Servicios ecosistémicos y agricultura: un enfoque ecológico para la gestión sostenible de los recursos hídricos y de las aguas subterráneas

El agua es un recurso vital para el ser humano. Las aguas subterráneas constituyen una de las principales reservas hídricas disponibles para el abastecimiento de agua potable, el uso en actividades industriales y el riego en agricultura. La mayor parte del agua potable del mundo es de origen subterráneo, por lo que se trata de uno de los recursos más importantes del planeta¹. Las aguas subterráneas son un recurso abundante de alta calidad debido a los complejos procesos físico-químicos que ocurren en la zona saturada y no saturada, así como a los procesos de purificación que desarrollan las comunidades bióticas que habitan el medio acuático subterráneo². La sostenibilidad de este recurso se ve amenazada últimamente por la sobreexplotación y la contaminación de origen antrópico derivada de las actividades industriales y agrícolas, que ponen en peligro la calidad y el uso de las aguas subterráneas en el futuro³. Además, el cambio climático global y las alteraciones en el régimen pluviométrico modifican los patrones del clima regional, influyendo así en la renovación y recuperación de los acuíferos y en consecuencia en los servicios ecosistémicos proporcionados^4-6. Por lo tanto, se necesita un enfoque integrado en las prácticas de gestión y un marco de protección junto con políticas para el uso sostenible de las aguas subterráneas, puesto que existen alternativas viables limitadas.

Anna Sundberg, IMDEA Agua

Los ecosistemas de aguas subterráneas

Las aguas subterráneas representan un elemento esencial en el conjunto de masas de aguas continentales y aparecen almacenadas en acuíferos por debajo de la superficie terrestre. Los acuíferos forman valiosos ecosistemas acuáticos, constituidos por el sustrato geológico, el agua y las diversas especies de organismos (i.e. bacterias, invertebrados especialmente crustáceos). La biota que desarrolla todo su ciclo de vida (estigobiontes) o parcialmente (especies estigofiles e estigoxenes) en las aguas subterráneas compone la estigofauna, siendo una parte importante de la red trófica subterránea⁶. Los invertebrados, junto con las comunidades bacterianas y los procesos físico-químicos, crean un sistema con funciones importantes, especialmente en los procesos de purificación de las aguas subterráneas; haciéndolas aptas para el consumo humano.

Los acuíferos suelen ser vistos como un entorno relativamente estable para las comunidades bióticas residentes, en el que tienen lugar pocas fluctuaciones ambientales debido a la lenta respuesta que ofrecen a los cambios en la superficie⁸. Uno de los factores esenciales que juega un papel importante en la estructuración de las comunidades bióticas (i.e. biodiversidad, distribución espacial y temporal) es la tipología de las masas de agua subterráneas. Se tratan de formaciones geológicas con distintos tipos de rocas (i.e. carbonatadas – en general calizas, más o menos carstificados; ígneas – granitos y rocas afines y metamórficas, pizarras y similares, volcanicas, etc.) que determinan a su vez las cualidades químicas del agua y la permeabilidad y porosidad de un acuífero. La permeabilidad y el grado de fracturación de la roca son unos de los factores primordiales que favorecen la presencia y la configuración de los hábitats acuáticos apropiados para la biota y la ocupación de los espacios intersticiales disponibles por diversos grupos faunísticos. La dimensión de las fracturas en la roca madre afecta a su vez al flujo de las aguas subterráneas y en consecuencia a los parámetros ambientales indispensables para el desarrollo de la vida, como la concentración de oxígeno y el contenido en materia orgánica (nutrientes) que se traslada desde la superficie (aporte de origen alóctono)⁹. Los nutrientes que sostienen a las comunidades bióticas de aguas subterráneas son fundamentalmente de origen superficial, ya que la falta de luz solar impide la fotosíntesis y limita la capacidad de producir energía in situ (con la excepción de los ecosistemas quimioautotróficos como son por ejemplo algunos sistemas cavernícolas sulfurosos, o las fuentes hidrotermales marinas). Las comunidades subterráneas de invertebrados acuáticos y bacterias están interrelacionados, puesto que los primeros se encargan de enterrar y remover el sedimento favoreciendo el flujo de agua en el acuífero, lo que aporta más oxígeno y nutrientes a las bacterias para su crecimiento; mientras que las bacterias constituyen una importante fuente de nutrientes para invertebrados. Además, la depredación ejercida por los invertebrados ofrece nuevas superficies disponibles, así como una fuente de nutrientes que permite la colonización y desarrollo de nuevos microorganismos⁷.

Servicios de los ecosistemas de aguas subterráneas: el papel de las comunidades bióticas.

Las aguas subterráneas constituyen valiosos ecosistemas acuáticos en sí mismas y poseen un papel importante al mantener la integridad ecológica de este recurso. Entregan servicios ecosistémicos de gran complejidad al ser humano y de gran valor económico y social, desempeñando un papel importante: 1) en el almacenamiento de agua de alta calidad a largo plazo; 2) al sostener determinados tipos de ecosistemas acuáticos superficiales (i.e. zona hiporreica de los ríos, humedales) o a los paisajes asociados en áreas húmedas e áridas; 3) intervienen en la mitigación de los riesgos frente a los eventos extremos de inundación o de sequía; 4) en la biodegradación activa de los contaminantes de origen antrópico e inactivación o eliminación de los patógenos; 5) en el ciclo y renovación de los nutrientes; y 6) almacenamiento de CO₂ (especialmente en acuíferos salinos profundos). Uno de los servicios más valiosos proporcionados por los organismos subterráneos en conjunto con los procesos físico-químicos en el suelo (en la zona saturada y no saturada) es la purificación de las aguas y biodegradación por procesos biológicos y fisicoquímicos naturales. Estos procesos son el resultado de la actividad microbiana intensa que realizan las bacterias que forman biopelículas en la superficie de las partículas de sedimentos, encargándose de degradar la materia orgánica y contaminantes específicos. Consecuentemente, es imprescindible sostener la integridad de las comunidades bióticas subterráneas y favorecer el cumplimiento de sus funciones, así como desarrollar estrategias de gestión adecuada y sostenible para los ecosistemas de aguas subterráneas en los que las implicaciones negativas sobre la biota y sus hábitats estén limitadas.

Efectos potenciales de la agricultura en los ecosistemas asociados a aguas subterráneas.

 Los acuíferos son recursos parcialmente renovables que se recargan principalmente durante la temporada de precipitaciones altas¹⁰. En las regiones Mediterráneas la gran parte de los acuíferos disponibles se utilizan en la agricultura, generalmente para el riego. El rango de impactos de la agricultura sobre las comunidades bióticas de los acuíferos es amplio; uno de los más significantes es la contaminación de las aguas por el uso intensivo de fertilizantes y pesticidas. Los fertilizantes se usan para mejorar el crecimiento de los

cultivos, mientras que los pesticidas e insecticidas se utilizan para eliminar los agentes patógenos o insectos que podrían atacar al cultivo y minimizar el rendimiento del mismo. Los fertilizantes y pesticidas se infiltran desde la superficie hacia las aguas subterráneas o son introducidos durante el riego por los procesos de recarga artificial inducida (i.e riegos a manta). En altas concentraciones, estos contaminantes son tóxicos para los organismos, mientras que en concentraciones menores afectan al ciclo de vida alterando los procesos metabólicos, fisiológicos (i.e. reproducción, nutrición) o de comportamiento, con consecuencias negativas sobre la resistencia y resiliencia de las poblaciones¹¹.

En los países Mediterráneos el regadío es vital para desarrollar una agricultura eficaz, sobre todo en las regiones con un clima árido. En España el 75% del agua subterránea se explota en la agricultura, lo que significa que el impacto sobre los acuíferos y su componente biótica es significativo¹⁰. Durante el riego se extrae una gran cantidad de agua en un periodo corto de tiempo, lo que genera amplias variaciones en el nivel freático. Ciertos organismos son extraídos durante el bombeo y eliminados del sistema, mientras que otros evitan la perturbaciones creadas migrando a cierta distancia del área de bombeo¹². Las amplias fluctuaciones en el nivel freático son una de las causas de mayor impacto negativo sobre la fauna subterránea y su ecosistema, contribuyendo principalmente a la perdida de hábitats acuáticos subterráneos y de la conexión con la superficie; además también  generan perturbaciones a largo plazo a las poblaciones y a los servicios ecosistémicos que prestan¹¹. Las comunidades bióticas se ven principalmente enfrentadas por una disminución significativa en la abundancia de las poblaciones y al declive de la biodiversidad específica, poniendo en riesgo la resistencia y resiliencia natural de las comunidades y finalmente comprometiendo la integridad y funcionalidad del ecosistema. En consecuencia, una explotación intensiva de los acuíferos mediante el uso en agricultura, sin medidas preventivas adecuadas de gestión pone en riesgo no solo la cantidad de las aguas subterráneas y su recuperación natural, sino la calidad de este recurso (adjudicada por la componente biótica) y la futura utilización a medio y largo plazo.

IMDEA Agua participa en varios proyectos de investigación para estudiar la disponibilidad y gestión sostenible de los recursos hídricos subterráneos y evaluar el estatus ecológico de los acuíferos en España. Dentro del proyecto Smart-Hydro (financiado por el Ministerio de Economía y Competitividad en la Convocatoria Retos-Colaboración con expediente 2015-2018 RTC-2014-2367-5), el Grupo de Ecología de las Aguas Subterráneas investiga las propiedades de las comunidades bióticas subterráneas y evalúa los servicios ambientales que prestan a los ecosistemas subterráneos y/o dependientes de las aguas subterráneas (i.e. zona hiporreica de los ríos o humedales). Los estudios se desarrollan en el acuífero aluvial del río Jarama en la Finca Experimental La Isla (Arganda) del Instituto Madrileño de Investigación y Desarrollo Rural, Agrario y Alimentario (IMIDRA) de la Comunidad de Madrid y pretende evaluar los impactos de la explotación extensiva y la recarga artificial del acuífero sobre la fauna subterránea de invertebrados; desarrollar prácticas de gestión eficiente en el sector agrícola para alcanzar un uso óptimo de los acuíferos, salvaguardar el equilibrio entre el uso del agua (extracción para riego) y la estabilidad del medio ambiente para la biota; así como asegurar la disponibilidad futura de los recursos de aguas subterráneas.

Figura 1: Ejemplos de especies de crustáceos en las aguas subterráneas. a) Cypria ophtalmica (Ostrácodo); b) Niphargus sp. (Amphipodo); c) Bryocamptus sp. (Harpacticoid).

Bibliografía y lectura adicional

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