Identificación de las fuentes de nitratos mediante métodos hidrogeoquímicos e isotópicos en el agua subterránea del bajío guanajuatense

• Ivan Morales-Arredondo ^[1] ; Itzamna Zaknite Flores-Ocampo ^[1] ; María Aurora Armienta ^[1] ; Janete Morán-Ramírez ^[1] ; Mario Alberto Hernández-Hernández ^[1] ; Jorge Federico Landa-Arreguin ^[1]
  1. [1] Instituto de Geofísica, UNAM, México
• Localización: Geofísica internacional, ISSN 0016-7169, ISSN-e 2954-436X, Vol. 59, Nº. 3, 2020, págs. 169-194
• Idioma: español
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    La subprovincia del Bajío Guanajuatense, ubicado en el Centro de México es una de las zonas agrícolas más importantes del país, lo cual ha provocado el uso de grandes volúmenes de agua.

    El panorama actual de Guanajuato indica un incremento, en más del triple, del uso del agua subterránea respecto a la extraída hace 30 años, usada para maximizar el rendimiento de cultivos, así como una aplicación desmedida de fertilizantes nitrogenados. Este contexto se torna más grave dado que en la zona de estudio existen problemas de sobreexplotación, abatimiento del nivel estático, y presencia de fallas y fracturas, y aunado a ello contaminación en distintos niveles de profundidad del acuífero por compuestos nitrogenados. El objetivo de este trabajo consistió en evaluar la presencia de compuestos de nitrógeno en los distintos flujos del acuífero, identificar isotópica e hidrogeoquímicamente las fuentes, sus transformaciones y los procesos relacionados con el elevado contenido de NO3 - en el agua subterránea. Con base en los resultados obtenidos de NO3 - , elementos químicos mayores, menores, traza e isótopos, se han identificado dos fuentes de contaminación; 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 acuífero somero también el profundo. Se llevaron a cabo dos campañas de muestreo de agua subterránea en 32 pozos urbanos y agrícolas de los municipios de Vill y JR en Guanajuato, en temporada de lluvias y de estiaje, siguiendo métodos nacionales e internacionales. Se determinaron elementos mayores, menores y algunos elementos traza, así como isotopos estables. El origen de los elevados contenidos de NO3 - es antropogénico; los valores más elevados se cuantificaron en época de estiaje. Los nitratos migran más fácilmente a través de fallas y fracturas profundas, principalmente en la zona centro-sur del área de estudio hacia el acuífero 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 contaminación, la aplicación de fertilizantes sería el otro posible foco de contaminación. La transformación de los compuestos nitrogenados pudieran afectar el comportamiento isotópico del δ18O, aunque no se descarta que podría deberse a procesos de evaporación e infiltración de agua somera. Esta información debe ser considerada ya que la presencia de nitratos en el medio pudiera poner en riesgo la salud de la población que se abastece del mismo sistema acuífero donde se desarrollan estas actividades.

  • English

    The sub-province Bajío 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.