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Introducción
La producción agrícola y el agua siempre han estado incondicionalmente relacionadas. Al ser una fuente natural renovable, los recursos hídricos pueden agotarse por el uso inadecuado y la demanda en la producción agrícola. En muchas regiones del planeta la disponibilidad del agua se limita por los cambios climáticos que conllevan a largas temporadas de sequía 1.
La agricultura en Colombia es una fuente de la economía muy importante, con una contribución anual de alrededor del 12 % al Producto Interno Bruto (PIB) del país, como lo reporta en los últimos años el Departamento Administrativo Nacional de Estadísticas (DANE) 2. La diversidad climática colombiana, la ubicación intertropical y ecuatorial, la variabilidad de pisos térmicos que incluye, entre otros, nevados, montañas, sabanas, valles y caribe, y sus diferentes fuentes hídricas, permiten el desarrollo de una gran variedad de cultivos agrícolas.
Según la FAO, a nivel mundial, Colombia está ubicada en el puesto 23 entre 223 países que tienen la mayor cantidad de suelos que pueden ser utilizados con fines agrícolas sin afectar el área de bosque, lo que hace de la agricultura un gran potencial económico para el país, característica que contribuye al cumplimiento de uno de los ocho objetivos del milenio relacionados con el tema de “erradicar la pobreza extrema y el hambre” 3,4. A pesar de la capacidad agrícola que tiene Colombia, sólo se aprovecha el 8 % del área que está disponible y es utilizable para este fin, esto debido a que no se han tomado las precauciones adecuadas para que las prácticas agrícolas sean más seguras y rentables para los agricultores. Los planes de mejoramiento no cumplen a cabalidad con su objetivo, tampoco hay capacitaciones con la suficiente difusión que ayuden a reorientar el manejo agrícola tradicionalista que, en algunos casos, lleva a prácticas con consecuencias negativas sobre los cultivos y el suelo 3.
La Corporación Autónoma Regional de Cundinamarca (CAR) 5 basa la normativa para el uso del agua para fines agrícolas y de consumo humano, en el Decreto 1594/84 6 y el Acuerdo CAR 43 de 2006 7. Realizan dos campañas anuales, una en verano y la otra en invierno, en las cuales se analizan aspectos físicoquímicos y bacteriológicos del agua, en los que se limitan al estudio de coliformes totales, coliformes fecales, oxígeno disuelto, demanda bioquímica de oxígeno (DBO), demanda química de oxígeno (DQO) y sólidos totales, dejando de lado las enfermedades que se pueden causar en las plantas; por cuanto esta situación no solo impacta sobre la producción y oferta de alimentos, también puede tener repercusión en la salud de las personas que consumen el producto agrícola 8.
La riqueza hídrica de Colombia es una de las más grandes del mundo con una disponibilidad per cápita de 45.402 metros cúbicos anuales de acuerdo al reporte para el año 2012. Sin embargo, las cuencas media y alta del rio Bogotá cuentan con una población de alrededor de 1.630.187 habitantes, de los cuales el 77.67 % están ubicados en zonas urbanas y el 22.33 % están ubicados en zonas rurales, lo que indica que hay una gran demanda del recurso hídrico en la zona urbana que supera los 11.9 m3/s para el consumo doméstico. Adicionalmente, se observa deterioro de los recursos hídricos y del medio ambiente en general, producto del incremento de la población y los desechos que ella genera, los cuales, en muchos casos, son descargados en los ríos y afluentes al paso por la zona urbana 9.
Fuente: tomado de Adecuación Hidráulica y Recuperación Ambiental Río Bogotá (5)
Figura 1 Distribución de la cuenca media del rio Bogotá.
De otro lado, debido a los altos costos del agua de acueducto y en algunos casos a la ubicación del cultivo que dificulta el suministro de agua para el riego, los agricultores de la cuenca media utilizan como recurso hídrico el agua del rio Bogotá, sin importar los altos índices de contaminación que posea y las consecuencias que su uso puede generar a la salud de quienes tienen contacto directo con ésta, la dispersión de patógenos para las plantas y el deterioro del suelo, entre otras, 1,9.
La calidad del agua de riego incide sobre la productividad de los cultivos, la presencia de microorganismos en ella puede significar un efecto benéfico o uno perjudicial. Un sistema de recuperación biológico natural, para la contaminación de las aguas, se da a través de las microalgas, éstas son microorganismos benéficos en el agua, y cuando los ríos o las lagunas tienen grandes cantidades, éstas se alimentan generalmente de bacterias y utilizan la energía solar para fijar CO2, proceso que oxigena el agua y ayuda a la eliminación de microorganismos contaminantes (6.
También existen plantas como las macrofitas que ayudan en la depuración de contaminantes de aguas residuales 10. En otros casos hay bacterias, hongos y parásitos que están contaminando estas aguas y pasan a los cultivos, de tal forma que pueden generar algún tipo de fitopatología dependiendo de la susceptibilidad del mismo a la acción del patógeno.
En la cuenca media, los microorganismos que pueden ser fitopatógenos provienen de la contaminación del agua que al pasar por la zona urbana se contamina con los desechos de aguas negras, aguas industriales, residuos agrícolas y materia fecal de los criaderos de animales. Sin embargo, hay otros tipos de contaminación relacionados con los desechos del proceso de la agricultura como: fertilizantes, herbicidas, plaguicidas y demás residuos, lo que deja al agua en un estado crítico, por lo que no es apta para el riego de cultivos y mucho menos para el consumo de animales y humanos 11.
Los cultivos característicos de la cuenca media son papa, zanahoria, fresas lechuga, arveja, repollo y hortalizas 5, los cuales son atacados en su mayoría por hongos, bacterias y algunos nemátodos. Estas fitopatologías pueden deberse al uso del agua de riego contaminada, la cual podría actuar como vehículo de los microorganismos fitopatógenos 3. Es así como la falta de control microbiológico del agua de riego tiene como consecuencia la disminución en la producción de los cultivos, baja calidad de los productos, menor remuneración económica para los agricultores al tener productos de calidad media o baja, pérdida en la exportación de productos, debido a que no se cumple con los estándares de calidad para este fin y además, porque se genera un mayor gasto de tiempo y dinero en el control de las enfermedades y en algunos casos en la recuperación del suelo.
El análisis de esta problemática es importante, actualmente el Estado ha visto la necesidad de hacer planes de mejora para tener recursos hídricos limpios o por lo menos con niveles bajos de contaminantes físicos, químicos y microbiológicos. Con estas estrategias, los agricultores tendrán la oportunidad de tener cultivos de mejor calidad y, de esta forma, una economía más estable lo cual es rentable para el país por el incremento de las exportaciones y disminución de las importaciones 3.
Estos planes de mejoramiento deben involucrar a los diferentes actores que intervienen en la contaminación, como los agricultores, quienes son los más perjudicados o beneficiados, pasando por las personas que están en contacto con los recursos hídricos en las zonas urbanas, las industrias que derraman sus desechos en el agua de manera insensata, entre otros. Debe haber un direccionamiento distinto de los desechos sanitario-domésticos, los cuales podrían contener algunos microorganismos que causan enfermedades a las plantas, estas medidas redundan en el bienestar de la sociedad en general al tener alimentos más limpios y de mejor calidad y desde luego con el sostenimiento de recursos no renovables, como es el agua y, en algunos casos, con el suelo. De esta forma se estará contribuyendo con otro de los objetivos del milenio “garantizar la sostenibilidad del medio ambiente” 4,10).
Materiales y métodos
Ubicación de zonas de muestreo
Se realizó el reconocimiento de los lugares geográficos pertenecientes a la cuenca media del rio Bogotá, donde se escogieron de manera aleatoria los lugares en los cuales se realizaron las tomas de muestra para el estudio, los datos de la ubicación geográfica fueron extraídos de documentos de la seccional Bogotá 5.
Los criterios de inclusión contemplados para la selección de la muestra fueron:
Los sitios de recolección de muestras forman parte de la cuenca media del rio Bogotá.
El agua es utilizada para riego de cultivos agrícolas.
Los criterios de exclusión contemplados para la selección de la muestra fueron:
La fuente hídrica no debía provenir de alguna planta de tratamiento de agua.
El agua de riego no debía tener ningún tipo de tratamiento previo.
La fuente hídrica para el riego no debía ser agua potable.
De acuerdo con el cumplimiento de criterios y la aceptación de los agricultores para participar en el estudio, se escogieron doce fincas agrícolas ubicadas en los municipios Sibaté, Soacha, Mosquera, Bojacá y Facatativá.
Sensibilización de agricultores
Se realizó un trabajo de sensibilización con los agricultores mediante un folleto, en éste se indicaba el objetivo del estudio, también se daban a conocer los riesgos a los que se podían ver expuestos los cultivos, la tierra y las personas que tenían algún contacto con aguas de mala calidad, contaminadas o de un origen no adecuado para estos procesos. También se realizó una encuesta en la cual los agricultores suministraron datos relacionados con la finca y la actividad agrícola, como: el tipo de riego que se utiliza en el lugar, de dónde proviene la fuente hídrica, consumo aproximado de agua al día, profundidad a la cual se toma el agua y el flujo aproximado de agua, el tamaño de sus predios, el tipo de cultivo, el tipo de riego que utilizaban en sus cultivos, el nombre del predio y datos personales para establecer contacto.
Protocolo para la toma de muestra del agua utilizada para riego.
El protocolo utilizado para la recolección de las muestras de agua de riego es tomado de la guía de toma de muestras de aguas del acueducto de Bogotá, y de muestras de aguas superficiales de hidrología. En la toma de muestra se utilizaron envases con capacidad de 5 litros, los cuales pasaron por un proceso de esterilización previo a la toma de muestra, los frascos se sumergieron entre 20 y 30 centímetros de profundidad de la superficie, de manera vertical en contra del flujo hídrico para obtener el agua; y para las muestras extraídas de aguas estancadas se introdujo el envase a una profundidad de 50 cm para recolectar la muestra 9.
Tabla 1 Nombre y ubicación de los predios donde se recolectaron las muestras.
Fuente: elaboración propia
Aislamiento e identificación de los microorganismos fitopatógenos presentes en el agua de riego
Filtración por membrana
Se realizó homogenización de las muestras, de las cuales se tomó una alícuota de 100 ml, para ser filtrada a través de las membranas.
Se colocaron las membranas en el equipo de filtrado, luego se depositó la alícuota de la muestra para ser filtrada por medio de vacío.
Inoculación de cultivos
Posterior al filtrado, las membranas se depositaron en condiciones de esterilidad en las cajas con agar ENDO y agar nutritivo que se incubaron a 37°C por un tiempo de 24 a 48 horas, y en el agar Sabouraud que se incubó a 22°C por un tiempo de hasta 5 días, todos en condición de aerobiosis.
Identificación de microorganismos
Se realizó diferenciación microscópica mediante la coloración de Gram para las bacterias y azul de lactofenol en el caso de los hongos, con el objetivo de observar la morfología de los micoorganismos para su posterior aislamiento y purificación.
A las bacterias Gram negativas se les realizó un pase en los medios: agar MacConkey, agar cetrimide y agar ENDO, y se incubaron de 24 a 48 horas a una temperatura de 37°C en condición de aerobiosis. A las bacterias Gram positivas se les realizó un pase en el agar sangre y se incubó de 24 a 48 horas a una temperatura de 37°C en condición de aerobiosis, y a los hongos se les hizo un pase en los medios agar maltosa dextrosa, agar Sabouraud y agar PDA, se incubaron a una temperatura de 22°C por un tiempo de 3 a 5 días y hasta 8 días según el caso, y en condiciones de aerobiosis.
Una vez purificados los microorganismos se realizó una identificación por medio del kit de identificación BD BBL Crystal Identification System siguiendo las indicaciones del fabricante, en el caso de las bacterias; y para los hongos se identificaron mediante las características macroscópicas de las colonias y las características microscópicas en la coloración de azul de lactofenol, las cuales fueron confirmadas mediante las claves dicotómicas.
Resultados
Datos a partir de la sensibilización a los agricultores
La sensibilización a los agricultores permitió obtener información general de los predios y de las muestras que se analizaron.
Los sistemas de riego de las doce fincas que se muestrearon presentaron la distribución estandarizada en la tabla 2.
Fuente: elaboración propia
Figura 3 Distribución de los sistemas de riego en los lugares de muestreo.
Microorganismos identificados
Bacterias
En la identificación mediante el kit BD BBL Crystal Identification System se obtuvieron los resultados que se muestran en la tabla 4.
Como se observa en la tabla 4, E coli se encontró en 9 de las muestras analizadas correspondiendo al 56.2 %; seguida de Enterobacter cloacae, el cual se encontró en 2 de las muestras y correspondió al 12.5 %; el resto de microorganismos se encontró en un porcentaje de 6.25 % cada uno.
Hongos
Los hongos se identificaron mediante la observación en fresco con azul de lactofenol, las características macroscópicas del cultivo y las claves dicótomas, como se describe en la tabla 5.
Tabla 5 Características macroscópicas y microscópicas de los hongos identificados en las muestras.
Fuente: elaboración propia
Discusión
La contaminación de las cuencas hidrográficas con agua residual es una de las causas más significativas de enfermedad en las plantas debido al alto contenido de microorganismos, elementos químicos y residuos sólidos que contienen. Las cuencas hidrográficas generalmente cuentan con asentamientos urbanos alrededor, los cuales tienen una cantidad elevada de población que con frecuencia no ha sido planificada, y realizan actividades económicas que causan desequilibrios ambientales, producto del uso desordenado de los recursos naturales, como el agua 3. La principal repercusión en este caso es que el agua pierde sus propiedades naturales y esto limita el uso de la misma 3.
En Colombia la problemática de la distribución etnográfica es uno de los temas más importantes en la agricultura debido a la cantidad de personas asentadas en las zonas urbanas en comparación con las que están situadas en la zona rural. La demanda de alimentos que genera la población urbana del país ha desencadenado, en los agricultores, un afán por abastecer en cantidad y variedad estas necesidades.
De otro lado, el costo de utilizar el agua de acueducto para la agricultura y en otros casos la no existencia de sistemas hídricos aptos para riego, lleva a los agricultores a hacer uso de recursos hídricos no óptimos, lo que genera riesgo de un lado para los cultivos ya que pueden adquirir algún tipo de fitopatógeno y perjudicar la producción y de otro lado para quienes consumen el producto vegetal directamente 11.
Además, no se debe olvidar que las ciudades son cada vez más grandes y albergan una cantidad mayor de personas, lo cual genera aumento en la demanda de agua. Por esta razón, los recursos hídricos asignados a las zonas urbanas demandan una gran parte de los recursos hídricos que deberían ser destinados para la agricultura 12.
El agua residual en las ciudades es abundante, existe fácil acceso a ellas y no tienen ningún costo. En Colombia no se hace ningún tipo de tratamiento al agua residual, por lo que se debería limitar su uso a procesos industriales donde no se tenga contacto con organismos vivos. En países desarrollados como Israel, Australia, Estados unidos y Alemania, entre otros, este tipo de agua se somete a tratamientos con el fin de bajar la carga de contaminantes químicos y biológicos, para poder aprovecharla en usos como: riego de cultivos agrícolas, jardines, campos deportivos, lagos recreativos, acuíferos subterráneos, torres de enfriamiento industrial y aire acondicionado, entre otros, de tal forma que no genere consecuencias en la salud y al suelo 13.
En países como Cuba, el agua residual que ha sido tratada no es usada para riego agrícola, sólo tiene uso industrial, pues el tratamiento no devuelve completamente las características al agua y se considera que no cumple con las condiciones óptimas para este uso 13.
No todas las plantas son susceptibles a los mismos patógenos, la afectación depende de múltiples factores asociados al suelo, agua, ambiente y a las condiciones específicas de los cultivos, entre otras.
La literatura reporta gran variedad de fitopatógenos, los que se pueden encontrar comúnmente asociados a los cultivos de las fincas del presente estudio como:
Alcachofa (Cynara scolimus l.), en ésta se reportan infecciones por Fusarium spp., causando marchitez, Botrytis cinérea con la pudrición gris y Erwinia spp., causando necrosis y podredumbre blanda 14-16.
Arracacha (Arracacia xanthorrhiza), a esta se asocian Alternaria spp., que produce alternariosis caracterizada por presentarse en la parte aérea de la planta y Pseudomonas spp., que ocasiona pudrición 17,18.
Arveja (Pisum sativum), Colletotrichum gloeosporioides, reconocido por causar la antracnosis y Pseudomonas spp., por causar pudrición 19,20.
Fresa (Fragaria vesca), Botrytis cinérea, Phytophthora cactorum, Mucor spp. y Xanthomonas spp., relacionados con pudrición sobre todo en frutos 19,21-23.
Lechuga (Lactuca sativa) Botrytis cinérea, que produce ablandamiento de todas las partes de la planta y Pseudomonas spp., con necrosis 24.
Maíz (Zea mays) a esta planta se asocia el complejo de mancha de asfalto conformado por Phyllachora maydis, Monographella maydis y Coniothyrium phyllachorae que causan la mancha de asfalto, la cual se caracteriza por presentar puntos negros levemente elevados distribuidos en toda la superficie de las hojas. También se encuentra el complejo mancha gris, producido por Cercospora zeae maydis y Cercospora sorghi, que conlleva a necrosis y Erwinia spp., que genera pudrición acuosa 25.
Papa (Solanum tuberosum), con frecuencia se encuentra Phytophthora infestans que produce el tizón tardío, Fusarium spp., con la pudrición seca y Erwinia spp., con la pudrición blanda 26.
Zanahoria (Daucus carota l.) con Alternaria sp., que produce tizón de hoja, Pythium sp., enfermedad del picado y Erwinia sp., con la pudrición blanda 27,28
Los microorganismos contaminantes encontrados en el estudio correspondieron a bacterias como: E.coli, P. vulgaris, A. urinae, E. cloacae, B.cereus, S. marcescens, B. brevis, los cuales son bacterias oportunistas, capaces de generar patologías en los seres humanos. Debido a lo anterior, el agua de la cuenca media del rio Bogotá que es utilizada para riego de cultivos es un problema para la salud pública 29,30.
De éstas, E. coli es la que se encuentra con mayor frecuencia (9 muestras), se asocia con contaminación de heces humanas y animales, no es reportada como fitopatógeno, solamente con patogenicidad para el humano dependiendo del virotipo al que pertenezca y al estado de inmunidad del hospedero.
E. cloacae se encontró en dos de las muestras analizadas y es una de las que se reporta como fitopatógeno, especialmente en cultivos de cebolla y maíz 31. Produce pudrición de raíces en plantas, lo que deja en duda si el microorganismo que se identificó en el agua de riego es un microorganismo fitopatógeno o endófito en las plantas con las que tiene contacto, ya que no se observó enfermedad en el cultivo. La verdadera acción de este microorganismo sobre las plantas debe ser confirmado con pruebas de patogenicidad 32.
S. marcescens es un patógeno oportunista para el humano, lo cual representa un riesgo para la salud de los agricultores y para quienes consumen los vegetales crudos o sin pelar, sin embargo, también se reporta como biocontrolador sobre insectos que pueden afectar los cultivos agrícolas 33 y en este caso sería un factor de protección.
El género Bacillus, en especial B. brevis, también se reporta como un microorganismo con potencial efecto biocontrolador o antagonista frente a hongos patógenos para el humano y plantas como Fusarium spp., 34,35. Por lo tanto la presencia de Bacillus en el agua de riego agrícola puede tener efectos positivos para el cultivo ya que inhibe la acción de microorganismos fitopatógenos y además promueve el crecimiento vegetal.
Con relación a los hongos que se encontraron en el estudio están: Aspergillus fumigatus, Aspergillus flavus, Mucor spp., Rhizopus spp., Penicillium spp., y Fusarium spp., los cuales han sido reportados como posibles fitopatógenos, esto indica que los cultivos que son regados con este tipo de aguas están expuestos a enfermar a causa de alguno de éstos 36.
Fusarium spp. fue identificado en las aguas de riego de dos fincas de las doce del estudio, este es uno de los microorganismos que más se relaciona con fitopatologías en diversas plantas como marchitez, y puede ser diseminado mediante la semilla del cultivo; posteriormente, afecta las raíces de las plantas, continuando con la parte del tallo, hojas y frutos del cultivo. La predisposición a la susceptibilidad se debe a la degradación que puede hacer de geles y calosas, como también a la inhibición de la producción de las tilosas por su acción proteolítica 14.
La cuenca media del rio Bogotá está ubicada en la región geográfica con mayor cantidad de hectáreas sembradas y mayor producción de hortalizas y plantas aromáticas en Colombia según el Plan Hortícola Nacional (PHN) 37. La cantidad de cultivos que se encuentran en esta zona hacen que el manejo de las enfermedades en los cultivos sea un tema neurálgico y de gran importancia debido a la demanda en las ciudades por estos productos agrícolas.
Otra forma en la que afecta la presencia de microorganismos que pueden ser fitopatógenos en las aguas de riego es la calidad de las cosechas obtenidas para su exportación, ya que los requisitos en otros países son rigurosos 38. Cuando se detecta la presencia de algún microorganismo que esté causando alguna infección o existe el rastro de que el producto ha sido infectado no podrá exportarse, lo cual disminuye los ingresos económicos que podría tener el agricultor y el país 37.
Sin embargo, los resultados obtenidos permiten inferir que la calidad del agua con la que se riegan los cultivos en los sitios muestreados no tiene microorganismos fitopatógenos de gran importancia, esto podría indicar que en el agua no se encuentran las condiciones de crecimiento y desarrollo para los microorganismos fitopatógenos y por lo tanto que pueden desarrollar infección en los cultivos 37,39.
Para evitar o disminuir la diseminación de microorganismos contaminantes del agua de riego se tienen que tener varias precauciones como: utilizar el método de riego más apropiado para no ayudar a la proliferación de los microorganismos, esto hace referencia al riego por aspersión que ayuda a la diseminación de microrganismos, debido a que la fuerza con la que sale el agua ayuda a que los contaminantes se diseminen por todo el cultivo en forma de esporas que luego maduran en otra zona del cultivo extendiendo así la enfermedad 38.
El agua de riego utilizada en la cuenca media del rio Bogotá tiene características microbiológicas que no son las adecuadas para el óptimo desarrollo de los cultivos, a pesar de que los microorganismos encontrados no son los más patógenos para las plantas, sí pueden pasar al humano por consumo directo del vegetal crudo o sin pelar, sobre todo en aquellos casos en que el riego es por aspersión 40-44. Con la información encontrada en este trabajo, los agricultores pueden prevenir la contaminación de sus cultivos y lograr un mejor desarrollo de las cosechas, produciendo mayor rentabilidad y un mejor producto para el consumidor.
Conocer los microorganismos que están presentes en el agua de riego de la cuenca media del rio Bogotá, genera un aporte a los organismos que hacen el control del agua que es utilizada con fines agrícolas, ya que la normatividad únicamente habla de la concentración de microorganismos coliformes totales y coliformes fecales y de niveles de contaminación físico-química, por lo tanto la generación de nuevas normas de uso del agua con fines agrícolas que incluyan la restricción de uso de aguas contaminadas con microorganismos fitopatógenos podrían disminuir las consecuencias que traen las infecciones por estos microorganismos en las plantas y en los agricultores. 13,39
Conclusiones
El agua de riego de la cuenca media del rio Bogotá tiene contaminantes microbiológicos que podrían afectar el desarrollo de los cultivos agrícolas y, en consecuencia, disminuir la calidad de los productos, lo cual afecta la rentabilidad para los agricultores.
Las técnicas de manejo de los cultivos por parte de los agricultores, así como los tipos de riego que utilizan y el agua empleada para el riego son uno de los factores más importantes en la diseminación de microorganismos fitopatógenos.
Microorganismos como: Aspergillus fumigatus, Aspergillus flavus., Mucor spp., Rhizopus spp., Penicillium spp., Fusarium spp., E. cloacae y B.cereus, los cuales se aislaron en las doce muestras de las fincas de la cuenca media, se relacionan en la literatura como posibles productores de enfermedades en las plantas como pudrición de tallos, marchitez de las hojas, pudrición de los frutos y deformación en los frutos, entre otras. Para confirmar el poder patógeno de estos microorganismos se deben realizar pruebas de patogenicidad y evidenciar sus efectos en los diferentes cultivos.
Es importante hacer campañas educativas con los agricultores para evitar situaciones de salud pública ya que algunos de los microorganismos aislados en la cuenca media del rio Bogotá son patógenos oportunistas para los humanos y pueden llegar a producir enfermedad por contacto directo o indirecto.
Es necesario generar normativas para el uso de agua con fines agrícolas en las que se contemplen la contaminación por microorganismos fitopatógenos, se propenda por la salud de los humanos que tienen contacto con ella y hacer vigilancia y control al cumplimiento de las mismas.
