REDIELUZ

ISSN 2244-7334 / Depósito legal pp201102ZU3769 Vol. 9 N° 1 • Enero - Junio 2019: 76 - 84

CALIDAD DEL AGUA DE RIEGO EN LOS ACUÍFEROS DE LA CUENCA DEL LAGO DE MARACAIBO, VENEZUELA

Quality of irrigation water in the aquifers of the Lake maracaibo basin, venezuela

Mauricio Montiel

ÁREA INVESTIGACIÓN TECNOLÓGICA

Facultad de Agronomía, Departamento de Ingeniería Suelos y Aguas Universidad del Zulia, Maracaibo, Venezuela mbmontiel@fa.luz.edu.ve

RESUMEN

La agricultura del estado Zulia es fuertemente dependiente de las aguas subterráneas, especial- mente en la zona norte por poseer bajas precipita- ciones; sin embargo, la calidad del agua de riego ha sido afectada por diversos factores y aunado a la deficiente documentación actualizada ha genera- do un impacto negativo en la vegetación, suelos y equipos de riego. Con la finalidad de evaluar la cali- dad del agua de riego en los acuíferos de la cuenca del Lago de Maracaibo, se utilizó una data georre- ferenciada de 714 pozos, describiendo las carac- terísticas del pH, CE, IS, ALC, DT, RAS, TDS, con-

centración de aniones (Cl-, HCO -, SO =, NO -, F-) y

Las mayores concentraciones de nitratos se observaron en los acuíferos del municipio Ma- chiques de Perijá, producto de la excesiva fer- tilización irracional en sistemas de ganadería con pastoreo intensivo.

Palabras clave: Agricultura de precisión, varia- bilidad espacial, geoestadística.

ABSTRACT

The agriculture of the Zulia state is strongly de- pendent on groundwater, especially in the northern zone because it has low rainfall; However, the qua- lity of irrigation water has been affected by various factors and, together with the poor updated docu-

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cationes (Ca2+, K+, Mg2+, Na+, Fe2+) para su análisis

geoestadístico. Se determinaron los semivariogra- mas isotrópicos y anisotrópicos de cada variable y se ajustó a un modelo matemático para describir su comportamiento espacial. Se realizó una interpola- ción por el método de krigage puntual para obtener mapas de distribución espacial y así conocer los acuíferos de baja calidad para su manejo racional en el riego agrícola. Los resultados muestran que los acuíferos localizados en la costa occidental y oriental del Lago de Maracaibo presentaron res- tricciones de uso para el riego agrícola, por altos niveles de sales solubles, Na+, RAS y carbonatos, especialmente en las zonas de influencia coste- ra del Lago de Maracaibo, siendo los municipios Mara, La Cañada de Urdaneta, Rosario de Perijá, Machiques de Perijá y Jesús Enrique Lossada los más afectados.

Recibido: 20-01-2019 Aceptado: 03-03-2019

mentation, it has generated a negative impact on

vegetation, soil and irrigation equipment. In order to evaluate the quality of irrigation water in the aquifers of the Maracaibo Lake basin, a georefe- renced data of 714 wells was used, describing the characteristics of pH, CE, IS, LAC, DT, RAS, TDS, concentration of anions (Cl-, HCO3-, SO4 =, NO3-, F-) and cations (Ca2 +, K +, Mg2 +, Na +, Fe2 +) for their geostatistical analysis. The isotropic and anisotropic semivariograms of each variable were determined and adjusted to a mathematical model to describe their spatial behavior. An interpolation was carried out by the method of punctual kriga- ge to obtain maps of spatial distribution and thus to know the aquifers of low quality for their rational management in agricultural irrigation. The results show that aquifers located on the western and eas- tern coast of Lake Maracaibo presented restrictions of use for agricultural irrigation, due to high levels of soluble salts, Na +, RAS and carbonates, especially in areas of coastal influence of Lake Maracaibo , the municipalities Mara, La Cañada de Urdaneta,

Rosario de Perijá, Machiques de Perijá and Jesús Enrique Lossada being the most affected. The hi- ghest concentrations of nitrates were observed in the aquifers of the Machiques de Perijá municipa- lity, product of excessive irrational fertilization in li- vestock systems with intensive grazing

Keywords: Precision agriculture, spatial variabi- lity, geostatistics.

INTRODUCCIÓN

Los acuíferos cumplen un papel importante en el desarrollo de diversas actividades socioeconó- micas de la población, tal como la agricultura; sin embargo, el aumento demográfico y la creciente demanda de alimentos conllevarán a un incremento en la dependencia del riego agrícola, especialmen- te en zonas con bajas precipitaciones. En Vene- zuela se evidencia la importancia de los acuíferos a través de las infraestructuras de riego en 1.055245 ha, de las cuales 29,2% se localizan en la región centro occidental del país, que incluye al estado Zu- lia (FAO 2016).

La agricultura de la cuenca del Lago de Maracai- bo es fuertemente dependiente de estas fuentes, especialmente en la zona norte y costera por baja pluviosidad; no obstante, la calidad fisicoquímica de estas aguas ha sido afectada por factores lito- lógicos, antrópicos y climáticos. De esta manera, el fortalecimiento del cambio climático, las bajas pre- cipitaciones y la alta extracción de agua subterrá- nea en las zonas costeras han producido la entrada de intrusiones salinas desde el Lago de Maracaibo, contribuyendo a la salinización de estos cuerpos. En consecuencia, el uso de aguas salinas para el riego de cultivos y pastizales ha generado proble- mas de acumulación de sales sódicas en los suelos de diferentes zonas agrícolas de la cuenca de Lago de Maracaibo, tal como ocurrió en el municipio Mara, limitando la sostenibilidad de los sistemas de producción (Rodríguez 2012, Moreno et al. 2015).

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Por otro lado, el uso excesivo de fertilizantes nitrogenados y las altas precipitaciones en zonas ganaderas de Perijá con sistemas de pastoreo in- tensivos, ha favorecido a la lixiviación de NO - hasta acumularse en los acuíferos (Velazco et al. 2009). Asimismo, el factor litológico ha intervenido en la calidad fisicoquímica de las aguas subterráneas, a través de los procesos hidrogeoquímicos con el material parental de los acuíferos, tal como ha ocu- rrido en los acuíferos del municipio Rosario de Pe- rijá, por la presencia de aguas con altos niveles de

sodio (Vegas 2016). Asimismo, en los acuíferos del sur del Lago de Maracaibo, Montero et al. (2007) señalaron aguas con altos contenidos de sodio y calcio, debido a los procesos de intercambio catió- nico producto de las acumulaciones sedimentarias de la génesis de estas fuentes.

Las limitantes de la calidad del agua de los acuí- feros de la cuenca del Lago de Maracaibo, dificulta el desarrollo de las actividades agrícolas, puesto que actualmente no se ha documentado el esta- do vigente de la calidad del agua para riego; por lo tanto es necesario evaluar las características y su distribución para brindar una herramienta de apoyo a productores que no dispongan de un análisis de la calidad del agua para el riego. De esta manera, se cuenta con el análisis geoestadístico y los siste- mas de información geográfica (SIG), que permiten obtener información precisa sobre la variabilidad espacial en la calidad de las fuentes de agua en una región. Los resultados de estas tecnologías han servido como apoyo para el uso eficiente de los acuíferos de baja calidad en diferentes zonas agrí- colas del mundo, permitiendo su óptima conser- vación para garantizar la sostenibilidad de la pro- ducción agropecuaria. La importancia de las aguas subterráneas y la diversidad de sus características, justificaron el desarrollo de esta investigación, con el objetivo de evaluar la calidad del agua de riego en los acuíferos de la cuenca del Lago de Maracai- bo, Venezuela. Para esto se analizó la distribución espacial de los parámetros físico-químicos de estos acuíferos y se construyeron mapas de distribución espacial, a fin de detectar zonas con aguas de baja calidad para recomendar prácticas de manejo ra- cional en pro de la conservación de acuíferos, sue- los y equipos de riego.

MATERIALES Y MÉTODOS

La red de acuíferos evaluados se localizan en los municipios de la costa occidental, oriental y zona sur de la cuenca del Lago de Maracaibo (Fig. 1), con características climáticas que van desde bosque muy seco tropical y bosque seco tropical en la zona norte, hasta bosque sub húmedo tropical y bosque húmedo tropical en el sur de la cuenca. La temperatura promedio anual oscila alrededor de 28 ºC y el régimen pluviométrico es bimodal, con precipitaciones promedios que va aumentan- do desde 250 mm∙año-1 en la zona norte, hasta

3.500 mm∙año-1 en el sur del Lago de Maracaibo (INAMEH 2017).

La base de datos utilizada proviene del inven- tario de los acuíferos disponibles en las zonas ru- rales del estado Zulia, realizado por el Ministerio de Obras Públicas y la Facultad de Ingeniería de la Universidad del Zulia, entre los años 1980-1990, sobre una cartografía a escala 1:100.000. El total de observaciones fueron 714 pozos que se encuen- tran georreferenciados en el sistema de coordena- das geográficas longitud y latitud, husos horarios 18 y 19, con referencia al datum del Sistema de Re- ferencia Geocéntrica para las Américas (SIRGAS) y a la Red Geocéntrica de Venezuela (REGVEN).

Los atributos evaluados en los acuíferos fue- ron: el potencial de hidrógeno (pH), conductividad eléctrica (CE), índice de saturación (IS), alcalinidad (ALC), dureza total (DT), relación de adsorción de sodio (RAS), sólidos disueltos totales (TDS), con-

centración de aniones (Cl-, HCO -, SO =, NO -, F-)

Se realizó un análisis geoestadístico utilizando el programa GS+ v. 5.0, para lo cual la red de po- zos evaluados se subdividió en cuatro (4) zonas; Z1 (costa occidental), Z2 (costa oriental), Z3 (costa sur) y Z4 (costa sur-oriental), a causa de la inter- ferencia del Lago de Maracaibo. Seguidamente se determinaron los parámetros de los semivariogra- mas isotrópicos y anisotrópicos, para conocer el grado de dependencia espacial de cada variable en una tendencia fuerte (efecto pepita <25%), mo- derada (efecto pepita entre 25-50%) y débil (efec- to pepita >75%), según el criterio de Cambardella et al. (1994).

Los semivariogramas fueron ajustados a un modelo matemático por regresión lineal utilizando el método de mínimos cuadrados. Se seleccionó el modelo que presentó un mayor coeficiente de

determinación (R2) y menor suma de los cuadra-

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y cationes (Ca2+, K+, Mg2+, Na+, Fe2+). La data fue depurada y organizada, eliminando los valores re- petidos y extremos. Las estadísticas descriptivas de cada variable fueron calculadas con el progra- ma Excel® estimándose la media, valores mínimos y máximos, desviación estándar, coeficiente de variación, y la construcción de histogramas de fre- cuencias para conocer la distribución normal como requisito principal para los análisis geoespaciales.

Figura 1. Red de acuíferos evaluados en la cuenca del Lago de Maracaibo

Fuente: Elaboración propia (2018)

dos del error (RSS). A partir de los semivariogra- mas calculados, se realizó la interpolación de las observaciones de cada variable, utilizando la téc- nica de krigging puntual, para determinar las iso- líneas de distribución espacial. La validación de la interpolación se realizó por regresión lineal de los datos observados sobre los valores estimados por el modelo ajustado con los semivariogramas (validación cruzada).

Una vez que se verificó la confiabilidad de la in- terpolación, se realizaron los mapas de distribución espacial, los cuales fueron dispuestos sobre un pla- no cartográfico del estado Zulia utilizando el progra- ma de sistema de información geográfica ArcGIS

1. 10.2.1. Finalmente se interpretaron los mapas resultantes a través de los manuales de aguas para riego de la FAO y se infirió sobre el efecto de su uso para el riego agrícola en las diferentes zonas de esta región.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

La mayoría de los parámetros analizados pre- sentaron un alto coeficiente de variación, a excep- ción del pH (Tabla 1), indicando que existe una alta variabilidad de las observaciones obtenidas en toda la cuenca del Lago de Maracaibo. Esto dificulta la interpretación de la calidad del agua para riego en forma precisa, por lo que se hace necesario el uso del análisis geoestadístico para tratar de mejorar la precisión en la caracterización espacial de la cali- dad fisicoquímica del agua para riego.

Las variables evaluadas presentaron dependen- cia espacial en una sola dirección y en todas las direcciones, ajustada principalmente a una ecua-

ción esférica y exponencial en Z1 y Z4, mientras que en Z2 y Z3 se obtuvo una mayor precisión con un modelo esférico; siendo estos modelos los más utilizados para describir la variabilidad espacial de las propiedades físico-químicas del agua para rie- go en investigaciones precedentes por Moreno et al. (2015). Los semivariogramas obtenidos para la mayoría de las variables analizadas, mostraron un

alto coeficiente de determinación (R2) que osciló entre 75-90% y un bajo efecto pepita (Co<25%), in- dicando la ausencia de varianza aleatoria y la exis- tencia de una fuerte dependencia espacial (Fig.2a). Es decir que son variables altamente predecibles al momento de realizar un análisis de calidad del agua en un sitio no muestreado, según el señalamiento

de Cambaradella et al. (1994).

Tabla 1. Estadística descriptiva de la calidad del agua para riego en los acuíferos de la cuenca del Lago de Maracaibo

Fuente: Datos de la investigación (2018).

En contraste, se observaron variables (HCO-3, Fe2+ en Z1) con moderados efectos pepita (Co 25- 50%), tal como se refleja en la Figura 2b, presen- tando una moderada dependencia espacial (50%),

implicando que la red de muestreos para estas va- riables debe realizarse a menores distancias para obtener una mayor precisión en los parámetros de los semivariogramas.

a)

b)

Figura 2. Semivariograma isotrópico de a) IS, b) Fe2+ en los acuíferos de la costa occidental de la cuenca del Lago de Maracaibo

Fuente: Datos de la investigación (2018).

El pH de las aguas evaluadas se encontró den- tro de los valores normales (6,0 y 7,5), establecidos para el uso en el riego agrícola por la FAO (1986) (Fig. 3). En los municipios Rosario y Machiques de Perijá presentaron los mayores valores de pH (>7,5), posiblemente asociado a los aportes sedi- mentarios del río Palmar que son ricos en carbo- natos de calcio y magnesio, y al material parental de origen marino (Vegas, 2016). Por otro lado, en los acuíferos de la costa oriental del Lago, el pH aumenta hacia el municipio Baralt, pudiéndose de- ber a las características químicas de los suelos (pH alcalinos) ricos en carbonatos de calcio y magne- sio, provenientes de los aluviones del río Motatán (Noguera et al. 1994, Umbría 2002). En los acuífe- ros de la zona del sur del Lago, se observó que los mayores valores de pH se ubican en los Municipios Colón, Catatumbo y Francisco Javier Pulgar, lo cual podría estar explicado por la evolución geoquímica de intercambio catiónico y a la disolución de calci- tas en la formación de estas fuentes y coincide con el reporte de Montero et al. (2007).

El patrón de distribución espacial de CE, Cl-, SO4=, HCO3-, Ca2+, Mg2+ y K+ en Z1, presen- tó una estricta correlación espacial, mostrando valores por encima de los límites recomendados para el uso en el riego, siendo los municipios Je- sús Enrique Lossada y Rosario de Perijá los más afectados (Fig.4 a,b) probablemente asociado al aporte de sales por los procesos hidrogeoquímicos con el material parental de origen marino ocurridos en la formación de los acuíferos en estas localida- des (Vegas 2016). Por otro lado, los acuíferos del municipio Mara muestran altos valores de CE (4,0 dS∙m-1), como consecuencia de las intrusiones sa- linas ocasionadas por la sobre utilización de estas fuentes; similares resultados fueron reportados por Moreno et al. (2015) y Rodríguez (2012).

Figura 3. Distribución espacial del pH en los acuífe- ros de la cuenca del Lago de Maracaibo

Fuente: Datos de la investigación (2018).

Figura 4. Distribución espacial de: a) CE , b) Cl- en los acuíferos de la cuenca del Lago de Maracaibo

Fuente: Datos de la investigación (2018).

Los altos valores de CE en estos acuíferos im- plican un alto grado de restricción para el riego agrícola, y que podrían causar el aumento en los problemas de las propiedades físico-químicas de los suelos (salinización) y la disminución de los ren- dimientos de los cultivos y pastizales (FAO 1986). Es necesario desarrollar cálculos sobre de coefi- ciente de transmisividad para conocer el balance de la oferta y demanda de agua en los acuíferos del municipio Mara, a fin de conocer la capacidad de respuesta a su recarga, para disminuir la sobre utilización. Por otro lado se requiere la implementa- ción de buenas prácticas que mitiguen los proble- mas señalados, como el uso de sistemas de riego por goteo y la incorporación de tecnologías inno- vadoras como es el caso de la desalinización por osmosis inversa.

Los valores del índice de saturación (IS) en los acuíferos de Z1 (Fig. 5), muestran que estas aguas tienen un alto potencial corrosivo (<-2,50) sobre los sistemas de riego al utilizarse en la agricultura

(FAO 1986). Sin embargo, existe una disminución de este problema (>-0,50) en los municipios La Ca- ñada de Urdaneta, Rosario de Perijá y Machiques de Perijá, a causa de la presencia de aguas satu- radas con carbonatos de calcio y magnesio (Peters et al. 1990). El patrón de distribución de este pará- metro coincide con el comportamiento espacial del contenido de calcio y magnesio, así como también para el pH (Fig. 3), observándose que los niveles de esta variable aumenta a medida que el pH dis- minuye de las riberas del Lago de Maracaibo en la costa occidental. Por otro lado, se observó que el patrón de distribución de la CE posee correlación espacial con el IS, encontrándose las aguas corro- sivas en niveles bajos de CE y aguas incrustantes en niveles altos de CE (Fig. 4a).

Figura 5. Distribución espacial del IS en los acuíferos de la cuenca del Lago de Maracaibo

Fuente: Datos de la investigación (2018).

Los mayores valores de hierro en los acuíferos evaluados, se observaron en la Z1, específicamen- te en los municipios Jesús Enrique Lossada, Rosa- rio de Perijá y Machiques de Perijá, cuyos valores sobrepasan los límites permisibles para el riego agrícola (> 5,00 mg/L-1), presentando restricciones en su uso y acarreando problemas en la obstruc- ción de tuberías y equipos de riego (FAO 1986). Las concentraciones de este elemento pudieran estar explicadas a la disolución de rocas ferrosas, produciendo la oxidación del hierro de su forma ferrosa a férrica, prediciendo la insolubilidad en el agua. Es por ello que se recomienda la oxidación de este elemento a través de la aireación del agua para la precipitación de su forma férrica, para así disminuir el deterioro de tuberías y equipos de riego (FAO 1987, Padilla 2010).

Los niveles de ALC y DT de las aguas evaluadas en Z1, mostraron valores que sobrepasan los lími- tes permisibles para el riego agrícola (150 mg/L-1 para ALC y 180 mg/L-1 para DT), siendo los muni- cipios Jesús Enrique Lossada, Rosario de Perijá y Machiques de Perijá los más afectados. Por otro lado, en el municipio Baralt los valores de ALC y DT sobrepasan los límites permisibles para el riego, encontrándose aguas con 452 mg/L-1 de carbona- tos, probablemente asociado al lavado de CaCO3

y MgCO3 del material parental de los suelos ori-

ginarios de los aluviones del río Motatán, que se

acumulan en los acuíferos de la zona (Noguera et

al. 1994, Umbría 2002). Asimismo, las zonas afec- tadas por la presencia de aguas duras y alcalinas, deben implementarse manejos agronómicos como la aplicación de materiales acidificantes a fin de disminuir las obstrucciones de los equipos de riego y el aumento de la alcalinidad de los suelos (FAO 1986). Cabe destacar que los niveles de estos pa- rámetros coinciden con el patrón de distribución es- pacial del pH, Ca2+, Mg2+ e IS (Figs. 3 y 5).

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El patrón de distribución espacial del conteni- do de nitratos en los acuíferos evaluados (Fig. 6) muestran una contaminación puntual en Z1 (mu- nicipios Jesús Enrique Lossada y Machiques de Perijá) y Z2 (municipio Sucre); sin embargo, los ni- veles de este compuesto no sobrepasan el rango estándar establecido por la Organización Mundial de la Salud (50 ppm), pero sobrepasaría los nive- les encontrados (26 ppm) si no se toman medidas de prácticas de fertilización racional. La presencia de este compuesto estaría acentuada por el uso excesivo de fertilizantes nitrogenados en sistemas de pastoreo intensivos localizados en estas zonas con características edafoclimáticas que favorece la lixiviación del NO - (texturas gruesas de los suelos y altas precipitaciones) hasta acumularse en los acuíferos. Cabe destacar, que la presencia de las altas concentraciones de NO - en los acuíferos de los municipios Machiques de Perijá y Sucre tam- bién fue reportada por Velazco et al. (2009) y Mon- tero et al. (2007).

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Machiques de Perijá y Jesús Enrique Lossada los más afectados. Los problemas por corrosión férri- ca se localizaron en los acuíferos de los municipios Rosario de Perijá y Jesús Enrique Lossada. Las mayores concentraciones de nitratos se encontra- ron en los acuíferos de los municipios Machiques de Perijá, Rosario de Perijá y Jesús Enrique Lossa- da. Todos los parámetros evaluados (excepción de NO -) presentaron una estricta correlación espacial, específicamente en el cuadrante noroeste de cuen- ca (municipios Jesús Enrique Lossada y Rosario de Perijá) indicando que su comportamiento se debe a factores litológicos de procesos hidrogeoquímicos con materiales de origen marino depositados en la era cuaternaria de la formación de la cuenca del Lago de Maracaibo. El comportamiento de nitratos se debe a contaminaciones puntuales producto de la actividad antrópica.

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Figura 6. Distribución espacial del contenido de NO - en los acuíferos de la cuenca del Lago de Maracaibo

Fuente: Datos de la investigación (2018).

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Para disminuir la lixiviación de NO - se recomien- da la utilización racional de agroquímicos a través de programas de fertilización, de acuerdo a las con- diciones edafoclimaticas de la zona (texturas de los suelos y altas precipitaciones). La aplicación de la dosis correcta de los fertilizantes nitrogenados y su fraccionamiento disminuirá la lixiviación de NO - y su acumulación en los acuíferos. Otras de las prác- ticas para reducir este problema corresponden al uso de fertilizantes amoniacales de lenta liberación, así como la inoculación de organismos inhibidores de la nitrificación.

CONCLUSIONES

Los resultados muestran que la calidad del agua para riego en los acuíferos localizados en la costa occidental y oriental del Lago de Maracaibo presen- taron restricciones de uso para el riego agrícola por altos niveles de sales solubles, Na+ y carbonatos, especialmente en las zonas de influencia coste- ra del Lago de Maracaibo, siendo los municipios Mara, La Cañada de Urdaneta, Rosario de Perijá,

RECOMENDACIONES

Es recomendable el uso de enmiendas para co- rregir los problemas de sodio y carbonatos de los acuíferos; en tanto que los problemas por corrosión férrica se manejan con tratamientos de oxigenación de las aguas al momento del bombeo para evitar el impacto negativo en los equipos de riego. Los ex- cesos de nitratos requieren de ajustar los planes de fertilización en los sistemas de pastoreo intensivo a fin de evitar la lixiviación de los residuos hasta los acuíferos. Por otro lado, se debe de incrementar el número de observaciones para obtener mayor pre- cisión en las variables de la calidad del agua para riego, especialmente en la costa oriental del Lago de Maracaibo, ya que presentó la menor cantidad de pozos georreferenciados. Se recomienda de- sarrollar cálculos de coeficiente de transmisividad en los acuíferos del municipio Mara para conocer el balance de la oferta y demanda de agua, a fin de disminuir la sobre utilización. Se exhorta a los institutos municipales de ambiente realizar un aná- lisis espacial semi-detallado por municipios (escala 1:25.000) para obtener mayor precisión y confia- bilidad en el comportamiento de las propiedades químicas del agua para riego, y así brindar apoyo a los productores agrícolas. Realizar un análisis es- pacio-temporal para conocer los cambios que han ocurrido desde el año que se muestreó este trabajo hasta la actualidad.

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