Estudios en la zona crítica en campos agrícolas regados con aguas depuradas: experiencias de laboratorio y de campo en el Parc Agrari del Baix Llobregat

Abstract

La agricultura es la actividad económica que requiere mayor consumo de agua. En muchos países desarrollados la aplicación de aguas regeneradas para riego de campos agrícolas es una práctica cada vez más común. En España, la reutilización de aguas depuradas está regulada por el Real Decreto 1620/2007, en el cual se establecen las condiciones y criterios de calidad que deben cumplir las aguas regeneradas según su uso, pero no su aplicación en función del tipo de suelo y especie vegetal.

La presente tesis tiene como objetivo principal evaluar la influencia del riego con aguas regeneradas sobre suelos agrícolas y su influencia sobre la composición química de elementos minerales en vegetales hortícolas.

El estudio de la interacción suelo-agua de riego se llevó a cabo en laboratorio, mediante columnas experimentales de gran volumen. Los resultados mostraron que, tras el riego con agua regenerada, los suelos esmectíticos, con respecto a los suelos ricos en illita y clorita, retienen mayor concentración de algunos elementos potencialmente contaminantes, como el arsénico y el antimonio, además del sodio, con un mayor riesgo en el desarrollo de sodicidad con afectación a la retención de nutrientes.

El trabajo experimental se desarrolló a partir de estudios de campo, en invernadero y en laboratorio. Se crearon rutinas de calibración para el análisis multielemental en muestras vegetales mediante EDXRF y µ-XRF. De los análisis de µ-XRF se concluye que existen variaciones relativas en la distribución de concentraciones de determinados elementos químicos en secciones de raíces de Daucus carota y de Raphanus sativus. Los resultados de EDXRF mostraron que las aguas regeneradas contienen concentraciones más elevadas de las principales especies iónicas (Na+, Mg2+, Cl- y Br-) con respecto al agua de red y se correlacionan con concentraciones mayores de estos elementos en las muestras vegetales.

Como resultados más destacados se puede concluir que la composición química del agua de riego se correlaciona con la composición del suelo en cuanto a carga iónica (asociada a salinidad) y carga de metales. La composición global a nivel multivariante de los elementos minerales mayoritarios en la flor de Cynara scolymus del Parc Agrari del Baix Llobregat se correlaciona con concentraciones de K+, Cl-, Pb y SO42- del agua de riego y con el contenido en arcilla y Na del suelo.

En cuanto a las concentraciones de metales y metaloides en las aguas de riego del Parc Agrari del Baix Llobregat no sobrepasan los valores máximos permitidos por la legislación vigente. En las muestras de Cynara scolymus se acumulan principalmente en la raíz, mientras que los nutrientes y otros elementos móviles (Na y Br) se acumulan en las partes aéreas de Cynara scolymus (hoja, nervio, tallo y flor).

De un modo general, el estudio permite concluir que en los procedimientos para el diseño de mecanismos y procesos de irrigación con aguas regeneradas en instalaciones de producción agraria deberían incluirse estudios de detalle del medio receptor para una correcta gestión de la Zona Crítica, aspecto insuficientemente considerado en disposiciones legales y en guías de buenas prácticas de la producción hortofrutícola.

The use of reclaimed water for irrigation of agricultural crops is a common practice in many developed countries. In Spain, the RD 1620/2007 regulates water quality criteria depending on its use, without taking into account the type of soil or the vegetal species. The aim of this thesis was to evaluate the influence of irrigation with reclaimed water on agricultural soils and its influence on the chemical composition of mineral elements in horticultural vegetables.

The study of soil-irrigation water interaction was carried out though experimental columns. Results showed that, after irrigation with reclaimed water, smectite-rich clay mineral retains some potential toxic elements, as antimonium and arsenicum, and more sodium than illite and chlorite enriched soils, which implies major risk to sodicity and possible affectation with retention of nutrients.

To study irrigation water-soil-plant interactions, field works and greenhouse experiments were carried out. Different calibration routines for multielemental analysis of vegetal samples by means of EDXRF and µ-XRF were developed. µ-XRF results showed relative differences on some chemical elements distribution in root sections of Daucus carota and Raphanus sativus. EDXRF results showed differences on chemical composition in vegetables depending on the irrigation water. Concentration values of ionic species (Na+, Mg2+, Cl-, Br-) were higher on reclaimed water and these elements were also higher in vegetables irrigated with this water.

One of the most relevant results is that chemical composition of the irrigation water and soils, as ionic and metal charge, are well correlated. Multielemental composition on globe artichoke (Cynara scolymus) of Baix Llobregat Agrarian Park (“Carxofa Prat”), concerning major elements, is well correlated with K+, Cl-, Pb and SO 2- concentration values on irrigation water and with clay content and Na concentration on soil. Metal and metalloid concentrations on irrigation water of the Baix Llobregat Agrarian Park are below maximum allowed values by current legislation and are mainly accumulated in roots of Cynara scoluymus, whereas nutrients and other mobile elements are accumulated at aerial parts.

To conclude, before procedures to design irrigation with reclaimed water in agricultural production facilities, detailed studies of the receiving environment should be included to manage the Critical Zone.