambientes kársticos(Tabla 1).

La variación del ion Sodio (Tabla 1), estuvo asociado al ion cloruro, por lo que lavariación en su comportamiento es debida probablemente a la concentración del aguade lluvia, al abono aplicado y al tipo de riego utilizado.

La mayor parte de las concentraciones de potasio se encontraron dentro de lo normalcon valores en la mayoría de los pozos con valores menores a 10 mg/l; en el caso delpozo No. 6 que tuvo la concentración mas alta (59.27 mg/l) en la época de lluvia 97, sedebió probablemente al efecto de la aplicación del abono y al aporte de agua de lluvia,que favorece la infiltración.

Tabla 1. Resumen estadístico de los análisis fisicoquímicos

Media STD MínimoValor

Máximovalor

Temperatura 26.74 1.27 23.50 28.80PH 7.11 0.30 6.67 7.70Cond. Elect. 829.19 262.53 351.00 1247.00Oxi. Disuelto 2.67 1.19 0.20 5.20Ca++ 109.15 32.61 63.70 299.88Mg++ 26.61 9.25 10.73 48.58Na+ 42.21 21.63 3.71 79.63K+ 5.44 9.23 0.35 59.27HCO3 281.95 57.41 147.00 376.35SO4

= 11.60 6.22 2.00 34.28Cl- 92.87 48.27 23.14 156.21PO4

2- 0.58 2.05 0.00 14.19

Familia de aguas.

El diagrama de Palmer-Piper, permite representar a un mismo tiempo varias muestras ypor consiguiente facilita la comparación de sus calidades químicas basadas en los ionespredominantes. Por lo tanto, aguas del mismo tipo aparecerán en el diagrama formandoagrupamientos de puntos.

Para elaborar este diagrama se utilizaron los valores de los diferentes iones obtenidospara cada uno de los 12 pozos de las épocas en estudio. Así en la época de transición97 Fig.1 (a), se observó que 6 pozos correspondieron a la familia Cálcica-Bicarbonataday 3 pozos a la familia Mixta-Bicarbonatada; para la época de estiaje Fig. 3 (b),predominó la familia Cálcica-Bicarbonatada y sólo un pozo correspondió a la familiaMixta-Carbonatada; en la época de lluvias Fig. 3 (c), 8 pozos correspondieron a lafamilia Cálcico-Carbonatada y 3 a la Mixta-Bicarbonatada; y en la época de transición98 Fig.1 (d), 9 pozos correspondieron a la familia Cálcico-Carbonatada y los 3 restantesa la familia Mixta-Carbonatada, porque el ion bicarbonato es el que se encuentra en un50 % o más del total de los aniones (Fig. 3).

Calidad de agua para riego.

Para determinar si el agua de la región es adecuada para riego, que es el uso másimportante de los pozos, se utilizó el diagrama de Wilcox. Este se basa en la relación dela conductividad eléctrica expresada en micromohos por centímetro a 25 ºC, y de laconcentración relativa del sodio con respecto al calcio y magnesio denominado índice(RAS) o relación de adsorción de sodio; esta relación se expresa por medio de lasiguiente ecuación: Na+

RAS= √ (Ca++ +Mg++) / 2

donde el sodio, el calcio y el magnesio se expresa en miliequivalentes por litro.

Para obtener los valores de la relación de adsorción de sodio se utilizaron los valores delos diferentes iones (en miliequivalentes por litro) de cada uno de los 12 pozos de lasépocas en estudio. Los valores de la conductividad eléctrica (a 25 ºC) para cada uno delos 11 pozos durante las épocas en estudio, así como los valores obtenidos de larelación de adsorción de sodio fueron graficados, obteniéndose la clase de agua parariego; la cual está definida por los parámetros C, S y subíndices en cada uno de ellos.

Los pozos No. 4,7,8 y 9 corresponden al tipo C2S1, agua con una salinidad media ybaja en sodio (Fig. 4), para todas las épocas en estudio, a excepción del pozo No. 4que durante las épocas de transición del 98 correspondió al tipo C3S1 en donde sesituaron los pozos restantes para todas las épocas en estudio.

El tipo C3S1 corresponde a un agua altamente salina y no debe usarse en suelos condrenaje deficientes; aún con drenaje adecuado se requiere un manejo especial para elcontrol de la salinidad, además se deben seleccionar plantas que sean bastantestolerables a las sales.

(a) Epoca de transición 97 (b) Epoca de estiaje 97

( c) Epoca de Lluvia 97 (d) Epoca de transición 98

Figura 3. Diagrama Palmer-Piper de Familias de aguas en la región de estudio

El tipo C3S1 corresponde a un agua altamente salina y no debe usarse en suelos condrenaje deficientes; aún con drenaje adecuado se requiere un manejo especial para elcontrol de la salinidad, además se deben seleccionar plantas que sean bastantestolerables a las sales.

Con respecto al sodio, éste se encuentra en poca cantidad y puede usarse para riegoen casi todos los suelos, con poco peligro de que el sodio intercambiable llegue aniveles perjudiciales; sin embargo, las plantas sensibles al sodio como algunos frutales(fruto con hueso), pueden acumular concentraciones dañinas de sodio.

Figura 4. Diagrama de Wilcox en la época de transición de 1998

CONCLUSIONES

Las variaciones de los iones Ca++, Mg++, Na+, y Cl-, se presentaron entre los pozos parauna misma estación de muestreo, mientras que entre las estaciones no se nota estepatrón de comportamiento. Las concentraciones en el acuífero se encontraron dentro delos valores considerados como normales para aguas subterráneas en ambienteskrásticos. En el caso del Mg, K+, Cl- y NO3

= , a pesar de que las concentracionesobtenidas fluctuaron con valores aceptables, para uso agrícola, su presencia indica queexiste un aporte debido a la actividad desarrollada en la zona de estudio, ya que lasexcretas contienen estos iones en su composición nutricional y lo que las plantas noconsumen es lixiviado hacia el nivel freático con el tipo de riego, la precipitación pluvialy ferti-irrigación practicada.

La calidad del agua para riego en la región de estudio se encuentra con un alto peligrode salinización para los pozos (1, 2, 3, 5, 6, 10, 11 y 12) y con un peligro de salinización

media para los pozos (4, 7, 8 y 9) en todas las épocas. Se pudo observar en losdiagramas de Wilcox, que el paso de una época a otra, implica un peligro desalinización del agua; esto indica, que existe un incremento en la contaminación de lacalidad del agua para riego que puede relacionarse con la fertilización y el tipo yfrecuencia de irrigación.

RECOMENDACIÓN

Se recomienda un estudio sobre las características físicas y químicas del suelo paradeterminar en forma precisa, la cantidad de nutrientes que aborbe y determinar lasnecesidades de requerimiento nutricionales de las plantas para proveer en forma optimala cantidad requerida y así evitar en lo posible la infiltración de los excedentes que noson aprovechados en la relación suelo- planta.

AGRADECIMIENTO

Al Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología, por el financiamiento otorgado al proyectode investigación interinstitucional (ITA - FIUADY), "Manejo integrado de los desechosorgánicos de las granjas porcinas", Clave 2191P-B9507. Responsable: M en C. RobertoSanginés García, Instituto Tecnológico Agropecuario No. 2 de Conkal, Yucatán, México.

REFERENCIAS

APHA, AWWA, WEF. (1992).Standard Methodos for the Examination of Water andWastewater, Greenberg, A. E., L. S. Clesven and A. D. Eaton Washington, U. S.A.

ASAE (American Society of Agricultural Engineers). (1988). Citado por Scialabba, N.1994.

Buckman, H. O., Brady, N. C. (1966). Citado por Alonzo, S. J., 1986. “utilización delmétodo de composteo para el tratamiento de desechos porcinos en el estado deYucatán”. Tesis de maestría, Universidad Autónoma de Yucatán, Yucatán,México.

Cabrera, S. A. y Pacheco, A. J. (1995). Variación de la calidad del agua en terrenoskarsticos. Boletín académico. Facultad de Ingeniería, Universidad Autónoma deYucatán. No. 27, abril., pp. 69-80.

INEGI. (1994). Gobierno del estado de Yucatán, Anuario Estadístico.

INEGI. (1995). Mapa Hidrogeológico de la Península de Yucatán, Secretaría deProgramación y Presupuesto, Instituto Nacional de Estadística, Geografía eInformática.

Pacheco, A. J., Cabrera, S. A. (1996). Efecto del uso de fertilizantes en la calidad delagua subterránea en el estado de Yucatán. Ingeniería Hidraúlica en México. Vol.XI, No. 1, enero-abril., pp. 53-60.

Scialabba, N. (1994). Los residuos del ganado y el medio ambiente. Oficina para elMedio Ambiente, Servicio del Medio Ambiente y Recursos Naturales, Direcciónde investigación, Extensión y Capacitación, Departamento de DesarrolloSostenible. Septiembre 19-22, 25 p.