Lead and arsenic in the Alto Atoyac sub–basin in Tlaxcala, Mexico

Edelmira García–Nieto¹; Leticia Carrizales–Yañez²; Libertad Juárez–Santacruz¹; Elizabeth García–Gallegos¹; Elizabeth Hernández–Acosta³; Elia Briones–Corona¹; Oscar G. Vázquez–Cuecuecha¹.

¹ Centro de Investigación en Genética y Ambiente y, Posgrado en Ciencias Ambientales, Universidad Autónoma de Tlaxcala, km 10.5 Autopista San Martín–Tlaxcala, C. P. 90120, Ixtacuixtla, Tlax., MÉXICO. Correo–e: mirosgn@yahoo.com.mx.

² Unidad de Toxicología Ambiental, Facultad de Medicina, Universidad Autónoma de San Luis Potosí, Av. Venustiano Carranza Núm. 2405, Lomas Filtros, C. P. 78210, San Luis Potosí, SLP, MÉXICO.

³ Universidad Autónoma Chapingo km 38.5 Carretera México–Texcoco, C. P. 56230, Chapingo, Estado de México. MÉXICO.

Recibido: 23 de junio, 2010
Aceptado: 18 de agosto 2010

RESUMEN

Se evaluaron indicadores ambientales en el sistema hidrológico Zahuapan–Atoyac (SH:ZA), en Tlaxcala, México. Una región impactada por descargas de aguas residuales de origen urbano, agrícola e industrial. Las muestras fueron colectadas en la primavera del año 2008, época de estiaje. Se seleccionaron 16 estaciones de muestreo; abarcando desde el nacimiento del río Zahuapan, incluyendo tres muestras del río Atoyac, hasta su salida del estado de Tlaxcala. En las muestras de agua se midieron arsénico, plomo, pH y temperatura, en sedimentos; arsénico, plomo, textura, contenido de materia orgánica, carbono orgánico total, pH y conductividad eléctrica de acuerdo con NMX–AA–051–SCFI–2001, Goyberg–Reín y Vázquez, 2003 y la NOM–021–SEMARNAT–2000. Los resultados mostraron que el intervalo de concentraciones de arsénico osciló de 0.06 a 0.87 mgL^–1 en agua y de 1.3 a 127 mg·kg^–1 en sedimento. Mientras que el plomo alcanzó niveles hasta de 1.05 mgL^–1 en agua del sitio denominado El Ojito y 89.5 mg·kg^–1 en sedimento de la estación Apizaco. Estos niveles superaron las normas nacionales e internacionales establecidas para agua de consumo humano y protección de la vida acuática. Los resultados sugieren un aporte antropogénico en algunas estaciones que se suma a la contaminación de origen natural.

Palabras clave: Zahuapan, Atoyac, agua, sedimento superficial.

ABSTRACT

Environmental indicators in the Zahuapan–Atoyac hydrological system (ZA:HS) in Tlaxcala, Mexico, a region impacted by wastewater discharges from urban, agricultural and industrial sources, were assessed. Samples were collected in the spring 2008 dry season. Sixteen sampling stations were selected, stretching from the source of the Zahuapan River, including three samples from the Atoyac River, to its exit point from the state of Tlaxcala. Arsenic, lead, pH and temperature were measured in the water samples; in the sediments, the following were measured: arsenic, lead, texture, organic matter content, total organic carbon, pH and electrical conductivity according to NMX–AA–051–SCFI–2001, Goyberg–Rein and Vázquez, 2003 and NOM–021–SEMARNAT–2000. The results showed that the arsenic concentrations ranged from 0.06 to 0.87 mgL^–1 in water and from 1.3 to 127 mg·kg^–1 in sediment, whereas lead levels reached up to 1.05 mgL^–1 in water from a place called El Ojito and 89.5 mgL^–1 in sediment from the Apizaco station. These levels exceeded the national and international levels set for drinking water and protection of aquatic life. The results suggest an anthropogenic contribution at some stations that adds to natural pollution.

INTRODUCCIÓN

La subcuenca del Alto Atoyac es una de las siete constituyen la subregión Alto Balsas de la región hidrológica Núm. 18 (Cuenca del Balsas). Se localiza en la porción central del estado de Tlaxcala entre los paralelos 19°06' y 19°40' latitud norte y los meridianos 97°58' y 98°031' longitud oeste, con una superficie de 2,031 km², cubre total o parcialmente 50 de los 60 municipios, representando el 52 % de la superficie total del estado. El sistema hidrológico Zahuapan, Atoyac; formado por el río Zahuapan en su totalidad y el trayecto del río Atoyac que se interna en el estado de Tlaxcala, pertenece a esta subcuenca.

El río Zahuapan, principal corriente superficial del estado de Tlaxcala, se origina por los escurrimientos de la sierra de Tlaxco en el norte del estado, justo por debajo del cerro del Mirador y el Campanario desde una altura de 3,418 m. Sigue un curso sinuoso que recibe los escurrimientos de numerosos ríos y barrancas provenientes de las aguas continentales y del volcán la Malinche, presenta una longitud de 82.75 km y un promedio anual de precipitación de 204.65 millones de m³ (CNA, 2002). Por su parte el río Atoyac, nace en la sierra nevada de Toluca, es producto de los deshielos del flanco norte del volcán Iztaccíhuatl, desde una altura de 4,000 m, en los límites de los estados de México y Puebla. Se interna en Tlaxcala por el suroeste, en el municipio de Tepetitla de Lardizábal, formando una franja que corre casi paralela al borde político estatal con el estado de Puebla hasta su confluencia con el río Zahuapan, en el municipio de Xicohtzinco (González, 2009).

El SH:ZA ha sido impactado negativamente por las descargas de aguas residuales de origen urbano y por los retornos de aguas de campos agrícolas de los municipios de Nativitas, Tepetitla, San José, Xicohtzinco, Papalotla y Panotla, entre otros, en donde el uso excesivo de agroquímicos, tanto fertilizantes como plaguicidas y productos foliares, se mezclan con el agua limpia de los manantiales. Anualmente se vierten 32.5 millones de m³ de aguas negras al río Zahuapan. En las zonas urbanas; el 40 % del agua es saneada y la restante es liberada al río, mientras que en las zonas rurales; hasta el 80 % es descargada directamente a este sistema (Espejel y Carrasco, 1999). El problema ambiental se ha agudizado con la incorporación de aguas residuales provenientes de industrias del ramo textil, químico y automotriz de los estados de Puebla y Tlaxcala. Navarro et al. (2004), analizó aguas residuales de origen urbano e industrial descargadas al río Atoyac, registrando concentraciones de 26.5 pg–L^–1 de cloroformo, 32.8 pg–L^–1 de cloruro de metileno y 5.2 pg–L^–1 de tolueno. A su vez, Méndez et al. (2000), reportó niveles de 4.22 mg–kg^–1 de plomo y 4.14 mg–kg^–1 de cadmio en suelos agrícolas de Atlixco, Puebla, regados con el agua de este río.

De seguir este escenario como hasta el momento es inminente el riesgo en salud ambiental; por la suma de impactos adversos sobre el sistema hidrológico (descargas de aguas residuales urbanas, agrícolas e industriales), la extensión de la población afectada debido a las actividades que derivan del SH:ZA y por la escasez de estudios que muestren analíticamente el tipo y niveles de agentes tóxicos presentes en él, especialmente en lo que respecta al trayecto del río Zahuapan. Es necesario considerar la contaminación presente no sólo en el agua sino también en el sedimento. Éstos son un componente dinámico de las cuencas hidrográficas y representan un elemento esencial en ecosistemas acuáticos, además son importantes en el transporte de metales y pueden reflejar su calidad (Ruiz et al., 1991 y Ongley, 1997).

El objetivo del presente estudio fue determinar las concentraciones de arsénico (As) y plomo (Pb) en agua superficial y sedimento de 16 estaciones de muestreo que cubren el inicio y el final del trayecto de los ríos Zahuapan y Atoyac dentro del estado de Tlaxcala, discutir si los niveles de contaminantes superan las guías ambientales y si éstos representan un riesgo potencial de efectos adversos a la salud humana o a la vida silvestre.

MATERIALES Y MÉTODOS

El muestreo se llevó a cabo durante la primavera del 2008 en la época de estiaje, se colectaron muestras compuestas (tres sub–muestras) de cada estación, considerando una distancia mínima de 100 m de cualquier descarga residual visible. El agua se obtuvo directamente de la corriente, utilizando frascos de polietileno de 1 L, y acidificándola con 2 ml de HNO₃ concentrado, para evitar la pérdida de los metales por volatilización. Se midió el pH y la temperatura del agua en el sitio.

Las muestras de sedimento superficial se recolectaron en la orilla del cauce, con ayuda de una draga de plástico, en recipientes de polietileno. Se mantuvieron y transportaron a 4 °C hasta su análisis. Se secaron en una estufa a 50–60 °C por 72 h, posteriormente, se homogenizaron mecánicamente en un mortero y se tamizaron en malla de 600 pm. Los sedimentos se caracterizaron mediante la determinación de textura, por el método del hidrómetro de Bouyoucos; el contenido de materia orgánica y carbono orgánico total, por el método de Walkley y Black; el pH en una relación 1:2 en base KCl (Goyberg–Reín y Vázquez, 2003), utilizando un potenciómetro marca Denver Instrument, modelo 215; y la conductividad eléctrica, por extracto de saturación (NOM–021–SEMARNAT–2000).

Previo a la cuantificación de As y Pb, 0.5 g de sedimento o 1 ml de agua fueron sometidos a digestión. Se adicionaron 10 ml de ácido nítrico al 68 % y 0.5 ml de ácido perclórico concentrado a cada muestra, se colocaron durante 12 h en parrillas de calentamiento a 80 °C; hasta la destrucción total de la materia orgánica. La solución digerida se filtró en papel Wathman Núm. 1, y se aforó a 25 ml con ácido nítrico al 0.2 %. El contenido de As y Pb se determinó por espectrofotometría de absorción atómica (Perkín Elmer modelo 3110) con horno de grafito para Pb y detector de flama para As. (NMX–AA–051–SCFI–2001). Cada una de las muestras se analizó por duplicado.

Como control de calidad se utilizó el estándar de referencia SRM 2710 para sedimento y SRM 1640 para agua, avalados por el National Institute of Standards and Technology (NIST). Los estándares y la curva de calibración de arsénico se digirieron simultáneamente con las muestras de agua y sedimento.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

La Figura 1 señala las 16 estaciones de muestreo con su localización geográfica. La altitud muestra la pendiente del SH:ZA desde la estación denominada Tlaxco con 2,641 m hasta el sitio Papalotla con una altura de 2,230 m.

El intervalo de temperatura y pH del agua determinada en el sitio al momento del muestreo, se indica en la Figura 2. En la mayoría de las estaciones de muestreo, el agua reveló una tendencia a la alcalinidad con una media aritmética de 7.60 ± 0.6. Se observan dos claras excepciones, el sitio Sambrano con una elevada alcalinidad (9.45) y Tepetitla con un pH ligeramente ácido (6.61). El promedio de la temperatura fue de 15.88 °C ± 2.31.

El 87.5 % de los sedimentos exhibieron un contenido de arena por arriba del 68 %. Estos resultados indican que la textura predominante es arenosa. Cabe resaltar dos claras excepciones, el sitio denominado Muñoz con clase textural franca; porcentajes equivalentes de arena–arcilla–limo y el sedimento de Tepetitla que se clasifica como limosa con un porcentaje por arriba del 90 % de este grano (Figura 3).

En el Cuadro 1, se observa que el 75 % de los sedimentos revelaron porcentajes bajos de materia orgánica y carbono orgánico total. Los niveles de MO fluctuaron entre 0.27 y 5.38 %, valores típicos de sedimentos arenosos y ambientes hidrodinámicos. Llama la atención los sitios identificados como El Ojito (20.44 %), Apizaco (26.90 %), Panotla (29.95 %) y Tetlatlahuca (13.99%) con porcentajes sumamente elevados.

Esta acumulación de materia orgánica no correlacionó con las texturas granulométricas, sin embargo, hay características particulares que pueden explicar estos niveles: el fitoplancton, tan evidente en el manantial El Ojito, refleja el elevado porcentaje de MO en este sitio; mientras que los otros tres, reciben sustancias de suelos húmicos superficiales, acarreados de tributarios y escorrentías, aunado a un elevado aporte antropogénico de descargas urbanas con contenido fecal y agrícola. Los sedimentos registraron un pH en el intervalo de 5.43 a 7.63 y una baja conductividad eléctrica de 2 a 95 dScm^–1, que se clasifica como no salino. El sitio denominado Sambrano mostró el valor más alto de CE y por lo tanto, de pH. El análisis estadístico no mostró correlación entre los parámetros fisicoquímicos y la concentración de As y Pb.

El intervalo de concentraciones de As en agua fue de 0.06 mg·kg^–1 a 0.94 mg·kg^–1, siendo Sambrano y Panotla los sitios que presentaron los niveles más altos. En Atlihuetzia el Pb no fue detectable, mientras que el valor más elevado de este metal se observó en El Ojito con una concentración de 1.05 mgL^–1 (Figura 4).

En la actualidad en México no se cuenta con valores de referencia de calidad del agua para evaluar el estado del ambiente en ríos, por lo que se consideró conveniente comparar los resultados con la NOM–001–ECOL–1996, que establece los límites máximos permisibles de contaminantes en las descargas de aguas residuales en aguas y bienes nacionales. Once de las dieciséis muestras revelaron concentraciones de As en agua superior a la norma mexicana (NOM–001–ECOL–1996), que establece el límite de 0.2 mgL^–1 en las descargas de aguas residuales para protección de la vida acuática. Todas las muestras exceden el valor de referencia de 0.005 mgL de la normatividad canadiense para la protección de la vida acuática (CCME, 2001). El 50 % de las muestras, superó el valor de 0.5 mgL^–1 establecido por la NOM arriba citada, como límite para que el agua sea utilizada con fines agrícolas y el 87.5 % superó el valor de 0.1 mgL valor establecido por la normatividad canadiense para protección de diversos cultivos (CCME, 1999 a). Cabe mencionar que en la zona sur del estado, el agua del SH:ZA es utilizada para el riego de hortalizas. El agua de los sitios denominados Tlaxco y El Ojito, se utiliza para abastecer de agua potable a comunidades aledañas; ambos sitios superaron por más de 30 veces la norma mexicana (NOM–127–SSA1–1994 Mod. 2000) que establece 0.025 mgL^–1 como límite permisible de As en agua para consumo humano.

Niveles similares de arsénico han sido reportados en diversos acuíferos de la República Mexicana, siendo uno de los más estudiados; la hidroarseniosis crónica endémica, en la Comarca Lagunera en los estados de Coahuila y Durango, en donde, el intervalo de concentraciones de este metaloide oscila entre 0.008–0.624 mgL^–1 (Del Razo et al., 1993; Armienta y Segovia, 2008). En el estado de Chihuahua, reportan concentraciones en el acuífero de Meoqui–Delicias que fluctúan entre 0.10 y 0.37 mgL^–1 (Espino–Valdés et al., 2009), mientras que, en el río San Pedro en el mismo estado, el promedio mensual fue de 0.10 mg L^–1 (Gutiérrez et al., 2008). En Zimapán, Hidalgo, las concentraciones de As en agua de pozos, con diferentes usos, estuvieron en el intervalo de 0.32 a 0.72 mgL^–1, y se relacionó con procesos geoquímicos naturales de mineralización en la actividad minera (Armienta et al., 1997a; Romero et al., 2006; Sracek et al., 2010).

La exposición crónica, por ingesta de agua contaminada con As, se ha relacionado con diversas alteraciones en la piel. El 21.6 % de los individuos expuestos a 0.41 mgL^–1 de As en agua, presentaron alteraciones en la piel con una prevalencia de lesiones cancerosas del 1.4 % (Cebrián et al., 1983). El 80 % de una población expuesta a niveles de 1.09 mgL^–1 presentaron; hipopigmentación, hiperpigmentación y/o hiperqueratosis (Armienta et al., 1997b).

Con respecto al plomo en agua, los sitios identificados como Tlaxco y El Ojito, excedieron el límite para uso y consumo humano de 0.01 mgL^–1, establecido por la norma mexicana (NOM–127–SSA1–1994 Mod. 2000). Todas las muestras excepto el sitio denominado Atlihuetzia, superaron el límite para protección de la vida acuática de 0.2 mgL^–1 de Pb en agua (NOM–001–ECOL–1996), mientras que el límite para uso agrícola de 0.5 mgL^–1, fue excedido por el 75 % de las muestras. En las dos últimas estaciones de muestreo (Villa alta y Tlaxco), correspondientes al río Atoyac, los niveles de Pb en agua fueron superiores al intervalo encontrado por Méndez et al. (2000) de 0.14 a 0.38 mgL^–1, en el mismo río pero en el trayecto de Atlixco, Puebla, después de que este río deja el estado de Tlaxcala.

Valencia et al., (2009 a), reportó concentraciones de As y Pb en agua del SH:ZA en las mismas estaciones de muestreo del presente trabajo, pero en época de lluvia; el nivel más alto fue de 0.082 mgL^–1 de As en el sitio denominado Sambrano y 0.069 mgL^–1 de Pb en Xicohtzinco–Zahuapan, once y catorce veces inferiores a los encontrados en nuestro estudio (As=0.94 mgL^–1, Pb=0.95 mgL^–1); la diferencia ocurre en algunos casos por el efecto de dilución, al respecto Oller y Goitia (2005), reportan un efecto de dilución para plomo de 15 veces y hasta de 40 para arsénico. Los niveles de Pb en agua, encontrados en algunas estaciones de muestreo del SH:ZA, superaron los 0.30 mgL^–1 reportados por Gómez et al., (2004) en el río San Pedro de Cananea, Sonora; cuya fuente de contaminación es la minería.

En la Figura 5 se aprecia que los sedimentos superficiales del SH:ZA revelaron concentraciones de As y Pb que oscilaron en 1.3–127.7 mg·kg^–1 y 27.3–89.5 mg·kg^–1, respectivamente. El límite superior de As fue presentado por la Laguna de Atlangatepec, mientras que Apizaco mostró la concentración de Pb más elevada.

En México, no existen normativas que regulen la calidad de la matriz sedimentaria, con respecto a los límites permitidos de metales pesados, lo que conlleva a utilizar criterios internacionales de calidad (NJDEP, 1998; CCME, 1999) para evaluar la contaminación en sedimento.

En algunas estaciones del SH:ZA los sedimentos superficiales son utilizados para enriquecer suelos agrícolas, esto aunado al desbordamiento del río en época de lluvia provoca que los sedimentos se dispersen en los campos. La NOM–147–SEMARNAT/SSA1–2004 establece un valor de 22 mg·kg^–1 de As en suelo agrícola como criterio para su remediación, por lo menos cinco muestras de sedimento superan este valor.

Calzada–Mendoza y Carrillo–Chávez (2005), reportaron concentraciones de As en suelos de Tlaxcala que van desde no detectables hasta 96.9 mg·kg^–1. El intervalo más elevado (38.6 a 96.9 mg·kg^–1) se encontró al oriente del estado; en Huamantla, Altzayanca, Cuapiaxtla, Zitlaltepec y Teolocholco, municipios que se ubican fuera de los límites de la subcuenca del Alto Atoyac, y por lo tanto, del SH:ZA. Niveles menores a 10 mg·kg^–1 se registraron en municipios ubicados dentro de la subcuenca.

Por lo menos seis estaciones del SH:ZA, mostraron concentraciones de As en sedimento de 21 a 127 mgL^–1, por lo que la contaminación puede tener una influencia antropogénica, sin descartar el aporte de origen natural.

Doce sitios, mostraron niveles de Pb en la matriz sedimentaria que superaron la norma de 31 mg·kg^–1 propuesta por NJDEP, para la protección de la vida acuática; sin embargo, ninguno de los puntos de muestreo rebasaron la norma de 91.3 mg·kg^–1 establecida por CCME (1999c). El plomo tiene la capacidad de biomagnificarse (García–Hernández et al., 2005; Rubio–Franchini et al., 2008), por lo que su presencia en sedimento, representa un peligro potencial al incorporarse a la cadena trófica. Márquez et al. (2008), reportan concentraciones de 0.34 mg·kg^–1 de Pb en tejido de peces; en donde el sedimento mostró 22 mg·kg^–1 de este metal.

Los resultados del presente trabajo son similares a los reportados por Galindo et al. (2005), en el sedimento del río Cazones, Veracruz; 26 a 52 mg·kg^–1, y a los registrados en la Bahía Salinas de la Cruz, México, por Gonzáles–Macías et al. (2006), con concentraciones que oscilaron entre 5 y 124 mg·kg^–1.

Carrasco (2006), identificó la actividad alfarera como fuente principal de liberación de plomo, en la Trinidad Tenexyecac, Ixtacuixtla, Tlax., con niveles en suelo superficial en el intervalo de 11.8 a 12150 mg·kg^–1. Calzada–Mendoza y Carrillo–Chávez (2005), reportaron concentraciones de Pb en suelos de Tlaxcala que van de 6.5 a 68.7 mg·kg^–1, identificando tres sitios con concentraciones muy elevadas (25.9 y 98.7 mg·kg^–1), los cuales se ubicaron en la comunidad de La Trinidad Tenexyecac. En los municipios al norte del estado, este mismo autor, registró niveles de Pb entre 6 y 14 mg·kg^–1, al compararlo con el Pb en sedimento (89.5 mg·kg^–1) de la estación AP del SH:ZA, que se encuentra en esa zona, el aporte antropogénico podría ser más determinante que la contribución natural.

Las concentraciones más altas de As y Pb en sedimento reportados por Valencia et al. (2009 b), en época de lluvia y en las mismas estaciones de muestreo del presente trabajo, fueron de 0.0035 y 0.033 mg·kg^–1 respectivamente, cantidades muy inferiores a las obtenidas en este estudio (época de estiaje), con valores que oscilaron entre 1.3 a 127.7 mg·kg^–1 para As y 27.3 a 89.5 mg·kg^–1 para plomo.

CONCLUSIONES

LITERATURA CITADA

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