Identificación de las fuentes de nitratos mediante métodos hidrogeoquímicos e isotópicos en el agua subterránea del Bajío Guanajuatense

Abstract

espanolLa subprovincia del Bajio Guanajuatense, ubicado en el Centro de Mexico es una de las zonas agricolas mas importantes del pais, lo cual ha provocado el uso de grandes volumenes de agua. El panorama actual de Guanajuato indica un incremento, en mas del triple, del uso del agua subterranea respecto a la extraida hace 30 anos, usada para maximizar el rendimiento de cultivos, asi como una aplicacion desmedida de fertilizantes nitrogenados. Este contexto se torna mas grave dado que en la zona de estudio existen problemas de sobreexplotacion, abatimiento del nivel estatico, y presencia de fallas y fracturas, y aunado a ello contaminacion en distintos niveles de profundidad del acuifero por compuestos nitrogenados. El objetivo de este trabajo consistio en evaluar la presencia de compuestos de nitrogeno en los distintos flujos del acuifero, identificar isotopica e hidrogeoquimicamente las fuentes, sus transformaciones y los procesos relacionados con el elevado contenido de NO3 - en el agua subterranea. Con base en los resultados obtenidos de NO3 - , elementos quimicos mayores, menores, traza e isotopos, se han identificado dos fuentes de contaminacion; una relacionada con la agricultura y la segunda con el tratamiento de agua residual. Esto ha ocasionado que el contenido de NO3 - supere los valores permitidos por la NOM-127, de acuerdo a los datos de muestreo del 2017 y 2019, no solo en el acuifero somero tambien el profundo. Se llevaron a cabo dos campanas de muestreo de agua subterranea en 32 pozos urbanos y agricolas de los municipios de Vill y JR en Guanajuato, en temporada de lluvias y de estiaje, siguiendo metodos nacionales e internacionales. Se determinaron elementos mayores, menores y algunos elementos traza, asi como isotopos estables. El origen de los elevados contenidos de NO3 - es antropogenico; los valores mas elevados se cuantificaron en epoca de estiaje. Los nitratos migran mas facilmente a traves de fallas y fracturas profundas, principalmente en la zona centro-sur del area de estudio hacia el acuifero medio y posiblemente al profundo, este proceso es relevante ya que la zona es reconocida como un medio impermeable debido a la presencia de extensas capas de arcillas. Una planta de tratamiento de agua residual es un foco de contaminacion, la aplicacion de fertilizantes seria el otro posible foco de contaminacion. La transformacion de los compuestos nitrogenados pudieran afectar el comportamiento isotopico del δ18O, aunque no se descarta que podria deberse a procesos de evaporacion e infiltracion de agua somera. Esta informacion debe ser considerada ya que la presencia de nitratos en el medio pudiera poner en riesgo la salud de la poblacion que se abastece del mismo sistema acuifero donde se desarrollan estas actividades. EnglishThe sub-province Bajio Guanajuatense is located in Central Mexico, is one of the most important agricultural areas in Mexico, where are used large volumes of water. The current panorama of Guanajuato shows an increase of more than three times in the use of groundwater, compared to extraction 30 years ago; this water is used to maximize crop yields; another problem that has increased is the excessive use of nitrogen fertilizers in all the area. This context becomes more serious considering that in the study area, occurs problems of overexploitation, depletion of the piezometric level, presence of deep faults and fractures, coupled with contamination at different levels of the aquifer by nitrogen compounds. The objective of this work is to evaluate the presence of nitrogen compounds at different depths of the aquifer, in addition, to identifying isotopic and hydrogeochemical sources, their transformations and the processes related to the high NO3 - content in groundwater. Based on the results obtained from the concentration of NO3 - , major, minor chemical elements, trace and isotopes, two sources of pollution have been identified; one related to agriculture and the second to wastewater treatment, This has caused that NO3 - content exceed the values allowed by NOM-127, according to the sampling data of 2017 and 2019, not only the shallow aquifer is polluted, also the deep. Two groundwater sampling campaigns were carried out in 32 urban and agricultural wells of the municipalities of Vill and JR in Guanajuato, in rainy and dry season, following national and international methods. Major, minor and some trace elements were determined, as well as stable isotopes. The origin of the high content of NO3 - is anthropogenic; the highest values were quantified during the dry season. Nitrates migrate more easily through faults and deep fractures, mainly in the centralsouth zone of the study area to the middle aquifer and possibly to the deep one, this process is relevant since the area is recognized as an impermeable medium due to the presence of large layers of clays. A wastewater treatment plant is a source of contamination, the application of fertilizers would be the other possible source of contamination. The transformation of nitrogen compounds could affect the isotopic behavior of δ18O, although it is not ruled out that it could be due to evaporation processes and infiltration of shallow water. This information should be considered since the presence of nitrates in the environment represents a risk to the health of the population that is supplied by the same aquifer system where these activities take place.