CALIDAD DEL AGUA Y SU RELACIN CON LA AGRICULTURA

Carlos Perdomo.1

INTRODUCCIN El trmino calidad del agua se refiere al grado de salubridad y pureza de sta para el consumo humano. En muchos pases se ha constatado que la actividad agrcola puede afectar la calidad tanto del agua superficial (ros, lagos) como subsuperficial (acuferos) . Los contaminantes ms importantes relacionados con la actividad agrcola son el nitrato (NO3- ) y los agroqumicos. La contaminacin de aguas con NO3- puede provocar toxicidad aguda en seres humanos (conocida como enfermedad del nio azul), y tambin algunos estudios indican que el consumo prolongado de agua con altas concentraciones de NO3- puede provocar cncer, aunque esta teora no est confirmada. La Organizacin Mundial de la salud ha fijado un valor crtico de nitrgeno en forma de nitratos (N-NO3- ) de 10,5 mg L-1, por encima del cual el agua no es aceptable para el consumo humano. En el caso de Pesticidas, si bien no son frecuente los reportes de toxicidad grave, se cree que el consumo de agua contaminada con estos productos puede llevar tambin a problemas crnicos, no fcilmente detectables.

De dnde provienen los contaminantes? En el caso de los pesticidas (herbicidas, plaguicidas, etc.), estos derivan, obviamente, de su uso con fines agrcolas. En el caso del NO3- , este puede provenir de la mineralizacin del N orgnico del suelo, de la aplicacin de fertilizantes nitrogenados y de fuentes locales de contaminacin como cmaras spticas, depsitos de estircol animal, etc..

MOVIMIENTO DE CONTAMINANTES EN LOS SUELOS Para conocer como se transportan estos contaminantes desde su lugar de aplicacin hasta la fuente de agua, tenemos que comprender cuales son los mecanismos de transporte, cmo influye el suelo y su manejo facilitando o no este transporte, y las caractersticas intrnsecas del agroqumico que determinan la mayor o menor resistencia de ste a ser transportado.

Mecanismos de transporte Los mecanismos de transporte estn relacionados con el ciclo hidrolgico del agua:

El agua de lluvia puede tomar distintos caminos, que van a ser tambin mecanismos de transporte por los cuales los pesticidas y el NO3- se van a mover hacia el lugar de contaminacin final, ya sean las aguas profundas o superficiales. Estos caminos o senderos del agua en el suelo son:

Escurrimiento. Comienza cuando la lluvia supera la capacidad de infiltracin del suelo. Se pueden perder sustancias que estn disueltas en el agua de escurrimiento (solubles) o

1 Ing. Agr., M.Sc., Ph.D., Ctedra de Fertilidad de Suelos.

adsorbidas al sedimento (erosin). En este caso el destino del agua, as como el de los sedimentos y agroqumicos, son las fuentes de agua superficiales como ros, arroyos, lagos.

Infiltracin superficial. En este caso, el agua puede an retornar a fuentes de agua superficiales va escurrimiento subsuperficial por topografa.

Infiltracin profunda. En este caso el destino de los contaminantes es el agua subsuperficial, lo cual resulta en la recarga de acuferos y la posible contaminacin de estos.

Evaporacin. No participa mayormente del transporte de agroqumicos, aunque en algunos casos puede favorecer el pasaje de estos a formas gaseosas, los cuales puede retornar luego al suelo con la lluvia.

Caractersticas de los suelos que afectan el movimiento del agua Estas caractersticas de los suelos influyen tanto en la ruta como en la tasa de flujo que el

agua sigue en el suelo:

1. Textura. Texturas arcillosas dificultan la infiltracin del agua en el suelo, y tambin retiienen ms agua por unidad de volumen.

2. Estructura. Suelos de buena estructura favorecen la infiltracin del agua en el suelo.

3. Materia Orgnica. Suelos con alto nivel de materia orgnica retienen ms agua por unidad de volumen. La materia orgnica tambin favorece la estructura del suelo.

4. Pendiente. Posiciones de alta pendiente favorecen el escurrimiento del agua en el suelo.

5. Prcticas de manejo. El manejo del suelo, por ejemplo a travs del laboreo, puede llevar a cambios en:

Erosin

Infiltracin y escurrimiento

Vas del agua en el suelo

Materia orgnica

Restos vegetales (rastrojos)

Comparado con el laboreo convencional, el laboreo reducido reduce las prdidas de sedimento. Sin embargo, las prdidas de agroqumicos no necesariamente disminuyen. Esto se debe a que con el laboreo reducido lo que realmente disminuyen son las prdidas de material grueso. Las prdidas de productos qumicos estn, en cambio, ms asociadas a la prdida de agua y material fino (arcilla y M.O.). En general, la mayora de los pesticidas se pierden asociados al agua de escurrimiento. Adems, el laboreo reducido disminuye la incorporacin de pesticidas en el suelo, que es lo que ms protege a los agroqumicos de ser transportados con el agua y el sedimento.

6. Macroporos. Son caminos o rutas preferenciales, producidos por cuevas de animales, canales de lombrices, canales de races en descomposicin y grietas de expansin -contraccin. Permiten el movimiento muy rpido del agua y productos qumicos en

profundidad, especialmente si estn abiertos hacia la superficie. Se habla de bypass: pasa rpidamente por el costado de la zona radicular, que es donde se produce la transformacin qumica y adsorcin de estos productos. Por este camino, an los pesticidas ms fuertemente adsorbidos, pueden llegar al agua subterrnea. Generalmente, sin embargo, slo una fraccin del volumen del suelo participa de este movimiento preferencial. Siempre algo de movimiento preferencial existe, porque el suelo y su estructura no son homogneos.

7. Macroporos superficiales. Existen ms en situaciones de no-laboreo, porque el laboreo los rompe. Si una lluvia de poca intensidad hace penetrar el polutante dentro de la matriz del suelo, lluvias fuertes posteriores van ha hacer un bypass del producto y este se va a lavar menos de lo previsible. Si las lluvias de alta intensidad se dan inmediatamente a la aplicacin del producto, posiblemente las prdidas por lixiviacin van a ser mayores. El movimiento preferencial y la mayor infiltracin generalmente explican la mayores prdidas de agroqumicos producidas en situaciones de no-laboreo.

8. Formaciones geolgicas. Acuferos cerca de la superficie sin una capa restrictiva sobre ella, son los ms sensibles a la contaminacin por agroqumicos.

Caractersticas de los contaminantes (cmo interaccionan con el suelo, las plantas y el agua) El destino final de los agroqumicos depende de que sean o no:

1. Adsorbidos. La adsorcin se define como la tendencia del producto a unirse al suelo. La adsorcin se define por el coeficiente K, que expresa la relacin entre la concentracin de un producto en el suelo en relacin a la concentracin de este mismo producto en la solucin (ppm suelo/ppm solucin). Entonces, a mayor adsorcin, mayor K. Esta tendencia se puede equiparar en cierto sentido al magnetismo. Los suelos varan en su magnetismo, verificndose que cuanto mayor es el contenido de materia orgnica del suelo mayor va a ser la capacidad del suelo de adsorber productos, o mayor va a ser ese magnetismo. Debido entonces a esta relacin entre el %MO del suelo y K, muchas veces se prefiere expresar la tendencia de un producto de ser adsorbido en forma independiente del tipo de suelo. Esto se expresa por el coeficiente Koc , el cual corrige el factor K a un contenido de carbono orgnico del suelo constante. A diferencia del factor K, el Koc depende slo del tipo de producto. La real adsorcin de un producto particular en un suelo particular se puede estimar corrigiendo el valor Koc del producto por el %MO de este suelo. Para esto se emplea la siguiente formula: K = [ Koc (%MO / 1.7) ] /100. El valor de K es til para predecir el camino de salida o va de contaminacin del producto. Sustancias con valores de K mayores a 100 se pierden generalmente asociados a prdidas de sedimento. Sustancias con valores de K entre 1-100 se pierden con el agua de escurrimiento superficial (mayora de los pesticidas), y las sustancias con valores de K entre 0-1 se pierden por lavado ( NO3-). Algunas practicas de manejo, como el laboreo reducido puede reducir las prdidas de sustancias con alto K, pero al mismo tiempo aumentar las prdidas de sustancias con bajo K.

2. Disueltos en agua, liberados ms o menos gradualmente a la solucin del suelo. La solubilidad de un producto se expresa a travs de un ndice, el cual se define como la

concentracin (ppm) de un producto que permanece soluble en una cantidad definida de agua. Productos de alta solubilidad se mezclan con el agua y permanecen en solucin. Estos productos se lavan ms rpido. Excepcin: productos muy solubles y de alto K, como el Paraquat y el Glyfosfato. Este tipo de productos tambin constituyen la excepcin a la regla de que, en general, a mayor solubilidad de un producto, tambin mayor va a ser el K.

3. Persistentes. La persistencia se refiere al tiempo que se requiere para que un producto se disipe o desaparezca del medio ambiente. La descomposicin de un producto es una de las principales vas de disipacin y se expresa por su vida media, la mitad del tiempo que se requiere para que un producto se degrade o se descomponga por procesos qumicos, biolgicos o fotoqumicos. Un producto muy persistente acta por ms tiempo, lo que es beneficioso desde el punto de vista del objetivo del uso del producto, pero es tambin potencialmente ms contaminante. En general, a mayor K, ms tiempo un producto qumico va a permanecer en el lugar donde fue aplicado. Sin embargo, un producto que se mueva en profundidad puede tambin ser menos descompuesto porque la actividad microbiologa es mayor en superficie. La persistencia de un producto en el suelo depende tambin del grado en que estos sean interceptados por plantas o residuos y absorbidos por plantas.

Tabla I. Valores de solubilidad, vida media y Koc para algunos pesticidas.

Nombre comn Solubilidad (ppm) Vida media (das) Koc

2-4-D 100 10 100

Alachlor 240 15 170

Atrazina 33 60 100

Captan 5 .1 2 .5 100

Carboxin 195 7 260

Chlorimuron ethyl 1200 40 110

Cyanazina 170 14 190

Diazinon 40 40 570

Lindano 7 400 1100

Linuron 75 60 400

Metalaxyl 8400 70 100

Metaldehido 230 10 240

Metolachlor 530 90 200

Metribuzin 1220 30 41

Thiram 30 15 670

CMO TOMAR DECISIONES SOBRE UN PRODUCTO: En EEUU, el EPA (Environmental Protection Agency) considera como potencialmente ms contaminantes aquellos pesticidas con vida medias mayores a 21 das, solubilidades mayores que 30 ppm y Koc menores que 500. Para un suelo con 3% de C.O (5.1 % M.O) este Koc resulta en un K de aprox. 10.

K = [ Koc (%MO / 1.7) ] /100

K = Factor de adsorcin para un sitio especfico

Koc= Factor de adsorcin basado en carbono orgnico

%MO = Porcentaje de materia orgnica del suelo para este sitio.

Luego de calculado este valor K, se puede saber cul es la fuente de agua que se debe proteger y qu prctica de manejo debe ser empleada.

Mejores Prcticas de Manejo (en ingls: Best Management Practices o B.M.P): Guas que se usan en EEUU, que pretenden reducir costos variables minimizando el uso de agroqumicos, manteniendo la calidad del cultivo y protegiendo el medio ambiente. Estas guas se presentan a modo de ejemplo del nivel de control y de preocupacin que existe en otros pases en el tema.

Pretenden reducir el volumen de carriers (sedimentos o aguas)

La concentracin de agroqumicos en los carriers

La capacidad de transporte: Por ejemplo poniendo fajas empastadas o mediante la construccin de baados artificiales.

Algunos son especficos de la situacin, otros son generales y se aplican para reducir prdidas de nutrientes como N. En este caso se sugiere:

Establecer un objetivo de rendimiento.

Usar anlisis de suelo.

Tener en cuenta la residualidad de las leguminosas.

Emplear aplicaciones mltiples de N.

Para reducir prdidas de Pesticidas:

Usar control mecnico.

Usar pesticidas solo cuando es requerido.

Aplicar herbicidas en banda.

Calibrar el equipo aplicador.

La siguiente tabla sugiere la B.M.P a tomar de acuerdo a la prioridad en cuanto al tipo de agua a proteger (subterrnea o subsuperficial).

Cuadro 1. Seleccin de la Mejor Practica de Manejo para proteger aguas subterraneas o superficiales:

1.a- Para Fertilizantes:

Agua a ser protegida

Evaluar la disponibilidad de Ndel suelo en base a an lisis de

suelo y/o planta.

Aplicar N fraccionado en el tiempo,de acuerdo a las necesidades de los

cultivos.

Aplicar la dosis de N en basea un rendimiento meta razonable

Agua Subterranea(suelos de cualquier textura)

Aplicar la dosis de N en basea un rendimiento meta razonable

Mantener restos paracontrolar la erosi n

Incorporar el fertilizante (N,P,K)lo mejor posible.

Agua Superficial(suelos textura fina, alto % MO)

1.b- Para Herbicidas:

Agua a ser protegida

Usar productos de baja solubilidad y bajapersistencia

Usar productos de altaadsorci n

Usar aplicaciones en dosisbajas y productos postemergentes

Suelo de Textura gruesaarenoso, bajo % MO

Usar productos de baja a media solubilidad,y baja a media persistencia

Incorporar lo mejor posible el producto enel suelo o usar productos postemergentes.

Usar dosis bajas

Usar productos de moderadaa alta adsorci n

Suelo de Textura fina,alto % MO, (limoso, arcilloso)

Agua Subterranea

Usar productos de media a alta adsorci n,de media a alta solubilidad y de baja a media

persistencia

Mantener restos paracontrolar la erosi n

Incorporar lo mejor posible el producto enel suelo o usar productos postemergentes.

Usar dosis bajas

Suelo de Textura fina,alto % MO, (limoso, arcilloso)

Agua Superficial

Cuadro 2. Seleccin de la Mejor Practica de Manejo de acuerdo a las caractersticas de adsorcin qumica del producto.

Minimizar erosi n o prevenir quelos sedimentos lleguen al agua.

Fuertemente adsorbidos(K > 100 )

Reducir o controlar el escurrimientoIncorporar agroqu micos.

Reducir la dosis.

Moderadamente adsorbidos( 1< K

IMPORTANCIA DE LA CONTAMINACION DE AGUAS CON NO3- EN EL URUGUAY

Debido a las condiciones de exceso de agua en otoo-invierno en Uruguay, las posibilidades de prdida de N mineral de los suelos son altas. Adems, la no existencia de un cultivo absorbiendo ese N del suelo durante gran parte de este perodo favorece an ms la ocurrencia de prdidas. A pesar de la carencia de informacin cuantitativa al respecto, posiblemente una parte de estas prdidas se den por desnitrificacin, lo que no produce contaminacin de aguas. Sin embargo, el lavado de NO3- de los suelos durante este perodo es sin duda tambin importante. Informacin en este sentido ha sido obtenida a travs de los estudios de lismetros que realiza el grupo de Fertilidad de Suelos de la Facultad de Agronoma.

Existen tambin reportes de elevados niveles de concentracin de N-NO3- en aguas de pozos usados para el consumo humano. En algunos pozos se han medido valores de hasta 50 ppm de N-NO3-, lo cual representa un nivel 5 veces por encima del nivel critico sugerido por la O.M.S.. Esto, ha impulsado la realizacin de trabajos de relevamiento de los niveles de N-NO3- en aguas superficiales (ros, arroyos y caadas) y aguas subterrneas (pozos) en el rea rural. Los resultados obtenidos muestran que la principal contaminacin parece no ser de origen agrcola, ya que la mayora de los pozos contaminados se encuentran cerca de las casas y agrupamientos humanos. Esto sugiere un origen orgnico de esta contaminacin (pozos negros, etc.).

Los trabajos con lismetros impertubados simulaban un sistema agrcola tradicional, alternando un perodo de cultivo invernal (cebada), con un perodo de barbecho otoo-estival. La aplicacin de fertilizante-N a la siembra del cultivo no produjo un efecto diferencial sobre la concentracin de NO3- en el agua de drenaje, excepto cuando ocurri un exceso de agua en el suelo en las primeras semanas de crecimiento del cultivo, momento en el cual la absorcin de NO3- es an muy baja. Las concentraciones ms altas de NO3- del agua de percolacin se registraron durante el perodo de barbecho. Adems, estas concentraciones no difirieron entre los suelos que recibieron y no fertilizante-N (Figura 1). Estos resultados muestran que no existi un efecto residual del fertilizante-N y que por lo tanto, el N-NO3- perdido durante el barbecho provendra de la mineralizacin de la materia orgnica del suelo. La reduccin del tiempo de barbecho surge como una medida de manejo importante para reducir el riesgo de contaminacin con NO3- de aguas subterrneas. Asmismo, la aplicacin fraccionada del N podra reducir sensiblemente el riesgo de contaminacin derivada de los fertilizantes nitrogenados. a