UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL
Campus Arturo Ruíz Mora
Santo Domingo
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA
ESCUELA DE INGENIERÍA AGROPECUARIA Y GESTIÓN DE PROYECTOS
TESIS DE GRADO
Previo a la obtención del título de
INGENIERA AGROPECUARIA: MENCIÓN EN PRODUCCIÓN PECUARIA
DETERMINACIÓN DE LAS FORMAS DE Cu, Cd, Ni, Pb Y Zn Y SU BIODISPONIBILIDAD EN SUELOS AGRÍCOLAS DEL LITORAL
ECUATORIANO
AUTORA
Jéssica Elizabeth Cargua Chávez
DIRECTOR DE TESIS
Ing. M.Sc. Francisco Mite Vivar.
DETERMINACIÓN DE LAS FORMAS DE Cu, Cd, Ni, Pb Y Zn Y SU BIODISPONIBILIDAD EN SUELOS AGRÍCOLAS DEL LITORAL ECUATORIANO
Ing. M.Sc. Francisco Mite Vivar. _______________________
DIRECTOR DE TESIS
APROBADO
Ing. José Luis Cedeño _______________________
PRESIDENTE DEL TRIBUNAL
Ing. Luis Gusqui _______________________
PROFESOR MIEMBRO
Ing. Xavier López _______________________
PROFESOR MIEMBRO
Del contenido del presente documento se responsabiliza la autora
Jéssica Elizabeth Cargua Chávez
Autora Jéssica Elizabeth Cargua Chávez
Institución Universidad Tecnológica Equinoccial
Título de la tesis Determinación de las formas de Cu, Cd, Ni, Pb y Zn y su
biodisponibilidad en suelos agrícolas del Litoral ecuatoriano
Fecha de inicio/final Agosto 2008 / Mayo 2010
UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL Campus Arturo Ruíz Mora
Santo Domingo
INFORME DEL DIRECTOR DE TESIS
Ing. M.Sc. Francisco Mite Vivar, en calidad de Director de Tesis del tema
“DETERMINACIÓN DE LAS FORMAS DE Cu, Cd, Ni, Pb Y Zn Y SU
BIODISPONIBILIDAD EN SUELOS AGRÍCOLAS DEL LITORAL
ECUATORIANO”, realizada por la Srta. Jéssica Elizabeth Cargua Chávez, para optar por el Título de Ingeniera Agropecuaria: Mención en Producción Pecuaria, doy fé que el presente trabajo de investigación ha sido dirigido y revisado en todas sus partes, por lo cual autorizo su respectiva presentación.
Santo Domingo, de del 2010
Ing. M.Sc. Francisco Mite Vivar.
DEDICATORIA
A Dios, por permitirme tener una familia maravillosa, por hacerse sentir cerca de mí
siempre y por guiarme por el sendero de la felicidad.
Con mucho amor y cariño a mis padres, Isabel y Ángel por darme lo más preciado de
este mundo, “la vida”. Gracias por darme una carrera para mi futuro, por hacer hasta
lo imposible para sacarme adelante y verme convertida en una profesional. Gracias por
confiar en mí y apoyarme en los momentos más difíciles de mi vida, simplemente les
estoy devolviendo lo que ustedes me dieron en un principio.
Te amo mamá, te amo papá.
A mi hermanita Ashley, por alégrame la vida con su sonrisa y con todas sus
ocurrencias, por demostrarme en un momento difícil de mi vida todo ese cariño que
siente por mí. Te quiero mucho mi pulguita preciosa.
A mi “abue” Lívida por ese cariño, ternura y amor incondicional que me dio desde que
yo era una niña y que desde el cielo me va a proteger y a guiar siempre. Te voy a
querer un mundo mi abue preciosa.
AGRADECIMIENTOS
Al Instituto Nacional de Investigaciones Agropecuarias (INIAP), por haber financiado mi tesis y por brindarme la oportunidad para realizar mí trabajo de investigación.
Al Ingeniero Ignacio Sotomayor, Director de la Estación Experimental Tropical Pichilingue (EETP), por su apoyo incondicional durante el desarrollo de mi tesis.
Al Ingeniero Francisco Mite, Líder Nacional del Departamento de Manejo de Suelos y Aguas del INIAP y Director de Tesis por la facilidad y confianza brindada durante 2
años para poder llegar a culminar mi trabajo de tesis.
A la Universidad Tecnológica Equinoccial, por haberme acogido como estudiante de la carrera de Ingeniería Agropecuaria por 5 años.
Al Ingeniero Manuel Carrillo, por su aporte realizado al presente documento, así como su consideración, sugerencias, consejos y orientación. Gracias por la confianza que
depositó en mí para que formara parte de su grupo de trabajo.
Al Ingeniero Wuellins Durango, Técnico Guía, por su amistad, apoyo y constante motivación durante la realización de mi tesis.
Al Ingeniero Braulio Lahuathe por compartir sus conocimientos durante el tiempo que estuve realizando mi trabajo de investigación en el Departamento.
Al Ingeniero Luis Albán, por su amistad y por compartir sus ideas y conocimientos importantes para desarrollar mi trabajo de investigación.
A Flavio por ser a más de mi compañero de trabajo, mi amigo incondicional, por todos los consejos que me brindó durante el tiempo que realicé mi tesis y por la ayuda
desinteresada que aportó para culminar mi trabajo.
Al Departamento Nacional de Manejo de Suelos y Aguas de la EETP, por la oportunidad otorgada para ejecutar mi trabajo de tesis, especialmente a las Tecnólogas
Betty Rivadeneira y Maira Macías, por la amistad brindada en el tiempo que estuve en el Departamento.
Al Comité Técnico de la Estación Pichilingue, por su colaboración en la redacción técnica de esta tesis.
Al Ingeniero José Luis Cedeño, Coordinador de la Escuela de Ingeniería Agropecuaria, por su amistad desinteresada y por la constante motivación en mi vida diaria.
Al Ingeniero José Luis Zambrano por su amistad brindada durante todo este tiempo, por sus consejos y apoyo incondicional.
A la Ingeniera María Cedeño y a la Licenciada Nancy Canales, por su ayuda y colaboración en el desarrollo de mi tesis. Por apoyarme en los momentos más difíciles
de esta etapa.
A todos mis profesores, quienes supieron conducirme con aceptados señalamientos hacia el conocimiento en el tratamiento de las materias.
A mis amigas Vicky, Katty y Greta, por la amistad brindada desde el primer día de trabajo, por estar conmigo en los momentos buenos y difíciles.
A mis compañeros egresados y amigos Galo, Omar, José, Paul, Diego, Marco, Stalyn, Daniel y Marcelo, por el apoyo incondicional que siempre han demostrado con
palabras y hechos.
A mi familia, especialmente a mis tíos y tías principalmente a Enrique y Darwin que me llamaron ingeniera desde que ingresé a la Universidad y confiaron en que llegaría
a serlo. Los quiero mucho.
A todos mis amigos de la Universidad y seres queridos, porque este resultado no solo es mío, sino un resultado compartido.
¡¡¡Gracias a todos¡¡¡
ÍNDICE
Página
Portada……… i
Hoja de sustentación y aprobación de los integrantes del tribunal…. ii
Hoja de responsabilidad del autor……….. iii
Informe de aprobación del director de tesis……… iv
Dedicatoria……….. v
Agradecimientos………. vi
Índice……….. viii
Índice de cuadros……… xii
Índice de gráficos...………. xiii
Índice de anexos………. xv
Resumen……….. xvi
Summary ………. xviii
CAPÍTULO I INTRODUCCIÓN 1.1. Antecedentes………... 1
1.2. Justificación………. 2
1.3. Objetivos………... 3
1.3.1. Objetivo general……….. 3
1.3.2. Objetivos específicos………... 3
1.4. Hipótesis………….………... 3
1.4.1. Hipótesis alternativa (Ha)……… 3
1.4.2. Hipótesis nula (Ho)……….. 3
CAPÍTULO II MARCO TEÓRICO 2.1. Definición de metales pesados ……… 4
2.2. Clasificación de los metales pesados...………... 4
2.3. Fuentes de contaminación de los suelos por metales pesados……… 5
2.3.1. Fuentes naturales………. 5
2.3.1.1. Meteorización de la roca..……… 5
viii
2.3.1.2. Cenizas volcánicas.….………. 5
2.3.2. Fuentes antropogénicas………….……….. 6
2.3.2.1. Residuos sólidos urbanos……… 6
2.3.2.2. Fertilizantes, correctivos y agroquímicos……….... 7
2.3.2.3. Agua de irrigación ……….. 8
2.3.2.4. Minas…………...……….... 8
2.3.2.5. Residuos del carbón……….... 9
2.3.2.6. Contaminación por carreteras……….. 9
2.4. Toxicidad de los metales pesados en las plantas………. 10
2.5. Metales pesados en los ecosistemas naturales………. 11
2.6. Metales pesados presentes en el suelo………. 12
2.6.1. Cadmio……… 12
2.6.1.1. Naturaleza y fuentes de contaminación del cadmio……… 12
2.6.1.2. El cadmio en suelos agrícolas..……… 13
2.6.1.3. El cadmio en tejidos vegetales..……….. 13
2.6.2. Cobre.……….. 14
2.6.2.1. Naturaleza y fuentes de contaminación por cobre……….. 14
2.6.2.2. El cobre en suelos agrícolas………... 15
2.6.2.3. El cobre en tejidos vegetales………..………. 15
2.6.3. Níquel………..……… 16
2.6.3.1. Naturaleza y fuentes de contaminación del níquel………. 16
2.6.3.2. El níquel en suelos agrícolas………..………... 16
2.6.3.3. El níquel en tejidos vegetales………..……….... 17
2.6.4. Plomo……….……….. 17
2.6.4.1. Origen y fuentes de contaminación del plomo……… 17
2.6.4.2. El plomo en suelos agrícolas……….………... 18
2.6.4.3. El plomo en tejidos vegetales……….………. 18
2.6.5. Zinc..……… 19
2.6.5.1. Naturaleza y fuentes de contaminación por zinc…….……… 19
2.6.5.2. El zinc en suelos agrícolas………... 19
2.6.5.3. El zinc en tejidos vegetales……….. 20
2.7. Remediación de los suelos contaminados por metales pesados…….. 20
2.8. Extracción secuencial de metales pesado……… 21
2.8.1. Metales pesados en las fracciones del suelo……… 24
2.9. Dinámica de los metales pesados en el suelo……….. 25
2.9.1. Factores del suelo que afectan la acumulación y disponibilidad de los metales pesados………….……… 25
2.9.1.1. pH……… 25
2.9.1.2. Textura……… 26
2.9.1.3. Materia orgánica……….. 26
2.9.1.4. Óxidos e hidróxidos de Fe y Mn……….…… 26
2.9.1.5. Carbonatos………... 27
ix
2.9.1.6. Salinidad……….. 27
2.9.1.7. Capacidad de intercambio catiónico……….…….. 27
2.10. Biodisponibilidad de los metales pesados………...……… 27
CAPÍTULO III MATERIALES Y MÉTODOS 3.1. Ubicación del lugar de investigación………..… 29
3.2. Tratamientos……… 29
3.3. Diseño experimental……… 29
3.4. Datos registrados y métodos de evaluación……… 31
3.4.1. Suelos……….. 31
3.4.1.1. Características físicas……….. 31
3.4.1.2. Características químicas……….. 31
3.4.1.3. Formas químicas de los metales pesados……… 32
3.4.2. Tejidos………....………. 32
3.4.2.1. Porcentaje de materia seca (%MS)……….. 32
3.4.2.2. Biodisponibilidad de los metales pesados……….. 32
3.5. Manejo de la investigación……….. 33
3.5.1. Trabajo de campo……… 33
3.5.1.1. Selección de las fincas………. 33
3.5.1.2. Colecta de las muestras……… 33
3.5.1.3. Manejo de las muestras……… 33
3.5.2. Trabajo de invernadero……… 33
3.5.2.1. Siembra de las plantas indicadoras……….. 33
3.5.2.2. Mantenimiento de las plantas indicadoras………... 34
3.5.2.3. Colecta de las plantas indicadoras………... 34
3.5.2.4. Manejo de las plantas colectadas………. 34
3.5.3. Trabajo de laboratorio……….. 35
3.5.3.1. Cuantificación de los metales pesados………. 35
CAPÍTULO IV RESULTADOS Y DISCUSIÓN 4.1. Suelos……….. 36
4.1.1. Características físicas……….………. 36
4.1.2. Características químicas……….. 36
4.1.3. Formas químicas de los metales pesados………….……….. 40
x
4.1.3.1. Cadmio……… 40
4.1.3.2. Cobre………... 41
4.1.3.3. Níquel……….. 42
4.1.3.4. Plomo……….. 43
4.1.3.5. Zinc………. 44
4.2. Tejidos……… 48
4.2.1. Producción de materia seca……… 48
4.2.2. Biodisponibilidad de los metales pesados ……….. 48
4.2.2.1. Cadmio……… 49
4.2.2.2. Cobre………... 50
4.2.2.3. Níquel……….. 51
4.2.2.4. Plomo……….. 51
4.2.2.5. Zinc………. 52
4.2.3. Absorción de los metales pesados por las plantas……….. 53
4.3. Correlaciones………... 56
CAPÍTULO V CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 5.1. Conclusiones……… 59
5.2. Recomendaciones………... 60
Bibliografía……….. 61
xi
ÍNDICE DE CUADROS
Nº Página
1. Concentración de metales pesados en fertilizantes………. 8 2. Identificación de los tratamientos y sitios muestreados.……… 30 3. ADEVA empleado en la investigación de Determinación de las
formas de Cu, Cd, Ni, Pb y Zn y su biodisponibilidad en suelos agrícolas del Litoral ecuatoriano en fase de invernadero y
laboratorio……….………….. 31 4. Técnicas usadas para la cuantificación de metales pesados………... 35 5. Características físicas de 40 muestras de suelos agrícolas del
Litoral ecuatoriano………. 37
6. Características químicas de 40 muestras de suelos agrícolas del
Litoral ecuatoriano………. 39
7. Contenidos en partes por millón (ppm) de las fracciones de Cd, Cu,
Ni, Pb y Zn en los 40 suelos estudiados……… 46 8. Contenidos en porcentaje (%) de las fracciones de Cd, Cu, Ni, Pb y
Zn en los 40 suelos estudiados……… 47 9. Coeficiente de correlación lineal entre los contenido de metales
pesados en plantas de arroz y las características físicas de 40
muestras de suelos del Litoral ecuatoriano……….…… 57 10. Coeficiente de correlación lineal entre los contenido de metales
pesados en plantas de arroz y las características químicas de 40
suelos del Litoral ecuatoriano……….……… 57
11. Coeficiente de correlación lineal entre los contenido de metales pesados en plantas de arroz y las fracciones obtenidas por el método de extracción secuencial en suelos agrícolas del Litoral
ecuatoriano……… 58
xii
ÍNDICE DE GRÁFICOS
Nº Página
1. Distribución relativa (%) del contenido total de Cd en las fracciones fácilmente extraíble (FFE), reducible (Fred), oxidable (Fox) y residual (Fres) de 40 muestras de suelos agrícolas del Litoral
ecuatoriano……….………. 40
2. Distribución relativa (%) del contenido total de Cu en las fracciones fácilmente extraíble (FFE), reducible (Fred), oxidable (Fox) y residual (Fres) de 40 muestras de suelos agrícolas del Litoral
ecuatoriano……….………. 42
3. Distribución relativa (%) del contenido total de Ni en las fracciones fácilmente extraíble (FFE), reducible (Fred), oxidable (Fox) y residual (Fres) de 40 muestras de suelos agrícolas del Litoral
ecuatoriano……….………. 43
4. Distribución relativa (%) del contenido total de Pb en las fracciones fácilmente extraíble (FFE), reducible (Fred), oxidable (Fox) y residual (Fres) de 40 muestras de suelos agrícolas del Litoral
ecuatoriano……….………. 44
5. Distribución relativa (%) del contenido total de Zn en las fracciones fácilmente extraíble (FFE), reducible (Fred), oxidable (Fox) y residual (Fres) de 40 muestras de suelos agrícolas del Litoral
ecuatoriano……….………. 45
6. Producción de materia seca en plantas dearroz cultivadas en suelos
del Litoral ecuatoriano bajo condiciones de invernadero...……….. 48 7. Contenidos de Cd en plantas de arroz cultivadas en suelos del
Litoral ecuatoriano bajo condiciones de invernadero……….. 49 48
8. Contenidos de Cu en plantas de arroz cultivadas en suelos del
Litoral ecuatoriano bajo condiciones de invernadero……….. 50 9. Contenidos de Ni en plantas de arroz cultivadas en suelos del
Litoral ecuatoriano bajo condiciones de invernadero……….. 51 10. Contenidos de Pb en plantas de arroz cultivadas en suelos del
Litoral ecuatoriano bajo condiciones de invernadero……….. 52 11. Contenidos de Zn en plantas de arroz cultivadas en suelos del
Litoral ecuatoriano bajo condiciones de invernadero……….. 53 12. Contenidos de Cd absorbido ( g maceta-1) en plantas de arroz
cultivadas en suelos del Litoral ecuatoriano bajo condiciones de
invernadero……….… 54
xiii
13. Contenidos de Cu absorbido ( g maceta-1) en plantas de arroz cultivadas en suelos del Litoral ecuatoriano bajo condiciones de
invernadero……….… 54
14. Contenidos de Ni absorbido ( g maceta-1) en plantas de arroz
cultivadas en suelos del Litoral ecuatoriano bajo condiciones de
invernadero……….… 55
15. Contenidos de Pb absorbido ( g maceta-1) en plantas de arroz
cultivadas en suelos del Litoral ecuatoriano bajo condiciones de
invernadero……….… 55
16. Contenidos de Zn absorbido ( g maceta-1) en plantas de arroz
cultivadas en suelos del Litoral ecuatoriano bajo condiciones de
invernadero……….… 56
xiv
ÍNDICE DE ANEXOS
Nº Página
1. Protocolo para extracción secuencial de metales pesados en análisis
de suelos (según Ure et al. y usado por Carrillo, 2003)………. 69
2. Mineralización del tejido vegetal (digestión nítrica - perclórica)
Carrillo (2003)……… 72
3. Colecta de muestras de suelos para “Determinación de las formas de
Cu, Cd, Ni, Pb y Zn y su biodisponibilidad en suelos agrícolas del
Litoral ecuatoriano,”……….……… 73
4. Secado, molido, tamizado y enfundado de las muestras de suelos
colectadas....……… 74
5. Siembra de semillas pregerminadas de arroz (Oriza sativa)..………. 75
6. Fertilización y riego de las plantas de arroz (Oriza sativa)…………. 75
7. Colecta de las plantas indicadoras de arroz (Oriza sativa) a los 40
días………... 75
8. Pesaje de las muestras de suelos agrícolas del Litoral ecuatoriano
para su respectiva extracción secuencial de metales pesados……….. 76
9. Extracción secuencial de metales pesados en suelos agrícolas del
Litoral ecuatoriano………..………... 76
10. Pesaje y digestión de las muestras de tejidos….………... 77
11. Cuantificación de metales pesados en el espectrofotómetro de
absorción atómica……….………. 77
xv
RESUMEN
Los metales pesados en los suelos agrícolas se originan de forma natural y por
contaminación antropogénica. Debido a la diversidad de fuentes que pueden
incrementar los niveles de metales pesados en estos suelos, se requieren estudios que
evalúen el contenido y su distribución y evitar el continuo deterioro de los suelos.
Partiendo de lo anteriormente expuesto, la presente investigación tuvo como objetivos:
Contribuir al conocimiento del estado de contaminación con metales pesados en suelos
del Litoral ecuatoriano y su relación con la absorción por los cultivos. Determinar las
formas predominantes de Cu, Cd, Ni, Pb y Zn en suelos contaminados del Litoral
ecuatoriano. Conocer la biodisponibilidad de los metales pesados: Cu, Cd, Ni, Pb y Zn.
El presente trabajo de investigación se realizó en invernadero y laboratorio de análisis
de Metales Pesados del Departamento Nacional de Manejo de Suelos y Aguas
(DNMSA), de la Estación Experimental Tropical Pichilingue (EET-P), del Instituto
Nacional Autónomo de Investigaciones Agropecuaria (INIAP). Se muestrearon 40 sitios
en siete provincias del Litoral ecuatoriano (Esmeraldas, Manabí, Los Ríos, Guayas,
Santa Elena, EL Oro y Azuay) teniendo como factor en estudio la cuantificación de
metales (Cd, Cu, Ni, Pb y Zn) en suelos y tejido vegetal. Para el trabajo de invernadero
se utilizó un Diseño de Bloques Completos al Azar y para laboratorio se usó un Diseño
Completamente al Azar.
Para determinar las formas de Cu, Cd, Ni, Pb y Zn se utilizó la metodología de
extracción secuencial, donde se obtuvieron las fracciones: fácilmente extraíble (metales
disponibles libremente en la solución del suelo), reducible (metales ligados a óxidos de
hierro y manganeso), oxidable (metales ligados a la materia orgánica) y residual
(metales ligados fuertemente a las partículas del suelo). Para la biodisponibilidad de los
metales se utilizó el arroz como planta indicadora. Todas las muestras fueron analizadas
por espectrofotometría de absorción atómica, con técnicas de llama y electrotérmica.
La secuencia de los contenidos de Cd en estos suelos fue: fracción reducible >
fácilmente extraíble > oxidable > residual y las muestras de suelos que presentaron
mayor contenido total se ubicaron en EO-30 y ES-02 con 4,9 y 3,2 ppm
respectivamente. Para Cu, los suelos que presentaron la mayor cantidad de este metal
xvi
fueron los de la provincia de Azuay, mientras que para Ni los mayores contenidos se
dieron en suelos de las provincias de El Oro y Guayas, al igual que Pb. La secuencia de
los contenidos de estos tres metales se dio en el siguiente orden: fracción residual >
oxidable > reducible > fácilmente extraíble. Para el Zn los suelos en estudio no
presentaron contenidos altos de este metal y la secuencia de los contenidos se presentó
de la siguiente forma: fracción residual > reducible > oxidable > fácilmente extraíble.
En cuanto a la biodisponibilidad de los metales pesados, en general, no se observó
síntomas de toxicidad en las planta indicadoras, ocasionada por Cd, Cu, Ni, Pb y Zn
cuyos contenidos estuvieron por debajo de los valores permitidos en alimentos. Sin
embargo, los suelos AZ-40 y EO-33 presentaron contenidos de 10,9 y 5,6 ppm de Cd;
86,5 y 19,4 ppm de Cu; 10,1 y 10,2 ppm de Ni; 118,3 y 126,6 ppm de Zn,
respectivamente, que son valores superiores a los permitidos en alimentos.
Se presentó correlación significativa negativa entre pH y contenidos de Cu y Zn en
plantas de arroz. La materia orgánica hubo correlación significativa con el contenido de
Pb biodisponible; de la misma forma, se presentó correlación significativa para
capacidad de intercambio catiónico con los contenidos de Cd, Cu, Ni y Zn.
Los contenidos de Cd en plantas de arroz se correlacionaron significativamente con los
contenidos en la fracción fácilmente extraíble, reducible y residual. En Cu, se presentó
correlación significativa con los contenidos en todas las fracciones del suelo. Los
contenidos de Ni se correlacionaron significativamente con las fracciones fácilmente
extraíble y reducible, mientras que el Pb se correlacionó con la fracción reducible. El
análisis de los contenidos de Zn en las plantas de arroz se correlacionan
significativamente con las fracciones fácilmente extraíble, reducible y oxidable lo que
nos muestra que las tres fracciones pueden ser un indicativo de biodisponibilidad de este
metal para las plantas.
xvii
SUMMARY
The heavy metals in agricultural soils were originated of natural form and
anthropogenic contamination. Due to diversity sources that can increase the heavy
metals levels in these soils, it was required studies that assess the content and
distribution and avoid the continuous deterioration of soils. Starting of the previously
exposed, the present investigation had as objectives: Contribute the knowledge of
contamination state with heavy metals on ecuadorian Litoral soils and their relationship
with crops absorption. Determine the predominant forms of Cu, Cd, Ni, Pb y Zn on
ecuadorian Litoral contaminated soils. Know the heavy metals bioavailability: Cu, Cd,
Ni, Pb y Zn.
The present investigation was realized in the National Autonomous Institute of
Agricultural Researches (INIAP), National Department of Soils and Water Management
(DNMSA), Tropical Experimental Station Pichilingue (EET-P) in their greenhouse and
laboratory. Were sampled 40 sites in seven ecuadorian Litoral provinces (Esmeraldas,
Manabí, Los Ríos, Guayas, Santa Elena, El Oro y Azuay) having as study factor the
metals quantification (Cd, Cu, Ni, Pb y Zn) in soils and vegetable tissues. For the
greenhouse work was utilized a Complete Random Blocks Design and for laboratory
was used a Complete Random Design.
For determinate Cu, Cd, Ni, Pb y Zn forms was utilized the sequential extraction
methodologies, which were obtained the fractions: removable easily (metals freely
available in the soils solution), reducible (metals bound to iron and manganese oxides),
oxidizable (metals bound to organic matter) y residual (strongly metals bound to soil
particles). For metals bioavailability was used the rice like an indicator plant. All
samples were analyzed for atomic absorption spectrophotometry, with flame and
electrothermal techniques.
The sequence Cd contents in these soils, was: reducible fraction > removable easily >
oxidizable > residual and the soils samples that presented the highest total content were
located in EO-30 and ES-02 with 4,9 and 3,2 ppm, respectively. For Cu, the soils that
presented the highest amount of this metal were of the Azuay province, while that for
Ni, the highest contents presented in soils were in El Oro and Guayas provinces, like Pb.
xviii
The sequence contents of these three metals presented the following order: residual
fraction > oxidizable > reducible > removable easily. For Zn the soils in study didn’t
present high contents of this metal and the sequence contents were the following form:
residual fraction > reducible > oxidizable > removable easily.
Regarding to the heavy metals bioavailability, generally didn’t observe toxicity
symptoms in the indicator plants, caused for Cd, Cu, Ni, Pb y Zn whose contents were
below of the allowable values in foods. However, the AZ-40 and EO-33 soils presented
10,9 and 5,6 ppm of Cd contents; 86,5 and 19,4 ppm de Copper 10,1 and 10,2 ppm of
Nickel; 118,3 and 126,6 ppm of Zinc, respectively, values that are higher than the
permitted in foods.
It was present negative significant correlation between pH and Cu and Zn content in
rice plant. The organic matter presented significant correlation with the bioavailable Pb
content; in the same way, were presented significant correlation for cation exchange
capacity with the Cd, Cu, Ni, Pb and Zn contents.
The Cd contents in rice plants were significantly correlated with the easily removable,
reducible and residual fractions contents. In Cu, were presented significant correlation
with all fractions contents in soils. The Ni contents were significantly correlated with
the easily removable and reducible fractions, while that the Pb was correlated with
reducible fraction. The Zn contents analyze the rice plants were significant correlation
with the easily removable, reducible and oxidizable fractions which shows that the three
fractions can be an indicative of bioavailable of this metal for plants.
xix
CAPÍTULO I INTRODUCCIÓN 1.1. ANTECEDENTES
El Ecuador es un país eminentemente agrícola, siendo las exportaciones de sus
productos una fuente importante de recursos económicos y tienen amplia acogida en el
mercado internacional debido a sus cualidades principalmente las organolépticas. En el
Litoral ecuatoriano, el área utilizada para los principales cultivos tropicales de
exportación son: cacao con 434,418 ha; café con 320,911 ha; banano con 266,124 ha;
plátano con 183,599 ha y palma africana con 162,202 ha (SICA, 2000).
Los mercados internacionales exigen productos alimenticios agrícolas libres de
elementos nocivos (metales pesados), los mismos que por su alta toxicidad deterioran la
salud. La producción agrícola del mundo y por ende de nuestro país se encuentra
expuesta a la contaminación por metales pesados de forma natural, debido a la
meteorización de la roca parental y de forma antropogénica, debido a residuos
industriales, actividades mineras, quema, explotación de petróleo y sus derivados y al
uso indiscriminado de insumos químicos.
Una importante vía para el movimiento de metales pesados desde el suelo hacia los
humanos son las plantas, ya que estas acumulan distintas cantidades de estos metales en
sus órganos causando problemas en la salud de los animales y las personas que las
consumen. En la actualidad el promedio de vida del hombre a nivel mundial tiende a
disminuir frecuentemente debido a un sin número de enfermedades, las mismas que
pueden estar asociadas al consumo de alimentos contaminados con metales pesados.
Los elementos como: cobre (Cu), cadmio (Cd), níquel (Ni), plomo (Pb) y zinc (Zn) en
cantidades elevadas en los alimentos son considerados tóxicosy pueden causar mareos,
vómitos, enfermedades renales y hepáticas e incluso tienen efectos teratógenos
(alteraciones fetales). Los metales pesados se han convertido en un tema actual de
discusión tanto en el campo ambiental como en salud pública, ya que los daños que
En estudios realizados por algunos autores se han encontrado en almendras de cacao
cantidades mayores a 1 ppm de Cd en fincas cacaoteras de Santa Rosa y Naranjal; en
forma total y biodisponible mayores a las permitidas por el Codex Alimentarius de Cd,
Cu, Ni, Pb y Zn en suelos y tejidos vegetales colectados en plantaciones de cacao,
banano y café en el Litoral ecuatoriano (Carrera, 1994; Carrillo, 2003;
INIAP-PROMSA, 2003).
La Municipalidad de Guayaquil en dos estudios realizados en el 2008 en los ríos Gala,
Chico, Siete y Tenguel, encontró una severa contaminación con metales pesados
producto de la actividad minera en la zona de Shumiral, en el Cantón Camilo Ponce
Enríquez de la provincia de Azuay. Lo preocupante es que estas aguas contaminadas
sirven para el riego de zonas de producción de banano, cacao, café y otros productos
que no solo abastecen el mercado interno, sino que son destinados a la exportación.
Los productos agrícolas producidos de manera ambientalmente limpios tienen cada vez
mayor demanda en los mercados externo e interno y esta tendencia parece que se
mantendrá, lo cual impulsa la necesidad de producir con el criterio de respeto al
ambiente SICA (2001).
1.2. JUSTIFICACIÓN
Frente a este panorama es importante la adopción de políticas encaminadas al progreso
del sector agrícola, a fin de mejorar los rendimientos de los productos libres de
contaminación por metales pesados y por lo tanto mejorar el nivel de vida de los
productores. Es importante ofrecer un producto de excelente calidad en el mercado
internacional, mejorar la competitividad e incrementar los ingresos provenientes de las
exportaciones, tomando en consideración que el ingreso de divisas es uno de los pilares
fundamentales para el mantenimiento del proceso de dolarización en nuestra economía.
La contaminación del suelo con metales pesados por diversas actividades antrópicas
como: minería, fundición, refinación de minerales y el uso intensivo de fungicidas
cúpricos en la agricultura, ha dado como resultado importantes efectos negativos sobre
persistencia de los metales en el suelo y a la toxicidad directa que muchos de estos
elementos producen en los seres vivos.
Tomando en cuenta lo anterior y considerando el riesgo que existe para la salud humana
y a su vez perjudicar la economía de nuestro país, se vio la necesidad de realizar una
investigación que permita determinar las formas de los metales pesados y su
biodisponibilidad en suelos agrícolas del Litoral ecuatoriano. Por lo anteriormente
expuesto, se planteó el presente estudio con los siguientes objetivos.
1.3. OBJETIVOS 1.3.1. Objetivo General
Contribuir al conocimiento del estado de contaminación con metales pesados en
suelos del Litoral ecuatoriano y su relación con la absorción por los cultivos.
1.3.2. Objetivos específicos
Determinar las formas predominantes de Cu, Cd, Ni, Pb y Zn en suelos
contaminados del Litoral ecuatoriano.
Conocer la biodisponibilidad de los metales pesados: Cu, Cd, Ni, Pb y Zn.
1.4. HIPÓTESIS
1.4.1. Hipótesis alternativa (Ha)
Los metales pesados Cu, Cd, Ni, Pb y Zn, se encuentran ligados en diferentes
proporciones con los constituyentes del suelo y su biodisponibilidad es variable.
1.4.2. Hipótesis nula (Ho)
Los metales pesados Cu, Cd, Ni, Pb y Zn, no se encuentran ligados en diferentes
proporciones con los constituyentes del suelo y su biodisponibilidad no es
CAPÍTULO II MARCO TEÓRICO 2.1. DEFINICIÓN DE METALES PESADOS
Según Wikipedia (2009a), los metales pesados son un grupo de elementos químicos que
presentan una densidad relativamente alta y cierta toxicidad para el ser humano. El
término "metal pesado" no está bien definido, por lo que en la bibliografía las
densidades pueden ir desde 4 g cm-³ hasta 7 g cm-³. En cambio Adriano (1986), señala
que los metales pesados son aquellos elementos químicos con densidades mayores o
iguales que 5 g cm-3 y son de origen natural y antropogénico.
Wikipedia (2009a), manifiesta que muchos de los metales que tienen una densidad alta
no son especialmente tóxicos y algunos son elementos esenciales en el ser humano,
independientemente de que a determinadas concentraciones puedan ser tóxicos en
alguna de sus formas. Sin embargo, hay una serie de elementos que pueden representar
un problema ambiental y es común referirse a ellos con el término de metales pesados.
2.2. CLASIFICACIÓN DE LOS METALES PESADOS
McBride (1994), señala que entre los metales pesados más estudiados encontramos a
elementos no esenciales para los vegetales como: plomo (Pb), cadmio (Cd), cromo (Cr)
mercurio (Hg) y algunos micronutrientes esenciales como: cobre (Cu), zinc (Zn), hierro
(Fe) y manganeso (Mn); además de esos elementos, también están citados el níquel (Ni)
y el cobalto (Co) considerados útiles en el desenvolvimiento vegetal.
Según Miliarium (2009), dentro de los metales pesados hay dos grupos:
Oligoelementos o micronutrientes: que son requeridos en pequeñas cantidades o cantidades traza por las plantas y animales; son necesarios para que los organismos
completen su ciclo vital. Pasado cierto umbral se vuelven tóxicos. Dentro de este
Metales pesados sin función biológica conocida: cuya presencia en determinadas cantidades en seres vivos lleva aparejadas alteraciones en el funcionamiento de sus
organismos. Resultan altamente tóxicos y presentan la propiedad de acumularse en
los organismos vivos. Son principalmente: Cd, Hg, Pb, Ni, Sb, Bi.
2.3. FUENTES DE CONTAMINACIÓN DE LOS SUELOS POR METALES PESADOS
2.3.1. Fuentes naturales
Navarro et al. (2009), indica que el contenido de metales pesados en el suelo, debería
ser únicamente en función de la composición del material original y de los procesos
edafogenéticos que dan lugar al suelo. Las causas naturales pueden ser entre otras,
actividad volcánica, procesos de formación de suelos, meteoros, erosión de rocas,
terremotos, tsunamis, etc.
2.3.1.1. Meteorización de la roca
Rena (2008), define a la meteorización como el proceso de alteración, degradación,
desintegración, descomposición o desgaste por agentes físicos o químicos de los
materiales que se encuentran a la intemperie, dando origen a partículas muy pequeñas.
Miliarium (2009), señala que los metales pesados son muy estables en el suelo y en el
proceso natural de transformación de las rocas suelen concentrarse bajo formas poco
asimilables para los organismos. Cuando las concentraciones de estos metales superan
el límite permisible, pueden llegar a ser tóxicas para el crecimiento de las plantas.
2.3.1.2. Cenizas volcánicas
Stumm y Morgan citados por Pizzolon (2008), manifiestan que las erupciones
volcánicas son una de las fuentes naturales de ácidos que ingresan a la superficie
terrestre. Estos ácidos se neutralizan naturalmente con las bases de las rocas y suelos.
Sin embargo, si la acidez es muy grande pueden movilizar metales pesados en
cantidades riesgosas para la salud humana. Además de esto Eco Portal (2005), señala
erupción cuando estos se disuelven en el agua son el sulfúrico, el clorhídrico y el
fluorhídrico y que los principales metales pesados movilizados en las erupciones
volcánicas son el Pb y Cu.
2.3.2. Fuentes antropogénicas
Navarro et al. (2009), manifiesta que la actividad humana incrementa el contenido de
metales pesados en el suelo en cantidades considerables siendo esta sin duda la causa
más frecuente de las concentraciones tóxicas
INIAP-PROMSA (2003),determinaron que en suelos de las provincias de El Oro y Los
Ríos las principales fuentes probables de contaminación para Pb, Cd y Zn fueron la
quema de fundas plásticas procedentes de bananeras y la proximidad a las carreteras
interprovinciales.
2.3.2.1. Residuos sólidos urbanos
Mazur (1998), manifiesta que la aplicación de residuos en áreas agrícolas ha traído
preocupaciones por la presencia de metales pesados ya que estos pueden entrar en la
cadena alimenticia a través de plantas y animales, contaminar el agua de la superficie y
subterránea provocando serios problemas de salud. Los metales pesados se encuentran
en los residuos sólidos urbanos y lodos que los agricultores usan en pequeñas áreas para
reemplazar a los fertilizantes. De otra forma Camobreco et al. (1996), señalan que la
aplicación de enmienda de fangos obtenidos a partir de desechos industriales y aguas
residuales aplicadas por un largo período de tiempo, producen una acumulación
significativa de metales pesados en los suelos agrícolas.
Sommers et al. citados por Carrillo (1996),manifiestan que la aplicación de enmiendas,
compost de residuos sólidos urbanos y lodos residuales es muy variable y contiene
niveles altos de Cu, Cd, Ni, Pb y Zn, debido a desechos metálicos domésticos como
pilas, pinturas, termómetros, etc. La contaminación de los suelos por estos elementos
pueden resultar potencialmente fitotóxico e incrementar el movimiento de los metales
Gonçalves; Bernardi y Lenzi (2000), mencionan que aproximadamente el 10% de la
basura está compuesta de metales. Uno de los problemas más serios de la sociedad
moderna es cómo deshacerse de este volumen de basura. Las dos alternativas son
enterrar o incinerar. El enterramiento puede contaminar las aguas subterráneas,
mientras que la incineración puede contaminar la atmósfera al liberar algunos de los
metales volátiles.
2.3.2.2. Fertilizantes, correctivos y agroquímicos
Pinochet; Aguirre y Quiroz (2001), manifiestan que la agricultura es una fuente amplia
de contaminación de los suelos con metales pesados, estos se presentan como
contaminantes en fertilizantes minerales, compost y otros compuestos orgánicos que se
aplican a los suelos a través de varias prácticas agrícolas. El ingreso de metales pesados
estaría asociado a las prácticas de aplicación de fertilizantes orgánicos e inorgánicos.
Amaral Sobrinho (1992), menciona que los fertilizantes fosforados contienen pequeñas
cantidades de metales pesados provenientes de impurezas especialmente el Cd y su uso
prolongado podrá enriquecer a los suelos agrícolas con esos elementos,particularmente
en suelos ácidos. El mismo autor manifiesta que el Cd en el fertilizante se acumula principalmente en los 10 cm superficiales, lo que hace que las plantas lo utilicen como
un suplemento en suelos fertilizados con superfosfato.
Para Wilcke y Döhler (1995),el superfosfato y otros fertilizantes fosforados tienen alta
concentración de Cu, Ni, Pb y Zn. Los fertilizantes con calcio o cal tienen una mayor
concentración de Pb y Zn (Cuadro 1).
En Chile, estudios recientes muestran un aumento de Cd en los fertilizantes fosforados,
lo cual puede producir una acumulación de este metal en los suelos Bonomelli; Bonilla
y Valenzuela (2001). Según Sharpley y Menzel (1987), indican que metales como Cd y
Pb incluyendo al Cu, pueden ser introducidos en la cadena alimenticia por medio de los
fertilizantes fosforados.
McLaughlin et al. (1996), señalan que el ingreso de metales pesados como impurezas en
de ellos el Cd se acumula en los suelos fertilizados más rápido que el Pb. Por otraparte,
Tiller (1989), indica que la pulverización de los agroquímicos contiene metales pesados
que han sido usados regularmente para controlar plagas en cultivos de cereales,
horticultura y pasturas. En varios países niveles de cobre de 1000 ppm han sido
observados por el uso de caldo bordelés.
Cuadro 1. Concentración de metales pesados en fertilizantes.
Fertilizantes
Metales
Cd Cu Ni Pb Zn
ppm masa seca
Calcio amonio nitrato 0.31 5.00 4.70 24.6 55.0
Solución NH4NO3-urea 0.03 6.30 0.30 0.20 2.30
Urea 0.15 0.30 0.48 0.36 2.40
Otro fertilizante nitrogenado 0.10 5.20 10.4 1.00 4.00
Superfosfato 20.8 21.4 31.3 7.20 3 80
Otro fertilizante de P 7.50 15.4 15.4 1.80 2 25
Sal potásica 0.06 2.40 5.40 0.77 1.60
Potasio cloruro 0.10 3.40 1.30 0.65 4.10
Potasio sulfato 0.09 3.40 1.90 0.85 2.30
Calcio carbonato 0.50 8.20 4.60 7.30 58.0
Cal calcinada 0.10 11.1 6.00 2.80 15.8
Otro fertilizantes con cal 0.33 19.5 12.5 23.8 35.0
Fertilizante con NP 10.2 24.8 17.1 2.60 1 16
Fertilizante con PK 4.80 22.9 21.4 2.70 1 54
Fertilizante con NPK 2.40 11.8 8.90 12.0 1 25
Fuente: Wilcke y Döhler (1995)
2.3.2.3. Agua de irrigación
Tiller (1989),menciona que la irrigación puede constituir una fuente de contaminación
cuando el agua utilizada es proveniente de ríos que reciben grandes cargas de
contaminación. Una vez que estos metales han sido introducidos en aguas naturales su
disponibilidad y toxicidad dependerá de varios factores físicos-químicos como:
solubilidad, estado de oxidación, composición mineral, pH, temperatura, etc.
2.3.2.4. Minas
Gonçalves; Bernardi y Lenzi (2000), manifiestan que todas las operaciones realizadas
metales. El polvo originado puede ser depositado en los suelos a muchos kilómetros de
distancia. En áreas mineras las capas superiores de suelos minerales presentan
concentraciones elevadas de Cu, Ni y Cd.
Por otro lado Consumer Eroski (2001), indica que la actividad industrial y minera,
arroja al ambiente metales tóxicos como Pb y Cd muy dañinos para la salud humana y
para la mayoría de formas de vida.
2.3.2.5. Residuos del carbón
Adriano (1986), menciona que del total de ceniza producida en Estados Unidos, solo el
20% es usado para la elaboración de cemento, mezclas de concretos, cerámicas y otros
productos. La ceniza particularmente tiene cantidades de Cd y Zn y la presencia de
estos elementos en el residuo de carbón puede agrandarse por eso podría ser crítico en la
cadena alimenticia.
2.3.2.6. Contaminación por carreteras
Valiente (2008), manifiesta que los sedimentos depositados en el lindero de las
carreteras son de gran interés debido a la posible transmisión de los contaminantes que
contienen a causa del tráfico y de las actividades de mantenimiento, convirtiéndose en
un riesgo ambiental y para la salud humana. En estos sedimentos se han detectado
grandes cantidades de metales y su origen está relacionado con los procesos de
combustión de los vehículos, aplicación de productos químicos de mantenimiento,
señales de tráfico, barreras, degradación de la calzada y vehículos. La contaminación
procedente de estas fuentes se emite en forma de partículas y dependiendo de las
condiciones climáticas las partículas más gruesas pueden acumularse inmediatamente
en los linderos del asfalto, mezclándose con componentes naturales y dando lugar al
sedimento depositado en la calzada.
El mismo autor menciona que los metales pesados considerados como contaminantes de
los suelos depositados en la calzada se destaca el Pb usado en combustibles; Zn
componente del sistema de frenos y Cd presente en los neumáticos y aceites lubricantes
dispersados a causa de pérdidas y accidentes.
2.4. TOXICIDAD DE LOS METALES PESADOS EN LAS PLANTAS
Para Pavesi y Siqueira (2001), en las plantas el exceso del metal puede provocar
problemas fisiológicos como reducción del vigor, interfiere en el comportamiento y
desenvolvimiento de las plantas con gran impacto en el ecosistema.
Según Beckett (1991),considera a la toxicidad como la manifestación de anormalidades
que puede ser debida a cualquier nutriente.
Concentraciones totales de Zn, Cu, Pb y Cd en suelos considerados excesivos desde el
punto de vista de fitotoxicidad, apuntadas por Kabata-Pendias y Pendias (1985), son:
70–400 de Zn, 60–125 de Cu, 100–400 de Pb y 3–8 ppmde Cd. Con todo, los niveles
acumulativos máximos permitidos varían ampliamente en diferentes países.
Adriano (1986), señala que las plantas acumulan metales en sus órganos en cantidades
variables, por medio de los cuales pueden ser introducidos en la cadena trófica. El Cd
por ejemplo, en concentraciones superiores a 0,71 ppm es tóxico para plantas de soya.
Estos metales pesados son altamente persistentes en el suelo por millones de años. Las
acumulaciones excesivas son peligrosas teniendo efectos en la fertilidad del suelo y el
ecosistema (Sun, et al. 2001).
Camargo et al. (2000), manifiestan que las concentraciones medias de Zn, Cu, Ni y Cd
encontradas en tejidos de plantas de arroz fueron de 180,00; 24,56; 2,88 y 0,19 ppm
respectivamente, concordando con Haq et al. que encontraron contenidos bastantes
variables de metales pesados en remolacha como 220 de Zn; 19 de Cu; 4,6 de Ni y 1,55
ppm de Cd, citado por el mismo autor.
Adriano (1986), ubica al Pb y al Cd en el grupo de aquellos elementos que presentan
mayor acumulación en la parte radicular de las plantas y en pequeñas cantidades en la
parte aérea y para el Zn lo ubica dentro del grupo de elementos cuya presencia en la
Adriano y Maiz et al. citados por Pino (2003), mencionan que a partir de 25 ppmde Pb,
5-30 ppmde Cd en las plantas, estos elementos provocan efectos tóxicos y el Zn por
encima de 250 ppmes perjudicial para plantas de arroz.
Ginocchio y Narváez (2002), mencionan que el aumento de la concentración de Cu en
los suelos debido a distintas fuentes antrópicas puede producir efectos de toxicidad en
las especies vegetales sensibles. Sin embargo, se ha postulado que diversos factores
edáficos podrían determinar la biodisponibilidad del Cu y por lo tanto la intensidad del
efecto fitotóxico, tales como el contenido de materia orgánica y pH del suelo.
2.5. METALES PESADOS EN LOS ECOSISTEMAS NATURALES
Li y Shuman (1996), manifiestan que el movimiento de metales pesados en ecosistemas
naturales ha sido generalmente considerado mínimo o prácticamente inexistente. Sin
embargo, a pesar de su lento transporte en los perfiles de suelo es de gran importancia
ambiental ya que cuando se acumulan en los suelos finalmente estos pueden llegar a
contaminar las aguas sub-superficiales.
Huang (1999),indica que el 90% de la contaminación ambiental producida, es retenida
en las partículas de suelo y cerca del 9% es interceptada en los sedimentos acuáticos.
Particularmente la contaminación de un suelo con metales pesados es de preocupación
ya que éstos presentan un alto tiempo de residencia en el suelo, estableciéndose un
equilibrio dinámico con la hidrosfera, atmósfera y biosfera y de esta forma alterando el
ecosistema incluyendo al ser humano.
Urrutia; Yevenes y Barra (2002), mencionan que a nivel mundial una de las actuales
preocupaciones es la relacionada con la contaminación por transporte atmosférico de
metales pesados a gran escala. La presencia de algunos metales en zonas remotas ha
despertado interés por estudiar los flujos de estos elementos en lagos prístinos de altura.
Altas concentraciones de metales pesados han sido registradas en suelo, agua, biota y
sedimentos de lagos ubicados en áreas remotas. En estas áreas la principal vía de
ingreso de metales ha sido la atmósfera, esto se debe a que algunos metales tienen una
alta volatilidad, como el caso del Pb lo que facilita su transporte atmosférico y su
contaminantes volátiles. Estudios demuestran que el Pb es transportado grandes
distancias por las masas de aire, no obstante otros metales que no son volátiles como el
Cu y Zn se encuentran asociados a partículas finas en las masas de aire y por lo tanto,
sujetos también al transporte atmosférico.
2.6. METALES PESADOS PRESENTES EN EL SUELO
2.6.1. Cadmio
Para Ribeiro et al. (1999),el Cd es un elemento que requiere atención especial ya que es
relativamente más móvil en el sistema suelo-planta. Se encuentra en cantidades
naturales en el suelo, agua, atmósfera y biosfera. Este es un metal pesado químicamente
similar al Zn. Como el Zn, el Cd es fácilmente tomado por las plantas, pero este no es
un micronutriente esencial para estas, ni nutriente para los animales. De hecho el Cd
puede ser tóxico para las plantas y animales, incluyendo al hombre.
Por otra parte, Wikipedia (2009b), indica que el Cd es un metal blanco azulado,
relativamente poco abundante. Es uno de los metales más tóxicos aunque podría ser un
elemento químico esencial, necesario en pequeñas cantidades. Normalmente se
encuentra en minas de Zn y se emplea especialmente en pilas
McLaughlin et al. (1996), mencionan que la transferencia de Cd a las porciones
comestibles de los cultivos agrícolas es mayor que para los otros elementos. Así, Hsu y
Chou (1992), indican que en estudios realizados en China se ha demostrado que el
crecimiento de plántulas es más afectado por Cd. Además, Mazzarino (1999), demostró
en estudios realizados en suelos sometidos a contaminación con residuos orgánicos, en
suelos muy ácidos aumenta la biodisponibilidad de Cd.
2.6.1.1. Naturaleza y fuentes de contaminación del cadmio
Roberth (1996), indica que el Cd es un metal raro en la naturaleza, se lo encuentra en
combinación con otros elementos como el Zn, Cu y en sedimentos de la roca. Por otra
parte Wikipedia (2009b),menciona que la fuente más importante de descarga de Cd al
incineración de la basura doméstica común. El Cd también contamina el aire cuando se
funden rocas para extraer Zn, Cu y Pb.
Franco y Albert citados por Pino (2003), indican que las actividades volcánicas son la
mayor fuente natural de Cd en la atmósfera.
2.6.1.2. El cadmio en suelos agrícolas
Según OECD (1994), los niveles naturales de Cd en suelos agrícolas están
incrementando a través de la deposición atmosférica (quema de bosques, erupción de
volcanes, erosión del suelo y la contaminación del aire), estiércol animal y fertilizantes
fosforados.
Por otra parte, Bailey; Grant y Selles (1995),manifiestan que el estiércol es de interés,
porque más del 90% de Cd ingerido por el material alimenticio pasan a formar parte de
las heces del animal y por esto el estiércol ayuda a movilizar el Cd en el suelo
haciéndolo más disponible para las plantas.
García y Dorronsoro; Chander y Brookes citados por Pino (2003), manifiestan que los
valores tóxicos para Cd en suelos son de 3 ppm mientras que para Kabata-Pendias y
Pendias (1985), es de 8 ppm de Cd.
Adams y Carrasquero citados por Pino (2003), indican que suelos con 5 ppm de Cd son
considerados como potencialmente contaminados en Holanda y Austria, mientras que
para Bowen citado por Miliarium (2009),el nivel crítico de Cd en el suelo es de 2 ppm.
2.6.1.3. El cadmio en tejidos vegetales
En suelos de la provincia de El Oro con cultivo de cacao, las plantas presentaron
contenidos de Cd más elevados, difiriendo estadísticamente de otros suelos debido a la
intensa absorción de Cd en el amplio crecimiento de las plantas (Carrillo, 2003).
Pavesi y Siqueira citados por Pino (2003), indican que en almendras de cacao los
Alimentarius manifiesta que los valores máximos permitidos de Cd en almendras de
cacao son de 1-2 ppm.
Huffman y Hodgson citados por Adriano (1986), colectaron muestras de trigo y pastos
perennes encontrando que los niveles de Cd fueron generalmente por debajo de los
0,30 ppm (trigo = 0,20 ppm y pastos = 0,17 ppm). Bingham et al. citados por el mismo
autor manifiestan que plantas frondosas tales como la lechuga, espinaca y nabo
acumularon 175 a 354 ppm de Cd cuando crecieron en suelos enriquecidos con Cd por
encima de los 640 ppm.
Alloway citado por Pino (2003), menciona que el crecimiento achaparrado y síntomas
de toxicidad en hojas de lechuga, zanahoria y rábano, eran el resultado de 20 ppm de Cd
en las partes superiores de las plantas.
García et al. citados por Pino (2003),indican que el Cd interviene en el metabolismo de
algunos micronutrientes, inhibe la fotosíntesis, altera el contenido de agua en la planta y
en la fijación del CO2. Adams y Carrasquero citados por el mismo autor reportan que
muchos alimentos especialmente los cereales contienen Cd en cantidades que van desde
0,25 hasta 3,5 ppm y en cacao cita 1,8 ppm en almendras secas desgrasadas.
Carrera (1994), manifiesta que la normal concentración de Cd en hojas y cáscaras de
cacao no impactadas por la contaminación es de 0.1 a 1 ppm.
2.6.2. Cobre
Adriano (1986),indica que el Cu es uno de los metales más importantes para el hombre
ya que es uno de los siete micronutrientes esenciales para la normal nutrición de las
plantas. Para Lenntech (2008c),el Cu se presenta en el aire a través de la liberación de
este durante la combustión de gasolina.
2.6.2.1. Naturaleza y fuentes de contaminación por cobre
Lenntech (2008c), indica que el Cu puede ser liberado en el ambiente tanto por
actividades humanas como la minería, producción de metal, producción de madera y
polvo, descomposición de la vegetación, incendios forestales y aerosoles marinos.
Cuando el Cu termina en el suelo este es fuertemente atado a la materia orgánica y
minerales. Como resultado el Cu no viaja muy lejos antes de ser liberado y es difícil que
entre en el agua subterránea.
2.6.2.2. El cobre en suelos agrícolas
Para los suelos agrícolas, el total de Cu esperado va desde 1-50 ppm. El Cu tiende a acumularse en las capas del perfil del suelo por la aplicación de fungicidas y la
acumulación de residuos de cosecha (Miller y Mcfee, 1983).
Los niveles normales de Cu en suelo van de 2-100 ppm, considerándose un valor medio
de 30 ppm. El Cu total no da información sobre la disponibilidad de este elemento, por
lo que se recomienda utilizar métodos de extracción, como por ejemplo Ácido Dietilen
Triamina Pentacético (DTPA) como agente extractante (Asufrar, 2008b).
2.6.2.3. El cobre en tejidos vegetales
Jones citado por Adriano (1986), manifiesta que el Cu es requerido en pequeñas
cantidades: de 5-20 ppm en los tejidos de las plantas es adecuado para el normal
crecimiento. Cuando se tiene valores menores de 4 ppm es considerado deficiente y
cuando se tiene valores mayores a 20 ppm es considerado tóxico.
Obata citado por Camargo et al. (2000),manifiesta que el arroz presenta niveles medios
de Cu, aproximadamente de 5 a 20 ppm y el exceso de Cu en suelos solamente causa
daño cuando los contenidos solubles de este elemento fuera mayor que 125 ppm.
Asufrar (2008b), menciona que en casos de toxicidad las alteraciones se manifiestan en
las raíces, las mismas que tienden a perder vigor, adquieren color oscuro, se engrosan y
cesan su desarrollo. El exceso puede originar deficiencia en hierro. Esto es debido a
que el Cu en exceso actúa en reacciones que afectan al estado de oxidación del hierro,
limitando su absorción y traslocación en la planta. Otro efecto del exceso de Cu es la
Según Pavesi y Siqueira (2001),una vez absorbidos los metales tienden a acumularse en
las raíces que son los primeros órganos del vegetal afectados por contaminación de
modo general alguna pequeña parte de esos elementos es traslocado a la parte aérea. En
el caso del Pb y Cu es común encontrar contenidos radiculares superiores a 90% del
contenido total en la planta.
2.6.3. Níquel
Para ATSDR (2005), el Ni es un elemento natural muy abundante, blanco-plateado que
puede formar aleaciones. El Ni se encuentra en forma natural en la corteza terrestre
combinado con otros elementos, se halla en todos los suelos y es liberado por volcanes.
En el ambiente se encuentra principalmente combinado con oxígeno o azufre en forma
de óxidos o sulfuros, también se encuentra en meteoritos y en el fondo del océano
formando masas de minerales llamadas nódulos del fondo del mar.
2.6.3.1. Naturaleza y fuentes de contaminación del níquel
ATSDR (2005), menciona que el Ni es liberado a la atmósfera por minas, plantas de
energía que queman petróleo o carbón, incineradores de basura y por industrias que lo
fabrican. Generalmente este elemento tarda días en ser removido del aire ya que si se
adhiere a partículas muy pequeñas puede tardar más de un mes en depositarse en el
suelo. Una gran cantidad de Ni liberada al ambiente termina en el suelo en donde se
adhiere fuertemente a partículas que contienen Fe o Mn. Las condiciones acídicas
favorecen la movilización del Ni en el suelo y facilitan su filtración hacia el agua
subterránea.
2.6.3.2. El níquel en suelos agrícolas
El suelo generalmente contiene entre 4 y 80 ppm de Ni. Las concentraciones más altas
de Ni en el suelo (hasta de 9.000 ppm) se encuentran cerca de industrias que extraen Ni
de minerales (ATSDR, 2005). Halstead et al. citados por Chicón (2006), indican que los
2.6.3.3. El níquel en tejidos vegetales
El Ni es un elemento esencial para el metabolismo de las plantas. Mahler citado por
Chicón (2006), manifiesta que el Ni es un elemento móvil en la planta y se acumula
preferentemente en hojas y semillas. Kabata-Pendías y Pendias citados por Chicón
(2006), señalan que para arroz los rangos encontrados de Ni son de 0.2-1.2 ppm.
2.6.4. Plomo
Márquez (2008), indica que el Pb es un sólido metálico relativamente poco abundante
en la corteza terrestre de color gris, blando, pesado y dúctil. Tiene numerosas
aplicaciones, pero en la actualidad su consumo está sufriendo un retroceso debido a que
está siendo reemplazado en algunos de sus mercados tradicionales por materiales
plásticos de menor costo, mayor vida útil y sobre todo inertes.
Lenntech (2008a), señala que el Pb se encuentra en el ambiente en forma natural, sin
embargo la mayoría de los niveles altos que se encuentran en el ambiente se originan de
actividades humanas. Los niveles ambientales de Pb han aumentado más de mil veces
durante los tres últimos siglos como consecuencia de la actividad humana.
2.6.4.1. Origen y fuentes de contaminación del plomo
Para Tackett (1987), la contaminación por Pb tiene su origen en la emisión atmosférica
y es el medio principal de transporte y distribución de este metal. Generalmente se
acumula en la capa superficial en vista de su baja movilidad en el perfil Parker et al.
(1983). Según Chaney (1991), esta distribución se debe a su baja solubilidad y fuerte
adsorción al suelo.
ATSDR (2007), menciona que el Pb puede entrar al ambiente a través de liberaciones
desde minas y fábricas que usan Pb. Este metal es liberado al aire cuando se quema
carbón, petróleo o desechos. Entre las fuentes de Pb en el agua de superficie o en
sedimentos están la deposición de polvo que contiene Pb desde la atmósfera, el agua
residual de industrias que manejan Pb (principalmente las industrias de hierro y acero),
agua de escorrentía en centros urbanos y apilamientos de minerales. Los usos del Pb en
de este metal en el suelo, lo que puede representar una vía importante de entrada en la
cadena alimenticia al consumir los animales y cultivos de áreas contaminadas. La
mayoría del Pb en el suelo en áreas urbanas descuidadas proviene de casas viejas con
pintura con Pb y de material emitido por el escape de automóviles cuando la gasolina
contenía Pb.
Otra posible fuente de entrada son las pinturas de las instalaciones ganaderas que
puedan ser lamidas por los animales (Méndez, 2003).
2.6.4.2. El plomo en suelos agrícolas
El Pb puede permanecer adherido a partículas del suelo durante muchos años. La
movilización del Pb desde partículas en el suelo al agua subterránea es improbable a
menos que la lluvia que cae al suelo sea ácida y dependerá del tipo de sal de Pb y de las
características físicas y químicas del suelo (ATSDR, 2007).
Wallace y Wallace (1994), mencionan que los contenidos de Pb en suelos agrícolas son
relativamente bajos así como la absorción por las plantas, salvo que los suelos estén
contaminados.
Según Kabata-Pendias y Pendias citados por Pino (2003), manifiestan que los valores
de 100-400 ppm de Pb son considerados críticos en suelos y pueden causar toxicidad en
plantas.
Adriano (1986), señala que contenidos superiores a 400 ppm de Pb en el suelo producen
efectos tóxicos en las plantas. Sin embargo García y Dorronsoro citados por Pino
(2003), manifiestan que contenidos de 35 ppm de Pb son considerados tóxicos en el
suelo.
2.6.4.3. El plomo en tejidos vegetales
En suelos contaminados de manera general, la concentración del Pb en las hojas de las
plantas varía de 1 a 3 ppm y que por encima de los 20 ppm en la parte aérea, se
Marti et al. citados por Pino (2003),manifiestan que el Pb es captado por las plantas a
través de sus raíces, hojas y frutos siendo posteriormente retenido en las membranas
celulares, mitocondrias y plastidios. Se ha establecido que aproximadamente el 54% de
Pb encontrado en las plantas proviene de la contaminación aérea y el resto es absorbido
por las raíces. Según el Codex Alimentarius citado por el mismo autor indica que el
valor permitido para Pb en semillas de cacao es de 1 y 2 ppm.
2.6.5. Zinc
Lenntech (2008b), indica que el Zn es un elemento esencial para el desarrollo de los
vegetales y animales y que está presente en la mayor parte de los alimentos,
especialmente en los que son ricos en proteínas.
No suele haber casos de toxicidad por Zn en suelos básicos, debido a que a pH altos el
Zn se inmoviliza. Es posible la toxicidad en suelos ácidos o en terrenos cercanos a
minas de Zn o cuyo material originario han sido rocas ricas en este mineral. Igualmente
puede existir contaminación de Zn por fuentes industriales o por aplicaciones de
residuos orgánicos (Asufrar, 2008a).
2.6.5.1. Naturaleza y fuentes de contaminación por zinc
El Zn ocurre de forma natural en el aire, agua y suelo pero las concentraciones
aumentan por causas antropogénicas, debido a la adición de Zn a través de las
actividades humanas. La mayoría del Zn es adicionado durante actividades industriales,
como: minería, combustión de carbón y el procesado del acero (Lenntech 2008b).
2.6.5.2. El zinc en suelos agrícolas
En los suelos agrícolas el contenido total de Zn oscila normalmente entre 10-300 ppm,
los valores pueden ser en ocasiones superiores o inferiores. El valor crítico será 0,5
ppm valor por debajo del cual es esperable la deficiencia de Zn (Asufrar, 2008a).
García y Dorronsoro citados por Pino (2003), señalan que concentraciones de 90 ppm
de Zn es considerado tóxico para suelos, mientras que Kabata-Pendias y Pendias citados