Determinación de las formas de Cu, Cd, Ni, Pb Y Zn y su biodisponibilidad en suelos agrícolas del Litoral ecuatoriano

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(1)

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.

(2)

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

(3)

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

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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.

(5)

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.

(6)

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.

(7)

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¡¡¡

(8)

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

(9)

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

(10)

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

(11)

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

(12)

ÍNDICE DE CUADROS

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

(13)

ÍNDICE DE GRÁFICOS

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

(14)

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

(15)

ÍNDICE DE ANEXOS

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

(16)

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

(17)

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

(18)

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

(19)

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

(20)

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

(21)

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

(22)

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

(23)

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

(24)

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

(25)

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

(26)

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

(27)

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

(28)

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

(29)

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

(30)

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

(31)

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

(32)

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

(33)

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

(34)

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

(35)

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

(36)

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

(37)

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

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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

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