Cancino_Bonilla_Donoso CONTAMINACION DE LOS

VI JORNADAS DEL CONAPHI – CHILE
Santiago, Chile, 25 – 28 mayo 1999
CONTAMINACION DE LOS RECURSOS HIDRICOS EN LA ZONA
CENTRAL DE CHILE
José Cancino, Carlos Bonilla y Guillermo Donoso
Facultad de Agronomía e Ingeniería Forestal
Pontificia Universidad Católica de Chile
Casilla 306, Correo 22. Santiago, Chile
e-mail: [email protected], [email protected], [email protected]
INTRODUCCIÓN
Con el fin de obtener una mayor productividad por unidad de superficie, los sistemas agrícolas han
manifestado un paulatino aumento en la intensidad de explotación de los suelos. Esta situación ha traído
consigo un aumento en el uso de agroquímicos, principalmente fertilizantes y pesticidas, lo que sin duda
ha afectado el medioambiente y aumentado los costos de producción, tanto privados como sociales. De
hecho, actualmente es posible identificar una serie de problemas asociados a dichos sistemas de
producción, entre los cuales se encuentran la presencia de diversos agroquímicos y residuos de pesticidas
por sobre lo normal, en aguas superficiales y napas subterráneas.
En Chile, los procesos de contaminación asociados a los sistemas de producción agrícola no han sido
investigados exhaustivamente, aun cuando se han realizado varios estudios para identificar y cuantificar
la contaminación de las aguas (Vallejos, 1971; INIA, 1986; Alamos y Peralta, 1989; Lagos, 1990;
González, 1990; González, 1993; Peña, 1993 y Donoso et al. 1999). Estos estudios han identificado y
cuantificado los siguientes contaminantes: (i) contaminación microbiológica; (ii) metales pesados tales
como cobre, molibdeno, plomo y manganeso; (iii) sodio y (iv) nitratos.
Estas investigaciones, sin
embargo, se ciñeron a fuentes fijas de contaminación. Por otro lado, se debe mencionar que el estudio de
1
Alamos y Peralta (1989) señala, sin cuantificar, la importancia de fuentes difusas de contaminación tales
como la agricultura.
Adicionalmente, en los últimos veinte años se ha generado una cantidad considerable de información en
relación a la absorción, translocación, distribución, reparto y almacenaje de compuestos nitrogenados en
las plantas. Se han publicado gran cantidad de trabajos acerca de la síntesis, degradación de aminoácidos
y otros compuestos nitrogenados y de enzimas asociadas a estas reacciones. No obstante, el conocimiento
fisiológico sobre esta materia en el caso específico de los frutales y las vides es aún escaso, pues la
información que se tiene del rol bioquímico del nitrógeno sobre el crecimiento de los brotes y de la fruta,
la iniciación floral, la floración, la cuaja y la productividad es todavía parcial. Aunque parezca extraño,
la tecnología del uso de fertilizantes nitrogenados es aún tema no resuelto y controvertido. Más aún, el
desconocimiento de diversos aspectos básicos en relación a la fertilización nitrogenada ha hecho que en la
práctica predominen las opiniones a los hechos objetivos; la tradición más que el conocimiento técnico
actualizado; lo empírico más que las evidencias experimentales y las opiniones interesadas más que la de
científicos.
En relación a los procesos de contaminación, los principales problemas identificados son: la salinización
de algunos valles ubicados en el norte del país, la presencia de nitratos en diversos acuíferos y la
importancia de los vertidos generados por las industrias relacionadas con la agricultura y la actividad
forestal. Producto de esto, y considerando que existen pocos estudios que cuantifican el arrastre de
nutrientes a las napas subterráneas y cursos hídricos superficiales, los objetivos de esta revisión son:
Describir la situación actual del uso de fertilizantes nitrogenados entre la Tercera y Octava Región de
Chile, indicándose los problemas ambientales que se han identificado y su vinculación con las
características pluviométricas y de manejo agronómico predominantes en la zona. Finalmente se discute,
brevemente, la necesidad de desarrollar estudios más detallados sobre el tema.
CARACTERÍSTICAS HÍDRICAS Y DE MANEJO AGRONÓMICO DEL ÁREA DE ESTUDIO
El área en estudio se extiende desde la III a la VIII Región del país, aproximadamente desde los 26° hasta
los 38° lat. Sur, abarcando en su extensión, la principal zona agrícola del país. Como se puede observar en
la Tabla 1, las precipitaciones aumentan desde la III a la VIII Región. Esto, hace que las necesidades de
aporte hídrico mediante el riego disminuyan en el mismo sentido. Por otra parte, en la medida que el
recurso hídrico se hace relativamente menos escaso, la eficiencia de aplicación del agua, mediante algún
2
método de riego, disminuye desde valores cercanos al 90% (riego tecnificado) en la Zona Norte y hasta
valores de 25% o menos (básicamente riego por tendido), en la Zona Sur.
En vista de lo anterior, el área estudiada se puede dividir en tres zonas que se diferencian principalmente
por las características del riego en su agricultura. La Zona Norte, compuesta por las regiones III y IV,
donde sin riego es imposible producir; la Zona Centro, conformada por las regiones V, RM y VI, donde la
agricultura de riego eventual está restringida a pocos cultivos y, por último, en las regiones VII y VIII se
ubica la Zona Centro Sur, similar a la Zona Centro, pero con un déficit hídrico menor (Gallardo 1995).
CONSUMO DE NITRÓGENO EN EL ÁREA DE ESTUDIO
Producto de un análisis del consumo de fertilizantes nitrogenados en la zona comprendida entre la III y
VIII regiones, y manteniendo la misma distribución zonal planteada en los párrafos anteriores, es posible
señalar que en la Zona Norte, los cultivos anuales, frutales y hortalizas presentan un nivel de consumo de
alrededor de un quinto del consumo en las otras zonas. En esta zona, los rubros con mayor consumo de
nitrógeno son, en orden decreciente de importancia, los cultivos anuales, los frutales y las hortalizas.
Por otra parte, en la Zona Centro se mantiene la importancia relativa de los cultivos anuales, frutales y las
hortalizas. Sin embargo, cabe destacar que los cultivos anuales incrementan su importancia respecto a los
frutales y las hortalizas. Finalmente, en la Zona Centro Sur se mantienen los cultivos anuales y frutales en
el primer y segundo lugar de consumo de fertilizantes nitrogenados, mientras que las hortalizas son
desplazadas al cuarto lugar por las praderas.
El consumo de fertilizantes nitrogenados ha ido aumentando a través del tiempo, y los principales grupos
de cultivos que consumen este tipo de fertilizante son los cultivos anuales, frutales y hortalizas. En el
primer caso, se trata de cultivos relativamente extensos en superficie, algunos de los cuales se fertilizan
con altas dosis de nitrógeno, como es el caso del maíz (450 kg N/ha). En el caso de los frutales, también
se emplean dosis relativamente altas de nitrógeno pero la superficie cultivada es menor a aquella
destinada a cultivos anuales.
Finalmente, las hortalizas son cultivos muy intensivos, que emplean
bastante fertilizante nitrogenado, pero en términos de superficie son superados por los cultivos anuales y
frutales.
3
CONTAMINACIÓN DIFUSA DE ORIGEN AGRÍCOLA ENTRE LAS REGIONES III Y VIII
Basado en el análisis de las características pluviométricas, prácticas de riego y consumo de nitrógeno, es
posible visualizar los impactos sobre el ambiente de la polución difusa de origen agrícola. En primer
lugar, en la Zona Norte la producción agrícola ha generado problemas de salinización de los suelos
debido al empleo de prácticas de riego de alta eficiencia y una baja precipitación promedio, entre otros
factores. De esta forma, la baja “entrada de agua”, en conjunto con la alta tasa de evapotranspiración,
produce la acumulación de las sales. Al mismo tiempo, este problema de salinización lleva a implementar
prácticas de “lavado del suelo” a fin de reducir el contenido de sales, lo que provoca la salinización de la
napas de agua subterránea, situación para la cual existe evidencia empírica (Tablas 2 y 3).
Adicionalmente, la contaminación con nitratos no reviste mayor relevancia dentro de los problemas de
contaminación difusa de la Zona Norte, debido a que los mecanismos de transporte están restringidos por
el déficit hidrológico y las mayores eficiencias de riego, que caracterizan esta área.
En la Zona Centro, por otro lado, el transporte de los nitratos tanto por arrastre superficial como por
lixiviación, se incrementa conforme aumentan las precipitaciones promedio, las prácticas de riego
disminuyen su eficiencia y el consumo de nitrógeno aumenta, en relación a la Zona Norte. Así, la
contaminación con nitratos debida a la polución difusa de origen agrícola se evidencia en la Zona Centro,
situación especialmente válida para la contaminación de las aguas subterráneas (Tabla 2). Además, parte
del origen del nitrógeno se debería al riego con aguas servidas.
Por último, la Zona Centro Sur, presenta bajos niveles de déficit hídrico debido al aumento de las
precipitaciones promedio y las bajas eficiencias de riego; incluso en algunas áreas es posible encontrar
eficiencias por debajo del 30%. Esto, sumado a las características edáficas y topográficas de la zona que
favorecen los procesos de escurrimiento superficial en lugar de la lixiviación, permiten suponer que
existen menores problemas de contaminación de las aguas subterráneas por nitratos, respecto a la zona
Central. Entre otras razones, en esta área de producción agrícola los problemas de polución difusa se
asocian al incremento de nutrientes en los recursos hídricos superficiales, lo que acelera los problemas de
eutroficación. Steffen (1993) afirma que el aumento de la afluencia y asentamiento humano en torno a
los lagos del sur de Chile, como el uso de sus aguas y de los terrenos circundantes en faenas agrícolas,
forestales y de acuicultura, han incrementado significativamente el ingreso de nutrientes a estos sistemas.
4
CONSIDERACIONES FINALES Y PROPUESTAS DE INVESTIGACIÓN
En base a los antecedentes expuestos en las secciones anteriores, queda de manifiesto que las actividades
agrícolas, forestales y pecuarias tienen múltiples y complejas interrelaciones con los recursos naturales y
el medio ambiente. Estas actividades productivas generan, en algunos casos, efectos negativos derivados
de la aplicación inadecuada de tecnologías productivas para llevar a cabo la fertilización y el control de
plagas. Al conocer y cuantificar las interrelaciones, es posible reducir las externalidades negativas, pues
se internalizan los costos ambientales asociados y, por lo tanto, las decisiones productivas son
consecuentes con la preservación de los recursos utilizados en el proceso de productivo.
El entendimiento de estas interrelaciones e interfases se ve limitado por tres importantes elementos. El
primer elemento es la falta de conocimiento sobre el nivel actual de contaminación, los mecanismos de
transporte de los contaminantes y las posibilidades técnicas de mitigación de los impactos del proceso
productivo. Por ello, es necesario determinar el grado de sustitución entre insumos que son o pueden ser
contaminantes, la existencia de tecnologías de abatimiento, y los incentivos económicos que aumentan la
adopción y el desarrollo de estas tecnologías. Por otra parte, los efectos de estas actividades productivas
dependen de la localización dentro del sistema ecológico y de la dinámica del proceso de contaminación.
El segundo elemento, consiste en que la contaminación por nitratos y pesticidas provenientes de la
agricultura se caracteriza por ser un problema de contaminación difusa; es decir, no se puede localizar
con precisión el foco de contaminación. Una característica relevante de la contaminación difusa, que la
diferencia de los procesos de contaminación puntual, es que la emisión o contribución de cada
contaminador individual no puede ser cuantificada. En algunos casos de contaminación difusa las
emisiones actuales, en principio, podrían ser identificadas y cuantificadas; sin embargo, cuando existe un
elevado número de fuentes, no es posible determinar las emisiones de cada una, ya que el costo de
monitorear resulta prohibitivo. No obstante, aunque no es posible cuantificar las emisiones en forma
exacta, es factible conocer en forma cualitativa cuales fuentes contribuyen en mayor grado a la
contaminación lo que permite realizar un ordenamiento relativo (Donoso, 1994). Por ejemplo, el
escurrimiento superficial de nitratos es mayor a medida que aumenta la pendiente del terreno; por lo
tanto, la producción agrícola en zonas de lomaje aporta una mayor cantidad de nitrógeno a las aguas
superficiales. Esto, subraya la importancia de identificar estas relaciones de causalidad para diseñar
mecanismos regulatorios eficientes que aseguren que las normas de calidad ambiental se cumplan con un
mínimo costo para la sociedad.
5
El tercer elemento de la contaminación con nitratos y pesticidas involucrado en la comprensión de las
interrelaciones e interfases existentes, es la acción que puede ejercer el afectado para evitar, reducir o
eliminar sus consecuencias. El trabajo de Coase (1960), demostró que los problemas de contaminación
exhiben una simetría, en el sentido que el daño provocado depende del conjunto de esfuerzos que realizan
los contaminadores y los afectados. Los contaminadores pueden controlar la cantidad de nitratos y
pesticidas emitidos instalando equipos de reducción o alterando los procesos productivos de manera de
reducir el nivel de polución. Por otra parte, la población afectada, en algunos casos, puede realizar
acciones que desvíen o reduzcan su nivel de exposición a la contaminación ambiental. En general, el
óptimo es que ambos, contaminadores y afectados, asuman los costos de control de la polución y cuenten
con incentivos para reducir los daños (Olson y Zeckhouser, 1970).
En síntesis, el inadecuado uso de agroquímicos modernos, por su obligado carácter tóxico en suelos,
aguas, plantas y/o animales, transforma a la agricultura y afines (acuicultura, silvicultura) en actividades
con fuerte impacto negativo sobre recursos bióticos, incluyendo a los seres humanos.
En Chile, estos procesos no han sido dimensionados ni menos evaluados aunque las evidencias parciales
disponibles indican la necesidad de iniciar estudios prospectivos sobre la vigencia de estos procesos
contaminantes en el territorio nacional (González, 1993; Bonilla, 1996). Así por ejemplo, el incremento
del contenido de nitratos en algunos acuíferos, asociados al riego con aguas servidas y a otras actividades
agrícolas, y el hecho que existe un número significativo de descargas de contaminantes a los cauces
naturales, originadas en actividades industriales relacionadas con la agricultura y los bosques, debe ser
motivo de especial preocupación.
Hasta la fecha, no se cuenta con estudios específicos que apunten a estos objetivos, por lo que no es
posible determinar el aporte proporcional de cada fuente de nutrientes, como aguas servidas, agricultura,
acuicultura, agroindustria y minería. Lo único factible con los antecedentes disponibles, es establecer si el
proceso de dispersión de nutrientes está vigente.
En consecuencia, si el país desea entrar en el ámbito del desarrollo sostenible, debe dimensionar estos
procesos contaminantes y evaluar sus respectivos impactos ambientales, ya que estos efectos podrían ser
atenuados al diseñar políticas regulatorias que consideren el sistema productivo y los recursos en forma
global e integrada.
6
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Alamos y Peralta. 1989. Contaminación de aguas naturales: I etapa. Dirección General de Aguas, Ministerio de Obras
Públicas. Santiago, Chile.
Bonilla, C. 1996. Simulación del Transporte de Nitrato en un Suelo Cultivado. Tesis de Magister en Ciencias de la
Ingeniería. Escuela de Ingeniería, Pontificia Universidad Católica de Chile.
Coase, R.H. 1960. The problem of social cost. Journal of Law and Economics III, 1-44.
Dirección General de Aguas. 1987. Balance hídrico de Chile. Ministerio de Obras Públicas, Chile.
Donoso, G. 1994. Regulación óptima de problemas de contaminación difusa. Cuadernos de Economía Nº 92, PUC.
Donoso, G., J. Cancino y A. Magri. 1999. Effects of agricultural activities on the water pollution with nitrates and
pesticides in the central valley of Chile. Wat. Sci. Tech. 39(3):49-60.
Espinoza, G.; P. Gross; y E. Hayek. 1991. Problemas ambientales de Chile.
Ambiente.
Comisión Nacional del Medio
Gallardo, I. 1995. El desarrollo tecnológico de las áreas de riego y la Contribución del INIA". En: Anales de la 1ª
Conferencia nacional sobre desarrollo del riego en Chile. Ministerio de Agricultura, Oficina de Estudios y
Políticas Agrarias, Ministerio de Obras Públicas, Dirección de riego, y Organización de las Naciones Unidas para
la Agricultura y la Alimentación, FAO.
González, G. 1990. Cuencas Hidrográficas V Región. Subsecretaría Ministerio Obras Públicas. Santiago, Chile.
González, S. 1993. Contaminación de aguas continentales en Chile con nitratos y residuos de plaguicidas. En:
Prevención de la contaminación del agua por la agricultura y actividades afines. FAO, Santiago, Chile.
INIA 1986. Contaminación ambiental en el valle Aconcagua. Santiago, Chile.
Lagos, G. 1990. Evaluación estados de las aguas del río Aconcagua por acción de origen minero. Centro de
Investigación y Planificación del Medio Ambiente. Santiago, Chile.
Olson, Jr. M. y Zeckhauser, R. 1970. The efficient production of external economies. American Economic Rewiev
LX:512-517.
Peña, H. 1993. Caracterización de la calidad de las aguas naturales y contaminación agrícola en Chile.
Prevención de la contaminación del agua por la agricultura y actividades afines. FAO, Santiago, Chile.
En:
Steffen, W. 1993. Aspectos de la hidrodinámica del lago Villarrica. En:. III Congreso Internacional de gestión en
recursos naturales. Sociedad de Vida Silvestre de Chile. Pucón, Chile.
Vallejos, E. 1971. Estudio de la contaminación del río Aconcagua. Dirección de Riego.
7
Tabla 1. Balance hídrico por regiones
Región
III
IV
V
RM
VI
VII
VIII
total
Precipitación
m3/s
205
281
211
335
508
1.347
2.467
5.354
mm
82
222
434
650
898
1.377
1.766
5.429
Escorrentía
m3/s
2
22
41
103
205
767
1.638
2.777
mm
1
18
84
200
362
784
1.173
2.620
Coef.escorrentía
m3/m3
0,01
0,08
0,19
0,31
0,40
0,57
0,66
Evapotranspiración real
superf. natural
superf. regada
m3/s
mm
m3/s
mm
194
78
3
1
237
187
22
17
149
306
20
41
186
361
31
59
281
497
15
27
536
548
38
39
811
581
27
19
2.394 2.558
156
205
Evaporación
lagos salares
m3/s
mm
5,2
2,1
1,7
1,3
1,0
2,0
3,0
5,4
10,9
10,7
Fuente: Dirección General de Aguas (1987).
45
Norte
Nitrógeno consumido
(miles de toneladas)
40
Centro
35
Centro sur
30
25
20
15
10
5
0
Cultivos
anuales
Flores
Frutales
Viñedos
Hortalizas
Praderas
Rubro productivo
Figura 1. Fertilización nitrogenada de acuerdo a rubro productivo y zona del país.
8
Tabla 2. Contaminantes detectados en las aguas subterráneas1, 2.
Región
III
IV
V
RM
VI
VII
VIII
1
Contaminante que excede la norma
(mg/L)
Nivel
Sulfatos
Fe-SO4
Sulfatos
Hierro
Manganeso
Manganeso
Sulfatos
Hierro
Cloruros
Sulfatos
Sulfatos
Sulfatos
Sulfatos
Sulfatos
Sulfatos
Sulfatos
Sulfatos
Sulfatos
Sulfatos
Cloruros
NO3-N
Sulfatos
Cloruros
NO3-N
Sulfatos
Sulfatos
Sulfatos
Fe-Mn
Manganeso
Plomo
Mercurio
Hierro
Hierro
Hierro
Hierro
Hierro
Manganeso
Hierro
Hierro
Hierro
Manganeso
Hierro
Manganeso
Mercurio
600
0,34-427
533
0,56
0,328
0,17
300
0,32
344
259-390
300-380
310
280-400
330
280
280
280
652
266-290
258-270
12,.3
266-290
282
13
317
290
279
3,15-0,14
0,18
0,08
0,002
0,33
0,4
0,4
0,35
0,48
0,28
0,36
0,38
0,6
0,25
0,7
0,16
<,005
Antecedentes similares son entregados por Peña (1993) y González (1993).
: Superintendencia de Servicios Sanitarios (1996).
2 Fuente
Localidad
San Antonio, Cartagena, El Quisco
Papudo, Zapallar
Maipo, Laguna Negra
Talagante, Peñaflor
Melipilla
Buin
Paine
Isla de maipo
Pomaire
Valdivia de Paine
Melipilla Norte
Maipú-Cerrillos
Maipú-Cerrillos
Maipú-Cerrillos
Maipú-San José
Maipú-San José
Maipú-San José
Maipú-El Abrazo
Maipú-Aras Figuron
COOPSAP-La Puntilla
COOPSAP-La Puntilla
Rengo
Malloa
Pelequén
Curanipe
Coronel
Florida
Bulnes
Coelemu
Quillón
Santa Clara
Nacimiento
Cabrero
Cabrero
Monte aguila
Monte aguila
Celulosa Baja
9
Tabla 3. Resumen de problemas ambientales relacionados con la contaminación de aguas subterráneas
con pesticidas y nitratos.
Región
Problema ambiental
III
1) Contaminación de cursos de
aguas por productos químicos
usados en la agricultura
2) Contaminación de aguas
superficiales y subterráneas
provocadas por industrias y
productos químicos usados en la
agricultura
3) Contaminación de napas
subterráneas por desinfectantes
agrícolas
1) Contaminación de cursos de
aguas por plaguicidas en sectores
de agricultura intensiva como
parronales
2) Contaminación por uso
indiscriminado de fertilizantes
3) Contaminación por uso
indiscrminado de plaguicidas,
especialmente en sectores altos y
medios del valle
4) Contaminación por uso
indiscriminado de pesticidas
1) Contaminación química del
agua por la actividad agrícola
2) Contaminación biológica del
agua por la actividad agrícola
1) Contaminación de napas
subterráneas
IV
V
R.M.
VI
VII
VIII
Importan N° pro- Ranking
cia1
blemas
12
ambientales
3,9
117
34
Control Ranking
l3
24
Localización
Sector
Tipo5
Categoría
1,9
62
Valle Huasco
Agricultura
C
Agua
3,8
36
1,6
101
Toda la región MineríaAgricultura
C
Agua
3,2
64
1,2
117
Toda la región
Agricultura
C
Agua
54
1,6
79
Toda la región
Agricultura
C
Agua
3,8
56
1,8
61
Toda la región
C
Tierra
3,7
58
1,6
88
Toda la región
Agricultura
Agricultura
C
Flora
3,6
59
1,6
80
Toda la región
C
Flora
27
1,8
92
Todos los valles
C
Agua
42
1,7
104
Toda la región
C
Agua
68
1,3
134
Toda la región
C
Tierra
1) Contaminación de aguas
3,5
99
43
1,5
producto de la aplicación de
plaguicidas usados en la
agricultura
No se encontraron problemas ambientales relacionados al tema de interés
84
Toda la región
Agricultura
Agricultura
Agricultura
Conserv.
de
Recursos
Agricultura
C
Agua
1) Contaminación química de
aguas subterráneas por
fertilizantes y plaguicidas
107
3,7
4,1
115
132
3,9
3,8
3,6
136
112
55
1,2
LaraqueteAgriculC
Agua
Cholguán
tura
CoelemuCaramangueNacimientoTalcahuano Sn.
Pedro-Colcura
Cabrero-Los
Angeles
1 0 = Variable irrelevante;1 = Variable de mínima importancia; 2 = Variable de baja importancia; 3 = Variable de importancia moderada; 4 =
Variable muy importante; 5 = Variable de máxima importancia
2 Este ranking corresponde a la importancia relativa al resto de los problemas ambientales de la región
3 0 = Variable no controlable; 1 = Variable de muy difícil control; 2 = variable posible de intervenir con alguna dificultad; 3 = Variable fácil de
controlar
4 Este ranking corresponde a las posibilidades de intervención o de control respecto al resto de los problemas ambientales de la región
5 C = Fenómeno de Contaminación
Fuente: Espinoza, Gross y Hajek (1991).