METALES PESADOS Y BIODISPONIBILIDAD M Adriana Carrasco R

METALES PESADOS Y BIODISPONIBILIDAD M. Adriana Carrasco R. Universidad de Chile (2), Olga León S. (2), Edmundo Acevedo (1) (2) Universidad de Chile, Facultad de Ciencias Agronómicas, Casilla 1004, Santiago, Chile. (acarrasc@uchile. cl) Introducción Biodisponibilidad de metales pesados § Los metales pesados tienen importancia en el medio ambiente por su trascendencia en la contaminación de suelos. Pueden ser de naturaleza geogénica (origen natural) o antropogénica. La biodisponibilidad (BD) comprende fracción de metales pesados que está disponible para su absorción por las plantas y corresponde a las formas solubles e intercambiables en equilibrio con la solución del suelo (Fig. 1), controladas por distintas reacciones químicas (Fig. 2). La BD de los MP es un buen indicador de calidad de suelos ya que la concentración total de MP no tiene relación alguna con su absorción por los cultivos. § El tratamiento de las aguas servidas está generando una gran cantidad de lodos o biosólidos que requieren de un lugar de disposición. Su aplicación en suelos de uso agrícola, puede mejorar la fertilidad y propiedades físicas del suelo. Sin embargo, presenta riesgos asociados a los metales pesados (MP), ya que podrían traspasarse a la cadena trófica. § El riesgo de los MP para la salud humana y ecosistemas depende directamente de su solubilidad y biodisponibilidad. § Dado que es prioritario evitar que lleguen a la cadena trófica MP en concentraciones superiores a las requeridas por los cultivos, es muy necesario conocer: Ø Los conceptos de metal pesado y biodisponibilidad. Ø Las fuentes de origen de MP que pueden impactar a la agricultura Factores que afectan la biodisponibilidad: • Propiedades químicas del suelo: p. H, contenido y tipo de arcilla, , contenidos de materia orgánica, óxidos de Fe, Al y Mn, potencial redox, capacidad de intercambio catiónico, cationes y aniones solubles (Fig. 2). • Cultivo: absorción de MP depende del MP, de la especie y de la variedad de la especie. Formas de medición: Puede ser estimada por métodos químicos (extracción con DTPA, EDTA) o mediante ensayos de invernadero o de campo, los que toman más tiempo y son de mayor costo. Al respecto, se requiere investigar a nivel nacional. Ø Los factores que controlan la biodisponibilidad de los MP, tanto del suelo como de la planta Metales pesados Por definición son metales con una densidad mayor de 5 a 6 g/cm 3 (Wild, 1993). Los MP contaminantes más comunes, son cromo (Cr), manganeso (Mn), níquel (Ni), cobre (Cu), cinc (Zn), arsénico (As), selenio (Se), molibdeno (Mo), cadmio (Cd), mercurio (Hg) y plomo (Pb). El As y Se se incluyen, por simplicidad, dentro de los MP aún cuando son metaloides o no metales (Connell, 1997; Brady y Weil, 2002). MP contaminantes más comunes son: Cd, Cr, Cu, Hg, Pb y Zn. Algunos MP son esenciales en la nutrición vegetal, animal y humana a nivel de trazas como Zn, Cu, Mn, Fe, Cr, Ni y Mo. Los MP son tóxicos, en mayor o menor grado para los seres humanos y otros seres vivos, tienen en común el encontrarse naturalmente en la corteza terrestre e inducir efectos tóxicos en seres vivos expuestos a ellos cuando sus concentraciones, tiempos de exposición y/o una combinación de ambos, superan los umbrales de tolerancia de los organismos expuestos (González, 1994; John y Leventhal, 1995). Fuentes de MP en el suelo. Explotaciones mineras, principalmente cobre en Chile, industria metalúrgica, fertilizantes agrícolas, especialmente fosfatos enmiendas orgánicas (estiércol animal, compost, lodos, biosólidos) (Cuadro 1), Cuadro 1. Concentración de metales pesados en productos Producto Cd Cr Cu Ni Pb Zn --------- mg kg-1 ---------Fertilizantes(1) Calcio amonio nitrato 0, 31 10, 5 5, 0 4, 7 24, 6 55, 0 Superfosfato Steelwork lime Otro fertilizante con P Fertilizante con cal Fertilizante con NP Fertilizante con PK Fertilizante con NPK 20, 8 0, 10 7, 5 0, 33 10, 2 4, 8 2, 4 224 50, 6 147 17, 0 84, 8 388 32, 0 21, 4 4, 2 15, 4 19, 5 24, 8 22, 9 11, 8 31, 3 2, 5 15, 4 12, 5 17, 1 21, 4 8, 9 7, 2 7, 0 1, 8 23, 8 2, 6 2, 7 12, 0 380 8, 8 225 35, 0 116 154 125 Guano de cerdo Guano de pollo PTAS El Trebal PTAS Los Andes (3) Guanos de animal (Alemania) (2) 0, 648 8, 4 443 18, 6 8, 9 1035 0, 25 4, 4 63 8, 1 7, 2 430 Biosólidos (Chile) 4, 74 260 377 130 67 1214 1, 32 17, 7 1303 14, 3 27, 9 919 Wilcke y Döhler (1995); Eurich-Menden et al. (1996); Poultry-dung: Diez- Müller (1997); (3) Planta de tratamiento de aguas servidas. (1) (2) Figura 1. Sistema suelo-planta-ambiente, esquema composición solución suelo y fracción extraíble de metales pesados Transferencia de masa Intercambio iónico y adsorción Precipitación y disolución de sólidos Concentración metal libre en solución del suelo Reacción ácido-base Reacción redox Formación complejos Figura 2. Reacciones que controlan los MP en la solución del suelo BIBLIOGRAFÍA Brady, N. C. and R. Weil. 2002. The nature and properties of soils. Thirteenth Edition. Prentice Hall, New Jersey, USA. 960 p. Connell, Does W. 1997. Basic concepts in environmental chemistry. Lewis Publishers, NY, USA. 506 p. Diez, T. ; Müller, C. 1997. : Boden-Dauerbeobachtungsflächen (BDF) (long-time soil-monitoring) Teil II (part II), Stoffeinträge, Stoffausträge, Schwermetall-Bilanzierung verschiedener Betriebstypen (Input, Output, heavy metal balances of different kind of farms; In: : Bodenkultur und Pflanzenbau (soil and plantgrowing), Schriftenreihe der Bayerischen Landesanstalt für Bodenkultur und Pflanzenbau (editor). Eurich-Menden, B. ; B. Wegener, and S. Hackenberg. 1996. : Humuswirtschaft in Deutschland (Humus in Germany); Institut für Bodenkunde und Bodenerhaltung der Justus-Liebig-Universität Gießen/Germany. González M. , S. 1994. Capítulo 11. Estado de la conservación de suelos en Chile. En: CONAMA (ed. ). Perfil Ambiental de Chile. Secretaría Técnica, CONAMA, Santiago. pp. 199 -234. John, D. A. and Leventhal, J. S. 1995. Bioavailability of metals. In: Du Bray (Ed). Preliminary compilation of descriptive geoenvironmental mineral deposit models, Denver, Colorado. U. S. Department of Interior. U. S. Geological Survery (USGS) http: //pubs. usg. gov/of/1995/ Wilcke, W; H. Döhler. 1995: Schwermetalle in der Landwirtschaft (Farming and heavy metals); Kuratorium für Technik und Bauwesen in der Landwirtschaft e. V. (KTBL) (Editor), Darmstadt/Germany. Wild, A. 1993. Soils and the environment. Cambridge University Press, New York, NY, USA. (2) Agradecimientos Este trabajo se realizó con el apoyo financiero del Servicio Agrícola y Ganadero, Ministerio de Agricultura, Gobierno de Chile