Efecto de la aplicación de enmienda orgánica sobre la fracción disponible de metales en suelos

Abstract

La aplicación de enmiendas orgánicas a suelos agrícolas es una práctica que tiene como objetivo mejorar las propiedades fisicoquímicas de los suelos, debido a que éstas enmiendas poseen un alto contenido de macronutrientes, tales como nitrógeno, fosforo y potasio; además de alto contenido de materia orgánica, componentes que en conjunto incrementan la fertilidad de los suelos. A nivel nacional se han reportado suelos con elevados contenidos metales pesados debido a la contaminación producida por la actividad industrial o minera. En estos casos, la aplicación de enmienda orgánica es una buena opción de remediación, ya que la enmienda puede llegar a inmovilizar contaminantes, reduciendo su disponibilidad para el medio ambiente y por consiguiente su toxicidad. Una de las enmiendas orgánicas usadas son los biosólidos que corresponden a residuos sólidos provenientes de las plantas de tratamiento de aguas servidas domesticas; su aplicación está regulada por el Decreto Supremo Número 4, el cual define la dosis máxima de biosólido que puede ser aplicado de acuerdo a las características fisicoquímicas de los suelos. La determinación del efecto de la aplicación de biosólidos sobre suelos con altos contenidos de metales resulta de gran relevancia por el impacto medioambiental, así como también determinar la disponibilidad de estos contaminantes, para lo cual es necesario contar con metodologías validadas. El objetivo de este estudio fue la implementación y validación de una metodología mediante la técnica de espectroscopía de emisión atómica con plasma de acoplamiento inductivo (ICP-OES) para determinar la concentración de Cu, Cr, Pb y Zn en muestras de suelos. La metodología implementada fue aplicada a la determinación de la concentración de metal pseudototal después de aplicar diferentes dosis de enmienda orgánica, así como determinar la concentración de Cu, Cr, Pb y Zn en la fracción disponible extraída desde los suelos enmendados. Para este estudio se utilizó suelo de la Región del Libertador General Bernardo O’Higgins de dos profundidades, 0-20 cm y 20-40cm. Como enmienda orgánica, biosólidos provenientes de una planta de tratamiento de aguas servidas domiciliarias de la Región Metropolitana, aplicado en dosis de 30 y 90 ton/ha. Los resultados demostraron que la metodología analítica cumple con los criterios de aceptación establecidos para todos los parámetros estudiados. El orden de abundancia según el contenido pseudo total de los metales pesados fue: Zn > Cu > Cr > Pb, siendo para ambas profundidades de suelo el Cu el metal que se encuentra en mayor concentración, sobrepasando el valor normado. Después de la aplicación de las dosis de 30 y 90 ton/ha de biosólido, el porcentaje de acumulación para Cu en el suelo 0-20 cm, no se vio modificado independiente de la dosis. Para el Zn el porcentaje de acumulación se incrementó al aumentar la dosis de biosólido. Se evaluó el porcentaje de metal presente en la fracción disponible con relación al contenido pseudototal, para ambas dosis de biosólido, ambas profundidades de suelos y después de 35 días de incubación, con porcentajes menores a 25% para Zn, menor a 15% para Cu y menor a 10% para Cr. El estudio permite concluir que la metodología implementada mediante la técnica de ICP-OES es útil para la cuantificación de metales pesados en matriz suelo-biosólidos, con cifras de mérito adecuadas. La adición de enmienda incrementa levemente la concentración de Cu y Zn en suelos de la Región del Libertador General Bernardo O’Higgins de ambas profundidades. Mientras que para Pb y Cr no se observaron diferencias significativas. Los tiempos de incubación utilizados no modificaron la concentración de Cu, Zn, Pb y Cr presente en la fracción disponible.

The application of organic amendments to agricultural soils is a practice that aims to improve the physicochemical properties of soils, because these amendments have a high content of macronutrients, such as nitrogen, phosphorus and potassium; in addition to high content of organic matter, components that together increase soil fertility. At the national level, soils with high heavy metal content have been reported due to contamination produced by industrial or mining activity. In these cases, the application of organic amendment is a good remediation option, since the amendment can immobilize contaminants, reducing their availability to the environment and consequently their toxicity. One of the organic amendments used are biosolids that correspond to solid waste from domestic sewage treatment plants; its application is regulated by Supreme Decree Number 4, which defines the maximum dose of biosolids that can be applied according to the physicochemical characteristics of the soil. The determination of the effect of the application of biosolids on soils with high metal contents is of great relevance due to the environmental impact, as well as determining the availability of these contaminants, for which it is necessary to have validated methodologies. The objective of this study was the implementation and validation of a methodology using the inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy technique (ICP-OES) to determine the concentration of Cu, Cr, Pb and Zn in soil samples. The implemented methodology was applied to the determination of the pseudototal metal concentration after applying different doses of organic amendment, as well as determining the concentration of Cu, Cr, Pb and Zn in the available fraction extracted from the amended soils. For this study, soil from the Libertador General Bernardo O'Higgins Region of two depths, 0-20 cm and 20-40 cm, was used. As an organic amendment, biosolids from a domestic sewage treatment plant in the Metropolitan Region, applied in doses of 30 and 90 tons/ha. The results demonstrated that the analytical methodology meets the acceptance criteria established for all the parameters studied. The order of abundance according to the pseudo-total content of heavy metals was Zn > Cu > Cr > Pb, with Cu being the metal with the highest concentration for both soil depths, exceeding the standard value. After the application of the doses of 30 and 90 ton/ha of biosolids, the percentage of accumulation for Cu in the soil 0-20 cm, did not change independently of the dose. For Zn, the percentage of accumulation increased as the biosolid dose increased. The percentage of metal present in the available fraction was evaluated in relation to the pseudototal content, for both biosolid doses, both soil depths and after 35 days of incubation, with percentages less than 25% for Zn, less than 15% for Cu. and less than 10% for Cr. The study allows us to conclude that the methodology implemented through the ICP-OES technique is useful for the quantification of heavy metals in the soil-biosolids matrix, with adequate figures of merit. The addition of amendment slightly increases the concentration of Cu and Zn in soils of the Libertador General Bernardo O'Higgins Region at both depths. While for Pb and Cr, no significant differences were observed. The incubation times used did not modify the concentration of Cu, Zn, Pb and Cr present in the available fraction.