Introducción

En la agricultura de regadío la calidad del agua es un importante factor a considerar para la obtención de altos rendimientos agrícolas. En aguas para uso agrícola la calidad es definida por la concentración de iones específicos, Ca²+, Mg²+, Na+ y K+ como cationes y CO₃ ^2-, HCO₃ ^-, Cl^- y SO₄ ^2- como aniones. Estos elementos tienen su origen en la disolución o meteorización de las rocas y suelos, y son transportados mediante corrientes, tanto superficiales como subterráneas, y depositados en el suelo de forma natural o mediante el riego (^{Velázquez et al., 2002}).

Los metales pesados se encuentran generalmente como componentes naturales de la corteza terrestre, en forma de minerales, sales u otros compuestos. No pueden ser degradados o destruidos fácilmente de forma natural o biológica ya que no tienen funciones metabólicas específicas para los seres vivos (^{Méndez et al., 2009}), agrupan sustancias como cadmio y mercurio, principales contaminantes, además de níquel y plomo, entre otras. Pueden incorporarse a un sistema de abastecimiento de agua por medio de residuos industriales que son vertidos sin previos tratamientos, y posteriormente se depositan en lagos, ríos y distintos sistemas acuíferos (^{Duffus, 2002}). En los cultivos, la acumulación de metales pesados se da por medio de su absorción por el agua de regadío contaminada, por la tierra mediante las raíces o por la deposición en el follaje de partículas aerotransportadas (^{Mor & Ceylan, 2008}).

Varios autores han mostrado el riesgo de contaminación por metales pesados en el agua (^{Mancera-Rodríguez et al., 2006}; ^{Prieto et al., 2007}; ^{Méndez et al., 2012}); en la acumulación de metales pesados en el suelo (^{Martí et al., 2011}; ^{Sarabia et al., 2011}) y en el riesgo potencial para la salud humana debido a la acumulación de metales pesados en las plantas (^{Llugany et al., 2007}).

El cauce del río Ayuquila y los cuerpos de agua presentes en la cuenca reciben múltiples descargas de tipo industrial, municipal y rural (p.e., granjas porcícolas, granjas bovinas, empresas agrícolas, actividad minera), consideradas fuentes de una gran variedad de contaminantes como son los metales pesados. Se reportan metales pesados en algunos sitios de la cuenca del río Ayuquila; sin embargo, de acuerdo con ^{Mancilla-Villa et al. (2012}) las concentraciones encontradas no representan un riesgo para la biodiversidad.

Por otro lado, las concentraciones de cianuro encontradas sí constituían una restricción al aprovechamiento seguro y productivo del agua en uso agrícola y en actividades de recreación con contacto primario, particularmente en la población de El Corcovado. En esta localidad se superó el nivel máximo de 0,02 mg L^-1, que aplica para uso recreativo con contacto primario y riego agrícola (SEMARNAT-NOM-001-ECOL-1996). En otro estudio realizado por ^{CONAGUA (2007)}, se encontró la presencia de la mayoría de los metales pesados a excepción del zinc, arsénico y mercurio, siendo la presencia de cadmio y níquel los más abundantes y de valores más altos siguiéndoles el plomo, cromo y cobre en respectivo orden descendente; en el mismo estudio se encontraron altos valores de cianuros.

El presente estudio aporta información sobre la calidad del agua de riego en la cuenca del río Ayuquila-Tuxcacuesco-Armería, en lo referente a contenido de metales pesados totales, aniones, cationes, conductividad eléctrica y pH.

Materiales y Métodos

El área de estudio se localiza entre los 102°56' y 104°35' longitud oeste 18°40' y 20°29' latitud norte, en el occidente de México y forma parte de los estados de Jalisco y Colima (Figura 1). El agua muestreada es utilizada para riego agrícola. Las muestras se tomaron en el río principal y sus afluentes, así como en canales de agua de riego, norias y pozos profundos. Estas se obtuvieron en los municipios de: Tecolotlán, Unión de Tula, Autlán, El Grullo, El Limón, Tonaya, Tolimán, San Gabriel, Tuxcacuesco en Jalisco; Comala, Villa de Álvarez, Armería y Coquimatlán.

La investigación de campo se realizó entre los meses de febrero y abril de 2014. Se localizaron zonas ubicadas dentro de la cuenca donde se utiliza el agua para riego, estableciendo un total de 40 sitios. En cada uno se colectaron dos muestras en recipientes de plástico de 0,5 L, a los que se les colocó una etiqueta con su respectiva fecha, nombre y localización del sitio, para posteriormente realizar las determinaciones en el laboratorio (Tabla 1).

Los metales pesados totales se determinaron con la técnica de espectrometría de emisión atómica, mediante plasma de acoplamiento inductivo con el ICP, modelo Perkin Elmer 5300 Optima, en el Laboratorio de Ciencias Ambientales del Colegio de Posgraduados, Campus Montecillo; los metales pesados analizados fueron As, Cd, Hg y Pb. A las muestras se les agregó ácido nítrico concentrado a pH < 2, con base en los lineamientos de ^{EPA (1983)} y ^{APHA (1995)}.

Los valores de recuperación obtenidos en las muestras fortificadas, en agua desionizada, para el análisis de los metales fueron los siguientes: As 108,17%, Hg 91,91%, Cd 108,93% y Pb 101,02%; dichos valores se encuentran dentro del rango recomendado y cercanos al 100% ^{(EPA, 1996)}.

Para evaluar la calidad del agua del río Ayuquila-Tuxcacuesco-Armería, se utilizaron los criterios de ^{EPA (1986)}, la SEMARNAT-NOM-001-ECOL-1996 y los criterios ecológicos de calidad de agua para diferentes usos ^{(SEDUE, 1989)}, que establecen los límites máximos permisibles para metales pesados contenidos en el agua para uso agrícola y urbano (Tabla 2).

Resultados y Discusión

En la Tabla 3, se presenta la ubicación geográfica, la altitud y los nombres de los sitios de muestreo que fueron considerados en la presente investigación.

En la Figura 2, se presenta la distribución de la concentración iónica de las aguas de riego del río Ayuquila-Tuxcacuesco-Armería, que nos permite observar con mayor claridad el predominio del anión bicarbonato y del catión magnesio. La presencia de magnesio y bicarbonatos en las aguas analizadas se debe a las reacciones de dilución, hidrólisis y óxido reducción que se llevan a cabo en el contacto de las rocas con el agua (^{Can-Chulim et al., 2011}).

Las concentraciones más elevadas de Mg pertenecen a pozos, ríos y norias, el valor mayor de 35.229 mmol_c L^-1 para este elemento y para HCO₃ de 20.810 mmol_c L^-1 fueron para el pozo El Ranchito-Las Paredes; Las mínimas concentraciones de los mismos elementos fueron de 1.701 mmol_c L^-1 para el río en Unión de Tvla y 1.608 mmol_c L^-1 en el Canal de riego-La Ciénega. Las concentraciones elevadas de bicarbonato provocan el aumento del pH de la rizosfera y la disrupción del proceso de absorción de Fe causando clorosis férrica a una concentración de 41 meq L^-1 y disminuyendo el rendimiento en 7% en el caso del maíz (^{Shahabi et al., 2005}).

Las concentraciones altas se encontraron en la parte media de la cuenca. La mayoría de las muestras que presentaron concentración iónica alta corresponden a pozos y norias.

Las descargas de aguas residuales agrícolas, el uso de fertilizantes y el contacto de las rocas con el agua, las que de acuerdo con su composición aportan diferentes iones, son algunas causas por las que se presenta la predominancia de bicarbonato y magnesio. En climas áridos, la existencia aun en pequeñas cantidades de bicarbonato sobre Ca + Mg en aguas de riego, llevarían a la formación de suelos sódicos (^{Sánchez et al., 2015}).

La geología presente en el área de estudio, indica que las aguas están en contacto con materiales de origen volcánico los que son de baja concentración iónica, debido a que presentan baja solubilidad. Estas características influyen para que se presenten bajas concentraciones iónicas en algunos sitios de muestreo.

En la Figura 3, se presenta el pH y la conductividad eléctrica medidos en el agua de riego de la cuenca del río Ayuquila-Tuxcacuesco-Armería.

El pH de la solución tiene un efecto sobre la biodisponibilidad de la mayoría de los metales pesados al afectar el equilibrio entre la especiación metálica, solubilidad, adsorción e intercambio de iones en el suelo. En soluciones ácidas se produce una competencia de los iones H⁺ con los cationes metálicos por los sitios de intercambio. Al aumentar el pH, los metales pesados son removidos de la solución del suelo y adsorbidos por los coloides disminuyendo su biodisponibilidad. Por lo tanto, en suelos agrícolas con cargas variables, la retención de los cationes metálicos aumenta en la medida que el pH sea más alto y se reduce al acidificarse el suelo o el agua (^{Lamb et al., 2009}).

En el agua analizada se encontraron valores de pH ligeramente alcalinos. La alcalinidad en el agua tanto natural como tratada, usualmente es causada por la presencia de iones carbonatos (CO₃ ^2-) y bicarbonatos (HCO^3-), asociados con los cationes Na¹⁺, K¹⁺, Ca²⁺ y Mg²⁺ (^{Can-Chulim et al., 2008}).

Las muestras presentaron un rango de pH entre 7 y 8,2 (promedio de 7,8), lo que indica que son ligeramente alcalinas. Los valores de pH son heterogéneos respecto al origen de las aguas (norias, pozos, ríos), no se presentaron valores similares en cada origen de las muestras.

Mientras que la conductividad eléctrica presentó un valor promedio de 1.882,94 (|iS cm^-1), lo que indica que el agua analizada, bajo el criterio de estos dos parámetros y desde el punto de vista agrícola, es recomendable de acuerdo con Ayers y Westcot (1987), con restricción para una muestra que presentó elevado valor de CE, debido a que procede directamente de agua marina.

Los parámetros pH y CE, están relacionados con el vigor de semillas y los porcentajes de germinación de semillas, esto según un estudio sobre germinación y crecimiento de plantas de Zea mays L. (^{Viloria et al., 2011}), a mayor CE disminuye el porcentaje de germinación y el pH tuvo una fuerte asociación con el peso seco del vástago.

En la Figura 4, se presentan los resultados de la concentración de metales pesados en el agua muestreada.

Al comparar los valores obtenidos con los límites máximos permisibles establecidos por la SEMARNAT-NOM-001-ECOL-1996, 14 muestras superaron el límite máximo permisible de mercurio Hg (0,01 mg L^-1), para uso agrícola y urbano. Con respecto al criterio de ^{EPA (1986)}, para aguas naturales, las 40 muestras superan el límite máximo permisible (0,002 mg L^-1). En cuanto al contenido de plomo, 37 muestras superaron el límite máximo permisible establecido por la ^{EPA (1986)} (0,0015 mg L^-1), para aguas naturales.

Las concentraciones de As y Cd están por debajo de los límites permisibles, por lo que el agua puede ser utilizada en el riego agrícola. Sin embargo, se debe tener restricción de uso donde superó los límites de concentración de Pb y Hg.

^{Mancilla-Villa et al. (2012}) realizaron un estudio en los ríos, embalses y manantiales de Puebla y Veracruz sobre el contenido de metales pesados donde el mercurio superó el límite máximo permisible señalado por la SEMARNAT-NOM-001-ECOL-1996 para uso urbano. Para el criterio de ^{EPA (1986)}, se encontró que 1, 30, 15 y 20% de las muestras analizadas supera el límite permisible para As, Pb, Cd y Hg, respectivamente. La zona objeto de estudio presenta características similares, esta diferencia de concentraciones se debe a la intensa actividad agrícola, industrial y urbanización, en los diferentes sitios de muestreo.

La distribución del contenido de As y metales pesados en el agua, se presenta en la Figura 5. El Cd presentó los valores más bajos, el límite superior fue de 0,0034 mg L^-\ Por su parte el Hg mostró los más altos contenidos alcanzando valores de hasta 0,02 mg L^-1 _.

Respecto a salinidad y sodicidad en la Figura 6, se encuentran representados los valores para la clasificación de agua en cuanto a dichos índices.

Todas las muestras se encuentran dentro de la clasificación S1, que se refiere en aguas con bajo peligro de sodicidad, esto se explica en relación a las composiciones iónicas, las que presentan concentraciones importantes de Ca y Mg en comparación a las de sodio. En cuanto a la salinidad las muestras se ubican dentro de C2, C3 y dos en C4, que corresponden a aguas con medio, alto y muy alto peligro de salinidad, respectivamente (^{Richards, 1973}).

A continuación se presenta el diagrama de Durov (Figura 7) en donde se muestra la composición iónica de las aguas del riego del río Ayuquila-Tuxcacuesco-Armería, la cantidad de sólidos totales disueltos y el pH.

Los sólidos totales disueltos en su mayoría se encuentran en una concentración alrededor de 500 mg L^-1 y 2.500 excepto por la muestra de agua de mar Boca de Pascuales que presentó una elevada concentración. De acuerdo con Ayers y Wescot (1987) las aguas que presentan valores entre 450-2000 mg L^-1, para sólidos totales disueltos, tienen un grado de restricción ligera a moderada en cuanto a su uso para riego. El pH resultó alcalino debido a la presencia de bicarbonatos (^{Can-Chulim et al., 2011}).

Existe una correlación directa entre la conductividad eléctrica y la concentración de sólidos disueltos totales para cuerpos de agua dulce y salobre (^{Can-Chulim et al., 2014}). Condición que puede observarse en los resultados del presente estudio, las muestras con los mayores valores de CE, coinciden con las que presentan valores elevados de Mg y HCO₃. Esta correlación no aplica para ambientes hipersalinos, donde la conductividad es afectada por la composición específica de iones presentes en el agua (^{Mancilla-Villa et al., 2012}).

Conclusiones

El pH y la conductividad eléctrica de la mayoría del agua analizada, no limitan el uso urbano o para riego agrícola especialmente para cultivos tolerantes y semitolerantes, no así para los sensibles, por lo que es recomendable para las actividades mencionadas. De acuerdo con la concentración iónica, las aguas se clasifican como bicarbonatadas-magnésicas.

El Hg superó los límites máximos permisibles establecidos por la SEMARNAT-NOM-001-ECOL-1996 para 35% de las muestras. En cuanto al criterio de SEDUE (1989), no existe problema en el uso del agua muestreada para recreación, como fuente de agua potable y en riego.

De acuerdo con los límites permisibles de la EPA (1986), 100% de los cuerpos de agua analizados exceden las concentraciones de Hg y 92,5% de Pb.

Con respecto a salinidad cerca de 80% de las aguas se clasificaron como buenas, 18% como condicionadas y 2% restante como no recomendables, en cuanto a sodicidad, las aguas analizadas son aptas para uso agrícola.