Uso de subproductos industriales de la Compañía Industrial de Parras, S.A. de C.V. en sustratos para el crecimiento de frijol Use of Industrial byproducts of Compañía Industrial de Parras, S.A. de C.V. in substrates for bean growth Adalberto Benavides-Mendoza1, Homero Ramírez1, Norma Ruiz-Sánchez2, Adolfo Perales-Huerta3, Hortensia Ortega-Ortíz4. Resumen El objetivo del trabajo fue comprobar la factibilidad de aplicación y el impacto de la aplicación directa de los subproductos sólidos de CIPSA en crecimiento de frijol. Los subproductos industriales fueron analizados de acuerdo a la NOM-004-SEMARNAT-2002 para determinar la presencia y concentración de coliformes fecales, Salmonella spp., huevos de helmintos, arsénico y metales pesados cadmio, cromo, cobre, plomo, mercurio, níquel y zinc. Además, los subproductos fueron analizados para determinar sus propiedades físicas y químicas de acuerdo a las técnicas descritas en la norma oficial para análisis de suelo NOM-021-RECNAT-2000. Después de ello los subproductos fueron adicionados en diferentes concentraciones al sustrato de crecimiento de frijol. Se observaron impactos negativos sobre el crecimiento cuando los materiales industriales se utilizaron en gran volumen (igual o mayor al 25%), los impactos negativos se derivaron al parecer de la alta concentración de sales, la cantidad de bicarbonatos y desbalance de cationes como el sodio y el magnesio. En el caso de algunos minerales necesarios para las plantas se encontró que los subproductos fueron una buena fuente de los mismos. Como se demostró la presencia de patógenos (coliformes, salmonella y huevos de helminto) en los subproductos industriales de CIPSA, este hecho los hace inaceptables para su uso directo en cultivos alimenticios u ornamentales de maceta. Se requiere continuar con los ensayos de tratamiento de los subproductos de tal forma que se disminuyan a niveles aceptables o se eliminen los patógenos que puedan contaminar las plantas. Palabras Clave: Lodos industriales, industria textil, impacto ambiental. Abstract The objective of this work was to verify the feasibility of application and the impact of the direct application of the solid byproducts of Compañía Industrial de Parras, S.A. de C.V. (CIPSA) in bean plant growth. The CIPSA byproducts were analyzed according to the environmental norm NOM-004-SEMARNAT-2002 to 1 Departamento de Horticultura, Universidad Autónoma Agraria Antonio Narro, Buenavista, Saltillo 25315 Coahuila, México. Tel. (844)411-0212. Email: [email protected] 2 Departamento de Fitomejoramiento, UAAAN. 3 Gerencia Química, Fabrica La Estrella, S.A. de C.V. Ramos Arizpe y 16 de Septiembre, Zona Centro, Parras de la Fuente 27980 Coahuila, México. 4 Gerencia de Agroplásticos, Centro de Investigación en Química Aplicada, Blvd.. Enrique Reyna, Zona Centro, Saltillo, Coahuila, México. 174 determine the presence and concentration of enteric bacteria, Salmonella spp., helminth eggs, arsenic and heavy metals: cadmium, chromium, copper, lead, mercury, nickel and zinc. Besides, the byproducts were analyzed to determine its chemical and physical properties according to the official norm for soil analysis NOM-021-RECNAT-2000. After it, the byproducts were added in different concentrations to the growing substrate of bean. Negative impacts upon the growth were observed when the byproduct was mixed in the growth substrate in great quantity (volume equal or greater than 25%), the negative impacts were derived upon salinity, bicarbonate, and cation imbalances of sodium and magnesium. Nevertheless, some necessary minerals were provided in good quantity and assimilated by the plants. The presence was found of pathogenic microorganisms in the byproducts. This fact makes them unacceptable for its direct use in growing vegetables or ornamental pot plants. It is required to continue with the trials of byproduct processing in such form that pathogenic microorganisms quantity is diminished to acceptable levels or it may be eliminated. Key words: Industrial muds, textile industry, environmental impacts. Introducción La aplicación de lodos residuales o biosólidos urbanos a suelos agrícolas es una práctica habitual en países desarrollados por razones prácticas y económicas (Ottaviani et al., 1991). Los lodos residuales tienen valor fertilizante y mejoran también las propiedades físicas de los suelos (Quinteiro et al., 1988; Tester, 1990). La dosis de aplicación se suele fijar en función de los requerimientos del cultivo en N y P, aunque también deben considerarse factores como la carga de sales y la presencia de elementos metálicos u otros compuestos. En los Estados Unidos de América y la Unión Europea, las agencias de protección ambiental consideran que incluso los lodos que muestran componentes peligrosos pueden aplicarse en la fabricación de productos agrícolas, siempre y cuando se tomen las medidas adecuadas para su tratamiento, manufactura y uso. En nuestro país la NOM-004-SEMARNAT-2002 regula las especificaciones con que debe cumplir cualquier material, lodo o biosólido, antes de su disposición final o aprovechamiento. Del mismo modo, el INIFAP tiene bien desarrollado el modelo de utilización y aplicación de lodos residuales urbanos en suelos agrícolas (Uribe y Chávez, 2000). Sin embargo, al contrario que los biosólidos de origen urbano, el uso de los subproductos sólidos industriales es menos extendido. Hasta donde se sabe solamente una pequeña fracción de fertilizantes y mejoradores de suelos incluyen lodos industriales como parte de sus materias primas (EPA, 1997), y ello habla del potencial innegable en esta área de oportunidad tecnológica cuando se dispone de subproductos industriales que no entrañan riesgos ambientales o para la salud, esto es, cuando disponen de una constancia de no peligrosidad de los mismos. El marco de una estrategia que fomente el reciclado y aprovechamiento de los subproductos industriales textiles debe considerar la utilización de dichos materiales en las actividades agrícolas. Ello por dos razones: la ecológica y la económica. La razón ecológica se refiere al hecho de que el fomento del reciclado y el aprovechamiento responsable y seguro de subproductos, necesariamente 175 disminuye el impacto ambiental de las actividades industriales. La razón económica describe la oportunidad potencial de transformar y añadir valor a los subproductos, modificándolos de tal forma que faciliten la práctica agrícola o forestal en la región. El presente escrito describe parte de los resultados obtenidos durante el año 2004 en el marco del proyecto conjunto ejecutado por la Compañía Industrial de Parras, S.A. de C.V. (CIPSA) y la Universidad Autónoma Agraria Antonio Narro (UAAAN). El objetivo general del proyecto es elevar la competitividad y disminuir el impacto ambiental de las actividades industriales textiles de la empresa coahuilense Compañía Industrial de Parras, S.A. de C.V. (CIPSA), transformando los subproductos sólidos del proceso industrial en productos con valor agregado de utilidad en el sector productivo agrícola. El objetivo específico fue documentar los cambios en el crecimiento y composición química de las especies vegetales cuyo ciclo de vida ocurre en sustratos enriquecidos con los subproductos sólidos de CIPSA. Metodología experimental Los residuos industriales de las empresas Fabrica La Estrella, S.A. de C.V. (FLESA), Hilaturas Parras, S.A. de C.V. (HILPAR) y Parras de La Laguna, S.A. de C.V. (PARLASA) del grupo CIPSA se obtienen después de tratar el agua utilizada en el proceso industrial, parte del tratamiento consiste en filtrar y prensar los sólidos acarreados por el agua. Estos sólidos que constituyen el subproducto cuentan con certificado de no peligrosidad. Su aspecto es característico ya que llevan gran cantidad de pigmentos vegetales que les dan un color azul oscuro o casi negro. Se llevó a cabo el análisis de los subproductos industriales de acuerdo a la NOM-004-SEMARNAT-2002 para determinar la presencia y concentración de coliformes fecales, Salmonella spp., huevos de helmintos, arsénico y metales pesados cadmio, cromo, cobre, plomo, mercurio, níquel y zinc marcados en dicha norma oficial mexicana. Los procedimientos para la incorporación de los subproductos sólidos en sustratos son descritos por Peralta-Trujillo (2002) quien realizó la actividad con desechos agroindustriales. Antes de su mezcla con los sustratos los sólidos industriales fueron analizados para su caracterización física y química de acuerdo con la norma oficial para análisis de suelo NOM-021-RECNAT-2000. Se colocaron charolas de germinación en una cama de siembra. Las charolas de germinación fueron llenadas con sustratos obtenidos al mezclar el sustrato comercial peat moss con sólidos de CIPSA (obtenidos en particular de la empresa FLESA de Parras de la Fuente, Coahuila) en proporciones de 1:0, 3:1, 2:1, 1:1 y 0:1, equivalentes a 0, 25, 33, 50 y 100% de subproductos de CIPSA volumen a volumen (v/v). El objetivo de aplicar este esquema de tratamientos fue determinar hasta que punto los lodos CIPSA pueden inhibir el crecimiento al mezclarlo en alta cantidad con un sustrato conocido, situación equivalente a una constante aplicación de residuos industriales en el suelo. Como un ejemplo, la cantidad de 25% v/v equivale a incorporar 250 toneladas de lodo industrial en una hectárea considerando una profundidad de 30 cm. Como referencia considérese 176 que una aplicación generosa de estiércol al suelo se hace con 30 toneladas por hectárea. En el sustrato se colocaron semillas de frijol previamente verificadas con alto porcentaje de germinación, rápida emergencia y crecimiento normal. Las charolas fueron mantenidas con el contenido de humedad adecuado durante 30 días en el transcurso de los cuales se observó y midió el crecimiento determinado como peso fresco y seco de las plántulas utilizando una balanza analítica y una estufa de secado a una temperatura de 60 ºC. Se verificó visualmente la presencia de anomalías de crecimiento o signos de toxicidad. El diseño experimental fue completamente al azar con arreglo factorial. Se aplicaron las técnicas rutinarias de análisis de varianza y la prueba de medias de Tukey al 0.05. Resultados y discusión 1. Resultados microbiológicos, metales pesados y arsénico en los subproductos de CIPSA. Los resultados microbiológicos, de concentración de metales pesados y de arsénico, marcaron según la NOM-004-SEMARNAT-2002 que los sólidos industriales son materiales buenos desde el punto de vista del contenido de metales pesados, en otras palabras, todos los materiales presentaron concentraciones de metales pesados muy por debajo de las marcadas como límite por la NOM mencionada. Desde la perspectiva microbiológica se clasificaron como clase C, es decir, no para uso urbano pero si adecuados para actividades forestales, agrícolas y mejoramiento de suelos. 2. Caracterización física y química de los subproductos según la NOM-021RECNAT-2000. 2.1. Resultados de los Análisis de Salinidad y Sodicidad en Extractos de Saturación. Con respecto a la conductividad eléctrica todos los subproductos son fuertemente salinos. No se recomienda utilizarlos directamente como sustrato a no ser que se le aplique un lavado. Por otra parte según nuestros resultados preliminares (Benavides-Mendoza et al., 2004), los residuos industriales pueden utilizarse mezclados (hasta en un 25% del volumen total) con otro sustrato como turba canadiense o bien someterse a un proceso de compostado o vermicompostado mezclados con basura orgánica o estiércol vacuno. De una u otra forma se aminora el problema de salinidad. El pH del extracto de saturación de los subproductos se encontró cercano al neutro. Por ello el efecto sobre el pH del sustrato en donde se adicionan no se espera que sea significativo. Sobre los valores de calcio, magnesio, sodio, potasio y el de RAS (Relación de adsorción de sodio) los subproductos mostraron valores altos de los cationes solubles a excepción del potasio que presenta valor medio y el sodio, que exhibe valores de bajo a alto. A pesar de ello la posible toxicidad por sodio pudiera no presentarse dado el valor tan bajo de la relación de absorción de sodio (RAS) que se determinó. 177 En los carbonatos, bicarbonatos, sulfatos y cloruros los subproductos marcaron niveles no detectables de carbonatos. Al contrario, la concentración de bicarbonatos es alta, lo cual explica en parte la clorosis inducida en las plantas cuando los sólidos industriales se utilizan mezclados con otro sustrato en un volumen mayor al 25% (Benavides-Mendoza et al., 2004). Los cloruros aparecen con alta concentración; ello debe considerarse para limitar su uso en aquellas especies que sean muy sensibles a la toxicidad por cloruros, como es el caso de algunos frutales y ornamentales como las fresas y rosales (Benavides-Mendoza, 2002). En el caso de los sulfatos la concentración en el extracto de saturación presenta un rango amplio, de alta a bajo. Se sabe que, salvo su contribución a la salinidad de la solución del suelo, los sulfatos no ejercen un efecto tóxico sobre las plantas. Por otra parte, la contribución con aportes de sulfatos en suelos calcáreos puede ser positiva. 2.2. Análisis Físico. En cuanto al pH en agua la reacción de los materiales residuales fue de moderadamente ácida a ácida. Sobre la retención de humedad los resultados obtenidos indican que los subproductos muestran buena capacidad de almacenar agua. En cambio los sólidos industriales mostraron densidades aparentes menores a la comúnmente encontrada en suelos de uso agrícola. Respecto a la materia orgánica los resultados de las tres muestras indicaron la presencia de valores medios. Los subproductos mostraron un contenido medio de carbonatos. Si se tratara de un suelo, entonces se clasificaría como calcáreo, esto es, induciría clorosis en cultivos sensibles (Benavides, 2000) 2.3. Análisis de Fertilidad. Los resultados para los elementos analizados no indicaron la posibilidad de restricción del crecimiento por excesiva concentración de los elementos. 3. Resultados de germinación, crecimiento y composición de las plantas 3.1. Emergencia y crecimiento de frijol en invernadero utilizando mezclas de sustrato comercial hortícola (peat moss) y subproductos de CIPSA En comparación con el testigo que mostró plantas con hojas grandes y color verde claro, las plantas en el sutrato con 25% del subproducto de CIPSA presentaron hojas significativamente más pequeñas, de color verde oscuro, pero aún así de aspecto sano sin presentar síntomas aparentes de clorosis o intoxicación. Al elevar la concentración del subproducto a 33% se observaron clorosis y necrosis foliar, así como inhibición significativa del crecimiento. Con la concentración de 50% la presencia de los sólidos causó una disminución significativa de la emergencia y el crecimiento, así como clorosis acentuada de los tejidos. En el caso de las semillas colocadas directamente en los residuos industriales al 100%, estas germinaron y emergieron, pero ocurrió entonces la completa interrupción del crecimiento presentándose una necrosis intensa en las raíces, síntoma asociado generalmente con la intoxicación por exceso de sales o déficit hídrico intenso. 178 Los resultados de los análisis del crecimiento indicaron diferencias estadísticas altamente significativas entre los tratamientos (Cuadro 4.2.1). Cuadro 3.1.1. Resultados de la prueba de medias de Tukey (0.05) para el peso seco promedio de las plantas de frijol. Porcentaje de subproductos Peso seco CIPSA (v/v) promedio 25 0.227821 b 100 0.239808 b 33 0.261350 b 50 0.269229 b 0 0.343054 a 1 2 **** **** **** **** **** Es posible que la disminución en la acumulación de materia seca por parte de las plantas sea consecuencia de la salinidad aportada por los subproductos industriales o bien, posiblemente, de los bicarbonatos de los mismos que pudieron modificar la disponibilidad de algunos elementos. Para aportar mayor información y tratar de entender estos resultados se analizaron las estructuras foliares de las plantas analizadas para determinar el contenido de minerales, estos datos se anotan en el Cuadro siguiente. Cuadro 3.1.2. Concentración de nutrientes minerales en los tejidos de plantas de frijol que crecieron en sustratos enriquecidos con subproductos industriales de CIPSA. La concentración de hierro, cobre, manganeso, zinc y boro fue anotada en mg/kg de peso seco, la del resto de los elementos en %. Porcentaje de subproductos CIPSA (v/v) 0 25 33 50 100 NS1£ NS2 N 5.95 5.9 6.1 5.7 5.4 5 6 P 0.36 0.35 0.34 0.36 0.35 0.35 0.75 K 2.05 3.5 3.27 2.36 1.97 2.25 4 Ca 2.82 1.32 1.36 1.12 1.2 1.5 2.5 Mg 0.35 0.34 0.34 0.27 0.29 0.3 1 Fe 430 152 172 198 140 50 300 Cu 12.4 10 11.3 11.4 8.1 7 30 Mn 342 86 110 43 25 50 300 Zn 99 50 39 32 34 20 200 B 24.05 24.25 24.2 23.55 19.87 20 75 £NS1 es el punto inferior del rango de niveles de suficiencia para el elemento considerado. NS2 es el punto superior del rango de niveles de suficiencia para el elemento considerado. A excepción del potasio, el calcio y el manganeso, el resto de los elementos se encontraron dentro del rango de suficiencia. En el caso del potasio, las plantas testigo mostraron valores abajo del rango de suficiencia, resultando la aportación de los subproductos en un efecto positivo ya que la concentración de potasio subió hasta colocarse dentro del margen adecuado. En cuanto al calcio todas las plantas que crecieron en los sustratos con residuos industriales presentaron valores fuera de los rangos de suficiencia. Es posible que las altas concentraciones de sodio y magnesio en los subproductos constituyeran un factor de competencia para el calcio en los sitios de absorción en la raíz. 179 Es muy claro el efecto de los subproductos industriales sobre la asimilación de manganeso, hierro y zinc en las plantas. En los tres casos los metales mencionados presentaron valores altos y adecuados en las plantas testigo. Sin embargo, la presencia de los materiales originó una fuerte disminución en la concentración. Dado que los sólidos muestran niveles altos de hierro y zinc, la diferencia no parece deberse a una carencia real de los elementos, sino más bien a una carencia inducida por diferentes factores como la presencia de alta concentración de magnesio que origina déficit de absorción de zinc, alta concentración de sodio que da lugar a disminución en el manganeso y alta cantidad de bicarbonatos que disminuye la asimilación de hierro (BenavidesMendoza, 2002). Conclusión Los resultados indicaron que es factible utilizar los subproductos de CIPSA en la producción de especies vegetales. Se observaron impactos negativos sobre el crecimiento cuando los materiales industriales se utilizaron en gran volumen (igual o mayor al 25%), los impactos negativos se derivaron al parecer de la alta concentración de sales, la cantidad de bicarbonatos y desbalance de cationes como el sodio y el magnesio. En el caso de algunos minerales necesarios para las plantas se encontró que los subproductos fueron una buena fuente de los mismos. Literatura citada Benavides, A. 2000. Absorción y asimilación de hierro en las plantas. Ciencia UANL 3(1):50-57. Benavides-Mendoza, A. (Compilador). 2002. Ecofisiología y Bioquímica del Estrés en Plantas. Universidad Autónoma Agraria Antonio Narro, Departamento de Horticultura, Buenavista, Saltillo, Coah. México. 287 páginas. Benavides-Mendoza, A., H. Ortega-Ortiz, N.A. Ruiz-Torres, M. Cantú-Sifuentes, L.O. Fuentes-Lara, R.V. Dávila-Salinas. Determinación de la utilidad y calidad de un fertilizante orgánico y/o mejorador de suelo fabricado en base a lodos residuales de la Compañía Industrial de Parras (Plantas HILPAR, PARLASA y FLESA). 2004. Reporte Técnico de actividades y resultados al 31 de agosto del 2004. Environmental Protection Agency (EPA). 1997. Waste derived fertilizers. Environmental Fact sheet. EPA530-F-97-053. 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