Efecto de metales pesados de agua residual sobre la producción de un suelo agrícola

1. Resumen
2. Introducción y Antecedentes
3. Material y Métodos
4. Resultados y Discusión
6. Literatura citada

Resumen

El uso del agua residual (AR) para irrigación de cultivos agrícolas se generaliza por el problema de su escasez en el país, y en el mundo. Las plantas irrigadas con AR se benefician y/o perjudican directa o indirectamente por su composición química que en ciudades industriales incluy metales pesados y agentes biológicos de riesgo para la salud humana. El objetivo de este trabajo fue analizar el efecto de metales pesados de agua residual en la producción de un suelo agrícola de "El Canadá"N.L. México.

En comparación con la producción agrícola en un suelo de Cadereyta, Nuevo León, México. irrigado con agua potable. Para lo cual se determino concentración de metales pesados del AR en la planta y el suelo. Los resultados muestran que el AR usada en el riego de cultivos agrícolas estimuló su desarrollo vegetal. Sin evidencia de que los metales pesados causaron algún efecto negativo sobre el crecimiento y rendimiento de las plantas, a pesar del tiempo de uso del AR, se cree que algunos de estos cultivos han desarrollado tolerancia a los metales pesados. Investigación en progreso definirá sus efectos a largo plazo.

Palabras clave. Fitoremendiación, efecto oligodinamico, suelo, aguas negras o residuales.

Introducción y Antecedentes

EL AR para riego de cultivos agrícolas agrega al suelo por su composición química-biológica, compuestos orgánicos e inorgánicos que estimulan la actividad heterotrofica de la población microbiana del suelo, (Nakshabandi, et al., 1997) porque la enriquecen con: Zn, Al, N, P, K, Ca, Mg, Mn, Fe, B, Cu, Mb, Sr, Ba y Na y materia orgánica (Mahmood et al., 2002; Al-Jamal et al., 2002), e incluso metales pesados los cuales pueden traslocarse en la cadena alimenticia y ser tóxicos a la vida. En el suelo su baja concentración los hace esenciales para el crecimiento microbiano y vegetal (Al-Jamal et al., 2002; Ducheyne et al., 2001.

No obstante la toxicidad del metal depende de su concentración y estado químico y de las propiedades físico-químicas del suelo, ya que potencialmente la microflora nativa metila metales pesados y los liberan como compuestos volátiles que contaminan el suelo (Gideon et al., 1998; Assadian et al., 2000. (Martínez-Beltrán, 1999). El objetivo de este trabajo fue: i) Analizar el efecto metales pesados sobre el crecimiento y rendimiento de las plantas cultivadas en un suelo agrícola.

Material y Métodos

2. Colecta del suelo. Se tomaron 80 muestras en el período de febrero a diciembre de 1999 en bolsas de plástico para el laboratorio de microbiología del suelo. Se secaron a temperatura ambiente/24 h. Se cribaron con un tamiz de 20 mallas/pulgada y se realizaron análisis de sus propiedades fisicoquímicas: a) textura: Hidrómetro de Bouyoucos, b) contenido de humedad y capacidad de retención de agua, c) pH: Potenciómetro, relación agua/suelo 2:1, d) Sales: Conductividad eléctrica, e) Contenido de materia orgánica (Walkle-Black).

Esta investigación se realizó en suelo del ejido "El Canadá" de Escobedo, del estado de Nuevo León (N.L.), en el noreste de México,. con una extensión de 1500 hectáreas del cual el 90% se irriga con AR desde 1950. El suelo de Cadereyta Jiménez, N.L. México, irrigó con agua natural, está se usó como control absoluto, para la comparación entre suelos. Evaluación del efecto de aguas residuales sobre el desarrollo de plantas: En recipientes de aluminio con 200 g de suelo del ejido "El Canadá" y Cadereyta, N.L. se sembraron semillas de maíz, (Zea mays); fríjol, (Phaseolus vulgaris) y trigo (Triticum sp), se irrigaron con AR en invernadero, 40 días después de la siembra se determinó su peso seco y el rendimiento.

Detección de metales pesados. Se cuantificó el Cu, Cd, Fe, Hg, Pb y Zn en AR, plantas y el suelo agrícola del ejido "El Canadá" Escobedo, N.L.. Con un espectrofotómetro de absorción atómica Carl Zeiss modelo FMD 4.

El tratamiento de cada muestra fue el siguiente: Se agregaron 5 ml de ácido nítrico concentrado/L, de muestra, como tratamiento preliminar: 500 ml de AR fueron diferidos en 10 ml de HCl concentrado, la muestra se concentró un volumen de 10 ml, posterior se aforo a 50 ml con agua bidestilada y se determinaron los metales en el espectrómetro de absorción atómica.

Suelo y plantas: El suelo se seco al aire por 24 h y se cribó con un tamiz de 20 mallas/pulgada; las plantas se lavaron y se secaron a 60ºC/48h, luego se molieron; como tratamiento preliminar, 100 g de suelo y/ó 10 g de plantas se digirieron con 100 ml de una mezcla de H2NO3 y H2SO4 concentrados y ácido perclórico al 62%. Cada muestra se concentró a un volumen de 10 ml y se filtro con papel Whatman 41. Se aforó a 50 ml con agua bidestilada y finalmente los metales pesados se determinaron con un espectrofotómetro de absorción atómica Carl Zeiss modelo FMD 4.

Resultados y Discusión

En el cuadro 1 se muestra el análisis fisicoquímico de los suelos del ejido " El Canadá" Escobedo, N.L. y Cadereyta Jiménez, N.L.; los suelos fueron ricos en materia orgánica, con un pH alcalino, con textura migajón limosa y no salinos; se detectó un incremento de materia orgánica de, 3.9% y sales de 1.3 mmhos en el suelo del ejido "El Canadá", mientras que en el suelo de Cadereyta (control absoluto) fue de 2.4% y 0.6 mmhos respectivamente, las propiedades restantes permanecieron igual, esto sugiere que el AR aportó sales y materia orgánica al suelo.

No se encontró diferencia estadística significativa en las propiedades fisicoquímicas del suelo aunque han cambiado por la constante adición de AR por más de 40 años (Nakshabandi et al., 1997). En el cuadro 2 se presenta que AR influyó sobre el rendimiento de cultivos agrícolas en suelos del ejido "El Canadá" en comparación con el rendimiento en suelo de Cadereyta Jiménez, N.L., que fue irrigado con agua dulce (potable) en donde se observó un mayor rendimiento por el aporte de nitrógeno, fósforo y otros minerales necesarios para el crecimiento y producción de plantas sanas (Jonathan Howe y Michael, 1999).

El cuadro 3 muestra que no fue diferente el peso seco de las plantas irrigadas con AR que con agua natural probablemente el AR aportó materia orgánica y sales minerales que si bien ejercieron un efecto positivo en el rendimiento vegetal, probablemente por el tiempo en el que se irrigaron fue insuficiente para causar un aumentó en su peso seco (Nava et al., 1997).

Cuadro 1. Análisis fisicoquímico de los suelo del estado de Nuevo León, México, donde se realizó el ensayo.

C.R.H Capacidad de retención de agua. Los valores representan el promedio de 10 repeticiones.

Cuadro 2. Promedio del rendimiento de cultivos agrícolas de riego con agua residual y natural (Ton/ha).

Datos proporcionados por la SAGARPA, AR= agua residual. *letras iguales sin diferencia estadística significativa (P<0.01). Los valores representan promedio de 10 repeticiones. AR = agua residual.

Cuadro 3. Peso seco (g) de plantas* cultivadas en suelos del estado de Nuevo León.

* De 20 días de edad cultivadas en invernadero. Los valores representan el promedio de 20 plantas, *letras iguales sin diferencia estadística (P<0.01).

El cuadro No. 4, muestra el aumento en donde el peso seco de 3 plantas de 20 días de edad en los suelos en invernadero alcanzaran el mayor rendimiento que en el suelo del ejido "El Canadá", esto sugiere que AR aportó nutrientes para favorecer su productividad y fue incluso mejor a lo observado en el ejido de Cadereyta en donde se aplican fertilizantes nitrogenados (Guivenson, et al., 1999).

Cuadro 4. Cuantificación de metales pesados (ppm) en suelo del Canada, Escobedo, N.L., en el cultivo agrícola de plantas y agua residual en el estado de Nuevo León, México.

Los valores representan el promedio de 20 plantas. * Letras iguales sin diferencia estadística significativa (P<0.01).

Conclusión.

Los resultados encontrados sugieren que las propiedades físicas y químicas del suelo tuvieron un efecto de amortiguar la actividad de los metales pesados y que por otro lado las plantas en sus sistema radical desarrollaron con la microbiota que las coloniza tolerancia a los metales, lo que indica que es posible seleccionarlas a esta condición ambiental, investigación en progreso intenta conocer mas al respecto.

Agradecimientos

Se agradece al proyecto 2.7 de la CIC-UMSNH (2005-2006) por las facilidades para la publicación de este trabajo. Al igual que la FCB-UANL por el apoyo logístico proporcionado para su realización.

Literatura citada

1.- Ravina, E. Paz, Z. Sofer, A. Marcu, A. Shischa, G. Sagi, Z. Yechialy and Y, Lev. 1997. Control of clogging in drip irrigation with stored treated municipal sewage effluent. Agricultural Water Management.58:55-65.

2.- Mahmood, B. Wall G. L. and Russell J. M. 2002. A physical model to make shortterm management decisions at effluent-irrigated land treatment system. Agricultural Water Management. 56:57-79.

3.- Al-Jamal, M. S. Sammis,T. W. Mexal, J. G. Picchioni G. A. and Zachritz, W. H. 2002. A growth-irrigation scheduling model for wastewater use in forest production. Agricultural Water Management. 51:53-78.

4.- Ducheyne, S. Schadeck, N. Vanongeval, L. Vandendriessche, H. and Feyen, J. 2001. Assessment of the parameters of a mechanistic soil-crop-nitrogen simulation model using historic data of experimental field sites in Belgium. Agricultural Water Management. 40:183-194.

5.- Martínez-Beltrán 1999. Irrigation with saline water: benefits and environmental impact. Agricultural Water Management. 38:223-234.

6.- Gideon, O. Campos, C. Guillerman, L. and Salgot. M 1998. Wastewater treatment, renovation and reuse for agricultural irrigation in small communities. Agricultural Water Management. 36:141-156.

7.- Assadian, N. W. Esparza, L.C., Fenn, L. B. Ali, A. S. Miyamoto, S. Figueroa, U. V. and Warrick, A. W. 2000. Spatial variability of the heavy metals in irrigated alfalfa fields in the upper Rio Grande River basin. Agricultural Water Management. 34:81-94.

8.- Al-Nakshabandi, G. A. Saqqar, M. M. Shatanawi, M. R. Fallad, M. R. and Al-Horani, M.H. 1997. Some environmental problems associated with the use of treated wastewater for irrigation in Jordan. Agricultural Water Management. 32: 307-320.

9.- Nava H., Hadas A. and Hadas A. 1997. Cost assessment of various jeans of averting environmental damage and groundwater contamination from nitrate seepage. Agricultural Water Management. 31: 269-283.

10.- Giveson Zulu,. Toyota M. and Misawa S. 1999. Characteristics of water reuse and its effects on paddy irrigation system water balance and the Riceland ecosystem. Agricultural Water Management. 31: 295-306.

11.- Jonathan Howe and Wagner M. R.. 1999. The effect of papermill wastewater irrigation and gypsum soil amendments on sodium accumulation by cottonwood and soil. Agricultural Water Management. 31: 259-306

Marín-M.D*.,

Peña-Cabriales, JJ**

Sánchez-Yáñez, JM***

*Microbiología Industrial y Suelo. Facultad de Ciencias Biológicas.,

Universidad Autónoma de Nuevo León, Apdo. Postal 414. San Nicolás de los G,arza, Nuevo León. México.

**Microbiología ambiental CINVESTAV-IPN Unidad Irapuato., Irapuato, Guanajuato, México.

***Microbiología ambiental,

autor correspondiente,

Ed. B-1 Instituto de Investigaciones Químico Biológicas, Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo, Morelia, Mich, cp 58030 México.