^aDepartamento de Recursos Hídricos, Universidad de Concepción, Vicente Mendez 595, Chillán, Chile. Email: jarumi@udec.cl, http://orcid.org/0000-0002-8101-3510.

^bFinca TOULA-Portugal / Comité Noix du Périgord-Francia / Finca Las Cabezas-España / La Nocciola-Facma Italia / Mallinko SA-Chile / GTT Nogales Bio Bio-Chile, La Espuela 881, Chillán, Chile.

^cDepartamento de Ingeniería Química y Laboratorio de Superficies (ASIF), Universidad de Concepción, Casilla 160-C, Correo 3, Concepción, Chile. Email: petoledo@udec.cl,

http://orcid.org/0000-0003-2863-7997.

El estrés salino y la presencia de metales, en especial los catalogados como pesados, produce una serie de efectos negativos para los cultivos; entre ellos, limita el crecimiento de las plantas, produce malformación de las hojas, causa clorosis y necrosis, incrementa la aparición de moho y marchites, e inhibe la germinación y crecimiento de polen, con pérdidas previsibles para el sector agrícola. Un inventario de los factores naturales y antropogénicos que afectan la calidad de los recursos hídricos en las cuencas analizadas revela que no solo las actividades industriales, mineras y agrícolas tienen influencia, sino también la litología del suelo, la actividad volcánica y la aparición de aguas subterráneas y manantiales. Nuestros hallazgos deberían alertar a los agricultores sobre la necesidad de mejorar la calidad del agua antes de usarla para el riego.

ELEMENTOS QUE SUPERAN SIGNIFICATIVAMENTE LA NORMA

La composición química de las aguas naturales en Chile muestra una gran variabilidad a lo largo del territorio nacional, marcada por un alto contenido de sales en las zonas áridas del norte, el que decrece significativamente en las regiones más húmedas del sur. Las aguas del Norte Grande, según la información de la Dirección General de Aguas (DGA), poseen una conductividad que fluctúa entre 500 umhos/cm y 2.000 umhos/cm, que en ocasiones supera el valor máximo permitido por la Norma NCh1333 para riego (Orrego, 2002). En el Norte Chico el contenido salino es menor, aunque suele aumentar en los cursos inferiores de los ríos, al punto que su uso es restringido, como sucede en los ríos Copiapó, Huasco, Elqui y Limarí. Sánchez et al. (2016) explican que la aparición de carbonato y sulfato de calcio, y otros minerales y compuestos ocurre a partir de la meteorización de las rocas, que luego son transportados por el agua de riego y depositados en el suelo, donde se acumulan en la medida que el agua se evapora o es consumida por los cultivos. En un estudio reciente realizado por el Centro de Recursos Hídricos para la Agricultura y la Minería (CRHIAM) se analizaron datos de la química del agua de las cuencas del río Choapa, río Maipo y río Rapel ubicadas en el centro-norte de Chile (Figura 1), en el período 2008-2016, y se evaluaron en el marco de los parámetros de calidad de agua para riego estipulados en la normativa chilena NCh1333. Los valores de la base de datos de la Dirección General del Aguas (DGA), mostraron que los elementos boro, cadmio, mercurio y molibdeno superan significativamente la norma en la mayoría de las estaciones de monitoreo, y que también lo hacen, aunque en menor grado, la salinidad medida como conductividad específica, el sulfato, el manganeso y la relación de absorción de sodio. En este artículo se analizan los factores naturales y antrópicos que contribuyen al aumento de elementos y compuestos en el agua de estas cuencas y se instala un alerta respecto a los efectos negativos de la mala calidad del agua sobre la actividad agrícola.

CALIDAD DE AGUA Y RIEGO

El agua de riego contiene un gran número de sales minerales disueltas, cuya composición y concentración varía según la fuente y época del año. En tiempos de extensa sequía la sociedad interpela como nunca a especialistas de todas las disciplinas respecto al origen de la sequía y de la mala calidad de la poca agua disponible, especialmente en las regiones del norte del territorio nacional. La respuesta no es sencilla porque el origen de la contaminación proviene de múltiples factores. En este estudio al menos se explican los factores naturales y antropogénicos que dan origen a la mala calidad del agua de riego en las cuencas del río Choapa, río Maipo y río Rapel. Luego se analiza el impacto tóxico sobre los cultivos producto del exceso de elementos y compuestos químicos en el agua de riego.

FACTORES NATURALES Y ANTROPOGÉNICOS

Una serie de factores tanto naturales como antropogénicos influyen y atentan contra la calidad del agua para riego en las tres cuencas estudiadas. Los factores naturales tienen origen en la composición heterogénea y variable de los suelos y subsuelos a lo largo del país. Por ejemplo, los suelos están compuestos por rocas que poseen aluminio y calcio lo que eleva el pH, y muchas otras sales que se concentran por la rápida evaporación del agua debido a las altas temperaturas típicas de la zona norte de Chile. La lixiviación natural es otro factor importante de generación de sales que arrastradas hasta los cuerpos de agua afectan su calidad.

También cabe destacar el aporte de material sulfurado y rocas calcáreas provenientes de los volcanes y el afloramiento de aguas de vertientes. Los factores antropogénicos tienen su origen en la industria minera, en la industria agrícola-ganadera y en las actividades domésticas. En lo industrial destaca la alteración de los suelos debido a la mezcla con lixiviados generados por la actividad minera en la precordillera, lo que genera escorrentías de arcilla y disolución de cobre, hierro y sulfatos, también las descargas de RILES mineros e industriales. En lo agrícola-ganadero destacan las descargas de RILES de las agroindustrias, también la contaminación difusa por ganadería, y el aporte de agroquímicos en la práctica agrícola. En lo doméstico lo más crítico es la contaminación difusa por aguas servidas. La Tabla 1 presenta un resumen detallado de los factores que afectan la calidad del agua de cada una de las tres cuencas estudiadas.

CULTIVOS AGRÍCOLAS AFECTADOS POR SALINIDAD Y METALES

Existe acuerdo que el principal efecto negativo que produce la salinidad en los cultivos es de tipo osmótico. La alta concentración de sales en la solución del suelo hace que el cultivo tenga que hacer un consumo extra de energía para poder absorber agua del suelo. Este efecto es similar al producido por estrés hídrico, en el que el cultivo sufre la falta de agua en el suelo respecto a lo que demanda para su normal desarrollo. El estrés salino ocasiona la inhibición del crecimiento de las plantas, malformación de las hojas, colores café y amarillento, clorosis, necrosis, incremento de moho, marchites e inhibición de la germinación y crecimiento de los tubos de polen con pérdidas significativas para la agricultura.

Los cultivos agrícolas también se ven afectados negativamente por la presencia de metales, en especial los catalogados como pesados, que son contaminantes ambientales severos, cuya toxicidad es un problema de creciente importancia por razones ecológicas, evolutivas, nutricionales y ambientales. Como metal pesado se hace referencia a cualquier elemento metálico que tenga una densidad relativamente alta y que sea tóxico o venenoso incluso a baja concentración (Lenntech Water Treatment and Air Purification 2004). Los metales pesados incluyen plomo, cadmio, níquel, cobalto, hierro, zinc, cromo, hierro, arsénico, plata y los elementos del grupo platino (Nagajyoti, 2010). En la Tabla 2 se realiza un análisis del origen y la toxicidad para los cultivos que generan elementos y compuestos que están por sobre la normativa de agua para riego NCh1333. La Tabla 2 presenta un resumen de la toxicidad para los cultivos de cada uno de los elementos y compuestos que se encuentran en exceso en cada una de las tres cuencas estudiadas.

LIMITAR FACTORES ANTRÓPICOS Y MITIGAR

El exceso de cloro, cobre, hierro, manganeso, mercurio metálico, sodio, entre otros elementos y compuestos químicos detectados en el agua para riego de las cuencas del río Choapa, río Maipo y río Rapel, respecto a la norma NCh1333 para el caso de riego, produce una serie de efectos negativos para los cultivos, por ejemplo limita el crecimiento de las plantas, produce malformación de las hojas, causa clorosis y necrosis, incrementa la presencia de moho y marchites, e inhibe la germinación y el crecimiento de polen, con pérdidas significativas para el sector agrícola. Si bien hay factores naturales que contribuyen a la salinidad de las aguas, urgentemente se deben limitar los factores antrópicos y en el intertanto recurrir a medidas de mitigación, como tecnologías de tratamiento de agua para riego costo-efectivas y sencillas de usar por los agricultores.

AGRADECIMIENTOS

Centro de Recursos Hídricos para la Agricultura y la Minería CRHIAM ANID/Fondap/15130015.

Bibliografía

Ayers RS, Westcot DW (1985) Water quality for agriculture. FAO Irrigation and Drainage Paper No. 29 (Rev. 1), Food and Agriculture Organization of the United Nations, Rome. http://www.calwater.ca.gov/Admin_Record/C-110101.pdf

Bittner F (2014) Molybdenum metabolism in plants and crosstalk to iron. Frontiers in Plant Science, 28(5),                 1-7

Cargnelutti D, Tabaldi LA Spanevello RM, Oliveira G, Battisti V, Redin M, Linares CE, Dressler VL, Moraes EM, Nicoloso FT, Morsch VM Schetinger M (2006) Mercury toxicity induces oxidative stress in growing cucumber seedlings. Chemosphere, 65(6), 999-1006.

Chang Y, Yamamoto Y, Matsumoto H (1999) Accumulation of aluminium in the cell wall pectin in cultured tobacco (Nicotiana tabacum L.) cells treated with a combination of aluminium and iron. Plant Cell & Environment, 22(8), 1009-1017.

Chen J., Yang ZM (2012) Mercury toxicity, molecular response and tolerance in higher plants. Biometals, 25(5), 847-857.

Dirección General de Aguas (DGA) (2004a) Diagnóstico y Clasificación de los Cursos y Cuerpos de Agua según Objetivos de Calidad. Cuenca del Río Choapa. Informe Técnico. CADE-IDEPE. http://portal.mma.gob.cl/wp-content/uploads/2017/12/Choapa.pdf

Dirección General de Aguas (DGA) (2004b) Diagnóstico y Clasificación de los Cursos y Cuerpos de Agua según Objetivos de Calidad. Cuenca del Río Maipo. Informe Técnico. CADE-IDEPE. http://portal.mma.gob.cl/wp-content/uploads/2017/12/Maipo.pdf

Dirección General de Aguas (DGA) (2004c) Diagnóstico y Clasificación de los Cursos y Cuerpos de Agua según Objetivos de Calidad. Cuenca del Río Rapel. Informe Técnico. CADE-IDEPE.   http://portal.mma.gob.cl/wp-content/uploads/2017/12/Rapel.pdf

El-Jaoual T, Cox DA (1998) Manganese toxicity in plants. Journal of Plant Nutrition, 21(2), 353-386.

Fageria NK, Santos AB, Barbosa Filho MP, Guimarães CM (2008) Iron toxicity in lowland rice. Journal of Plant Nutrition, 31(9), 1676-1697.

Flemming CA, Trevors JT (1989) Copper toxicity and chemistry in the environment: A Review. Water, Air, and Soil Pollution, 44(1-2), 143-158.

Gupta UC, Jame YW, Campbell CA, Leyshon AJ, Nicholaichuk W (1985) Boron toxicity and deficiency: A review. Canadian Journal of Soil Science, 65(3), 381-409.

Hanson BR, Grattan SR., Fulton A (2006) Agricultural Salinity and Drainage. University of California, Davis.

http://old-hos.ifas.ufl.edu/sites/default/files/faculty/gdliu/HansonGrattan2006_0.pdf

Kaiser BN, Gridley KL, Ngaire Brady J., Phillips T, Tyerman SD (2005) The role of molybdenum in agricultural plant production. Annals of Botany, 96 (5), 745-754.

Lenntech Water Treatment and Air Purification (2004) Water treatment. Lenntech, Rotterdamseweg, Netherlands (http://www. excelwater.com/thp/filters/Water-Purification.htm)

Millaleo R, Reyes-Días M, Ivanov AG, Mora ML, Alberdi M (2010) Mangenese as essential and toxic element for plants: Transport, accumulation and resistance mechanisms. Journal of Soil Science and Plant Nutrition, 10(4), 470-481.

Mossor-Pietraszewska T (2001) Effect of aluminium on plant growth and metabolism. Acta Biochimica Polonica, 48(3), 673-686.

Nable RO, Bañuelos G, Paull J (1997) Boron toxicity. Plant and Soil, 193 (2), 181-198.

Nagajyoti P.C, Lee K.D, Sreekanth T.V.M (2010) Heavy metals, occurrence and toxicity for plants: A review. Environmental Chemistry Letters, 8:199-216.     

Orrego JP (2002) El Estado de las Aguas Terrestres en Chile: Cursos y Aguas Subterráneas. Fundación TERRAM. Santiago

Perfus-Barbeoch L, Leonhardt N, Vavasseur A, Forestier C (2002) Heavy metal toxicity: Cadmium permeates through calcium channels and disturbs the plant water status. The Plant Journal, 32(4), 539–548.

Ruiz C (2017) Deficiencias y toxicidad nutrimental. Instituto Tecnológico de Comitancillo, Tecnológico Nacional de México.https://es.scribd.com/document/366504462/toxicidad-y-deficiencias-en-las-plantas

Sánchez R, Guerra LD, Scherger, M (2016) Evaluación de las áreas bajo riego afectadas por salinidad y/o sodicidad en Argentina. 1ª ed., Hilario Ascasubi, Buenos Aires: Ediciones INTA. https://inta.gob.ar/sites/default/files/inta_h._ascasubi-estimacion-areas-salinas-argentina_2016.pdf

Snowden RED, Wheeler BD (1993) Iron toxicity to fen plant species. Journal of Ecology, 81(1), 35-46.

Thornton FC, Schaedle M, Raynal DJ (1986) Effect of aluminum on the growth of sugar maple in solution culture. Canadian Journal of Forest Research, 16(5), 892-896.

UChile-SAG (2005) Criterios de calidad de aguas o efluentes tratados para uso en riego, 254 pp https://research.csiro.au/gestionrapel/wp-content/uploads/sites/79/2016/11/Criterios-de-calidad-de-aguas-o-efluentes-tratados-para-uso-en-riego-2005.pdf

Yruela I (2005) Copper in plants. Brazilian Journal of Plant Physiology, 17(1), 145-156.