ASPECTOS TÉCNICOS DE LA AGRICULTURA CON AGUAS RESIDUALES Ing. Julio Moscoso Si bien es cierto que 50% de la agricultura latinoamericana continúa realizándose por secano (lluvia), cada vez se implementan más áreas con sistemas de irrigación para asegurar el abastecimiento regular de agua, obtener dos cosechas anuales, mejorar el uso de las tierras y elevar la rentabilidad de los cultivos. Esto es importante en las zonas áridas y semiáridas en donde la escasez de agua hace que se aprovechen todos los recursos hídricos disponibles, como las aguas residuales. Según Bartone y Arlosoroff, en 1987 ya existían cerca de dos millones de hectáreas regadas con aguas residuales. A continuación se muestran las cifras de los países que cuentan con mayor superficie agrícola regada con aguas residuales: País Hectáreas China 1.330.000 México 250.000 India 73.000 Chile 16.000 Estados Unidos 13.500 Kuwait 12.000 Australia 10.000 Israel 8.800 Túnez 7.400 Alemania 6.800 Perú 5.500 Argentina 3.700 Arabia Saudita 2.900 Sudán 2.800 Sudáfrica 1.800 Bahrein 800 Total 1.745.000 Se estima que en América Latina actualmente se riega cerca de 500.000 hectáreas con aguas residuales. No existen datos oficiales de la mayoría de países, sin embargo, se sabe que las aguas
- 2 - residuales se están utilizando directa o indirectamente (ríos que reciben desagües) en la mayoría de ciudades que tienen áreas agrícolas aledañas. 1. Condiciones básicas para un riego eficiente El riego tiene el propósito de adicionar al suelo el agua suficiente para que la planta tenga un adecuado crecimiento (Pescod, 1992). Esta práctica es eficiente si se adoptan las siguientes medidas básicas: - aplicar la cantidad de agua necesaria; - regar con agua de calidad aceptable; - establecer una frecuencia apropiada para el riego; - emplear métodos de riego convenientes; - prevenir la salinización en la zona de las raíces por medio de la percolación; - controlar la acumulación del agua sobre la superficie del terreno mediante un apropiado drenaje; y - manejar en forma óptima los nutrientes del cultivo. 1.1 Requerimientos de cantidad de agua El 99% del agua proveniente del suelo que absorbe la planta se elimina mediante el proceso de evapotranspiración, por lo tanto, el requerimiento de agua es equivalente a la pérdida ocurrida en este proceso. La evapotranspiración depende de las características del clima (temperatura y humedad) y del tipo de cultivo. Según la FAO (1979), el requerimiento de agua para algunos cultivos es el siguiente: Cultivo mm/campaña Plátano (banano) 1200-2200 Alfalfa 800-1600 Cítricos 900-1200 Algodón 700-1300 Maíz 500-800 Pecanas (nueces) 500-700 Papa 500-700 Sorgo 450-650 Trigo 450-650 Arroz 350-700
- 3 - Cultivo mm/campaña Col 380-500 Frijol 300-500 Se debe tener en cuenta que la lluvia constituye un aporte considerable en las zonas con altas precipitaciones, mientras que en las zonas áridas este aporte es mínimo. 1.2. Requerimientos de calidad de agua La calidad del agua tiene un impacto importante en el crecimiento de la planta y por tanto en el rendimiento del cultivo. La calidad del agua depende de los siguientes factores: - condiciones climáticas locales; - características físicas y químicas del suelo; - tolerancia del cultivo elegido; - prácticas agronómicas (manejo del cultivo); y - método de riego. Los parámetros químicos para evaluar la calidad del agua son: - concentración total de sales disueltas; - conductividad eléctrica; - tasa de absorción de sodio; - iones tóxicos (elementos en el nivel de trazas y metales pesados); y - ph. El efecto de los iones de sodio en el agua de riego para un suelo con una tasa de infiltración reducida depende de la concentración relativa de este ión respecto a las de calcio y magnesio, así como de la concentración total de sales. 1.3 Frecuencia de riego Si el riego se realiza antes de que la humedad potencial del suelo llegue a un nivel por debajo de la tasa de evapotranspiración, es posible obtener la máxima producción agrícola. Los factores que determinan la frecuencia de riego son: - la capacidad de campo (retención del suelo); - la profundidad de las raíces; - la tasa de evapotranspiración de la planta; - la cantidad disponible de agua; - el método de riego establecido; y - las condiciones de drenaje del suelo.
- 4-1.4 Método de riego En la actividad agrícola se utilizan diferentes métodos de riego agrupados en función de la humedad generada en el suelo: - por inundación; - por surcos; - por aspersión (rocío); - sub-superficial (tuberías enterradas); y - localizado (goteo y microaspersores). Los dos primeros métodos se usan mayormente en América Latina y son precisamente los que demandan mayor cantidad de agua. El riego por inundación, práctica fuertemente arraigada entre los agricultores latinoamericanos, ha ocasionado problemas de salinización y mal drenaje, lo que en algunos lugares como la costa peruana afecta aproximadamente a casi 40% del área cultivada. 1.5 Percolación Se necesita un exceso de riego para que el agua percole en el suelo y remueva las sales acumuladas en las capas superficiales por efecto de la evapotranspiración. Esta porción adicional de riego se conoce como "fracción percolable" y el procedimiento tiene mayor importancia en aquellos suelos con niveles de salinidad altos. 1.6 Capacidad de drenaje El drenaje es el proceso de remoción del exceso de agua de la capa del suelo ocupada por las raíces para evitar su putrefacción y lograr el óptimo desarrollo de la planta. Depende de la capacidad de drenaje propia del suelo y de la tolerancia a la humedad que tenga el cultivo. Las zonas tropicales generalmente poseen suelos arcillosos con baja capacidad de drenaje. En compensación, los cultivos tropicales tienen mayor tolerancia al exceso de humedad. El drenaje también evita la salinización secundaria que podría ocurrir por la evaporación de los espejos de agua formados en la superficie del terreno. Esta práctica es especialmente importante en los suelos con napas freáticas superficiales, en donde el transporte de sales hacia la superficie puede ocurrir por capilaridad y luego concentrarse por evaporación. 2. Ventajas y limitaciones del uso de aguas residuales El riego con aguas residuales se está incrementando notablemente en los últimos años debido a las siguientes ventajas: - disponibilidad permanente de agua;
- 5 - - aporte de gran cantidad de nutrientes; - incremento del rendimiento de los cultivos; - mejora de la calidad de los suelos (textura); y - ampliación de la frontera agrícola. Las áreas agrícolas cercanas a la ciudad además de abastecer alimentos, también contribuyen a recargar el acuífero, oxigenar el ambiente urbano y mantener un nivel de precipitación estable. Aun cuando estas importantes ventajas justifican ampliamente el uso de las aguas residuales en agricultura, también existen las siguientes restricciones o riesgos potenciales que se deben tomar en cuenta: - la contaminación microbiológica de los productos; - la bioacumulación de elementos tóxicos; - la salinización e impermeabilización del suelo; y - el desbalance de nutrientes en el suelo. Sin embargo, existen diversas estrategias de manejo agrícola que pueden reducir significativamente estos riesgos potenciales. 2.1. Disponibilidad de agua La costa peruana es un caso típico de zona desértica con serias limitaciones de agua. La mayor parte de sus ríos se caracterizan por tener descarga torrencial y régimen irregular, lo que determina que 80% de la descarga anual se presente entre enero a marzo. Por ello, la mayor parte del recurso se pierde en el océano Pacífico y no se aprovecha para irrigar 95% del área aún desértica. Es frecuente que haya escasez de agua durante la época de estiaje y especialmente durante los años de menor precipitación en las zonas montañosas. Cuando ocurre, el sector agrario se ve obligado a racionar el agua, pero en la práctica la falta de un control apropiado genera conflictos entre los regantes. La situación se agrava en las ciudades, ya que existe una importante demanda de agua para consumo humano e industrial. Un caso típico es el valle del río Rímac que abastece la ciudad de Lima y en cuya parte alta existen 12.000 ha agrícolas. El caudal de este río en 1992 descendió hasta 13 m 3 /s durante más de cinco meses, volumen insuficiente para atender las necesidades de la población limeña. Sin embargo, los agricultores tenían la posibilidad de captar este recurso antes que la ciudad. Ello generó serios conflictos entre el Servicio de Agua Potable y Alcantarillado de Lima y los agricultores. Tal situación también se manifiesta en otros lugares de la Región y demanda la creación de las Autoridades de Cuencas a fin de asegurar la distribución racional de este escaso recurso. El desbalance entre el recurso hídrico y el crecimiento explosivo de las grandes ciudades ha obligado a promulgar leyes que otorgan prioridad al uso de aguas superficiales para los fines de abastecimiento público y generación de energía eléctrica. Como lógica consecuencia, el sector agrario ubicado en la periferia de las ciudades y que tradicionalmente ha utilizado el recurso, ha visto como
- 6 - única forma de sobrevivencia el uso de las aguas residuales. Los efluentes de las plantas de tratamiento de aguas residuales se caracterizan por mantener un flujo regular, lo que permite al agricultor contar con un volumen constante de agua. Esta condición favorece el uso eficiente de este recurso y reduce las disputas entre los agricultores que compiten por ella. 2.2. Aporte de nutrientes El aporte de gran cantidad de nutrientes es una de las principales razones para preferir el riego con aguas residuales, aun cuando se cuente con otras fuentes. La fertilización con abonos químicos se reduce o elimina mediante el riego con aguas residuales, lo que muchas veces representa una disminución de hasta 50% del costo de producción. Para mayores detalles sobre este tema, véase el capítulo 1, acápite 5: Uso de agua residuales en agricultura. Según Bartone (1990), América Latina descargará 405 m 3 /s de aguas residuales crudas a ríos y mares al finalizar la década de 1990. Se calcula que estas descargas podrían aportar diariamente 483.000 t de nitrógeno, 168.000 t de fósforo y 9.400 t de potasio, si fueran tratadas en lagunas de estabilización y luego utilizadas en la agricultura (Moscoso y Egocheaga, 1992). 2.3 Incremento de la producción agrícola Comparativamente, los cultivos regados con aguas residuales logran mayor rendimiento que los cultivos regados con aguas blancas y fertilizados con abonos químicos. Shende (1985) compara el rendimiento de algunos cultivos agrícolas en t/ha/año: Tipo de agua Trigo Arroz Papa Algodón Blanca con abonamiento (NPK) 2,70 2,03 17,16 1,70 Residual sin tratar 3,34 2,97 23,11 2,56 Efluente de lagunas de estabilización 3,34 2,94 20,78 2,56 A continuación también se muestra la diferencia de rendimiento de varios cultivos regados con aguas negras y blancas en Tacna, Perú: Cultivo Aguas negras (t/ha) Aguas blancas (t/ha) Alfalfa 12 10 Maíz 5 2 Trigo 3 2 Cebada 4 2
- 7 - Avena forraje 22 12 Tomate 35 18 Ají 12 7 Papa 30 12 Esta mayor producción se atribuye a los nutrientes que se encuentran bajo la forma de compuestos solubles en las aguas residuales, los que son asimilados fácilmente por la planta y aportados con la misma frecuencia que el riego. En cambio, los fertilizantes químicos son compuestos menos solubles que solo se aplican al inicio de la campaña, además una parte es disuelta parcialmente por el agua de riego, otra parte es arrastrada con el agua de percolación y otra se pierde por evaporación. 2.4. Mejoramiento de la calidad del suelo El aporte de materia orgánica también permite mejorar la textura del suelo. Esta mejora es especialmente importante en suelos arenosos de alta permeabilidad y poco contenido de materia orgánica. Del mismo modo se puede mejorar la calidad de suelos eriazos que nunca tuvieron actividad agrícola, como ocurre en las zonas con mínima precipitación y alejadas de los ríos. 2.5 Ampliación de la frontera agrícola Un caso típico de aprovechamiento de aguas residuales para ampliar la frontera agrícola es el valle Mezquital, en donde se han habilitado 70.000 ha agrícolas gracias a un aporte de 43 m 3 /s de las aguas residuales generadas por la ciudad de México. Otro caso similar es el de la costa peruana en donde existen 760.000 hectáreas cultivadas, equivalentes solo a 46% del área agrícola potencial. El resto no ha sido incorporado a la agricultura por la carencia de agua, sin embargo, es posible duplicar la superficie cultivada mediante proyectos de irrigación que incluyan el uso de aguas residuales tratadas. Es por ello que en 1991 el Ministerio de Agricultura del Perú inició el Proyecto Nacional de Riego con Aguas Servidas Tratadas para ampliar la frontera agrícola de la costa en 18.000 ha a ser regadas con 20 m 3 de desagües producidos por las principales ciudades de esa zona. 2.6 Recarga del acuífero El riego de las áreas agrícolas con aguas residuales permite la recarga de acuíferos, los que representan la principal fuente de agua potable en muchas ciudades. Se puede citar como ejemplo el caso de Lima metropolitana, en donde el uso de aguas subterráneas para el abastecimiento de la población y la eliminación de 25.000 ha agrícolas han provocado un descenso de 20 m en el nivel de la napa freática. Por ello, los acantilados limeños tradicionalmente denominados "Costa Verde", están desprovistos de la vegetación que los cubría abundantemente hace 20 años.
- 8-3. Estrategias para el manejo agrícola de las aguas residuales tratadas La eficiencia del uso de las aguas residuales en la agricultura depende básicamente de las estrategias que se adopten para optimizar la calidad y cantidad de la producción, a la vez que se mejora la productividad del suelo, el ambiente y la salud pública. Una combinación apropiada de los diferentes componentes permitirá el resultado óptimo para la condición específica que se maneje. Para ello es requisito fundamental contar con la información sobre las características del efluente que se utilizará y del área que se pretende habilitar. Los tres componentes básicos que deberán combinarse son: a) los tipos de cultivos; b) los métodos de riego; y c) las prácticas de manejo. La cantidad total y la disponibilidad de agua permitirá determinar la magnitud del área agrícola, el programa de siembras y cosechas, la frecuencia y horario de riego y las necesidades adicionales de almacenamiento. La calidad del agua en términos de concentración de nutrientes, sales e iones determinará el tipo de cultivo en función de su tolerancia a las concentraciones de sales, el método de riego, la fertilización y otras prácticas de manejo. 3.1 Selección de cultivos En principio, el criterio de calidad sanitaria de las aguas residuales no debe ser el factor condicionante para elegir determinado tipo de cultivo, ya que a través del tratamiento es posible obtener efluentes que satisfacen la calidad sanitaria más exigente para uso agrícola irrestricto. Esto es válido a menos que por razones legales exista una restricción para ciertos cultivos de consumo humano. Sin embargo, cuando el sistema de tratamiento no asegura la calidad óptima, es necesario seleccionar los cultivos según las características del efluente generado para evitar riesgos potenciales a la salud. Bajo este criterio, los cultivos se pueden clasificar en los siguientes grupos: a) Forestales: maderables y de protección ambiental b) Ornamentales: zonas sin acceso o acceso limitado al público c) Forrajes: de pastoreo directo y cosechados d) Alimenticios: de consumo crudo y cocido. Los primeros cultivos son los menos exigentes en la calidad del agua, ya que no son comestibles ni involucran un contacto directo con el público. En cambio, se requiere una alta calidad sanitaria para los cultivos alimenticios, especialmente los que se consumen crudos. La mayoría de las aguas residuales tratadas no son muy salinas, ya que los niveles generalmente se sitúan entre 200 y 500 mg/l. Eventualmente podrían presentarse efluentes con niveles de salinidad que excedan los 2.000 mg/l y que restrinjan la absorción de agua en ciertos cultivos susceptibles a este factor. Los niveles de tolerancia a la salinidad de los principales cultivos agrícolas comerciales han sido estudiados ampliamente; algunos de ellos se indican a continuación:
- 9 - Tolerantes Semitolerantes Sensibles Cebada Avena Frijoles Algodón Soya Lentejas Betarraga Trigo Zanahoria Alfalfa Sorgo Cebolla Espárrago Caña de azúcar Maíz La mayoría de hortalizas (col, coliflor, tomate, zapallo, espinaca, nabo) y tubérculos (papa y camote) tiene una sensibilidad moderada. Casi todos los frutales son bastante sensibles a la salinidad, salvo el caso del higo, papaya, olivo y piña, que muestran una tolerancia moderada. También podría presentarse exceso de ciertos elementos tóxicos, como sodio, cloruros, boro, etc., los que limitan el rendimiento de algunos cultivos sensibles. El problema de la toxicidad es diferente al de la salinidad, ya que sucede dentro de la planta y no por escasez de agua. Un aspecto adicional es el alto nivel de nitrógeno que caracteriza a los efluentes de lagunas de estabilización y que provocan un desarrollo vegetativo excesivo de la planta en detrimento de los frutos. Esta característica debe ser considerada como un criterio para seleccionar los cultivos de forrajes. 3.2 Selección del método de riego La eficiencia del uso del agua es el principal criterio para elegir el método de riego, pero cuando se usan aguas residuales existen otros factores que deben tenerse en cuenta, como son los riesgos de contaminación de los trabajadores y de los cultivos. Se considera que el riego por inundación es el menos eficiente por la gran cantidad de agua que desperdicia. También puede contaminar los cultivos de tallo corto y tubérculos por estar en contacto directo con el agua. En este caso, los agricultores estarán más expuestos que con otros métodos de riego. En suma, es un método poco satisfactorio para el riego con aguas residuales. El riego por surcos es el método más recomendado cuando se utilizan aguas residuales, ya que permite aplicar los nutrientes y la materia orgánica (sólidos) al suelo en forma directa y no demanda volúmenes de agua tan grandes como el riego por inundación. También reduce la contaminación de los cultivos, ya que las plantas no están en contacto directo con el agua. Lo que no se puede garantizar con este método es la protección a la salud, pues los agricultores mantienen un contacto directo con el agua, a menos que se instalen tuberías para introducir el agua en cada surco. El riego por aspersión (tipo lluvia) es más eficiente en términos del uso del agua, pero puede contaminar los cultivos, incluso los de tallo alto como frutales. Además, los gérmenes existentes en las aguas residuales pueden ser transportados por el viento hacia zonas urbanas vecinas. También
- 10 - requieren una remoción previa de los sólidos suspendidos para evitar el taponamiento de los aspersores. El riego localizado (por goteo o microaspersores) permite un ahorro considerable del recurso hídrico, pero también es el más costoso. Además, exige en el agua una concentración de sólidos menor de 50 mg/l para evitar la obstrucción de los dispositivos de regulación y entrega del agua. Si se pretende utilizar las aguas residuales, se necesitaría un sistema de tratamiento con alta capacidad de remoción de materia orgánica y nutrientes, elementos que más bien deseamos aprovechar como fertilizantes. Se tiene que reconocer que estos métodos generan el menor riesgo de contaminación y protegen adecuadamente la salud de los consumidores y de los agricultores. 3.3 Prácticas de manejo del campo El uso de las aguas residuales exige un manejo especial del agua, suelo y el cultivo, con el propósito de conservar la calidad del suelo y proteger la salud de los agricultores y consumidores. Cuando las concentraciones salinas de los efluentes tratados exceden los 2.000 mg/l se deben efectuar prácticas de riego que eviten la acumulación salina, tales como la aplicación de volúmenes restringidos de agua y el facilitar una buena percolación y drenaje del suelo. Aun cuando las concentraciones de sales en el agua no sean tan elevadas, existe el riesgo de una acumulación progresiva de sales si el suelo no tiene una buena capacidad de percolación y se usan grandes volúmenes de agua para el riego (inundación). Por ello es preferible optar por un método de riego con poca demanda de agua. En caso de observarse un proceso de salinización se debe favorecer el lavado del suelo, aplicando mayor cantidad de agua en la época fría en lugar de la cálida, ya que normalmente las perdidas por evapotranspiración son menores en este período del año. También se recomienda esta práctica en el período entre la cosecha y siembra, especialmente en suelos con poca percolación. En la mayoría de zonas áridas y semiáridas, la salinidad está asociada a la presencia de una napa freática poco profunda. La práctica de drenaje permite desplazar volúmenes importantes de agua fuera del terreno, elimina cantidades apreciables de sales concentradas y profundiza la napa freática. Si se dispone de un recurso hídrico alternativo, es posible que las aguas residuales salinas puedan ser diluidas. Las lluvias también constituyen un instrumento importante para reducir la salinización de los suelos. El manejo del suelo debe estar orientado a obtener una superficie uniforme con una pendiente mínima para favorecer el drenaje y evitar la acumulación del agua de riego en las zonas deprimidas. El buen labrado del terreno favorece la percolación homogénea, en lugar de que ésta se realice solo por las grietas del terreno. Los suelos labrados en forma frecuente (entre campañas) mantienen una percolación apropiada. Además de elegir los cultivos más tolerantes a la salinidad, se debe tener en cuenta ciertas prácticas culturales que contribuyen a reducir los efectos de este factor sobre las plantas. Por ejemplo,
- 11 - en los cultivos por surcos la acumulación de sales se concentra en el centro del lomo, por lo que se recomienda que la siembra se efectúe en los lados de éste. Finalmente, se debe recalcar que la legislación establecida por los países tendrá un efecto definitivo en las medidas de control para el uso de las aguas residuales en agricultura. La falta de este instrumento propicia el uso irrestricto de este recurso y atenta contra la protección ambiental y la salud de los agricultores y consumidores, situación que desgraciadamente ocurre en la mayoría de nuestros países, pero que debe cambiar a muy corto plazo. 6. Referencias bibliográficas - Bartone, C. 1990. International perspective on water resources management and wastewater reuse: appropiate technologies. IAWPRC Biennial International Conference and Water Reuse Seminar, 29 julio-3 agosto, Kyoto, Japón. - Bartone, C.; Arlosoroff, S. 1987. Irrigation reuse of pond effluents in developing countries. Water science and technology 19(12): 289-297. - Doorembos, Jand; Kassam, A. 1979. Yield response to water. Rome: Food and Agriculture Organization of the United Nations. (FAO Irrigation and drainage paper 33). - León, G.; Moscoso, J. 1995. Estrategias para el uso de efluentes de lagunas de estabilización en América Latina - el modelo de acuicultura en Lima, Perú. Tercera Conferencia Internacional de Especialistas sobre Tecnología y Aplicaciones de Lagunas de Estabilización, Asociación Internacional de Calidad del Agua (IAQW), 27-31 marzo, João Pessõa, Brasil. - Moscoso, J. 1993. Estudio de caso sobre el reuso de las aguas residuales en el Perú. Taller Regional para las Américas OMS-FAO-CNUAH-PNUMA sobre Aspectos de Salud, Agricultura y Ambiente Vinculados al Uso de las Aguas Residuales. Jiutepec, Morelos, 8-12 noviembre. - Moscoso, J.; Egocheaga, L. 1991. Reuso en acuicultura de las aguas residuales tratadas en las lagunas de estabilización de San Juan, Sección IV: Factibilidad técnica, económica y social. Lima: CEPIS. - Pescod, M.B. 1992. Wastewater treatment and use in agriculture. Rome: Food and Agriculture Organization of the United Nations. (FAO Irrigation and drainage paper 47) - Shende, G.B. 1985. Status of wastewater treatment and agricultural reuse with special reference to Indian experience and research and development needs. FAO Regional Seminar on the Treatment and Use of Sewage Irrigation. Roma: FAO. p. 157-182.