Presentación de PowerPoint

Estación Experimental Tropical Pichilingue
Dpto de Manejo de Suelos y Aguas
Avances en investigación del Cd
en el cultivo de cacao en el Ecuador
Ph.D. Manuel Carrillo Zenteno
Quito, Julio 11 de 2016
Como el Cd afecta la salúd humana?
• Problemas riñones, 20 mg kg-1
Enfermedad
Itai-Itai
• Disminuye los niveles de calcio en los huesos
• Alteraciones em el sistema inmunológico
• Daños al sistema nervioso central
(trastornos psicológicos)
• Mecanismos relacionados com el DNA e cancer
•Sistema reprodutivo, etc.
Satoh et al., 2002
CDC, 2009
Proyecto: Determinación de metales contaminantes en cultivos
de exportación y su repercusión sobre la calidad de
los mismos.
NÚMERO DE FINCAS MUESTREADAS POR PROVINCIAS Y CULTIVOS
Províncias
Esmeraldas
Manabí
Los Ríos
Guayas
El Oro
Pichincha
Sucumbios
Fco. de Orellana
Zamora Chinchipe
Total
Cacao
2
2
5
4
2
1
3
3
2
24
Café
0
2
2
0
1
0
1
5
2
13
Fincas muestreadas
Banano
Plátano
1
0
0
2
4
0
3
0
4
0
0
0
0
0
0
0
0
0
12
2
Palma africana
2
0
3
0
0
3
2
0
0
10
Total
5
6
14
7
7
4
6
8
4
61
FORMAS
TOTALES,
POTENCIALMENTE
ASIMILABLES E HIDROSOLUBLES DE Cd
ENCONTRADOS EN SUELOS ECUATORIANOS
Identificación
ESCC1
ESPA1
LRCC2
LRCC3
LRCC5
LRPA2
EOCC1
GUCC1
GUBA4
PICC1
SUCC1
SUCC3
FOCC2
FOCF5
ZACC1
ZACF2
MEDIA
MÍNIMA
MÁXIMA
Total
0,70
1,10
0,31
2,08
0,26
0,18
5,25
0,70
0,65
0,35
0,28
0,10
0,75
0,35
0,49
0,10
0,39
0,05
5,25
Cd
Asimilable hidrosoluble
mg kg-1
0,66
0,03
0,17
1,35
0,16
0,69
3,94
0,69
0,37
0,05
0,09
0,09
0,45
0,30
0,30
0,06
0,25
0,01
3,94
0,01
n.d.
n.d.
n.d.
n.d.
n.d.
n.d.
n.d.
n.d.
n.d.
n.d.
n.d.
n.d.
n.d.
0,02
0,03
0,02
0,01
0,08
Niveles críticos en el suelo
Cd 3 mg kg-1 (Chander, et al. 1991)
FORMAS
DE
Cd
ENCONTRADOS
EN
SUELOS
ECUATORIANOS, AFECTADOS POR DIFERENTES FUENTES
DE CONTAMINACIÓN
POSIBLES FUENTES DE
CONTAMINACIÓN
Muestras
Total
Cd
Asimilable hidrosoluble
0,32
mg kg-1
0,21
0,03
1
0,08
0,02
0,02
Petróleo
13
0,28
0,18
0,01
Minas
3
0,46
0,36
n.d.
Uso de químicos agrícolas
3
0,20
0,08
n.d.
Agua de irrigación
4
0,25
0,16
0,01
Quemas de fundas plásticas
5
1,28
0,96
0,01
Quema de basuras urbanas
4
0,39
0,06
0,10
N°
28
Cenizas volcánicas
Carreteras interprovinciales
Ecologistas en acción (Huelva – España, 2001)
Rosseaux, et al. 1989 (67 – 77% del Cd de plásticos en Brasil)
2.25
Biol insecticida
Biol gallinaza
Biol porcino
Biol bobino
Biol UTE
Biol comercial
Biol insecticida
Té de compost
Biofertilizante
Compost lodos
Compost estiércol
Gallinaza
Bocashi
Abono orgánico
Humus
2.00
Cd (mg kg-1)
1.75
1.50
1.25
1.00
0.75
0.50
0.25
0.00
CONTENIDO DE Cd EN ABONOS ORGÁNICOS COMERCILAES
0,61
Cd (mg kg-1)
0,80
0,60
0,41
0,22
0,21
0,08
0,08
0,01
0,00
Cacao
23
Asimilable
AB-DTPA
Total
Agua regia
Banano
13
Palma acei
10
0,24
0,19
0,13
0,01
Agua
0,31
0,40
0,20
Hidrosoluble
0,00
Plátano
2
0,14
0,02
Café
13
FORMAS DE Cd EN SUELOS ECUATORIANOS, BAJO DIFERENTES
CONDICIONES DE USO.
Hidrosoluble
0,93
Cd (mg kg-1)
1,00
0,80
Asimilable
Total
0,69
0,44
0,60
0,40
0,20
0,00
0,45
0,38
0,18 0,27
0,20
0,38
0,31
0,15
0,10
0,01
0,10
0,02
0,15
0,00
0,04
0,02
0,16
0,22
0,24
0,10
0,10
0,01
0,01
0,03
FORMAS DE Cd EN SUELOS DE DIFERENTES PROVINCIAS
DEL LITORAL Y ORIENTE ECUATORIANO
DETERMINACIÓN DE METALES
PESADOS EN SUELOS DEL ECUADOR
Mso, Soluble;
Mrc, reducible;
Mox, Oxidable;
Mrd, residual
80
60
40
DESU2
DESU1
CCSU1
CCMA1
CCLR2
CCLR1
BALR2
BALR1
CCGU3
CCGU2
CCGU1
BAGU2
BAGU1
CFFO3
CFFO2
CFFO1
CCFO4
CCFO3
CCFO2
CCFO1
CFEO1
CCEO2
CCEO1
BAEO4
BAEO3
0
BAEO2
20
BAEO1
Cd (%)
100
Mrd
Mox
Mrz
Mrc
Mso
Suelo
DISTRIBUCIÓN RELATIVA DE LAS FORMAS DE CADMIO EN SUELOS DEL ECUADOR.
Método de URE et al. (1993).
30
20
BALR2
CCMA1
CCLR1
DESU1
DESU2
CCSU1
CCLR2
CCGU3
BALR1
CCGU2
BAGU2
BAGU1
60
CCGU1
CFFO3
CFFO2
CCFO4
CFFO1
CCFO2
CCFO3
BAEO4
BAEO2
CCEO2
CCEO1
CCFO1
CFEO1
40
BAEO3
50
BAEO1
Cd (%)
70
10
0
Suelos
PROPORCIONES DE Cd ADSORBIDO POR SUELOS DEL ECUADOR, DESPUÉS DE
OCHO HORAS DE AGITACIÓN EN SOLUCIÓN CONTENIENDO Cd.
DESU1
CCSU1
CCMA1
CCLR2
CCLR1
DESU2
BALR2
BALR1
CCGU3
CCGU2
CCGU1
BAGU2
BAGU1
CFFO3
CFFO2
CFFO1
CCFO3
4
CCFO4
CCFO2
CCFO1
CFEO1
CCEO1
BAEO4
BAEO3
BAEO2
2
BAEO1
Cd (mg vaso -1 )
CCEO2
8
6
0
Suelos
CONTENIDOS DE Cd EN PLANTAS DE LECHUGA CULTIVADAS EN SUELOS DEL ECUADOR
BAJO DIFERENTES SISTEMAS DE USO. Método Neubauer.
FORMAS DE ADSORCIÓN DE Cd POR ENMIENDAS MINERALES Y
ORGÁNICAS PARA USO EN SUELOS CONTAMINADOS
pH
Adsorción total de Cd (g kg-1)
10
Vermicompost
Torta de caña
Torta de palmiste
Calcita
Roca fosfórica
Zeolita
8
y= ((0,718091)*(3,59303)*x)/(1+((0,718091)*x)) R2 = 0,9674** 5,98
y= ((0,616919)*(6,80942)*x)/(1+((0,616919)*x)) R2 = 0,9763** 7,12
y= ((0,082524)*(0,88534)*x)/(1+((0,082524)*x)) R2 = 0,8355** 5,40
y= ((0,887329)*(9,22145)*x)/(1+((0,887329)*x)) R2 = 0,8661** 7,29
y= ((0,709822)*(6,56280)*x)/(1+((0,709822)*x)) R2 = 0,9674** 6,72
y= ((0,56850)*(10,85905)*x)/(1+((0,56850)*x))
R2 = 0,9759** 7,87
6
4
2
0
0
20
40
60
80
Concentración de equilíbrio de Cd (mg L -1 )
ISOTERMAS DE ADSORCIÓN TOTAL DE LANGMUIR PARA Cd EN ENMIENDAS
ORGÁNICAS Y MINERALES.
Adsorción específica de Cd (g kg-1)
1,4
Vermicompost
Torta de caña
Torta de palmiste
Calcita
Roca fosfórica
Zeolita
1,2
1,0
y= ((0,119172)*(0,26231)*x)/(1+((0,119172)*x)) R2 = 0,9983**
y= ((0,214505)*(0,11417)*x)/(1+((0,214505)*x)) R2 = 0,9964**
y= ((0,078517)*(0,17778)*x)/(1+((0,078517)*x)) R2 = 0,9288**
y= ((0,541418)*(0,09896)*x)/(1+((0,541418)*x)) R2 = 0,9438**
y= ((0,107515)*(0,21654)*x)/(1+((0,107515)*x)) R2 = 0,9983**
y= ((0,172281)*(2,55840)*x)/(1+((0,172281)*x)) R2 = 0,9858**
% da CMACd
total
7,3
1,7
20,1
1,1
3,3
23,6
0,8
0,6
0,4
0,2
0,0
0
20
40
60
Concentración de equilíbrio de Cd (mg
80
L-1)
ISOTERMAS DE ADSORCIÓN NO ESPECÍFICA DE LANGMUIR PARA CD EN ENMIENDAS
ORGÁNICAS Y MINERALES
Adsorción específica de Cd (g kg-1)
10
Vermicompost
Torta de caña
Torta de palmiste
Calcita
Roca fosfórica
Zeolita
8
y= ((0,765396)*(3,37767)*x)/(1+((0,765396)*x)) R2 = 0,9593**
y= ((0,623292)*(6,70512)*x)/(1+((0,623292)*x)) R2 = 0,9753**
y= ((0,083551)*(0,70761)*x)/(1+((0,083551)*x)) R2 = 0,7997*
y= ((0,890904)*(9,12574)*x)/(1+((0,890904)*x)) R2 = 0,8651**
y= ((0,739711)*(6,38174)*x)/(1+((0,739711)*x)) R2 = 0,9665**
y= ((0,646106)*(8,97868)*x)/(1+((0,646106)*x)) R2 = 0,9858**
6
4
Secuencia de CMACd
CC ≥ ZE > TC ≥ RF >> VC >> TP.
2
0
0
20
40
60
Concentración de equilíbrio de Cd (mg
80
L-1)
ISOTERMAS DE ADSORCIÓN ESPECÍFICA DE LANGMUIR PARA CD EN ENMIENDAS
ORGÁNICAS Y MINERALES.
ENERGÍA LIBRE DE GIBBS
Relacionada a la espontaneidad de la adsorción entre condicionadores y el Cd
ΔGº = - RT ln K
K = Cs/Ceq
R = constante ideal de los gases (8,314 J mol-1 K-1)
K = constante de equilibrio a la temperatura (T, en ºK)
Cs = concentración de Cd estimada por Langmuir en el adsorvente para alcanzar el equilibrio (mg L-1) y
Ceq = concentración de Cd en la solución de equilíbrio (mg L-1).
Enmiendas
Vermicompost
Torta de caña
Torta de palmiste
Calcita
Roca fosfórica
Zeolita
ln K
média ± desvío
-0,91 ± 1,76
0,05 ± 1,27
-3,66 ± 0,96
1,14 ± 0,89
0,13 ± 1,40
0,16 ± 0,66
ΔG°
kJ mol-1
2,27
-0,13
9,06
-2,81
-0,33
-2,87
RL
0,016
0,019
0,126
0,013
0,016
0,020
EFECTOS DE ENMIENDAS DEL SUELO, ORGÁNICAS Y MINERALES, EN LA
MOVILIDADE DE CADMIO, EN DOS OXISOLES.
Relación 1:10 (m/m)
Factor de retardamiento
Volúmen de efluente necessário para que la
concentración del metal en el efluente llegue
al 50 % de la concentración de la solución de
percolación.
1,0
Enmienda
Oxisol
rojo amarillo
Latossolo
Vermelho
Amarelo
(1-C/Co)
Concentración
relativa (1-C/Co)
Concentração relativa
0,9
Ecuación
T
y = - 0,3543 + 0,3788x - 0,0304x2
VC
y = - 0,173 + 0,1331x - 0,0051x2
TC
y = - 0,1468 + 0,1226x - 0,0054x2
TP
y = - 0,2024 + 0,1564x - 0,0066x2
CC
y = 0,0010 - 0,0007x + 0,0001x2
RF
y = - 0,1783 + 0,1429x - 0,0077x2
ZE
y = - 0,1830 + 0,1817x - 0,0132x2
* Factor de retardamiento
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
Secuencia
CC = RF = ZE >> TC >VC ≥ TP
0,1
0,0
1
2
3
4
5
6
Volúmenes de poros
Volumes de poros
Curva de lixiviación de Cd en suelo arcilloso
7
R2
FR*
0,99
0,96
0,98
0,96
0,72
0,96
0,99
2,96
6,87
8,35
6,03
>15
>15
>15
1,0
Oxisol Vermelho
rojo
Latossolo
0,9
Enmienda
2
T
y = - 0,1990 + 0,393x - 0,0344x
2
VC
y = - 0,0968 + 0,0742x + 0,0019x
2
TC
y = - 0,1386 + 0,399x - 0,038x
2
y = - 0,1349
+ 0,0858x + 0,001x
R2
Equação
Condic TP
2
2
y = - 0,1439
+ 0,0987x
- 0,002x
0,98
- 0,0344x
+ 0,393x
yCC= - 0,1990
T
2
2
y = - 0,2052
+ 0,2173x
- 0,0174x
0,94
+ 0,0019x
+ 0,0742x
yRF= - 0,0968
VC
2
2
y = - 0,2049
+ 0,1834x
- 0,0123x
0,94
- 0,038x
+ 0,399x
yZE= - 0,1386
TC
* Factor de retardamiento
0,94
y = - 0,1349 + 0,0858x + 0,001x2
TP
0,93
y = - 0,1439 + 0,0987x - 0,002x 2
CC
0,98
y = - 0,2052 + 0,2173x - 0,0174x 2
RF
2
0,97
y = - 0,2049 + 0,1834x - 0,0123x
ZE
retardamento
* Fator de
Secuencia
0,8
(1-C/Co)
relativa
Concentração
(1-C/Co)
relativa
Concentración
R2
Ecuación
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
RF = ZE > CC > TP = VC >> TC.
0,1
0,0
1
2
3
4
5
6
7
Volúmenes
Volumesde
deporos
poros
Curva de lixiviación de Cd em suelo de textura média
0,98
0,94
0,94
0,94
FR*
0,93
2,21
0,98
6,85
0,97
1,63
6,86
7,75
>15
>15
FR*
2,21
6,85
1,63
6,86
7,75
>15
>15
CONCLUSIONES
1. En un suelo con cacao de El Oro, se encontró valores de Cd superiores a los
niveles críticos para el crecimiento de las plantas.
2. Las principales fuentes de contaminación para Pb, Cd y Zn fueron, la quema de
fundas plásticas, proximidad a las carreteras y aguas de minas.
3. Los cultivos de cacao y banano, se encuentran mayormente expuestos a
contaminación por Cd.
4. Las mayores proporciones de Cd se encuentran en la fracción residual; sin
embargo, el Cd prontamente asimilable (soluble + reducible), es considerable.
5. La calcita, zeolita y torta de filtro de caña de azúcar, son una alternativa para
reducir la disponibilidad de Cd en el suelo.
“Los metales pesados no arden, no
explotan, no hacen ruido, matan
silenciosamente. Se infiltran en los
acuíferos, son muy tóxicos y se
acumulan en el organismo. Aún más,
se transmiten por la cadena trófica,
de presas a predadores” (Anónimo).