Introducción

Debido al incremento de la población mundial, la demanda de agua ha aumentado por la necesidad de producir más alimentos (^{Mazari-Hiriart et al., 2008}). En México, gran parte del agua es empleada en el sector agrícola (^{Conagua, 2014a}), sin embargo, la demanda de agua dulce es superior a su disponibilidad para la agricultura; por ello se recurre al uso de aguas residuales tratadas y no tratadas (^{Huibers & Van Lier, 2005}; ^{Mazari-Hiriart et al., 2008}).

Como se menciona en el estudio de ^{Mazari-Hiriart et al. (2008)}, México es uno de los principales países que emplea aguas residuales tratadas para el riego, pero la mayoría de las veces no se tiene un control de la calidad del agua. Dado el origen de este tipo de agua, existen normas que establecen indicadores físicos, químicos y biológicos, como coliformes fecales, huevos de helminto, demanda bioquímica de oxígeno a cinco días (DBO5), demanda química de oxígeno (DQO) y sólidos suspendidos totales (SST), pH y temperatura (^{Conagua, 2014a} y ^2014b; NOM-001-Semarnat-1996), que establecen su respectivo límite máximo permitido para mantener la calidad requerida, según sea su uso y destino (^{Conagua, 2013}). Se han realizado estudios sobre la calidad del agua en diferentes distritos de riego de la república mexicana. Por ejemplo, Ahumada y colaboradores reportaron en una sección de 3.6 km del canal La Michoacana en Navolato, Sinaloa, un gran número de bacterias coliformes fecales del género Enterobacter, Escherichia y Kluyvera. Esto fue atribuido a que el canal recibe escurrimientos de riego, descargas de drenajes domésticos, aguas residuales y desechos sólidos (^{Ahumada-Santos et al., 2014}).

Estudios similares en el DR 035, La Antigua Veracruz, el DR 009 Valle de Juárez, Chihuahua y el DR 049, Río Verde, San Luis Potosí reportan que las cantidades de coliformes fecales están por encima de lo que indica la NOM-001-Semarnat-1996 (^{Megchún-García et al., 2015}; ^{Olivas-Enriquez et al., 2011}; ^{Sarabia-Meléndez, Cisneros-Almazán, Aceves-de-Alba, Durán-García, & Castro-Larragoitia, 2011}) e incluso, en un estudio realizado en el Valle del Mezquital dentro del DR 003 y DR 100, se reportó la presencia de parásitos de importancia clínica, como Ascaris lumbricoides, Giardia lamblia y Entamoeba histolytica (^{Cifuentes, Blumenthal, Ruíz-Palacios, Bennett, & Peasey, 1994}; ^{Hernández-Acosta, Quiñones-Aguilar, Cristóbal-Acevedo, & Rubiños-Panta, 2014}).

Respecto a las variables fisicoquímicas en el DR 030, se examinaron los niveles de pH, temperatura, sólidos disueltos totales, conductividad eléctrica y salinidad, entre otras, y se determinó que el agua de ese sitio no es recomendable para uso agrícola (^{Bonilla, Ayala-Osorio, González-Contreras, Santamaría-Juárez, & Silva-Gómez, 2016}).

En un estudio realizado por ^{Saldaña-Fabela, Díaz-Pardo y Gutiérrez-Hernández (2011)}, se analizó la calidad fisicoquímica del agua en tres puntos del DR 023, San Juan del Río. En dicho estudio se concluyó que el agua de esta región no es apta para ser utilizada en el riego agrícola ni en la conservación de la biota y la piscicultura; se consideró al sistema como eutrófico.

La información fisicoquímica y bacteriológica del agua en el DR 023 es escasa; sin embargo, la región está catalogada en riesgo ambiental, ya que presenta un alto grado de contaminación (^{Saldaña-Fabela, Díaz-Pardo, & Gutiérrez-Hernández, 2011}; ^{Vázquez-Sánchez & Pineda-López, 2010}), por lo que requiere de una actualización. El objetivo de este trabajo fue presentar un análisis de la calidad del agua en el DR 023 en el mes de abril de 2015, a fin de conocer el estado actual de los recursos hídricos de la región, así como alertar de un posible riesgo de contaminación en los cuerpos de agua. Se espera que el agua del DR 023 esté contaminada principalmente por las diferentes descargas de las aguas residuales que recibe, debido a la falta de monitoreo para regular estas fuentes de contaminación.

Materiales y métodos

Toma de muestra

De acuerdo con la disponibilidad de agua, durante abril de 2015 se tomaron muestras de 53 puntos en el Distrito de Riego 023, San Juan del Río (Figura 1). Las muestras de agua fueron colectadas en frascos de plástico de 100 ml, previamente rotulados. Se cubrieron con papel aluminio y fueron depositados en hieleras para su posterior análisis en el laboratorio. Se obtuvieron valores fisicoquímicos de pH, conductividad eléctrica (CE), sólidos disueltos totales (SDT) y temperatura (T), con el medidor multiparamétrico portátil HI9813-5 en la misma zona en el que se tomaron las muestras de agua (tabla 2).

Figura 1 Mapa de localización de los puntos de muestreo en el Distrito de Riego 023 San Juan del Río, Querétaro. Los puntos 41-45 no aparecen en el mapa por cuestiones de escala; sin embargo, los puntos 44 y 45 son las fuentes de alimentación de la presa de San Ildefonso (punto 43). 

Resultados

b) Conteo de coliformes fecales en los puntos de muestreo

De los 53 puntos analizados del DR 023 se obtuvieron muestras de seis descargas de aguas (figura 2), de las cuales, al realizar el conteo de las UFC de coliformes fecales, se observó que todas las muestras, excepto la descarga de Kimberly, sobrepasaron el límite máximo indicado por la NOM-001-Semarnat-1996 (figura 2). Los puntos con la mayor cantidad de coliformes fecales en las descargas fueron la descarga municipal San Pedro 1 con 41x10⁶ UFC en 100 ml de agua. La descarga Ponderosa fue la que presentó menor cantidad de coliformes fecales, con 1.73x10⁶ UFC en 100 ml.

Figura 2 Recuento de UFC de coliformes fecales en agua de descargas del Distrito de Riego 023. La línea negra representa el límite máximo permitido de coliformes fecales (2 000 en cada 100 ml como NMP equivalente a UFC) establecido por la norma NOM-001-Semarnat-1996. El gráfico está representado en escala logarítmica a, b, c. Las letras iguales indican que las muestras son estadísticamente iguales (P < 0.05). 

La calidad del agua de las presas se rige bajo el límite indicado por la Ley Federal de Derechos y Disposiciones Aplicables en Materia de Aguas Nacionales 2015. Se tomó muestra de cinco presas en el Distrito de Riego 023 (figura 3) y en todos los casos las cantidades de coliformes fecales se encuentran por encima del límite máximo permisible; la presa Constitución 1917 es el punto con la menor cantidad de coliformes fecales, aunque se está justo en el límite máximo permitido (1 000 UFC/100 ml). El punto con la mayor cantidad de coliformes fecales corresponde a la presa La Llave, con 1.73x10⁶ UFC/100 ml (figura 3).

Figura 3 Recuento de UFC de coliformes fecales en agua de presas del Distrito de Riego 023. La línea negra representa el número máximo permitido de coliformes fecales (1 000/100ml como NMP equivalente a UFC) establecido por la Ley Federal de Derechos y Disposiciones Aplicables en Materia de Aguas Nacionales 2015. El gráfico está en escala logarítmica a, b, c, d. Las letras iguales indican que las muestras son estadísticamente iguales (P < 0.05). 

De los cuatros puntos correspondientes a represas, dos sobrepasaron el límite máximo permisible de coliformes fecales. La cantidad máxima de coliformes fecales para represas fue de 3x10³ UFC/100 ml, mientras que los puntos correspondientes al desarenador Constitución 1857 y represa radial 9 no presentaron crecimiento de coliformes fecales.

Se tomó muestra en tres puntos de dos obras de toma en el DR 023 (tabla 2). De éstas, la obra de toma de la presa La Venta sobrepasó el límite indicado por la Ley Federal de Derechos y Disposiciones Aplicables en Materia de Aguas Nacionales 2015, con 3.3x10³ UFC en 100 ml de agua.

Se tomó muestra de dos sublaterales (tabla 2) y ambos sobrepasaron el límite correspondiente de coliformes fecales, siendo el sublateral 9+500 el punto con la mayor cantidad de coliformes fecales, con 30.6x10³ UFC/100 ml. Dentro del DR 023, los tres canales laterales muestreados presentaron crecimiento de coliformes fecales por encima del límite permitido (tabla 2). El canal lateral con la mayor cantidad de coliformes fecales es el canal lateral 2+607, mientras que el canal lateral Kimberly se encuentra justo en el límite máximo de coliformes fecales (1 000 UFC/100 ml).

Se tomó muestra de dos puntos distintos del río San Juan (figura 4), y en ambos puntos se superó el límite máximo permisible de bacterias coliformes fecales que indica la norma, con 5.66x10⁶ UFC/100 ml. El brazo izquierdo río San Juan presentó mucho menos coliformes fecales, pero aun así superó el límite con 3.33x10³ UFC/100 ml.

Figura 4 Recuento de UFC en agua de diferentes puntos del río San Juan del Distrito de Riego 023. La línea negra representa el número máximo permisible de coliformes fecales (1 000/100ml como NMP equivalente a UFC) establecido por la Ley Federal de Derechos y Disposiciones Aplicables en Materia de Aguas Nacionales 2015, a, b. Las letras iguales indican que las muestras son estadísticamente iguales (P < 0.05). 

Adicionalmente, se tomó muestra de nueve drenes del DR 023 (tabla 2). Debido a su procedencia, este tipo de agua no se rige bajo ninguna norma que indique límite alguno de coliformes fecales, sin embargo, casi todos, con excepción del tanque amortiguador del dren Caracol, presentaron elevadas cantidades de coliformes fecales, mientras que el punto donde se obtuvieron más coliformes fecales fue el dren Culebra, con 22.66x10⁶ UFC/100 ml.

Por otra parte, el agua de laterales (tabla 2) tuvo resultados contrastantes con respecto a los resultados del conteo de UFC, ya que sólo el agua del lateral 8+100 final no presentó coliformes fecales (tabla 2). Todos los laterales restantes presentaron una gran cantidad de UFC que excedió el límite marcado por la Ley Federal de Derechos y Disposiciones Aplicables en Materia de Aguas Nacionales 2015, siendo el lateral 8+705 puente el punto con más coliformes, con 21.66x10⁶ UFC por cada 100 ml. Tres canales principales fueron muestreados en el Distrito de Riego 023 (10) sobre estos dos puntos; el canal de llamada bombas “La Valla” y el canal de descarga Kimberly sobrepasaron el límite establecido por la Ley Federal de Derechos y Disposiciones Aplicables en Materia de Aguas Nacionales 2015, con 1.33x10⁶ y 4x10³ UFC/100 ml, respectivamente. En el caso del otro canal principal, la estación de aforo Lomo de Toro no se presentó crecimiento de bacterias coliformes fecales.

Discusión

Debido a las condiciones áridas de México se ha emplazado al uso de cualquier fuente de agua económica y eficaz para promover el desarrollo en masa de productos agrícolas (^{Pescod, 1992}). Sin embargo, se deben considerar y evaluar determinadas variables fisicoquímicas, como pH, conductividad eléctrica, sólidos disueltos totales y temperatura, para poder avalar el uso de distintas fuentes de agua, ya que éstas influyen en la supervivencia de microrganismos en el agua (^{Ayers & Westcost, 1994}; ^{Medema et al., 2013}). De acuerdo con ^{Pescod (1992)}, y ^{Ayers y Westcost (1994)}, el intervalo ideal del agua de riego respecto al pH oscila entre 6.5 a 8.4; con base en ello, el agua de la mayoría de los sitios muestreados es ideal para el crecimiento de hortalizas, a excepción de siete puntos: sublateral 2+407 camino a Chintepec; presa La Venta; lateral 8+705 puente; canal lateral 13+103 (final) pozo 38; lateral 8+100 cruce a camino a Chintepec; vaso de la presa San Ildelfonso, y el brazo izquierdo río San Juan. Los puntos como la obra de toma de la presa Constitución 1917, presa Constitución 1857, obra de toma de la presa La Venta, canal lateral 2+607 después del pozo 27 están próximos a alcanzar y superar el nivel establecido. En México, la Ley Federal de Derechos y Disposiciones Aplicables en Materia de Aguas Nacionales 2015 indica un valor máximo de nueve unidades, por lo que bajo este límite el agua de la presa La Venta y el sublateral 2+407 camino a Chintepec no son viables para el riego de cultivos. En el caso del agua de las descargas que se rigen con otro valor límite de pH, ningún sitio superó los límites establecidos por la NOM-001-Semarnat-1996.

Los sólidos disueltos totales (SDT) es una variable que indica el valor de los compuestos inorgánicos y orgánicos en cuerpos de agua (^{Fipps, 2003}), muchos de los cuales son aprovechados por los microrganismos para poder proliferar y desarrollarse. De manera general, la Ley Federal de Derechos y Disposiciones Aplicables en Materia de Aguas Nacionales 2015 indica un valor para SDT de 500 ppm en agua destinada al riego agrícola. Con base en esto, en el DR 023 existen 13 sitios, entre los que resaltan el río San Juan, brazo izquierdo río San Juan, aguas debajo de la descarga San Pedro 1, descarga municipal San Pedro 1 y antes de las descargas, descarga de planta tratadora San Pedro 2, descarga Ponderosa, canal de llamada bombas La Valla. ^{Fipps (2003)} clasificó el posible uso del agua de riego con base en la cantidad de SDT y a partir de ello, el agua de los 13 puntos mencionados anteriormente se clasifican como permisible (525-1 400 ppm), dudosa (1 400-2 100) e inadecuada (≥ 2 100) para ser utilizada en el riego. ^{Ayers y Westcost (1994)} también contemplan valores similares a ^{Fipps (2003)}, pero con una diferente clasificación, pues en este caso indica valores de restricción del agua para ser utilizada en el riego; con base en esto se restringe severamente el uso del agua del brazo izquierdo río San Juan, aguas debajo de la descarga San Pedro 1, descarga municipal San Pedro 1, antes de las descargas y el río San Juan debido a que superan los 2 000 mg/l. Los valores elevados de SDT en estos puntos pueden deberse a la adición de contaminantes, lo que conlleva a descartar el uso de esta agua para el riego de hortalizas. Aunque dichas clasificaciones descartan el uso de determinadas fuentes de agua para el riego agrícola, ésta puede ser flexible en caso de considerar cultivos osmotolerantes como los que indica ^{Fipps (2003)}. De igual manera, el acuerdo CE-CCA-001/89 señala esta flexibilidad en el uso de agua con niveles de sólidos disueltos totales superiores a 500 mg/l.

La conductividad eléctrica es otra medida que se emplea como indicador, en conjunto con otros parámetros, como sólidos disueltos totales o la adsorción de sodio, y de la salinidad del agua (^{Olías, Cerón, & Fernández, 2015}; ^{Sarabia-Meléndez et al., 2011}). El alto contenido de sales en el agua reduce la productividad agrícola, al afectar a cultivos sensibles como frijol y fresa, entre otros; además de deteriorar la calidad del suelo (^{González-Barrios, Calderón-Villegas, Villa-Castorena, Inzunza-Ibarra, & Catalán-Valencia, 2014}). De acuerdo con los resultados generados en este estudio, la medición de la conductividad eléctrica en la descarga municipal San Pedro 1 fue la más alta con 7580 µS/cm, en comparación con los otros 52 puntos de toma de muestra. A partir de la propuesta de ^{Olías, Cerón y Fernández (2015)} sobre la clasificación del laboratorio de salinidad de Estados Unidos (USLS, por sus siglas en inglés) que define cuatro clases de riesgo de salinización, las muestras de la descarga municipal San Pedro 1, vaso de la presa San Ildelfonso, brazo izquierdo del río San Juan y el punto antes de las descargas se encuentran en la categoría “muy alto” para el riesgo de salinidad, en donde se agrupan las mediciones superiores a 3 000 µS/cm (^{Olías et al., 2005}). Fipps clasifica al agua de riego como excelente, buena, permisible, dudosa e inadecuada con base en la medición obtenida de conductividad eléctrica en µS/cm. De la misma forma, los puntos antes mencionados son clasificados como agua para riego inadecuada, pues exceden los 3 000 µS/cm, por lo que el agua de estos puntos no es adecuada para el riego por sus altos niveles de salinidad. Los puntos correspondientes a la descarga de la planta tratadora San Pedro 2, aguas debajo de la descarga San Pedro 1, descarga Ponderosa y el río San Juan se clasifican como agua dudosa, al tener de 2 000 a 3 000 µS/cm (clasificación de Fipps); en la clasificación del USLS modificada, estos puntos tienen un riesgo de salinidad alto, al tener de 1 500 a 3 000 µS/cm.

Como se mencionó en los resultados, la temperatura mínima y máxima en los cuerpos de agua fueron de 15 y 30 °C, respectivamente; la variabilidad de temperaturas obtenidas en los sitios pudieron deberse a la hora en que se realizó la toma de muestra, pues se sabe que la temperatura del agua está correlacionada con la hora del día y el mes (^{Zheng, 2017}). Sin embargo, dichos autores refieren que esto no es relevante en la capacidad de supervivencia y en las tasas de proliferación de microorganismos coliformes fecales (^{Lessard & Sieburth, 1983}; ^{Rozen & Belkin, 2001}; ^{Cabral, 2010}), por ejemplo, en el estudio de ^{Davies y Evison (1991)} no se encontraron diferencias en la tasa de supervivencia de Salmonella Montevideo a 5, 15 y 25 °C.

Los datos obtenidos respecto a la carga de coliformes fecales se compararon con los límites estipulados por la Ley Federal de Derechos y Disposiciones Aplicables en Materia de Aguas Nacionales 2015 y la NOM-001-Semarnat-1996. A pesar de que los límites establecidos están indicados con la unidad de número más probable (NMP), diversos estudios indican la equivalencia entre el NMP y las UFC empleadas en este estudio (^{California Regional Water Quality Control Board-San Francisco Bay Region, n.d.}; ^{Kougioulis, 2014}; ^{Office of Water Quality, 2006}). De acuerdo con los resultados, 41 de los 53 puntos de los que se obtuvo muestra de agua presentaron un alto grado de contaminación biológica con respecto a la carga de coliformes fecales, que fue mayor a lo que indican las normas de referencia empleadas en este estudio.

Las aguas residuales municipales son las principales causas que afectan la calidad de cuerpos de agua y suelos debido a que la mayoría de las veces se descargan sin haber sido tratadas, o no se realiza el tratamiento adecuado (^{Cervantes-Zepeda, Cruz-Colín, Aguilar-Corona, Castilla-Hernández, & Meraz-Rodríguez, 2011}), como es el caso de las muestras que se obtuvieron de las diferentes descargas del DR 023, pues son muestras de agua tratada que no cumplen con los requerimientos establecidos en la NOM-001-Semarnat-1996 (figura 2). La única muestra que cumplió con lo que establece la norma fue la descarga Kimberly, que no presentó coliformes fecales. Tales resultados demuestran que estas aguas representan un riesgo potencial para la salud debido a que el agua contaminada y su mal tratamiento incrementa el riesgo de adquirir enfermedades como diarrea, cólera, disentería, hepatitis A y poliomielitis, entre muchas otras (^{OMS-Agua, n.f.}). Por lo anterior, es indispensable que las aguas residuales reciban el tratamiento adecuado que garantice los requerimientos mínimos de calidad, para evitar la contaminación de ríos y presas. Contrario a lo que mencionan ^{Cisneros-Estrada y Castanedo-Guerra (2014)}, las plantas tratadoras San Pedro I y San Pedro II no cumplen con los límites máximos permisibles por la NOM-001-Semarnat-1996 en cuanto al número de UFC de coliformes fecales, por lo que el uso de estas aguas para su uso agrícola no es recomendable.

La mayoría de las presas sobrepasa el límite máximo permisible, con excepción de la presa Constitución 1917 (figura 3), esto es preocupante debido a que no se sabe cuál es la fuente de contaminación en dichas presas; es probable que haya descargas clandestinas que provoquen dicha contaminación. En el caso de la presa San Ildelfonso, la muestra que corresponde al vaso tiene niveles muy altos de UFC (figura 3); sin embargo, las muestras que corresponden a la obra de toma no presentan UFC (tabla 2). Esto quizá se deba a que los coliformes fecales se encuentran en la superficie y no en zonas profundas, pues no resisten mucho tiempo en el agua y requieren de condiciones muy específicas para su supervivencia (^{Madigan et al., 2004}), y el agua liberada en la obra de toma es de la parte profunda de la presa San Ildelfonso. Las muestras que corresponden al río San Juan presentan niveles muy altos de contaminación, lo cual concuerda con reportes anteriores (^{De la Llata-Gómez, Rivera-Sánchez, Valtierra, Martínez-Reséndiz, & Montoya-Martínez, 2006}), por lo que existe evidencia de contaminación biológica en el río San Juan y, además, existen reportes no sólo de contaminación biológica, sino también química, por lo que el uso de esta agua representa un riesgo para los habitantes de la zona (^{De la Llata-Gómez et al., 2006}).

Es probable que en toda la red de distribución del DR 023 haya contaminación provocada por descargas clandestinas de las casas aledañas de la zona o de los establecimientos cercanos, como es el caso de invernaderos o fábricas, debido a que hay una variación en los niveles de contaminación por UFC de coliformes fecales, como se puede observar en las muestras que corresponden a las represas, sublaterales, laterales y canales principales; por ejemplo, el lateral 8+100 presentó niveles altos de coliformes y en la muestra que pertenece a la parte final del mismo no hubo presencia de coliformes, por lo que se sugiere que sólo hay una fuente de contaminación cercana al principio del lateral, sin embargo, cuando se realizó el muestreo, dicha fuente no fue detectada. Se tomaron muestras de drenes para hacer una comparación de los niveles de contaminación de aguas, que en teoría deberían estar tratadas y de aguas no tratadas, como es el caso de los drenes (tabla 2); sin embargo, en el tanque amortiguador dren Caracol no se encontró la presencia de UFC de coliformes fecales, esto quizá se deba al lugar en el que se tomó la muestra.

Conclusión

Los datos fisicoquímicos y bacteriológicos del agua del DR 023 provee información sobre la calidad de la misma. Se recomienda un monitoreo constante de los parámetros presentados, incluyendo la carga de coliformes, para poder avalar el uso de determinadas fuentes de agua para el riego de cultivos en la región, así como una supervisión más estricta de las operaciones de las plantas de tratamiento de aguas residuales debido a la elevada carga de coliformes fecales presentes en el agua de estas plantas del DR 023. La mala calidad del agua se debe a la presencia de fuentes de contaminación por descargas clandestinas, como casas aledañas, invernaderos y fábricas, así como al tratamiento inadecuado de las aguas que provienen de las plantas tratadoras de la zona, que alteran la calidad del agua para riego y nos alertan sobre el riesgo que corre la salud de la población que utiliza tales aguas; se puedan dar recomendaciones para evitar sembrar cultivos como hortalizas, que puedan infectarse por este tipo de aguas y que sean potencialmente dañinas para la población.