La Desalación y su Impacto en la Agricultura
1. Resumen.
Considerando que el mundo de hoy en día vive con un nivel alto estrés, debido a las preocupaciones Locales, regionales y mundiales sobre la escasez de agua, la agricultura está en la misma sintonía, bajo una constante presión y para poder satisfacer la oferta y la demanda. Los gobiernos de hoy y los agricultores se enfrentan a retos de como satisfacer en diversidad, calidad y cantidad la necesidad del ser humano por estos alimentos que son parte fundamental de nuestra vida.
Cada vez más y afortunadamente se empieza a ver a la desalinización como una opción confiable para aumentar la disponibilidad de agua dulce tanto en zonas cercanas al mar, las cuales, cuentan conrecursos limitados para poder sustentar un entorno agrícola sustentable y en zonas en donde las aguas salobres como; aguas de pozo salinas, aguas subterráneas, aguas de drenaje y aguas residuales requieren ser tratadas para su máximo aprovechamiento.
Entonces, las preguntas que debemos hacernos son: ¿Cómo impulsar la desalinización en este sector?,
¿Qué información debería de estar disponible para el agricultor a fin de que viera como una opción viable la incorporación de esta tecnología en su campo?, ¿Cuál debe ser el enlace entre gobierno, agricultor e iniciativa privada para mejorar ambos sectores?, ¿podemos como profesionistas del agua impulsar esta iniciativa?,
La respuesta a estas preguntas requiere de una discusión profunda que permita replicar las mejores prácticas en estos sectores en nuestra región, durante la siguientes paginas encontraras información oportuna que permitirá entender de mejor manera ambos sectores y como se pueden integrar de una manera efectiva,
a. Introducción
1. Datos y Cifras del Sector Agrícola
Según datos de las Naciones Unidas (ONU), para 2050 la población mundial alcanzará los 10.000 millones de personas, un 32% más de lo que se había calculado en 2015. Con este incremento, aumentará la demanda de alimentos por lo que la seguridad alimentaria global y el suministro de agua potable se convertirá en uno de los principales desafíos globales. Esto es importante porque de acuerdo a cifras del Banco Mundial en donde se pronostica que más de 200 millones de personas tendrán problemas de escasez de agua para el año 2025, también es cierto que la mayoría de esta población estará viviendo a menos de 50 km de una franja costera. La agricultura es una de las actividades fundamentales para poder satisfacer las necesidades de alimentación y bienestar en los países, a medida que la población siga creciendo las necesidades de los alimentos provenientes de este sector se vuelve aún más indispensable para el ser humano.
La tabla # 1
muestra a detalle el área neta proyectada para siembra y producción de granos alimenticios en 2010,
Tabla # 1.Area Neta proyectada para siembra y producción de Granos en los años 2010, 2025 y 2050
El agua como principal recurso de esta actividad y su calidad en contenido, tiene un impacto en los rendimientos y productividades de la gran mayoría de los cultivos, de acuerdo con La Organización Mundial de la Salud (OMS, 2003) considera que un agua es aceptable para su consumo cuando su contenido de sólidos disueltos totales este por debajo de una concentración de 1,000 ppm de sólidos disueltos totales, aunque ese límite es variable para diferentes regiones y países como por ejemplo, la Agencia de Protección del Ambiente (EPA, 1979) de los Estados Unidos de Norteamérica considera que una agua potable es cuando el contenido de sólidos disueltos totales está por debajo de una concentración de 500 ppm. La concentración presente en el agua de iones cloruros o sodio presentes en la mayoría de los tipos de agua pueden tener un efecto en la fitotoxicidad para algunos cultivos, por lo que controlar su valor en el agua puede sin lugar a duda mejorar los rendimientos de los cultivos.
Los expertos en el tema de Osmosis Inversa, clasifican el valor de los sólidos disueltos totales en el agua como el riesgo para el crecimiento adecuado de los cultivos, la Tabla # 2 muestra la clasificación del riesgo;
Tabla # 2. Clasificación del Riesgo en función del contenido salino del Agua
A medida que el valor de solidos disueltos totales en el agua se incremente este tendrá una afectación directa en el crecimiento del cultivo. Se han desarrollaron ecuaciones para estimar el potencial de rendimiento, en función de la salinidad del agua de riego, las cuales se detallan a continuación:
% de Crecimiento (Máximo) = 100 – b (ECe – a)
Donde (b), es el porcentaje de pérdida en el rendimiento relativo por unidad de aumento de salinidad, (a) el umbral de CE que el cultivo puede tolerar y ECe es la conductividad eléctrica de la pasta saturada del suelo, que se mide en el laboratorio.
La CEe es proporcional a la conductividad eléctrica del agua de riego, dependiendo del porcentaje de agua de riego lixiviada debajo de la zona de la raíz.
Riesgo de sodio e infiltración de agua de riego: el parámetro utilizado para determinar el riesgo de sodio es SAR: relación de adsorción de sodio. Este parámetro indica la cantidad de sodio en el agua de riego, en relación con el calcio y el magnesio. El calcio y el magnesio tienden a contrarrestar el efecto negativo del sodio.
Los altos niveles de SAR podrían ocasionar un colapso de la estructura del suelo y problemas de infiltración de agua. El suelo tiende a sellar y a endurecerse y compactarse cuando está seco. Irónicamente, una mayor salinidad reduce el efecto negativo del sodio en la estructura del suelo.
Entonces, cuando los niveles de sodio en el suelo son altos en relación con el calcio y el magnesio, es decir, la SAR es alta, enjuagar el suelo con una buena calidad del agua de riego solo empeorará elproblema. La Tabla # 3 muestra el efecto de la salinidad en los cultivos
Tabla # 3 Riesgo del Sodio y Contenido Salino en los Cultivos
2. Toxicidad de Iones Específicos
La calidad del agua de riego también puede determinarse por la toxicidad de iones específicos. La diferencia entre un problema de salinidad y un problema de toxicidad es que la toxicidad ocurre dentro de la propia planta, como resultado de la acumulación de un ion específico en las hojas. Los iones más comunes que pueden causar un problema de toxicidad son los iones cloruro, sodio y boro. Al igual que con la salinidad, los cultivos difieren en su sensibilidad a estos iones. Se debe prestar especial atención al boro porque la toxicidad ocurre en concentraciones muy bajas, a pesar de que es un nutriente esencial para las plantas. Los niveles tóxicos de incluso un solo ion en el agua de riego pueden hacer que el agua no sea apta para el riego. A través de la desalación por Osmosis Inversa, se puede llegar a alcanzar los niveles óptimos de estos iones y maximizar el crecimiento y rendimiento del cultivo Otro problema significativo es la presencia de una elevada concentración de boro, que puede producir problemas de fitotoxicidad en cultivos sensibles al mismo. Como es sabido, el boro es un elemento muy soluble que tiende a concentrarse en ambientes con limitada circulación de agua (aguas subterráneas), ligado a ambientes con salmueras de origen marino o continental. En el caso de la Agricultura en donde los costos de la propiedad de la tierra y la propia por extraer el agua de los pozos es bajo, la única forma de justificar una inversión en un sistema de desalación están orientadas en la productividad del cultivo, la Tabla # 4 muestra el impacto en la productividad del cultivo de sorgo y Tomatillo al utilizar agua proveniente de un sistema de Osmosis Inversa
Tabla # 4. Mejora en el rendimiento de Sorgo y Tomatillo al utilizar agua proveniente de un sistema de Osmosis Inversa
La figura # 1. Muestra el consumo de agua requerido por parte de algunos cultivos cuando el agua en su contenido presenta una mayor cantidad de sólidos disueltos totales
Figura # 1. Requerimiento de Agua de Riego en función de la cantidad de Sólidos Disueltos Totales
Como se puede observar en la figura # 1, existen cultivos más sensibles al contenido salino presente en el agua y esto se ve reflejado en que sus requerimientos de riego en algunos casos, se incremente hasta en 7 veces que con el uso de agua con un bajo contenido de sales (<500 ppm)
3. Importancia de la Calidad del Cultivo en función de la Calidad del Agua de Riego La salinidad requerida del agua de riego utilizada para lograr una agricultura sostenible, depende del clima, cultivos, suelos y manejo del agua. Por lo tanto, el diseño del sistema de Osmosis Inversa tienen que adaptarse a las necesidades agrícolas específicas y, por lo tanto, a las inversiones y que de esta manera los costos de producción puedan ser optimizados.
Para reducir la cantidad de agua por hectárea y la cantidad de agua aplicada, el agua desalinizada podría utilizarse en cultivos específicos y rentables donde el costo de la desalinización es menor que el costo umbral económicamente factible del agua de riego. La Figura # 2 muestra los costos del agua de riego en relación con los costos totales de algunos cultivos. Esta información puede resultar valiosa al decidir si se usa o no agua desalinizada en la Agricultura.
Entonces, el Agricultor se puede dar cuenta que al utilizar un agua con un bajo contenido de solidos disueltos totales (de acuerdo a rangos recomendados) puede mejorar de manera notable el consumo de agua utilizada para el riego de los cultivos y de manera notable mejorar la productividad por hectárea del cultivo de su preferencia, la Tabla # 5 nos indica los niveles de solidos disueltos recomendados para el mejor rendimiento de cada cultivo:
Tabla # 5. Nivel de SDT recomendado para un mejor rendimiento por Cultivo
4. Efecto del Boro en el rendimiento de los cultivos El boro tiene un impacto directo en el rendimiento de los cultivos debido a su nivel de toxicidad, la concentración promedio de Boro en el agua de mar es de 4.5 ppm (Weast et al., 1985) y el nivel máximo
aceptable de Boro en el Agua para Consumo humano es de 2.4 ppm (WHO, 2009). Por lo que se vuelve imprescindible determinar su valor y composición una vez que se ha decidido utilizar el agua como insumo principal para productos que tendrán contacto directo con el consumo humano, en la Agricultura, el boro es esencial para el crecimiento de las plantas en cantidades relativamente pequeñas, pero se vuelve tóxico en dosis más altas como por ejemplo:
< 0.5 ppm: limón, zarzamora…
0.5 – 0.75 ppm: aguacate, naranja, cebolla…
0.75 – 1 ppm: Ajo, Trigo, Girasol…
1 – 2 ppm: Pimiento, Patata, Zanahoria…
Si estos valores se sobrepasan es muy probable que se afecte el cultivo, de tal manera que muchos países tienen regulaciones estrictas para la concentración de boro, algunos ejemplos de estos se enlistan a continuación:
España 1 ppm
Algeria 1 ppm
Grecia 1 ppm
Israel 0.3 ppm
Singapur 0.5 ppm
Marruecos 1 ppm
Malta 0.9 ppm
Este elemento generalmente se encuentra presente en el agua como ácido bórico o como ion borato, la composición de este elemento afectara directamente el porcentaje de remoción por una membrana de Osmosis Inversa.
b. Tecnologia de Desalacion y Costos
De acuerdo los expertos, las mejores tecnologías de desalinización son la destilación (multi-etapas flash, MSF) y tecnologías de membrana (ósmosis inversa, RO) Tanto la Osmosis Inversa (OI) y la tecnología de electrodiálisis (EDR) se aplican para desalinizar agua salobre con concentraciones de SDT menores a las 10,000 ppm. Por otra parta la tecnología de Osmosis Inversa y la destilación se utilizan para desalinizar aguas de mar con concentraciones de solidos disueltos totales por encima de las 30,000 ppm .La mayoría de las plantas de destilación instaladas, tratan volúmenes de agua de alrededor de los 55,000 m3/día, mientras que los sistemas de Osmosis Inversa tienen la flexibilidad de tratar flujos más pequeños y similares o más grandes a los que tratan las plantas de destilación. Los costos estimados se describen principalmente para la industria y el agua potable, aunque para la agricultura está dentro del rango:
para plantas grandes, destilación de agua de mar: US $ 1.00–1.50 / m3
Osmosis Inversa aplicado al agua de mar: más de US $ 0.8 ~ 1.50 / m3
o para plantas pequeñas; US $ 1.00–1.50 / m3
o para plantas medianas, y menos de US $ 1.00 / m3
o para plantas grandes; menos de US $ 0,50 / m3
Las tendencias actuales muestran que los costos de destilación están cayendo debido a las economías de escala (aplica para plantas grandes) y los costos de los sistemas de Osmosis Inversa están disminuyendo más rápidamente debido a la nueva tecnología, en especial a la tecnología de membranas de Osmosis Inversa, la última innovación del mercado ha sido integrar Nanotecnología a las membranas de osmosis inversa mejorando la producción de agua por elemento, disminuyendo los costos energéticos y mejorando el rechazo de sales1, La figura # 3 nos muestra como la tecnología de osmosis inversa es la que más se ha mejorado en los últimos años en lo que respecta al consumo energético y como la tecnología de membranas ha ido
mejorando a lo largo de los últimos años Figura # 3. Comparativo de Tecnologías de Desalación en relación al consumo energético que demanda cada una
c. Uso de Agua desalinizada en la Agricultura
Como se pudo observar en las gráficas anteriores, a medida que los agricultores utilicen en sus respectivos cultivos un agua con un contenido específico de solidos disueltos totales de acuerdo a su naturaleza, el rendimiento de estos será mucho mayor en algunos, como lo indican las gráficas de las figuras #1 y #2. El agua desalinizada es de alta calidad y puede tener un impacto menos negativo en los suelos y en los Cultivos en comparación con el uso directo de agua salobre. Por consideraciones de costos, la desalinización de agua salobre es más adecuada para la agricultura. Aunque en regiones como Baja California en Mexico, la desalinización de agua de mar es bastante atractiva e impulsa una de las principales agrícolas del país.
Las aguas residuales y la desalinización del agua constituyen una de las principales fuentes potenciales de agua para la agricultura si lo vemos desde el punto de mejor aprovechamiento y cuidado del agua y desde la óptica de mejorar los cultivos. Las tecnologías para el tratamiento de aguas residuales terciarias y la desalinización tienen mucho en común. Sin embargo, el costo del tratamiento varía según el tipo de tratamiento y el uso final previsto del agua del producto. Reutilización de aguas residuales tratadas en agricultura es menos costoso que el agua desalinizada, sin embargo la calidad del agua producto es muy
diferente. Con sus beneficios asociados, la reutilización de aguas residuales tratadas también tiene problemas en términos de aceptación pública y potencial riesgos para la salud y el medio ambiente
Aunque la Organización Mundial de la Salud (OMS), la FAO y los gobiernos locales han especificado directrices y normativas para la reutilización de aguas residuales, de hecho en algunos países ya existen normas establecidas que establezcan los parámetros límite para el uso del agua tratada en la agricultura,sin duda en Latinoamérica se debiera de trabajar de manera conjunta para hacer más estrictos estos lineamientos y asegurar que el agua realmente es potable.
Los profesionales del Agua recomiendan el tratamiento de las aguas residuales como una opción viable en sustentabilidad para el desarrollo del sector agrícola así como acompañarlo de un programa informativo y educativo al público en general para fomentar su aceptación entre las principales comunidades.
d. Estructura de Costos de las Tecnologías de Desalación
La estructura de costos de las tecnologías de desalación se muestra en la siguiente tabla, con el
propósito de comparar los diferentes esquemas de las alternativas de desalinización:
Conclusiones.
La cantidad de solidos disueltos totales en el agua utilizada para el riego de cultivos impacta de manera dramática en el rendimiento de estos, considerando que hoy en el mundo la agricultura representa más del 70% del consumo de agua potable que requerimos para subsistir debiéramos de aprovecharla de la manera más eficiente, si continuamos utilizando agua con un alto contenido de solidos disueltos en la agricultura se seguirán tendiendo rendimientos pobres en la cosecha junto con un alto consumo de agua durante su riego.
La tecnología de desalación por osmosis inversa ha demostrado ser hoy en día la tecnología más eficiente y menos costosa, utilizando membranas con nano compuestos LGChem se puede impactar de manera dramática la eficiencia de los sistemas.
Cultivos mejor seleccionados pueden detonar el crecimiento de las comunidades de los países que confirmamos la región, un sector con mayor información a su disposición puede generar mayor conciencia en los agricultores y permitirles tomar mejores decisiones.