spatio-temporal dynamics of nitrogen in river-alluvial aquifer systems affected by diffuse pollution...

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Limnetica, 25 (3-4): xx-xx (2006) Limnetica, 25 (3-4): 141-150 (2006) c Asociaci´ on Espa ˜ nola de Limnolog´ ıa, Madrid. Spain. ISSN: 0213-8409 Din´ amica espacio-temporal del contenido en nitrato de las aguas su- perciales y subterr ´ aneas de la cuenca del r´ ıo Oja (La Rioja, Espa ˜ na): vulnerabilidad del acu´ ıfero aluvial Mercedes Arauzo 1,, Mar´ ıa Valladolid 2 , Juan Jos´ e Mart´ ınez-Bastida 1 y Carmen Guti´ errez 3 1 Departamento de Contaminaci´ on Ambiental. Centro de Ciencias Medioambientales-CSIC. Serrano 115 dpdo. 28006 Madrid. 2 Departamento de Biodiversidad y Biolog´ ıa Evolutiva. Museo Nacional de Ciencias Naturales-CSIC. Jos´ e Gu- ti´ errez Abascal 2. 28006 Madrid. 3 Departamento de Agroecolog´ ıa. Centro de Ciencias Medioambientales-CSIC. Serrano 115 dpdo. 28006 Ma- drid. Autor responsable de la correspondencia: [email protected] RESUMEN La escorrent´ ıay ltraci´ on de aguas con alto contenido en nitrato procedente de las pr´ acticas de fertilizaci´ on agr´ ıcola, genera un grave problema de contaminaci´ on difusa de los recursos h´ ıdricos. Como resultado, se alcanzan concentraciones de nitrato en las reservas de agua que pueden afectar a la salud humana y a la calidad ambiental. En Europa la norma encargada de regular esta problem´ atica es la Directiva 91/676/CEE, en la que se dene como zona vulnerable aquella supercie territorial cuya escorrent´ ıao ltraci´ on pueda originar contaminaci´ on de las aguas por nitratos. La Directiva ja en 50 mg/l de nitrato el ımite a partir del cual se entiende que el agua est´ a afectada por el proceso de contaminaci ´ on. Con frecuencia estacional y durante un periodo superior a un ciclo anual, se ha realizado un seguimiento de la evoluci´ on piezom´ etrica del acu´ ıfero aluvial del Oja y una caracterizaci´ on hidroqu´ ımica del mismo y del r´ ıo Oja (La Rioja, Espa˜ na). Parte del ´ area de estudio est´ a tipicada por la Comunidad de La Rioja como zona vulnerable y zona vulnerable ampliable. Nuestro objetivo ha sido estudiar la din´ amica del contenido en nitrato de las aguas superciales y subterr´ aneas de la Unidad Hidrogeol´ ogica del aluvial del Oja, mediante la interpretaci´ on de una secuencia de mapas que ilustran las variaciones, en el espacio y en el tiempo, del proceso de contaminaci ´ on. Se discute, adem´ as, la relaci ´ on entre la distribuci´ on del i ´ on nitrato y las variaciones hidrol´ ogicas, las caracter´ ısticas del sustrato geol ´ ogico y el periodo de mayor aporte de fertilizantes. Durante la estaci´ on estival, se observ´ o un amplio descenso en el nivel piezom´ etrico del acu´ ıfero, como consecuencia de las extracciones de agua por bombeo para riego agr´ ıcola y del menor aporte desde los arroyos tributarios. El agua tambi´ en desapareci´ o temporalmente de la zona media del cauce del Oja durante el verano. El caudal habitual se recuper´ o durante el oto˜ no, con la subida del nivel piezom´ etrico. La concentraci´ on de nitrato sobrepas´ o el nivel de referencia establecido en la Directiva en la mitad norte del acu´ ıfero aluvial. La lixiviaci´ on procedente del abono nitrogenado de primavera provoc´ o una expansi´ on del ´ area contaminada hacia la zona centro-occidental del acu´ ıfero durante el verano, que remiti´ o con la recarga de oto˜ no-primavera. No ocurri´ o lo mismo en las zonas norte y este, con menor renovaci´ on del agua, donde las concentraciones de nitrato se situaron siempre por encima de los valores permitidos. Palabras clave: Directiva 91/676/CEE, zonas vulnerables, nitrato, acu´ ıfero aluvial. ABSTRACT A high content of nitrate in runoff and leaching water from excessive use of nitrogen fertilizer in farming generates a serious problem of diffuse pollution in water resources. As a result, hig nitrate concentrations in reservoir waters are reached which could produce harmful effects on human health and environment quality. In Europe, the standard that regulates this issueis the Directive 91/676/EEC that denes a vulnerable zone as an area of land that drains into waters, and that contains more than 50 mg/l nitrates, which is the limit stated by the Directive. Once a season and during a period greater than an annual cycle, a hydrochemistry and piezometry study was performed in the Oja alluvial aquifer and the Oja River (La Rioja, Spain). A part of the study area was classied by Comunidad de La Rioja as a vulnerable zone and an expandable vulnerable zone. Our objective was to study the spatial and temporal dynamics of nitrate content in surface and subterranean waters of the basin River Oja, through the interpretation of a map sequence

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Limnetica, 25 (3-4): xx-xx (2006)Limnetica, 25 (3-4): 141-150 (2006)c© Asociacion Espanola de Limnologıa, Madrid. Spain. ISSN: 0213-8409

Dinamica espacio-temporal del contenido en nitrato de las aguas su-perficiales y subterraneas de la cuenca del rıo Oja (La Rioja, Espana):vulnerabilidad del acuıfero aluvial

Mercedes Arauzo1,∗, Marıa Valladolid 2, Juan Jose Martınez-Bastida1 y Carmen Gutierrez3

1 Departamento de Contaminacion Ambiental. Centro de Ciencias Medioambientales-CSIC. Serrano 115 dpdo.28006 Madrid.2 Departamento de Biodiversidad y Biologıa Evolutiva. Museo Nacional de Ciencias Naturales-CSIC. Jose Gu-tierrez Abascal 2. 28006 Madrid.3 Departamento de Agroecologıa. Centro de Ciencias Medioambientales-CSIC. Serrano 115 dpdo. 28006 Ma-drid.∗ Autor responsable de la correspondencia: [email protected]

RESUMEN

La escorrentıa y filtracion de aguas con alto contenido en nitrato procedente de las practicas de fertilizacion agrıcola, generaun grave problema de contaminacion difusa de los recursos hıdricos. Como resultado, se alcanzan concentraciones de nitratoen las reservas de agua que pueden afectar a la salud humana y a la calidad ambiental. En Europa la norma encargada deregular esta problematica es la Directiva 91/676/CEE, en la que se define como zona vulnerable aquella superficie territorialcuya escorrentıa o filtracion pueda originar contaminacion de las aguas por nitratos. La Directiva fija en 50 mg/l de nitrato ellımite a partir del cual se entiende que el agua esta afectada por el proceso de contaminacion.Con frecuencia estacional y durante un periodo superior a un ciclo anual, se ha realizado un seguimiento de la evolucionpiezometrica del acuıfero aluvial del Oja y una caracterizacion hidroquımica del mismo y del rıo Oja (La Rioja, Espana).Parte del area de estudio esta tipificada por la Comunidad de La Rioja como zona vulnerable y zona vulnerable ampliable.Nuestro objetivo ha sido estudiar la dinamica del contenido en nitrato de las aguas superficiales y subterraneas de la UnidadHidrogeologica del aluvial del Oja, mediante la interpretacion de una secuencia de mapas que ilustran las variaciones, en elespacio y en el tiempo, del proceso de contaminacion. Se discute, ademas, la relacion entre la distribucion del ion nitrato y lasvariaciones hidrologicas, las caracterısticas del sustrato geologico y el periodo de mayor aporte de fertilizantes.Durante la estacion estival, se observo un amplio descenso en el nivel piezometrico del acuıfero, como consecuencia delas extracciones de agua por bombeo para riego agrıcola y del menor aporte desde los arroyos tributarios. El agua tambiendesaparecio temporalmente de la zona media del cauce del Oja durante el verano. El caudal habitual se recupero durante elotono, con la subida del nivel piezometrico. La concentracion de nitrato sobrepaso el nivel de referencia establecido en laDirectiva en la mitad norte del acuıfero aluvial. La lixiviacion procedente del abono nitrogenado de primavera provoco unaexpansion del area contaminada hacia la zona centro-occidental del acuıfero durante el verano, que remitio con la recarga deotono-primavera. No ocurrio lo mismo en las zonas norte y este, con menor renovacion del agua, donde las concentracionesde nitrato se situaron siempre por encima de los valores permitidos.

Palabras clave: Directiva 91/676/CEE, zonas vulnerables, nitrato, acuıfero aluvial.

ABSTRACT

A high content of nitrate in runoff and leaching water from excessive use of nitrogen fertilizer in farming generates a seriousproblem of diffuse pollution in water resources. As a result, hig nitrate concentrations in reservoir waters are reached whichcould produce harmful effects on human health and environment quality. In Europe, the standard that regulates this issue isthe Directive 91/676/EEC that defines a vulnerable zone as an area of land that drains into waters, and that contains morethan 50 mg/l nitrates, which is the limit stated by the Directive.Once a season and during a period greater than an annual cycle, a hydrochemistry and piezometry study was performed inthe Oja alluvial aquifer and the Oja River (La Rioja, Spain). A part of the study area was classified by Comunidad de LaRioja as a vulnerable zone and an expandable vulnerable zone. Our objective was to study the spatial and temporal dynamicsof nitrate content in surface and subterranean waters of the basin River Oja, through the interpretation of a map sequence

142 Arauzo et al.

showing tne temporal and spatial variation of the pollution processes. Relationships between nitrate ion distribution andperiod of fertilization, hydrological dynamics and geologic characteristics are discussed.A marked fall in the aquifer piezometric level was observed during summer because of water extraction for agriculture and alower water flow from the tributary streams. Water also disappeared in the middle zone of the River Oja during summer. Flowand the initial piezometric layer were recovered during next autumn. Nitrate concentration was higher than the referencelevel established by the Directive in the northern half of the alluvial aquifer. Nitrate leaching from fertilizers used in springproduced an expansion of pollution to the middle-west area of the aquifer during summer, which receded with the autumn-spring recharge. Nitrate pollution in the northeast area of the aquifer did not show the same pattern, and always showedconcentrations higher than the allowed level.

Keywords: Directive 91/676/EEC, vulnerable zones, nitrate, alluvial aquifer.

INTRODUCCION

La infiltracion y escorrentıa de aguas con altocontenido en nitrato, derivada del efecto combi-nado de una excesiva fertilizacion nitrogenada yunas practicas de riego poco optimizadas en laszonas agrıcolas, contribuye al deterioro de los re-cursos hıdricos. La lixiviacion de ion nitrato des-de la zona no saturada hacia los acuıferos no solose produce durante los periodos de cultivo, tam-bien puede desencadenarse durante las fases deintercultivo, por efecto de las lluvias (Arauzo etal., 2003). Como resultado, cada vez con masfrecuencia, se alcanzan concentraciones que pue-den afectar a la salud humana (contaminacion deaguas de abastecimiento) y a la calidad ambiental(contaminacion de acuıferos, procesos de eutrofi-zacion en ecosistemas acuaticos).

La contaminacion del agua por nitratos afec-ta a todos los paıses de la Union Europea (Nixonet al., 2000). La norma encargada de regular es-ta problematica es la Directiva 91/676/CEE (tras-puesta por el Real Decreto 261/1996), cuyo dobleobjetivo es la reduccion de la contaminacion pornitratos ya existente y la prevencion de la apa-ricion de nuevos procesos contaminantes. En laDirectiva se define como zona vulnerable aquellasuperficie territorial cuya escorrentıa o filtracionafecte, o pueda afectar, a la contaminacion de lasaguas por nitratos. Se consideran aguas contami-nadas aquellas con contenido en nitrato superiora 50 mg/l, ası como las que manifiestan una ten-dencia creciente que haga prever la necesidad demedidas de proteccion. La Directiva obliga a lospaıses miembros a identificar, cada cuatro anos,

las zonas vulnerables a la contaminacion por ni-tratos que, en el caso de aguas subterraneas, co-rresponde a las areas de recarga de los acuıfe-ros afectados o en riesgo de estarlo. El incum-plimiento de las medidas restrictivas obligatoriasen las zonas vulnerables conlleva sanciones talescomo la retirada de subvenciones para el sectoragrıcola en las zonas afectadas. La aplicacion dela Directiva, aparte de sus beneficios medioam-bientales obvios, puede repercutir negativamentea corto-medio plazo sobre la economıa y la ges-tion de importantes areas de regadıo. Por ello sehace indispensable el desarrollo de investigacio-nes encaminadas a la deteccion, caracterizaciony proteccion de las zonas vulnerables (InstitutoTecnologico Geominero de Espana, 1998; Minis-terio de Medio Ambiente, 2001; Gobierno de LaRioja & ECCYSA, 2003), al desarrollo de meto-dos para la elaboracion de balances hıdricos y denitratos ajustados en la zona no saturada (Ramos& Kuche, 1999; Paltineanu & Starr,1997; Starr &Paltineanu, 1998; Fares & Alva, 2000; Arauzo etal., 2003) y a la mejora en las estrategias de riegoy abonado en los agrosistemas (Archer & Thom-pson, 1993; Roman et al., 1996; Sanchez et al.,1998; Rass et al., 1999; Dıez, 2000; Dıez et al.,2000; Sanchez-Perez et al., 2003; Vazquez et al.,2003; Ortuzar et al., 2003).

En la Unidad Hidrogeologica del aluvial delOja (La Rioja Alta, Espana) encontramos una zo-na tipificada como vulnerable por la Comunidadde La Rioja (aluviales y terrazas del tramo ba-jo del Zamaca) y otra declara zona vulnerableampliable (margen derecha del ultimo tramo delacuıfero aluvial del Oja). El proceso de contami-

El nitrato en aguas superficiales y subtrerraneas del rıo Oja 143

Figura 1. Situacion de las estaciones de muestreo sobre el rıo Oja (R1-R5) y sobre la Unidad Hidrogeologica del aluvial delOja (P1-P11). En color gris: Unidad hidrogeologica, donde se dibuja el mapa piezometrico (mayo de 2003) y el sentido del flujodel agua. Location of the sampling stations in the Oja River (R1-R5) and the Hydrogeological Area of the Oja alluvial (P1-P11).Hydrogeological area (in grey), with the piezometric map (May 2003) and the flow direction of the water.

144 Arauzo et al.

nacion surge de la interaccion entre dos facto-res: la alta permeabilidad de sustrato geologico,hecho que favorece cualquier proceso de drena-je y lixiviacion desde la zona no saturada haciael acuıfero subyacente, y la actividad economi-ca dominante en la zona, basada en la agriculturaintensiva de regadıo. En este trabajo se ha rea-lizado una caracterizacion quımica de las aguassuperficiales y subterraneas de la Unidad Hidro-geologica del aluvial del Oja, centrando el ob-jetivo principal de la investigacion en el estudiode la dinamica espacio-temporal del contenido ennitrato en el rıo y en el acuıfero aluvial. Se haexplorado la relacion entre el proceso de conta-minacion y otros factores ambientales: aporte defertilizantes, variaciones en el regimen hidrologi-co, sustrato geologico, etc. Se presentan los re-sultados relativos a quince meses de trabajo, conmuestreos a escala estacional, si bien el equipoinvestigador se propone no interrumpir las cam-panas de muestreo, a fin de obtener informacionsobre las tendencias espaciotemporales del con-taminante a largo plazo y, posteriormente, obser-var los efectos de la proxima aplicacion de medi-das restrictivas en el uso de fertilizantes sobre lacalidad del agua en el conjunto rıo-acuıfero.

MATERIAL Y METODOS

El area de estudio se emplaza en la Unidad Hi-drogeologica 09.04.03, tambien denominada alu-vial del Oja, al norte de la Sierra de la Deman-da (La Rioja, Espana). Coincide con la cuencahidrografica del rıo Oja, aunque tambien inclu-ye el tramo final del rıo Tiron y gran parte delarroyo Zamaca. La principal actividad economi-ca que se desarrolla en la zona es la agriculturaintensiva (remolacha, patata, guisante, judıa ver-de, cereal, frutales, vinedo), mayoritariamente enregadıo. El regimen hidrologico es de tipo plu-vionival, con una precipitacion anual de 410 mmdurante 2003 (estacion meteorologica de Haro,pagina web del Gobierno de La Rioja). Los lımi-tes del acuıfero aluvial del rıo Oja estan defini-dos por la propia extension de los aluviales, queocupan una superficie de unos 148.5 km2. El es-pesor medio del acuıfero es de 10 m (Instituto

Geologico y Minero de Espana, 1985a). El sus-trato geologico lo conforman depositos del Cua-ternario (coluviales, aluviales, terrazas aluviales,terrazas bajas y conos de pie de monte), con unalitologıa de gravas gruesas aluviales, gravas po-ligenicas, arenas y limos (Instituto Geologico yMinero de Espana, 1985b). Se trata de un sus-trato altamente permeable, con el nivel freaticoa escasa profundidad, hechos que favorecen losprocesos de drenaje y lixiviacion desde la zonano saturada del suelo y potencian la vulnerabili-dad de las aguas subterraneas.

Desde mayo de 2003 a mayo de 2004 se harealizado una caracterizacion hidroquımica delrıo Oja y de su acuıfero aluvial. Las campanas demuestreo se han desarrollado con frecuencia es-tacional, en mayo, agosto y noviembre de 2003 yfebrero y mayo de 2004. En la figura 1 se muestrala situacion de las estaciones de muestreo sobreel rıo (R1-R5, desde cabecera hasta su confluen-cia con el rıo Tiron) y sobre el acuıfero aluvial(P1-P11). En cada estacion de muestreo (tanto enel rıo como en los pozos) se realizaron medidasin situ de temperatura del agua, pH y conductivi-dad electrica. Para ello se utilizo un sistema mul-tiparametrico portatil conectado a multisonda ykit pH/re-dox, modelo YSI 556, marca YSI. Lasmedidas de coordenadas UTM y altitud se reali-zaron mediante un GPS modelo Garmin GPS 12,marca Garmin. En cada estacion fluvial el cau-dal se estimo como el producto del area de laseccion transversal del rıo y la velocidad de lacorriente. Para mayor precision, la seccion trans-versal se dividio en subareas, en las que se medıala velocidad de la corriente mediante un molineteOwens River Hydroprop. Posteriormente se cal-culo el caudal de cada subarea y se sumaron todoslos caudales de las mismas para obtener, final-mente, el caudal de la seccion transversal del rıo.En las estaciones P1-P11 se realizaron mediadasdirectas de la profundidad a la que se situaba elnivel freatico (con relacion a la superficie del sue-lo), a fin de conocer las fluctuaciones del nivelpiezometrico del acuıfero (variaciones naturales:estacionalidad; variaciones artificiales: bombeos,recargas). En todas las estaciones se recogieronmuestras de agua: en el rıo, mediante muestrosimple, en los pozos, mediante la creacion de

El nitrato en aguas superficiales y subtrerraneas del rıo Oja 145

Figura 2. Variaciones estacionales en el nivel freatico (respecto a la superficie del suelo). Pozos P1-P11 en el acuıfero aluvial delOja. Seasonal variations in the phreatic level (measured with respect to the ground surface). Wells P1-P11 in the Oja alluvial aquifer.

muestras integradas a partir de alıcuotas recogi-das cada dos metros de profundidad. Las profun-didades de los pozos oscilaban entre los 4 y 12m, desde la superficie del nivel freatico. Para elmuestreo del agua de los pozos se utilizo una bo-tella muestreadora de apertura horizontal de 2.5 l.Sobre cada muestra de agua se determinaron lasconcentraciones de nitrogeno total (NT), nitratosy nitritos. El nitrogeno total se analizo por co-lorimetrıa, mediante el metodo 2.6-dimetil fenol(Lange, 1998). Los nitratos y nitritos se determi-naron mediante cromatografıa ionica.

El mapa piezometrico de la figura 1, corres-pondiente a la campana de mayo de 2003, secreo a partir de los niveles piezometricos de lospozos, trazando las curvas isopiezas por interpo-lacion triangular e interpretativa, con un nivel deprecision del orden de 25 m. Las flechas que indi-can el sentido del flujo del agua se trazaron desdelas lıneas de mayor altura piezometrica hacia laslıneas de menor altura, en la direccion de la maxi-ma pendiente (perpendiculares a las mismas).

RESULTADOS

En la figura 1 se representa, en color gris, la Uni-dad Hidrogeologica del aluvial del Oja, sobre laque se dibuja el mapa piezometrico (correspon-diente a mayo de 2003) y el sentido del flujodel agua. El movimiento del agua en el acuıfe-

ro esta condicionado por la topografıa: la princi-pal zona de recarga se encuentra entre Ojacastroy Santo Domingo. En la zona media-baja, al re-ducirse las dimensiones del acuıfero, el rıo Ojay el arroyo Zamaca actuan como drenantes. Lasextracciones para riego y abastecimiento, la en-trada de agua desde el canal de riego del Naje-rilla y las intervenciones sobre el cauce del Oja,extraccion de aridos, obras de allanamiento delcauce en su curso medio durante 2004, etc., con-dicionan el funcionamiento natural del acuıfero.La recarga se produce de otono a primavera, apartir de aguas procedentes de las escorrentıas dela Sierra de la Demanda y afloramientos tercia-rios perifericos, y de la lluvia util sobre la su-perficie permeable. El acuıfero sufre una impor-tante explotacion durante los estiajes. La extrac-cion de agua por bombeo para riego, sumada almenor aporte desde los arroyos tributarios duran-te el periodo estival, se materializa en un ampliodescenso del nivel freatico (Fig. 2). El agua llegaa desaparecer del cauce del Oja, temporalmen-te, desde Ojacastro hasta Castanares de Rioja. Elcaudal aumenta de nuevo durante el invierno y elnivel piezometrico se recupera, salvo en la esta-cion P11, en Casalarreina, donde no se observarecuperacion en el nivel freatico.

En la Tabla 1 se muestran los valores mediosanuales de las variables analizadas en cada es-tacion de muestreo, de mayo de 2003 a febrerode 2004. En las zonas sur y centro de la Unidad

146 Arauzo et al.

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6,67±0

,94

4,05±2

,89

3,25±1

,17

3,15±2

,28

3,95±1

,03

5,47±1

,55

9,44±0

,96

3,68±2

,11

10,4±5

,710

,4±2

,129

,6±4

,414

,0±3

,03

El nitrato en aguas superficiales y subtrerraneas del rıo Oja 147

Figura 3. Dinamica espacio-temporal del contenido en nitrato en el acuıfero aluvial del Oja. Spatial and temporal dynamics ofnitrate content in the Oja alluvial aquifer.

Hidrogeologica se observa un nivel bajo de mi-neralizacion de las aguas, con cierta tendencia auna mineralizacion moderada hacia el norte, en lazona de descarga del acuıfero. En el tercio nortedel acuıfero las concentraciones de nitrato (Tabla1, Fig. 3) sobrepasan el lımite guıa (25 mg/l, Di-

rectiva 75/440/CEE) en R5, durante el otono y elinvierno, y en P6, P8, P9, P10 y P11, de formapermanente. El lımite establecido por la Directi-va 91/676/CEE para aguas contaminadas por ni-trato (50 mg/l) se sobrepasa en las estaciones P6,P8, P9, y P11, durante algunos periodos del ci-

148 Arauzo et al.

clo anual, mientras que en P10 ocurre a lo lar-go de todo el ano (alcanzandose valores de hasta128 mg/l). Respecto a la aptitud de las aguas pa-ra el riego agrıcola (Ayers & Westcot, 1985: FAOno 29) se observan restricciones desde ligeras-moderadas hasta severas, debido al exceso de ionnitrato, en los puntos P6, P8, P9, P10 y P11.

En la figura 3 se presenta una secuencia decinco mapas sobre los que se muestra, a escalaestacional, la dinamica espacio-temporal del con-tenido en nitrato en el acuıfero aluvial del Oja.La zona sur del acuıfero, que corresponde al areaprincipal de recarga del mismo, conserva siempreun alto nivel de calidad. Se observan, sin embar-go, elevadas concentraciones de nitrato en la zo-na nororiental, zona media-baja del Oja y arroyoZamaca, donde el acuıfero se estrecha. El efec-to de la rapida lixiviacion del nitrato, proceden-te de las labores de abonado de la primavera de2003, se materializa en el mapa de concentracionde nitrato de verano de 2003, donde se observauna expansion del area contaminada hacia la zonacentro-occidental del acuıfero y un agravamien-to del proceso de contaminacion en la zona este.El caracter cıclico y estacional en el regimen hi-drologico, con una alta tasa de recarga del acuıfe-ro desde otono a primavera, a pesar de la sensi-ble sequıa y sobreexplotacion en verano, permitela recuperacion progresiva de la calidad del aguaen la zona centro-occidental, efecto ya percepti-ble en el otono de 2003 y que continua hasta laprimavera de 2004. Los niveles de calidad en eltramo final del rıo no se recuperan, sin embargo,hasta la primavera de 2004.

DISCUSION

Estudios previos efectuados en la cuenca del Oja(Instituto Geologico y Minero de Espana, 1985)ya senalaban que la fuente de contaminacion masimportante de la zona eran los abonos nitroge-nados de origen agrıcola. Se mencionaban en-tonces concentraciones puntualmente superioresa 40 mg/l, valor tres veces inferior a los maximosobservados en la actualidad. Parece evidente, portanto, el avance progresivo del proceso de conta-minacion a lo largo de las dos ultimas decadas.

Los resultados muestran la capacidad de ate-nuacion natural del proceso de contaminacion enla zona centro-occidental del acuıfero, como con-secuencia de la mayor renovacion del agua du-rante el periodo de otono a primavera. Los ni-veles de calidad en el tramo final del rıo no serecuperan, sin embargo, hasta la primavera de2004 (Fig. 3). Esta demora parece en concordan-cia con el hecho de que en la zona entre Cas-tanares y Casalarreina, al reducirse las dimensio-nes del acuıfero, el rıo Oja actua como drenantedel mismo (Fig. 1). Los valores elevados de nitra-to en el tramo final del rıo durante el otono y el in-vierno (Fig. 3) pueden explicarse si se consideraque la mayor parte sus aguas proceden del drena-je del area contaminada del acuıfero. El procesodifuso de lixiviacion de nitrato, intensificado traslas labores de abonado de la primavera anterior,y el posterior transporte del soluto por las aguassubterraneas en el sentido longitudinal del siste-ma rıo-acuıfero, no solo afecta a la calidad delpropio acuıfero sino tambien, temporalmente, ala calidad de las aguas superficiales.

Las concentraciones de nitrato son elevadasen el area nororiental, zona media-baja del Ojay arroyo Zamaca, donde el acuıfero se separa endos cuencas, Oja y Zamaca, que se estrechan.Aquı, los flujos convergentes y la menor reno-vacion hıdrica producen, probablemente, areasde acumulacion. La geologıa circundante, con-formada por conglomerados, areniscas y lutitas,de permeabilidad variable, supone una barrea pa-ra el flujo del agua desde las zonas aluviales,altamente permeables, dificultando la capacidadde atenuacion natural del proceso de contamina-cion. La complejidad e irregularidades del sus-trato geologico pueden producir discontinuidadestemporales o permanentes en las masas de aguasubterraneas difıciles de precisar. Aunque se ob-serva, en general, una buena capacidad de recargadel acuıfero aluvial, una prueba de estas irregula-ridades se encuentra en la estacion P11 (en Ca-salarreina), donde el nivel freatico no se recuperacon la llegada del invierno, hecho quizas atribui-ble a alguna heterogeneidad local en el contextoaluvial.

El estudio de los patrones espaciotemporalesde distribucion del contenido en nitrato en el sis-

El nitrato en aguas superficiales y subtrerraneas del rıo Oja 149

tema rıo-acuıfero, integrando datos quımicos einformacion hidrologica, es el primer paso quedebe abordarse para afrontar los problemas deri-vados de la vulnerabilidad de los acuıferos alu-viales a la contaminacion por nitrato. Se hace ne-cesario, asimismo, realizar estudios extensivos decampo que permitan interpretar la interaccion en-tre zona no satura y la zona saturada, determinarel papel de los usos del territorio y valorar el efec-to de ambos factores sobre la dinamica espacio-temporal del nitrato en las masas de agua. A esca-la europea, los resultados son todavıa tan prelimi-nares que ni siquiera se ha logrado establecer unarelacion directa entre el aporte de nitrogeno y lasmediciones de nitratos en las aguas subterraneas(Nixon et al., 2000), si bien se esta trabajandoen el desarrollo de modelos para estimar la con-tribucion de las distintas fuentes de nitrogeno yel nitrogeno retenido en el suelo y en las aguas(Grizzetti et al., 2003). Los resultados de este tra-bajo sugieren que la declaracion y seguimientode un area vulnerable debe plantearse desde unpunto de vista dinamico y multidisciplinar, con-siderando las variaciones espaciotemporales enla totalidad de la Unidad Hidrogeologica e inte-grando la informacion quımica e hidrologica. Porotra parte, la escala temporal de observacion em-pleada para la realizacion de este estudio (escalaestacional) ha resultado satisfactoria, puesto quese encuentra en concordancia tanto con los pro-cesos hidrologicos naturales, como con los usosagrıcolas del territorio, proporcionando una am-plia informacion que debe ser completada con elseguimiento de los procesos a largo plazo.

El desarrollo de estudios de estas caracterısti-cas proporcionara una base cientıfica solida pa-ra la elaboracion y seguimiento de propuestas deregeneracion y conservacion de las reservas deagua en las zonas vulnerables que permitan com-patibilizar unas practicas agrıcolas mas optimiza-das y una gestion sostenible de los recursos hıdri-cos.

AGRADECIMIENTOS

Este trabajo de investigacion se esta financian-do a traves del Proyecto del Plan Nacional de

I+D REN2002-02550. La Union de Agricultoresy Ganaderos-Coordinadora de Agricultores y Ga-naderos (UAGR-COAG) apoya el desarrollo de lainvestigacion mediante un Contrato Tecnologico(ref. 2003/672).

Agradecemos muy especialmente a la UAGR-COAG su colaboracion y su apoyo logıstico en lazona de campo.

La Consejerıa de Educacion de la Comunidadde Madrid y el Fondo Social Europeo (F.S.E.)participan mediante la financiacion de una becade Formacion de Personal Investigador.

BIBLIOGRAFIA

ARAUZO, M., J.A. DIEZ & P. HERNAIZ 2003. Es-timacion de balances hıdricos y lixiviacion de ni-tratos en sistemas agrıcolas. En: Investigacion dela zona no saturada, Vol. VI, ZNS’03. J. Alvarez-Benedı y P. Marinero (eds.).: 39-44. InstitutoTecnico Agrario de Castilla Leon, Universidad Eu-ropea Miguel de Cervantes. Valladolid, Espana.

ARCHER, J. & R. THOMPSON 1993. Solving thenitrate problem: Progress in research and develop-ment. AFF Publ., London. 37 pp.

AYERS, R. S. & D. W. WESTCOT. 1985. Water qua-lity for agriculture. FAO Irrigation and drainagepaper, no 29. Food and Agriculture Organizationof the United Nations. Rome. 174 pp.

CONFEDERACION HIDROGRAFICA DEL EBRO2003. Definicion de la red de nitratos en aguassubterraneas, muestreo y determinaciones “in si-tu”. Cuenca del Ebro. Memoria. IPROMA, INOC-SA & ESHYG. Area de Calidad de Aguas, Confe-deracion Hidrografica del Ebro. 23 pp + Anejo I.

DIEZ, J.A., R. CABALLERO, R. ROMAN, A. TAR-QUIS, M. C. CARTAGENA & A. VALLEJO 2000.Integrated fertilizer and irrigation management toreduce nitrate leaching in Central Spain. J. Envi-ron. Qual., 29: 1539-1547.

DIEZ, J. A. 2000. Optimizacion de la fertilizacionnitrogenada: procedimiento de analisis de suelo,toma de muestra y eleccion del tipo de fertilizante.Edafologıa, 6: 73-84.

FARES, A. & K. ALVA 2000. Soil water componentsbased on capacitance probes in a sandy soil. Soil.Sci. Soc. Am. J., 64: 311-318.

GOBIERNO DE LA RIOJA & ECCYSA 2003. Plande actuacion para reducir la contaminacion de las

150 Arauzo et al.

aguas por nitratos agrıcolas. Entidad de Control,Certificacion, y Servicios Agroalimentarios, Con-sejerıa de Turismo y Medio Ambiente de La Rioja,Consejerıa de Agricultura Ganaderıa y DesarrolloRural de La Rioja, Logrono. 11 pp.

GRIZZETTI, B., F. BOURAOUI, G. DE MARSILY& G. BIDOGLIO 2003. A statistical approachto estimate nitrogen sectorial contribution to totalload. Diffuse Pollution Conference, Dublin, Ger-many: 66-71.

INSTITUTO GEOLOGICO Y MINERO DE ES-PANA, 1985a. Proyecto de Investigacion Hidro-geologica del Cuaternario del rıo Glera. Comu-nidad Autonoma de La Rioja. Tomo I: Memoria.Ministerio de Industria y Energıa. Zaragoza. 296pp.

INSTITUTO GEOLOGICO Y MINERO DE ES-PANA,1985b. Plano Hidrogeologico no 1, In-vestigacion Hidrogeologica del Cuaternario delrıo Glera (La Rioja). Clave: ZP-1490. Escala 1:50.000.

INSTITUTO TECNOLOGICO GEOMINERO DEESPANA 1998. Mapa de contenido en nitra-to de las aguas subterraneas en Espana, Escala1:1.500.000. Ministerio de Medio Ambiente, Ma-drid.

LANGE, 1998. Handbook of photometrical opera-tion analysis. LASA/lP/CADAS/ISIS. Great Bri-tain.

MARTINEZ, C. GARCIA-LINARES, J. M. SAN-CHEZ-PEREZ, M., A. AIZPURUA, I. RUIZ DELOIZAGA y I. ANTIGUEDAD 2003. Lixivia-cion de nitrato bajo cultivo de remolacha enla zona vulnerable del acuıfero cuaternario deVitoria-Gasteiz (Pacis Vasco). En: Investigacionde la zona no saturada, Vol. VI, ZNS’03. J.Alvarez-Benedı y P. Marinero (eds.).: 25-32. Ins-tituto Tecnico Agrario de Castilla Leon, Univer-sidad Europea Miguel de Cervantes. Valladolid,Espana.

MINISTERIO DE MEDIO AMBIENTE 2001.Ca-racterizacion de las fuentes agrarias de contami-nacion de las aguas por nitratos. Secretarıa deestado de Aguas y Costas, Direccion General deObras Hidraulicas y Calidad de Aguas, Madrid.151 pp. + 11 mapas.

NIXON, S. C., T. J. LACK, D. T. E. HUNT, C. LA-LLANA & A. F. BOSCHET 2000. ¿Es sostenibleel uso del agua? Situacion, perspectivas y proble-mas. Informe de evaluacion ambiental, Agencia

Europea de Medio Ambiente. Copenhague.36 pp.

ORTUZAR, M. A., A. AIZPURUA, A. CAS-TELLON, A. ALONSO y J.M. ESTAVILLO2003. Evolucion del contenido en nitrato y amonioen lixiviados bajo diferentes formas de fertiliza-cion nitrogenada en trigo. En: Investigacion dela zona no saturada, Vol. VI, ZNS’03. J. Alvarez-Benedı y P. Marinero (eds.).: 39-44. InstitutoTecnico Agrario de Castilla Leon, UniversidadEuropea Miguel de Cervantes. Valladolid, Espana.

PALTINEANU, I. C. & J. L. STARR 1997. Real-time soil water dynamics using multisensor capaci-tance probes: Laboratory calibration. Soil. Sci. Soc.Am. J., 61: 1576-1585.

RASS, D.P., J. T. RITCHIE, W. R. PETERSON, T.L. LOUDON & E. C. MARTIN 1999. Nitrogenmanagement impacts on yield and nitrate leachingin inbred maize systems. J. Environ. Qual., 28:1365-1371.

RAMOS, C. & M. KUCKE 1999. Revision crıtica delos metodos de medida de la lixiviacion de nitratoen suelos agrıcolas. En: Estudios de la zona nosaturada del suelo. R. Munoz-Carpena, A. Ritter,C. Tascon (eds.).: 25-32. ICIA. Tenerife.

ROMAN, R., R. CABALLERO, A. BUSTOS, J. A.DIEZ, M. C. CARTAGENA, A. VALLEJO & A.CABALLERO 1996. Water and solute movementunder conventional corn in Central Spain: I. Waterbalance. Soil. Sci. Soc. Am. J., 60: 1530-1536.

SANCHEZ, L., J. A. DIEZ, A. VALLEJO, M. C.CARTAGENA & A. POLO 1998. Estimate ofmineralized organic nitrogen in soil using nitrogenbalances and determining available nitrogen bythe electro-ultrafiltration technique. Application toMediterranean climate soil. J. Agric. Food Chem.,46: 2036-2043.

STARR, J. L. & I. C. PALTINEANU 1998. Soil wa-ter dynamics using multisensor capacitance probesin nontraffic interrrows of corn. Soil Sci. Soc. Am.J., 62: 114-122.

VAZQUEZ, N., A. PARDO, M. L. SUSO y M. QUE-MADA 2003. Drenaje y lixiviacion de nitratos enuna seccion transversal de un sistema de cultivohortıcola con riego por goteo y acolchado plastico.En: Investigacion de la zona no saturada, Vol. VI,ZNS’03. J. Alvarez-Benedı y P. Marinero (eds.).:33-38. Instituto Tecnico Agrario de Castilla Leon,Universidad Europea Miguel de Cervantes. Valla-dolid, Espana.