Humedales artificiales como un método viable para el tratamiento de drenes agrícolas*
Artificial wetlands as a viable treatment method for agricultural drains
Jaqueline García Hernández1§, Carlos Valdés-Casillas2, Lázaro Cadena-Cárdenas3, Socorro Romero-Hernández4, Susana Silva-Mendizábal5, Gamaliel González-Pérez6, Germán N. Leyva-García1 y Daniela Aguilera-Márquez1
1Centro de Investigación en Alimentación y Desarrollo A. C. (CIAD). Carretera al Varadero Nacional, km 6.6. Guaymas, Sonora, México. C. P. 85480. Tel. 01 622 2216533. (gleyva@ciad.mx), (daguilera@ciad.mx).§Autora para correspondencia: jaqueline@ciad.mx.
]]> 2Pronatura Noroeste. Núm. 10. Esq. Allende Centro, El Tesoro, Álamos, Sonora. C. P. 85760. Tel. 01 647 4280004. (cvaldes05@yahoo.com).3University of Arizona. Geosciences Department. 1040 E. 4th Street. Gould-Simpson Building, Tucson, AZ. C. P. 85719. Tel. 00 520 6263323. (lcadenac@gmail.com).
4Instituto de Ingeniería. Universidad Autónoma de Baja California. Campus Mexicali. Calle de la Normal y Blvd. Benito Juárez s/n. Fraccionamiento Insurgentes Este, Mexicali, Baja California. C. P. 21280. Tel. 01 686 5664150. (romero@iing.mxl.uabc.mx).
5Instituto Tecnológico de Guaymas. Carretera al Varadero Nacional, km 4. Sector las Playitas, Guaymas, Sonora, México. C. P. 85480. Tel (622) 2216480. (anasus840@gmail.com).
6Instituto Tecnológico Superior de Cajeme. Carretera Internacional a Nogales, km 2. Obregón, Sonora. C. P. 85000. Tel. 01 644 4108650. (gama1771@hotmail.com).
* Recibido: mayo de 2011
Aceptado: octubre de 2011
RESUMEN
]]> El presente trabajo presenta la evidencia generada por el grupo de trabajo en los últimos quince años, sobre concentraciones de contaminantes y nutrientes provenientes de drenes agrícolas que descargan en humedales y bahías de Sonora. Las investigaciones se han realizado en el valle agrícola de Mexicali con 60 puntos de muestreo, en el valle del Yaqui con 30 sitios de colecta y en costas rocosas de Sonora y Baja California con 30 puntos de colecta, se muestreo agua, sedimento y biota. Los resultados indican niveles por encima de las normas establecidas de: coliformes fecales, nutrientes, algunos metales pesados como mercurio, plomo y selenio y plaguicidas organoclorados como DDE y endosulfán. También hemos observado que drenes agrícolas que descargan en lagunas dominadas por vegetación acuática (i. e. tule), presentan concentraciones de contaminantes y nutrientes significativamente menores a sitios desprovistos de esta vegetación, siendo que ambos sistemas están expuestos a los mismos contaminantes. Por lo anterior, estamos proponiendo que se considere como una opción viable, el uso de humedales artificiales como métodos para el tratamiento de drenes agrícolas en las zonas afectadas. Esta metodología ha probado ser eficiente para la remoción de nutrientes, DBO y sólidos suspendidos totales; en otros países y en el Instituto Mexicano de Tecnología del Agua, ya cuenta con casos de éxito utilizando humedales artificiales para el tratamiento de aguas residuales urbanas; por lo tanto, urgimos a la comunidad científica y gobierno de nuestro país a que se impulse esta tecnología en los drenes agrícolas de Sonora.Palabras clave: descargas urbanas, drenes agrícolas, humedales artificiales, tratamiento de agua, valles agrícolas.
ABSTRACT
In this paper we present evidence generated by our working group in the last fifteen years on concentrations of pollutants and nutrients from agricultural drains that discharge into wetlands and bays of Sonora. Surveys were made in 60 sites of the Mexicali Valley, 30 sites in the Yaqui Valley and 30 sites in the rocky shores of Sonora and Baja California where samples of water, sediment, and biota were collected. Results indicate levels above established limits of: fecal coliforms, nutrients, organochlorine pesticides such as DDE and endosulfan, as well as heavy metals such as mercury, lead, and selenium. We have also observed that agricultural drains discharging in lagoons dominated by aquatic vegetation (i. e., cattail) present significant lower concentrations of contaminants and nutrients than sites lacking this kind of vegetation, considering that both systems are exposed to the same contaminants. Thus, we propose the use of constructed or artificial wetlands as a feasible option for the treatment of agricultural drains in the affected areas. This methodology has proven to be effective for the removal of nutrients, BOD, and total suspended solids in other countries. In Mexico, the Mexican Institute of Water Technology (IMTA) already has successful cases using constructed wetlands for the treatment of urban sewage. Therefore, we urge to the scientific community and the government of Mexico to promote the development of this technology in agricultural drains of Sonora.
Key words: agricultural drains, urban discharge, artificial wetlands, Sonora, water treatment, agricultural valleys.
INTRODUCCIÓN
La agricultura de riego constituye en el país 25% de la superficie total sembrada (4 millones de hectáreas), los estados que tienen mayor número de hectáreas de cultivo de riego son Sinaloa, Guanajuato y Sonora (SIACON, 2010). El uso de riego en Sonora y Sinaloa es indispensable para la producción agrícola; un componente importante en la agricultura de riego es el drenaje agrícola, el cual se utiliza para darle una salida a las aguas que se acumulan en las depresiones topográficas del cultivo, así como para controlar la acumulación de sales en el suelo.
En su trayecto los drenes agrícolas también son receptores de drenajes urbanos de comunidades rurales, que en muchas ocasiones ya no son tan pequeñas o incluso de algunas ciudades cercanas, también se acostumbra lavar fosas sépticas en los drenes o envases de plaguicidas y otros químicos tóxicos (Figura 1).
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Los drenes descargan en la costa; por ejemplo, en el valle de Mexicali hemos registrado aproximadamente 40 drenes agrícolas, que descargan en los humedales y posteriormente en el alto Golfo y en el sur de Sonora, hemos identificado alrededor de 30 drenes agrícolas que descargan en las bahías de Algodones, Lobos, Tóbari, Moroncarit y Yavaros. Recientemente, la acuacultura ha ocupado mucha de la zona costera de estos dos estados y también contribuye con descargas al mar, y en ocasiones también es afectada por las descargas agrícolas.
Los principales aportes de los drenes agrícolas son sedimentos, sales, nutrientes y todos los contaminantes orgánicos e inorgánicos presentes en las tierras o aguas de cultivo. Cuando los drenes desembocan en bahías o esteros, todos estos contaminantes afectan de manera directa o indirecta a la vida marina y a los recursos de los cuales dependemos.
No hay un esfuerzo por tratar estas descargas antes que desemboquen a un cuerpo de agua; lo que hace la Comisión Nacional del Agua (CONAGUA) es mantener los drenes limpios de sedimento y maleza, para que cumplan su función de drenaje. Sin embargo, nos parece urgente diseñar e implementar un plan nacional para el tratamiento de todos estos drenes agrícolas, que cada vez afectan mas a los ecosistemas marinos y costeros, prueba de ello son las afloraciones de mareas rojas tóxicas en regiones donde no era común encontrarlas, la mortandad de peces de forma cíclica en algunos sitios como Yavaros, el asolve en bahías y los daños a la vegetación de manglar por sedimentación (i. e. Bahía del Tóbari). Por lo tanto, proponemos la utilización de métodos alternativos de tratamiento de agua a bajo costo y efectivos.
Uno de estos sistemas es el de humedales artificiales. México ya cuenta con la tecnología desarrollada y aplicada en algunos sitios como en el lago de Pátzcuaro (Urquiza-Marin et al., 2006; Rodríguez-Miranda et al., 2010) y en Texcoco (Arcos-Ramos et al., 1999) en donde se han tenido excelentes resultados, con remociones de contaminantes y cumplimiento con las Normas Mexicanas en los efluentes. Sin embargo, hace falta un esfuerzo nacional coordinado para poder implementar un plan de tratamiento de agua de los drenes agrícolas con humedales artificiales. El presente trabajo es una revisión de los resultados que hemos obtenido en muestreos de agua, sedimento y biota en el noroeste de México en los últimos cinco años y es una justificación para la implementación de un programa nacional de tratamiento de agua de drenes agrícolas.
MATERIAL Y MÉTODOS
En el laboratorio de Ciencias Ambientales del CIAD-Unidad Guaymas, se ha estudiado los efectos de los contaminantes en los ecosistemas costeros del noroeste del país, principalmente en el alto Golfo de California y en el Sur de Sonora. En la Figura 2 se muestran los sitios de colecta que hemos realizado de algún tipo de matriz, ya sea agua, sedimento o biota. A continuación presentaremos resultados de contaminación de cada área dividida en: a) Alto Golfo; b) sur de Sonora; y c) Islas y costas rocosas.
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RESULTADOS
Alto Golfo de California y Delta del Río Colorado
El delta del Río Colorado se localiza al norte del alto Golfo de California, entre Sonora y Baja California, y es la histórica desembocadura del Río Colorado hacia el mar. Previo a 1 900, el delta era un área con de grandes álamos, densos parches de sauces interconectados con canales y extensas lagunas de tule, carrizo y juncos, habitado por una fauna acuática y terrestre de carácter tropical incluyendo jaguares y numerosas especies de aves de marisma, patos y gansos, pelícanos y águilas.
Sin embargo, la construcción de las grandes represas en la parte alta y baja del Río Colorado (e. g. presas Hoover, Davis, Parker e Imperial), detuvo por completo el flujo natural del río, reemplazando los bosques de álamos y sauces del delta, por las grandes ciudades de la costa oeste de los Estados Unidos de América y de México y por los ricos valles agrícolas, como el de Imperial y Mexicali. No es hasta hace algunos años que hemos aprendido el valor de lo que se perdió en esta conquista, en términos de biodiversidad, funciones ambientales y riqueza cultural.
A pesar del control que se tiene del río, éste todavía puede ser impredecible, por lo que durante 1983-1985 (año Niño) por medidas de seguridad se tuvieron que abrir las compuertas de las presas (Lago Mead), para dejar pasar un flujo hacia México similar al que había antes de 1930. Este periodo de inundación reestableció rápidamente un corredor ripario de álamos y sauces a las orillas de los antiguos canales del Río Colorado en medio del valle agrícola de Mexicali. La importancia ecológica de este corredor fue reconocida hasta hace unos seis años, cuando investigadores de Sonora y Arizona realizaron un estudio preliminar, para mapear e incorporar en un Sistema de Información Geográfica (SIG), todos los ecosistemas riparios y humedales del área.
Como resultado de este estudio, sabemos que actualmente existe un corredor ripario de aproximadamente 100 km de largo y 14 000 ha-1 con vegetación nativa (Zamora-Arroyo et al., 2001). También se han descrito varios humedales que se han formado por los drenes agrícolas de Mexicali, San Luis y Yuma. La Ciénega de Santa Clara, es el humedal más grande de este tipo, el cual se creó a partir de 1977 con agua de drenaje agrícola sub-superficial de Yuma y tiene actualmente una superficie de 20 000 ha, de las cuales 4 500 ha están cubiertas por tule (Typha domingensis) (Glenn et al., 1996).
Estudios recientes reportan que en la Ciénega de Santa Clara existe la población más grande del ave en peligro de extinción, palmoteador de Yuma (Rallus longirostris yumanensis), con 6 000 individuos anidando cada año en este sitio (Hinojosa-Huerta et al., 2001). Otros humedales de este tipo son el complejo del Río Hardy-El Mayor-Cucapá, que recibe drenes del valle de Mexicali, y tiene una vegetación dominante de pino salado, especie no nativa e invasiva, además de mezquites y carrizo, en donde también se encuentran algunas parejas de palmoteador de Yuma, aunque restringidas a pequeños parches de tule.
En total, el delta del Río Colorado cuenta con 60 000 ha de humedales y corredores riparios, con alrededor de 350 especies de aves y con cinco especies de fauna en peligro de extinción (vaquita marina, totoaba, palmoteador de Yuma, pez cachorrito del desierto y gato montés). Sin embargo, muchos de los humedales sobreviven con agua de dren agrícola que en ocasiones también transporta drenaje urbano, por lo que ha habido gran interes por monitorear las condiciones de salud ambiental en esta región.
En 1977 se publicaron resultados sobre los análisis de muestras de almejas del valle de Mexicali, encontrando elevadas concentraciones de DDE en tejido (11 ppm) (Guardado-Puentes 1976), en 1988 se publicó un estudio sobre las concentraciones de mercurio (Hg), en moluscos y peces de Cerro Prieto (localizado en el Valle de Mexicali), donde se reporta que ninguna de las muestras se acercó ni excedió el límite de tolerancia de 1 ppm (Gutiérrez-Galindo et al., 1988). También se analizaron moluscos para detectar concentraciones de hidrocarburos clorados en el Valle de Mexicali, sus resultados mostraron concentraciones de DDE, DDT y BPC's que no representan un riesgo para la salud humana y al ambiente (Gutiérrez-Galindo et al., 1988).
]]> Posteriormente, se analizaron las concentraciones de selenio, boro y metales pesados en aves del valle de Mexicali, encontrando concentraciones de selenio arriba de lo recomendado en aves piscívoras (Mora y Anderson, 1995), también se encontró que las concentraciones de DDE en aves del valle de Mexicali, son mayores a las encontradas en aves de otros valles agrícolas de la región, como el Yaqui y Culiacán con valores máximos de 11 ppm de DDE (Mora y Anderson, 1995).Los estudios más recientes en el delta del Río Colorado, reportan 50% de las muestras de sedimento colectadas en el delta exceden los niveles medios de selenio encontrados en regiones áridas similares y 20% de estas muestras pueden afectar a los organismos bentónicos y a la cadena alimenticia, también se encontró 20% de los peces colectados pueden afectar a las aves piscívoras. Un 86% de las muestras de peces e invertebrados colectados presentan DDE y 26% DDT. Las concentraciones eran bajas; sin embargo, 30% de las muestras excedieron los niveles recomendados para especies sensibles (García-Hernández et al., 2001).
Con base en mapas digitalizados del área y fotos áreas, se localizaron todos los drenes agrícolas que descargan sobre el Río Colorado o en los humedales, posteriormente se hicieron dos muestreos, uno en febrero y otro en junio de 2005, en donde se colectó agua, sedimento y biota (si había disponible) de cada dren agrícola en su desembocadura al río o al humedal. En total se muestrearon 60 puntos en el delta del Río Colorado.
Se localizaron un total de 40 descargas agrícolas y urbanas hacia los diferentes sistemas de humedales del Río Colorado, la mayor parte de las descargas se encuentran al sur de la zona agrícola del valle y solamente 4 se detectaron sobre el Río Colorado.
Los contaminantes que se presentaron en concentraciones que pudieran afectar a la vida silvestre, al ecosistema o a los usuarios fueron el selenio (Se), los plaguicidas DDE y endosulfán, alta salinidad y el indicador de contaminación fecal, Escherichia coli. Los sitios de mayores concentraciones de selenio en sedimento se observan en el sistema del Río Hardy norte y sobre el bordo este. Las concentraciones de DDE en agua se muestran altas en el Río Hardy y a la salida del dren San Luis Río Colorado. En sedimento, el DDE únicamente se concentra en el Río Hardy; y en peces, las concentraciones son mayores en organismos del dren del sur, un dren concentrador localizado entre el Hardy y el Colorado.
Si sobreponemos la capa de agua, sedimento y peces, se identifican 10 puntos con altos niveles de DDE, cinco sobre el Río Hardy, dos sobre el dren del sur y uno en el dren San Luis. Como resultado de este análisis podemos considerar que los ecosistemas de la Ciénega de Santa Clara, El doctor y el corredor ripario del Río Colorado presentan menores problemas debido a bioacumulación de DDE, lo cual es buena noticia para el programa de restauración que se está realizando en el Río Colorado. También creemos que las 4 500 ha de tule en la Ciénega de Santa Clara, ayudan a filtrar los contaminantes que pudieran estar llegando de los drenes de entrada, por lo que futuros proyectos de restauración podrían incluir plantas acuáticas emergentes para mejorar las condiciones ambientales.
Otro contaminante organoclorado persistente que detectamos en concentraciones altas fue el endosulfán, este plaguicida se utiliza principalmente en el algodón, por lo que las mayores concentraciones se encontraron en el muestreo de verano en sedimento. Los sitios de mayores concentraciones de endosulfán se encuentran en el dren perimetral y en un punto sobre el Río Hardy estos dos sitios pudieran presentar problemas en cuanto a bioacumulación de este compuesto en peces.
Las altas salinidades presentes en los suelos del delta del Río Colorado, son resultado de las concentraciones naturales de sales que acarrea el Río Colorado, desde su nacimiento en las montañas de Colorado en Estados Unidos, conforme aumenta la temperatura, el agua se evapora y la salinidad aumenta, por lo que el agua del Río Colorado llega a México con salinidades promedio anuales de 800 ppm, esta salinidad aumenta al pasar por los campos agrícolas y termina con un promedio diez veces mayor, 8 000 ppm en el Río Hardy, por ejemplo. En la parte de los humedales los puntos con mayores salinidades están sobre el Río Hardy norte y sobre el dren del sur.
El Río Colorado, los drenes del bordo y la Ciénega de Santa Clara tienen relativamente una salinidad menor; por lo tanto, en el Río Hardy es necesario asegurar agua de otra fuente, como el agua tratada de las Arenitas, para poder disminuir la salinidad y poder realizar proyectos de restauración. Otro problema que detectamos, fueron concentraciones de coliformes fecales en sitios de recreación en el delta del Río Colorado, se han muestreado aguas del Río Hardy, Río Colorado y Ciénega de Santa Clara en 2006, y el ecosistema mas impactado de estos tres es el Río Hardy, los niveles promedio de Escherichia coli encontrados en el Río Hardy fueron de 900 NMP por 100 ml, lo cual excede la NOM-003-ECOL-1997 de 240 NMP por100 ml de agua para reúso público (Romero et al., 2010).
En el Río Hardy evaluamos los efectos de la descarga de la planta de tratamiento Arenitas que trata 50% del drenaje de Mexicali. Las concentraciones de E. coli disminuyeron después de la incorporación de agua tratada al Río Hardy; sin embargo, cabe mencionar que hubo un periodo de tres meses en donde la planta no funcionó adecuadamente y las descargas rebasaron los 700 000 NMP por 100 ml de E. coli, afortunadamente, se trabajó para mejorar el sistema y actualmente los niveles de coliformes han disminuido en el Río Hardy.
]]> Otro parámetro que ha mejorado con la entrada de agua tratada de Arenitas, es la salinidad; en promedio los sólidos disueltos totales (mg L-1) han disminuido de 6 000 mg L-1 a 4 000 mg L-1, esta disminución permitirá el establecimiento de vegetación nativa en sitios de restauración. Sin embargo, los nutrientes se han incrementado con la entrada de la descarga de Arenitas, ha habido cambios en el color del agua, de café antes de la descarga a verde después de un tiempo de operar la planta, debido a la proliferación de algas y se ha observado eutrofización en algunos segmentos del río y varios eventos de mortalidad de peces, probablemente derivado de falta de oxígeno o concentraciones altas de amonio.En el Cuadro 1, se observa que los metales pesados en el río no excedieron la NOM-001-ECOL-1996, para descargas a bienes nacionales en agua y sedimento; sin embargo, los niveles de plomo y arsénico en peces estuvieron por encima de lo recomendado en la norma NOM-027-SSA para productos de la pesca (U. S. EPA, 2000).
La Ciénega de Santa Clara es un humedal localizado en la parte este del Delta del Río Colorado (Figura 3), está cubierto en casi 80% con vegetación emergente, principalmente Typha domingensis, tiene una canal de entrada principal que es el dren Bypass con un flujo de aproximadamente 5 m3 s-1, proveniente de Arizona y una entrada secundaria que es el dren Riito-Santa Clara, generado en el valle de San Luis Río Colorado, Sonora; el cual representa 3% del volumen del dren Bypass. Los resultados expuestos en esta investigación demuestran que los nutrientes y contaminantes, consistentemente han sido menores que los que localizados en los otros ecosistemas del Delta del Río Colorado.
En 2007 se analizaron los niveles de nitratos en el dren Bypass resultando en un promedio de 5.6 mg L-1 y en Riito con 2.5 mg L-1. Dentro de la zona de vegetación, los nitratos promediaron 2.7 mg L-1. El amonio tuvo un promedio de 0.5 mg L-1 en las entradas y también en la zona de vegetación y los fosfatos entraban con una concentración de 0.6 en Riito y 0.4 en el Bypass, ya adentro se detectaron 0.3 mg L-1. Por lo tanto, se observó una disminución importante en las concentraciones de nutrientes dentro del humedal, probablemente debido a la presencia de tule y algunas lagunas abiertas entre la vegetación.
Las concentraciones de metales en agua, sedimento y tejido fueron menores a las encontradas en el Río Hardy. Las concentraciones de metales a la entrada no fueron diferentes a las concentraciones en la zona con vegetación, con excepción del mecurio, que entró con una concentración en agua de 11 ppm, y en la zona interior promedió 3 ppm, y en sedimento, entró con una concentración de 0.4 ppm y en el interior disminuyó a 0.2 ppm, también probablemente debido a la presencia de vegetación emergente.
Las concentraciones de plaguicidas organoclorados, organofosforados, piretroides y PCBs en la Cienega de Santa Clara, no mostraron concentraciones por encima de los límites recomendados en ninguna matriz (agua, sedimento y organismos). En tejido de peces, las concentraciones de Aldrin y DDE no excedieron los límites de la U. S. EPA.
Las descargas agrícolas del Valle de Mexicali, son los que mantienen vivos a los ecosistemas remanentes del delta del Río Colorado; sin embargo, la aportación de nutrientes, metales pesados y plaguicidas, representa una carga para estos ecosistemas, por lo que se han mantenido con una baja diversidad acuática y poca abundancia. Los programas de restauración ya están considerando la construcción de humedales artificiales, para mejorar la calidad de agua y las condiciones humedales naturales. Por otro lado, se están haciendo esfuerzos necesarios para conservar humedales como la Ciénega de Santa Clara, que mantiene niveles de contaminantes más bajos que el resto de los humedales del delta, debido a la alta densidad de vegetación emergente en sus lagunas y bajos niveles de contaminantes de la fuente principal de agua.
Sur de Sonora
El sur de Sonora es considerado como un área de alta biodiversidad por la CONABIO, además que los esteros de esta zona son áreas de importancia para la conservación de aves o AICAs. Sin embargo, en los últimos veinte años, el desarrollo agrícola y acuícola ha modificado 70% de las zonas naturales de humedales y el restante 30% está amenazado por factores como destrucción de hábitat, eutrofización y contaminación. El objetivo de nuestros estudios es determinar el grado de contaminación de estos humedales y proponer soluciones para su restauración.
Utilizando las coberturas de drenes agrícolas y ríos del programa de ordenamiento ecológico de la costa sur de Sonora se localizaron los drenes agrícolas y urbanos que descargan en los humedales costeros del sur de Sonora. Posteriormente se corroboró esta información con una salida de campo para la localización de los sitios más adecuados y accesibles en los municipios de Obregón, Navojoa y Huatabampo. En estos sitios se colectaron muestras de agua, sedimento y biota para análisis de metales y plaguicidas.
]]> Se localizaron un total de 28 descargas puntuales hacia cuerpos de agua nacionales, los esteros que reciben mayor cantidad de drenes son los del Tobari y Yavaros. De los metales analizados en agua, sedimentos y organismos acuáticos, el mercurio excedió las normas oficiales y valores recomendados en sedimento y organismos. La presencia de Hg se localizó en un dren que desemboca en el estero Yavaros; como consecuencia de esta contaminación, el estero de Yavaros ya presenta una bioacumulación de Hg en invertebrados bentónicos de importancia comercial, como es el camarón.El uso de plaguicidas en los valles del Yaqui y Mayo consiste principalmente en plaguicidas organofosforados, siendo el más común el metamidofos. Sin embargo, aún se utiliza en cantidades importantes el endosulfán, que es un compuesto clorado que se bioacumula en los ecosistemas acuáticos. El uso de estos plaguicidas puede afectar a las aves migratorias que hacen uso de los campos agrícolas, al estar en contacto directo con los químicos y también a los organismos acuáticos, al recibir agua de dren agrícola en los esteros.
Los compuestos organoclorados son persistentes y pueden estar presentes en un ecosistema años después de su aplicación. En este estudio se detectaron concentraciones de DDT y DDE en cangrejos (Uca princeps) del estero Tobari. El resto de las muestras de agua, sedimento y organismos de los demás esteros, presentaron valores por debajo del nivel de detección o concentraciones muy bajas de plaguicidas.
En un estudio específico en el estero de Moroncarit, se midió el flujo de entrada del dren principal, la descarga varía entre 2.2 m3 s-1 en verano a 7.8 m3 s-1 en invierno. Esto se debe a los ciclos de riego, ya que en invierno se cultiva más área con trigo y en verano los cultivos baj an considerablemente. Las concentraciones de coliformes fecales a la entrada del estero Moroncarit fueron de 92 000 NMP (promedio 24 h), lo cual excede el límite permitido por la norma NOM-00 1 para descargas en aguas y bienes nacionales. Dentro del estero, las concentraciones fueron de 3 500 NMP de E. coli, lo cual es mucho mayor a los 200 NMP por 100 ml recomendado por la U. S. EPA, para actividades recreativas que se llevan a cabo en el estero.
La demanda bioquímica de oxígeno (DBO5) excedió los 150 mg L-1 en verano del dren de entrada. Las concentraciones de nitrógeno total (inorgánico mas orgánico), estuvieron por encima de lo recomendado por la NOM-001 en todos los sitios. Dentro del estero estas altas concentraciones de nitrógeno pueden causar eutrofización. Los niveles de fosfatos en abril estuvieron por encima de 0.1 mg L-1 que recomienda la U. S. EPA para protección de ecosistemas riparios. Se analizaron los siguientes metales: cadmio, plomo, mercurio, cromo VI, cobre, cianuro, niquel y zinc en agua, en sedimento se analizó Cd, Pb y Hg; ninguno de los valores analizados en muestras de agua excedieron la NOM-001.
La calidad del agua que llega a los esteros del sur de Sonora es baja, las cargas de nutrientes y coliformes son muy altas y los ecosistemas receptores están siendo contaminados y afectan a las comunidades que dependen de la pesca en estos esteros. La variación en los flujos es un factor que se debe tomar en cuenta para proyectos de tratamiento de aguas.
Costas rocosas e islas
Hemos realizado muestreos de isópodos Ligia spp. en las costas rocosas del Golfo de California, con el objetivo de utilizar a este organismo como especie indicadora de contaminación o especie biomonitora. Resultados preliminares indican una relación positiva entre las concentraciones de metales pesados y la presencia de centros urbanos y minas, y las concentraciones de compuestos orgánicos tuvieron una relación con la presencia de campos agrícolas en la zona costera. En la Isla San Pedro Mártir realizamos un muestreo de las tres matrices (agua, sedimento y peces), se encontraron niveles detectables de plaguicidas organoclorados en sedimento, que indica influencia de las actividades agrícolas de las costas de Sonora hacia las islas del golfo.
DISCUSIÓN
]]> Debido a las características especiales de los drenes como un flujo variable, gran número (c. a. de 100 en dos valles agrícolas de Sonora), altas concentraciones de nutrientes, coliformes fecales y que cuentan con una salinidad baja, proponemos utilizar un sistema de humedales artificiales para el tratamiento de estos drenes. Un humedal artificial es un sistema de tratamiento de agua que consiste en estanques poco profundos (preferentemente menores a 1 m) o canales, que han sido plantados con vegetación acuática y que dependen de procesos microbiológicos y físicos naturales para tratar el agua residual.Generalmente tienen un revestimiento de arcilla o sintético y cuentan con ingeniería para controlar la dirección del flujo, los tiempos de retención y el nivel del agua. Dependiendo del tipo de sistema, pueden tener o no un medio poroso inerte como roca, grava o arena. Se inicia con un tratamiento primario por medio de lagunas de sedimentación al agua de drenaje crudo, este efluente es el que se dirige a un humedal artificial para tratamiento secundario, se genera un efluente el cual se puede desinfectar por medio de cloro para obtener una descarga final (Figura 3).
Los componentes de un humedal artificial con sistema de flujo superficial son: entrada de la laguna a la zona 1 completamente cubierta de vegetación emergente (pueden ser plantas de tule, carrizo, junco o una combinación de éstas) y plantas flotantes como la lentejilla, la altura es menor a 0.75 m y son condiciones anaeróbicas; posteriormente el agua pasa a una zona 2, en donde hay superficie abierta de agua con condiciones aeróbicas una profundidad mayor a 1.2 m y con crecimiento de plantas sumergidas. Finalmente el agua pasa a la zona 3, completamente cubierta de vegetación con condiciones anóxicas y profundidad menor a 0.75 m, y el agua sale hacia el área de desinfección (Figura 4).
Los mecanismos que dominan un sistema de flujo superficial son la sedimentación de sólidos suspendidos totales, metales, fósforo, nitrógeno orgánico y detritos en raíces y tallos de las plantas emergentes y la materia flotante es atrapada y absorbida en las raíces de las plantas flotantes. El proceso de remoción en esta zona es debido a floculación, sedimentación, adsorción y reacciones anaerobias. Posteriormente en la zona óxica se lleva a cabo la oxidación del DBO, la nitrificación de amonia a nitratos, la generación de oxígeno por las plantas sumergidas en la zona del fondo de la laguna llevando transformaciones aeróbicas biológicas, también se da la mortalidad de patógenos por luz solar y tiempo de retención.
Posteriormente en la zona 3 se pueden dar procesos de desnitrificación, en donde los nitratos generados en la zona óxica se transforma en nitrógeno volátil, y se vuelven a llevar a cabo procesos anaeróbicos con la materia orgánica e inorgánica restante (U. S. EPA, 1999).
Hay algunas consideraciones a tomar muy en cuenta para estos sistemas, las plantas invasivas pueden ser un problema por lo que hay que tratar de utilizar plantas nativas o plantas que generalmente se encuentren en esa zona, no importar plantas de otros sitios que puedan causar daño en los mismos drenes. Otro problema es la generación de mosquitos y sus enfermedades como el dengue, este problema se puede combatir con la presencia de pez mosquito, y con uso de larvicida como el Bacillus sphaericus, el cual ha mostrado ser bastante eficiente en estos sistemas y de baja toxicidad.
También es delicado que la gente use estos humedales para recreación o pesca, ya que no son lagunas naturales, son plantas de tratamiento y la presencia de la gente debe estar restringida a las lagunas finales para evitar problemas de salud. Otra consideración importante es la tenencia de la tierra, ya que muchas veces estas zonas ya están vendidas para granjas acuícolas o desarrollos turísticos, por lo que es urgente designar áreas especiales para tratamiento, ya sea por la Comisión Nacional del Agua (CONAGUA) o por el distrito de riego.
Para los drenes agrícolas proponemos un diseño de humedal de una hectárea en forma alargada que vaya paralelo al dren, donde el agua entre al humedal, tenga su tiempo de retención y salga de nuevo al dren, estos sistemas se pueden construir a lo largo de cada dren que descarga al mar, disminuyendo notablemente la carga de nutrientes, coliformes y sólidos. En 1993 este sistema tuvo un costo de aproximadamente 1 millón de pesos en Estados Unidos de América, lo que incluye trabajo de maquinaria, plomería y siembra de plantas. En nuestro caso, el agua que viene de los drenes podría entrar directo a los humedales, ya que lleva un pre-tratamiento al llevar varios kilómetros de recorrido por el dren, y la salida probablemente no requeriría de cloración. Este es solo un ejemplo, pero hay muchos otros diseños con datos de costos e ingeniería que se pueden consultar (U. S. EPA, 1999).
CONCLUSIONES
]]> Los drenes agrícolas de Sonora que desembocan en la costa del Golfo de California sin tratamiento previo, constituyen un problema que no ha sido atendido adecuadamente y que cada vez afecta más a la salud del medio ambiente y sus pobladores.Se requiere de la integración de un equipo de trabajo interdisciplinario y con la participación de instancias gubernamentales, para coordinar un programa de tratamiento de agua de drenes agrícolas a nivel nacional.
Proponemos que el uso de humedales artificiales, sea una parte central del programa de tratamiento de agua de drenes, así como el monitoreo y la restauración de humedales.
AGRADECIMIENTOS
Las autoras(es) agradecen a: CONACYT-SEMARNAT, proyecto SEMARNAT-2002-C01-0033, WWF-Golfo de California proyecto QR68, Border Environmental Cooperation Commission, BECC, proyecto CONTA08-008, University of Arizona, P500765, Texas A & M-CONACYT, proyecto 2008-030, Pronatura Noroeste, proyecto Moroncarit, CONANP, proyecto CONANP/26/AP19/PROCODES/04/08.
LITERATURA CITADA
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