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VII Congreso SEAE Zaragoza 2006
Nº 69
ESTUDIO DE LOS CONTENIDOS EN PO-210 Y OTROS RADIONÚCLIDOS EN
FERTILIZANTES QUIMICOS Y ECOLOGICOS
S. Plaza*, A. Moyano**, E. Charro*,***, P. Ciria**,**** y L.M. Nieto*
*Laboratorio de Investigación en Baja Radioactividad (LIBRA). Edificio I+D,Campus
Miguel Delibes. Universidad de Valladolid. Valladolid, España. e-mail :
[email protected]
**Departamento de Producción Vegetal y Recursos Forestales. E.U. Ingenierías
Agrarias. Universidad de Valladolid. Soria España . e-mail : [email protected].
***Área de Edafología y Química Agrícola. Departamento de Ciencias Agroforestales
Universidad de Valladolid. Palencia, España. e-mail: [email protected]
****CIEMAT-CEDER.Ctra N-111, km 206. 42290 Lubia.Soria.España
RESUMEN
Los radionúclidos entran en el suelo por deposición de partículas en suspensión que
provienen principalmente de la quema de combustibles fósiles, y de la aplicación de
fertilizantes fosforados a los cultivos. Los fosfatos, que forman la base habitual de este
tipo de abonos químicos minerales, contienen usualmente cantidades apreciables de
uranio y de sus descendientes de las series naturales de desintegración, entre los que
se encuentra el 210Po. La presencia natural de este radionúclido en suelos viene pues
alterada por las prácticas agrícolas. Controlar la alteración de los contenidos naturales
de núcleos radiactivos en los suelos es importante a fin de conocer el grado de
contaminación que sufren los mismos. Se hace necesario pues encontrar una forma
de elucidar de forma fiable si se han utilizado abonos minerales y controlar la
incorporación al suelo y a los cultivos de elementos traza indeseables junto con
radionúclidos. Por tanto, ambos problemas, determinación y seguimiento de 210Po y
elementos traza no deseables, aparecen interrelacionados y ambos deben ser
enfocados simultáneamente. De modo que el 210Po puede ser utilizado como
indicador, o parámetro de referencia, para determinar el tipo de fertilización recibida
por un suelo agrícola. En este estudio presentamos los resultados correspondientes al
análisis de 4 fertilizantes comerciales NPK y un compost ecológico de gallinacea,
observándose mayores contenidos en Po-210 y otros radionúclidos en los primeros.
INTRODUCCIÓN
Se sabe que los fosfatos naturales utilizados como componente básico para la
preparación de fertilizante, proceden de la fosforita, que contiene cantidades elevadas
de radionúclidos. El uso continuado de fosfatos puede incrementar los niveles de
radiación en el suelo debido a la presencia de los isótopos del uranio y de sus
descendientes de la serie de desintegración (entre los que se encuentra el 210Po)
(Ioannides et al., 1997), y por lo tanto, las plantas reciben directamente a través de la
deposición atmosférica de partículas e indirectamente por el suelo a través del sistema
radicular, la radiación de estos elementos (Ekdal, Karali y Saç, 2006). Los
radionúclidos, junto con algunos metales, constituyen el principal agente contaminante
de los fertilizantes industriales. Aunque el abonado químico está siendo sustituido de
manera gradual por abonos de origen natural, todavía se pueden encontrar
radionúclidos en frutas y verduras. Esto constituye un problema grave ya que se
estarían ingiriendo determinados radionúclidos a través de la dieta, y justificaría la
necesidad de ampliar los estudios, anteriormente mencionados en relación a la
transferencia de radionúclidos fertilizante-suelo.
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Los fertilizantes obtenidos de fosfatos contienen radionúclidos, en particular 238U y
Th, en proporciones relativamente elevadas y penetran en el terreno durante el
laboreo agrícola pudiendo llegar hasta el. Por otra parte, debido al polvo en
suspensión que se produce mediante el proceso de laboreo, es normal encontrar
niveles altos de radiación tanto en la maquinaria como en el viento, con el consiguiente
riesgo para el agricultor. La vía más importante de penetración para el hombre es a
través de la inhalación directa del polvo, constituyendo así dosis de radiación recibidas
principalmente por agricultores en el campo (Schohlen y Timmermans, 1996).
232
La concentración habitual de uranio en los fosfatos es de 30 a 260 ppm (Altschuler,
1980) que es mucho mayor que la media de uranio, aproximadamente 4 ppm (Hursh y
Spoor, 1973). Varios estudios (Bowler MeKlveen y McDowell, 1978; Spalding y
Sackett, 1972) han encontrado una proporción entre las concentraciones de uranio y
de P2O5. La serie del 232Th tiene una menor presencia en los fosfatos en comparación
con la serie de Uranio (Hussein 1994; Lalit et al. 1982). También los suelos y los
fertilizantes de fosfatos contienen 40K. Además, el fosfoyeso conocido como “yeso
agrícola” también se suele emplear como enmienda previa a la desalinización de los
suelos.
A modo de ejemplo, es interesante mencionar que la radioactividad natural
contenida en los depósitos de fosfatos de Uro y Kurun (Sudán Occidental) ha sido
medida por espectrometría gamma, obteniéndose un valor máximo de 2600 Bq/kg de
238
U (Sam y Holm, 1995). Este dato indica que el contenido en 238U y su degradación
son la principal causa de la alta radioactividad natural en los minerales de fósforo. Por
otro lado, los resultados de esta investigación (Sam y Holm, 1995) demuestran que los
radionúclidos naturales contenidos en la roca madre de fosfato de Uro y Kurun
contribuyen muy poco al promedio de la exposición a la radiación terrestre que
presenta la población. Es decir, que la radiación es por contaminación secundaria.
Otros estudios, como los de Makweba y Holm (1993), sobre los contenidos de 238U y
sus derivados en superfosfatos, triple superfosfato y fosfoyeso de Arusha (Tanzania)
arrojaron valores más elevados (4000 Bq/kg), pero la radiación extra aportada al suelo
agrícola cuando eran empleados esos fertilizantes no superaba el 2% en relación al
medido en el entorno, que era de 50 nGy/h .
El polonio es un elemento químico de número atómico 84. Todos sus isótopos son
radioactivos y con una vida media corta, a excepción de los tres emisores alfa: 208Po
(2,9 años) y 209Po (100 años) ambos de origen artificial, y el natural 210Po (138,4 días).
Este último isótopo, que fue descubierto por Marie Curie en la pecblenda (uranita), es
el penúltimo miembro de las series de decaimiento del radio y el radionúclido objeto de
este estudio. La importancia que tiene estudiar este radioisótopo (210Po) radica en la
facilidad que presenta para entrar en el agua, la comida, las células vivas y los tejidos.
El aumento de 210Po en la naturaleza se debe al auge de la actividad minera (que
empezó después de la Segunda Guerra Mundial), las pruebas nucleares y a las
centrales nucleares.
Hasta el momento se conocen los coeficientes de transferencia a la leche y carne
de vacuno estimado por Watson (1983), el principal problema que surge actualmente
es la falta de experimentación. El 210Pb es uno de los núcleos radioactivos más
importantes ingeridos con los alimentos aparte del 226Ra y el 210Pb. También se ha
observado que la carne de reno que se consume en las regiones árticas del hemisferio
norte, contiene una concentración anormalmente elevada de 210Po. Esto es debido a
que estos animales se alimentan de musgos y líquenes que tienden a acumular este
elemento (Ugur et al., 2003). Medidas realizadas en sangre, huesos y placenta de la
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población, revelan niveles de dosis radioactiva 10 veces superior a los niveles
encontrados en habitantes de zonas más templadas. También existen estudios en
zonas de Irán (Samavat et al. 2005), donde se pone de manifiesto una alta presencia
de 210Po en la dieta debido a la alta concentración de este radionúclido en la roca
madre de los suelos.
El 210Po puede ingresar en el organismo por las vías respiratorias, junto con otros
radionúclidos como el uranio, el torio y el 210Pb. Todos estos elementos son sólidos que
se adhieren a las partículas de polvo presentes en el aire que respiramos. Se ha
observado que la concentración de estos dos núcleos radiactivos 210Pb y 210Po en los
pulmones de los fumadores, es un 30% superior que en los de los no fumadores. Sin
embargo, la principal causa de radioactividad debida al 210Po en los pulmones se debe
a la inhalación de gas radón, que se produce por desintegración del uranio y del torio,
dado que es inestable, se transforma en 210Po. Si el radón es respirado y no decae,
puede volver a salir junto con el aire expirado, pero si decae mientras se encuentra en
los pulmones, el 210Po generado se puede quedar adherido al tejido pulmonar y desde
ahí continuar emitiendo radiación, pues él también es radiactivo. Además, el 210Po es
soluble y puede circular por todo el cuerpo llegando a todos los tejidos y células, es
decir, penetrando hasta niveles más profundos que el radón.
Por otro lado, parece que existe una relación entre el nivel del 210Po y el aumento
del uso de fertilizantes fosfatados en los cultivos de la planta de tabaco (Khater, 2004).
El fosfato cálcico contiene uranio y libera gas radón lentamente. A la vez que el radón
se desintegra, sus productos secundarios cargados eléctricamente se unen a partículas
de polvo que se adhieren a los pelos pegajosos (tricomas) del envés de las hojas del
tabaco, dejando un depósito de 210Po radioactivo y 210Pb. Después, en la combustión de
un cigarrillo, el intenso calor volatiliza los metales radioactivos. En el aire, la
radioactividad natural también es una herramienta útil para estudiar la evolución
atmosférica en base a los procesos que involucran a los aerosoles (Gaffney et al.
2004). La presencia de un exceso de 210Po y su tiempo de residencia en la atmósfera,
es un buen indicador de la adecuada calidad del aire, y mediante su medida, permitirá
controlar los niveles de partículas en suspensión en la atmósfera. Queda patente pues,
el interés que presentan los radionúclidos 210Pb y 210Po, y por lo tanto es preciso
encontrar métodos fiables para su determinación en aguas, suelos, sedimentos y
cualquier tipo de muestras orgánicas;(Jia et al., 2000) incluso en muestras marinas
(García-Orellana y García-León, 2002).
En este estudio se analizará el 210Po entre otros radionúclidos, por el interés que
representa su utilización como trazador para la investigación medioambiental, dada la
solubilidad tan alta y la gran capacidad de fijación en los tejidos vegetales que presenta.
En los suelos agrícolas existe un contenido natural de 210Po debido a la roca madre de
la que proceden, pero estos contenidos se pueden ver incrementados por la aplicación
de abonos químicos comerciales a los cultivos. De este modo cuando un suelo (en el
que se realizaba cultivo tradicional) se va a destinar a cultivo ecológico, ha de cumplir el
requisito de estar en barbecho unos ocho años, según la legislación. Durante ese
tiempo se espera que disminuya el nivel de 210Po (entre otros elementos). Este estudio
quiere demostrar que los abonos químicos incorporan 210Po en los suelos de cultivo
tradicional y que un suelo para cultivo ecológico realmente ha perdido 210Po al cabo de
esos años.
MATERIAL Y MÉTODOS
Los análisis se han realizado sobre fertilizantes y un compost ecológico. Las
muestras se tamizan y su radiactividad se mide por espectrometría Gamma siendo las
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medidas de una duración aproximada de 300.000 s; y la determinación de Po-210 por
espectrometría alpha requiriéndose un tratamiento químico previo para depositar el
polonio.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Los resultados de la medida de radionúclidos analizados en los cinco abonos
estudiados se recogen en el Cuadro 1:
Cuadro 1. Actividad (Bq/kg de abono) de diferentes radionúclidos
NPK 8-15-15
NPK 20-10-10 NPK 12-12-17
NPK 8-24-8
Ecológico
238
535,9 ±15,5
100,2 ±4,8
33,2 ±3,8
1026,7 ±27,9
6,7 ±4,8
226
268,7 ±1,5
34,4 ±0,6
19,9±0,5
346,9±44,8
13,4 ±0,6
214
288,1 ±2,1
36,4±0,8
22,1±0,7
402,1 ±42,1
14,4±0,9
214
249,5 ±2,2
32,3±0,8
17,7±0,7
346,1±2,4
12,4±0,9
210
297,9 ±8,9
60,7 ±3,7
14,8 ±3,3
483,5± 12,9
6,2 ±4,9
232
3,8 ±1,1
14,8±1,2
14,6±1,2
9,3± 0,9
7,1 ±1,4
224
24,5 ±2,7
20,8 ±5,7
23,3±4,3
< L.D.*
4,7±6,5
212
3,2 ±0,5
16,5 ±0,5
22,1± 0,5
6,5± 0,3
7,6±0,6
212
4,4 ±4,1
10,3 ±3,6
18,5± 3,7
9,3± 2,8
0,9±5,3
208
4,7 ±0,9
13,9±0,8
318,2±0,9
6,7± 0,6
6,5 ±1,2
40
3478,2 ±46,5
2335,7±33,6
4046,8±54,2
1887,1±26,1
572,2±16,2
U
Ra
Pb
Bi
Pb
Th
Ra
Pb
Bi
Tl
K
* L.D.: por debajo de los límites de detección
Los valores de radionúclidos en abonos son mayores que los obtenidos para los
suelos, excepto en el caso del 232Th, que muestra valores de actividad menores. Se
observan diferencias dado que cada abono tiene una composición diferente,
destacando el abono ecológico que muestra valores menores en la actividad en
distintos radionúclidos.
En la figura 1 se representa los contenidos en 238U, 226Ra, 214Pb, 214Bi y 210Pb en los
diferentes abonos analizados. En la figura V.9, sin embargo se analizan 232Th, 212Pb,
212
Bi y 208Tl.
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1200
a
Actividad (Bq/kg)
1000
800
600
a
e
400
b c
d
c
b
d
e
200
a
b cd
e
a b c d e
a b c d e
0
8-24-8
8-15-15
20-10-10
12-12-17
Ecologico
Abonos
Figura 1.- Gráfico de actividad de la serie del
210
Pb(e) en los abonos estudiados.
238
U (a),226Ra (b),
214
Pb(c),
214
Bi(d) y
25
212Pb
20
212Bi
208Tl
Actividad (Bq/kg)
212Pb
208Tl
212Bi
232Th
15
10
232Th
212Bi
232Th
212Pb
212Pb
232Th
208Tl
5
232Th
208Tl
212Bi
212Bi 208Tl
212Pb
0
8-24-8
8-15-15
20-10-10
12-12-17
Ecologico
Abonos
Figura 2.- Gráfico de actividad de los radionúclidos de la serie del
estudiados.
232
Th en los abonos
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En las figuras 1 y 2 se observa que existe diferente concentración de uranio según
el abono analizado. A la vista de estas figuras destaca que los descendientes del 226Ra
no guardan equilibrio con el 238U, lo que puede ser debido a que en el proceso de
fabricación se esté eliminando parte del 226Ra.Se ha comparado la actividad de 226Ra,
el 232Th y el 40K con los valores encontrados en abonos analizados por otros autores,
como se recoge en el cuadro 2:
Cuadro 2.- Comparación actividades de radionúclidos en abonos
Referencia
Hussein (1994)
Ahmed et al.(2005)
Este trabajo
Este trabajo
Este trabajo
Este trabajo
Este trabajo
Abono
Superfosfatos-Egipto
Fosfatos-Egipto
8-15-15
20-10-10
12-12-17
8-24-8
Ecológico
226
Ra
301
366
268,7
34,4
19,9
346,9
13,5
232
Th
24
66,7
3,8
14,8
14,7
9,3
7,1
40
K
3
4
3478,3
2335,7
4046,7
1887,1
572,3
A diferencia de las muestras de suelos, Para el 40K, se determinaron valores
mayores en los abonos utilizados que en los fertilizantes estudiados en otras
investigaciones. Este hecho puede ser explicado en base al diferente origen de los
abonos químicos de nuestro estudio y los de otros autores. Para el 232Th, los abonos
de este estudio presentan concentraciones inferiores, y para el caso del 226Ra, el
abono NPK 8-24-8 presenta un valor parecido al de los fosfatos empleados por Ahmed
y El-Arabi, 2005.
En el Cuadro 3, se exponen los resultados correspondientes a la medida de 210Po
en los abonos de estudio. Se detectan mayores concentraciones de la actividad de
210
Po en abonos que en suelos, a excepción del abono ecológico que presenta un
valor inferior.
Los valores obtenidos de 210Po son mayores que en el caso de las muestras de
suelos, por lo que parece que los abonos químicos sí podrían aportar una actividad
extra de radionúclidos a los suelos, a excepción del abono ecológico. En la figura 3 se
refleja la baja actividad del 210Po en el abono ecológico en comparación con el resto de
los abonos de origen químico y con un mayor contenido en fósforo.
Cuadro 3. Medida de 210Po en Bq/kg de abono
Muestra
NPK 8-24-8
NPK 8-15-15
NPK 20-10-10
NPK 12-12-17
Ecológico
210
Po (Bq/kg)
260,2±32,4
295,1±57,4
109,1±20,7
35,1±6,9
9,1±1,8
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350
210Po
300
210Po
Bq/kg
250
200
150
210Po
100
50
210Po
210Po
0
Ecologico
12-12-17
8-24-8
8-15-15
20-10-10
Abonos
Figura 3.-Gráfico de actividad de 210Po para los abonos de este estudio.
En la bibliografía consultada (Ahmed y El-Arabi, 2005), se relacionan los
contenidos de fosfatos y el contenido de 210Po en abonos, como la causa más
probable de aporte extra de radionúclidos a los suelos
CONCLUSIONES
Por el momento, se puede anticipar que los resultados previos indican que los
fertilizantes químicos comerciales aportan radionúclidos al suelo agrícola y por lo
tanto, a los cultivos. Y por otro lado, se verifica la idoneidad del uso de los compost
ecológicos dada la ausencia de elementos traza tóxicos, como son los radionúclidos
analizados.
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