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) * marial.segura@juntadeandalucia.es 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: fertcifa@arrakis.es. 1 Instituto de Investigación y Formación Agraria y Pesquera CONSEJERÍA DE AGRICULTURA Y PESCA 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). 2 Instituto de Investigación y Formación Agraria y Pesquera CONSEJERÍA DE AGRICULTURA Y PESCA 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 Instituto de Investigación y Formación Agraria y Pesquera CONSEJERÍA DE AGRICULTURA Y PESCA 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 4 Instituto de Investigación y Formación Agraria y Pesquera CONSEJERÍA DE AGRICULTURA Y PESCA Alonso Cobos,C., 1993, Reutilización de aguas residuales urbanas, aplicación al regadío. Ozonificación. Riegos y drenajes XXI , 70. Burau R.G., Sheikh B., Cort R.P., Cooper R.C., Ririe D. 1987, Reclaimed water for irrigation of vegetables eaten raw, California Agriculture, 4-7. Castilla, N., Bretones, F., Jiménez, M., Gutiérrez, E., Martínez, A., Fereres, E., 1987, Necesidades de riego en los invernaderos de Almería, Estación Experimental Caja Rural provincial de Almería. Fernández, Mª.D., F. Orgaz, E. Fereres, J.C. López, A. Céspedes, J. Pérez, S. Bonachela y M. Gallardo. 2000. Programación del riego de cultivos hortícolas bajo invernadero en el sudeste español. Ed. CAJAMAR. García Castillo M.C., Hernández, T., Costa, F., Roldan, A., 1997, Uso de aguas residuales y sustancias húmicas en fertirrigación, I Congreso Ibérico y III Nacional de Fertirrigación. García Castillo M.C., Ortiz Alemany F., Vila Varela M.J., 1995, Caracterización como agua de riego del agua residual tratada en la EDAR Monte Orgegia (Alicante), Riegos y Drenajes XXI / Nº88, 38-44. Ivorra R., Benabent M., Romero B., Mataix J., 1997, Reutilización de un agua residual para riegos de campos de golf. I Congreso Ibérico y III Nacional de Fertirrigación: 928-935. López-Galvez, J., Téllez, M.M., Bretones, F., 1991. Efectos de la fertilización nitrogenada sobre la cosecha y la extracción de macronutrientes en un cultivo de judía de enrame. Actas del II Congreso Nacional de Fertirrigación, Almería, 1820 de Septiembre: 207-212. Paliwal, K., Karunaichamy, K; Ananthavalli, M., 1998, Effect of sewage water irrigation on growth performance biomass and nutrient accumulation in Hardwickia Binata under nursery conditions. Biosource Tecnology, 105-111. Pérez García V., Gonzalez de Chavez Rojo D., Iglesias Giménez E., 1988, Anales de Edafología y Agrobiología, Nº 9-10, 1393-1411. Pérez Parra J.J., Moreno Tost R., Barón J., Vallverdu Arbos A.M., Segovia J., 1998, Eficacia microbiológica del tratamiento de aguas residuales con ozono para su uso en riego, Actas del XVI Congreso Nacional de Riegos y Drenajes, Palma de Mallorca, 2-4 de Junio, 192-200. Rojo,I., Pérez, J., Vallverdú, A., 1996, Aptitud de las aguas residuales de Almería tratadas con ozono para su reutilización en riego, XIV Congreso Nacional de Riegos, Agualdulce 11-13 de Junio, 660-667. Salgot, M., Cardus, J., 1982, Reutilización de aguas y lodos residuales procedentes de depuradoras municipales a través del suelo, Anales de edafología y agrobiología, Tomo XLI Nº 9 y 10, pp. 2055-2067. 5 Instituto de Investigación y Formación Agraria y Pesquera CONSEJERÍA DE AGRICULTURA Y PESCA 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 69 Instituto de Investigación y Formación Agraria y Pesquera CONSEJERÍA DE AGRICULTURA Y PESCA 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. 7 Instituto de Investigación y Formación Agraria y Pesquera CONSEJERÍA DE AGRICULTURA Y PESCA 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. 8 Instituto de Investigación y Formación Agraria y Pesquera CONSEJERÍA DE AGRICULTURA Y PESCA 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. 9