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INTRODUCCIÓN
La pérdida de calidad de las aguas subterráneas y superficiales, así como la escasez de este recurso, es uno de los problemas ambientales más alarmantes que enfrenta la humanidad 1,2. Además de ello, numerosos estudios predicen aumentos en la intensidad, la duración y la extensión espacial de las sequías, cambios en los patrones de precipitación y disminución de los glaciares, todo ello como consecuencia del cambio climático. Por tanto, el agua dulce es uno de los recursos más vulnerables ante este fenómeno natural 3.
En Cuba, también se han presentado graves problemas de sequía en periodos recientes, que pueden afectar considerablemente las cosechas de los próximos años 4. Además, se ha observado eutrofización de los lagos e incremento del contenido de metales en zonas de acuíferos, debido a la descarga de residuos industriales y pecuarios, insuficientemente tratados 5. El río Almendares es el cuerpo de agua superficial más importante de la capital cubana, reflejo de prácticas antrópicas mal empleadas que afectan su vitalidad. Diferentes estudios evidencian la calidad deteriorada actual de este ecosistema, principalmente por los altos niveles de materia orgánica, metales pesados y otros contaminantes 6-8. Sin embargo, las evaluaciones realizadas en su nacimiento son muy escasas y, por tanto, es insuficiente la información acerca de la composición química del agua desde su inicio.
El problema de la escasez y la contaminación de las aguas es aún mayor si se considera que la agricultura utiliza el 70 % del agua dulce disponible. Como estrategia de solución, diferentes administraciones han propuesto la reutilización de las aguas residuales en la agricultura 9. En Cuba, prácticamente no se reúsan las aguas residuales, pero dado los problemas de sequía que ha presentado el país y la conveniencia de darle un uso productivo, diferentes investigadores promueven la implementación de esta práctica 4.
Sin embargo, la necesidad de implementarlas de manera segura para el medio ambiente requiere de estudios previos que evalúen su calidad. El río Almendares nace en el poblado de Tapaste, San José de las Lajas, Mayabeque, donde inicia un curso intermitente y las actividades agrícolas y urbanos desarrolladas en el lugar pueden modificar la composición química del agua. Por esta razón, el objetivo del presente trabajo fue caracterizar el agua del Río Tapaste y evaluar su calidad para uso potencial en la agricultura, consumo familiar y conservación biológica de la vida acuática.
MATERIALES Y MÉTODOS
Se colectaron cuatro muestras de agua en el río intermitente que pasa por el poblado de Tapaste, el cual se corresponde con el nacimiento de la cuenca Almendares-Vento. El muestreo se realizó el 11 de agosto de 2015, correspondiente a un período lluvioso en Cuba. Los puntos muestreados se ubicaron a los 23o02’53” de Latitud Norte y 82o13’23” Longitud Oeste (Punto I), 23o02’42” de Latitud Norte y 82o13’29” Longitud Oeste (Punto II), 23o02’13” de Latitud Norte y 82o13’52” Longitud Oeste (Punto III) y 23o01’88” de Latitud Norte y 82o14’36” Longitud Oeste (Punto IV) (Figura 1). Las muestras se colectaron siguiendo los procedimientos de muestreo y preservación establecidos 10.
En el lugar del muestreo se midió el pH y la conductividad eléctrica y se conservaron y almacenaron las muestras de acuerdo a los requerimientos de los análisis posteriores. El pH y la conductividad eléctrica se midieron por triplicado, utilizando un medidor multiparamétrico portátil Orion StarTM A325. Luego se realizaron los análisis de laboratorio en el departamento de Bioquímica y Fisiología Vegetal del Instituto Nacional de Ciencias Agrícolas. Se determinó la alcalinidad por valoración potenciométrica con H2SO4 0.1N. Se evaluaron los residuos totales (RT), residuos fijos (RF) y residuos volátiles (RV) por gravimetría, a través del secado en estufa y mufla (HERON mod HD-150). Para este último análisis se realizaron sucesivos tiempos de calentamiento de 20 minutos hasta alcanzar peso constante. También se determinó la demanda bioquímica de oxígeno (DBO5) por el método respirométrico a través del OxiTop (WTW mod IS-12) y el contenido de Ca, Na, K, Mg, Cu, Pb, Cd, Mn por espectrofotometría de absorción atómica (Analytic Jena novAA 350). Los procedimientos para estos análisis se describen en el Manual de Análisis de Agua 10.
La calidad agronómica del agua fue evaluada mediante el cálculo de la relación de adsorción de sodio (RAS), dureza en grados hidrométricos franceses (°F) e índice de Kelly, según se muestra en las ecuaciones 1, 2 y 3, respectivamente. Los resultados obtenidos se procesaron mediante un análisis factorial. Los indicadores que presenten diferencias entre los puntos se analizarán según la prueba de Comparación de Rangos Múltiples de Duncan con p≤0,05 %, utilizando el programa SPSS Statistics. v22 para Windows.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Se evaluó la calidad del agua en los cuatro puntos muestreados, según los criterios establecidos por la FAO 11, OMS 12 y el Ministerio de Medio Ambiente y Estrategia de Cambio Climático del gobierno de Columbia Británica 13, para su uso en la agricultura, doméstico y conservación de la vida acuática, respectivamente. La evaluación de la calidad para uso agrícola se realizó sobre la base de las siguientes categorías: salinidad, problemas de infiltración y toxicidad 11. La conductividad eléctrica (CE) en los puntos I, III y IV fue menor que los límites superiores establecidos por la FAO y, por tanto, no representan un problema de salinización del suelo (Tabla 1). En cambio, el punto II se encuentra en el rango establecido de “Problema creciente” de salinización (0,75-3 dS m-1), lo que significa que puede tener efectos perjudiciales en cultivos sensibles.
Tabla 1 Parámetro que caracterizan la composición química del agua en los puntos muestreados y los valores de referencia establecidos por la FAO, OMS y el Ministerio de Medio Ambiente y Estrategia de Cambio Climático del gobierno de Columbia Británica
| Indicadores | P- I | P- II | P- III | P- IV | Uso agricultura 11 | Uso doméstico 12 | Vida acuática 13 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| pH ES (0,11) | 7,78 a | 7,69 a | 7,77 a | 7,74 a | 6,5-8,4 | 6,5-9,5 | 6,5-9 |
| CE dSm-1 ES (0,008) | 0,545 d | 0,961 a | 0,672 b | 0,626 c | 0,7 | - | - |
| Ca meq L-1 ES (0,05) | 1,10 d | 1,95 a | 1,70 b | 1,48 c | 0-20 | 2,49-7,49 | - |
| Mg meq L-1 ES (0,005) | 0,088 b | 0,187 a | 0,092 b | 0,086 b | 0-5 | - | - |
| Na meqL-1 ES (0,01) | 1,20 c | 1,93 a | 1,31 b | 1,16 d | 3 | 8,7 | - |
| K mgL-1 ES (0,4) | 11,0 c | 32,9 a | 16,0 b | 16,2 b | 0-2 | - | - |
| Zn mgL-1 ES (0,01) | 0 b | 0,09 a | 0,04 ab | 0 b | 2 | 3 | 0,03 |
| Cd mgL-1 ES (0,005) | 0,110 c | 0,130 b | 0,153 a | 0,167 a | 0,01 | 0,003 | 0,002 |
| Mn mg L-1 ES (0,03) | 0,37 a | 0,10 b | 0 b | 0 b | 0,2 | 0,4 | - |
| Pb mg L-1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 5 | 0,01 | 0,007 |
| RAS ES (0,03) | 1,56 b | 1,86 a | 1,39 c | 1,31 c | 0-3 | - | - |
| Alcalinidad meq L-1 ES (0,2) | 8,43 d | 16,83 a | 12,27 b | 10,40 c | 1,5 | - | - |
Las letras comparan los cuatros puntos en un indicador según Duncan p≤0,5. Error estándar (ES)
El análisis comparativo de la Relación de Adsorción de Sodio (RAS), con los límites de la FAO reflejó que el agua del río no presentó problemas de sodificación e infiltración en el suelo (Tabla 1). Sin embargo, estos problemas se deben, entre otros factores, a la combinación de los efectos asociados con la sodicidad y la salinidad del agua.
La evaluación simultánea de los indicadores RAS y CE en el diagrama de la FAO (1985), evidenció que el agua de los cuatro puntos presenta problemas de reducción leve o moderada en la velocidad de infiltración en el suelo. Por tales motivos se recomienda su uso sin descuidar los posibles efectos en cultivos que demanden de alto contenido de este recurso.
El pH y la concentración de la mayoría de los elementos (Tabla 1) fueron inferiores a los límites máximos permisibles, por lo que no representan un riesgo de toxicidad para las plantas, el uso doméstico y la conservación de la vida acuática. Entre los indicadores que no cumplieron con lo establecido se encuentra la concentración de Cd, la cual superó en un promedio de 14, 47 y 70 veces los criterios de aceptabilidad para el uso en la agricultura, doméstico y conservación de la vida acuática, respectivamente.
Es importante señalar que el Cd es uno de los metales pesados que más ha llamado la atención de las ciencias del suelo, las plantas y los seres vivos; en general, debido a su alta toxicidad, movilidad y poder bioacumulativo. Los niveles encontrados en el agua del nacimiento del río Almendares no solo afectan su utilidad, sino que evidencian problemas alarmantes de contaminación. Dada su capacidad de acumulación es altamente probable que las concentraciones en los sedimentos y organismos vivos que se desarrollen en este medio sean superiores a las determinadas en el agua. En la década de 1940, la contaminación con Cd en el río Jinzu y en el cultivo del arroz se puso de manifiesto cuando en Japón más de 100 personas murieron a causa de la toxicidad por este metal 14. Estos hechos deben ser motivo de preocupación y alarma para otros países en similares situaciones ambientales.
Dado que el pH, en todos los puntos muestreados, es inferior a 8,3, la alcalinidad se debe casi totalmente a los iones bicarbonatos. Este es otro de los indicadores que superó el límite para el uso en la agricultura (Tabla 1) y además sobrepasó el rango habitual de la concentración de iones bicarbonatos en el agua de riego (0-10 meq L-1). El bicarbonato, incluso a concentraciones muy bajas, es un problema, principalmente cuando los cultivos de frutas se riegan por aspersión durante periodos de muy baja humedad (HR<30 %) y alta evaporación. Bajo estas condiciones, se forman depósitos blancos en frutos y hojas que no son lavados por riego posterior y reducen su comerciabilidad.
Según la caracterización química realizada, el agua del río se clasifica como del tipo bicarbonatada cálcica sódica. Se atribuye que el Ca y la alcalinidad deben sus contenidos en el agua a la interacción de la misma con las rocas de la formación Cojímar, que consisten en margas calcáreas suaves y, en ocasiones, se endurecen formando calizas compactas 15.
Las concentraciones de los elementos Ca, Mg, Na y K mostraron una tendencia casi similar en su transcurso por los puntos de muestreo (Figura 2). El punto II presentó los mayores valores de concentración para los cuatro elementos. El punto III le siguió en el orden, excepto para el Mg, y los puntos I y IV mostraron los menores valores, lo cual se corresponde con el comportamiento de la CE. Los elementos Ca, Mg y K se encuentran dentro del rango de concentraciones habituales definidos por la FAO para el agua de riego. Para estos elementos no se establecen valores límites sino determinadas relaciones que deben cumplirse entre ellos y el Na, con el objetivo de mantener el equilibrio deseado. Los elementos Ca y Na están casi en similar proporción, superior al Mg y cumplen con la relación establecida por la FAO para que el Ca pueda contrarrestar los efectos dispersantes del Na en el suelo y su toxicidad en los cultivos.
Las concentraciones de los elementos Ca, Mg y K fueron menores que las determinadas por otro investigador en su estudio de la calidad del agua de diferentes pozos cercanos al lugar de muestreo 16. Sin embargo, el agua de río mostró mayores valores de concentración de Na que el agua de los pozos. Estas diferencias se deben a que las aguas subterráneas, en su paso a través del suelo, adquieren mayor contenido de nutrientes y elementos presentes en las rocas y minerales. El Na no parece ser un elemento característico de la litología del lugar y su mayor concentración en las aguas superficiales podría deberse a las descargas de residuales.
Los mayores valores de residuo total (RT), residuo fijo (RF) y residuo volátil (RV) (Tabla 2) se obtuvieron en el punto II.
Tabla 2 Parámetros e indicadores de calidad agronómica del agua en los puntos muestreados
| P-I | P-II | P-III | P-IV | |
|---|---|---|---|---|
| RT mg L-1ES (121) | 858 ab | 1094 a | 636 b | 517 b |
| RF mg L-1 ES (51) | 394 b | 627 a | 388 b | 280 b |
| RV mg L-1 ES (99) | 464 a | 467 a | 248 a | 237 a |
| Dureza (°F) ES (1) | 24 d | 43 a | 36 b | 31 c |
| IK (%) ES (1) | 46 b | 48 b | 55 a | 54 a |
Estos datos confirman los resultados obtenidos de alcalinidad, concentración de metales y DBO5 (Figura 3). La alta alcalinidad, al igual que los valores de residuos totales por encima de 1000 mg L-1, indica que las aguas analizadas presentan tendencia a formar incrustaciones.
La tendencia a la precipitación química de CaCO3 se predijo utilizando el índice de saturación de Langelier 11. Los resultados indicaron que las aguas de los puntos I, II, III y IV presentaron índices de saturación de CaCO3 de 0,18; 0,69; 0,67 y 0,44, respectivamente. Este aspecto puede ser una limitante, especialmente en el fertirriego, debido a que se obstruye el flujo de agua y, además, contribuye a la alcalinización del suelo. El aumento en el pH propicia un desaprovechamiento de los nutrientes, debido a su baja disponibilidad en valores superiores a 8,0. Uno de los posibles mecanismos para minimizar estos efectos es ajustar el pH a 7,0 en el agua de riego y de esta manera el índice de saturación se hace negativo y, por tanto, no debe precipitar el carbonato.
Según los valores de dureza en grados hidrométricos franceses (°F), las aguas de los puntos I y IV son consideradas medianamente duras y los puntos II y III se corresponden con aguas duras. El índice de Kelly (IK) es uno de los indicadores que definen las proporciones adecuadas de los iones Ca, Mg y Na y su valor superior a 35 % indica que las aguas de los cuatro puntos son aptas para el riego (Tabla 2) 17.
Los valores de DBO5 son superiores a los límites establecidos en la Norma de Calidad del Agua y Control de Descargas AG-CC-01 para aguas que son destinadas al abastecimiento público (2 mg O2 L-1) y la preservación de la fauna y la flora (5 mg O2 L-1) 18. Los puntos II y III, incluso superan el límite (10 mg O2 L-1) para la utilización como agua de riego a los cultivos alimentarios, incluidos aquellos cultivos de raíces que se consumen crudos y cultivos donde la porción comestible está en contacto directo con el agua 19. Por tanto, debido al alto contenido de materia orgánica, las aguas de los diferentes puntos no son aptas para los usos mencionados. Es importante destacar que en los puntos I y IV se alcanzaron los menores valores de esta variable, dado que se corresponden con la entrada y salida del río por el poblado. Este resultado indica que la contaminación está dada por las descargas residuales urbanas y los residuos de crianza animal.
CONCLUSIONES
La composición química del agua del río Tapaste, San José de las Lajas, Mayabeque, refleja las características de la formación a la que pertenece y también el impacto negativo que recibe de las descargas de aguas residuales urbanas.
Los mayores valores de CE, RAS, RT, RF, alcalinidad, dureza y concentraciones de Ca, Mg, Na, K, Zn, se encontraron en el punto II, que coincidentemente es el que recibe mayores descargas de residuales domésticos y de crianza animal.
Los altos contenidos de Cd en el agua de los cuatro puntos la califican no apta para riego, uso doméstico y conservación de la vida acuática y representan un problema ambiental alarmante. También los altos contenidos de bicarbonatos representan un problema para su uso en la agricultura dada la tendencia a formar incrustaciones.
La carga orgánica contaminante calificó al agua de los cuatro puntos no apta para uso doméstico y conservación de la vida acuática y en los puntos II y III tampoco es apta para el uso en la agricultura.
