Indice calidad agua riego

1.- ÍNDICES DE CALIDAD PARA RIEGO.

             1.1.- Criterios para la evaluación de la calidad del agua de riego.

             La calidad del agua y su adecuación para el riego se determinan por la importancia de los problemas que puedan aparecer en el sistema agua - suelo - planta después de un uso prolongado. Los riesgos más comunes, según los cuales se evalúan los efectos de la calidad del agua, son los relacionados con:

 -          La salinidad

-          La infiltración y escorrentía y la perdida de evaporación del agua del agua

-          La toxicidad de iones específicos

             - Salinidad:

             Del agua de riego aplicada al suelo, una parte se infiltra y otra es retenida en el propio suelo. Esta última fracción es la que aporta las sales al suelo, debido, por una parte, a la evaporación del agua, y por otra, a su extracción por las raíces de las plantas. La magnitud de la acumulación de sales en el suelo depende de la calidad del agua, del manejo del riego y de la eficacia del drenaje. La acumulación excesiva de sales en la zona radicular del suelo, salinización, afecta a la absorción hídrica del cultivo mediante mecanismos osmóticos, aumentando el consumo de energía para la extracción del agua y provocando pérdidas de rendimiento.

             La concentración de estas sales disueltas en el suelo afecta al esfuerzo de succión que la planta tiene que ejercer para absorber el agua. Además de la concentración de sales que posee el agua hay que sumarle la del abono, por lo que si el agua es de mala calidad se deben de utilizar concentraciones de abonado menores y como consecuencia aplicaciones más frecuentes que con agua de mejor calidad.

             Para evaluar la salinidad interesa determinar la cantidad de iones presentes en el agua. Algunas de las  formas de cuantificación utilizadas han sido:

 -          Sólidos totales disueltos (mg/l)

-          Salinidad total (meq/l)

-          Conductividad eléctrica (dS/m)

 Esta última es la más empleada por lo sencillo de su determinación.

            - Infiltración y escorrentía del agua:

             Cuando la velocidad de infiltración del agua de riego se reduce apreciablemente, el agua permanece sobre el suelo durante un tiempo demasiado largo, o se infiltra muy lentamente,  no  produciéndose  la  renovación del agua consumida  por el cultivo, por lo

que este no recibe el agua que necesita para producir cosechas aceptables. La infiltración del agua en el suelo depende de la calidad del agua, de las características físicas del suelo (como estructura, grado de compactación, contenido de materia orgánica, textura, tipo de minerales en las arcillas) y de sus características químicas, como los cationes intercambiables.

             Las pérdidas tienen lugar debido a:

 -          Pérdidas por arrastre. Cuando se produce una precipitación intensa, muchos suelos no son capaces de absorber todo el agua caída. Si el terreno esta en pendiente, el agua no se infiltra y discurre por la superficie.

A su vez, el agua que ha penetrado en el suelo y no puede ser absorbida por el pasa por gravedad a zonas más profundas. Esta pérdida por gravedad del agua sobrante se llama drenaje.

-          Pérdidas por evaporación. Una porción del agua retenida en el suelo asciende y se pierde en forma de vapor.

-          Pérdidas por la transpiración de malas hierbas.

             Los cationes más abundantes en la disolución del suelo y en el complejo de cambio de los suelos regados en las zonas áridas y semiáridas son calcio y magnesio. Con frecuencia, las aguas de riego contienen concentraciones elevadas de sodio, que tiende a reemplazar parcialmente en el complejo de cambio a los cationes divalentes. Algunas propiedades físicas de los suelos, tales como la dispersión de las partículas, la estructura del suelo y la estabilidad de los agregados, están estrechamente relacionados con el tipo de iones intercambiables. Así, los iones divalentes, y en particular el calcio, proporcionan características físicas favorables a los suelos, mientras que el sodio absorbido determina la dispersión e hinchamiento de las arcillas, llegando, cuando su proporción es suficientemente elevada, a causar la dispersión del suelo y la reducción de su permeabilidad.

             Los factores de calidad que suelen influir en la infiltración son el contenido total de sales (salinidad) y el contenido de sodio en relación a los de calcio y magnesio (sodicidad). La infiltración, en general, aumenta con la salinidad y disminuye con la reducción de ésta o con un aumento en el contenido de sodio en relación al calcio y magnesio.

             Los índices propuestos para evaluar los problemas relacionados con la infiltración del agua en el suelo, con el fin de predecir el riesgo de sodificación o alcalinización que las aguas de riego puedan provocar, han sufrido variaciones más importantes y significativas que los correspondientes a la salinidad; variaciones que tratan de introducir las precipitaciones - disoluciones que tienen lugar en el suelo y de establecer una relación con el porcentaje de sodio intercambiable.

             En las clasificaciones más difundidas se han utilizado o utilizan los siguientes índices, expresándose las concentraciones iónicas en meq/l:

 -          Porcentaje de Sodio (PS).

-          Porcentaje de Sodio en Exceso (PSE)

-          Porcentaje de Sodio Activo (PSA).

-          Carbonato Sódico Residual (CSR).

-          Relación de Adsorción de Sodio (RAS).

-          Relación de Adsorción de Sodio Ajustada (RASaj).

-          Relación de Adsorción de Sodio Corregida (RASº).

 

            Se utilizarán sólo algunos de las índices arriba mencionados.

             - Toxicidad:

             La presencia de sales solubles en la zona radicular provoca la absorción por la planta de algunos iones específicos que, acumulados en sus tejidos, pueden llegar a provocar efectos tóxicos en ella. Estos afectan al desarrollo normal de la planta, provocando una reducción del rendimiento e incluso, en fases más agudas, su muerte.

             En las aguas de riego los iones más comunes que pueden provocar problemas de toxicidad son cloruro, sodio y boro, difiriendo notablemente los umbrales de toxicidad entre las distintas especies vegetales. También algunos oligoelementos (por ejemplo: Mn, Zn, Cu, Ni, Co, Cd,...) pueden resultar tóxicos, aún a concentraciones muy bajas, para las plantas y/o para el hombre si se acumulan en las partes de la planta utilizadas para la alimentación. La presencia de estos oligoelementos suele ser mínima en las aguas naturales, pero no así en las aguas residuales, que, tras distintos grados de tratamiento, pueden ser empleadas para riego o vertidas en los cauces de aguas superficiales que posteriormente son utilizadas para riego.

             A partir de los datos analíticos correspondientes y la metodología de cálculo descrita en la bibliografía (Ayers y Westcot, 1987; U.S. Soil Salinity Laboratory Staff, 1954; Suárez, 1981), se han seleccionado los siguientes índices de calidad para riego:

 -          Relación de adsorción de sodio (RAS).

-          Relación de adsorción de sodio corregida (RAS0).

-          Salinidad (conductividad).

-          Porcentaje de sodio intercambiable (PSI).

-          Índice de Scott y clasificación de Stabler.

-          Normas de Riverside.

-          Directrices de la Universidad de California.

-          Dureza o Grado de Dureza.

 

            1.2.- Iones que afectan a la calidad de agua de riego.

-          Ion cloruro. Favorece la clorosis, que se acentúa en las partes más iluminadas y puede degenerar en necrosis de los bordes de las hojas. Las concentraciones superiores a 0.5 gramos por litro se consideran peligrosas en la mayoría de los suelos. La FAO la tolerancia de este ión es de 4 meq/l y a partir de 10 meq/l los efectos ya son graves.

-          Ión sodio. Tiene la característica de que puede sustituir al ión Casio y magnesio en el complejo arcillo-húmico y el terreno puede perder su estructura, haciéndose impermeable, llegando a quedar como una pasta. El límite de tolerancia es de 0.25 g/litro, aunque el índice de tolerancia de la FAO es menor

-          Ión boro. Es muy tóxico para la mayoría de las plantas cuando su concentración sobrepasa los 2 mg/l. Este efecto pernicioso se acentúa en el riego por aspersión, puesto que ataca directamente a las hojas. Es esencial para el desarrollo de las plantas, ya que ayuda a la formación de la pared celular.

-          Ión sulfato. Cuando se riega con aguas con alto contenidos en sulfatos, hay limitaciones en el desarrollo radicular y en la producción, que se agrava con la utilización de abonos ricos en sulfatos. El límite de tolerancia admitido es de 0.3 g/l.

-          Ión calcio. El calcio juega un importante papel en la vida de las plantas, ya que interviene en el crecimiento de las raíces, proporciona una mayor consistencia en los tejidos, participa en la actividad enzimática, etc.  La deficiencia de calcio puede provocar clorosis y detiene el crecimiento de las raíces. Con el boro forma complejos de boratos cálcicos poco solubles

-          Ión Magnesio. Forma parte de la clorofila, por lo que interviene en la formación de hidratos de carbono, aumenta la resistencia de la planta a un medio adversa y facilita la fijación del nitrógeno atmosférico. Cuando falta este elemento hay un amarilleo de las hojas y las hace menos resistentes.

-          Ión potasio. Reluga las funciones enzimáticas de las plantas, interviene en la fotosíntesis, etc. Su deficiencia se manifiesta en la planta por un retraso en el crecimiento y origina una reducción de la cosecha en cuanto a cantidad, calidad y conservación. Si la planta absorbe mucho potasio origina deficiencias de magnesio y calcio.

-          Ión fosfato. Interviene en los procesos de crecimiento y de síntesis de los componentes de las plantas. Su deficiencia ocasiona un desarrollo débil de la planta, siendo las alteraciones por exceso no suelen darse en la práctica aunque puede presentar deficiencias de hierro en la planta.

-          Nitrógeno. Es el elemento primordial para las plantas, ya que forma parte delas proteínas y de otros compuestos orgánicos esenciales. Las plantas lo absorben en forma de nitratos y amonio. La deficiencia de este elemento afecta al crecimiento, en cambio el exceso adquieren un gran desarrollo pero la calidad de los frutos desciende peligrosamente, haciendo que haya deficiencias de los demás nutrientes.

 

            1.3.- Relación de Adsorción de Sodio (RAS).

             El RAS es el valor que expresa la actividad relativa del ion sodio contenido en las aguas o en los extractos del suelo en las reacciones de intercambio con éste. Se refiere a la velocidad de adsorción de sodio en relación a los iones calcio y magnesio.

             La fórmula para su determinación es (U.S. Soil Salinity Laboratory Staff, 1954):

 1

  donde:

            Na+ = contenido del ion sodio en el agua de riego, meq/l;

            Ca2+ = contenido del ion calcio en el agua de riego, meq/l;

            Mg2+ = contenido del ion magnesio en el agua de riego, meq/l.

 

            1.4.- RAS Corregida (RAS0).

             Después de un riego, la cantidad de calcio puede variar debido a la disolución o precipitación del calcio contenido en el agua del suelo, estableciéndose un nuevo equilibrio (Ayers y Westcot, 1987). La ecuación del RAS no tiene en cuenta estos cambios y puede dar resultados algo erróneos.

             Para evitar estos inconvenientes Ayers y Westcot (1987) proponen una alternativa que ajusta la concentración del calcio en el agua al valor de equilibrio esperado después del riego, incluye, además, los efectos del dióxido de carbono, del bicarbonato y de la salinidad, sobre el calcio contenido inicialmente en el agua de riego y que no forma parte del agua del suelo. Este procedimiento se denomina Relación de Adsorción de Sodio Corregida (RAS0) y supone la existencia de una fuente de calcio en el suelo como la caliza u otros minerales como los silicatos y la inexistencia de precipitación del magnesio.

             El RAS corregido puede utilizarse para prever mejor los problemas de infiltración causados por concentraciones relativamente altas de sodio, o bajas de calcio, en las aguas de riego (Suárez, 1981).

 

            El RAS corregido se calcula mediante la siguiente expresión:

 2 

  donde:

             (Ca2+)0 = contenido corregido del ión calcio en el agua de riego, meq/l.

             El valor de (Ca2+)0 es el contenido del ión calcio en el agua de riego, corregido por la salinidad del agua (conductividad), por el contenido de bicarbonato en relación a su propio contenido de calcio (HCO3-/Ca2+) y por la presión parcial del dióxido de carbono ejercida en los primeros milímetros de suelo (P = 0.0007 atm.). Los valores de (Ca2+)0 calculados en tablas (Ayers y Westcot, 1987) representan la concentración final del calcio que permanecería en disolución en el suelo, como resultado de aplicar un agua de determinada salinidad y contenido relativo de bicarbonato en relación al calcio ( HCO3-/ Ca2+).

 

            1.5.- Porcentaje de Sodio Intercambiable (PSI).

            Para valorar la calidad de un agua destinada a riego es importante tener en cuenta el incremento de PSI del suelo, debido a los fenómenos de adsorción de sodio desde el agua por intercambio catiónico.

            El PSI es el parámetro que mejor puede correlacionarse con la posible alteración del estado estructural del suelo (disminuyendo su permeabilidad) y con los efectos tóxicos en los cultivos debido al sodio. Por ello una evaluación racional del riesgo de sodicidad potencial de un agua debe realizarse en base a un parámetro que se correlacione de forma satisfactoria con el PSI del suelo que resulta del riego con ese agua.

            El RAS corregido es el que, aparentemente, mejor se correlaciona con el PSI del suelo, por lo que aparece como el parámetro más real de determinación del riesgo de sodicidad de un agua de riego (Suárez, 1981).

            La relación que vincula al RAS con el PSI es una recta de regresión empírica, válida para valores de RAS < 30, establecida por el equipo USDA (1954). Esta relación es la siguiente:

 3

 

            1.6.- Salinidad ( Conductividad ).

             La salinidad de las aguas se expresa como conductividad eléctrica (CE). La unidad de conductividad eléctrica es el µSiemens/centímetro (µS/cm) que se suele referir a 25ºC.

 

            1.7.- Índice de Scott y Clasificación de Stabler.

             Este índice es también conocido como "coeficiente de álcali" o "coeficiente salino" y representado por K. Se define como la altura en pulgadas de agua que por la evaporación daría suficiente cantidad de sales para hacer un espesor de suelo de cuatro pies, perjudicial para las plantas más sensibles.

               Para calcular el índice de Scott tenemos:

 1º.        Si, Na - 0.65 Cl- £ 0              concentración en mg/l

             o bien, Na+ £ Cl-                     concentración en meq/l

             el valor de K viene dado por:

 4 

             concentración en mg/l. 

2º.        Si, 0 £ Na+ - 0.65 Cl- £ 0.48 SO42- concentración en mg/l

             o bien, Cl- < Na+ £ Cl- + SO42- concentración en meq/l

             el valor de K es:

 5  

            concentración en mg/l.

 3º.        Si, Na+ - 0.65 Cl- ³ 0.48 SO42- concentración en mg/l

             o bien, Na+ ³ Cl- + SO42- concentración en meq/l

             el valor de K es:

   6

            donde la concentración se expresa en mg/l.

             Conocido el valor de K, Stabler considera cuatro clases de aguas, que son:

 K > 18: "Buena". Se puede usar durante muchos años sin tener que tomar precauciones para prevenir la acumulación de sales.

 K: 18-6: "Tolerable". Hay que tener especial cuidado para impedir la acumulación de sales, excepto en suelos con drenaje libre.

 K: 6-1.2: "Mediocre". Es imprescindible seleccionar los suelos y frecuentemente es necesaria la práctica del drenaje artificial.

 K < 1.2: "Mala". Prácticamente no es utilizable para el riego.

 

            1.8.- Normas de Riverside.

             Para la clasificación de aguas de riego según este criterio, se tiene en cuenta la conductividad expresada en µmhos/cm a 25ºC y la relación de adsorción de sodio (RAS). Con estos valores y mediante el diagrama de la Figura 4.2 se determina la calidad del agua.

 7 

              Atendiendo a la conductividad se establecen cuatro tipos de agua:

            Tipo C1Agua de baja salinidad. Puede usarse para la mayor parte de cultivos y en casi todos los suelos con pocas probabilidades de que se puedan producir acumulaciones salinas. A veces puede necesitarse algún lavado, pero éste se logra en condiciones normales de riego, excepto en suelos de muy baja permeabilidad. La conductividad está comprendida entre 100 y 250mmhos/cm a 25 ºC.

             Tipo C2. Agua de salinidad media. Puede usarse normalmente siempre que exista un grado moderado de lavado. Se puede utilizar para cultivos moderadamente tolerantes a las sales sin que exista peligro de salinización. La conductividad está comprendida entre 250 y 750 mmhos/cm a25 ºC.

             Tipo C3. Agua de salinidad alta. No puede usarse en suelos con drenaje deficiente. Aún con drenaje adecuado se pueden necesitar prácticas especiales para el control de la salinidad, debiéndose seleccionar plantas muy tolerantes a las sales. La conductividad está comprendida entre 750 y 2250mmhos/cm a 25 ºC.

             Tipo C4. Agua de salinidad muy alta. No es apropiada para el riego en las condiciones ordinarias, pero puede emplearse a veces en circunstancias muy especiales. Los suelos deben ser permeables, el drenaje adecuado y debe usarse siempre un exceso de agua para lograr un buen lavado. Se deben seleccionar cultivos altamente tolerantes a las sales. La conductividad es superior a 2250 mmhos/cm a 25ºC.

             La clasificación respecto a la relación de adsorción de sodio (RAS), se basa en la modificación que el sodio de cambio puede ejercer sobre las propiedades físicas del suelo, aunque el sodio pueda dañar los cultivos sensibles sin que se perciban efectos en el suelo.

             Según la concentración relativa de sodio, habrá peligro de alcalinización del suelo, y en relación a esto las aguas pueden clasificarse en cuatro clases:

             Clase S1. Bajo contenido en sodio. Los valores de RAS están comprendidos entre 0 y 10, pueden usarse para el riego en la mayoría de los suelos con pocas posibilidades de alcanzar niveles peligrosos de sodio intercambiable.

             Clase S2Contenido medio en sodio. El RAS está comprendido entre 10 y 18. En suelos de textura fina con elevada capacidad para el intercambio iónico, el sodio representa un peligro apreciable. Estas aguas pueden ser empleadas en suelos de textura gruesa o en suelos orgánicos con buena permeabilidad.

             Clase S3. Alto contenido en sodio. El RAS está comprendido entre 18 y 26. Pueden producir niveles tóxicos de sodio intercambiable en la mayor parte de los suelos, por lo que se necesitarán prácticas especiales de manejo. En los suelos yesíferos puede que no se alcancen estos niveles de sodio. A veces se emplean mejorantes químicos capaces de sustituir el sodio intercambiable, aunque esto no siempre es posible.

             Clase S4. Contenido muy alto en sodio. El RAS está por encima de 26. Es generalmente inadecuada para riego, excepto cuando su salinidad sea baja o media y siempre que la solución del suelo tenga suficiente calcio capaz de hacer factible el empleo de dichas aguas.

             Así, calculado el valor del RAS de un agua y conocida su conductividad, se pueden establecer 16 categorías mediante la combinación de los intervalos de conductividad (C- C4) que nos indican el peligro de salinización, y los intervalos de RAS (S- S4) que indican el peligro de alcalinización.

             Una crítica conceptualmente importante que se ha hecho a esta clasificación, es no tener en cuenta el efecto negativo de las aguas de baja conductividad respecto al riesgo de sodificación. Estas aguas, debido a su poder diluyente, lavan los iones del suelo, entre ellos Ca2+ y Mg2+, principales responsables de la estabilidad estructural del suelo, acentuándose el problema cuando a la baja conductividad se une una RAS elevada.

 

            1.9.- Directrices de la Universidad de California.

             En la Tabla 4.1 (University of California Comittee of Consultants, 1974) se encuentran las directrices para evaluar la calidad del agua de acuerdo a criterios de salinidad, permeabilidad y otros varios. Estas directrices se refieren sobre todo a los efectos a largo plazo de la calidad del agua sobre la producción de cultivos, las condiciones del suelo y el manejo agrícola. En esta tabla el agua se clasifica en tres grados de aceptabilidad, sin problema, SP; problema creciente, PC; y problema grave, PG.

             En un principio, estas directrices se plantearon teniendo en cuenta el valor de la relación de adsorción de sodio (RAS), pero como ya se ha comentado este valor se puede mejorar ajustando la concentración del calcio, será este valor corregido (RAS0), el que utilizaremos para la aplicación de estas directrices.

            1.10.- Dureza.

             Un índice que se suele encontrar en los estudios de aguas es elgrado de dureza, que se refiere al contenido de calcio y magnesio en aquellas. En general, las aguas muy duras son poco recomendables en suelos fuertes y compactos. Cuando se trata de rescatar suelos con excesivo contenido en sodio, es muy aconsejable, a ser posible, el empleo de aguas duras.

             El cálculo de la dureza del agua, expresada en grados franceses, se hace aplicando la siguiente fórmula:

 8  

donde la concentración se expresa en mg/l.

             La interpretación de los valores obtenidos se puede realizar con la siguiente escala:

                          Tipo de agua                                       Grados hidrotimétricos franceses

                        Muy dulce                                                        Menos de 7

                        Dulce                                                                    7 - 14

                        Medianamente dulce                                           14 - 22

                        Medianamente dura                                            22 - 32

                        Dura                                                                    32 - 54

                        Muy dura                                                         Más de 54.

 

 Tabla 4.1.- Directrices de la Universidad de California.

 

Problema

Potencial

Unidades

Grado de Restricción de Uso

 

 

SP

PC

PG

Salinidad

            CE

            S.S.T.

 

dS/m

mg/l

 

< 0.7

< 450

 

0.7 - 3.0

450-2000

 

> 3.0

> 2000

Infiltración

RAS0=0-3 y CE=

=3-6

            =6-12

            =12-20

            =20-40

 

 

> 0.7

> 1.2

> 1.9

> 2.9

> 5.0

 

0.7 - 0.2

1.2 - 0.3

1.9 - 0.5

2.9 - 1.3

5.0 - 2.9

 

< 0.2

< 0.3

< 0.5

< 1.3

< 2.9

Toxicidad

Sodio

           por superficie

           por aspersión

Cloro

            por superficie

            por aspersión

Boro

 

 

RAS0(me/l)1/2

RAS0(me/l)1/2

 

me/l

me/l

mg/l

 

 

< 3

< 3

 

< 4

< 3

< 0.7

 

 

3 -9

> 3

 

4 - 10

> 3

0.7 -3

 

 

> 9

 

 

> 10

 

> 3

Varios

            Nitrógeno

            Bicarbonato

            pH

 

mg/l

me/l

 

< 5

< 1.5

6.5 -8.4

 

5 - 30

1.5 - 8.5

 

> 30

> 8.5

 

 

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