Efecto de metales pesados de agua residual sobre la producción de un suelo agrícola
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.
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.
- 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.
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.
Suelo | pH | C.R.H. | Textura | Humedad | Materia | Sales mmhos |
Ejido Canáda Escobedo | 7.5 | 65% | Migajón limoso | 19% | 3.9% | 1.3 |
Cadereyta Jiménez, N.L. | 7.7 | 57% | Migajón limoso | 20% | 2.4% | 0.6 |
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).
Cultivo | "el Canadá", Escobedo, (AR) | Cadereyta, N.L., (natural) |
Trigo | 3.2ª * | 2.3b |
Maíz | 3.0a | 2.2b |
Sorgo | 3.5ª | 2.3b |
Fríjol | 0.6ª | 0.8a |
maíz forrajero | 3.8a | 2.5b |
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.
Planta | Ejido "el | Cadereyta |
fríjol | 0.40ª * | 0.37a |
maíz | 0.30ª | 0.17c |
trigo | 0.04ª | 0.03ª |
* 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.
Metal | Agua residual | Suelo | Planta |
Cu Cobre | 0.25c * | 1.07a | 0.63b |
Cd Cadmio | 0.13b | 0.20a | 0.00 |
Fe Hierro | 27.0c | 140.4ª | 9.8d |
Hg Mercurio | 1.6d | 9.4a | 0.00 |
Pb Plomo | 4.2c | 8.3a | 0.4e |
Zn Cinc | 4.9d | 11.9a | 7.6c |
Los valores representan el promedio de 20 plantas. *
Letras iguales sin diferencia estadística significativa
(P<0.01).
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.
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.