Evaluación de la eficacia de diferentes enmiendas en la rehabilitación de suelos ácidos y contaminados con metales y metaloides en el Valle del Puchuncaví, Región de Valparaíso

Abstract

Los ecosistemas de tipo mediterráneo semiárido del Valle de Puchuncaví, en la zona costera de Chile central, fueron expuestos desde 1964 a los gases y las partículas ricas en metales y metaloides provenientes del complejo industrial Ventanas. Después de 35 años de producción, las zonas inmediatas al complejo industrial se caracterizan por una baja densidad y diversidad de vegetación y por suelos que se encuentran muy erosionados, acidificados y contaminados con metales (Cobre, Zinc, Plomo, y Cadmio) y metaloides (Arsénico). Para reducir los riesgos ambientales del lugar, es necesaria su rehabilitación. Por ello, en este estudio, se evaluó la eficacia de la Zeolita, la Zeolita activada, los Biosólidos y la Conchuela, como enmiendas acondicionadoras de bajo costo y de disponibilidad nacional, para inmovilizar “in situ” los metales y metaloides contenidos en los suelos contaminados del Valle de Puchuncaví y reducir la fitotoxicidad de éstos. Para esto, suelos superficiales (0-20 cm) colectados en el sector Los Maitenes, ubicado a unos 2 km al noreste del Complejo Industrial Ventanas, fueron acondicionados con las enmiendas seleccionadas, tanto en forma aislada como en mezclas y en distintas dosis, usando los criterios sugeridos por la Environmental Protection Agency (EPA) Norteamericana. Los sustratos experimentales fueron mantenidos en condiciones controladas de laboratorio durante un mes, bajo riego controlado, para permitir la estabilización; durante este período se evaluó la evolución química de la solución suelo (agua de poro), para verificar los parámetros relevantes (i.e. pH, conductividad eléctrica, metales y arsénico total disuelto, cobre iónico). Posteriormente, los sustratos fueron sembrados con Lolium perenne L. (Ballica) y mantenidos durante 60 días bajo condiciones ambientales y de riego controladas. Al cabo de este período se evaluó la productividad de la Ballica y la acumulación de Cu, Zn, Fe y As en los tejidos aéreos de las plantas, además de la evolución química de la solución suelo (agua de poro). Los resultados mostraron que la Conchuela es una enmienda efectiva para neutralizar los suelos ácidos del Valle del Puchuncaví; esta enmienda resultó en una reducción significativa en el contenido total disuelto de metales y arsénico en el agua de poro del suelo y en los vástagos de Ballica, consiguiendo con ello una mayor productividad vegetal. La adición de Biosólidos a los suelos neutralizados aumentó aún más la productividad de la Ballica, manteniendo la eficacia neutralizante de la Conchuela y la disminución de los contenidos de metales y de arsénico en las aguas de poro. Sin embargo, la utilización de Zeolitas y/o altas dosis de Biosólidos en conjunto con conchuela resultó en un aumento excesivo del pH, ocasionando un aumento en el contenido total disuelto de As en el agua de poro y, por lo tanto, mayor movilidad de este metaloide en el suelo, reflejándose esto en el mayor contenido de este metaloide en los vástagos de la Ballica. Adicionalmente, el uso simultáneo de Biosólidos y Zeolita en suelos encalados con Conchuela resultó en salinización del suelo, lo que limitó el establecimiento y el desarrollo de la Ballica. La incorporación de Zeolita activada con Fe a los suelos con Conchuela fue efectiva en disminuir el contenido total disuelto de As en el agua de poro, en comparación a los suelos sin enmendar. En base a los resultados experimentales obtenidos se recomienda el uso de una mezcla de Conchuela y de Zeolita activada para la efectiva inmovilización ‘in situ’ de los metales y del arsénico contenidos en los suelos ácidos y contaminados del valle de Puchuncaví; con esta mezcla se obtienen los resultados más óptimos tanto en los niveles de pH alcanzados como en el contenido de metales y As totales disueltos en la solución del suelo y en los tejidos vegetales aéreos de la Ballica, logrando una adecuada productividad de esta.

Semi-arid Mediterranean-type ecosystems of the Puchuncaví Valley in the coastal zone of central Chile were exposed to gases and particles rich in metals and metalloids from the Ventanas industrial complex since 1964. After 35 years of production, the areas surrounding the industrial complex show low density and diversity of vegetation and soils that are severely eroded, acidified and contaminated with metals (copper, zinc, lead, and cadmium) and metalloids (arsenic). In order to reduce environmental risks due to soil pollution, rehabilitation of the area is needed. In the present study, we evaluated the efficacy of Zeolite, activated Zeolite, Biosolids and Seashell grit as soil amendments for in situ immobilization of metals and metalloids, due to their low cost and local availability, and thus to reduce phytotoxicity of soils at the Puchuncaví valley. Polluted topsoil (0-20 cm) was collected at Los Maitenes, located about 2 km northeast of the Ventanas Industrial complex, and mixed with selected amendments, both alone and in mixtures and at different dosages, based on criteria suggested by the Environmental Protection Agency (EPA) of the United States. Experimental substrates were kept under controlled laboratory conditions for 30 days to allow equilibration; during this period, chemical evolution of the soil pore water was evaluated, to verify relevant parameters (i.e. pH, electric conductivity, total dissolved metals and arsenic and ionic copper). Afterwards, experimental substrates were sown with Lolium perenne L. (ryegrass) and cultivated under controlled laboratory conditions and irrigation for 60 days. At the end of this period of time, yield of ryegrass and Cu, Zn, Fe and As accumulation in aerial plant tissues were evaluated, besides the chemical evolution of the soil pore water. Results showed that Seashell grit is an effective amendment for neutralization of acid soils of the Puchuncaví valley; this amendment resulted in a significant reduction in total dissolved contents of metals and arsenic in soil pore water and in shoots of ryegrass, thus resulting in higher plant yields. Addition of los dosages of Biosolids to neutralized soils increases even more plant yields, assuring in situ immobilization of metals and arsenic in soils allowed by Seashell grit. On the other hand, the mixture of either Zeolite or high dosages of Biosolids with Seashell grit resulted in excessive increases in pH, thus increasing both contents of total dissolved As in soil pore water and in shoots of ryegrass. When Biosolids and Zeolite are combined and mixed with neutralized soils, soil salinization occurred, limiting the establishment and proper development of ryegrass. Addition of iron-activated Zeolite to neutralized soils was even more effective in decreasing content of total dissolved As in soil pore water, as compared to unamended soils. Results of the present study allow us to recommend the use of Seashell grit and activated Zeolite as effective amendments for in situ immobilization of metals and arsenic in acidic and polluted soils of the Puchuncaví valley; this mixture of amendments allows optimal results, both in terms of pH levels (neutralization) and content of total dissolved metals/As in the soil solution and aerial tissues of ryegrass, and plant yield..