Contaminación por nitrato en las aguas subterráneas de la Demarcación Hidrológica del Segura (España) y su particular incidencia en el área de captación del Mar Menor

  1. Arauzo Sánchez, Mercedes 1
  2. Valladolid Martín, María 2
  3. Andries, Delia M. 3
  1. 1 Instituto de Ciencias Agrarias, CSIC
  2. 2 Museo Nacional de Ciencias Naturales (MNCN), CSIC
  3. 3 Facultad de Ciencias Geológicas, Universidad Complutense de Madrid
Journal:
Estudios geológicos

ISSN: 0367-0449

Year of publication: 2024

Volume: 80

Issue: 1

Type: Article

DOI: 10.3989/EGEOL.45105.1071 DIALNET GOOGLE SCHOLAR lock_openOpen access editor

More publications in: Estudios geológicos

Sustainable development goals

Abstract

The research focuses on analysing the impact of nitrate pollution on the groundwater bodies of the Segura Hydrological District under a source-pathway-receptor approach and its particular incidence in the catchment area of the coastal lagoon of Mar Menor, with the following specific objectives: (1) to assess the effectiveness of Nitrate Vulnerable Zones (NVZs) by statistically analysing pollution levels in their groundwater bodies during the period 2010-2021; (2) to analyse the current distribution of nitrate in the groundwater bodies to identify contaminated and at-risk areas; (3) to delineate and characterising the catchment areas of the affected zones; and (4) to explore the role of the physical environment and land use in the distribution of nitrate-contaminated areas through principal component analysis (PCA) of their catchment areas. Given the severe environmental degradation of Mar Menor, special attention is given to the incidence of nitrate pollution in the groundwater (primary receptor) draining into the lagoon (secondary receptor), and the territories comprising its catchment area are identified. No statistically significant interannual differences have been observed in the nitrate levels of groundwater bodies affected by nitrate pollution during the period 2010-2021, suggesting that the designated NVZs in the Segura Hydrological District do not appear to meet the expectations of reducing pollution for the moment. Using the catchment area of contaminated zones as the unit of analysis, PCA revealed a direct relationship between the extent of contaminated areas and intensive agriculture of irrigated herbaceous crops and citrus and fruit trees (crop groups with the highest annual N surpluses in the District). In contrast, mountainous areas with abundant forests and limited agricultural presence act as clear protective elements for water resources against nitrate pollution from diffuse sources. The ecological emergency of Mar Menor is a consequence of its severe state of eutrophication, to which the excess N from groundwater discharges rich in nitrate from the Quaternary aquifer of the Campo de Cartagena water mass contributes. Based on the results and as a preliminary step before strengthening the action programs of NVZs in the Segura Hydrological District, we propose to analyse the suitability of the 89 designated NVZs in the District through validations against a map of specific vulnerability to nitrate pollution and to revise them if necessary.

Bibliographic References

  • Arauzo, M. (2017). Vulnerability of groundwater resources to nitrate pollution: a simple and effective procedure for delimiting Nitrate Vulnerable Zones. Science of the Total Environment, 575, 799-812.
  • Arauzo, M. & Martínez-Bastida, J.J. (2015). Environmental factors affecting diffuse nitrate pollution in the major aquifers of central Spain: Groundwater vulnerability vs. groundwater pollution. Environmental Earth Science, 73, 8272-8286. https://doi.org/10.1007/s12665-014-3989-8
  • Arauzo, M., García, G. & Valladolid, M. (2019). Assessment of the risks of N-loss to groundwater from data on N-balance surplus in Spanish crops: An empirical basis to identify Nitrate Vulnerable Zones. Science of the Total Environment, 696, 133713.
  • Arauzo, M., García, G. & Valladolid, M. (2020). Cartografía de la vulnerabilidad de las aguas subterráneas a la contaminación por nitratos de fuentes difusas en la cuenca del río Ebro (N.E. de España). Estudios Geológicos, 76, e132.
  • Arauzo, M., Valladolid, M., García, G. & Andries, D.M. (2022). N and P behaviour in alluvial aquifers and in the soil solution of their catchment areas: How land use and the physical environment contribute to diffuse pollution. Science of the Total Environment, 804, 150056.
  • Asamblea Regional de Murcia (2019a, October 19). Decreto 259/2019, de 10 de octubre, de declaración de Zonas Especiales de Conservación (ZEC), y de aprobación del Plan de gestión integral de los espacios protegidos del Mar Menor y la franja litoral mediterránea de la Región de Murcia. Suplemento nº 7 del BORM nº 242. https://www.borm.es/#/home/anuncio/19-10-2019/6450
  • Asamblea Región de Murcia (2019b, December 27). Orden 23 de diciembre de 2019, de la Consejería de Agua, Agricultura, Ganadería, Pesca y Medio Ambiente, por la que se acuerda la designación de nuevas zonas vulnerables a la contaminación por nitratos de origen agrario en la Región de Murcia, ampliación de las existentes y la determinación de la masa de agua costera del Mar Menor como masa de agua afectada, o en riesgo de estarlo, por la contaminación por nitratos de origen agrario. BORM nº 298. https://www.borm.es/services/anuncio/ano/2019/numero/8097/pdf?id=782214
  • Asamblea Regional de Murcia (2020, August 17). Ley 3/2020, de 27 de julio, de recuperación y protección del Mar Menor. BOE nº 221, de 17 de agosto de 2020, páginas70878 a 70952. https://www.boe.es/diario_boe/txt.php?id=BOE-A-2020-9793
  • Confederación Hidrográfica del Segura (2020, April 9). Descarga de cartografía en formato SHP. Retrieved April 9, 2020, from https://www.chsegura.es/es/cuenca/cartografia/descarga-de-cartografia-en-formato-shp/
  • Confederación Hidrográfica del Segura (2022a, June 1). Proyecto de Plan Hidrológico de la Demarcación Hidrográfica del Segura (revisión de tercer ciclo: 2022-2027). Memoria. Confederación Hidrográfica del Segura, Ministerio para la Transición Ecológica y el Reto Demográfico, Gobierno de España. Retrieved June 1, 2022, from https://www.chsegura.es/export/sites/chs/descargas/planificacionydma/planificacion21-27/docsdescarga/docplan2227Consolidado/01_MEMORIA/Memoria_PHDS_2022-27VCAD.pdf
  • Confederación Hidrográfica del Segura (2022b, June 1). Proyecto de Plan Hidrológico de la Demarcación Hidrográfica del Segura (revisión de tercer ciclo: 2022-2027). Anejo 12. Caracterización de las masas de agua de la Demarcación Hidrográfica del Segura; 44 anejos de caracterización adicional de las masas de agua subterránea en riesgo de no cumplir los objetivos medioambientales en 2027. Confederación Hidrográfica del Segura, Ministerio para la Transición Ecológica y el Reto Demográfico, Gobierno de España. Retrieved June 1, 2022, from https://www.chsegura.es/export/sites/chs/descargas/planificacionydma/planificacion21-27/docsdescarga/docplan2227Consolidado/A12_caracterizacion_masas_de_agua/Anejo_12_Caracterizacion_masas_agua.pdf
  • Confederación Hidrográfica del Segura (2022c, June 1). Proyecto de Plan Hidrológico de la Demarcación Hidrográfica del Segura (revisión de tercer ciclo: 2022-2027). Anejo 2. Inventario de recursos hídricos. Confederación Hidrográfica del Segura, Ministerio para la Transición Ecológica y el Reto Demográfico, Gobierno de España. Retrieved June 1, 2022, from https://www.chsegura.es/export/sites/chs/descargas/planificacionydma/planificacion21-27/docsdescarga/docplan2227BOE/A02_inventario_de_recursos/ANEJO_02_Recursos_hidricos.pdf
  • Confederación Hidrográfica del Segura (2022d, June 1). Redes de control de las masas de agua subterráneas. Confederación Hidrográfica del Segura, Ministerio para la Transición Ecológica y el Reto Demográfico, Gobierno de España. Retrieved June 1, 2022, from https://www.chsegura.es/es/cuenca/redes-de-control/calidad-en-aguas-subterraneas/acceso-a-los-datos/
  • Confederación Hidrográfica del Segura (2022e, June 1). Consulta de series de piezometría.Confederación Hidrográfica del Segura, Ministerio para la Transición Ecológica y el Reto Demográfico, Gobierno de España. Retrieved June 1, 2022, from https://www.chsegura.es/es/cuenca/redes-de-control/piezometria/series-piezometria/
  • Council of the European Communities (1991, December 31). Directive 91/676/EEC of 12 December 1991 concerning the protection of waters against pollution caused by nitrates from agricultural sources. Official Journal of the European Communities, L 375, Volume 34, 31 December 1991, Brussels. https://eur-lex.europa.eu/legal-content/EN/TXT/?uri=OJ:L:1991:375:TOC
  • Custodio, E. (2021). Concepts on groundwater resources. Boletín Geológico y Minero, 132, 1-2.
  • Datosclima (2022). Datosclima.es -Base de datos Meteorológica-. Datos AEMET -Open Data -/Precipitación-Sol [Data set]. Retrieved June 1, 2022, from https://datosclima.es/Aemethistorico/Lluviasol.php
  • ESRI (2015). ArcGIS Desktop: Release10.3. Environmental Systems Research Institute. Redlands, CA, USA. https://desktop.arcgis.com/es/arcmap/10.3/main/get-started/whats-new-in-arcgis.htm
  • European Commission (2000). Nitrates Directive (91/676/EEC): Status and trends of aquatic environment and agricultural practice. Development guide for Member States’ reports. Directorate-General for Environment, Publications Office, Brussels. https://op.europa.eu/en/publication-detail/-/publication/396b9f67-4615-4b0a-818d-d487fff0f4c8
  • European Commission (2013)=. Report from the Commission to the Council and the European parliament on implementation of Council Directive 91/676/EEC concerning the protection of waters against pollution caused by nitrates from agricultural sources based on Member State reports for the period 2008-2011. Commission Staff Working Document, Brussels. https://eur-lex.europa.eu/legal-content/EN/TXT/PDF/?uri=CELEX:52013DC0683&from=FR
  • García, P.; Ibarra, A.D. & Sánchez, J.M. (2018). La burbuja del regadío: el caso del Mar menor. Evolución de los regadíos en el entorno del Mar Menor. Campo de Cartagena 1977-2017. WWF/Adena y ANSE. https://wwfes.awsassets.panda.org/downloads/informe_final_junio_2018_ed1_final_viernes.pdf
  • Grupo Tragsa (2020). Modelo de flujo del Acuífero Cuaternario del Campo de Cartagena [Memoria final. Cuantificación, control de la calidad y seguimiento piezométrico de la descarga de agua subterránea del acuífero cuaternario del Campo de Cartagena al Mar Menor (clave: 07.831-0070/0411)]. Grupo Tragsa & Ministerio para la Transición Ecológica y el Reto Demográfico. https://www.chsegura.es/es/cuenca/mar-menor/
  • IBM Corp. (2020). IBM SPSS Statistics for Windows, Version27.0. Armonk, NY: IBM Corp. https://www.ibm.com/spss
  • IGN (2020, May 13). Modelo Digital del Terreno - MDT25 [Raster map]. Instituto Geográfico Nacional, Madrid. Retrieved May 13, 2020, from http://centrodedescargas.cnig.es/CentroDescargas/index.jsp
  • INE (2022a, June 8). Censo Agrario 2020. Explotaciones con instalaciones de riego al aire libre (excluido huertos para consumo propio) por tamaño de la explotación según SAU. Retrieved June 8, 2022, from https://www.ine.es/dynt3/inebase/es/index.htm?padre=8585&capsel=8587
  • INE (2022b, June 8). Censo Agrario 2020. Distribución general de la superficie agrícola utilizada (SAU). Retrieved June 8, 2022, from https://www.ine.es/dynt3/inebase/es/index.htm?padre=8585&capsel=8587
  • Machiwal, D., Jha, M.K., Singh, V.P. & Mohan, C. (2018). Assessment and mapping of groundwater vulnerability to pollution: Current status and challenges. Earth-Science Reviews, 185, 901-927.
  • MAPAMA (2015). Balance del nitrógeno en la agricultura española, año 2013. Ministerio de Agricultura y Pesca, Alimentación y Medio Ambiente, Secretaría General Agricultura y Alimentación, Dirección General de Producciones y Mercados Agrarios, Madrid.
  • MAPAMA (2016). Balance del nitrógeno en la agricultura española, año 2014. Ministerio de Agricultura y Pesca, Alimentación y Medio Ambiente, Secretaría General Agricultura y Alimentación, Dirección General de Producciones y Mercados Agrarios, Madrid.
  • MAPAMA (2017). Balance del nitrógeno en la agricultura española, año 2015. Ministerio de Agricultura y Pesca, Alimentación y Medio Ambiente, Secretaría General Agricultura y Alimentación, Dirección General de Producciones y Mercados Agrarios, Madrid.
  • MAPAMA (2018). Balance del nitrógeno en la agricultura española, año 2016. Ministerio de Agricultura y Pesca, Alimentación y Medio Ambiente, Secretaría General Agricultura y Alimentación, Dirección General de Producciones y Mercados Agrarios, Madrid.
  • MAPAMA (2021). Balance del nitrógeno en la agricultura española, año 2019. Ministerio de Agricultura y Pesca, Alimentación y Medio Ambiente, Secretaría General Agricultura y Alimentación, Dirección General de Producciones y Mercados Agrarios, Madrid.
  • MARM (2009). Mapa de Cultivos y Aprovechamientos de España 2000-10. Escala 1:50.000. [Vectorial map]. Ministerio de Medio Ambiente, Medio Rural y Marino de España, Madrid.
  • Martínez-Bastida, J.J., Arauzo, M. & Valladolid, M. (2010). Intrinsic and specific vulnerability of groundwater in Central Spain: the risk of nitrate pollution. Hydrogeology Journal, 18, 681-698.
  • MedECC (2020). Resumen de MedECC 2020 para los responsables de la formulación de políticas. Cambio climático y ambiental en la cuencamediterránea: situación actual y riesgos para el futuro. Primer informe de evaluación del Mediterráneo (CramerW, Marini, K. & Guiot, J., eds.). Unión para el Mediterráneo, Plan Bleu, PNUMA/PAM, Marsella, Francia. https://www.medecc.org/wp-content/uploads/2021/05/MedECC_MAR1_SPM_SPA.pdf
  • MITECO (2021). Plan para la protección del borde litoral del Mar Menor (Murcia) (E.S.T. 2017-2021/104). Informe técnico para Ministerio para la Transición Ecológica y el Reto Demográfico. Centro de Estudios de Puertos y Costas. Clave CEDEX: 22-417-5-001. https://www.miteco.gob.es/es/costas/temas/proteccion-costa/22-417-5-001_plan-borde-litoral-mar-menor_informe_2021final002_tcm30-529506.pdf (acceso el 12 de noviembre de 2021)
  • MITECO (2022a, April 3). Red de Control de Aguas Afectadas por Nitratos [Vectorial map]. Ministerio para la Transición Ecológica y el Reto Demográfico, Gobierno de España. Retrieved April 3, 2022, from https://www.miteco.gob.es/es/cartografia-y-sig/ide/descargas/agua/red-control-estado-quimico.aspx
  • MITECO (2022b, April 3). Zonas vulnerables a contaminación por nitratos (junio 2021). Ministerio para la Transición Ecológica y el Reto Demográfico. Retrieved April 3, 2022, from https://www.miteco.gob.es/es/cartografia-y-sig/ide/descargas/agua/zonas-vulnerables.aspx
  • Orellana-Macías, J.M., MerchánD. & Causapé, J. (2020). Evolution and assessment of a nitrate vulnerable zone over 20 years: Gallocanta groundwater body (Spain). Hydrogeology Journal, 28, 2207-2221.
  • Redfield, A.C. (1958). The biological control of chemical factors in the environment. American Scientist, 46, 205-221. https://www.jstor.org/stable/27827150?seq=1#metadata_info_tab_contents
  • Richard, A., Casagrande, M., Jeuffroy, M.H. & David, C. (2018). An innovative method to assess suitability of nitrate directive measures for farm management. Land Use Policy, 72, 389-401.
  • RiegosIVIA (2022). Datos meteorológicos [Data set]. Instituto Valenciano de Investigaciones Agrarias. Retrieved November 30, 2022,, from http://riegos.ivia.es/datos-meteorologicos
  • Senent-Aparicio, J., Lopez-Ballesteros, A., Nielsen, A. & Trolle, D. (2021). A holistic approach for determining the hydrology of the Mar Menor coastal lagoon by combining hydrological & hydrodynamic models. Journal of Hydrology, 603, 127150.
  • SIAM (2022). Agrometeorología. Informes Agrometeorológicos Informes Regionales Año Hidrológico [Data set]. Sistema de Información Agrario de Murcia. http://siam.imida.es/apex/f?p=101:7:1082078199533179
  • SIAR (2022a, November 30). Servicio integral de asesoramiento al regante de Castilla-La Mancha. Datos meteorológicos [Data set]. Universidad de Castilla-La Mancha. https://crea.uclm.es/siar/datosMeteorologicos
  • SIAR (2022b, November 29). Consulta de Datos. Sistema de Información Agroclimática para el Regadío [Data set]. Ministerio de Agricultura, Pesca y Alimentación. https://eportal.mapa.gob.es/websiar/SeleccionParametrosMap.aspx?dst=1
  • Tragsatec (2019). Análisis de soluciones para el vertido cero al Mar Menor proveniente del Campo de Cartagena (clave: 07.803-0177/0411). Ministerio para la Transición ecológica. https://www.miteco.gob.es/es/agua/temas/concesiones-y-autorizaciones/resumen_ejecutivo_tcm30-489391.pdf
  • Tudela, S. (2021, December 5). El juez muestra que empresas agrícolas aceleraron los vertidos al Mar Menor a pesar de la 'sopa verde'. Datadista. https://www.datadista.com/mar-menor/el-rastro-del-agua-el-juez-del-mar-menor-prueba-como-se-sustituyo-agua-del-trasvase-por-agua-de-pozo-altamente-contaminada/amp/
  • Velasco, J., Lloret, J., Millán, A., Marín, A., Barahona, J., Abellán, P. & Sánchez-Fernández, D. (2006). Nutrient and particulate inputs into the Mar Menor lagoon (SE Spain) from an intensive agricultural watershed. Water, Air, and Soil Pollution, 176, 37-56.
  • Worrall, F., Spencer, E. & Burt, T.P. (2009). The effectiveness of nitrate vulnerable zones form limiting surface water nitrate concentrations. Journal of Hydrology, 370, 21-28.
  • Yaron, B., Calvet, R., Prost, R. & Prost, R. (1996). Soil Pollution: Processes and Dynamics. Springer–Verlag, Berlin.
  • Zahid, A., Hassan, M.Q. & Ahmed, K.M.U. (2015). Simulation of flowpaths and travel time of groundwater through arsenic-contaminated zone in the multi-layered aquifer system of Bengal Basin. Environmental Earth Sciences, 73, 919-979.