EL USO DE AGUAS RESIDUALES EN RIEGOS LOCALIZADOS Y EN CULTIVOS HIDROPÓNICOS

Introducción
Las aguas residuales depuradas constituyen un recurso hidráulico importante en las zonas con alta densidad de población en las que hay problemas de falta de agua. Una idea del interés de su reutilización agricola lo demuestra las elevadas cifras que la Administración pública dedica a este objetivo. Por ejemplo, el Programa Agroalimentario de la Comunidad Valenciana 1994-2000 (Generalitat Valenciana, 1994) preve una inversión de cerca de 9.000 millones de ptas en obras para la reutilización de unos 90 Hm3 de aguas residuales para el riego durante el período 1995-2002. Hay que tener en cuenta que la producción actual de aguas residuales en la Comunidad Valenciana es de unos 100 Hm3/año, lo que supone aproximadamente un 3,5 % del total de recursos hídricos totales.
Para valorar la calidad de las aguas residuales para el riego localizado o los cultivos hidropónicos se emplean los mismos criterios que para las aguas superficiales o subterráneas, es decir, su contenido en sales y en elementos potencialmente fitotóxicos (sodio, cloruro y boro). Pero, además, hay que tener en cuenta el contenido en microorganismos patógenos y la concentración de metales pesados, nutrientes y compuestos orgánicos, que no suelen presentar problemas en el riego con agua normal.
A continuación daremos un repaso a todos estos criterios de calidad del agua, con un énfasis en aquellos aspectos más importantes para su utilización en los riegos localizados o el cultivo hidropónico.

Salinidad
El uso doméstico del agua produce un incremento en su contenido de sales que suele estar entre 150-400 mg/l. Este aumento no se altera con la depuración y esto hace que las aguas residuales puedan presentar problemas de salinidad.
El contenido excesivo de sales en el suelo afecta a los cultivos. La salinidad del suelo viene determinada fundamentalmente por la salinidad del agua de riego y por la proporción del agua de riego que percola más allá de la zona radicular. A esta proporción se le denomina fracción de lavado y, cuando mayor es, menos acumulación de sales se produce en el suelo. El aporte de sales con el agua de riego es considerable; por ejemplo, si suponemos que el agua tiene un contenido "normal" de sales de 0,7 g/l y que la dosis de riego puede ser de unos 7000 m3/ha/año, esto equivale a un aporte de 4900 kg/ha/año; estas sales deben lixiviarse con el agua de percolación si no queremos que se salinice el suelo, ya que el cultivo apenas las absorbe. En los riegos localizados las sales se acumulan principalmente en las zonas periféricas del bulbo de humedad.
En la tabla 1 se presenta la tolerancia a la salinidad del agua de riego (expresada como conductividad eléctrica) de algunos de los cultivos de interés en la Comunidad Valenciana. Se dan los valores umbrales de conductividad eléctrica (CE) a partir de los cuales empiezan a observarse disminuciones de producción en cultivos y, también, la disminución relativa de la producción (en %) que se produce por cada unidad adicional de salinidad (el dS/m es la unidad de medida de la CE).
En general, podemos decir que pueden presentarse problemas por salinidad del agua de riego cuando su conductividad eléctrica es superior a 2 dS/m (1 decisiemen/m equivale a la unidad antigua de 1 milimho/cm). Esta conductividad eléctrica corresponde a un contenido aproximado de sales de 1,3 g/l. Valores de conductividad eléctrica superiores a 3 dS/m (equivalente a unos 2 g/l) producen disminuciones muy importantes de producción en la mayoría de los casos.
Las aguas residuales tienen un contenido de sales variable que oscila, en general, entre 2-4 dS/m. Así pues, se pueden presentar problemas por salinidad si se emplean estas aguas y no se produce una lixiviación importante de las sales con el riego o las lluvias invernales.

Contenido en elementos potencialmente fitotóxicos
Sodio
Elevados contenidos de sodio pueden afectar a las plantas y, también, producir problemas de permeabilidad en los suelos. Estos últimos problemas no son probables en la Comunidad Valenciana debido al alto contenido de calcio de los
Tabla 1. Tolerancia de los principales cultivos de interés en la Comunidad Valenciana a la salinidad del agua de riego (adaptado de Maas, 1990)(1)
 
Valor umbral de CE al que disminuye la producción (dS/m)
Disminución de la producción por dS/m adicional (%)
Cultivos tolerantes    
Palmera datilera
2,7
5,4
     
Cultivos moderadamente tolerantes    
Alcachofa    
Calabacín
3,1
14
Higuera    
Olivo    
Granado    
     
Cultivos moderadamente sensibles    
Maíz
1,1
18
Cacahuete
2,1
44
Arroz
2,0(2)
18(2)
Girasol    
Alfalfa
1,3
11
Bróculi
1,9
14
Col
1,2
15
Coliflor    
Apio
1,2
9,3
Pepino
1,7
19
Berenjena
0,7
10
Lechuga
0,9
19
Pimiento
1,0
21
Patata
1,1
18
Rábano
0,8
19
Tomate
1,7
15
Sandía    
Vid
1,0
14
Cultivos sensibles    
Judía
0,7
28
Zanahoria de mesa
0,7
21
Cebolla
0,8
24
Fresa
0,7
50
Almendro
1,0
28
Manzano    
Albaricoquero    
Naranjo
1,1
24
Limonero    
Mandarino    
Melocotonero
1,1
31
Peral    
Caqui    
Ciruelo
1,0
27
(1) Valores orientativos, ya que la tolerancia depende también del manejo del riego, y en el caso de frutales también del portainjerto empleado, como se explica en el texto. Aquí se ha supuesto una eficiencia de riego del 85%. Los cultivos en los que no aparecen valores es porque sólo se conoce su tolerancia de manera aproximada, pero se pueden emplear los valores medios de otros cultivos de su mismo grupo.
(2) Menos tolerante durante la germinación y emergencia.

suelos y el agua de riego, que actúa contrarrestando el efecto perjudicial del sodio. Algunos de los cultivos más sensibles al sodio son el almendro, el aguacate, los frutales de hueso y los cítricos. Contenidos foliares de sodio superiores a 0,3-0,5 % (sobre peso seco) suelen indicar problemas de toxicidad en la mayoría de árboles frutales y cítricos.

Cloruro
Concentraciones elevadas de cloruro en el agua de riego pueden producir problemas de toxicidad en los cultivos. Los frutales suelen ser bastante sensibles y su sensibilidad depende en gran parte del portainjerto empleado. Así, por ejemplo, las variedades de cítricos injertadas sobre patrón de mandarino Cleopatra resisten un 50% más cloruro que los injertados sobre naranjo amargo y más del doble que los injertados sobre citrange Troyer. En general, aguas con un contenido de cloruro inferior a 140 mg/l no presentan problema, de 140 a 350 mg/l los problemas aumentan, y valores superiores a 350 mg/l pueden ocasionar problemas de toxicidad graves. Estos valores son orientativos y, como en el caso de la salinidad, el problema se puede aliviar impidiendo la acumulación de cloruro en el suelo manteniendo una fracción de lavado del suelo adecuada. Niveles de cloruro en las hojas de los cítricos superiores a 0,5-1,0 % (sobre peso seco) indican posibles problemas de toxicidad del cloruro.
Cuando se emplea riego por aspersión, el contenido de cloruro del agua debe ser inferior a 100 mg/l para evitar posibles problemas de fitotoxicidad.

Problemas específicos de calidad de las aguas residuales
Microbiológicos
La presencia de bacterias, virus y otros microorganismos patógenos en las aguas residuales supone un problema importante para su uso agrícola.
La calidad bacteriológica de estas aguas se establece a partir del número de coliformes fecales y de la presencia de bacterias patógenas como la Salmonella, Shigella y Cholera. No hay un consenso sobre el número máximo de coliformes permisible para el agua de riego. Por ejemplo, la Organización Mundial de la Salud, establece que para el riego "sin restricción" (es decir, para cualquier tipo de cultivo) el agua no debe tener más de 100 coliformes fecales/100 ml (Pescod, 1992), mientras que en California y Arizona, las aguas residuales depuradas para el riego de cultivos que se consumen crudos (hortalizas como, por ejemplo, la lechuga) no pueden tener una media geométrica superior a 2,2 coliformes fecales/100 ml, y ninguna muestra puede tener más de 23-25 coliformes fecales/100ml (Bouwer y Idelovitch, 1987). En Israel, las aguas para regar cultivos que después se van a consumir crudos, deben tener menos de 12 coliformes fecales/100 ml en al menos 80% de las muestras, y menos de 2,2 coliformes fecales/100 ml en al menos 50% de las muestras (Bouwer y Idelovitch, 1987).
En relación al contenido de virus no hay tanta información. En Arizona, por ejemplo, el número máximo de virus intestinales admisible en aguas de riego para hortalizas que se consuman crudas es de 1 PFU/40 l (PFU: unidad formadora de placa) (Bouwer y Idelovitch, 1987).
Además de las bacterias patógenas y virus, las aguas residuales pueden tener protozoos y nematodos intestinales que pueden provocar enfermedades si se ingieren a través de los cultivos regados con estas aguas.
La normativa establecida por la Organización Mundial de la Salud se puede encontrar en el libro de Pescod (1992) y en OMS (1989). Más información sobre los aspectos microbiológicos y sanitarios del empleo de aguas residuales para el riego se puede encontrar en Rose (1986).

Elementos traza
El contenido de elementos traza en las aguas residuales suele ser más elevado que en las aguas normales. Concentraciones excesivas de algunos elementos como el boro, cobre, hierro y cinc, pueden presentar problemas de toxicidad para las plantas. Por ejemplo, concentraciones de boro superiores a 1 mg/l pueden ser perjudiciales para el riego de cítricos, melocotonero, ciruelo, vid, cebolla y fresa (Pescod, 1992).
Otros elementos traza como el cadmio, cobre, molibdeno, níquel y cinc pueden ser tóxicos para las personas y animales (Page et al., 1981).
En EEUU hay establecidas unas recomendaciones de contenidos máximos de elementos traza en las aguas de riego que varían según se considere un riego permanente para cualquier tipo de suelo, o bien para un período máximo de aplicación de riego de 20 años a suelos de textura fina (francos y arcillosos) y con un pH entre 6-8,5 (Bouwer y Idelovitch, 1987).
La Unión Europea ha regulado los aportes máximos de metales cuando se añaden lodos de depuradora a los suelos. Estos valores se pueden emplear como orientativos del peligro de contaminación de los suelos agrícolas por metales debido al riego con aguas residuales. En general, los aportes de metales con el agua de riego no suelen ser preocupantes, excepto en los casos en que estas aguas recojan los efluentes de industrias con altos contenidos de estos metales. Más información sobre este aspecto se puede encontrar en Ramos (1996).

Nutrientes
Las aguas residuales contienen cantidades apreciables de nitrógeno que pueden suponer, por tanto, un beneficio para el agricultor. Sin embargo, hay que tener en cuenta este aporte de nitrógeno en el plan de abonado del cultivo para evitar el exceso de nitrógeno en el suelo, ya que este exceso puede disminuir la producción y/o la calidad en cultivos como el algodón, el tomate para conserva, la remolacha, la patata, el melocotonero, el albaricoquero, el manzano y la vid (Bouwer y Idelovitch, 1987).
Considerando que las aguas residuales pueden tener un contenido de nitrógeno de 20-40 mg/l, podemos estimar que un cultivo al que se aplica en el riego un total de 5000 m3/ha, recibe por tanto una dosis de nitrógeno de 100-200 kg/ha. Estas cantidades pueden cubrir en muchos casos las necesidades de nitrógeno del cultivo.
Un problema adicional del aporte de nitrógeno por el agua residual es que la demanda de nitrógeno y de agua puede no coincidir en el tiempo: en la mayoría de los cultivos la demanda de nitrógeno es baja durante la fase inicial del cultivo, aumenta durante la fase de crecimiento y vuelve a ser baja en la fase final del cultivo, mientras que la demanda de agua aún puede ser alta en la fase en que la planta ha completado su desarrollo. El exceso de nitrógeno, además de ser perjudicial para las plantas, aumenta la lixiviación de nitrato y la contaminación de las aguas subterráneas.
El aporte de fósforo por las aguas residuales es bastante inferior al de nitrógeno (aproximadamente una cuarta parte) pero conviene tenerlo en cuenta y disminuir el aporte de fósforo en el abonado.
En el caso de los cultivos hidropónicos el contenido de nutrientes y sus formas químicas necesitan conocerse en cada caso para poder llegar a las concentraciones deseadas en la solución nutritiva. A este respecto conviene saber que el nitrógeno de las aguas residuales está principalmente en forma orgánica y de amonio.

Compuestos orgánicos
Los compuestos orgánicos presentes en las aguas residuales urbanas suelen degradarse en el suelo. Además de los compuestos orgánicos fácilmente biodegradables que se añaden al agua en su uso doméstico, también existen muchos productos orgánicos de origen sintético, de los cuales unos se descomponen en el suelo bajo condiciones aeróbicas, otros en condiciones anaeróbicas y otros no se descomponen. La conclusión es que, sólo cuando las aguas residuales contienen compuestos orgánicos de origen industrial de difícil degradación como, por ejemplo, los hidrocarburos halogenados, se pueden presentar problemas de contaminación de las aguas subterráneas al regar con estas aguas, sobre todo si los suelos son arenosos, ya que el poder de retención de los compuestos orgánicos por estos suelos es bajo (Bouwer y Idelovitch, 1987).
En relación a algunos compuestos orgánicos de muy lenta degradación, como los hidrocarburos policíclicos aromáticos (benzopireno, fluoreno y antraceno), no hay mucha información sobre su transporte hacia los acuíferos y sus efectos sobre el suelo y las plantas, pero parece razonable exigir para el riego sin restricción un contenido máximo en estos compuestos similar al requerido para el agua potable (Bouwer y Idelovitch, 1987). (en España este valor es 0,2 mg/m3 ; ver BOE 20 Sept. 1990, p. 27495).
No se dispone de información sobre el efecto de estos compuestos orgánicos cuando las aguas residuales se emplean en los cultivos hidropónicos.

Detergentes
La presencia de detergentes en las aguas residuales produce la aparición de espuma, sobre todo en las arquetas de riego, cuando las concentraciones de detergente son superiores a 0,5 mg/l. Esta espuma provoca un rechazo del agricultor al empleo de estas aguas para el riego. Es probable que los detergentes biodegradables no supongan ningún problema para los suelos ni los cultivos, pero hay poca información sobre este punto. Como en el caso de los compuestos orgánicos, este autor no dispone de información sobre el efecto de estos compuestos orgánicos cuando las aguas residuales depuradas se emplean en los cultivos hidropónicos.

Otros efectos derivados del riego con aguas residuales
Obstrucción de emisores en el riego localizado
Uno de los principales problemas del empleo de aguas residuales en riego localizado (goteo o microaspersión) es la obturación de los emisores por los sólidos en suspensión de estas aguas. En general, la cloración y un buen filtrado resuelven estos problemas (Ravina et al., 1995; Hills y Tajrishy, 1995). Ravina et al. (1992 y 1995) encontraron que se pudo mantener una operación adecuada de la mayoría de los emisores ensayados mediante una cloración diaria durante una hora, o cada 3 días, con 1 mg/l de cloro residual, combinado con un filtrado con filtros de 80 mesh (diámetro de los poros de 120 micras). Tajrishy et al.(1994) encontraron que en goteros de 4 l/hr, un buen filtrado combinado con una cloración de 2 mg/l de cloro residual en la última hora de cada ciclo de riego, o bien con cloración continua a una concentración de 0,4 mg/l de cloro residual, impidió la formación de obturaciones de origen biológico.
Una buena revisión del problema de la obturación de goteros en relación a la calidad del agua es la de Nakayama y Bucks (1991). Un resumen del potencial de obturación de goteros según la calidad del agua se presenta en la tabla 2.

Tabla 2. Calidad del agua de riego en relación a la obturación de goteros(1)
Factores de obturación
Peligro de obturación
 
Bajo
Medio
Alto
       
Sólidos en suspensión (mg/l)
<50
50 - 100
>100
       
pH
<7.0
7.0 - 8.0
>8.0
Sólidos disueltos (mg/l)
<500
500 - 2000
>2000
Manganeso (mg/l)(2)
<0,1
0,1 – 1,5
>1,5
Hierro total (mg/l)(2)
<0,2
0,2 – 1,5
>1,5
Sulfuro de hidrógeno (mg/l)
<0,2
0,2 – 2,0
>2,0
       
nº de bacterias/ml
<10.000
10.000-50.000
>50.000
       
(1) tomado de Nakayama y Bucks (1991)
(2) las muestras para el análisis de hierro y manganeso conviene acidificarlas a pH 3,5 inmediatamente después de tomarlas


En un estudio sobre el filtrado de aguas residuales para riego, Adin y Elimelech (1989) encontraron que en efluentes de embalses de depuración, el tamaño de partículas en suspensión era, en general, inferior a 10 micras, mientras que en efluentes de una depuradora de fangos activados la mayor parte de las partículas en suspensión tenía diámetros superiores a las 10 micras. Los filtros de arena (de 0,7 a 1,2 mm de diámetro de partículas) filtraron la mayor parte de los sólidos en suspensión en los dos tipos de efluentes, mientras que su eficiencia fue muy baja en relación al filtrado de la partículas de diámetro inferior a las 1-2 micras. Los filtros de malla se obturaron muy pronto.
Hay que tener en cuenta que, en general, las aguas residuales tienen más sólidos en suspensión que las aguas normales y, por tanto, la frecuencia de limpieza de filtros y de laterales tiene que ser mayor.
Aunque parte de los sólidos en suspensión se pueden eliminar mediante el uso de embalses de sedimentación, que además sirven de embalses de regulación, su empleo puede introducir otros problemas como el crecimiento de algas (que en estas aguas es mucho mayor por su contenido en nutrientes).
La precipitación de carbonato cálcico y magnésico es uno de los problemas más frecuentes en la obturación de goteros por causas químicas, aunque también puede presentar problemas la precipitación de los óxidos de hierro y manganeso y los sulfuro de hierro y manganeso (Pitts, 1996?). La tendencia de un agua a precipitar carbonato calcico se puede estimar mediante el cálculo del índice de Langelier que es igual al pH real del agua menos el pH que tendría esa misma agua saturada de carbonato cálcico. Cuanto mayor (más positivo) sea este índice mayor es la tendencia a la precipitación de carbonato cálcico. Un procedimiento sencillo de cálculo de este índice se describe en la pag 103 de Ayers y Westcot (1985). En general, los problemas de precipitación se solucionan bajando el pH del agua a valores próximos a 7.0 mediante el empleo de ácido clorhídrico o sulfúrico (aunque a veces se emplea también el ácido fosfórico que sirve como aporte de fósforo).

Problemas derivados de la cloración de las aguas residuales
Aunque la cloración de las aguas residuales es un tratamiento recomendado para su desinfección, en los últimos años se están estudiando otras alternativas debido a que en la cloración se forman algunos productos como los trihalometanos que se supone son cancerígenos, así como otros compuestos organoclorados tóxicos. Entre estas alternativas se encuentran la desinfección por rayos ultravioleta, el tratamiento con ozono, el dióxido de cloro y la solarización (desinfección por la luz solar) (Blatchley III y Xie, 1994).
Otro aspecto a considerar es el efecto que el cloro residual de las aguas residuales cloradas puede tener sobre los cultivos. La evidencia disponible indica que las concentraciones de cloro residual recomendadas para la cloración (0,5-1,0 mg/l) no suponen un peligro para los cultivos, teniendo además en cuenta que desde el circuito de cloración hasta el punto de utilización de estas aguas para riego la concentración de cloro residual puede disminuir considerablemente.
En las instalaciones de riego localizado es frecuente la adición, al final de cada riego, de Cl2 o de una solución de hipoclorito sódico (que libera Cl2) para evitar problemas de obstrucción de emisores por la formación de películas de tipo biológico. No hay evidencia de que esta adición de cloro produzca efectos negativos sobre las plantas. Por otra parte, cuando se emplean aguas residuales en riego por aspersión no se han observado problemas si la concentración de Cl2 residual es inferior a 1 mg/l; sólo se han observado daños cuando la concentración es superior a 5 mg/l (comunicación personal de Henry J. Vaux).
Hay pocos estudios sobre el efecto del cloro en el agua de riego sobre las plantas. En uno de estos estudios (Frink y Bugbee, 1987), varias especies de plantas, la mayoría ornamentales, se regaron con aguas de diferente contenido de cloro (de 0 a 77 mg/l), de manera que el agua aplicada mojaba las hojas. Las conclusiones del estudio fueron que después de 6-12 semanas de riego con estas aguas, el crecimiento de la mayoría de las especies no se vió afectado por concentraciones de cloro inferiores a 8 mg/l.
En otro estudio en el que se empleó agua de riego con cloro para eliminar hongos y bacterias fitopatógenas en plantones de cítricos (Grech y Rijkenberg, 1992) no se observó ningún efecto fitotóxico en el campo después de 12 meses de tratamiento con agua de riego conteniendo 40-50 mg/l de cloro residual libre; sólo se observó una ligera defoliación en un ensayo en macetas con plantones sobre patrón Troyer a un nivel de cloro de 500 mg/l.

Estudios sobre el riego con aguas residuales en la Comunidad Valenciana.
En los últimos años se han realizado en la Comunidad Valenciana algunos estudios sobre el empleo de aguas residuales para el riego. En uno de ellos (Ramos et al., 1989) se comparó la producción y calidad de la uva de mesa cuando se regaba con agua normal o con agua residual (diluida al 50% con agua normal), en la cuenca media del río Vinalopó (Alicante). Los resultados indicaron que el riego con agua residual dió producciones ligeramente superiores al riego con agua normal; no se observó ningún efecto negativo sobre la calidad de la uva en el riego con agua residual. Tampoco se detectó la presencia de microorganismos patógenos presentes en el agua residual en la uva regada con estas aguas (Amorós et al., 1989).
En otra investigación, en la provincia de Castellón, Cerezo et al. (1995) estudiaron el efecto del riego con aguas residuales en naranjos jóvenes. Después de tres años de riego con estas aguas, las diferencias del contenido foliar de N, P y K fueron pequeñas cuando se compararon con las obtenidas con riego con agua subterránea, y no se observaron problemas de fitotoxicidad por Na, Cl y B.

Recursos en Internet sobre riego con aguas residuales
Existen dos listas de discusión en Internet que tratan sobre el riego y en las que aparecen esporádicamente cuestiones sobre el empleo de aguas residuales:
IRRIGATION-L El servidor de esta lista es IRRIGATION-L@listserv.gmd.de
TRICKLE-L El servidor de esta lista es LISTSERV@crcvms.unl.edu
Algunas direcciones de interés son: