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Introducción
El agua es un recurso natural determinante para el desarrollo, ya que es esencial para la supervivencia y el bienestar humano; es un factor de producción en la mayoría de los sectores económicos, así como un activo ambiental y social (Martínez-Paz et al., 2014: Pellicer-Martínez y Martínez-Paz, 2016). Se estima que cerca del 85% del agua usada a nivel mundial se utiliza en la producción agrícola y adicionalmente se espera que este porcentaje aumente como consecuencia del incremento constante de la población (Viala, 2008; Zeng et al., 2012), es así que ya en algunas regiones del mundo se identificaron problemas con el recurso en términos de cantidad y calidad óptima para las necesidades de la población, la producción de alimentos, la industria y el sostenimiento de los sistemas naturales (Postel, 2000). En este sentido, Falkenmark y Rockström (2006) y Rosset et al., (2011), proponen el establecimiento de políticas que permitan establecer un ordenamiento agrícola del territorio que tenga como objetivo fundamental aprovechar al máximo la oferta climática de las regiones, principalmente la oferta hídrica proveniente de las lluvias, y de esta manera disminuir la presión sobre los sistemas hídricos superficiales utilizados para el riego agrícola. La mayoría de los países promueven políticas agrarias en las cuales la construcción de infraestructura para riego es el eje fundamental (Pimentel et al., 1997). Pero para Rockströn et al., (1999), a pesar de la importancia del agua como proveedor de servicios ecosistémicos, ésta ha sido descuidada en las políticas agrarias principalmente de los países en vías de desarrollo.
En respuesta a la necesidad de contar con herramientas que contribuyan a proveer información técnica que aporten para planificación del recurso hídrico de las cuencas, Hoekstra y Hung (2002), proponen el concepto de Huella Hídrica (HH) como un indicador de uso de agua, con resolución temporal y espacial explícita, expresada en términos volumétricos. La HH tiene tres componentes: verde, azul y gris, las cuales tienen implicaciones particulares en el análisis del uso del recurso (Hoekstra, 2009). La HH verde hace referencia al agua lluvia que se evapora o se incorpora durante un proceso de producción y la HH azul corresponde al agua superficial o subterránea que se evapora o incorpora en procesos de producción (Falkenmark, 2003), mientras que la HH gris se define como la cantidad de agua que se requiere para asimilar una carga de contaminantes que se generan en un proceso de producción hasta alcanzar las concentraciones de calidad de agua definidas por la entidad ambiental correspondiente (Hoekstra et al., 2011). A pesar de las críticas que ha tenido el concepto de huella hídrica desde que fue propuesto, este índicador se ha convertido en una herramienta para analizar la sostenibilidad de las múltiples actividades humanas sobre los recursos del planeta (Fereres et al., 2017). Entendiendo que la sostenibilidad hace referencia al “desarrollo que satisface las necesidades de la generación presente, sin comprometer la capacidad de las generaciones futuras de satisfacer sus propias necesidades” concepto que fue definido por la Comisión de Medio Ambiente y Desarrollo de las Naciones Unidas (1987), en este caso la sostenibilidad se refiere a que la permanencia de este tipo de sistemas de producción en la cuenca, y que esta permanencia sea eficiente desde el punto de vista económico, social y ecosistémica.
En Colombia la Política Nacional para la Gestión Integral del Recurso Hídrico plantea en una de las estrategias, la cuantificación de la demanda y calidad requerida del agua para el desarrollo de las actividades productivas en las cuencas hidrográficas (MAVDT, 2010). En este sentido, la HH es una herramienta útil para caracterizar la demanda de agua requerida por sectores de alto consumo del recurso, como el agrícola (Hoekstra et al., 2011). En el estudio nacional del agua 2014, la HH para el sector agrícola de Colombia fue 61.857,42 Mm3/año, y específicamente para el departamento del Meta, calculada con información del año 2012, alcanzó para sus componentes azul y verde 443,2 Mm3/año y 4.084,6 Mm3/año, respectivamente (IDEAM, 2015). Aunque estos valores permiten tener referencias del sector a nivel nacional y departamental, aún es necesario generar información a escala de cuenca hidrográfica que contribuya en los procesos de gestión del recurso de manera local. En este sentido, el presente estudio tiene como finalidad evaluar la sostenibilidad de la HH verde y azul de los sistemas agrícolas de arroz y palma de aceite, los de mayor área cultivada y fundamentales en la dinámica socioeconómica de la cuenca del río Guayuriba, como herramienta de gestión integral del recurso hídrico a nivel local.
Materiales y métodos
En este estudio se toma como referencia el marco metodológico propuesto por la Red Internacional de Huella Hídrica (en Inglés Water Footprint Network, WFN) en su publicación “Manual de Evaluación de Huella Hídrica: setting the global standard” (The water footprint assessment manual; Hoekstra et al., 2011). La evaluación de huella hídrica consta de cuatro fases, a saber: (1) definición de objetivos y alcance, (2) contabilización de la huella hídrica, (3) análisis de sostenibilidad de la huella hídrica y (4) formulación de estrategias de respuesta.
Área de estudio
El presente estudio se desarrolló en la cuenca del río Guayuriba, de acuerdo con la entidad regional ambiental CORMACARENA en el POMCA-2009, donde toma la cuenca desde la confluencia del río Blanco y río Negro, en el sector del casco urbano del municipio de Guayabetal (Cundinamarca) en las coordenadas 1.020.419 E y 956.895 N, hasta la desembocadura de la corriente del río Metica en las coordenadas 1.109.118 E y 924.096 N (Torres-Mora et al., 2015), que recorre los departamentos de Meta y Cundinamarca y cubre un área de 76.040,77 hectáreas, donde para el Meta la participación corresponde al 95.65% del total, distribuidos en los municipios de Villavicencio con 19.978 hectáreas, Acacías con 39.242 hectáreas, San Carlos de Guaroa con 11.142 hectáreas y Puerto López con 2.368 hectáreas, y en el departamento de Cundinamarca el municipio de Guayabetal con 331 hectáreas.
En consideración a que el área de estudio es extensa y tiene características fisiográficas diferentes, fue necesario establecer áreas de menor tamaño y para esto se tomó la subcuenca como unidad de estudio. Esta división se realizó con un modelo digital de elevación a 30 m de la red de drenajes naturales, mediante la herramienta ArcGIS 10.1 (Figura 1).
Definición de objetivos y alcance
La huella hídrica estudiada fue la del sector agrícola y se focalizó en los componentes azul y verde de los cultivos de palma de aceite y de arroz para el año 2013, por ser los de mayor representatividad en la cuenca. La información de rendimiento corresponde al promedio anual durante el ciclo de vida del cultivo para la palma de aceite y para el arroz el promedio de la producción del ciclo en cada unidad de estudio. Para esta evaluación se tuvo en cuenta las cuatro fases propuestas por la WFN, donde se tomaron 13 subcuencas del río Guayuriba, las cuales presentaron estos dos cultivos, que fueron: 34-Río Guayuriba-Acacias Media, 35-Río Guayuriba-Villavicencio Media, 36-Caño Limones, 37-Caño La Mona, 38-Río Guayuriba-Villavicencio Baja,39-Río Guayuriba-Acacias Baja, 40-Río Guayuriba-San Carlos de Guaroa Baja, 41-Caño Rico, 42-Caño Arrecifes, 43-Caño La Sierra, 44-Caño San Cristóbal, 45-Caño las Animas y 46Río Guayuriba-Puerto López Baja.
Contabilización de las Huellas Hídricas verde y azul en las subcuencas de la cuenca del río Guayuriba
La huella hídrica agrícola de la cuenca del río Guayuriba corresponde a la sumatoria de la huella hídrica de cada subcuenca y esta fue calculada de acuerdo a la siguiente ecuación 1:
Donde; Área cultivada hace referencia a las sumatorias de las áreas sembradas en los cultivos de arroz y palma de aceite en la subcuenca y RAC corresponde a la sumatoria de los requerimientos de agua azul y verde de los cultivos ubicados en la subcuenca. El RAC se calculó mediante la ecuación 2:
Donde; el Kc es el coeficiente de evapotranspiración del cultivo tomado de Allen et al., (2006), para el cultivo de arroz fue de 0,70 - 1,05 - 0,70 y para el cultivo de la palma de aceite de 0,95 - 0,95 - 0,95 y las etapas fenológicas fueron de 120 días y de 365 días, respectivamente. ET0 fue calculada mediante el modelo de Penman-Monteith. Para la diferenciación entre RAC azul y verde, se toma la diferencia entre el RAC del cultivo y la precipitación efectiva, cuando el resultado es negativo, significa que el cultivo no requiere agua azul o de riego y solo se abastece con agua verde o lluvia (Ecuación 3).
Donde la Pefectiva se relaciona con el agua que efectivamente llega al cultivo y en este caso se calculó a través del modelo USDA SCS (USDA Soil Conservation Service). Todos los cálculos se realizaron con el software CROPWAT 8.0 (FAO, 2010).
En la tabla 1, se presentan las variables que se tienen en cuenta dentro del modelo para la aplicación del método de Penman-Monteith.
Tabla 1 Fuente e información necesaria para el cálculo de la huella hídrica en la cuenca del río Guayuriba.
Análisis de sostenibilidad de la huella hídrica
Balance de oferta-demanda del recurso hídrico
Para realizar este análisis se siguió los lineamientos de la metodología propuestos por Hoekstra et al., (2011), donde se tiene en cuenta la oferta y demanda del recurso hídrico. A partir de esto se calculó el índice de escasez hídrico para establecer la disponibilidad de agua en la zona de estudio (Ecuación 4).
Para el análisis de sostenibilidad de la huella hídrica se comparó la demanda y oferta del recurso, donde la demanda corresponde a la huella hídrica de los cultivos de palma de aceite y arroz y la oferta se asocia a la disponibilidad de agua en cada unidad de estudio. Para el caso del análisis de la HHazul se determinó la oferta natural de agua superficial mediante la utilización del modelo hidrológico GR2M cuyo objetivo es la simulación continua de la serie histórica de caudales a escala temporal mensual en las unidades de estudio de la cuenca del río Guayuriba (Mouelhi et al., 2006) y a éste se le descontó el caudal ecológico de la microcuenca, que permitió establecer la disponibilidad de agua azul (DAA) u oferta hídrica azul (Ecuación 5).
En el análisis de la HHverde se tuvo en cuenta la disponibilidad de agua verde (DAV) mensual, definida como la evapotranspiración total del agua lluvia del área de estudio (ETVerde), menos la evapotranspiración de las áreas de reserva de vegetación natural (ETreser), menos la evapotranspiración de las áreas no productivas (ETinprod) (Ecuación 6).
Resultados y discusión
Huella hídrica agrícola de la cuenca del Guayuriba
A continuación se hace una breve descripción de los sistemas agrícolas presentes en la cuenca del río Guayuriba, tomando como referencia las zonas alta, media y baja. La zona alta se caracteriza por ser de pendientes inclinadas, por presentar la mayoría de tributarios del canal principal del río Guayuriba y por sistemas productivos de tipo pan coger con extensiones no mayores a una hectárea, típicos de agricultura familiar de áreas montañosa (Schejtman, 2008), con una precipitación promedio del orden de 5000 mm/año (Torres-Mora et al., 2015), lo que garantiza la abundancia del recurso. La cuenca en su zona media y baja se caracterizan por tener pendientes leves y corresponde al 36% del área total y es allí donde se concentran los cultivos de palma de aceite (Elaeis sp.) y de arroz (Oryza sativa L.) sistema de siembra secano. La tabla 2 presenta las unidades de estudio con sus áreas cultivadas y sus correspondientes HHazul y HHverde.
Tabla 2 Ubicación y las áreas cultivadas con palma de aceite (Eleais sp) y arroz (Oryza sativa L) en la cuenca del Guayuriba.
Uno de los resultados de esta investigación nos muestra que el cultivo de palma de aceite (Elaeis sp.) es el responsable de la HHazul, que alcanzó los 41’541.504 m3/año, debido a que este cultivo tiene un sistema de riego permanente en la zona de estudio, de igual manera se resalta que para estos sistemas de riegos se realizan captaciones de agua del cauce principal del río Guayuriba por medio de canales que desembocan en el río Acacias, causando así un trasvase entre cuencas. Cabe aclarar que el volumen de agua captado es solo para el riego del cultivo de palma de aceite (Elaeis sp.) en la zona. Para el caso de la HHverde de los cultivos en estudio para el año 2013 se alcanzaron los 49’510.056 m3/año, equivalente al 54,4% para el cultivo de palma y 45,6% para el cultivo arroz (Figura 2).
Huella hídrica verde
La HHverde en la cuenca del río Guayuriba para el año 2013 fue de 49.217.491 m3/año, correspondientes a un total de 4.536 ha del cultivo de palma y 3.198 ha del cultivo de arroz. Se destaca que el cultivo de palma de aceite fue el mayor consumidor de agua con 9.030 m3/ha/año (Figura 3) y el de arroz alcanzó los 2.670 m3/ha/año (Figura 4), consumos por debajo a los presentados en el Estudio Nacional del Agua 2014 -ENA 2014- donde para los mismos cultivos se mostraron promedios de 16.907 m3/ha/año y 3.394 m3/ha/año respectivamente (IDEAM, 2015). En el caso de la cuenca del Guayuriba las diferencias en la HHverde de los dos cultivos es originada debido a que el de palma de aceite es permanente, mientras que el cultivo de arroz se desarrolla solamente durante cuatro meses del año (Figura 3).
Figura 3 Distribución espacial de la huella hídrica verde en la cuenca del río Guayuriba, Cultivo de palma de aceite
Figura 4 Distribución espacial de la huella hídrica verde en la cuenca del río Guayuriba, cultivo de arroz secano
Los mayores volúmenes de HHverde en la zona de estudio se presentan en los meses húmedos y los menores volúmenes en los meses secos, comprendido en el periodo de diciembre a marzo, este es un comportamiento que se da para los cultivos de palma de aceite y arroz, meses donde los cultivos no tendrán disponible agua para el desarrollo fenológico y se requerirá optar por un sistema de riego para suplir sus requerimientos. Las unidades de estudio que presentan la mayor HHverde corresponden a Río Guayuriba San Carlos de Guaroa Baja (40), con un área sembrada de palma de aceite de 1.639 Ha y 456 Ha de arroz y Caño Rico (41) con 1.101 hectáreas de palma de aceite.
Huella hídrica azul
La HHazul se restringe únicamente al cultivo de palma de aceite, debido a que el cultivo de arroz identificado en el área de estudio es de tipo secano, es decir que se surte del recurso a través de la lluvia. En este sentido la HHazul fue de 13.461.072 m3/año (Figura 5). El mayor volumen de HHazul se presenta en el mes de Enero. Sin embargo, la demanda de riego inicia en el mes de noviembre para garantizar el recurso en la época seca y asegurar así el óptimo desarrollo fisiológico y productivo del cultivo de palma de aceite (Mejía, 2000). La HHazul por hectárea estuvo en 2.967 m3 y para la misma cuenca según el ENA 2014, este cultivo requiere de 2.141 m3/ha (IDEAM, 2015). La diferencia entre ambos estudios podría asociarse a que los datos utilizados para la cuenca del Guayuriba son específicos para cada una de las unidades de estudio e implican consumos puntuales de acuerdo a las condiciones edáficas, climáticas y prácticas culturales del cultivo. Además se identificó que las zonas donde mayor uso hay sobre el recurso hídrico azul son las unidades de estudio Río Guayuriba Acacias Media (34) y Río Guayuriba San Carlos de Guaroa Baja (40), debido a que son las unidades donde se encuentran las captaciones para riego sin que haya flujo de retorno a la cuenca.
Análisis de sostenibilidad de la huella hídrica: Balance de oferta-demanda del recurso hídrico para la huella hídrica verde
A través del análisis de oferta - demanda se identificó el comportamiento de la disponibilidad de agua verde (DAV) y la huella hídrica verde (HHVerde), en la figura 6, se espacializa el índice de escasez para la unidad de estudio Caño rico (41) se encuentra entre 1-10 ya que la HHVerde supera la DAV en los meses de febrero, abril y junio, siendo la diferencia de volúmenes entre lo ofertado y lo demandado 142.249 m3, que se puede explicar debido a que el 70% del área de esta cuenca se encuentra sembrada en palma de aceite, cultivo que tiene altos requerimientos hídricos (Mejía, 2000), además es una subcuenca. El aprovechamiento del agua lluvia o agua verde en la producción es fundamental, en consideración que esta fuente no afecta directamente los recursos hídricos superficiales ni subterraneos (Falkenmark y Rockström, 2006). Al realizar los balances hídricos en cada una de las subcuencas se identifica que solo en la subcuenca Caño Isla (Rico) (41), la demanda del agua verde supera la oferta en dos meses del año que son abril y junio, como se muestra en la figura 7.
Análisis de sostenibilidad de la huella hídrica: Balance de oferta-demanda del recurso hídrico para la huella hídrica azul
El índice escasez para la huella hídrica azul se da para ocho unidades de estudio que son Caño La Mona (37), río Guayuriba-Acacias Bajo (39), río Guayuriba-San Carlos De Guaroa Baja (40), caño Rico (41), caño La Sierra (43), caño San Cristóbal (44), caño las Animas (45) y río Guayuriba-Puerto López Baja (46), déficit que se da para los meses secos que presenta la zona, en la figura 8 se muestra cuáles son los meses y los niveles de escasez de agua azul en las subcuencas.
De igual manera en el balance de la huella hídrica azul se evidencia los déficit de agua en seis unidades de estudio asociada a la época seca del año (enero, febrero y marzo). En la Figura 9, se aprecian los balances hídricos de cada una de las unidades de estudio, donde se encuentran los volumenes de la oferta y la demanda de cada una de las unidades. Sin embargo, en dos unidades se presentan aportes de agua adicionales a la oferta natural provenientes de producción de hidrocarburos, denominadas en este estudio como agua fósil (AF), la cual se encuentra en profundidades de donde no podría salir de forma natural y por lo tanto no hace parte del balance hidrológico. Estos aportes se localizan en las unidades Río Guayuriba-Acacias Media (34) y Río Guayuriba-Villavicencio Media (35) y permiten disminuir el estrés hídrico en estas zonas. En función del balance hídrico se puede decir que estos aportes son positivos para la cuenca, sin embargo, es necesario considerar los aspectos fisicoquímicos de este tipo de agua, que permitan generar una conclusión más amplia sobre los impactos ambientales que éstas pueden ocasionar (Figura 9).
Figura 9 A) Río Guayuriba-Acacias Media (34) + “Agua fósil AF”. B) Río Guayuriba-Villavicencio Media (35) + “Agua fósil AF”
Al realizar el balance hídrico de oferta y demanda del agua azul en la subcuencas se identifica que cuando la demanda supera la oferta es en los meses de diciembre, enero, febrero y marzo, que son los que se identifican como la época seca de la zona. En la figura 10, se muestran las subcuencas donde se presenta un desequilibrio hídrico debido a que el agua que se requiere para suplir las necesidades de los cultivos supera la oferta de agua azul con la que cuenta cada unidad de estudio.
Figura 10 Balance hídrico de la oferta (DDA) y demanda (HHAzul) subcuencas río Guayuriba: A) Caño La Mona (37). B) Río Guayuriba-Acacias Bajo (39). C) Río Guayuriba-San Carlos De Guaroa Baja (40). D) Caño La Isla (Rico) (41). E) Caño La Sierra (43). F) Río Guayuriba-Puerto López Baja (46)
Finalmente la aplicación de la evaluación de huella hídrica muestra que es una herramienta importante para la gestión y planificación de los recursos hídricos, ya que proporciona información sobre el consumo, disponibilidad del agua y los impactos sobre el recurso (Carmona et al., 2017). Es importante resaltar que la planificación de cuencas se centra exclusivamente en el componente azul y deja de lado el componente verde, cuyo consumo suele ser mayoritario en cualquier cuenca hidrográfica y que es una oferta que sostiene los procesos productivos durante la mayoría de los meses del año y es un agua que no se tiene en cuenta en ninguna planificación. Además permiten identificar las conexiones entre los actores principales del uso del agua y a su vez generar visiones completas sobre el estado actual y posibles cambios futuros del recurso hídrico en una zona específica.
A partir de los análisis de huella hídrica, estas se convierten en un elemento esencial en la formulación de planes de ordenamiento del territorio que tienen como finalidad ser un instrumento fundamental para la eficiencia ecológica en la ocupación, el uso y el manejo ecológico de cada unidad territorial urbana y rural (Ramírez, 2004). En Colombia la Constitución Política acogiendo principios internacionales de derecho ambiental en su artículo 80 dispone el desarrollo sostenible como elemento de planificación manejo y aprovechamiento de los recursos naturales, el artículo 58 contempla una función ecológica de la propiedad y el artículo 288 la articulación institucional entre el nivel territorial y nacional para lograr un adecuado ordenamiento territorial. Estos postulados constitucionales han sido desarrollados mediante las leyes 388 de 1997 la cual fija como uno de sus objetivos velar por la protección del medio ambiente y la ley 1454 de 2011 que prevé como pilar estructural del ordenamiento territorial; el crecimiento económico, la sostenibilidad fiscal, la equidad social y la sostenibilidad ambiental.
De este modo se puede ver que si bien la motivación de las normas de ordenamiento territorial han sido el uso racional de los recursos naturales, en la práctica se evidencia que ello no se ha materializado, pues para la ordenación y planificación del uso del suelo rural no se ha tenido como criterio determinante la oferta de servicios ecosistémicos, para este caso el recurso agua.
Conclusiones
Los resultados de este estudio muestran que existe un equilibrio entre el uso y la disponibilidad del agua verde en la zona de estudio, situación que no se presenta con el agua azul, ya que en los meses secos (diciembre, enero, febrero y marzo) la demanda supera la oferta hídrica azul con la que se cuenta, haciendo esto que se presenten puntos críticos y se interfiera en los procesos naturales y sociales de la cuenca.
El agua superficial dentro de la zona de estudio es usada para actividades agrícolas, para suplir necesidades en cuencas vecinas y adicionalmente tiene aportes de agua fósil, lo que genera cambios en la oferta hídrica, y por lo tanto deben ser tenidas en cuenta para la formulación de estrategias de control y de prevención frente al uso y manejo del recurso hídrico, dentro de los planes de gestión del agua en la cuenca.
La aplicación de la evaluación de huella hídrica muestra que es una herramienta importante para la gestión y planificación del recurso hídrico, ya que proporciona información sobre el consumo y disponibilidad. Es importante resaltar que la planificación de las cuencas se focaliza exclusivamente en el componente azul y deja de lado el componente verde, cuyo consumo suele ser mayor en cualquier cuenca hidrográfica y es una oferta que sostiene los procesos productivos durante la mayoría de los meses del año y no es tenida en cuenta en ningún proceso de planificación, estos estudios además permiten identificar el estado actual y posibles cambios futuros del recurso hídrico en una zona específica.
