2.6. Calidad del agua y soluciones nutritivas

Para preparar la solución nutritiva se debe tener en cuenta la concentración de sales en el agua de riego. Generalmente el agua contiene cantidades importantes de bicarbonato, calcio, magnesio, sulfato y boro, los cuales deberán tenerse en cuenta al formular la solución nutritiva. Algunos cuerpos de agua (acuíferos subterráneos y aguas superficiales como ríos, lagunas, lagos) podrían estar contaminados con aguas residuales o lixiviación de nutrimentos, por lo que tendrán nitratos, amonio y fosfatos, en cuyo caso deberán también tomarse en cuenta. La cantidad de micronutrimentos normalmente es mínima (trazas), aunque algunas veces es posible detectar valores significativos de Zinc (hasta en 0.5 mg L^-1) debido a la utilización de tubería galvanizada en algunas instalaciones de la red hidráulica.

También el agua contiene sodio y cloro que, en cantidades altas aumentan la salinidad del agua y pueden provocar toxicidad a las plantas, por lo que no se recomienda usar fertilizantes que aportan estos elementos como el cloruro de potasio KCl, cloruro de calcio CaCl₂ y nitrato de sodio NaNO₃.

En la mayoría de las aguas, el principal problema que se presenta es la alcalinidad, normalmente influida por el equilibrio CO₃/HCO₃. Esta relación es una medida de la resistencia del agua a su acidificación a valores ideales de pH (5.5-6.0) de las soluciones nutritivas. Para neutralizar la alcalinidad será necesario agregar ácidos fuertes como el sulfúrico, fosfórico, nítrico o incluso el clorhídrico. Si la concentración de bicarbonato (HCO₃^-) es inferior a 0.5 meq L^-1, no es necesario acidular el agua.

La resistencia del agua a disminuir el pH es lo que se llama capacidad tampón ó buffer, o capacidad de amortiguamiento. Si se representa gráficamente la disminución de pH en función del ácido agregado, se verá que la curva tiene forma sigmoidal con dos puntos de inflexión, uno a pH 8.3 donde los carbonatos CO₃^2- se destruyen y pasan a bicarbonatos HCO₃^-, y otro punto a pH 4.3 donde se destruye el ion HCO₃^- y pasa a ácido carbónico H₂CO₃. Este es un ácido débil que se descompone en CO₂ y H₂O. Las reacciones son las siguientes:

CO₃^2- + H⁺ → HCO₃^-

HCO₃^- + H⁺ → CO₂ ↑ + H₂O

El consumo inicial de ácido es alto con disminuciones pequeñas de pH. Alrededor de pH 5.5 se tiene un contenido aproximado de HCO₃^- de 0.5 meq L^-1. No es conveniente destruir totalmente los HCO₃^- porque el pH puede bajar a 4.3 o menos, con consecuencias negativas para la planta desde el punto de vista fisiológico y problemas de estructura física en los sustratos (Por ejemplo la lana de roca y perlita pierden estabilidad física a pH menor de 5).

Para calcular la cantidad total de sales que tendrá la solución nutritiva (sales en el agua + sales de los fertilizantes), deben restarse los HCO₃ destruidos, los cuales se transformaron en CO₂ y H₂O.

En el Cuadro 11 se presenta la composición química de algunas aguas procedentes de distintas regiones de México, donde se aprecia la variabilidad tanto en pH como en contenido de sales.

Cuadro 11. Resultados del análisis químico de aguas de diferentes regiones de México (Laboratorio Central de la Universidad Autónoma Chapingo).

ND: No detectado por el método empleado

Antes de proceder a la interpretación de los resultados del análisis químico del agua, se deben establecer algunas relaciones entre los datos para decidir si se puede confiar en las determinaciones reportadas. Por ejemplo: a) la suma de aniones debe ser igual a la suma de cationes, b) la suma de cationes o de aniones dividida entre 10 debe ser igual a la conductividad eléctrica, c) si el pH es mayor de 8.2 indica presencia de carbonatos CO₃, pero si es menor de 8.2 solo se deben detectar a los bicarbonatos HCO₃. El Cuadro 12, muestra un ejemplo de interpretación de análisis de agua.

Cuadro 12. Interpretación de un análisis químico de agua (Pánuco, Ver)

CSR: Carbonato de sodio residual, RAS: Relación de adsorción de sodio

pH. Se trata de un agua con pH muy alcalino (mala calidad), lo que se explica por la cantidad de bicarbonatos (HCO₃) y carbonatos (CO₃) presentes en el agua. Sin embargo, si esta agua se acidula a pH 6, se neutralizarán los carbonatos y la mayor parte de los bicarbonatos, produciendo un agua de buena calidad por este parámetro.

Conductividad eléctrica (CE, dS m^-1). Indica un valor medio de sales en solución, si esta agua se aplica en altas cantidades o por periodos largos de tiempo podría generar cierta acumulación salina, a menos que el suelo o sustrato sea muy permeable y se lave el exceso de sales. El nivel de sales, se comprueba también con los valores de Salinidad Efectiva, salinidad potencial y Clasificación Riverside.

Cationes en solución (K, Ca, Mg, Na). El Calcio (132 mg L^-1) y Magnesio (38 mg L^-1) se encuentran en cantidad media. El potasio es muy bajo (12 mg L^-1) y el sodio esta en un valor medio a bajo (48 mg L^-1). El agua aportará más del calcio y magnesio del que requiere el cultivo, incluso podría existir cierta acumulación en el medio, dependiendo del drenaje y capacidad de intercambio catiónico.

Aniones en solución (CO₃, HCO₃, Cl, SO₄). Los carbonatos (43 mg L^-1) y cloruros (62 mg L^-1) se encuentran en cantidad media a baja, mientras que los sulfatos (316 mg L^-1) y bicarbonatos (170 mg L^-1) están en cantidad media. Los bicarbonato y carbonatos se pueden destruir al acidificar el agua a pH 6, lo que es importante en caso que esta agua se aplique en suelo alcalino. Los problemas de alcalinidad se presentarán como deficiencias de fósforo y micronutrimentos, en especial hierro, manganeso y zinc.

Boro. Se encuentra en un nivel aceptable, no hay riesgo de toxicidad por este elemento, ya que las plantas en general toleran concentraciones menores de 0.6 mg L^-1, sin riesgo de toxicidad.

Salinidad efectiva: Indica nivel medio de sales solubles.

Salinidad Potencial: Indica nivel medio de sales solubles.

Carbonato de sodio residual (CSR): Indica que no existen problemas por acumulación de carbonatos y bicarbonatos de sodio, ya que se formarán los de calcio y magnesio principalmente.

Relación de adsorción de sodio ajustada (RASajustada). Indica que no habrá problemas por acumulación de sales de sodio, ya que dominan las de calcio y magnesio.

Dureza: Indica que es un agua con dureza alta, lo que se explica por las cantidades de calcio (Ca) y magnesio (Mg) presentes en el agua.

Clasificación Riverside (C3-S1): Por su contenido de sales, indica que es un agua de salinidad alta que puede utilizarse para riego solo en suelos con buen drenaje aplicando una lámina en exceso para evitar la acumulación salina y utilizando cultivos resistentes a la salinidad. Por su bajo contenido de sodio, es un agua apta para el riego en la mayoría de los casos. Sin embargo pueden presentarse problemas en cultivos muy sensibles al sodio.

En general esta agua es de calidad media para los cultivos agrícolas. Para disminuir el pH se recomienda ácido nítrico (HNO₃) y ácido fosfórico (H₃PO₄). No debe emplearse ácido sulfúrico (H₂SO₄) o clorhídrico (HCl) porque el agua ya contiene mucho sulfato y suficiente cloruro. Se debe aplicar alrededor de 3.8 meq de ácido por litro de agua, de los cuales 1-1.5 meq pueden ser de ácido fosfórico y el resto 2.3-2.8 meq de ácido nítrico. Se requiere un medidor de pH (bien calibrado) para asegurar que el valor de pH final del agua estará entre 5.5-6.0. Se debe calcular la cantidad de nitrógeno y fósforo que se aportará con ácidos para considerarlos en el balance de concentraciones de la solución nutritiva. La cantidad de ácido dependerá de la pureza y la densidad. Los ácidos grado industrial son más baratos.

De manera aproximada la cantidad de ácidos para 1000 L de agua sería la siguiente:

H₃PO₄ = (1.5) (98) (1/1.7) (100/85) (1/1000) (1000) = 101.75 ml m^-3 de agua

HNO₃ = (2.3) (63) ((1/1.45) (100/65) (1/1000) (1000) = 153.75 ml m^-3 de agua

Donde el primer factor son los meq de ácido a agregar, el segundo factor es la densidad del ácido (dato proporcionado por el fabricante), el tercer factor es la pureza (dato proporcionado por el fabricante), el cuarto factor es para pasar de µL a ml y 1000 son la cantidad de agua donde se hará la prueba. Mezclar perfectamente y medir el pH, si el valor no está entre 5.5-6.0 agregar mas o disminuir ácido nítrico.

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