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Biofiltros: Vegetales que purifican las aguas de riego
jueves, 22 de mayo de 2008
El establecimiento de árboles, arbustos o pastos a los pies de un área de cultivo, actúa como una herramienta eficaz para frenar el arrastre de partículas de suelo y para extraer los contaminantes suspendidos en el agua, contribuyendo con la conservación y mejoramiento de la calidad del recurso hídrico.
La contaminación de las aguas emerge como consecuencia de las actividades rurales, agrícolas y silvícolas. Altera su calidad, principalmente, a través del incremento de partículas en suspensión, restos de fertilizantes y otras sustancias disueltas (sales y compuestos orgánicos como guano), y por la presencia de elementos tóxicos como residuos de plaguicidas.
En la actualidad, Chile está enfrentando una creciente degradación provocada por el uso de tecnologías no amigables con el medio ambiente. Entre las regiones del Libertador Bernardo O’Higgins y del Maule, donde se desarrolla la mayor parte de la agricultura de exportación y de abastecimiento del mercado doméstico, se evidencia una importante polución por acumulación de nitratos, fósforo y residuos de pesticidas, tanto a nivel del suelo como de las aguas de riego. Por su parte, los mercados de la Unión Europea y Norteamérica, están normando la calidad a partir del nivel de elementos contaminantes, de manera de fortalecer la seguridad alimentaria de su población, con productos limpios e inocuos para la salud.
Estas condiciones limitan las actuales y futuras exportaciones, con el consiguiente potencial daño económico para el país. Ante ello existen variadas formas de mitigar la contaminación de los cursos de agua, desde medidas para implementar mejores prácticas culturales hasta la instalación de barreras físicas que disminuyan la velocidad del agua y por lo tanto la erosión.
Los biofiltros más eficientes están conformados por hasta tres zonas de vegetación: pradera, arbustos y árboles, los que contribuyen con la retención de contaminantes.
Una buena alternativa son los denominados biofiltros ecológicos o “buffer”, los que corresponden a una superficie, generalmente paralela al curso de agua de las zonas de cultivo, que considera el uso de praderas, árboles y arbustos que contribuyen con la actividad biológica del suelo. Su importancia está dada no sólo por el evidente interés de conservar el medio ambiente, sino también porque permiten a los productores orientados a la exportación, contar con una herramienta para dar cumplimiento a las normativas en materia ambiental y de buenas prácticas agrícolas de los mercados de destino.
¿Qué es un biofiltro?
Controlar los contaminantes de las aguas del predio es la función principal de un biofiltro, el cual no es más que una asociación vegetal dispuesta en franjas a los pies de un campo de cultivo, en forma perpendicular al avance del recurso hídrico y en forma paralela a un desagüe o cauce. Las franjas sirven como área de retención para las partículas de suelo arrastradas por el riego y las lluvias (partículas que llevan adheridas en su superficie contaminantes como fósforo), residuos de plaguicidas y material orgánico.
Esta asociación se considera como una zona de transición entre el sector de cultivo y un curso de agua, conformando ecosistemas propicios para el buen desarrollo de microorganismos comunes del suelo, los que participan en la degradación o retención de los contaminantes. Su eficiencia es afectada negativamente por las acciones que provocan una mayor probabilidad de arrastre de sedimentos. Es el caso, por ejemplo, de prácticas inadecuadas de preparación del terreno, aplicación de altos caudales de riego, y el cultivo de especies que dejan baja cantidad de residuos en el campo durante la época invernal, como algunas hortalizas.
El uso de biofiltros permite a los agricultores orientados a la exportación disponer de una herramienta acorde con las buenas prácticas agrícolas de los mercados de destino.
Según la experiencia internacional, los biofiltros más eficientes están conformados por hasta tres estratas o zonas de vegetación. Una zona inmediata al campo de cultivo, compuesta por una estrata herbácea o pradera, luego una zona media con arbustos y, finalmente, una zona de árboles adyacente al curso de agua.
Desde el punto de vista de su diseño, los aspectos más importantes a considerar se relacionan con el tipo de contaminantes que se desea controlar, la selección de especies apropiadas, la estimación del ancho de biofiltro y las labores para la preparación de suelos. El costo de establecimiento y mantenimiento de un biofiltro compuesto sólo de pradera con un ancho de 8 metros es de $872 por metro lineal; en el caso de un biofiltro compuesto por dos o tres estratas con un ancho total de 15 m, el valor se incrementa a $2.130 por metro lineal. Los valores y dimensiones indicados pueden variar de acuerdo al ancho y largo del potrero.
Proyecto de evaluación
Entre el 2003 y el 2007, se realizó un estudio, ejecutado por INIA y financiado por el SAG, cuyo propósito fue establecer biofiltros en ocho localidades de la zona central de Chile: San Fernando, Chimbarongo, Pichidegua, Requínoa, Sagrada Familia, Molina, Teno y Curicó. ¿Su objetivo? Comprobar la viabilidad y eficacia en el uso de biofiltros que controlen o reduzcan la degradación de las aguas superficiales y subterráneas causadas por la aplicación de elementos contaminantes. Para determinar el comportamiento de los biofiltros respecto de su efecto en la remoción de residuos, se implementó módulos demostrativos y de prueba en un predio en cada localidad.
Los biofiltros son una buena alternativa para reducir los residuos del agua de riego, especialmente plaguicidas, sedimentos y nitratos.
En todos los lugares se evaluaron dos tratamientos.
Un primer biofiltro (BF1), consistió sólo en una estrata herbácea o pradera de 8 m de ancho, compuesta de una mezcla de falaris (Phalaris aquatica), festuca (Festuca arundinacea) y ballica (Lolium perenne). Se seleccionaron las especies indicadas pues son preferibles los pastos de tallos erectos y rígidos, que opongan resistencia al flujo de agua, para disminuir su velocidad y facilitar la decantación de sólidos.
El segundo tratamiento (BF2) incluyó la misma pradera ya descrita y junto a ella una franja vegetal de 7 m de ancho con especies como avellano europeo (Corylus avellana), álamo (Populus sp), eucalipto (Eucaliptus globulus y E. camaldulensis) o sauce mimbre (Salix viminalis).
Ambas asociaciones vegetales se instalaron al final de los potreros de cultivo en forma paralela a un desagüe o cauce, de manera que entraran en contacto con la escorrentía superficial producida por el riego o por precipitaciones invernales.
Los criterios considerados para la selección de las especies que conformarían el biofiltro, fueron el sistema productivo predominante en cada predio y su principal problema de contaminación, rapidez de crecimiento y rusticidad de las especies vegetales, y que no constituyeran reservorio de plagas y enfermedades para los cultivos que maneja el agricultor.
Principales resultados
Los resultados del proyecto demostraron que estas asociaciones son capaces de lograr eficiencias de remoción entre 65% y 93% para sólidos sedimentables. Por ejemplo si el agua tiene 25 mg de sedimento por litro, pasarían 25 g cada 1.000 l que atraviesan por el biofiltro, y el biofiltro retendría entre 16 y 23 g de sedimentos. La eficiencia en sólidos suspendidos varió de 41% a 80%; así, por ejemplo, si el agua tiene 25 mg de sólidos suspendidos por litro, pasarían 25 g cada 1.000 l que fluyen a través del biofiltro, y el biofiltro retendría entre 10 y 20 g de sólidos en suspensión (figura 1).
Otros contaminantes estudiados fueron algunos plaguicidas residuales aplicados al suelo, como clorpirifos, metolacloro, acetocloro y atrazina, donde la eficiencia lograda en el BF2 fluctuó entre 23,4 % y 48,6% con un promedio de 35,1%, mientras que en el BF1 la eficiencia fluctuó entre 6,9% y 40,7%, con un promedio de 30,1%. Las mayores eficiencias se lograron en productos que presentan mayor solubilidad y movilidad en el agua de riego, como metolacloro (figura 2).
Plaguicidas no residuales aplicados al follaje de los cultivos, como los fungicidas e insecticidas propiconazol, triadimefon, diazinon, metidathion, kresoxim metil y dimetoato, mostraron una eficiencia menor, con 26,8% en el BF2 y un 29,2% en el BF1. El BF2 fue más eficiente en el abatimiento de la mayoría de estos contaminantes, debido a que está conformado por más de una estrata, con sistemas radiculares de diferente profundidad.
Respecto al comportamiento del nitrógeno, se detectó que la concentración de nitratos en el agua se incrementa a medida que el riego escurre por el terreno, y que las vegetaciones capturan parte del nitrógeno mineral aplicado como fertilizante. La eficiencia de los biofiltros en la reducción de nitratos en el agua superficial, en promedio, no superó el 25%. En cambio la eficiencia de los biofiltros en la reducción de nitratos del agua que baja a través del suelo logró una eficiencia promedio de 72%, porque la mayor capacidad de remoción de nitrógeno se produce en condiciones anaeróbicas (sin oxígeno) que ocurren fundamentalmente bajo el suelo, un proceso conocido como desnitrificación.
Eficiencia de los biofiltros
A través de este estudio, los biofiltros demostraron ser una herramienta eficaz para disminuir los residuos del agua de riego, especialmente para contaminantes como plaguicidas, sedimentos, nitratos, y salinidad en aguas bajo la superficie. El biofiltro de dos estratas resultó ser más eficiente que el biofiltro conformado solamente por una pradera. Al promediar la eficiencia en los contaminantes estudiados, se obtuvo una reducción de un 33,3% en el BF2 y un 27,4% en el BF1.
Por otra parte, estos sistemas no resultaron ser eficientes para fósforo disuelto y nitratos en agua superficial. Las posibles explicaciones se relacionan, en el caso del fósforo, con el hecho de que éste se moviliza junto con las partículas del suelo y no disuelto en agua. Para el caso de nitratos las justificaciones apuntan a que la reducción se produce principalmente por fenómenos de desnitrificación ocurridos en ambiente anaeróbico bajo la superficie del suelo.
Figura 1. Eficiencia de remoción sólidos sedimentables (%).
Figura.2. Eficiencia de remoción de plaguicidas, según tipo de biofiltro.
En términos generales, los biofiltros por sí solos no son capaces del control principal de los contaminantes presentes en el agua de riego. Las medidas de mitigación deben estar orientadas, en forma complementaria, a reducir la carga de residuos en el origen. Entre estas medidas, se puede mencionar laboreo del suelo bajo criterios de mínima labranza, manejo del riego con caudales controlados y no erosivos, aplicación racional de plaguicidas, y una fertilización adecuada a las necesidades de las plantas (evitar excesos).
Recomendaciones
Las evaluaciones realizadas durante el proyecto determinaron ciertas consideraciones que se deben tener en cuenta al momento de establecer un biofiltro:
– El biofiltro ocupa superficie productiva, lo que puede ser una restricción a su establecimiento en sistemas intensivos. Su establecimiento está condicionado a exigencias comerciales respecto a la calidad del agua de riego, las que no existen en Chile pero sí en los mercados de destino de los productos nacionales. También responde a normativas que restrinjan la contaminación de cauces superficiales con aguas de mala calidad.
– Para la conformación y diseño de un biofiltro, se deben considerar los siguientes aspectos:
• Tipo de contaminantes que predominan en el predio: residuos de plaguicidas, sedimentos, coliformes fecales, nitratos y fósforo. • Selección de especies. Las especies a seleccionar deben ser ávidas por el contaminante que se desea atacar, de fácil establecimiento, rústicas, que soporten períodos de sequía o inundación, y no ser reservorios de plagas o enfermedades para el cultivo principal. Además tienen que ser compatibles con el cultivo, en términos de no provocar competencia por luz ni que interfieran el manejo agronómico normal, lo que depende del sistema productivo del agricultor. • Ancho de las estratas. Si bien, en el estudio realizado no se evaluó el ancho de las estratas, los investigadores estiman que para el caso de la pradera no podría ser inferior a 5 m, y que en la estratas arbustivas y arbóreas el ancho no debiera tener menos de 7 m.
–Siguiendo las recomendaciones anteriores es posible determinar los biofiltros de acuerdo al sistema de producción:
• Sistemas intensivos basados en hortalizas, frutales y cultivos. El agricultor hace un uso intensivo del suelo, tanto en el tiempo como en el espacio, donde este último tiene un alto valor y se constituye en la mayor limitante para la adopción de la tecnología. Para ello se recomienda un biofiltro conformado solamente por pradera en un ancho no inferior a 5 m, donde los principales contaminantes que serán abatidos son sedimentos de suelo, residuos de plaguicidas y fósforo. • Sistemas extensivos de cultivos o de producción mixta ganado-cultivos. Se trata, normalmente, de predios de mayor extensión, asociados a la necesidad de disponer de los residuos ganaderos en el campo. En este caso se recomienda el uso de biofiltros conformados por dos a tres estratas, la primera sobre la base de una pradera de un ancho no inferior a 7 m, donde se esperaría el abatimiento de sedimentos, residuos de plaguicidas y nitratos en agua subsuperficial, con una eficiencia superior en al menos un 10% respecto de un biofiltro conformado solamente por pradera.
Artículo publicado en Chileriego Edición Nº 33, abril de 2008.
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Otros contaminantes estudiados fueron algunos plaguicidas residuales aplicados al suelo, como clorpirifos, metolacloro, acetocloro y atrazina, donde la eficiencia lograda en el BF2 fluctuó entre 23,4 % y 48,6% con un promedio de 35,1%, mientras que en el BF1 la eficiencia fluctuó entre 6,9% y 40,7%, con un promedio de 30,1%. Las mayores eficiencias se lograron en productos que presentan mayor solubilidad y movilidad en el agua de riego, como metolacloro (figura 2).
