Mecanismos de adsorción de los herbicidas atrazina y metil-bensulfurón en suelos andisoles y ultisoles chilenos : contribución de las fracciones orgánica y mineral

Abstract

Los suelos chilenos de origen volcánico representan entre el 50-60 % del total de las 5.400.000 hectáreas de suelos arables. Estos poseen características que condicionarán el comportamiento físico-químico de contaminantes orgánicos en el suelo. Entre ellas se destacan el elevado contenido de materia orgánica (MO), una alta capacidad de intercambio catiónico (CIC), pH ácido y la presencia dominante de minerales no-cristalinos y para cristalinos que le confieren a los suelos una carga variable, dependiente del pH. Entre estos, cobran especial importancia el alofán, un alumino-silicato amorfo y óxidos de hierro. El comportamiento que presenten los plaguicidas en el suelo dependerá de los equilibrios físicos y químicos del sistema, a los cuales contribuyen fundamentalmente la naturaleza sorbato-sorbente y las interacciones soluto-solvente. En la actualidad no sólo se describe el proceso de adsorción en diferentes suelos, sino que también con el objeto de contribuir a una investigación mecanística del proceso, se realizan estudios en sus componentes individuales como también en sus asociaciones, constituyéndose en superficies modelo. El objetivo general de esta investigación fue describir el proceso de adsorción de dos herbicidas pertenecientes a importantes familias químicas, el 6-cloro-N2-etil-N4- isopropil- 1,3,5-triazina-2,4-diamina (atrazina, que es una base débil) y Methyl 2-[(4,6- dimethoxipirimidin-2-il)carbamoilsulfamoilmetil]benzoato (metil-bensulfurón, que es un ácido débil), en suelos volcánicos chilenos. En esta tesis se estudió la adsorción de los herbicidas en tres suelos del orden Andisol y tres suelos del orden Ultisol: Piedras Negras (PN), Pemehue (PEM), Temuco (TEM) y Cudico CUD), Metrenco (MET), Collipulli (COLL), respectivamente. De acuerdo al comportamiento de adsorción de ambos herbicidas en los suelos, se escogieron tres suelos (PN, CUD y COLL) para extraer desde ellos las fracciones orgánicas, ácido húmico (AH), ácido Fúlvico (AF) y residuo mineral-humina (HUM), con el objeto de estudiar su contribución individual en los procesos de adsorción. Se sintetizaron además dos superficies un alumino-silicato recubierto con óxido de hierro (AlSi-Fe) y posteriormente recubierto con AH, (AlSiFe-AH), simulando en parte las superficies activas de un suelo natural; el AH usado para el recubrimiento, se extrajo desde el suelo PN, debido a su mayor contenido de MO. Se estudió el efecto de metilbensulfurón adsorbido en la carga superficial de dichas superficies utilizándose el modelo de la Capacitancia Constante (MCC) para estudiar el efecto que produciría la presencia del herbicida en los sitios SOH2 +, SOH y SO-. Las isotermas de adsorción de los herbicidas en los suelos, fracciones orgánicas y superficies sintéticas, se ajustaron al modelo empírico de Freundlich, del cual se obtuvieron los parámetros Kf y n. Se evaluó la contribución de la MO a través del valor de KOC, normalizando los valores de Kf respecto al contenido de carbono orgánico (CO). Del estudio del comportamiento de adsorción de ambos herbicidas en las fracciones orgánicas, se explicó la contribución de cada una de ellas en los procesos de adsorción. De igual forma, de la interpretación de los datos obtenidos a partir del uso de superficies modelo, se plantearon los mecanismos de adsorción predominantes que están asociados con la carga variable de los grupos funcionales de la superficie, como a la de metil-bensulfurón. Los valores de Kf en suelos fluctuaron entre 2,4-15,44 mL g-1, para atrazina y 8,4-20,8 mL g-1 para metilbensulfurón. Entre las propiedades de los suelos, el % de CO y la CIC fueron los factores que mejor correlacionaron con el valor de Kf para atrazina en los diferentes suelos (r = 0,972 y 0,872, respectivamente), apreciándose mayor adsorción en la medida que aumentó el contenido de CO. Para metil-bensulfurón, se obtuvo un buen ajuste al emplear un modelo de correlación lineal múltiple empleando el contenido de MO, hierro y área superficial (R2= 98,2 %). De acuerdo al modelo al pH de los suelos, el contenido de CO sería el factor mas importante, resultando en una contribución negativa del hierro, posiblemente debido a que los sitios activos presentes especialmente en sus óxidos amorfos estarán fuertemente neutralizados por su unión a la propia MO. La adsorción de los herbicidas en las fracciones orgánicas de los suelos PN, CUD y COLL se ajustaron al modelo de Freundlich. Las diferencias de valores de KOC entre AH y AF, especialmente para los suelos CUD y COLL serían atribuibles a diferencias estructurales o de composición que posea la materia orgánica y a las diferencias de pH que presentaron los sistemas de adsorción, debido a que éste afectaría a los grupos funcionales de los coloides húmicos y, específicamente, a la molécula de metil-bensulfurón. La adsorción de metil-bensulfurón en las superficies AlSi-Fe y AlSi-Fe-AH, también fue adecuadamente descrita por el modelo de Freundlich; los valores de Kf demostraron que los óxidos de hierro amorfos tienen una importante participación en la adsorción del herbicida la que fue incrementada al verse asociados con la materia orgánica. El valor de n, reflejó que la superficie AlSi-Fe-AH, tuvo mayor heterogeneidad de sitios de adsorción, debido a la presencia de los óxidos de hierro y además a los sitios aportados por la materia orgánica. Las curvas de titulación potenciométrica mostraron para ambas superficies, que el herbicida modificó la carga de éstas, produciendo un aumento de la carga negativa. Por otra parte, la acidez de ambas superficies no se modificó por la adición del herbicida, con una variación poco significativa en los valores.