Riesgo de exposición humana al arsénico A través del consumo de cultivos y el comercio mundial de áreas irrigadas con agua subterránea. El consumo prolongado de agua subterránea contaminada con arsénico es un riesgo grave para la salud humana en muchas partes del mundo. Se estima que entre 94 y 220 millones de personas en todo el mundo están expuestas al arsénico en las aguas subterráneas por encima del valor de referencia del agua potable de la Organización Mundial de la Salud (OMS) (10 μ g l −1). En comparación con el riesgo derivado del agua potable, que se ha informado y estudiado ampliamente, la ingesta de arsénico en la dieta a través de cultivos alimentarios está relativamente menos explorada, pero se reconoce cada vez más como un riesgo adicional significativo para la salud. Se informa que la ingestión a largo plazo de arsénico provoca varios efectos adversos para la salud humana, incluidos cáncer, lesiones cutáneas, efectos en el desarrollo, enfermedades cardiovasculares, neurotoxicidad y diabetes. Existe una clara evidencia de que el riego con agua subterránea contaminada con arsénico geogénico hace que el arsénico se acumule en el suelo y posteriormente en los cultivos a través de la vía de absorción agua-suelo-planta (Figura 1 ). Especiación de arsénico: Inorgánica: Arsénico (As3+) y Arseniato (As5+) Orgánica: Ácido monometilarsónico (MMA) y ácido dimetilarsínico (DMA) Arsénico inorgánico más tóxico que orgánico
Tipo de irrigación inundada, seca
Absorción de la planta
Arsénico natural en el suelo
Variedad de cultivo de tipo cultivo
Biodisponibilidad de arsénico
Condición del suelo: El tipo de suelo, PH, redox condiciona otro elemento (como el fósforo de hierro)
Arsénico en aguas subterráneas
Profundidad y fluctuaciones de las aguas subterráneas
Lixiviación de arsénico
Figura 1. Esquema de los procesos de acumulación de arsénico en el suelo debido al riego con aguas subterráneas y vía hacia la ingesta dietética humana, incluso a través del comercio. Los factores biofísicos clave que influyen se dan en recuadros. Varios estudios han analizado la absorción de arsénico en los cultivos del suelo y su posterior transferencia a los humanos a través de la ingesta dietética. El riesgo para la salud de la ingesta de arsénico en los alimentos podría ser equivalente o mayor que el del agua potable. Entre los cultivos en riesgo de contaminación por arsénico, el arroz ha recibido la mayor atención.
Esto se debe a la susceptibilidad intrínseca relativamente alta del arroz a la absorción de arsénico, la práctica predominante de riego por inundación de los arrozales que crean condiciones anaeróbicas que hacen que el arsénico inorgánico esté fácilmente disponible, y la dieta rica en arroz en las regiones muy afectadas por el arsénico, en particular Bangladesh y el este de la India. Aunque el nivel de contaminación en el trigo y el maíz es hasta un orden de magnitud inferior al del arroz, son los principales cultivos de cereales básicos, junto con el arroz, para gran parte de la población humana y por lo tanto, podría representar un riesgo. Los estudios previos sobre el riesgo de arsénico en los alimentos se centraron en el riesgo asociado con la ingesta de arsénico inorgánico en cultivos cultivados localmente o adquiridos en mercados locales. Esto ignora el papel del comercio, que puede transferir el riesgo geográficamente y puede aumentar la exposición incluso en países con bajo riesgo de arsénico. Este componente puede ser significativo dado que la mayoría de los países (∼80%) dependen de las importaciones para la mayor parte de su suministro de alimentos (especialmente cultivos básicos) o para cubrir los déficits de suministro intermitentes. Aunque se han realizado estudios sobre los flujos de aguas virtuales globales y el agotamiento global de las aguas subterráneas integrado en el comercio, ninguno ha analizado sistemáticamente la transferencia global de la contaminación por arsénico geogénico integrado en los cultivos derivada del riego de aguas subterráneas y la exposición humana asociada y los riesgos para la salud. Un estudio encontró que las verduras importadas de Bangladesh tenían una concentración de arsénico de 2 a 3 veces mayor que la de las verduras cultivadas en el Reino Unido/UE. Estos problemas de salud son cada vez más relevantes e importantes dado que el comercio mundial de exportaciones agrícolas entre aumentó en una década alrededor de un 200 % en términos de valor económico y un 60 % en términos físicos, y se prevé que aumente de manera ininterrumpida. Se anticipa que el aumento proyectado en la producción de alimentos debido al crecimiento de la población dependerá considerablemente de la expansión de la agricultura basada en el riego a medida que se manifieste el cambio climático. Tal expansión podría estar asociada con un mayor riesgo de exposición al arsénico, ya que el riego con agua subterránea se traslada a áreas con alto riesgo de arsénico En este artículo científico, brindamos una comprensión crítica de primer orden a nivel mundial de la magnitud y la distribución de la producción potencial de cultivos a partir del riego con agua subterránea en áreas de peligro de arsénico de agua subterránea y su transferencia a través del comercio. Combinamos los mejores datos globales disponibles sobre producción de cultivos, áreas irrigadas y áreas de riesgo de arsénico en aguas subterráneas con flujos comerciales a nivel de país para estimar sistemáticamente: (A) Producción total de cultivos en riesgo de contaminación por arsénico; (B) El papel del comercio internacional en la transferencia y redistribución del riesgo y, (C) La extensión de las áreas de cultivo en riesgo con respecto a la futura expansión del riego con agua subterránea. La estimación de la absorción de arsénico en los cultivos en función de las concentraciones de arsénico en el agua y el suelo conlleva una gran incertidumbre, ya que la absorción de arsénico depende de la interacción de muchos factores agronómicos y biofísicos. Por lo tanto, en lugar de estimar una masa absoluta de cultivos contaminados con arsénico, estimamos la masa de cultivos en riesgo de contaminación por arsénico debido a la producción de cultivos en áreas de alto riesgo de arsénico en aguas subterráneas.
El análisis de riesgo global incluyó un análisis espacial para evaluar la producción de cultivos en áreas de riesgo de arsénico y su redistribución a través del comercio se llevó a cabo en tres pasos: (a) Determinar la producción de cultivos regados con agua subterránea en áreas con alto riesgo de arsénico en el agua subterránea (concentración >10 µg l −1), denominada producción de cultivos de áreas de riesgo (CropProd As). Esto se hizo para 42 cultivos. (b) Determinar las contribuciones y las vías de CropProd As para el arroz, el trigo y el maíz (RWM) en el comercio mundial de cultivos, así como su contribución a la disponibilidad total de cultivos, la producción nacional y cualquier importación neta, para cada país; (c) Evaluar el riesgo futuro debido a la posible expansión del riego con agua subterránea en áreas con alto riesgo de arsénico en el agua subterránea. Papel del comercio internacional en la transferencia del riesgo de arsénico de la producción de cultivos en áreas de peligro Para cada país, la contribución de la producción de cultivos de las áreas de peligro (CropProd As(c,i)) del cultivo (considerando solo el arroz, el trigo y el maíz) al comercio mundial se evaluó utilizando la matriz de comercio de la FAO, que da la cantidad de todos los productos alimentarios y agrícolas importados y exportados anualmente por todos los países. La masa comercializada de productos secundarios (derivados de cultivos) se convirtió en masa equivalente de cultivos primarios utilizando coeficientes de extracción. Al evaluar la contribución de CropProd As(c,i) al comercio y la disponibilidad de cultivos domésticos, la misma proporción de CropProd As(c,i) para el cultivo primario también se utilizó para productos secundarios. Se hizo esta suposición debido a que solo hay datos limitados disponibles sobre cómo la concentración de arsénico y la biodisponibilidad en varios derivados se comparan con las de los cultivos primarios. En cualquier caso, la mayoría del comercio involucra productos primarios (arroz: 93%, trigo 73% y maíz 63%). Riesgo futuro de la expansión de la producción de cultivos a áreas con peligro de arsénico en aguas subterráneas Para evaluar el riesgo asociado con cualquier cambio futuro del riego con agua superficial o el cultivo de secano al riego con agua subterránea en áreas con peligro de arsénico, primero se evaluó la viabilidad de usar agua subterránea para riego. Esto se determinó usando la tasa de recarga de agua subterránea y la salinidad del agua subterránea. Las áreas con una recarga de agua subterránea inferior a 50 mm año se consideraron demasiado secas para sostener una recarga de agua subterránea suficiente para el desarrollo sostenible. La calidad del agua subterránea apta para el riego se determinó considerando la salinidad (sólidos disueltos totales). Se excluyeron las áreas donde la salinidad es superior a 5 gl- 1 (∼2,5% de la superficie terrestre mundial). Agua de riego con un contenido de sal de 2–5 gl −1generalmente se puede usar para cultivos tolerantes a la sal con suelos permeables y buenas prácticas de manejo, mientras que las concentraciones más altas generalmente no son adecuadas. Producción de cultivos en áreas de riesgo de arsénico en aguas subterráneas A nivel mundial, el área total cosechada regada con agua subterránea que tiene riesgo de arsénico (es decir, áreas de riesgo de arsénico de agua subterránea o simplemente áreas de riesgo) (CropArea As) es de 45,2 millones de hectáreas (Mha), produciendo (CropProd As) anualmente 418,2 MMT de masa seca de 42 cultivos principales. Esto es el 17,2% y el 19,7% del área total cosechada y la producción de cultivos de estos 42 cultivos de áreas irrigadas, respectivamente. En relación con la producción total de cultivos, incluidas las zonas de riego superficial y de secano, CropProd As es del 6,4 %.
La Tabla 2 muestra los diez principales cultivos alimentarios en términos de CropArea As y CropProd As. El arroz, el trigo, el maíz, las verduras y la caña de azúcar contribuyen de manera más significativa a CropArea As y CropProdcomo India, EE. UU. y China son los principales productores de CropProd As . India es el principal productor de caña de azúcar, trigo, arroz, sorgo y hortalizas; los EE.UU. de patatas, remolacha azucarera y frutas de clima templado y tropical; y China de maíz. Tabla 2. Los diez principales cultivos alimentarios en términos de producción anual mundial y área de cultivo cosechada asociada dentro de las áreas de peligro. Los valores entre paréntesis indican por cultivo el porcentaje de contribución de las áreas de peligro a la producción global total o al área cosechada. También se indican los principales países productores de cultivos y su porcentaje de la producción mundial de las zonas de peligro.
El trigo, el arroz y el maíz son los tres principales cultivos de cereales básicos en términos de producción mundial de cultivos en áreas de riesgo (tabla 2 ). Una proporción mucho mayor de caña de azúcar en CropProd As (38,2 % de la producción total) en relación con su participación en CropArea As (4,7 % del área total cosechada) se debe a su rendimiento mucho mayor. Aunque la caña de azúcar constituye la mayor cantidad absoluta de CropProd As (160 MMT año- 1), se sabe relativamente poco sobre su absorción de arsénico y su posterior propagación a través de productos alimenticios derivados y el comercio. Además, como la caña de azúcar no constituye un cultivo básico importante, no se incluyó en el análisis posterior.
Producción mundial de arroz, trigo y maíz en áreas de riesgo El área cultivada global total de RWM regada con agua subterránea en áreas de riesgo (CropArea As-RWM) es de 30,2 Mha (tabla 2 ). Esta área produce anualmente 158,0 MMT de masa seca de RWM, en lo sucesivo denominada producción de cultivos RWM de áreas de riesgo (CropProd As-RWM). Esto representa el 5,8% del área total cultivada de RWM (16,8% de las áreas cultivadas con riego de RWM) y el 8,0% de la producción total de RWM en masa (18,0% de la masa total de producción de RWM con riego). La producción anual total de cultivos RWM de áreas de riesgo se desglosa de la siguiente manera: 57,2 MMT de arroz (36,2%), 61,4 MMT de trigo (38,8%) y 39,4 MMT de maíz (24,9%). Figura 2 representa la distribución global de la producción de cultivos RWM de las áreas de peligro para cada uno de los cultivos. De particular interés son las Llanuras Indo-Gangéticas, que son un importante productor de arroz y trigo, las Llanuras del Norte de China que producen trigo y maíz, y las Grandes Llanuras de los EE. UU., que son una fuente principal de maíz.
Arroz Arroz
Trigo
Maiz
Riesgo potencial de la futura producción de cultivos de agua subterránea irrigada que se expande a áreas de riesgo de arsénico La producción de cultivos de áreas cultivadas irrigadas con agua superficial y de secano que recubren áreas de riesgo de arsénico en aguas subterráneas puede estar en riesgo futuro si se convierten en riego con agua subterránea, por ejemplo, debido a la creciente demanda de alimentos y una mayor variabilidad estacional en la disponibilidad de agua debido al cambio climático. Las posibles nuevas áreas de riesgo de riego con agua subterránea con RWM son 54,1 Mha, un aumento del 179 % con respecto a las condiciones actuales (30,2 Mha). La mayoría de las áreas de riesgo futuro se encuentran actualmente bajo cultivo de secano (41,6 Mha o 77 %), y las áreas irrigadas con agua superficial constituyen el resto (12,5 Mha o 23 %). Alrededor del 43% de las áreas de riesgo futuro se cultivan actualmente para arroz (23,2 Mha). Dado su riesgo relativamente bajo de exposición al arsénico, las áreas actuales de trigo y maíz pueden considerarse áreas de bajo riesgo en términos de cambio de riego a menos que se conviertan a otros cultivos. De las 23,2 Mha de superficie arrocera bajo riesgo futuro, 13,6 Mha (59%) son actualmente de secano y 9,6 Mha (41%) son de regadío con agua superficial. La Tabla S2 muestra los diez países principales en términos de áreas actuales de cultivo de arroz de secano e irrigadas con agua superficial que podrían convertirse potencialmente en irrigación con agua subterránea en áreas de riesgo. De los diez principales países de riesgo futuro potencial en áreas de secano, ocho países se encuentran en el sur de Asia (Bangladesh, India y Nepal) y el sudeste asiático (Camboya, Indonesia, Myanmar, Filipinas y Tailandia). Con excepción de India y Tailandia, estos países no son grandes exportadores de arroz en la actualidad, por lo que su riesgo futuro se relaciona principalmente con el consumo interno. Las futuras áreas de riesgo de arroz en las regiones irrigadas con agua superficial están dominadas por China, seguida de India y los países del sudeste asiático (Bangladesh, Indonesia, Filipinas, Tailandia y Vietnam). En China, la región de riesgo se encuentra en el sur de China y cubre ∼21 % de la superficie actual del país con riego superficial. Tanto India como China se encuentran entre los diez principales exportadores de arroz, lo que indica que el riesgo de exposición futura afecta tanto a las poblaciones nacionales como a los países importadores.
Incertidumbre A medida que el crecimiento demográfico lleva a una mayor demanda de alimentos, y los efectos del cambio climático se manifiestan progresivamente a través de una mayor variabilidad en la disponibilidad de agua, los cultivos en áreas de riesgo pueden regar cada vez más con agua subterránea, lo que podría tener efectos adversos a largo plazo en la salud humana a través de diversos factores. Vías de distribución de alimentos. Los resultados muestran que dicha futura expansión del riego con agua subterránea en áreas actualmente irrigadas con agua de lluvia o agua superficial podría aumentar el cultivo RWM actual en áreas de riesgo en un 179 %. El riesgo de tal expansión ya es inminente en múltiples lugares. Por ejemplo, en Camboya, el aumento del riesgo de arsénico en los cultivos por el uso cada vez mayor de aguas subterráneas para mitigar la sequía y aumentar la intensidad de los cultivos en las zonas de secano se ha documentado como motivo de preocupación. Del mismo modo, en áreas de riesgo de cultivo de arroz de secano en el este de la India, las políticas para promover el desarrollo del riego de aguas subterráneas para aliviar la pobreza endémica, aumentar la productividad y la producción de alimentos e indirectamente evitar un mayor agotamiento de las aguas subterráneas debido a la producción intensivamente irrigada en el noroeste de la India, es necesario tener en cuenta este riesgo potencial. Por lo tanto, cualquier estrategia futura de intensificación de cultivos y riego debe considerar este riesgo. Martin Eduardo Lucione https://facebook.com/Ecoalfabetizacion https://issuu.com/martinlucione Extraído IOPSCIENCE Environmental Research Letters Mohammad F Alam, Karen G Villholth y Joel Podgorski (MTD) Millones de toneladas métricas (Mha) Millones de hectáreas (RWM) Arroz Trigo Maíz (CropProdAs) Producción de cultivo área de riesgo