Programa Multidisciplinario de Posgrado en Ciencias Ambientales (PMPCA)https://repositorioinstitucional.uaslp.mx/xmlui/handle/i/35372024-03-28T19:02:49Z2024-03-28T19:02:49ZAnálisis de tasas de acumulación de contaminantes y materia orgánica en sitio Ramsar Ciénega de Tamasopo (SLP)Centeno Herrera, Jorge Luishttps://repositorioinstitucional.uaslp.mx/xmlui/handle/i/85932024-03-20T15:49:37Z2026-12-07T00:00:00ZAnálisis de tasas de acumulación de contaminantes y materia orgánica en sitio Ramsar Ciénega de Tamasopo (SLP)
Centeno Herrera, Jorge Luis
RESUMEN. El humedal Ciénega de Tamasopo SLP, es reconocido a nivel internacional como sitio RAMSAR (Torres Gilberto, 2008) y alberga gran variedad de flora y fauna y es amenazado por el cambio de uso de suelo para la agricultura. Aunque se han realizado estudios en el sitio, ninguno determina las tasas de acumulación para correlacionar los eventos que afectan las acumulaciones de sustancias en el sedimento. El objetivo del trabajo es analizar las tasas de acumulación de la materia orgánica y contaminantes en el humedal ciénega de Tamasopo (SLP) con el fin de entender si los aportes de sustancias que se depositan en el humedal históricamente han cambiado y proponer algunas posibles explicaciones. Para ello se definieron tres sitios de muestreo dentro del humedal (S1 “Cabezas”, S2 “Y” y S3 “La Panza”) y otros 11 sitios externos localizados en manantiales y en suelo agrícola. Se colectaron núcleos de sedimentos y se cortaron en secciones de 1 cm o 2 cm de espesor. En las muestras se realizaron análisis isotópicos de C y N (13C y 15N), para estimar el origen de la materia orgánica. Así mismo, se hizo una caracterización elemental mediante Espectroscopía de Rayos X de Energía Dispersiva (EDX) (Co, Cu, Pb, Cd, Cr, Hg y As) y se determinaron los factores de enriquecimiento para cada elemento; así mismo se realizó el fechado de sedimento mediante la estimación de 210Pb para conocer como cambiaron los aportes de materia orgánica y elemental a través de los años. Con estos resultados se correlacionaron eventos que pudieron haber ocurrido en la microcuenca con impacto en el humedal. Los análisis de los resultados a partir de las tasas de acumulación sedimentaria en los tres sitios de estudio dentro del humedal indicaron que son mayores en sedimentos recientes y más altas en los sitios S1 y S3 en comparación con el sitio S2. El incremento de las tasas de acumulación sedimentaria parece estar relacionado al período en que se asentaron las comunidades (Cabezas cercana al sitio S1 se instaló en 1959) y/o de práctica de la agricultura de la caña de azúcar (El sitio S3 tiene tierras agrícolas que forman parte del suelo del humedal); la agricultura de la caña de azúcar inició en el año 1975 en la microcuenca de la Ciénega de Tamasopo. El análisis isotópico indica que el origen principal de la materia orgánica es la materia vegetal de plantas de tipo C3, que son propias del humedal. El análisis de suelos y sedimento superficial indicó que As, Cd, Cr, Pb, Zn, Ni, Cu y Hg sobre todo en los sitios S1 y S3 pueden ser aportados por fuentes externas como, por ejemplo, a través de las escorrentías cuando llueve o del flujo de agua que proviene de los manantiales que recargan al humedal. Estudios previos y con base en los reportes del Servicio Geológico Mexicano (SGM) indican que la presencia de Cr en la microcuenca tiene un origen natural, sin embargo, los factores de enriquecimiento calculados en este trabajo indican que es posible una contribución antropogénica posiblemente debida al uso de agroquímicos. Los factores de enriquecimiento (FE) estimados para los elementos potencialmente tóxicos en este trabajo indican que en el sedimento en el sitio S1 hay enriquecimiento reciente de As, Cd, Co, Ni, Cu y Hg, para el sitio S3 con As, Cd, Pb, y Cu, el sitio S2 no mostró enriquecimiento para los elementos analizados. Los resultados obtenidos en este trabajo indican que la actividad humana ha ejercido un impacto sobre el humedal y está en riesgo su preservación por el aporte de elementos potencialmente tóxicos para los organismos que sostiene este ecosistema, siendo los de mayor preocupación As, Cd y Hg también presentes en suelos agrícolas y manantiales.; ABSTRACT. The Ciénega de Tamasopo wetland in SLP is internationally recognized as a RAMSAR site (Torres Gilberto, 2008) and is home to a great variety of flora and fauna and is threatened by land use change for agriculture. Although studies have been conducted at the site, none have determined the accumulation rates to correlate the events that affect the accumulations of substances in the sediment. The objective of this work is to analyze the accumulation rates of organic matter and pollutants in the Ciénega de Tamasopo wetland (SLP), in order to understand whether the inputs of substances deposited in the wetland have changed historically and to propose some possible explanations. For this purpose, three sampling sites were defined inside the wetland (S1 "Cabezas", S2 "Y" and S3 "La Panza") and other 11 external sites located in springs and agricultural soil. Sediment cores were collected and cut into 1 cm or 2 cm thickness sections. C and N isotopic analyses (13C and 15N) were performed on the samples to estimate the origin of the organic matter. Likewise, an elemental characterization was made by Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (EDX) (Co, Cu, Pb, Cd, Cr, Hg and As) and the enrichment factors for each element were determined; also, the sediment was dated by estimating 210Pb to know how the contributions of organic and elemental matter changed through the years. These results were used to correlate events that may have occurred in the microbasin with an impact on the wetland. Analysis of the results from sediment accumulation rates at the three study sites within the wetland indicated that they are higher in recent sediments and higher at sites S1 and S3 compared to site S2. The increase in sediment accumulation rates appears to be related to the period of settlement of the communities (Cabezas near site S1 was settled in 1959) and/or the practice of sugarcane agriculture (Site S3 has agricultural lands that form part of the wetland floor); sugarcane agriculture began in 1975 in the Ciénega de Tamasopo microbasin. Isotopic analysis indicates that the main origin of the organic matter is plant matter from C3 type plants, which are typical of the wetland. Soil and surface sediment analysis indicated that As, Cd, Cr, Pb, Zn, Ni, Cu and Hg, especially at sites S1 and S3, may be contributed by external sources such as runoff from rainfall or water flow from springs that recharge the wetland. Previous studies and based on reports from the Mexican Geological Service (SGM) indicate that the presence of Cr in the microbasin has a natural origin; however, the enrichment factors calculated in this work indicate that an anthropogenic contribution is possible, possibly due to the use of agrochemicals. The enrichment factors (EF) estimated for the potentially toxic elements in this work indicate that in the sediment at site S1 there is recent enrichment of As, Cd, Co, Ni, Cu and Hg, for site S3 with As, Cd, Pb, and Cu, site S2 showed no enrichment for the elements analyzed. The results obtained in this work indicate that human activity has had an impact on the wetland and its preservation is at risk due to the contribution of elements that are potentially toxic to the organisms that sustain this ecosystem, with As, Cd, and Hg also present in agricultural soils and springs being of greatest concern.
2026-12-07T00:00:00ZIdentificación de áreas prioritarias de restauración de suelos contaminados por arsénico y metales pesados en el sitio minero y metalúrgico de Villa de la Paz - Matehuala, S.L.P. (México)Razo Soto, Israelhttps://repositorioinstitucional.uaslp.mx/xmlui/handle/i/85462024-03-12T16:29:58Z2006-03-07T00:00:00ZIdentificación de áreas prioritarias de restauración de suelos contaminados por arsénico y metales pesados en el sitio minero y metalúrgico de Villa de la Paz - Matehuala, S.L.P. (México)
Razo Soto, Israel
RESUMEN. El Distrito Minero Santa María de la Paz se localiza en los Municipios de Villa de la Paz y Matehuala, en el margen norte del estado de San Luis Potosí. Como consecuencia de las intensas actividades minero-metalúrgicas desarrolladas en este sitio por más de 200 años, se han generado grandes volúmenes de residuos mineros y de fundición que se han dispuesto dentro y en las cercanías de Villa de la Paz y Matehuala sin un debido control de su dispersión hacia el ambiente. Esto ha provocado que extensas áreas de suelos urbanos y rurales se encuentren contaminados por elementos potencialmente tóxicos (As, Pb, Cd, Cu y Zn, principalmente). Estudios epidemiológicos realizados en la población infantil han demostrado elevados riesgos para la salud en Villa de la Paz, ya que los niños de esta localidad se encuentran altamente expuestos a As y Pb. En contraste, la población infantil de Matehuala presentó una menor exposición a los mismos elementos. El suelo contaminado ha sido señalado como una importante ruta de exposición para los niños del sitio, por lo que se considera preciso aplicar un programa de intervención para reducir los riesgos para la salud, el cual deberá incluir la restauración de suelos contaminados. Como una etapa preeliminar del diseño del programa de intervención en este sitio, se consideró identificar las áreas en donde la restauración de suelos contaminados por elementos potencialmente tóxicos (EPT) fuera prioritaria para lograr una adecuada reducción de los riesgos para la salud. Para esto, se decidió realizar un análisis del riesgo para la salud que representaba la exposición de suelos contaminados para la población infantil y así identificar aquellas áreas en donde se presentaran los mayores riesgos. Entonces, el objetivo central de este trabajo fue la identificación de áreas prioritarias de restauración de suelos contaminados considerando el riesgo para la salud que representan. Para alcanzar su objetivo, este proyecto fue desarrollado en cuatro etapas que incluyeron: (1) la evaluación de la contaminación por EPT de suelos superficiales y a diferentes profundidades; (2) la identificación de fases sólidas portadoras de EPT en suelos contaminados; (3) la evaluación de la bioaccesibilidad de EPT en suelos contaminados; y (4) la identificación de las áreas prioritarias de intervención mediante un análisis espacial del riesgo para la salud. Para cumplir con la primera etapa, se construyeron mapas de iso-concentración aplicando un análisis geoestadístico de las concentraciones de EPT de 350 muestras de suelo. Los resultados confirmaron que el arrastre de residuos a través de arroyos intermitentes desde las presas de jales recientes, es la principal ruta de dispersión de los contaminantes. Sin embargo, se lograron identificar a los depósitos de residuos de mina históricos (terreros) y a las emisiones de fundiciones de Pb que operaron dentro del área de estudio, como otras importantes fuentes de contaminación de suelos. Además, fue posible determinar la extensión de la contaminación por As y Pb en los márgenes N y E de la ciudad de Matehuala, donde se sospechaba un importante impacto por la acumulación de jales transportados a través del arroyo “La Paz”. Además, el análisis de muestras de suelo a diferentes profundidades reveló que las concentraciones más elevadas de EPT se presentan entre los primeros 10 y 30 cm del suelo, dependiendo del sitio de muestreo. Pero, en algunos sitios de muestreo se identificaron concentraciones relativamente elevadas de EPT en las secciones más profundas (>30 cm). Estas concentraciones se discuten con respecto a dos posibles causas: (1) anomalías geoquímicas naturales; y (2) la migración vertical de los contaminantes desde la superficie del suelo. En la segunda etapa se realizó la caracterización por MEB de suelos contaminados del área de estudio para identificar las principales fases portadoras de As y Pb. Los resultados aportaron importante información que fortalece aún más la evidencia de que la contaminación de suelo de Villa de la Paz y Matehuala es atribuible a diferentes fuentes asociadas a las actividades minero-metalúrgicas que se han desarrollado en el área de estudio. Así, las principales fases de As y Pb identificadas en el caso de las áreas impactadas por residuos de mina, se identificó arsenopirita [FeAsS] como la principal fase portadora de As, la cual se presenta comúnmente alterada a arseniatos férricos complejos. En contraste, las principales especies portadoras de As identificadas en suelos de Matehuala corresponden a arseniatos de Pb-Ca, así como sulfatos y carbonatos de Pb-Fe (Cu) con concentraciones variables de As. En el caso del Pb, las fases más representativas de suelos contaminados por residuos de mina corresponden a mimetita [Pb5(AsO4)3Cl] y galena [PbS], esta última presentando alteraciones a cerusita [PbCO3] y anglesita [PbSO4]. Mientras que en las áreas impactadas por fundiciones se identificaron sulfatos y carbonatos de Pb complejos. En la tercera etapa de este proyecto se evaluó la bioaccesibilidad de EPT en muestras de suelo superficial. Los resultados obtenidos indicaron importantes diferencias en la bioaccesibilidad de As entre suelos contaminados por residuos de mina (10 %) y aquellos impactados por fundiciones (45 %). En contraste, no se observaron diferencias entre las bioaccesibilidades de Pb, Cd, Cu y Zn en estos suelos. La bioaccesibilidad de Pb en suelos afectados por residuos de mina fue más elevada de lo esperado (50%). Estos resultados son discutidos con respecto a las especies portadoras de As y Pb identificadas en suelos. Además, se evaluó la bioaccesibilidad en muestras de suelo no contaminado enriquecidas con minerales y compuestos químicos similares a las fases portadoras de As y Pb presentes en los suelos. Así, la limitada bioaccesibilidad de As en suelos impactados por residuos de mina podría explicarse por la presencia de arsenopirita y arseniatos férricos, mientras que la presencia de mimetita, así como de anglesita y cerusita como productos de alteración de la galena, explicaría la relativamente elevada bioaccesibilidad de Pb en estos suelos. En la etapa final, se identificaron las áreas prioritarias de intervención en suelos contaminados mediante un análisis del riesgo dirigido a la población infantil. Para ello, las muestras de suelo superficial empleadas para la elaboración de mapas de dispersión, fueron consideradas puntos potenciales de exposición y las concentraciones de As y Pb registradas en cada muestra se emplearon para estimar las dosis teóricas de exposición de As, y los niveles de plomo en sangre (PbB), asociados a la ingestión de estas muestras de suelo. Para mejorar la precisión de estas estimaciones, los datos de bioaccesibilidad gástrica obtenidos por el método PBET fueron utilizados para ajustar las concentraciones totales de As y Pb en concentraciones bioaccesibles. Posteriormente se realizó un análisis geoestadístico de los datos de la estimación de riesgo para generar mapas de riesgo mediante la interpolación de datos en áreas no muestreadas. Estos mapas permitieron definir espacialmente las áreas de mayor riesgo para las poblaciones infantiles, las cuales se consideran prioritarias para su intervención con propósitos de reducir los riesgos. De esta manera, las áreas de mayor riesgo por exposición a As y Pb, coincidieron en el área urbana de Villa de la Paz. Además, se identificaron áreas con niveles de riesgo inaceptables en la col. Real de Minas, la comunidad El Nuevo Carmen y en el límite N de Matehuala. También se presentaron riesgos inaceptables en áreas rurales, pero por estar despobladas, no se consideran prioritarias. Caso contrario es el de las áreas conurbanas al N de Matehuala, las cuales se consideran áreas de potencial crecimiento para esta ciudad y entonces, la limpieza de suelos debe ser considerada antes de iniciar trabajos de urbanización.; ABSTRACT. The Mining District of Santa Maria de la Paz is located in the municipalities of Villa de la Paz and Matehuala (San Luis Potosí, Mexico). At this site, the intensive mining-metallurgical activities developed during more than 200 years, have generated large amounts of mine and smelter wastes that have been disposed at the surroundings of Villa de la Paz and Matehuala cities without control or restoration measures that prevent their dispersion to the environment. Thus, large extensions of urban and rural soils have been polluted by potentially toxic elements (As, Pb, Cd, Cu and Zn, mainly). An epidemiological survey has demonstrated that children from Villa de la Paz are highly exposed to As and Pb demonstrating a high health risk. In contrast, children from Matehuala were less exposed to the same toxic elements. Polluted soil has been identified as an important exposure pathway for children in the study area. Therefore, the restoration of contaminated soil has been identified as an essential stage for an intervention program aimed to reduce health risks. For decision making purpose, the identification of the higher health risk areas related to soil exposure was considerate a key information to designate priorities for the soil restoration program. Then, the main objective of this project was the identification of high-priority areas for soil restoration by applying a health risk assessment. In order to address the objective, this project was developed in four stages that included: (1) the assessment of the contamination by As and heavy metals of superficial soils; (2) the mineralogical characterization of As and Pb solid phases in contaminated soils; (3) the determination of As and heavy metals bioaccessibilities in contaminated soils; and (4) a spatial health risk assessment by mapping high risk areas. In order to complete the first stage, a geoestatistical analysis of the As and metal concentrations from 350 soil samples was conducted to generated contour maps. The results confirmed that the dispersion of mine wastes through intermittent streams from tailings impoundments is the main dispersion route of the pollutants. Nevertheless, the historical mine waste deposits and the emissions of Pb smelters that operated within the study area, were identify as other important pollution sources. In addition, it was possible to determine the extension of the contamination by As and Pb in the margins N and E of Matehuala city, where soil pollution was expected but no confirmed. The results obtained from the mineralogical characterization of As and Pb solid phases included in the second stage of this research, contributed with important information that confirmed that soils from Villa de la Paz and Matehuala are polluted by different sources associated to the mining-metallurgical activities that have been developed in the study area. Thus, the main phases of As identified in the mining area, were arsenopyrite [FeAsS], which commonly occurs altered to ferric arsenates. In contrast, the main As-bearing species identified in soils impacted by smelter emissions were Pb-arsenates, as well as Pb-Fe (Cu) sulphates and carbonates with variable concentrations of As. In the case of Pb, the most representative phases in the mining area soils were mimetite [Pb5(AsO4)3Cl] and galena [PbS], this last one commonly presents alterations to cerussite [PbCO3] and anglesite [PbSO4]. Whereas in the areas impacted by smelter emissions Pb sulphates and Pb carbonates were identified as the main phases. Regarding the As and heavy metals bioaccessibility assessment, the results indicated important differences in the bioaccessibility of As between soils contaminated by mine waste (10 %) and those impacted by smelter emissions (45 %). In contrast, important differences between the Pb, Cd, Cu and Zn bioaccessibilities in these soils were not observed. The Pb bioaccessibility in soils polluted with mine waste was unexpected high (50%). These bioaccessibility results are discussed with respect to the As and Pb solid species identified previously in soils, and the results from spiked soils. Finally, the high-priority areas for soil restoration were identified by an health risk assessment conducted to children from the study area. For this, soil samples used for the contour maps, were considered potential exposure points and the concentrations of As and Pb from each sample were used to calculate the theoretical doses of As, and the blood lead levels (PbB). In order to improve the precision of these estimations, As and Pb bioaccessibilities were used to fit the total concentrations of As and Pb in bioaccesibles concentrations. Later, a geoestatistical analysis of the data from the risk assessment was applied to draw risk maps for As and Pb. These maps allowed defining spatially the areas of higher risk for children, which were considered as high-priority areas for soil restoration. Thus, the high-priority areas were the urban area of Villa de la Paz. In addition, areas with unacceptable levels of risk were identified in the Real de Minas and El Nuevo Carmen locality, and also in the suburban areas in N of Matehuala. Unacceptable risk was also identified in rural areas, but since they are uninhabited, they are not considered high-priority areas. In contrast, the soil restoration in the suburban areas of Matehuala is considered a priority, due their potential urbanization.
2006-03-07T00:00:00ZPlanificación del turismo sustentable en la zona Altiplano de San Luis Potosí. Una propuesta metodológicaBlanco López, Palomahttps://repositorioinstitucional.uaslp.mx/xmlui/handle/i/85342024-02-29T16:23:43Z2015-08-31T00:00:00ZPlanificación del turismo sustentable en la zona Altiplano de San Luis Potosí. Una propuesta metodológica
Blanco López, Paloma
2015-08-31T00:00:00ZSituación e impactos de la actividad cañero-azucarera en México: el caso del carbono negro en San Luis PotosíPérez Medina, Pedrohttps://repositorioinstitucional.uaslp.mx/xmlui/handle/i/85292024-03-01T14:08:19Z2023-08-28T00:00:00ZSituación e impactos de la actividad cañero-azucarera en México: el caso del carbono negro en San Luis Potosí
Pérez Medina, Pedro
RESUMEN. La caña de azúcar (Saccharum officinarum) es una planta herbácea de la familia de las gramíneas o poáceas, el grupo vegetal de mayor importancia en términos alimenticios para los seres humanos. A ella pertenecen especies como el trigo (Triticum spp.), el maíz (Zea mays), el arroz (Oryza sativa), el sorgo (Sorghum vulgare), la cebada (Hordeum vulgare) y el centeno (Secale cereale), entre otros.
La mayor parte de la producción de la caña de azúcar se consume en alguna de sus formas industrializadas, por lo que la producción tiene un nexo casi indisoluble con su agroindustria.
Su domesticación y uso se remontan a más de 3,000 años de antigüedad, aunque su demanda masiva como endulzante de bebidas y alimentos comenzó en Europa en el siglo VIII d.C. En los siglos subsecuentes y con el descubrimiento de América, la creciente demanda fue satisfecha con el cultivo en grandes extensiones del nuevo continente.
El valor que alcanzó el azúcar de caña y la falta de regulación en su comercialización propiciaron, a la par de fenómenos como sequías e inundaciones y, disturbios políticos y crisis económicas, abruptos incrementos y caídas en los precios del azúcar.
En las últimas décadas del siglo XX, algunos de los principales consumidores del azúcar eran las industrias refresquera y de confitería, los que hartos de la inestabilidad de los precios, optaron por el uso de productos sustitutos en sus fórmulas, como el jarabe de alta fructuosa de maíz.
En lo referente al consumo directo, se ha gestado un cambio en los patrones de consumo por productos bajos en calorías, por lo que muchos consumidores han comenzado a optar por sustitutos artificiales del azúcar y más recientemente por derivados naturales como el azúcar de Stevia y el fruto del monje.
Todo ello ha propiciado la caída del consumo per cápita de azúcar de caña, y la demanda agregada se ha mantenido sólo por la explosión demográfica de algunos países de bajos ingresos, principalmente de Asia.
En México, esta problemática se ha visto agravada por la falta de políticas que fomenten el desarrollo sustentable de esta industria. Como consecuencia, se ha experimentado una paulatina pérdida de la productividad en las últimas décadas, por lo que la producción se ha mantenido a través de constantes incrementos en la superficie cultivada, con los impactos en los servicios ecosistémicos que ello conlleva.
Aunado a ello, factores como la escasa diversificación de la producción, y la pérdida de competitividad de la industria cañera mexicana en el entorno internacional, ha propiciado el cierre paulatino de ingenios, la acentuación del oligopolio y la incursión de la inversión extranjera.
El caso de la industria cañera en San Luis Potosí es particularmente preocupante, ya que cuenta con la productividad en campo más baja de las 15 entidades productoras. Tres cuartas partes de sus terrenos no cuentan con riego y la precipitación en la región no es suficiente para que el cultivo se desarrolle de forma óptima. Además, la mayor parte de sus plantaciones son viejas (en resoca), y más del 70% se encuentra cultivada con variedades desarrolladas hace más de 50 años.
No obstante, si bien el factor socioeconómico no se ha atendido, al tema del impacto ambiental se le ha conferido aún menos importancia. Prueba de ello son las prevalecientes prácticas en los sistemas productivos e industriales que afectan los servicios ecosistémicos a diferentes escalas.
Uno de ellos es la cosecha por el método de quema o mejor dicho, de doble quema, ya que se realiza un primer incendio previo a la cosecha con el objetivo de reducir costos y otro posterior a esta, con la idea de eliminar residuos de plagas y enfermedades e incrementar la productividad del siguiente ciclo (aunque se ha comprobado que esta práctica es más perjudicial que benéfica).
En México, se continúa realizando esta práctica en una importante proporción de la superficie cañera. En San Luis Potosí, durante la zafra 2021-2022, se quemó más del 70% de la superficie cosechada. Actualmente existen métodos confiables que complementan la información estadística en la ubicación de la superficie que se quema y el grado de severidad de los incendios.
Algunos de estos métodos son los índices espectrales como el NBR (Índice Normalizado de Severidad de Quema), el cual se utilizó en esta investigación para corroborar la información estadística de CONADESUCA, concluyendo que, existen diversos factores como la superficie cosechada; la productividad, traducida en toneladas por hectárea; el método de quema y la severidad de la misma, entre otros, que determinan la caña que se quema y con ello, la calidad del aire.
Sin embargo, esta no es la única actividad que implica procesos de combustión; también está el afluente de vehículos de carga pesada durante la temporada de zafra y la quema de combustibles fósiles y bagazo de que caña que realizan los ingenios azucareros durante su proceso de industrialización, entre otros. Cuando se realizan estos procesos se emite una importante cantidad de contaminantes del aire que produce diversas afectaciones para el ambiente y la salud humana.
Uno de estos contaminantes es el carbono negro (BC), un contaminante atmosférico de vida corta, capaz de retener la luz, absorberla y transformarla en calor. Al ser el segundo precursor de cambio climático y estar asociado a otros contaminantes que afectan la salud de los seres humanos, se considera un importante indicador para el ambiente y la salud humana.
Durante la COP 21, México estableció una meta no condicionada de reducción de 22% de sus gases de efecto invernadero (GEI) y de 51% de su BC, para el año 2030. Con el objeto de monitorear el avance en el cumplimiento de sus metas, el Instituto Nacional de
Ecología y Cambio Climático (INECC) realiza el Inventario Nacional de Gases y Compuestos de Efecto Invernadero (INGYCEI), utilizando como principal método de estimación, los factores de emisión.
Según este método, las emisiones nacionales de BC se redujeron en 16.4% entre 2013 y 2021; sin embargo, esta tasa resulta insuficiente para contribuir efectivamente al logro de las metas comprometidas en la COP21.
Asimismo, se pudo observar que al menos 90% de las emisiones provienen de los ingenios azucareros, y que la región Golfo, integrada en su mayoría por municipios de Veracruz, es la más contaminante del país.
Por su parte, la región noreste, en donde se encuentra San Luis Potosí, la superficie industrializada creció 8.1% pero los rendimientos sufrieron una importante caída; en campo la productividad se redujo en 22.5% mientras que la agroindustrial fue 22.7% menor. Por lo anterior, la producción de azúcar de la región cayó en 17.1%. En lo referente al impacto ambiental, los ingenios de esta región redujeron el uso de combustóleo en 7.2% pero continúan siendo los que más lo utilizan (60% del total del sector). La cosecha por el método de quema descendió en 18.4% y el BC emitido se incrementó en 14.6% para alcanzar las 4,238 toneladas en 2021.
A través de diversas investigaciones, los factores de emisión se han vuelto cada vez más específicos, lo que ha contribuido al incremento en la certidumbre de las estimaciones del inventario. No obstante, a la par han surgido técnicas y metodologías que permiten verificar la información obtenida con los cálculos. Por ejemplo, actualmente existen diversos satélites equipados con sensores para el monitoreo ambiental que permiten el acceso a sus productos, en tiempo cuasi real.
Con técnicas como el análisis multicriterio se pueden combinar y ponderar índices e imágenes de satélite para crear índices de calidad ambiental (ICAs) que, con una mayor cantidad de argumentos, robustecen los resultados obtenidos.
Esta técnica se aplicó para la zona de abasto de los ingenios establecidos en San Luis Potosí, durante la cosecha 2021-2022. A través del uso de los índices NBR y EVI (Índice de Vegetación Mejorado), la variable temperatura del suelo (TS) y las imágenes MERRA- 2 de monitoreo de BC, se propuso un Índice de Calidad Ambiental (ICA).
Durante el mes de enero de 2022, cuando se alcanzó el pleno de la zafra, se obtuvo el peor ICA, ya que se tuvo la mayor concentración de BC, el mayor NBR y el EVI más bajo. Durante el resto de los meses de la zafra, el ICA no rebasó el nivel de regular, pero se incrementó hasta llegar a niveles buenos, posterior a su culminación.
También se pudo apreciar una diferencia en el ICA en las diferentes áreas de abasto de los ingenios; lo cual está relacionado con las características de los distintos procesos agrícolas y agroindustriales, como el método de cosecha (por quema o en verde); la modernización de maquinaria y equipo del ingenio; así como la incorporación de equipo para reducir la emisión de contaminantes, como los filtros en las chimeneas, entre otros.
Con todo y lo anterior, la afectación de los servicios ecosistémicos ocasionados por la industria cañera no se limita al aire, sino que también incluye el suelo, el agua, la biodiversidad y diversos aspectos del bienestar humano, por mencionar algunos.
Todas estas afectaciones se pueden traducir en impactos cuantificables. A través de su categorización se pueden homogeneizar las unidades y asignarles un costo económico estimado. Por ejemplo, se encontró que el ciclo de vida de la caña de azúcar afecta siete servicios ecosistémicos: calentamiento global, acidificación de suelo y agua, eutrofización, agotamiento de combustibles fósiles, toxicidad humana y ecotoxicidad de agua dulce y salada. Investigadores de diversos países han sentado las bases para estimar los costos por la afectación de estos servicios, con diferentes enfoques.
En esta investigación se realizó una aproximación de la estimación de costos con dos enfoques; el primero referido a la afectación en la salud humana por la exposición directa a la contaminación del aire, tomando como estudio de caso la población de Ciudad Valles, San Luis Potosí, expuesta a BC. Se estimó un costo aproximado de 517 mil dólares cuando la concentración de BC excede en una unidad la concentración máxima de referencia de la Organización Mundial de la Salud (OMS), cuando la población total de Ciudad Valles ha estado expuesta. Además, se crearon escenarios en donde se varió la concentración del BC, la población expuesta y la proporción de BC contenida en las partículas PM2.5.
En el segundo enfoque, se estimaron los costos ocasionados por la pérdida de servicios ecosistémicos de las zonas cañeras que abastecen a los cuatro ingenios que operan en el estado de San Luis Potosí, durante la etapa de producción del ciclo de vida de la caña de azúcar. Bajo este enfoque, el costo estimado fue de 642 millones de dólares.
Se concluye que la industria cañera de México y particularmente la de San Luis Potosí se encuentra en una crisis multifactorial caracterizada por reducción de la demanda, pérdida de la competitividad en el entorno internacional, baja productividad y escasa diversificación de la producción. Además, la industria resulta de alto impacto ambiental, afectando diversos servicios ecosistémicos y ocasionando costos que no son cubiertos por sus causantes.
Por ello, urge un programa integral que contemple las características específicas de cada región cañera de México, y que impulse la actividad desde el punto económico y social, privilegiando sistemas de producción e industrialización que reduzcan al mínimo posible el impacto de esta industria en los servicios ecosistémicos, y que incluya una política ambiental pertinente y operativa, y un sistema de vigilancia permanente.; ABSTRACT. Sugarcane (Saccharum officinarum) is a herbaceous plant in the grass or poaceae family, the most important group of plants for human nutrition. It includes species such as wheat (Triticum spp.), corn (Zea mays), rice (Oryza sativa), sorghum (Sorghum vulgare), barley (Hordeum vulgare), and rye (Secale cereale), among others.
Most sugarcane production is consumed in some of its industrialized forms, making production almost inseparable from its agroindustry.
Its domestication and use date back more than 3,000 years, although its massive demand as a sweetener for beverages and food in Europe began in the 8th AD. In the following centuries and with the discovery of America, the growing demand was met by the cultivation of sugar in large extensions of the new continent.
The value of cane sugar and the lack of regulation of its marketing, together with phenomena such as droughts and floods, political unrest, and economic crises, led to a sharp rise in sugar prices.
In the last decades of the 20th century, some of the main consumers of sugar were the soft drink and confectionery industries, which opted to use substitutes such as high fructose corn syrup in their formulations due to price instability.
In terms of direct consumption, consumption patterns have shifted toward low-calorie products, and many consumers have begun to opt for artificial sugar substitutes and, more recently, natural derivatives such as stevia sugar and monk fruit.
All this has led to a decline in per capita consumption of cane sugar, and aggregate demand has been sustained only by the demographic explosion in some low-income countries, especially in Asia.
In Mexico, this problem has been exacerbated by the lack of policies to promote the sustainable development of this industry. As a result, there has been a gradual loss of productivity in recent decades, so that production has been sustained by a constant expansion of cultivated land, which has affected ecosystem services.
In addition, factors such as the low diversification of production and the loss of competitiveness of the Mexican sugarcane industry in the international environment have led to the gradual closure of sugar mills, the tightening of the oligopoly and the penetration of foreign investment.
The case of the sugarcane industry in San Luis Potosí is particularly worrisome because it has the lowest field productivity of the 15 producing states. Three-quarters of the cultivated land is not irrigated and rainfall in the region is insufficient to ensure optimal crop development. In addition, most plantings are old (in resoca) and more than 70% are grown with varieties developed more than 50 years ago.
However, while the socioeconomic factor has not been considered, the issue of environmental impact has been given even less importance. Evidence of this is the
prevailing practices in production and industrial systems that affect ecosystem services at different levels.
One of these is harvesting by burning, or rather double burning, as an initial fire is set before harvest to reduce costs and another after harvest to remove pest and disease residues and increase productivity for the next cycle (although it has been proven that this practice is more detrimental than beneficial).
In Mexico, this practice continues to be used on much of the sugarcane area. In San Luis Potosí, more than 70% of the harvested area was burned during the 2021-2022 harvest. Currently, there are reliable methods that complement the statistical information on the location of the burned area and the severity of the fires.
Some of these methods are spectral indices such as the NBR (Normalized Burn Severity Index), which was used in this research to corroborate CONADESUCA's statistical information, concluding that several factors such as the harvested area, productivity converted to tons per hectare, the method of harvest and the burning severity, among others, determine the sugarcane burned and, consequently, the air quality.
However, this is not the only activity associated with combustion processes; there is also the influx of heavy vehicles during the harvest season and the burning of fossil fuels and sugarcane bagasse by sugar mills during the industrialization process, to name a few. These processes release a significant amount of air pollutants that affect the environment and human health.
One of these pollutants is black carbon (BC), a short-lived air pollutant capable of storing and absorbing light and converting it to heat. As a second precursor to climate change, and in conjunction with other pollutants that affect human health, it is considered an important indicator of environmental and human health.
During COP21, Mexico established an unconditional goal of reducing 22% of its greenhouse gases (GHG) and 51% of its BC by 2030. In order to monitor progress in meeting its goals, Instituto Nacional de Ecología y Cambio Climático (INECC) carries out the Inventario Nacional de Gases y Compuestos de Efecto Invernadero (INGYCEI), using emission factors as the main estimation method.
According to this methodology, the BC country's national emissions were reduced by 16.4% between 2013 and 2021, but this is not enough to effectively contribute to the goals to which COP21 committed.
It was also noted that at least 90% of emissions come from sugar mills, and that the Gulf region, composed mainly of municipalities in Veracruz, is the most polluting region in the country.
In the northeastern region, where San Luis Potosí is located, the industrialized area grew by 8.1%, but yields decreased significantly; field productivity fell by 22.5%, while agroindustrial productivity was 22.7% lower. As a result, sugar production in the region decreased by 17.1%. In terms of environmental impact, mills in this region reduced their
fuel oil consumption by 7.2% but remain the largest consumers of fuel oil (60% of total consumption in the sector). Harvesting by the burning method decreased by 18.4% and BC emissions increased by 14.6% to 4,238 tons in 2021.
Through various research studies, emission factors have become increasingly specific, which has helped to increase the certainty of inventory estimates. At the same time, however, techniques and methods have been developed to verify the information obtained from the calculations. For example, there are currently several satellites equipped with environmental monitoring sensors that provide quasi-real-time access to their products.
With techniques such as multicriteria analysis, it is possible to combine and weight indices and satellite images to produce environmental quality indices (UQI) that use a larger number of arguments to strengthen the results obtained.
This technique was applied to the sugar mills' service area in San Luis Potosí for the 2021- 2022 harvest. By using the NBR and EVI (Enhanced Vegetation Index) indices, the variable soil temperature (TS) and the MERRA-2 images of BC monitoring, an Environmental Quality Index (EQI) was proposed.
January 2022, the month of full harvest, had the worst AQI value, as it had the highest BC concentration, the highest NBR value, and the lowest EVI value. In the other months of the harvest, the AQI did not exceed the regular level, but increased until it reached good levels after the end of the harvest.
This is related to the characteristics of the different agricultural and agro-industrial processes, such as the harvesting method (burning or green harvesting), the modernization of machinery and equipment in the mills, and the installation of devices to reduce pollutant emissions, such as filters in the stacks and others.
However, the impacts on ecosystem services caused by the sugarcane industry are not limited to air, but also include soil, water, biodiversity, and various aspects of human well- being, to name a few.
All of these impacts can be converted into quantifiable values. By categorizing them, the units can be homogenized and assigned an estimated economic cost. For example, the sugarcane life cycle was found to affect seven ecosystem services: global warming, soil and water acidification, eutrophication, fossil fuel depletion, human toxicity, and freshwater and saltwater ecotoxicity. Researchers from several countries have laid the groundwork for estimating the costs of degradation of these services, using a variety of approaches.
In this research, an approximation of costs was made using two approaches; the first related to the human health impairment caused by direct exposure to air pollution, using as a case study the population of Ciudad Valles, San Luis Potosí, exposed to BC. If the BC concentration exceeds the World Health Organization (WHO) maximum reference concentration by one unit, a cost of approximately 517 thousand dollars was estimated for the entire population of Ciudad Valles. Scenarios were also created varying the BC concentration, the exposed population, and the proportion of BC in PM2.5 particles.
The second approach estimated the costs caused by the loss of ecosystem services in the sugarcane areas that supply the four sugar mills operating in the state of San Luis Potosí during the production phase of the sugarcane life cycle. Using this approach, the estimated cost was USD 642 million.
It is concluded that the sugarcane industry in Mexico, and in San Luis Potosí in particular, is in a multifactorial crisis characterized by a decrease in demand, loss of competitiveness in the international environment, low productivity, and low diversification of production. In addition, the industry has a strong impact on the environment, affecting various ecosystem services and generating costs that are not covered by the polluters.
Therefore, there is an urgent need for a comprehensive program that takes into account the specific characteristics of each sugarcane growing region in Mexico and promotes the activity from an economic and social point of view, favoring production and industrialization systems that reduce as much as possible the impact of this industry on ecosystem services, and that includes a relevant and operational environmental policy and a permanent monitoring system.
2023-08-28T00:00:00Z