utilización de agua residual depurada en cultivos horticol…

Instituto de Investigación y Formación Agraria y Pesquera
CONSEJERÍA DE AGRICULTURA Y PESCA
UTILIZACIÓN DE AGUA RESIDUAL DEPURADA EN FERTIRRIGACIÓN
DE CULTIVOS HORTÍCOLAS
*Segura Pérez, Mª. L., Contreras París, J.I., Granados García, Mª R. y Martín Expósito, E. (1)
* [email protected]
Abstract
This work presents the results of some studies conducted on melon and bean on a
sand-mulched soil under greenhouse conditions, comparing the application of purified
and ozone- treated waste water from Almería Purifying Plant (Spain) with the ground
water normally used in irrigation. Irrigation with purified wastewater did not show
significant differences in terms of yield, and soil chemical properties. Also, an
important reduction in costs associated to nitrogen or potassium fertilizers were
observed.
Palabras clave: Cucumis melo L., Phaseolus vulgaris L., agua residual desinfectada con
ozono, fertirrigation, suelo enarenado, salinidad, concentración de nutrientes.
1. Introducción
La reutilización de agua residual para riego de cultivos se presenta como una
fuente adicional de suministro a tener en cuenta dentro de una gestión global de los
recursos hídricos en España, debido por una parte a la limitación de los ya existentes, y
por otra, a la posibilidad de solucionar los problemas ecológicos asociados con el
vertido de estos efluentes al medio natural. En zonas áridas y semiáridas, como es el
caso de Almería, donde existe un déficit hídrico estructural junto con una agricultura
intensiva se hace necesario la utilización de todos los recursos hídricos disponibles, esto
convierte las aguas residuales de origen urbano en una importante fuente de
abastecimiento que puede ayudar a paliar esta limitación de recursos.
En 1977 se iniciaron los estudios de viabilidad y alternativas posibles para la
reutilización de las aguas residuales de la Estación Depuradora de Agua Residual de
Almería, E.D.A.R (Alonso, 1993) llegando a la conclusión de ser el tratamiento
terciario con ozono la única viable en este caso. Posteriormente se desarrolló, una planta
de ozonización adecuada a las características de la zona. En un primer estudio
encaminado a optimizar el tratamiento con ozono de los efluentes de salida de la
E.D.A.R, se caracterizó la calidad del agua residual de la ciudad de Almería y se
determinaron las dosis de ozono y tiempos de contactos ozono-agua residual depurada,
para obtener una calidad sanitaria adecuada para su posterior reutilización en riego de
3.000 has de cultivo en la subcomarca del Bajo- Andarax (Rojo et al., 1996; Pérez, et
al., 1998).
Numerosos trabajos demuestran la eficiencia del uso del agua residual depurada
en los cultivos hortícolas, en cuanto a una mayor respuesta productiva (Burau et al.,
(1)
Centro de Investigación y Formación Agraria (C.I.F.A.), Almería. Apdo. 91, 04700, El Ejido,
Almería. E-mail: [email protected].
1
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1987; Pérez et al., 1988; Ramos et al., 1989), mejora de la fertilidad del suelo (García et
al., 1997) y ahorro de fertilizantes (Pérez et al., 1988; Ivorra et al., 1997). Sin embargo
como limitaciones a su uso se indican, problemas de salinización del suelo (Salgot y
Cardus. 1982; Burau et al., 1987; García et. al.,1988; Pérez et al., 1988; Ivorra et al.,
1997) y acumulación de nutrientes en suelo (Paliwal et al. 1998).
Teniendo en cuenta estas limitaciones, el conocimiento de propiedades tales como
conductividad eléctrica, concentración de sales y carga fertilizante del efluente y sus
efectos sobre el sistema suelo-planta, permitirá una reutilización eficiente.
En este trabajo se presentan los resultados correspondientes a las propiedades
químicas del suelo, rendimientos, eficiencia en relación a los requerimientos
nutricionales de la planta y ahorro de fertilizantes minerales (NPK), obtenidos de la
utilización de agua residual depurada y ozonizada en cultivos hortícolas intensivos.
2. Materiales y Métodos
Las experiencias se realizaron en un invernadero tipo INCASA, con cubierta de
polietileno y superficie de 1000 m2, situado en el C.I.F.A. Almería (Consejería de
Agricultura y Pesca. Junta de Andalucía). El sistema de cultivo fue suelo enarenado
mayoritariamente utilizado en la zona productora, de textura franco-arenosa,. El sistema
de riego fue por goteo, individualizado para cada tratamiento y dotado de un sistema de
inyección de fertilizantes automatizado.
Para estudiar el efecto del agua residual depurada se estableció un diseño
experimental en bloques completos al azar con cuatro repeticiones por tratamiento.
Tratamientos
A : agua de origen subterráneo
AR: agua residual depurada.
El agua residual procedía de la Estación Depuradora de Aguas Residuales de
Almería, sometida posteriormente a un proceso de desinfección con ozono. Las
propiedades químicas se indican en la tabla 1. Las dos fuentes de riego tienen
conductividad eléctrica (C.E) y relación de adsorción de sodio (R.A.S) similar, si bien
difieren en la composición química, el agua residual presenta mayor concentración de
bicarbonatos, nitrógeno amoniacal, fósforo y potasio.
En los cultivos de melón se aplicó una fertilización nitrógeno-potásica, mediante
fertirrigación, considerando la concentración de estos elementos en los dos tipos de
agua, para obtener disoluciones de riego con niveles similares en ambos tratamientos.
No se aplicó P debido a su elevada concentración en el suelo (tabla 2). En judía se
consideró como única fuente nutricional la carga fertilizante del agua.
El volumen de riego fue similar para los dos tratamientos, en cada uno de los
cultivos ensayados y se estableció siguiendo la ETc del cultivo (Castilla y otros, 1987;
Fernández y otros, 2000) y medidas del potencial mátrico del suelo mediante
tensiometros manuales (Tensiómetros Irrometer, Irrometer, EE.UU).
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Los datos de cultivo y las determinaciones realizadas se muestran en el siguiente
cuadro:
Cultivo
Melón
“Galia”
Melón
“Galia”
Judía
“Helda”
Judía
“Helda”
Ciclo
Primavera
1999
Primavera
2001
Propiedades
Ahorro de
químicas del Rendimientos fertilizantes
suelo (1)
minerales
X
X
X
X
X
X
Eficiencia en relación
a las necesidades
nutricionales
Otoño 2000
X
X
Primavera
2001
X
X
(1) pH, conductividad eléctrica (C.E) en extracto saturado; fósforo (P) y potasio (K)
disponibles; materia orgánica oxidable (M.O) y nitrógeno total (N).
Los métodos analíticos utilizados en la medida de los parámetros químicos en
agua y suelo fueron los Métodos Oficiales (M.A.P.A. 1994).
El tratamientos estadístico de resultados fue mediante test ANOVA y la
comparación de medias con el test de Mínima Diferencia Significativa (P<0.05).
3. Resultados
3.1. Efecto sobre la fertilidad y salinidad del suelo
En las tablas 2 y 3, se muestran los análisis de fertilidad (M.O., N, P y K) del
suelo al inicio y final del ciclo de cultivo de melón (1999 y 2001), así como pH y C.E.
No se apreciaron diferencias significativas entre ambas fuentes de riego en la fertilidad
del suelo, pH y C.E. La fertilidad del suelo en ambos cultivos al finalizar el ciclo se ve
poco afectadas por las prácticas de fertilización realizadas. El contenido de materia
orgánica y N se mantiene en niveles bajos y con poca variación respecto a los iniciales;
los niveles de P disminuyen desde el inicio al final del ciclo, si bien estos niveles son
muy elevados, esta disminución está justificada porque no se aplicó en fertirrigación al
cultivo dado su elevado contenido en el suelo. La concentración de K aumenta
ligeramente desde el inicio al final del ciclo en ambos cultivos.
El pH fue similar y no se vio afectado por la fuente de riego. En el cultivo de
melón (1999) la C.E del suelo al finalizar el ciclo fue semejante a la inicial, sin
embargo en el ciclo 2001 se produjo un incremento respecto a los valores iniciales,
siendo este efecto similar para las dos fuentes de riego.
3.2. Rendimientos
No se obtuvieron diferencias estadísticamente significativas entre los dos tipos de
agua, en la producción de frutos de melón y judía (tabla 4). La diferencia de
rendimientos entre los dos cultivos de melón radica en el tipo de entutorado,
correspondiendo la menor producción al cultivo sin entutorar.
3
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3.3. Eficiencia del uso del agua residual depurada en relación a las necesidades
nutricionales del cultivo
La importante carga fertilizantes del agua residual, requiere respecto a la de origen
subterráneo, unas prácticas de fertirrigación diferentes en lo que respecta al uso de los
fertilizantes. En la figura 1 se representa el porcentaje de nitrógeno y fósforo aplicado
por el efluente residual, respecto a las necesidades nutritivas del cultivo de melón
(1999) durante su desarrollo. Dichas necesidades han sido estimadas en 225 kg N ha-1 y
43 kg P ha-1. La concentración de nitrógeno y fósforo aportado se calculó a partir de la
concentración del elemento en el agua y el volumen total de riego (157 L m-2). La
cantidad total de N y P aplicado por el efluente supuso alrededor del 40% y 80%
respectivamente, de las cantidad demandada por la planta. El fósforo superó las
necesidades nutricionales en la fase de desarrollo de frutos, debido al elevado volumen
de agua aplicado para compensar la alta demanda evapotranspirativa en esta fase de
desarrollo.
La figura 2 muestra el porcentaje de nitrógeno, fósforo y potasio aportado por las
fuentes de riego, respecto al total demandado por el cultivo de judía en ciclo de otoño y
de primavera. La cantidad de elemento aportada por el agua se ha calculado a partir de
su concentración y el volumen de riego aplicado (120 y 189 L m-2 para el ciclo de otoño
y primavera, respectivamente). Las necesidades nutricionales se han estimado a partir
de las extracciones del cultivo (López Galvez et al., 1991) y los rendimientos totales. La
elevada concentración de N y P del agua residual compensó la demanda nutricional
durante gran parte del ciclo, a excepción del periodo de desarrollo de vainas, donde se
produce un elevado consumo de nutrientes en un corto periodo de tiempo. La cantidad
de K aportada por el agua residual supone entre un 30 y 35% según ciclo, del total
demandado por el cultivo, sin embargo es suficiente en la primera fase de desarrollo
vegetativo de la planta de judía en ciclo de primavera.
3.4. Ahorro de fertilizantes minerales
Para una misma cantidad total de N y K aplicado por fertirrigación, con las dos
fuentes de riego, la mayor concentración de estos elementos del agua residual ha
supuesto un importante ahorro de fertilizantes minerales nitrogenados y potásicos
(figura 3).
4. Conclusiones
El agua residual depurada presenta una composición química diferente al agua de
origen subterráneo y requiere una estrategia de manejo diferente en lo que respecta a la
nutrición (NPK) de los cultivos. La reutilización en cultivos hortícolas intensivos no
lleva asociado un riesgo de contaminación para suelos y acuíferos y sí un ahorro de
costes por la reducción en el gasto de fertilizantes minerales, respecto al agua de origen
subterráneo.
5. Agradecimientos
Este trabajo ha sido financiado por la “D.G.I.A. Consejería de Agricultura y
Pesca. Junta de Andalucía” (Proyectos: PIR-27 y PIA- 2000) y Cajamar de Almería.
6. Referencias Bibliográficas
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Tabla 1. pH, conductividad eléctrica (C.E., dS m-1), concentración de sales (meq L-1) y
relación de adsorción de sodio (R.A.S) del agua de riego, de origen subterráneo
(A) y residual (AR). Media, máximo y mínimo. N=23; *N=31.
A
Media
pH
C.E.
CO32HCO3ClSO42NO3P
NH4+
Ca2+
Mg2+
Na+
K+
R.A.S
Clasificación USDA
AR*
Máximo
7,52
1,36
0,04
1,78
6,43
5,38
0,81
0,00
0,00
3,66
4,03
6,45
0,14
3,29
8,01
2,05
0,20
3,00
9,30
9,70
1,20
0,00
0,00
5,47
5,96
9,59
0,21
4,01
Mínimo
7,10
1,10
0,00
1,40
4,00
3,25
0,37
0,00
0,00
2,01
2,86
3,80
0,03
2,44
C3S1
Media
Máximo
7,70
1,78
0,27
8,00
7,14
3,14
0,21
0,37
3,13
3,55
3,60
8,36
0,59
4,42
8,13
2,15
1,40
9,70
11,00
5,25
0,54
0,52
4,21
5,84
5,47
10,91
0,99
4,59
Mínimo
7,38
1,40
0,00
5,6
5,00
1,50
0,00
0,27
2,07
2,40
2,74
6,30
0,28
3,93
C3S1
Tabla 2. Análisis químico del suelo al inicio del ciclo de cultivo.
Cultivo
Melón (1999)
A
AR
C.E M.O
N
-1
(dS m )
(%)
8.21 3.79
0.67
0.11
8,20 3,98
0,66
0,10
Melón (2001)
A
AR
8.62
8.58
Tratamiento
pH
1.14b
1.54a
0.87
0.86
0.06
0.08
P
K
(ppm)
166
250
159
240
142
136
35
60
Tabla 3. Análisis químico del suelo al final del ciclo de cultivo.
Cultivo
Melón (1999)
A
AR
C.E M.O
N
-1
(dS m )
(%)
8.31 3.74
0.57
0.04
8,33 3.61
0,51
0,04
Melón (2001)
A
AR
8.33
8.48
Tratamiento
pH
6
2.64
2.52
0.73
0.73
0.07
0.07
P
K
(ppm)
131
275
137
289
125
134
44
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Tabla 4. Rendimientos del cultivo.
Cultivo
Melón (1999)
Melón (20001)
Judía (2000)
Judía (20001)
Producción comercial (kg m-2)
A
AR
7,99
8,99
4,98
5,55
1,07
1,12
1,51
1,52
160
(% )
120
N
80
P
Recolección
Desarrollo
de fruto
Desarrollo
vegetativo
0
Ciclo de
cultivo
40
Figura 1. Porcentaje de N y P aplicado por el agua residual respecto a las necesidades
del cultivo. Melón, ciclo 1999.
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TOTAL
150
%
TOTAL
A
150
AR
%
100
50
A
100
50
0
0
N
P
K
N
P
400
A
400
AR
300
%
200
100
100
0
P
A
0
K
N
P
FV
%
100
75
50
25
0
AR
%
P
K
100
75
50
25
0
A
N
RE
200
%
A
200
AR
K
%
100
50
50
0
A
AR
150
100
P
P
AR
RE
150
N
K
FV
A
N
AR
300
200
N
K
DV
DV
%
AR
0
K
N
Judía ciclo de otoño
P
K
Judía ciclo de primavera
Figura 2. Porcentaje de N, P y K aplicado por las fuentes de riego respecto a las
necesidades del cultivo. DV.: desarrollo vegetativo; FV.: desarrollo de vainas y
RE.: periodo de recolección.
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Melón (ciclo primavera 1999)
Tratamiento A
Tratamiento AR
Agua
20%
Fertilizante
37%
N
Agua
63%
Fertilizante
80%
Agua
8%
Agua
25%
K
Fertilizante
92%
Fertilizante
75%
Melón (ciclo primavera 2001)
Tratamiento A
Tratamiento AR
Agua
14%
Fertilizante
28%
N
Agua
72%
Fertilizante
86%
Agua
4%
Agua
20%
K
Fertilizante
80%
Fertilizante
96%
Figura 3. Porcentaje de N y K aplicado por los fertilizantes y el agua de riego.
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