INTRODUCCIÓN

El agua es básica para el mantenimiento de los ecosistemas, los cuales a su vez, son un prerrequisito para la regeneración de este recurso vital en los diferentes procesos físicos y biológicos, tanto en el uso y consumo humano, como en la producción agrícola, pecuaria, forestal e industrial (^{FOCUS 2006}). El acceso a este recurso y su buen manejo, contribuye a un mejor bienestar y a la seguridad alimentaria, mientras que un mal manejo puede generar pobreza y subdesarrollo (^{UNESCO ONU-Agua 2012}).

En México, cerca del 77 % del agua es utilizada en la agricultura, 14 % en abasto público, 4 % en la industria y 5 % en la energía eléctrica (^{CNA 2013}). La actividad agrícola es la de mayor demanda, convirtiéndose en elemento clave en zonas donde este recurso es escaso (^{PNUMA 2009}). Uno de los principales problemas en la Comarca Lagunera de Durango y Coahuila, que es la región de estudio, es la falta de disponibilidad de agua, lo cual se agudiza en los periodos secos, con el consecuente efecto en la recarga del acuífero. De los 653 acuíferos, 101 están sobreexplotados, con una recarga natural de 800 Mm³ en el acuífero principal, ante una extracción aproximada de 1252 mm³ y un abatimiento promedio de 1.3 m por año (^{CONAGUA 2010}). Es común que el agua extraída de pozos a más de 200 m de profundidad, contengan nutrientes, pero también contaminantes (^{Sardiñas-Peña et al. 2006}). Lo anterior es agravado en lugares donde se ha utilizado agua residual para el riego agrícola, reportándose una tendencia creciente en las concentraciones de metales pesados. Lo anterior es un riesgo potencial para la salud, sobre todo por su acumulación en las plantas (^{Mancilla-Villa et al. 2012}). Así, se hace necesario determinar cuantitativamente la calidad del agua de riego extraída del manto acuífero profundo y su posible impacto al ambiente como base para hacer un uso más eficiente del recurso hídrico y mantener una producción agropecuaria competitiva (^{Pedroza et al. 2014}). Un ejemplo de lo anterior es el caso de la ganadería estabulada en la región, que es de alta demanda de forraje para alimentar a las cerca de 409 895 cabezas de ganado lechero (^{CACL-AC 2013}). La producción de forraje en esta área, se basa en cultivos como el maíz (Zea mays ), sorgo (Sorghum bicolor ), alfalfa (Medicago sativa ), cereales de invierno, como trigo (Tritichum vulgare ) y avena (Avena sativa ), entre otros (^{Montemayor-Trejo et al. 2012}).

La contaminación química a partir de agua contaminada, es a través de la cadena alimenticia, mediante la absorción de elementos químicos que realizan las plantas, como pueden ser metales pesados (Cd, Pb y As), los cuales están disponibles tanto para los herbívoros como para el ganado y el propio ser humano (^{Prieto-Méndez et al. 2009}). Con base en ello, el objetivo del presente trabajo fue hacer un estudio sobre la calidad química del agua de riego de pozo profundo en campos productores de maíz forrajero en la Comarca Lagunera, México.

MATERIALES Y MÉTODOS

Ubicación geográfica. El estudio se llevó cabo en los municipios de San Pedro, en el estado de Coahuila y Gómez Palacio, Lerdo, Bermejillo y Tlahualilo en el estado de Durango, México. La región se localiza a 24º 22' de latitud norte y 102º 22' de longitud oeste a una altura de 1120 msnm (^{SEMARNAT 2010-2015}).

Base histórica de datos. De acuerdo con la base histórica de datos de la calidad del agua (periodo 1994-2003) proporcionada por la Comisión Nacional del Agua (^{CNA 2013}) y el uso de mapas digitalizados y herramientas de Sistema de Información Geográfica (SIG), se delimitó el área de estudio. Para ello se usaron los datos de cada sitio o vértice de la ubicación de los pozos profundos de extracción del agua de riego del acuífero principal de la región. Los pozos de riego seleccionados para realizar el monitoreo de la calidad del agua, fueron los identificados por la CNA con los números: 2576, 2612, 1103, 1125, 1200, 3387, 950 y 760 (Cuadro I, Fig. 1). El muestreo de agua se efectuó durante los meses de abril, mayo, junio y julio de 2014, periodo que abarca el ciclo primavera-verano de los principales cultivos forrajeros como el maíz y el sorgo.

CUADRO I UBICACIÓN DE LOS POZOS SELECCIONADOS EN EL ÁREA DE ESTUDIO DE LA COMARCA LAGUNERA, MÉXICO 

Dgo. = Durango; Coah .= Coahuila

Fig. 1 Localización geográfica de los ocho pozos monitoreados para determinar la calidad química del agua para uso agrícola en la Comarca Lagunera, Durango, México. 

Monitoreo y análisis químico del agua. En cada fecha de muestreo se tomaron dos muestras de agua. La primera fue utilizada para la determinación de calcio (Ca⁺²⁾, magnesio (Mg⁺²⁾, sodio (Na⁺⁾ y potasio (K⁺⁾, mientras que la segunda se empleó para determinar los metales pesados cadmio (Cd), plomo (Pb) y arsénico (As). El análisis químico del agua se realizó con base en las Normas Mexicanas NMX-AA-051-SCFI-2001 (^{SE 2001}) y NOM-117-SSA1-1994 (^{SS 1994}). La primera para le recolección de las muestras en los diferentes sitios donde se ubican los pozos y la segunda para en análisis químico, ya que esta última establece las concentraciones máximas permisibles de Cd, Pb y As en el agua. La determinación de los cationes y metales, se realizó en los laboratorios del Instituto Nacional de Investigaciones Forestales Agrícolas y Pecuarias (INIFAP) en Gómez Palacio, Durango. Se empleó un espectrofotómetro de absorción atómica FAAS Perkin Elmer AAnalyst 700, mediante el método de horno de grafito (^{SE 2001}). Las determinaciones de Ca⁺², Mg⁺², Na⁺ y K⁺ fueron expresadas en meq/L y las de Cd, Pb y As en mg/L. Las curvas de calibración fueron obtenidas utilizando estándares certificados de Cd, Pb y As preparados a partir de una solución concentrada de 1000 mg de metal/L, marca Perkin Elmer Pure. Adicionalmente, se midió la conductividad eléctrica (CE) del agua en mS/cm con un conductímetro Marca Conductronic Modelo PC45 y se calculó tanto el Índice de Absorción de Sodio (IAS) con la fórmula:

como la dureza del agua en grados franceses (ºf) mediante la ecuación:

Análisis estadístico de datos. Se realizó un análisis de varianza y otro de rango múltiple de medias Tukey, así como, tanto una regresión lineal como logística, mediante el paquete estadístico SAS V. 9.0. Para el análisis de varianza, se tuvo como fuentes de variación a las localidades donde se ubicaron los pozos y a las fechas de muestreo.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Salinización. De acuerdo con el rango de clasificación de calidad del agua para uso agrícola citado por ^{Ayers y Westcot (1987}): bajo (0-750), medio (750-1500), alto (1500-3000), muy alto (>3000 µs/cm), de los ocho pozos para riego monitoreados durante 2014, el pozo 950 registró una salinización muy alta, con una concentración de 3792.50 µS/cm. En tanto que los pozos 2612, 2576, 3887, 1200, 1125, 1103 y 760 mostraron un nivel medio-alto de salinización, con un rango de variación de 1201.25 a 2147.75 µS/cm (Fig. 2). De acuerdo con ^{Mancilla-Villa et al. (2012}), los altos valores de CE pueden estar asociados a que el manto acuífero es de influencia de agua subterránea salina. Estos resultados indican que por la condición salobre del agua, al menos el caso del pozo 950, superó el límite de los 3 µS/cm citado por ^{Ayers y Westcot (1987)}. Sin embargo, la condición sostenida de una salinidad media-alta en la mayoría de los pozos, hace ver que existe un riesgo potencial de daño por ensalitramiento a los suelos agrícolas, con el consecuente impacto en los cultivos y a las líneas regantes por taponeo de sarro salino en el sistema de riego presurizado (AGROCUNSULTING 2015), que es el más común en el área de estudio (^{Montemayor-Trejo 2012}).

Fig. 2 Nivel de salinizacion en agua de pozo profundo para uso agrícola en diferentes localidades del área de estudio. Comarca Lagunera, Mexico, 2014. CE = Conductividad eléctrica. Las cifras entre paréntesis de cada comunidad, indican el número de pozo profundo identificado por la Comisión Nacional del Agua. 

Índice de adsorción de sodio (IAS). Siete de los ocho pozos monitoreados, presentaron nivel medio de sodificación de acuerdo con los valores del IAS (con temperatura promedio del agua de los pozos de 28 ºC), en un rango de variación de 2.34 y 4.46 meq/L, en los pozos 3887 de Venecia y 1103 de la Gallega, respectivamente. Sólo el pozo 760 de la Purísima presentó nivel de sodificación bajo con un valor de 1.59 meq/L (Fig. 3). El riesgo de sodificación predominante en los pozos es de nivel medio, en función de los contenidos medios de iones de sodio en el agua de riego, lo cual puede afectar la permeabilidad del suelo y ocasionar problemas de infiltración con el consecuente impacto en la agricultura. Esto se debe a que el Na⁺ presente en el suelo, desplaza los iones Ca⁺² y Mg⁺² que forman una estructura apropiada para el cultivo en el suelo y, en condiciones secas por abajo del punto de marchitez permanente (PMP), el suelo se vuelve duro y compacto reduciendo la infiltración de agua y aire a través de los poros que lo conforman (^{Jarsun et al. 2008}, ^{AGROCOLSULTING 2015}). El riesgo de sodificación en los suelos, sobre todo en la capa superficial, se incrementa conforme se prolonga el periodo de años con riego de agua de pozo profundo con concentraciones medias (750-1500 µS/cm) y altas (1500-3000 µS/cm) de Na⁺ lo que propicia un impacto negativo en los cultivos (^{Bonet-Pérez et al. 2011}).

Fig. 3 Indice de adsorción de sodio (IAS) en agua de pozo en diferentes localidades del área de estudio. Comarca Lagunera, México, 2014. Las cifras entre paréntesis de cada comunidad, indican el número de pozo profundo identificado por la Comisión Nacional del Agua. 

Dureza del agua. De acuerdo con la clasificación de dureza del agua citada por Canovas (1986), los pozos 1103 y 950 registraron niveles de dureza altos, con valores de 157.93 y 129.32 ºf, respectivamente. En tanto que el resto de los pozos fueron de niveles medios, con un promedio de 54.3 ºf (Fig. 4). Lo anterior significa que, independientemente de la mayor frecuencia de valores medios en los pozos monitoreados durante los cuatro meses de muestreo, los niveles de Ca⁺² en el agua son elevados en la mayor parte del área de estudio, encontrándose concentraciones superiores a 5 meq/L, con el consecuente impacto negativo en el agroecosistema. Lo anterior debido a que el uso de agua de mala calidad ocasiona problemas de salinidad, además disminuye la tasa de infiltración y causa una toxicidad específica sobre los cultivos, entre otros efectos negativos (^{Moreno y Moral 1996}).

Fig. 4 Dureza del agua (DA) de pozo profundo para uso agrícola en diferentes localidades del área de estudio. Comarca Lagunera, México, 2014. Las cifras entre paréntesis de cada comunidad, indican el número de pozo profundo identificado por la Comisión Nacional del Agua. 

Cationes. De los cuatro elementos catiónicos analizados (Ca⁺², Mg⁺², Na⁺ y K⁺⁾ en el agua para uso agrícola a nivel regional, el Ca⁺² y el Na⁺ se encontraron en mayor concentración, con valores de 11.29 y 9.37 meq/L, respectivamente. En tanto que el Mg⁺² y el K⁺ tuvieron concentraciones menores, con valores de 3.81 y 0.203 meq/L, respectivamente (Fig. 5). Los anteriores resultados sobrepasan los límites de la norma establecida por la Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura (^{Ayers y Westcot 1987}), principalmente en referencia al Ca⁺² y el Na⁺, cuyos límites permisibles para el agua de riego (LAR) son de < 5.0 y < 4.0 meq/L respectivamente. Mientras que el Mg⁺² está un poco por encima del valor límite, el cual corresponde a < 3.0 meq/L y el K⁺ se encuentra dentro del límite (< 1.0 meq/L). De esta manera, el bicarbonato aportado por el agua de riego bloquea al Ca⁺² y al Mg⁺² del suelo, aumentando la concentración de Na⁺, lo que puede originar que el bulbo de humedad (área de la rizósfera con humedad disponible para la planta) evolucione hasta un suelo sódico (^{Agroconsulting 2015}).

Fig. 5 Concentración de calcio (Ca⁺²⁾, magnesio (Mg⁺²⁾, sodio (Na⁺⁾ y potasio (K⁺⁾ en agua de pozo para uso agrícola. Comarca Lagunera, México, 2014. CEC = Concentrado de elementos catiónicos. 

La concentración de cationes en el tiempo durante los meses muestreados en el 2014, no varió para el caso del Ca⁺² y el Mg⁺² (P ≥ 0.05). En cambio el Na⁺ y el K⁺ presentaron concentraciones significativamente mayores en los meses de abril, junio y julio, con valores de 9.42, 11.49 y 9.63 meq/L, respectivamente (P ≤ 0.05). El K⁺ fue significativamente más alto en los meses de abril con 0.257 meq/L y julio con 0.226 meq/L (Fig. 6). Lo anterior significa que el Ca⁺² y el Mg⁺² son más estables, ya que no variaron (P ≥ 0.05) durante el periodo muestreado (abril, mayo, junio y julio), que corresponde al periodo lluvioso, lo cual no parece afectar la tasa de infiltración durante la fase de recarga del acuífero. Por el contrario, el Na⁺ y el K⁺ sí fueron afectados en sus concentraciones, las cuales resultaron significativamente mayores en los meses de junio y julio para el Ca⁺² y en abril y julio para el K⁺.

Fig. 6 Variación temporal de la concentración (meq/L) de cationes en agua de pozo para uso agrícola. Comarca Lagunera, México, 2014. Prueba de Tukey (P ≤ 0.05). Cifras con las mismas letras dentro de una columna del mismo color, son estadísticamente iguales. CEC = Concentración de elementos catiónicos. 

En relación con la variación por localidad, en la Gallega el Ca⁺², el Mg⁺² y el Na⁺ fueron significativamente mayores en sus concentraciones con 20.89, 9.09 y 17.27 meq/L, respectivamente. La localidad la Rosita también lo fue en Ca⁺². El resto de las regiones mostraron valores de concentraciones medios y bajos para estos elementos, respecto a los dos sitios antes citados. Estos resultados pueden estar asociados con la variación de las propiedades químicas y físicas del suelo en la región de estudio. Por otro lado, el K⁺ no varió en toda la región (Cuadro II).

CUADRO II.VARIACIÓN ESPACIAL DE LA CONCENTRACIÓN MEDIA (meq/L) DE CATIONES EN AGUA DE POZO PARA USO AGRÍCOLA. COMARCA LAGUNERA MÉXICO, 2014 

Prueba de Tukey (P ≤ 0.05). Cifras con las mismas letras dentro de una misma columna, son estadísticamente iguales. Las cifras entre paréntesis corresponden al Error Estándar

Metales pesados. El Pb mostró la mayor concentración en el agua, con un valor de 0.302 mg/L, en tanto que el Cd y el As estuvieron en concentraciones menores de 0.039 y 0.036 mg/L, respectivamente (Fig. 7). Las concentraciones antes citadas están muy por encima de límite máximo permisible por la NOM-127-SSA1-1994 (^{SS 1994}), que establece valores máximos de 0.005, 0.025 y 0.025 mg/L para Cd, Pb y As, respectivamente. Destaca el Pb, con un valor de 1208 % superior al límite permitido, en tanto que el As y el Cd están en un 144 y 780 % por encima de la norma, respectivamente. ^{Gómez et al. (2004}), reportaron altas concentraciones de Pb asociado con lugares de actividad minera, lo cual es el caso para esta área de estudio, que se reconoce como una región minera.

Fig. 7 Concentración de cadmio (Cd), plomo (Pb) y arsénico (As) en agua de pozo profundo para uso agrícola. Comarca Lagunera, México, 2014. CEP = Concentración de elementos pesados. 

No hubo variación durante los meses de estudio en la concentración de As, pero sí para el Cd y el Pb, los cuales fueron significativamente mayores en los meses de junio (0.044 mg/L) y julio (0.339 mg/L), respectivamente (Fig. 8). Lo anterior posiblemente también a la fuente de disposición superficial en el suelo del Cd y el Pb. En tanto que el As es más dependiente de su disponibilidad en el subsuelo.

Fig. 8 Variación temporal de metales pesados en agua de pozo para uso agrícola. Comarca Lagunera, México, 2014. Prueba de Tukey (P ≤ 0.05). Cifras con las mismas letras entre columnas del mismo color, son estadísticamente iguales. CEP = Concentración de elementos pesados. 

En cuanto a la variación por localidad, las concentraciones de Cd, Pb y As, no variaron significativamente (P ≥ 0.05) entre localidades. Sin embargo, su concentración es alta en todos los sitios monitoreados, de acuerdo con los límites establecido por la norma NOM-127-SSA1-1994 (^{SS 1994}), en los que destacan el Pb y el Cd (Cuadro III). Lo anterior coincide con el análisis de estos metales en el tiempo, lo cual indica que, independientemente de la época del año durante la primavera-verano las concentraciones de los metales es alta en toda la región de estudio. Lo que lleva al consecuente riesgo ambiental y a la salud, éste último por tratarse de un región donde es predominante la producción de cultivos forrajeros para el ganado lechero (^{CACL-AC 2013}).

CUADRO III.VARIACIÓN ESPACIAL DE LA CONCENTRACIÓN MEDIA (mg/L) DE METALES PESADOS EN AGUA DE POZO PROFUNDO PARA USO AGRÍCOLA. COMARCA LAGUNERA MÉXICO, 2014 

Prueba de Tukey (P ≤ 0.05). Cifras con las mismas letras dentro de una misma columna son estadísticamente iguales. Las cifras entre paréntesis corresponden al error estándar

CONCLUSIONES

Siete de los ocho pozos monitoreados mostraron un nivel medio-alto de salinización, con un rango de variación de 1201.25 a 2147.75 µS/cm. En tanto que sólo un sitio (950) presentó un nivel alto de salinidad, superior a 3000 µS/cm. El Ca⁺² y Na⁺ se encontraron en mayor concentración, (11.29 y 9.37 meq/L, respectivamente), en relación con el Mg⁺² y el K⁺, los cuales registraron las menores concentraciones. El Pb registró la mayor concentración en el agua con un valor de 0.302 mg/L. El Cd y el As estuvieron en concentraciones menores, con valores de 0.039 y 0.036 mg/L, respectivamente. Sin embargo, los tres en concentraciones muy por encima de límite máximo permisible. Hay una variación en el tiempo y entre localidades en las concentraciones de cationes, principalmente del Na⁺ y del K⁺, así como de los metales pesados, en especial del Cd y Pb, lo cual debe ser considerado al implementar posibles medidas de mitigación.