Acumulación y lixiviación de macronutrientes en suelos

ACUMULACIÓN Y LIXIVIACIÓN DE MACRONUTRIENTES EN SUELOS
SOMETIDOS A RIEGO CON AGUA RESIDUAL TRATADA
Daisy Isea*
Luis Vargas
Norelis Bello
José Durán
Edith Blanco
Suher Yabroudi
José Delgado
Daisy Isea*
Ingeniera Química, egresada de LUZ (1992). M.Sc. en Química. Especialista en el área de la
Ingeniería Ambiental. Profesora e Investigadora a dedicación exclusiva del centro de
Investigación del Agua de La Universidad del Zulia. Presentación de trabajos científicos en
eventos nacionales e internacionales. Publicaciones en revistas técnicas nacionales e
internacionales.
La Universidad del Zulia (LUZ) Centro de Investigación del Agua (CIA) de la Facultad de
Ingeniería. Maracaibo, Venezuela. Apartado 98 Delicias. Telfs. 0261-7597182-7185-7187-7195.
Telefax: 0261-7597181. e-mail: [email protected]
RESUMEN
Se estudió la acumulación y lixiviación de los macronutrientes potasio (K), calcio (Ca) y
magnesio (Mg) en suelos sometidos a riego con agua residual tratada. Para tal efecto se
evaluó el perfil del suelo a las profundidades: 15, 30, 45, 60 y 75 cm, se construyeron diez (10)
percoladores con tubos de PVC y orificios de salida para el agua percolada de acuerdo a la
profundidad evaluada. Cada ensayo se realizó por duplicado, los percoladores se codificaron
como: API-1, API-2, API-3, API-4, API-5, APII-1, APII-2, APII-3, APII-4 y API-5. El suelo y
agua residual tratada, provienen de la parcela experimental y lagunas de estabilización del
Centro de Investigación del Agua (CIA) de La Universidad del Zulia (LUZ). Se estableció un
proceso de muestreo del agua percolada a las distintas profundidades y se recolectaron
muestras durante diez (10) semanas. El calcio y el magnesio se cuantificaron, usando la
técnica de espectrofotometría de absorción atómica por llama, para el potasio se utilizó la
técnica de emisión atómica. La evaluación de la curva característica de humedad del suelo
obtenida a través de los percoladores de las series I indica un percolado continuo durante las
diez (10) semanas de muestreo, observándose una disminución progresiva de la cantidad de
agua percolada con relación al tiempo. La concentración de K durante la primera semana fue
de 26,20 mg/L, disminuyendo a 1,60 mg/L hacia la décima semana; en el caso del Ca la
concentración inicial fue 129,60 mg/L reduciéndose a 29,90 mg/L; en cuanto al Mg la
concentración inicial fue de 20,12 mg/L y una concentración final de 4,44 mg/L. Los resultados
obtenidos indican que los suelos sometidos a riegos con aguas residuales tratadas ofrecen una
adecuada lixiviación de los elementos bajo estudio, permitiendo la acumulación de nutrientes
en un área accesible para su absorción por la planta.
Palabras Claves: Agua residual, lixiviación, macronutrientes, riego, sales.
INTRODUCCIÓN
El agua utilizada en el riego de las cosechas no es pura, ni aún el agua de lluvia; la mayoría de
las sustancias presentes en los suministros de agua son completamente inocuos a los cultivos
aunque varía según sea su concentración. Por otra parte el suelo puede contener gran
variedad de elementos químicos, por lo que resulta difícil establecer cuando un elemento deja
de ser beneficioso o indiferente para pasar a ser un contaminante, de aquí la importancia de la
química de los suelos está relacionado con el estudio de los diferentes elementos nutritivos
que lo constituyen. Dentro de los elementos nutritivos se encuentran: el hidrógeno (H), el
oxígeno (O), y el carbono (C), que las plantas toman del agua y del aire. El nitrógeno (N),
fósforo (P), potasio (K), calcio (Ca), magnesio (Mg) y el azufre (S), son suministrados por el
suelo Avilan y Rengifo (1988) y requeridos por las plantas para la síntesis de la clorofila,
hidrólisis de los azúcares, pr ducción de aminoácidos y la formación de las proteínas, por lo
que son requeridos en cantidades considerables Buckman y Brady (1972). Los distintos
procesos concernientes al contenido y forma de estos elementos integran los diversos
aspectos de la génesis y desarrollo de los suelos, que sirve como base para su clasificación
con fines agrícolas Fassbender, (1975). Los metales al acumularse en el suelo y en el agua
retenida en el, se incorporan a la planta a través de su absorción en el intercambio de
cationes; debido a lo anterior se pueden originar efectos tóxicos no solo en las plantas sino
que se pueden transferir al hombre a través del consumo de éstas, y acumularse en el
organismo provocando serios problemas. La contaminación constituye uno de los aspectos
mas importantes en la degradación de las aguas y de los suelos por ello es imprescindible
conocer si el agua residual tratada provoca acumulación o lixiviación d elementos que causen
el deterioro de la calidad del suelo.
OBJETIVOS
Determinar la concentración de los macronutrientes potasio (K), calcio (Ca) y magnesio (Mg)
en el agua residual tratada y en el agua extraída a diferentes profundidades (15, 30, 45, 60 y
75 cm) del suelo de la parcela experimental del Centro de Investigación del Agua (CIA) con el
propósito de evaluar los niveles de acumulación y lixiviación de macronutrientes presentes en
suelos sometidos a riego con agua residual tratada.
MATERIALES Y MÉTODO
Sistema de Muestreo
El área de estudio está conformada por una parcela experimental de cinco (5) Ha, destinadas
al cultivo de frutales y plantas de ciclo corto irrigadas por microaspersión y goteo, empleando el
agua proveniente del sistema de tratamiento de aguas residuales del CIA. El diseño
experimental consistió en construir percoladores cilíndricos verticales. Empleando tubos PVC
de dos (2) pulgadas de diámetro y diferentes longitud, los cuales se sellaron en uno de los
extremos con tapones del mismo material. Cada percolador consta de cuatro zonas: 1) zona de
entrada en la que se agrega el agua residual tratada (AR); 2) zona de percolado, representa el
perfil del suelo; 3) zona de goteo con perforaciones de diámetro combinadas de 1/5” y 1/10” y
4) zona de recolección del agua percolada (AP). Los percoladores se clasificaron en cuatro
series distribuidas en cinco (5) perfiles cada una de 15, 30, 45, 60 y 75 cm. Dos (2) series se
colocaron en el campo (III y IV) y las otras dos (2) en el laboratorio (I y II). Cada una de las
series III y IV se dispusieron en el suelo próximo a dos (2) plantas de lima persa sobre limón
volkameriano, regadas a través de un sistema de goteo en puntos cercanos y equidistantes a
cada planta, cavando cinco (5) hoyos con la profundidad correspondiente a la longitud de cada
percolador, a fin de insertarlos y fijarlos con la tierra. El AP se recolectó mediante un sistema
de succión. Los percoladores de la serie I y II se montaron en una armadura de metal
conteniendo el perfil del suelo extraído durante la excavación de los hoyos en el campo, el AP
se recogió en recipientes de polietileno de un litro para el traslado y análisis en el laboratorio.
Recolección de Muestras
Los percoladores identificados como: AP III–1, AP III–2, AP III–3, AP III–4, AP III–5, AP IV–1,
AP IV–2, AP IV–3, AP IV–4 y AP IV–5 se ubicaron en la parcela experimental, se regaron tres
veces por semana usando agua residual tratada, durante un período de dos (2) a cuatro (4)
horas diarias. A los percoladores ubicados en el laboratorio se les adicionó agua residual
tratada de la siguiente manera, los codificados como: AP I-1, AP II-1, AP I-2 y AP II–2 se le
agregó un volumen promedio de 185 ml; los AP I–3 y AP II–3 un volumen promedio de 172 ml;
los AP I-4, AP II-4, AP I-5 y los AP II–5 un volumen promedio de 167 ml. El AP de cada perfil se
recogió en recipientes de polietileno de un 1L de capacidad, se etiquetaron y clasificaron por
semana. Las muestras recolectadas se sometieron a digestión ácida, siguiendo las
metodologías descritas en el Métodos Standard de la American Water Works Association N°
2340/3500.
Cuantificación de los Macronutrientes
Para la cuantificación de los macronutrientes se elaboraron curvas de calibración (absorbancia
vs concentración) con patrones externos para cada metal, según la sensibilidad requerida. Las
concentraciones de magnesio (Mg) y calcio (Ca) se determinaron mediante la técnica
instrumental de la espectrometría de absorción atómica mientras que el potasio (K) se evaluó
utilizando la técnica de espectrometría de emisión atómica. Las soluciones patrones se
obtuvieron preparando patrones certificados correspondiente a cada elemento, seguidamente
se prepararon diluciones seriales de las soluciones patrones, empleando agua bidestilada.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Evaluación de la Curva Característica de Humedad del Suelo
Los percoladores de las series I (API-1, API-2, API-3 y API-4) y II (APII-1, APII-2, APII-3 y APII4) mostraron un percolado continuo durante las diez (10) semanas de muestreo, observándose
una disminución progresiva de la cantidad de agua percolada con relación al tiempo. La
cantidad de agua recolectada por el API-1 durante la primera semana fue de 315 ml
disminuyendo progresivamente hasta 69 ml en la última semana; para APII-1 la cantidad de
agua recolectada inicialmente fue de 300 ml reduciéndose este volumen a 73 ml durante la
última semana; el API-2 la recolección inicial y final fueron de 276 ml y 59 ml respectivamente,
mientras que para el APII-2 durante la primera semana se recolectaron 260 ml disminuyendo
en la décima semana a 48 ml; en el API-3 se recolectaron 267 ml durante la primera semana y
en la última semana se recolectaron 30 ml; en el APII-3 la recolección inicial fue de 255 ml ,
disminuyendo este volumen a 43 ml durante la última semana; para el API-4 la recolección
durante la primera semana fue de 241 ml, durante la última semana la recolección fue de 35
ml; en el APII-4 la recolección en la primera semana fue de 249 ml y en la última semana se
recolectaron 31 ml, mientras que, en el API-5 se recolectaron 220 ml inicialmente y 30 ml
durante la última semana, en el APII-5 se recolectaron 220 ml durante la primera semana y 29
ml durante la semana final del muestreo. Estos resultados indican que el movimiento del agua
en el suelo para cada perfil de las series (I y II) genera una curva exponencial, cuyos valores al
iniciar el riego se hacen mas dispersos que cuando alcanza la linealidad. Este comportamiento
es similar al obtenido por Porta (1994) y otros autores y representa la curva característica de
humedad a través de los diferentes perfiles del suelo.
Evaluación de los Macronutrientes Presentes en el Agua para Riego
La concentración de los macronutrientes presentes en el agua para riego muestra tendencia a
decrecer con relación al tiempo, ya que las concentraciones disminuyeron progresivamente
desde la primera hasta la décima semana. La concentración del K durante la primera semana
fue de 26,20 mg/L, disminuyendo en 1,60 mg/L hacia la décima semana; en el caso del Ca la
concentración inicial fue 129,60 mg/L reduciéndose a 29,90 mg/L; en cuanto al Mg la
concentración inicial fue de 20,12 mg/L y una concentración final de 4,44 mg/L. Obteniéndose
valores por debajo de los limites de permisibilidad para descargas de aguas residuales en
suelos destinados para el cultivo.
Movilidad de los Macronutrientes a través del Suelo
En el AP la variación de la concentración de los macronutrientes con respecto al tiempo
presentan una tendencia lineal descendente para cada perfil de las series I y II, la
concentración inicial para el K fue de 53,60 mg/L decreciendo progresivamente hasta la
décima semana a 1,60 mg/L; el Ca y el Mg mostraron un comportamiento similar ya que la
concentración inicial del Ca fue de 66,90 mg/L disminuyendo a 3,20 mg/L mientras que, las
concentraciones iniciales y finales del Mg fueron de 15,04 mg/L y 2,76 mg/L respectivamente.
Con relación a la movilidad del K, Ca y Mg a través de los diferentes perfiles, se aprecia una
relación directamente proporcional entre el incremento de la concentración y la profundidad del
percolador, lo que nos hace inferir que el proceso de lixiviación de los suelos regados con agua
residual no se ven afectado. Sin embargo, es importante destacar que en las series I y II se
observan concentraciones superiores con relación a las concentraciones de las series III y IV.
Las concentraciones promedios de los macronutrientes en el agua percolada de las series I y II
fueron de 34,79 mg/L para el K, 13,39 mg/L para el Ca y 9,48 mg/L para el Mg, mientras que,
en las series III y IV los concentraciones promedios fueron de 9,64 mg/L para el K; –3,21 mg/L
para el Ca y 0,34 mg/L para el Mg. Debido probablemente a que en el laboratorio el agua de
riego se restringe debido al área superficial de tierra fija en cada percolador mientras que, en el
campo el agua de riego puede esparcirse a través del terreno alrededor del percolador, lo que
hace que la precolación sea mayor en el primer caso.
CONCLUSIONES
1. Las características fisicoquímicas de las aguas residuales tratadas en el Sistemas de
Lagunas de Estabilización de LUZ indican que cumplen con los requerimientos para emplearse
para el riego de terrenos agrícolas
2. Las curvas características de humedad empleando agua residual presentan un drenaje de
agua más rápido a medida que la profundidad del perfil disminuye.
3. Los suelos sometidos a riegos con aguas residuales tratadas ofrecen una adecuada
lixiviación de los elementos bajo estudio, permitiendo la acumulación de nutrientes en forma
asimilable para las plantas.
4. Los niveles de salinidad en el suelo bajo estudio no ven significativamente afectados por el
uso del agua residual para el riego, estableciéndolos como suelos aptos para el cultivo.
REFERENCIAS BIBLIOGRAGRAFICAS
APHA, AWWA, WPCF. Standard Methods for the Examination of Water and Waster.
th
Edition, 18 Edition.. 1992.
era
Avilan R. y Rengifo, A. (1988) Los Cítricos. 1 Edición, Centro Interamericano de
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Buckman y Brady (1972) Naturaleza y Propiedades del Suelo. Editorial Montaner y
Simçon, S.A., 400-510
Fassbender, H.W. (1975) Química de Suelos con Énfasis en Suelos d América Latina.
Instituto Interamericano de Ciencias Agrícolas de la O.E.A. y Centro Regional de Ayuda
Técnica de la Agencia de Desarrollo Internacional (AID) 332-379.
Porta, J.; López-Acevece, M.; Roquero, C. (1994) Edafología para la Agricultura y el
era
Medio Ambiente. 1 Edición. Edit. Ediciones Mundi-Presa, Madrid, España. 773-743.