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Introducción
En los últimos años, se han realizado diversos estudios relacionados con la contaminación de los recursos naturales a escala nacional (Hernández-Ramírez et al., 2019) e internacional (Ahmed, Matsumoto, Ozaki, Thinh & Kurosawa, 2019; Gyamfi, Appiah-Adjei & Amaning-Adjei, 2019). Específicamente, el estudio del agua y el suelo resulta de gran interés debido a la dispersión, bioacumulación y transporte de los contaminantes que se albergan en ellos (Manoj, Thirumurugan & Elango, 2017).
Estos contaminantes son el resultado de las actividades antropogénicas como la quema de combustibles fósiles, la minería, el riego con aguas residuales y la reutilización de lodos remanentes (Su et al., 2010; Zhang, Li, Zhou, Dou & Cai, 2018). En consecuencia, los ecosistemas más afectados son los ríos y los arroyos (Rodríguez-Téllez, Domínguez-Calleros, Pompa-García, Quiroz-Arratia & Pérez-López, 2012), fuentes importantes para el consumo, el riego y el desarrollo sustentable (Jawad et al., 2019) que, sin embargo, son utilizados como punto final de efluentes industriales, principalmente en zonas urbanas (Bhuiyan, Dampare, Islam & Suzuki, 2015). Otros factores perjudiciales son el aumento de las labores agrícolas y el uso excesivo de pesticidas y fertilizantes (Zhang et al., 2018). Esto lo confirman Azpilcueta-Pérez, Pedroza-Sandoval, Sánchez-Cohen, Salcedo-Jacobo & Trejo-Calzada (2017) para la Comarca Lagunera, en México, región donde existe un uso intensivo del suelo y escasez de agua. Estos autores reportan concentraciones elevadas de metales pesados y sales disueltas por influencia de la temporada de muestreo en las localidades agrícolas de la región.
Aunado a lo anterior, es importante considerar el recurso natural del suelo y sus sedimentos, como depósitos donde se acumulan contaminantes tóxicos de lenta degradación por el amplio rango de su transporte (Adeyinka, Moodley, Birungi & Ndungu, 2019), a través de los ríos y los suelos, como lo afirman los estudios de Sánchez, Álvarez, Pacheco, Carrillo & González (2016); Serre & Karuppannan (2018) y Wijesiri et al. (2019).
Por ello, los estudios predictivos sobre el uso y el manejo del agua y del suelo, así como las medidas de remediación para mejorar su calidad, permitirán conservar un equilibrio entre los ecosistemas. De igual forma, es importante evaluar el grado de contaminación y sus efectos en los mantos acuíferos y terrestres, derivados de la actividad agrícola. Es así, que el objetivo de esta revisión es presentar una síntesis del panorama a nivel nacional e internacional sobre los principales factores de contaminación del agua y el suelo, y su impacto en la agricultura por el transporte y bioacumulación de contaminantes en los cultivos.
Calidad del agua
Disponibilidad del agua
El agua tiene un alto valor como recurso natural, ya que actividades como la producción de alimentos, agricultura, procesos industriales y uso doméstico dependen de este líquido (Gyamfi et al., 2019). Aunque el agua cubre cerca del 71% de la superficie total de la Tierra, es un recurso muy limitado, ya que sólo el 2.5% es agua dulce (Hasan, Shahriar & Ullah, 2019), de la que el 20% es subterránea (Talabi & Kayode, 2019), misma que representa una parte importante en el ciclo hidrológico.
A pesar de la escasez del agua dulce, a nivel mundial cerca del 40% de los cultivos de consumo son irrigados con esta (Islam et al., 2017). La actividad agrícola representa casi un 70% de la extracción total de este recurso y al aumentar la población, también aumenta el grado de presión sobre el mismo. En la Figura 1 se muestran los países con mayor extracción de agua anualmente. México ocupa el séptimo lugar a nivel mundial.
Fuente: Comisión Nacional del Agua (Comisión Nacional del Agua [CONAGUA], 2018).
Figura 1 Países con mayor extracción de agua en miles de millones de m3 al año y el porcentaje destinado a la actividad agrícola.
Por consiguiente, la disponibilidad del agua por habitante es diferente entre los países y va en decremento. De acuerdo al Sistema de Información Aquastat (2018), de la Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura (FAO, por sus siglas en inglés: Food and Agriculture Organization of the United Nations), entre los años 2012 y 2017, la disponibilidad per cápita se ha reducido a nivel mundial (Figura 2), principalmente en países como Canadá (3, 911 m3/hab/año), Colombia (2, 242 m3/hab/año) y Nueva Zelanda (3, 701 m3/hab/año) y en menor proporción, Estados Unidos (336 m3/hab/año), Afganistán (289 m3 /hab/año) y México (247 m3/hab/año) . En el caso particular de México, la CONAGUA estima que para el año 2030 el agua renovable per cápita a nivel nacional se reducirá, siendo las regiones hidrológico-administrativas del Valle de México, el Río Bravo y la península de Baja California las más afectadas con 134 m3/hab/año, 894 m3/hab/año y 881 m3/hab/año, respectivamente (CONAGUA, 2018).
Propiedades fisicoquímicas del agua
El agua pura es un líquido inodoro, insípido e incoloro. Cuenta con propiedades físicas como la temperatura, la turbidez y la conductividad eléctrica (Hasan et al., 2019) y propiedades químicas como el oxígeno disuelto, con demanda biológica y química de oxígeno (DBO y DQO, respectivamente) son parámetros que indican el tipo y la cantidad de contaminantes presentes. Algunos de estos factores incluso controlan la solubilidad de los metales pesados, como lo son el pH y el potencial redox; este último indica el contenido de metales y de carbono orgánico (Abdel-Satar et al., 2017). De esta forma, el conjunto de las propiedades fisicoquímicas actúan en el ciclo del agua al provocar cambios en su calidad y en el ecosistema que la rodea. Cabe resaltar, que la calidad del agua es controlada por los cambios en la geología local y de la región, las interacciones entre el agua y las rocas, así como su dilución por el efecto de las lluvias (Abdel-Satar et al., 2017).
Un ejemplo de lo mencionado es reportado por la CONAGUA (2019), con base en el monitoreo de la DQO en 2,831 sitios a nivel nacional, tan solo el 20.7% presentó una calidad excelente (DQO ≤ 10); el 14.7% tuvo una buena calidad (10 < DQO ≤ 20); el 30.2% de estas cualidades fue categorizada con una calidad aceptable (20 < DQO ≤ 40) , el 28.0% contaminada (40 < DQO ≤ 200) y el 6.4% muy contaminada (DQO > 200) de acuerdo con el Índice de la Calidad del Agua (ICA) de la SEMARNAT (2019). Resulta alarmante que el más alto porcentaje confirme la presencia de contaminantes que provocan afecciones en la seguridad alimentaria, así como en la salud (Lu et al., 2015). Enfermedades como el cólera, la diarrea, disentería y la hepatitis, están estrechamente relacionadas con la contaminación de este recurso (Hasan et al., 2019). Por esto, Gyamfi et al. (2019) consideran imperativo proteger los medios hídricos, al regular y controlar la contaminación y las fuentes que la provocan.
Calidad del suelo
Disponibilidad del suelo
El suelo representa una pieza clave de los ecosistemas terrestres; es un recurso natural y vital para las plantas (Jiao, Zhang, Wang, Liu & Li, 2014). Sin embargo, a pesar de ser el factor principal en las áreas agrícolas, también es el más grande almacén de contaminantes (Martínez-Mera, Torregroza-Espinosa, Crissien-Borrero, Marrugo-Negrete & González-Márquez, 2019). De acuerdo con la FAO (2018), las tierras de cultivo han cambiado con el tiempo (Figura 3). Algunos países entre los años 2000 y 2016 han establecido nuevas áreas agrícolas, principalmente, por el crecimiento demográfico como es el caso de China con 57, 300 km2, Brasil con 221, 400 km2 y Argentina con 201, 900 km2. Otros países presentan una reducción en los campos agrícolas, probablemente asociada a la pérdida de su economía, tierra fértil, contaminación y la erosión del suelo, como en los Estados Unidos con - 85, 365 km2, Australia con - 844, 220 km2, India con - 12, 540 km2 y México con - 940 km2.
La Secretaría del Medio Ambiente y Recursos Naturales (SEMARNAT) afirma que los procesos de degradación del suelo comprometen tanto a sus propiedades biológicas al incumplir con sus funciones de bienes y servicios como por la manifestación de cambios químicos y/o biológicos (Granados-Sánchez, Hernández-García, Vázquez-Alarcón & Ruíz-Puga, 2013; SEMARNAT, 2018). A su vez, la FAO (2016) menciona que las principales causas de la degradación del suelo se encuentran relacionadas con actividades de deforestación, plantaciones con monocultivos, uso excesivo de pesticidas inorgánicos, el cambio de uso de suelo o bien, la falta de planificación de las tierras.
De esta forma, únicamente en México, más de la mitad de la superficie presenta degradación; de casi 200 millones de ha en el territorio nacional, 154 millones se encuentran sometidas a algún grado de erosión catalogada entre leve y moderada, representando el 78.30% de la superficie total (Romero, Ruiz & Espinosa, 2013). La SEMARNAT (2018) afirma que en el año 2003, el 44.9% del país se encontraba afectado por algún tipo de degradación, principalmente la química en un 17.8%, seguida de la erosión hídrica con un 11.9%, la eólica con un 9.5% y la degradación física con un 5.7%. La erosión también afecta a la biodiversidad, la seguridad alimentaria y el transporte de contaminantes (Silva et al., 2019).
Dentro de los principales procesos de degradación del suelo se encuentra la desertificación, propia de las regiones áridas, las semiáridas y las subhúmedas secas. Cerca del 40% de la superficie del planeta son tierras secas, estimando que el 70% de ellas son productivas y amenazadas por diversas formas de desertificación (Castelán-Vega, Tamaríz-Flores, Ramírez-García, Handal-Silva & García-Suastegui, 2019). Este proceso depende de agentes biofísicos como la deforestación, la reducción de la materia biológica y los cambios fisicoquímicos del suelo, además de la erosión eólica e hídrica (Granados-Sánchez et al., 2013; Castelán-Vega et al., 2019). A su vez, los bosques tropicales también han sido amenazados por efectos de la deforestación, siendo la expansión agrícola la principal causa de reducción (cerca del 80%) a nivel mundial. Por ejemplo, en Asia, las plantaciones de palma aceitera y la producción de biocombustible han reemplazado superficies de bosque natural, en América del Sur existe una expansión de los pastos destinados al pastoreo extensivo, repercutiendo en un 71% a la deforestación (FAO, 2016). En México, durante los años 2011-2014 se habían transformado cerca de 413, 000 ha de vegetación natural a otros usos. Se perdieron superficies de selvas (111,000 ha) pastizales (5,000 ha) y 24,000 ha de matorrales (SEMARNAT, 2018). Es importante mencionar que, aunque la pérdida de la vegetación natural continúa en todo el mundo, en muchos países se realiza de manera paulatina.
Propiedades fisicoquímicas del suelo
El suelo posee propiedades fisicoquímicas y biológicas inherentes a la región, al clima y principalmente a la estructura geológica de la que se forma. Algunas de sus propiedades como la cantidad de materia orgánica, el pH, el estado de oxidación-reducción, la estructura y el desarrollo, podrían cambiar la solubilidad y el transporte de compuestos tóxicos (Aharonov-Nadborny, Tsechansky, Raviv & Graber, 2017; Bai et al., 2019). De esta manera, un cambio en las propiedades del suelo incrementa el transporte de los metales y la contaminación hídrica (Barsova, Yakimenko, Topeshta & Motuzova, 2019). A su vez, la estructura, los nutrientes, las partículas fraccionadas, la retención de agua y la adsorción también son importantes para este recurso, por retener y acumular los compuestos químicos (Jiao et al., 2014; Abdel-Satar et al., 2017; Wijesiri et al., 2019).
Lo anterior es afirmado por Zhou, Feng, Pei & Lu (2016) quienes reportan la variación de los metales en China, al encontrar concentraciones de: As de 23.8 mg/kg, Cu de 58.9 mg/kg, Pb de 71.4 mg/kg y Cr de 120.3 mg/kg, cerca de 1.6, 1.7, 5 y 1. 3 veces mayor a los reportados en años anteriores. En México, el estudio de Wong, Alegria & Bidleman (2010) reporta que, tras un estudio en 29 sitios, se detectó la presencia de dicloro difenil tricloroetano (DDT) en todos los suelos muestreados a pesar de que no se había aplicado DDT en 10 años atrás. Por otro lado, López-Pérez, et al ., (2018) reportaron concentraciones de elementos traza (As, Cd, Cu, Pb y Zn) en suelos agrícolas de México que, aunque no rebasaron la normativa de este país, representan un riesgo debido al nivel de acumulación de estos elementos, derivados del uso de agroquímicos y emisiones industriales.
Principales fuentes de contaminación
El avance de la industria ha afectado gravemente los sistemas de agua (Villalba-Atondo et al., 2013). Se ha demostrado que las principales fuentes de contaminación son los efluentes industriales y las aguas residuales (Yang, Meng & Jiao, 2018; Sánchez et al., 2019), los residuos de las minas, fármacos, así como los desechos alimentarios y veterinarios, la disposición de residuos sólidos, los fertilizantes y los pesticidas (Bhuiyan et al., 2015). Estos contaminantes pueden ser clasificados como patógenos, orgánicos e inorgánicos, aniones y cationes, hidrocarburos aromáticos, policíclicos y bifenilos policlorados, entre otros (Azizullah, Nasir, Khattak, Richter & Häder, 2011; Rügner et al., 2019) . Además, su presencia causa daños severos en el ambiente y a los seres vivos. Es el caso del Río Agua Prieta, en Sonora, México, cuyas aguas reciben desechos industriales con cantidades elevadas de sales minerales y elementos como el As, Cd y Ni, por lo que el riego agrícola con estas aguas puede representar un riesgo para los cultivos (Villalba-Atondo et al., 2013).
Asimismo, debido a la escasez de agua, actualmente algunos países como China o México, han utilizado aguas residuales con poco o nulo tratamiento que son vertidas directamente a los campos de cultivo (Sarabia-Meléndez, Cisneros-Almazán, Aceves de Alba, Durán-García & Castro-Larragoitia, 2011; Lu et al., 2015); por ello, el riesgo de contaminación del suelo y cultivos, es más propenso. Las aguas residuales son ricas en fósforo y nitrógeno, dos elementos que causan la eutrofización (Azizullah et al., 2011) y cuyos valores deberían estar por debajo de los 0.01 mg/L y los 0.02 mg/L, respectivamente (Pérez-López, Sánchez-Martínez, Vicencio & Teutli, 2013). Este fenómeno favorece el crecimiento de las algas, provocando la muerte de la flora y la fauna al bloquear la entrada de la luz solar al manto acuífero. De igual forma, los elementos contenidos en las aguas residuales representan una fuente de contaminación para el agua subterránea, ya que logran alcanzarla por infiltración.
Algunos metales pesados pueden ser transportados a los ríos por efectos fluviales o eólicos (Ruelas-Inzunza, Green-Ruiz, Zavala-Nevárez & Soto-Jiménez, 2011). Esto lo afirman Yuan et al. (2019) quienes examinaron las emisiones de Cd en el agua, el suelo y la atmósfera en China; el agua captó la mayoría de ellas en un 90%, seguido del suelo (9%) y la atmósfera (1%). La liberación de estos elementos químicos puede darse de forma natural, a través de fuertes lluvias que implican inundaciones, por el alcantarillado y el transporte pluvial (Rügner et al., 2019). Aunado a esto, algunas aguas subterráneas presentan metales y metaloides de forma natural por su origen geogénico como es el caso del arsénico, en la zona norte de México (Valles-Aragón, Ojeda-Barrios, Guerrero-Prieto, Prieto-Amparan & Sánchez-Chávez, 2017). En el estudio de Abdel-Satar et al. (2017) reportaron que el agua subterránea en Arabia Saudita, es empleada en actividades industriales, agrícolas y domésticas y que no existen problemas severos, pues concentraciones de Cu y Zn se encuentran dentro del rango permisible por el Consejo Canadiense de Ministros del Medio Ambiente, a excepción del Cd con valores de hasta 2.18 µg/cm, sobre el nivel máximo de 1.4 µg/cm.
Contaminación por metales y metaloides
Los metales y metaloides son elementos con propiedades metálicas que incluyen a los que presentan una densidad mayor a 5 g/cm3 como el mercurio (Hg), el arsénico (As), el plomo (Pb) o el cromo (Cr), el zinc (Zn), el cadmio (Cd) y el níquel (Ni), por mencionar algunos (Azizullah et al., 2011; Covarrubias & Peña-Cabriales, 2017). Varios autores asocian la presencia de los metales pesados y los metaloides a la aplicación de pesticidas y fertilizantes (Kong et al., 2014), a las descargas de plantas termoeléctricas (Villalba-Atondo et al., 2013), a las industrias automotrices (Hernández-Ramírez et al., 2019), a los residuos de baterías, pigmentos, recubrimientos, estabilizadores para plásticos, desechos hospitalarios e industriales, que después de ciertos procesos son transportados a los cultivos, animales, aguas residuales y al hombre (Abdel-Satar et al., 2017; Yuan et al., 2019; Wijesiri et al., 2019). Un caso particular es el estudio de Yang et al. (2013) donde reportan que las concentraciones de Cu, Zn, Cd y Pb en suelos agrícolas han superado las de los suelos no agrícolas, posiblemente por el riego con aguas residuales o bien, por el uso de fertilizantes y pesticidas.
En los últimos años, los reportes de contaminación por metales pesados y metaloides se han incrementado (Li et al., 2018) y excedido los límites máximos permisibles, estos provienen de fuentes naturales y, principalmente, antropogénicas (Kong, Cao & Tang, 2014). La peligrosidad de los metales pesados y metaloides en el suelo es debido a que no son solubles y, a diferencia de la materia orgánica, no se pueden degradar en sustancias menos tóxicas o más simples (Mahmoud & Ghoneim, 2016). Además, son asociados a procesos, de bioacumulación, que derivan en una alta toxicidad y riesgos por consumo de agua y cultivos contaminados (Hu et al., 2019). No obstante, muchos estudios se han limitado a las áreas definidas para depositar los residuos o provenientes de las minas, dejando de lado algunas zonas donde los residentes al no ser conscientes del peligro de la contaminación, viven con una mayor exposición a ellos (Zhang et al., 2018). Los estudios incluyen en su mayoría a los siguientes elementos: As, Cd, Cr, Cu, Hg, Ni, Pb y Zn (Yang, Zhou, Yu, Wei & Pan (2013); Mahmoud & Ghoneim, 2016; Martínez-Mera et al., 2019; Zeng et al., 2019).
Otra característica importante sobre la presencia de estos elementos en los suelos de las tierras de cultivo, es que son absorbidos y transportados en los alimentos a través del proceso de bioacumulación mencionado (Zhou et al., 2016; Zhang et al., 2018). Lo anterior, representa la toxicidad de los cultivos como lo afirma el estudio de Hu et al. (2019) en China, región cuya alimentación depende de los cultivos de arroz, han reportado la presencia de Cr, Pb, Cd, Hg, As, Cu, Zn y Ni, elevando el riesgo ecológico del suelo y las plantaciones, principalmente por el riesgo a la salud de los consumidores. Otro estudio en México, reportó concentraciones de As, Pb, Mn, Cu y Fe en los suelos y en diversos cultivos de acelga, nopal, lechuga, apio, entre otros y aunque en este trabajo las plantas no presentaron un nivel excedente de metales en sus tejidos, es importante mantener un monitoreo constante para evitar una acumulación excesiva (Sarabia-Meléndez et al., 2011). Diversos estudios han evaluado la biodisponibilidad y el transporte de los metales (Tabla I).
Tabla I Niveles máximos de contaminación del agua y el suelo por metales pesados y metaloides en varios países.
| Países | Tipo de muestra | Concentraciones en muestras de agua (mg/L) y suelo (mg/kg) | Referencias | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Pb | Zn | Cu | Cd | Cr | Hg | As | Ni | |||
| Eslovaquia | Agua | 38.12 | 194.87 | 294.7 | - | - | 27.66 | 5 | - | Angelovicova & Fazekasova (2014) |
| Suelo | 4.5 | 6.9 | 8 | 0.8 | ||||||
| China | Agua | 33.95 | 99.66 | 34.6 | 0.32 | 98.82 | - | 28.1 | 35.7 | Kong et al. (2014) |
| Bangladesh | Suelo | 0.119 | 0.332 | 0.239 | 0.03 | 0.114 | 0.134 | 0.15 | Bhuiyan et al. (2015) | |
| China | Agua | 30.78 | 201 | 26.98 | 0.24 | 61.45 | 0.029 | 13.11 | 13.66 | Zhou et al. (2016) |
| Egipto | Agua | 55 | 184 | 123 | 21 | - | - | - | 104 | Mahmoud & Ghoneim (2016) |
| Suelo | 0.18 | 0.037 | 0.28 | 0.07 | 0.31 | |||||
| China | Suelo | 41.3 | 86.1 | 22.8 | 0.074 | 44 | - | 6.3 | 18.2 | Zhuang, Li & Liu (2018) |
| México | Suelo | 0.63 | 10.31 | 2.50 | 0.41 | 9.14 | 3.43 | 2.41 | 4.64 | Hernández-Ramírez et al. (2019) |
| México | Sedimento | 27.35 | - | - | 0.38 | 75.62 | 0.53 | - | - | Ruelas-Inzunza et al. (2011) |
| India | Suelo | 0.83 | - | - | - | 0.36 | - | - | 0.54 | Jawad et al. (2019) |
| Colombia | Suelo | 6.51 | 109.4 | - | 0.43 | 73.9 | 0.92 | - | 47.2 | Martínez-Mera et al. (2019) |
| México | Agua | 5.0 | 50 | 6.0 | 0.4 | 1.0 | - | 0.4 | 4.0 | Villalba-Atondo et al. (2013) |
| México | Suelo | 0.329 | - | - | 0.042 | - | - | 0.066 | - | Azpilcueta-Pérez et al. (2017) |
| México | Suelo | 22.11 | - | 119.2 | - | - | - | 1.24 | - | Sarabia-Meléndez et al. (2011) |
| Límites Máximos Permitidos para el suelo | 400 | 300 | 37 | 280 | 23 | 22 | 1600 | NOM-147-SEMARNAT- SSA1-2004 | ||
| Límites Máximos Permitidos para el agua | 5.0 | 2.0 | 0.2 | 0.01 | 0.1 | - | 0.1 | 0.2 | USEPA (2004) | |
Contaminación por aniones y cationes
El agua y el suelo contienen aniones y cationes que son esenciales para la vida (Azizullah et al., 2011). Sin embargo, cuando la cantidad de estos es excesiva, los recursos pasan a ser inadecuados para los seres vivos (Hasan et al., 2019). Su presencia son el resultado de interacciones entre el agua y el entorno, entre la hidroquímica y la evaporación, la meteorización de rocas, la deposición atmosférica y los insumos humanos (Hua, Xiao, Li & Li, 2020).
Las propiedades del suelo pueden perderse por un exceso de iones que afectan su fertilidad y causan toxicidad a los cultivos (Serre & Karuppannan, 2018). Algunos de estos iones son el Cl-, que no es absorbido por el suelo, sino transportado a las hojas de los cultivos; el Na+ que en exceso destruye la estructura del suelo, el HCO3 - que en altos niveles forma compuestos de NaHCO3 que, a su vez, dan lugar a altas concentraciones de sales, limitando el crecimiento de los cultivos por la poca absorción de agua (Abdel-Satar et al., 2017; Serre & Karuppannan, 2018). Otros elementos como el Mg2+, pueden facilitar la movilidad de algunos metales en el suelo, indicando que, a mayor salinidad, mayor movilidad (Bai et al., 2019).
Algunos estudios, como el de Zheng et al. (2017) reportan que al evaluar la calidad del agua del Río Basin, en China, el 15.56% de 45 muestras, es apta para fuentes centralizadas de agua potable, actividades recreativas y uso doméstico, el 46.67% es útil para el consumo humano, la agricultura y la industria, mientras que el 37.78% puede ser utilizada para actividades agro-industriales pero no para su consumo por las altas concentraciones de elementos como el NH4 +-N, el Cl- y el NO2-N. En México, Valles-Aragón et al. (2017) mencionan que tras el análisis del agua de 13 pozos de una zona nogalera en Chihuahua, se localizó un pozo con agua altamente salina, siendo perjudicial para el desarrollo de los cultivos como el nogal pecanero. Otro ejemplo son los estudios realizados por Hernández-Ramírez et al. (2019), en México, el Río Atoyac contiene altas concentraciones de SO4 2-, Ca2+, Mg2+, F- y PO4 -, atribuidas principalmente a las actividades antropogénicas, rocas en la litosfera y residuos de fertilizantes. La Tabla II muestra estudios realizados en diversas zonas geográficas que reportan cifras elevadas de aniones y cationes en muestras de agua y suelo.
Tabla II Niveles máximos de aniones y cationes en el agua y el suelo de varios países.
| Países | Tipo de muestra | Aniones y cationes en agua (mg/L) y suelo (mg/kg) | Referencias | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Cl- | Na+ | K+ | Ca+2 | Mg+2 | HCO3 - | SO4 2- | |||
| Ghana | Agua | 141 | 573 | 88 | 27 | 17.0 | 573.3 | - | Gyamfi et al. (2019) |
| China | Agua | 312.8 | 159.4 | 39.9 | 187.1 | 217.3 | 736.8 | 592.3 | Yang et al. (2018) |
| México | Agua | 507 | 62.1 | 250 | 74.8 | 29.8 | - | 4940 | Hernández-Ramírez et al. (2019) |
| México | Suelo | - | 17.27 | 0.25 | 20.89 | 9.09 | - | - | Azpilcueta-Pérez et al. (2017) |
| China | Suelo | 522.7 | 165.7 | 180.1 | 330.6 | 116.0 | - | 268.1 | Zheng et al. (2017) |
| Arabia Saudita | Agua | 463 | 272 | 4.6 | 221 | 33.1 | 146 | 266 | Abdel-Satar et al. (2017) |
| Etiopía | Agua | 35.5 | 208.0 | 35.0 | 174.8 | 25.0 | 1000.4 | - | Serre & Karuppannan, (2018) |
| Límites Máximos Permitidos | 250 | 200 | 12 | 75 | 50 | 250 | 250 | WHO (2008) | |
Contaminación por pesticidas y fertilizantes
La finalidad del uso de los pesticidas y los fertilizantes es para aumentar la producción agrícola de manera sustancial y protegerla de las plagas (Sun, Sidhu, Rong & Zheng, 2018). Sin embargo, un uso excesivo de los mismos o las malas prácticas facilitan el proceso de degradación de los suelos (Mahmoud & Ghoneim, 2016) al acumular sales, metales pesados y metaloides (Kong et al., 2014). Estos contaminantes son biológicamente activos, dañan por igual a los organismos que no son un objetivo, incluyendo los seres vivos (Deknock et al., 2019; Hasan et al., 2019; Martínez-Mera et al., 2019). Tan solo el 1% de un pesticida aplicado llega a la plaga objetivo, el resto termina en el suelo, agua y aire, lo que facilita su ingreso a la cadena alimentaria (Azizullah et al., 2011; Sun et al., 2018). Además, representan una amenaza para los ecosistemas, para el abasto de agua y los víveres. En la larga lista de fertilizantes y pesticidas utilizados, en suelos agrícolas de la Unión Europea y China, Silva et al. (2019) encontraron residuos de glifosato (2.05 mg/kg), DDT (0.31 mg/kg), hexaclorobenceno (0.01 mg/kg) y Zeng et al. (2019) DDT (0.06 mg/kg), hexaclorociclohexano (0.02 mg/ kg), y benzopireno (0.04 mg/kg). Por otro lado, en México, el estudio de Hernández-Ramírez et al. (2019) señala las cifras de residuos de compuestos orgánicos contenidas en el río Atoyac como DDT (620.2 µg/L), hidrocarburo policíclico aromático (47’ 015, 800 µg/L) y pireno (1, 689 µg/L) sugiriendo su presencia por influencia de pesticidas o bien, por las industrias textil, farmaceútica y petroquímica que se encuentran cerca del área de estudio.
Los efectos de los pesticidas se han incrementado por el uso excesivo y malas prácticas en la producción de cultivos como el arroz, el algodón, el maíz y el trigo (Jin, Bluemling & Mol, 2014) . Únicamente en México, se calcula la existencia superior a 900 pesticidas aplicados en cantidades que van desde 395 T hasta 13,163 T al año (García-Gutiérrez & Rodríguez-Meza, 2012). Lo elevado de las cifras es señal de lo contaminados que están los cultivos, fuente de la alimentación humana y del ganado; pues no hay información del volumen y el tipo de pesticidas durante su aplicación; sin embargo, es posible detectar los daños que ocasionan en zonas de cultivo por el estado de la contaminación del agua de los ríos que se utiliza para el riego.
Después de la aplicación de estos pesticidas y fertilizantes, éstos pueden ser transportados por el aire, de acuerdo a los estudios de Wong et al. (2010), quienes afirman que compuestos como el DDT en una cantidad de 0.34 ng/g y el endosulfán de 0.82 ng/g, son algunos de los principales pesticidas organoclorados detectados en el aire de México, y transportados a países vecinos como Guatemala y Belice. A su vez, las lluvias facilitan la dispersión de estos compuestos al agua y posteriormente, son absorbidos a través del suelo. El estudio de Deknock et al. (2019) aluden a que las concentraciones de los pesticidas o fertilizantes crecen con las lluvias, debido a la escorrentía y las inundaciones. De igual forma, Cui et al. (2020) detectaron la presencia de ellos en el agua como el metaldehído en una cantidad de 10.5 ng/L. No obstante, las concentraciones se vieron influenciadas debido a la estación del año. Sin embargo, si se unen al suelo, aumenta su persistencia en el ambiente, limitando su degradación y movilidad (Hvězdová et al., 2018). Algunos estudios, como el de Hvězdová et al. (2018) hallaron residuos de triazina de 0.163 mg/kg, de conazole de 0.065 mg/kg y carbamatos de 0.034 mg/kg, en concentraciones que no se han degradado, aun cuando han pasado meses desde su aplicación.
Impacto ambiental en la agricultura
En los últimos años, los cultivos para la producción de alimentos abarcan cerca de un tercio de la superficie terrestre convirtiendo a la agricultura en la mayor transformación del hábitat (Landeros-Sánchez, Moreno-Seceña, Nikolskii-Gavrilov & Bakhlaeva-Egorova, 2011). La demanda a nivel internacional de productos agrícolas y la expansión de las áreas de cultivo son factores importantes de la deforestación (Armenteras & Rodríguez, 2014). También, es la actividad responsable de la extinción de diversas especies, pues se ha deforestado un 45% de los bosques templados y 27% de los bosques tropicales y sigue en aumento (Andrade, 2016).
Aunado a lo anterior, la degradación de los suelos agrícolas y la pérdida del rendimiento de los cultivos ponen en riesgo a la población global, al considerar que la producción de cultivos debe aumentar para el año 2050 (Hou et al., 2020). Para esta producción se requiere el uso de fertilizantes y pesticidas, cuyos componentes pueden desarrollar enfermedades por el consumo de cultivos contaminados. Por otro lado, el uso constante de sistemas de riego comprometen la disponibilidad del agua (Neri-Guzmán & Medina-Ortega, 2019; Hou et al., 2020). El riego de cultivos implica el uso del 70% del agua en el mundo y es el principal factor limitante para el rendimiento de muchos cultivos (Andrade, 2016). Particularmente en México, en el año 2017, el 76.04 % del agua se utilizó para actividades agrícolas y la superficie sembrada bajo riego fue de 6.5 millones de ha (CONAGUA, 2018) afectando su calidad y disponibilidad.
Debido a la alta demanda del agua y el suelo, existe una reducción en la producción de los alimentos, por lo que se han desarrollado los llamados transgénicos para abastecer las necesidades de la población (Llamas-Covarrubias, 2019). Los alimentos transgénicos son aquellos a los que se les ha introducido un gen a través de técnicas genéticas y no por medio de técnicas convencionales de mejora (Melgarejo, Romagosa & Duran, 2014). Las semillas de estos cultivos son resistentes a las plagas y a las enfermedades y se adaptan mejor a las prácticas agrícolas. Además, se busca implementar que los cultivos puedan superar el estrés por sequía o que utilicen con más eficiencia los nutrientes (Ortiz, 2012). Es necesario enfatizar que la población en México y en el mundo ha ido en aumento, por lo que la agricultura transgénica se ha incrementado a nivel mundial, durante el período de 1996 a 2013, alcanzó una superficie acumulada de más de 1,600 millones de ha. Tan solo para el 2011, ya se habían sembrado 160 millones de ha de cultivos transgénicos en 29 países, incluyendo los mayores exportadores agrícolas (Ortiz, 2012; Melgarejo et al., 2014).
A su vez, una de las mayores producciones agrícolas a nivel mundial es el maíz, siendo Estados Unidos y China los mayores productores, seguidos de Brasil, Argentina y México (Santillán-Fernández et al., 2021). Particularmente en México, el sector agrícola se encuentra con baja productividad para cubrir a toda la población debido, a la diversidad climática, hidrológica, fisiográfica y cultural (Neri-Guzmán & Medina-Ortega, 2019). México tiene una producción de 23 millones de T y un consumo nacional de cerca de 39 millones de T (Santillán-Fernández et al., 2021). Se estima que la producción de maíz en México se ha mantenido debido al aumento de la irrigación en los cultivos, aún en temporada de lluvia. Sin embargo, existen zonas donde hay una notable reducción de ellos debido a la poca disponibilidad de agua, la competencia por este recurso y la conversión de áreas más rentables (Santillán-Fernández et al., 2021). Además, muchas de las áreas agrícolas son abandonadas una vez que la producción disminuye al agotarse los nutrientes del suelo.
Debido a lo anterior, se han implementado estrategias nacionales e internacionales para solucionar el problema de la contaminación de los recursos naturales que afectan a la actividad agrícola, por lo que en México se ha establecido la Agenda para el año 2030 y los Programas Nacionales Estratégicos (PRONACES). Dentro de los objetivos de la Agenda año 2030, se incluye el manejo sustentable de los recursos para la agricultura como: el cuidado adecuado del suelo, reducción de las muertes y enfermedades generadas por los productos químicos, agua limpia, reducción de la deforestación para campos de cultivo y protección a la biodiversidad del suelo (Naciones Unidas, 2018). En México, dentro de los Programas Nacionales Estratégicos (CONACYT, 2021) se busca conocer la situación actual de diversas regiones susceptibles a la presencia de agentes tóxicos con el fin de llevar a cabo la aplicación de estrategias sustentables que den lugar a la producción de alimentos inocuos.
Como resultado de las estrategias nacionales e internacionales, en la actualidad existen métodos de remediación o descontaminación de suelos como las técnicas de biorremediación y fitorremediación, siendo una solución natural para tratar los contaminantes del suelo al crear una interacción entre plantas, microorganismos y tóxicos (Hou et al., 2020). Otra de las técnicas utilizadas es la electrorremediación, utilizada para remover metales y metaloides como As, Cd, Cr, Hg, Mn, Pb y Zn, con un alcance eficiente de remoción muy cerca del 100 % (De la Rosa-Pérez, Teutli-León & Ramírez-Islas, 2007). Al mismo tiempo, se han adoptado diversas opciones de manejo agrícola como: la rotación de cultivos, uso de maquinaria menos pesada y una reducción o suspensión del uso de productos químicos (Granados-Sánchez et al., 2013).
Conclusiones
Los efectos negativos de la agricultura al medio ambiente son cada vez más evidentes. A nivel mundial existe una pérdida de los recursos naturales como el suelo fértil, la disponibilidad del agua y, por el contrario, existe un aumento de la presencia de residuos poco degradables, debido al crecimiento demográfico y al desarrollo industrial. Es necesario optimizar las técnicas agrícolas y sus políticas para mejorar y conservar la salud y el medio ambiente. Una de los mayores problemas es el riego con aguas residuales y el uso de elementos químicos para favorecer el crecimiento de los cultivos, lo que resulta en un aumento de la toxicidad del suelo y un riesgo para la población consumidora de cultivos contaminados. Por ello, es importante el desarrollo de estudios predictivos sobre el manejo de los recursos naturales para tomar las medidas que ayuden a la conservación del equilibrio de los ecosistemas. La implementación de planes estratégicos y las técnicas de remediación y descontaminación del suelo son parte de la solución a este problema. Sin embargo, aún existe la expansión de superficies agrícolas en búsqueda de suelos fértiles, limitando el alcance de los objetivos y técnicas de remediación planteados.
