PRESENCIA DE ORGANISMOS COLIFORMES FECALES EN EL AGUA SUBTERRANEA DE UNA GRANJA PORCICOLA EN EL ESTADO DE YUCATAN Armando Cabrera Sansores1 , Julia Pacheco Avila1,2, Víctor Coronado Peraza1 1

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Universidad Autónoma de Yucatán. Facultad de Ingeniería. Apartado Postal 150, Cordemex, Mérida Yucatán, CP 97111. Tel. (99) 410191 ext. 129, Fax (99) 410189

Universidad Nacional Autónoma de México. Instituto de Geofísica. Circuito Exterior, Ciudad Universitaria, México, D.F. CP 04510. Tel. (5) 6224135, Fax (5) 6224097

RESUMEN Las características del subsuelo del estado de Yucatán permiten la rápida infiltración del agua de precipitación hacia el agua subterránea, recibiendo de esta manera una gran cantidad de contaminantes. La porcicultura, es una actividad que se ha incrementado en el estado de Yucatán durante los últimos años, originando un riesgo potencial al acuífero debido al manejo inadecuado de los desechos sólidos y líquidos generados, propiciando una contaminación por materia orgánica y por microorganismos patógenos. Las bacterias coliformes fecales, constituyen un subgrupo de los organismos con mayor probabilidad de haberse originado en los intestinos y su presencia indica contaminación fecal. Se evaluó la densidad de bacterias coliformes fecales en un campo de doce pozos someros en una granja porcícola, del estado de Yucatán. Los resultados mostraron que la densidad de los microorganismos fluctuó en un rango de 0 a 1750 colonias /100 ml.

INTRODUCCION Los residuos generados en las unidades de producción porcícola, incluyen las aguas residuales utilizadas para limpiar los establos, los residuos de la alimentación, así como las excretas animales (heces y orina). La sustitución de los sistemas de producción animal integrados con las actividades agrícolas y acuícolas por la cría especializada de animales en régimen de estabulación y sin conexión con los sistemas de cultivo y el hecho de que el número de animales exceda la capacidad de carga de la tierra, ha producido algunas repercusiones perjudiciales sobre el medio ambiente con consecuencias directas para la salud humana y animal. Por lo que respecta al estiércol, se concede especial atención a su aplicación a la tierra, porque esta práctica, la más antigua es todavía la más satisfactoria. Si se aplica adecuadamente, el estiércol aumenta la fertilidad del suelo, mejora su estructura y no causa problemas de contaminación. En cambio, el “vertido”

incontrolado del estiércol en la tierra conlleva a un riesgo ambiental importante para la calidad del aire, del suelo y de las aguas superficial y subterránea. La utilización del estiércol sin tratar en la tierra, puede transmitir bacterias, virus, amebas, helmintos y parásitos. Normalmente, se subestiman los peligros que presentan las bacterias y los virus patógenos porque muchas veces los animales transportan patógenos sin mostrar síntoma alguno. Así, en Taiwán se han encontrado bacterias coliformes y estreptococos fecales en todos los residuos de porcinos, con concentraciones bacterianas de más de un millón por 100 ml y, en ocasiones, de más de mil millones por 100 ml (Conway y Pretty, 1991). La aplicación de la excreta porcina a la tierra con fines de incrementar la fertilidad, conlleva un riesgo de contaminación a las aguas subterráneas ; en especial, en ambientes kársticos en donde el subsuelo formado por material calizo con fracturas y cavidades de disolución incrementan la vulnerabilidad del acuífero de tal manera que la capacidad de atenuación es muy baja. Desde 1884, estudios realizados por Escherichia, establecieron que en los intestinos del hombre y de los animales de sangre caliente, se presentaba una numerosa población de ciertas bacterias específicas, reconociéndose que la presencia de estos organismos en el agua podría interpretarse como evidencia de que el agua había sido contaminada con materia fecal. Sin embargo, debe enfatizarse que la utilización del grupo coliforme como indicador de contaminación no se basa en su potencial para causar enfermedades al hombre, aunque ciertas bacterias coliformes pueden causar infecciones, sino que constituyen indicadores valiosos porque están presentes en gran número en las descargas de aguas servidas de excretas de humanos o de animales (McJunkin, 1982). Las bacterias coliformes fecales constituyen un subgrupo de todos los organismos con mayor probabilidad de haberse originado en los intestinos. Los organismos coliformes de origen fecal por lo común se reproducen a una temperatura relativamente alta 44.5ºC, a diferencia de los otros coliformes que suelen encontrarse en el medio ambiente, para los que la temperatura óptima se aproxima a los 30ºC. Esta característica se utilizó para dividir los organismos coliformes en los denominados de origen fecal y no fecal (OPS, 1980). Entre las ventajas que ofrecen los coliformes fecales como indicadores de contaminación fecal, se pueden mencionar: que la mayoría crece a altas temperaturas y su supervivencia es más corta en el medio acuoso que la de otros grupos coliformes, por lo tanto, su presencia indica una contaminación reciente. Un estudio realizado en el municipio de Conkal, mostró la presencia de coliformes totales y fecales en concentraciones que estuvieron muy por arriba de las normas establecidas (Vázquez y Manjarrez, 1993). Asimismo, existe evidencia de una contaminación bacteriológica por coliformes fecales en el agua subterránea que subyace a la ciudad de Mérida, ya que se detectó la presencia de estas bacterias en muestras de aguas de pozos tanto someros como profundos (>30 m); en estos últimos, la densidad de bacterias fue menor. Sin embargo, la presencia de bacterias en los pozos profundos representa un serio riesgo para la salud (BGS, FIUADY, CNA., 1995). Para conocer si el agua subterránea que subyace a una granja porcícola en el estado de Yucatán, está contaminada bacteriológicamente, se determinó el número más probable de organismos coliformes fecales mediante la técnica del conteo de membranas en incubadora portátil. Los resultados mostraron que el conteo de bacterias coliformes fecales mostró una tendencia estacional con las mayores concentraciones durante la temporada de estiaje y las menores en la época de transición. Asimismo, se determinó que el acuífero posee características que favorecen la supervivencia y multiplicación de dichos organismos.

La actividad porcina desarrollada en la granja, en especial el vertido de las excretas porcinas en el suelo y las condiciones de alta vulnerabilidad del acuífero kárstico del estado de Yucatán, coadyuvan a la diseminación de la contaminación fecal en el agua subterránea de la región de estudio.

METODOLOGIA Descripción del área de estudio. En el estado de Yucatán, el decaimiento de la industria henequenera dio como resultado la diversificación de las actividades económicas en el medio rural, implantándose entre otros, un programa de desarrollo porcícola que cubre gran parte del estado, principalmente la zona exhenequenera situada relativamente cerca de la ciudad de Mérida. El área de estudio se encuentra en el municipio de Conkal que tiene una extensión de 57.48 km2 ubicado al noreste de la ciudad de Mérida a 14 km. aproximadamente (Figura 1). Específicamente, el proyecto se desarrolla en el campo experimental del Instituto Tecnológico Agropecuario No. 2; en este campo, se tienen una unidad porcina, un área hortícola y un área reservada a la cría de ganado bovino. En el área hortícola se ubica un campo de nueve pozos someros en una extensión aproximada de cuatro hectáreas y con una distancia de 100 metros entre cada pozo (Figura 1).

Figura 1. Localización del área de estudio y ubicación de los pozos muestreados.

El clima de la región se describe como subhúmedo con lluvias en el verano, estación seca y larga en invierno y por lo común, se registra una temperatura media anual de 26.5ºC (INEGI, 1992). La actividad económica predominante es la porcicultura, notándose que las granjas se encuentran dentro o muy cerca de la población. Los desechos generados por esta actividad contienen una gran cantidad de materia nitrogenada y organismos coliformes y generalmente son depositados sobre el suelo o en cavernas (Pacheco y Vázquez, 1992). Muestreo y análisis. Se realizaron dos muestreos, el primero en el mes de enero de 1997 correspondiente al período de transición (época durante la cual las lluvias no son bien definidas) y el segundo, durante el mes de mayo de ese mismo año, que corresponde a la temporada de estiaje. La determinación de organismos coliformes fecales se llevó a cabo en el lugar del muestreo por medio del equipo portátil Water Testing Kit. La técnica que se utilizó fue la del filtro de membrana usando el medio selectivo Lauryl Sulfato de Sodio; este medio, permite una rápida multiplicación o crecimiento de los coliformes fecales ya que los resultados se observan después de 16-18 horas de incubación, a una temperatura de 44.5ºC. El volumen de muestra utilizado fue de 20 ml. y después del período de incubación, se realizó el conteo de las colonias de 1 a 3 mm. de diámetro que son las que fermentaron la lactosa. El número que se obtiene, se reporta como el número más probable de organismos coliformes fecales por 100 ml., previa corrección por el volumen de muestra utilizado (Water Testing Kit, 1988).

RESULTADOS Y DISCUSIONES Comportamiento temporal de los organismos coliformes fecales. Existe una contaminación bacteriológica por organismos coliformes fecales en el acuífero que subyace el área de estudio, ya que se detectó la presencia de estas bacterias en todos los pozos y en las dos épocas en que se realizaron los muestreos. El número más probable de organismos coliformes fecales fluctuó estacionalmente con los valores más bajos en la temporada de transición que comprende los meses de octubre a febrero y los mayores valores se tuvieron en la época de estiaje, que para el estado de Yucatán comprende los meses de marzo a mayo (Figura 2). Este comportamiento estacional, sugiere que la menor densidad observada durante el período de transición fue debida a un efecto de dilución ocasionado por la infiltración de las aguas de precipitación pluvial, las que al no existir en la temporada de estiaje ocasionaron un incremento en la número de estos microorganismos.

Supervivencia y multiplicación de los microorganismos. La supervivencia y multiplicación de los organismos patógenos en el agua subterránea, están regidos por varios factores entre los que se mencionan: Disponibilidad de nutrientes. La disponibilidad de nutrientes determina la supervivencia y multiplicación de las bacterias, ya que cuando existe materia orgánica, los organismos abundan y cuando no, estos mueren. En el agua subterránea de la región de estudio, dicha disponibilidad de

nutrientes medida en términos de concentraciones de Nitrógeno y Potasio, tuvieron valores promedio de 6.54 y 50.29 mg/l, respectivamente (Pacheco et al., 1997) y respecto al Fósforo, las concentraciones no fueron detectables debido a que en el subsuelo de la región se producen fenómenos de adsorción que impiden al Fósforo ser lixiviado hasta las aguas subterráneas (Pacheco y Cabrera, 1996). NMP/100 1 9 0 0m l

1520

1140

760

380

0 Transición

Estiaje

Período

Figura 2. Variación estacional de la concentración de organismos coliformes fecales.

Temperatura. Es un factor importante para la supervivencia, ya que una temperatura de 37ºC da como resultado una rápida multiplicación (Williams, 1980). La temperatura promedio de las aguas subterráneas muestreadas durante la época de transición fue de 23.5ºC y en el mes de mayo, correspondiente a la temporada de estiaje la temperatura se incrementó hasta un valor promedio de 26.0ºC (Figura 3). La diferencia de 2.5ºC en la temperatura del agua subterránea puede, en parte, explicar la mayor densidad de bacterias durante la temporada de estiaje. Valores de pH. Valores altos y bajos de pH son desfavorables a la mayoría de las bacterias y virus patógenos; por lo que valores entre 6.4 y 7.6, usualmente dan como resultado largos períodos de supervivencia (Williams, 1980). Los valores del pH en el agua subterránea del área de estudio, fluctuaron de 6.67 a 7.70 mg/l, sin mostrar algún patrón de comportamiento respecto a las estaciones climáticas consideradas (Figura 4). Este comportamiento del pH es debido a la naturaleza del subsuelo conformado por rocas calizas (Pacheco y Cabrera, 1996) y parece favorecer la supervivencia de ciertas bacterias.

Temperatura ºC 31

29

27

25

23 Transición

Estiaje

Período

Figura 3. Variación estacional de la temperatura.

pH 7.8

7.6

7.4

7.2

7.0

6.8

6.6 Transición

Estiaje

Período

Figura 4. Variación estacional de los valores del pH.

Disponibilidad de Oxígeno. Ciertas bacterias como los coliformes fecales que son aerobias, requieren Oxígeno para sobrevivir y en los casos en los que el ambiente en que viven se contamina, aquellas bacterias que no requieren Oxígeno, las anaerobias se multiplican y eliminan a las aerobias. Los valores de Oxígeno disuelto en el agua subterránea del área estudiada, fluctuaron en un rango de 0.2 a 6.65 mg/l, siendo los valores promedio de 3.08 para la época de transición y de 1.72 mg/l para la temporada de estiaje (Figura 5). Esta disminución en los valores del Oxígeno disuelto durante la temporada de estiaje, puede deberse a su consumo por parte de las bacterias aerobias, que al igual que los organismos coliformes fecales, pueden multiplicarse durante esta estación climática. Oxígeno disuelto (mg/l) 7.8

5.85

3.9

1.95

0 Transición

Estiaje

Período

Figura 5. Variación estacional de los valores de Oxígeno disuelto.

CONCLUSIONES La densidad de organismos coliformes fecales en las muestras de agua de pozos en el área de estudio, mostró un incremento en la temporada de estiaje, debido probablemente a que no se tiene el efecto de dilución ocasionado por la infiltración del agua de precipitación pluvial hacia el agua subterránea. Además, el acuífero kárstico que subyace el área de estudio, posee características que favorecen la supervivencia y multiplicación de organismos patógenos, tales como la disponibilidad de nutrientes en términos de Nitrógeno y Potasio; disponibilidad de oxígeno disuelto, con un valor promedio de 2.4 mg/l y valores de temperatura en un rango entre 23.5ºC y 28.0ºC y valores de pH en el rango de 6.67 a 7.70, condiciones que aunadas a la aplicación directa de las excretas de cerdo al suelo con fines de fertilización, permiten que la contaminación bacteriológica del acuífero sea permanente y constituya un riesgo para la salud.

RECOMENDACIONES ◊ Debido a que los microorganismos coliformes son componentes esenciales de los desechos porcícolas, es necesario conocer la calidad bacteriológica del agua de riego y la calidad de las excretas porcinas utilizadas como fertilizante, principalmente en lo que respecta a cultivos hortícolas con la finalidad de disminuir el riesgo de contaminación de los productos. ◊ Continuar con el estudio del manejo integrado de los desechos porcinos, que permitirá demostrar la posibilidad de utilizar los desechos porcícolas en actividades agropecuarias, sin que signifique la contaminación del medio ambiente; en especial, del agua subterránea del estado de Yucatán, que es la única fuente de abastecimiento.

AGRADECIMIENTO Al Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología, por el financiamiento otorgado para la realización de este trabajo a través del proyecto de investigación interinstitucional “Manejo integrado de los desechos orgánicos de las granjas porcinas”, Clave 2191P-B9507. Responsable: M en C. Roberto Sanginés García del Instituto Tecnológico Agropecuario No. 2 de Conkal, Yucatán.

REFERENCIAS

BGS, FIUADY, CNA. (1995). Impact of urbanisation on groundwater in Merida, Mexico: Final Report. British Geological Survey; Facultad de Ingeniería, Universidad Autónoma de Yucatán; Comisión Nacional del Agua. Edited by: Natural Environmental Research Council, United Kingdom. Conway, G.R. y Pretty, J.N. (1991). Unwelcome Harvest. Agriculture and Pollution. Earthscan Publications Ltd., London. INEGI (1992) Anuario Estadístico del Estado de Yucatán. Gobierno del Estado de Yucatán. De. Instituto Nacional de Estadística, Geografía e Informática. Cap. 1:7. México. McJunkin, E. (1982). Agua y salud humana. Edit. Limusa. México. OPS (1980). Procedimientos para la investigación de enfermedades transmitidas por el agua. Publicación Científica No. 398. Organización Panamericana de la Salud. Washington, D.C. USA. Pacheco, J. y Cabrera A. (1996). Efecto del uso de fertilizantes en la calidad del agua subterránea en el estado de Yucatán. Ingeniería Hidráulica en México. (XI) 1, 53-60 pp. Pacheco, A.J., Vázquez, B.E. y Méndez, N.R. (1997). Nitratos en el agua subterránea de una región con actividad porcícola. Ingeniería., Revista Académica de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Autónoma de Yucatán. (1) 1, 81-87 pp. Pacheco, A.J., Cabrera, S.A. y Gómez, A.J. (1997). Especies nitrogenadas en el agua subterránea de un campo con actividad agropecuaria en el estado de Yucatán. Aceptado para su

presentación en el XI Congreso Nacional de Ingeniería Sanitaria y Ciencias Ambientales. Zacatecas, México. Vázquez, B.E. y Manjarrez, R.A. (1993). Contaminación del agua subterránea por la actividad porcícola. Tecnología del agua. España. 109, 38-43 pp. Water Testing Kit (1988). Portable water testing equipment users manual. DelAgua. Environmental Health Unit. England. Williams, B.M. (1980). The survival of pathogens in slurry and the animal health risks from disposal to land. Environmental Sanitation Abstract. (2) 3, 59-68 pp.