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Ingeniería Agrícola

El aporte del campo

El riego con agua tratada proveniente de desagües disminuye su extracción de los ríos y ahorra en fertilizantes

Riego por aspersión: un gran de gasto con agua en la agricultura

ESALQRiego por aspersión: un gran de gasto con agua en la agriculturaESALQ

Desde que la crisis hídrica cobró mayor gravedad, a mediados del año pasado, se ha venido mencionando que, entre las diversas actividades humanas, la agricultura es la que más agua dulce consume. Según la Organización de las Naciones Unidas (ONU), el 70% del total disponible –que de por sí no es mucho: sólo un 3% del agua existente en el planeta– se usa para irrigación. En Brasil, ese índice asciende al 72%. Sólo con la caña de azúcar, uno de los mayores cultivos del país ‒y el estado de São Paulo es responsable de la mitad de la producción nacional‒, son necesarios al menos 1.500 litros por metro cuadrado de área cultivada anuales. Frente a este panorama y ante la mayor sequía de los años recientes afrontan que los paulistas, e incluso antes de que este problema hiciera eclosión en forma tan dramática, científicos de las tres universidades estaduales paulistas llevan adelante investigaciones en busca de alternativas. La más prometedora es el uso de aguas provenientes de desagües domiciliarios tratadas para el riego agrícola. Esta opción, denominada agua de reutilización, aumenta la productividad de la caña de azúcar con una mejora ambiental, pues deja de arrojársela a los ríos y otros cursos de agua.

Uno de estos proyectos es llevado adelante por el equipo del ingeniero agrónomo Edson Eiji Matsura, docente de la Facultad de Ingeniería Agrícola (Feagri) de la Universidad de Campinas (Unicamp). “Nuestro objetivo principal consistía en saber cómo podríamos producir caña de azúcar con ayuda de la irrigación sostenible, considerando los aspectos económicos, ambientales y sociales, pues toda la sociedad gana con la disminución del consumo de agua”, explica. El resultado indicó que la reducción de la utilización de agua en una plantación experimental de caña de azúcar fue del 50%. “El principal reto consistió en utilizar el agua residual proveniente de un tratamiento realizado en desagües de nuestra propia facultad.”

Para realizar el experimento, el equipo de la Unicamp almacena el agua residual de las alcantarillas de la Feagri y le aplica tres tipos de tratamiento: el primero en reactores anaeróbicos (tanques cerrados con bacterias), después con plantas hidrofiláceas acuáticas, que poseen grandes sistemas de raíces que filtran el líquido. Por último, éste pasa por filtros de arena. Luego el agua es transportada hasta el cultivo mediante bombas y por tuberías. Y posteriormente se la distribuye en la plantación con tubos de goteo enterrados a profundidades de 20 centímetros (cm) ó 40 cm, mediante una técnica llamada riego subsuperficial o subterráneo. “Es la forma más segura de hacer la irrigación con ese material, pues evita la contaminación de las personas y de las propias plantas sobre el suelo”, explica Matsura. “Asimismo, también es la más eficiente, pues no hay pérdidas por evaporación.”

Estación de tratamiento de desagües en la ciudad de Piracicaba. Cuanto más cerca de los cultivos, mejor es el aprovechamiento

esalqEstación de tratamiento de desagües en la ciudad de Piracicaba. Cuanto más cerca de los cultivos, mejor es el aprovechamientoesalq

El experimento se realizó con el cultivo de caña de azúcar en un predio de media hectárea, equivalente a 5 mil metros cuadrados (m2), en el campo experimental de la Feagri, que en total tienen alrededor de 10 hectáreas. El cultivo de la caña de azúcar comienza con una siembra cuya zafra se concreta 18 meses después. Una pequeña parte de la planta cortada queda en la tierra y brota. Desde entonces se han realizado tres zafras. En una buena plantación comercial pueden hacerse hasta siete. Posteriormente debe rehacerse el cultivo, es decir, hay que plantar de nuevo. Con el riego realizado con agua residual, Matsura espera llegar a 10.

Este optimismo proviene de la eficiencia de la irrigación con aguas residuales domiciliarias probada en bloques del área de cultivo de la Feagri, con nueve tipos de tratamiento: sin irrigación, con riego con aguas residuales aplicado a 20 cm de profundidad sin y con fertirrigación, que es cuando se efectúa el agregado de abonos químicos, con agua residual a 40 cm con y sin fertirrigación, irrigación con agua de reservorio superficial (lago o río) a 20 cm y con agua de reservorio a 40 cm. En cada uno se evaluaron, entre otros parámetros, productividad, desarrollo vegetativo, intercambios gaseosos, diagnóstico nutricional de las hojas y de los culmos y fertilidad del suelo en la primera y en la segunda zafra”, explica Ivo Zuiton, que es dirigido por Matsura, en su tesis doctoral defendida en la Feagri a comienzos de febrero.

Entre los principales resultados del proyecto se encuentra el ahorro de fertilizantes. La concentración de nutrientes en los efluentes permitió la disminución de hasta un 100% de la necesidad de uso de nitrógeno y fósforo en la segunda zafra, y más del 50% para el fósforo, el nitrógeno y el potasio en la primera en comparación con los tratamientos irrigados con el agua de reservorio. En cuanto a la productividad, la misma llegó a más de 200 toneladas por hectárea en las parcelas irrigadas con aguas residuales, el doble que en aquéllas sin riego, que cuentan únicamente con el agua de lluvia.

EsgotoCana INFO2_229-01Según Matsura, en todos los tratamientos irrigados, la huella hídrica, que es el volumen total de agua consumida directa e indirectamente en el proceso de producción de bienes y servicios, fue inferior a la del total no irrigado. Esto se debe a que al irrigar se gasta menos agua proporcionalmente, pues se produce más caña de azúcar. De este modo, al dividirse la producción por el consumo de agua, la huella hídrica es menor en con riego. En el caso de la irrigación con aguas residuales y fertirrigación, la disminución llegó a más del 50% en comparación con el área no irrigada. “La huella hídrica de la caña de azúcar en los cultivos irrigados fue inferior a la estimada en los cultivos no irrigados, con una merma que varía de 35,3 metros cúbicos (m³) a 23,1 m³ por tonelada para los tratamientos con aguas residuales y fertirrigación y aguas de ríos y lagos sin ese agregado de abono”, dice Matsura. “Los resultados confirman la propuesta de la irrigación por goteo subsuperficial de reducir la huella hídrica en el cultivo de caña de azúcar.”

El trabajo de Matsura es una continuidad de otra investigación coordinada por el profesor Adolpho José Melfi, de la Escuela Superior de Agricultura Luiz de Queiroz (Esalq) de la Universidad de São Paulo (USP), con sede en la localidad de Piracicaba. Los científicos liderados por Melfi también probaron el uso de agua residual domiciliaria en el riego de la caña de azúcar entre 2005 y 2010 (lea en Pesquisa FAPESP, edición nº 166). Uno de los principales resultados obtenidos fue un aumento del 60% en la productividad del cultivo. “Asimismo, demostramos que es posible, dependiendo del manejo de la irrigación, efectuar la provisión completa de nitrógeno, potasio y calcio referente a las necesidades de los cañamelares”, comenta Melfi. “La irrigación con efluentes tratados se mostró como una práctica factible para la agricultura desde el punto de vista económico, con la disminución del uso de fertilizantes minerales, y desde el punto de vista ambiental, al promover una mejor gestión de los recursos hídricos”, dice Célia Regina Montes, investigadora del Centro de Energía Nuclear en Agricultura (Cena) de la USP, quien también tomó parte en el trabajo. “Otra ventaja reside en que, en épocas de sequía, el cultivo no sufriría con la falta de humedad, pues el agua residual se produce constantemente y podría seguir utilizándose.”

EsgotoCana INFO2_229-02Matsura empezó a trabajar con agua de reutilización en 1999. “El objetivo era estudiar la utilización de agua residual tratada a través lechos cultivados con plantas hidrofiláceas y su impacto sobre el sistema suelo-planta, además del riego por aspersión y goteo superficial y subterráneo. Sin embargo, al cabo de 12 años, me di cuenta de que habíamos evolucionado poco en términos de utilización y de legislación adecuada al empleo de ese material en la agricultura”. La situación empezó a cambiar en 2010, cuando lo invitaron a conocer el proyecto coordinado por el profesor Melfi, en Piracicaba. “En ese momento entendí que existía la posibilidad de reanudar los estudios anteriores y ampliar los conocimientos en el área, fundamentalmente en sistemas productivos sostenibles”, comenta. “Asimismo, con la caña de azúcar, podíamos explorar la tecnología existente para la producción de etanol, cosa que facilitaría la utilización de agua residual tratada, pues no estaba en juego un alimento.”

En una línea de investigación similar, pero con otra planta, el investigador Rogério Faria, de la Facultad de Ciencias Agrarias y Veterinarias del campus de Jaboticabal, perteneciente a la Universidade Estadual Paulista (Unesp), estudió el uso de los efluentes domésticos con fertirrigación en el cultivo de Brachiaria brizantha, una gramínea perenne originaria de África que se adaptó en Brasil y se la utiliza en alimentación animal. “El aumento poblacional concentrado en áreas urbanas incrementa significativamente la producción de aguas residuales”, dice Faria. “Debido al elevado costo de los sistemas de tratamiento de agua, existe la necesidad de promover la utilización de aguas de alcantarillado”. Por tal motivo, según Faria, la utilización de ese material para el riego constituye una alternativa cada vez más atrayente. La aplicación de aguas residuales mediante fertirrigación suple las necesidades hídricas del cultivo, para el riego y la distribución de residuos con un alto índice de micro y macronutrientes. “En nuestro trabajo, el efluente de desagües tratados suministró hasta 1.000 kilos por hectárea (kg/ha) de nitrógeno y hasta 600 kg/ha de potasio anuales, aparte de otros nutrientes esenciales para esta forrajera”, explica. Esta provisión corresponde a las cantidades de fertilizantes minerales que los agricultores pueden ahorrar al disminuir el costo de producción. Se constató también un incremento de los ingresos brutos como producto del cultivo, toda vez que la Brachiaria brizantha generó un aumento de la producción de forraje de alrededor del 60%.

En la primera zafra de un cultivo de caña de azúcar irrigado con agua de reutilización, la necesidad de abono, de mínima, un 50% menor en fósforo, nitrógeno y potasio

Eduardo CésarEn la primera zafra de un cultivo de caña de azúcar irrigado con agua de reutilización, la necesidad de abono, de mínima, un 50% menor en fósforo, nitrógeno y potasioEduardo César

El riego con aguas residuales domiciliarias tratadas no es la única forma de disminuir el consumo de agua en la agricultura brasileña, fundamentalmente en el sector de azúcar y alcohol. Esto es lo que muestra un trabajo realizado por los investigadores Fábio César da Silva, de Embrapa Informática Agropecuaria, una unidad de la estatal Empresa Brasileña de Investigación Agropecuaria con sede de Campinas, y Alexei Barban do Patrocínio, de la Facultad de Tecnología del Estado de São Paulo, con sede en la localidad de Piracicaba. El estudio, realizado en cuatro centrales azucareras –tres de São Paulo y una del estado de Paraná– demostró que algunas tecnologías sencillas, tales como la limpieza en seco de la caña de azúcar para la quema de la paja en las calderas de alta presión, hacen que el consumo de agua disminuya entre un 11% y un 13% con relación al lavado húmedo usual. “Otra medida, que es el reemplazo del spray (el sistema de refrigeración por aspersión) por la torre de enfriamiento, disminuiría las pérdidas, entre un 5% y un 8%, hasta entre un 1,5% y un 3% en el total del balance hídrico”, dice Da Silva.

Mediante estas acciones, las cuatro centrales en conjunto, que tienen capacidad para procesar 2.400 toneladas de caña de azúcar por hora, podrían ahorrar, en números absolutos, 32.895 m³ diarios de agua. Según Da Silva, los criterios de la certificación internacional de las centrales estipulan actualmente que el consumo debe ser inferior a 20 litros por kilo de azúcar producido y de 30 litros por kilo de etanol. “Los valores obtenidos en nuestro trabajo demuestran que existe la posibilidad de obtenerse un consumo hídrico menor que 10 litros por kilo de azúcar”, dice. “Por eso los resultados de la investigación ayudan en el desarrollo de soluciones sostenibles para la producción de etanol y de azúcar.”

Además del rédito económico, estos estudios muestran los beneficios ambientales que pueden aportar las alternativas apuntadas en los trabajos. Uno de ellos es la preservación de los lagos, ríos y otros reservorios, sumados a las aguas subterráneas, pues el agua reutilizada en la irrigación deja de ser arrojarse allí. “Esto significa utilizar esas fuentes para usos más nobles, tales como el consumo humano y animal, habida cuenta de que esas aguas están volviéndose más escasas.”

Pese a los buenos resultados obtenidos experimentalmente ahora, y a las perspectivas que los mismos abren, todavía existen algunos obstáculos para la utilización a gran escala del agua residual domiciliaria tratada en la irrigación; pero ninguno de ellos es insuperable. Melfi recuerda, por ejemplo, que los efluentes pueden contener metales pesados en su composición, organismos patogénicos y una alta cantidad de sodio y nitrógeno. “Sin embargo, al tratarse de desagües domésticos, los metales pesados no impiden su utilización en la irrigación, porque los tenores ‒cuando están presentes‒ se ubican por debajo de los valores restrictivos que impone la legislación y la Organización Mundial de la Salud [OMS]”, asegura.

Con relación a los riesgos con organismos patogénicos, Melfi dice que pueden minimizarse si se eligen cultivos para irrigación procesados industrialmente, tal como es el caso de la caña de azúcar. Para otros cultivos, cabe la posibilidad de desinfectar el agua tratada con cloro antes de utilizársela en la irrigación, por ejemplo. “En cuanto al sodio, en nuestro proyecto verificamos que la alta concentración de este elemento, que puede causar efectos negativos sobre las propiedades físicas del suelo, fue reversible naturalmente después de períodos de lluvia”, comenta. “Asimismo, es posible escoger, de ser necesario, manejos destinados a la corrección del suelo, con la aplicación de yeso agrícola. Con relación al nitrógeno, se debe adecuarlo a las láminas de irrigación, es decir: suministrar la cantidad exacta que requiere el cultivo, lo que evita fundamentalmente la lixiviación de nitrato hacia la napa freática.”

Un obstáculo más serio es la inexistencia de una legislación específica que regule el tema. Lo que existe actualmente es tan sólo la Resolución nº 375, del 29 de agosto de 2006, emanada del Consejo Nacional de Medio Ambiente (Conama), que trata acerca del lodo de desagües domésticos, que es la parte sólida, un subproducto del tratamiento, y la Resolución 121/ 2010 del Consejo Nacional de Recursos Hídricos (CNRH), que estipula las directrices y los criterios para la práctica de la reutilización directa de agua no potable en las modalidades agrícola y forestal. “Brasil tiene poca experiencia con la utilización de efluentes en irrigación, por eso la legislación no es específica”, dice Faria. Éste cree que los estudios sirven de base para la elaboración de una legislación específica, como así también para la instalación de prototipos en ciudades que hagan las veces de pruebas pilotos.

“El prototipo sería probado en estaciones de tratamiento de desagües de ciudades pequeñas y medianas, de hasta 500 mil habitantes, para evitar que vaya a parar a los espejos de agua”, explica. “En ciudades medianas y pequeñas esta cuestión puede resolverse fácilmente, al preverse la incorporación de áreas para la aplicación de efluentes junto al proyecto de las futuras estaciones de tratamiento, toda vez que el área requerida es pequeña”. De este modo, en una ciudad de alrededor de 80 mil habitantes, como lo es Jaboticabal, en el interior paulista, el volumen de efluentes generado permitiría irrigar entre 240 y 320 hectáreas, en tanto que la vecina Ribeirão Preto, con alrededor de 600 mil habitantes, el área irrigada sería de entre 1.800 y 2.400 hectáreas.

Proyectos
1. Utilización de efluentes de desagües tratados mediante procesos biológicos (lagunas de estabilización y reactores Uasb/ lodos activados) en suelos agrícolas (nº 2004/ 14315-4); Modalidad Proyecto Temático; Investigador responsable Adolpho José Melfi (USP); Inversión R$ 1.055.509,45 y US$ 227.031,64 (FAPESP).
2. El impacto de la aplicación de agua residual tratada vía goteo subsuperficial sobre la nutrición y la fisiología del cultivo de la caña de azúcar (nº 2012/ 03588-6); Modalidad Beca de Doctorado (Ivo Zution Gonçalves); Investigador responsable Edson Eiji Matsura (Unicamp); Inversión R$135.512,52 (FAPESP).
3. Aplicación de agua residual domiciliaria tratada en sistemas de irrigación subsuperficial en el cultivo de la caña de azúcar (nº 2011/ 07301-0); Modalidad Ayuda a la Investigación – Regular; Investigador responsableEdson Eiji Matsura (Unicamp); Inversión R$ 158.751,89 y US$ 65.387,10 (FAPESP).
4. Efectos de la aplicación de efluente de desagües tratados vía fertirrigación en el suelo y en el cultivo de Brachiaria (nº 2012/ 12923-3); Modalidad Ayuda a la Investigación – Regular; Investigador responsable Rogerio Teixeira de Faria (Unesp); Inversión R$ 67.686,75 (FAPESP).