UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ
FACULTAD DE ZOOTECNIA TESIS
“BIOACUMULACIÓN Y TRANSFERENCIA DE CADMIO DEL SUELO A LOS PASTOS Y LECHE BOVINA EN LA ESTACIÓN EXPERIMENTAL EL
MANTARO”
PRESENTADA POR LA BACHILLER ANALI YULISA HUACHO JURADO
PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE INGENIERO ZOOTECNISTA
HUANCAYO – PERÚ 2022
2 ASESORA
Dra. Doris Maritza CHIRINOS PEINADO
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A Dios y la Virgen de Cocharcas por guiarme por el camino de la fe y esperanza.
A mis padres Juliana y Juan, a mis hermanos por todo su amor y apoyo incondicional para hacerme una mejor persona.
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AGRADECIMIENTO
A la Universidad Nacional Del Centro Del Perú por haber financiado el proyecto con fondos canon – 2019.
A mi estimada asesora, Dra. Doris Chirinos Peinado, por el apoyo y compresión que me brindo durante el desarrollo y finalización de toda la investigación.
Al Doctor. Edgar García Olarte por el apoyo brindado durante el proceso que duró el trabajo de investigación.
A la Estación Experimental “El Mantaro” de la Universidad Nacional del Centro del Perú, por permitirme realizar la investigación.
A mí querida facultad de Zootecnia, a los docentes por sus enseñanzas compartidas que me ayudaron en mi formación profesional.
Y a una persona muy especial en mi corazón que me apoyo incondicionalmente durante el proceso y finalización de la investigación.
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ÍNDICE
RESUMEN………..………..….9
INTRODUCCIÓN……….………..10
CAPÍTULO I………..………..12
MARCO TEÓRICO………..……… 12
1.1 ANTECEDENTES……….12
1.1.1 Antecedentes Internacionales………..12
1.1.2Antecedentes Nacionales………..13
1.2 BASES TEÓRICAS………...………….14
1.2.1 Fuentes de exposición de los metales pesados………...14
1.2.2 Metales pesados, salud y seguridad alimentaria………15
1.2.3 Mecanismo de transferencia de Cd del suelo al pasto y leche bovina……15
1.2.4 Niveles de cadmio en el suelo pasto y leche………...17
1.2.5 Transferencia y bioacumulación de metales pesados………...18
1.3 BASES CONCEPTUALES………..20
1.3.2 Metales pesados………..20
1.3.3 Cadmio………...20
1.3.4 Bioacumulación………....21
1.3.5 Transferencia………21
1.3.6 Espectrofotometría de absorción atómica………21
CAPÍTULO II………..…….22
MATERIALES Y MÉTODOS………22
2.1 LUGAR DE EJECUCIÓN Y DURACIÓN………..22
2.1.1 Población y muestra………..23
2.2 MATERIALES Y EQUIPOS………24
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2.2.1 Materiales………24
2.2.2 Equipos………25
2.3METODOLOGÍA………..25
2.3.1Diseño de la investigación………....25
2.3.2Operacionalización de las variables a considerar……….25
2.4TOMA DE MUESTRAS………...26
2.4.1Proceso de análisis de las muestras en el laboratorio……….27
2.4.2Análisis y procesamiento estadístico………....…..27
CAPÍTULO III………....…..28
RESULTADOS………28
3.1Nivel de cadmio en el suelo, pasto y leche……….28
3.2Nivel de bioacumulación y transferencia de cadmio del suelo al pasto………..29
3.2.1 Factor de transferencia………29
3.2.2 Factor de bioacumulación………...29
3.3Contraste de los niveles de cadmio en leche frente al máximos permisibles………...30
CAPÍTULO IV………..33
DISCUSIÓN………...….33
CONCLUSIONES………..38
RECOMENDACIONES………...39
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS...40
TABLAS………...47
FOTOGRAFIAS………...……...59
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ÍNDICE DE TABLAS Y GRÁFICOS
Tabla 1: Croquis de investigación……….23
Tabla 2: Operacionalización de variables……….…………...25
Tabla 3. Resumen estadísticos descriptivos para los niveles de Cd en el suelo, pastos y leche de vacas en el establo de la Estación Experimental “El Mantaro”-UNCP…………28
Tabla 4. Resumen estadístico descriptivo para factor de transferencia Cd del suelo hacia los pastos…………...29
Tabla 5. Resumen estadístico descriptivo para factor de biocumulación Cd del suelo hacia los pastos…………..……….30
Tabla 6. Resumen estadístico descriptivo - Leche………....…………30
Tabla 7. Prueba t para una muestra - Leche.…………...31
Grafico 1: Niveles de Cd en la leche de la Estación Experimental “El Mantaro”………...31
Grafico 2: Contrastación del nivel de Cd en leche de la Estación Experimental “El Mantaro” frente a la Norma de Rumanía……….………..32
Tabla 8. Niveles de Cd de las muestras de suelo y pasto………………47
Tabla 9. Niveles de Cd las muestras de Leche…………………..48
Tabla 10. Niveles de Cd de las muestras en las raíces …………50
Tabla 11 . Factor transferencia suelo- pasto…………51
Tabla 12. Factor Biocumulación suelo - pasto……….………52
Tabla 13 : Estándares de Calidad Ambiental para suelo………53
Tabla 14 : Límite máximo permisible de Cd en el pasto………53
Tabla 15: Límite máximo permisible de Cd en la leche………..53
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ÍNDICE DE ANEXOS Y FOTOGRÁFICO
Foto 1. Ubicación de la Estación Experimental el Mantaro………...22
Anexo 1. Norma de Rumanía para el LMP para Cd en leche………...54
Anexo 2. Resultados del análisis de laboratorio – Suelo………...55
Anexo 3. Resultados del análisis de laboratorio – Raíz……….56
Anexo 4. Resultados del análisis de laboratorio –Pasto………57
Anexo 5. Resultados del análisis de laboratorio – Leche………..58
Foto 2: Vista del Área de trabajo………...59
Foto 3: Recolección de muestras de suelo………..59
Foto 4: Toma de muestras de suelo…………..………...60
Foto 5: Recolección de muestras de pasto …….………...………...………....60
Foto 6: Muestras de pasto y raíces para ser enviados para su respectivo análisis...61
Foto 7: Muestras de leche ………...61
9 RESUMEN
La investigación tuvo como finalidad determinar la bioacumulación y transferencia de Cd de los suelos a los pastos y la leche bovina del establo de la Estación Experimental
“El Mantaro”, asimismo establecer si el nivel del cadmio en la leche supera el límite máximo permisible establecidos por la Norma de Rumanía, para la cuantificación de Cd se utilizó el método de espectrofotometría de absorción atómica de flama en el laboratorio Baltic Control certificado por el INACAL. Se recolectó 20 muestras de suelo, 20 de pasto, 20 de raíz y 24 de leche. Se realizó el análisis del nivel de Cd en el suelo pasto y leche obteniendo como resultados de: 10.050 ± 4.054 mg/kg, 3.047 ± 1.604 mg/kg y 0.602 ± 0.480 mg/kg, respectivamente. El nivel de transferencia de suelo al pasto se obtuvo una media de 0.342; mientras que el factor de acumulación fue de 0.296, los niveles de Cd en las muestras de leche comparados con la Norma de Rumanía se evidenciaron que sobrepasan significativamente los niveles máximos permisible de Cd en la leche, siendo así, un riesgo para la salud humana debido a su exposición y comercialización en el Valle del Mantaro.
Palabras clave: contaminación, cadmio, suelo, pasto, leche, bioacumulación, transferencia.
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INTRODUCCIÓN
La contaminación especialmente por cadmio en los diferentes ecosistemas naturales es un problema de mucha importancia que afecta a la sociedad por razones ecológicas, nutricionales, ambientales y de salud pública (Rooney et al., 2006). Su acumulación representa un camino directo para su incorporación a la cadena trófica que causa daños a los suelos agrícolas, plantas y seres vivos (Guan et al., 2018; Harmanescu et al., 2011).
En la actualidad las diversas actividades antropogénicas han producido un aumento en la emisión de sustancias muy contaminantes y tóxicas, los cuales se acumulan en suelos, agua y plantas, que están directamente relacionados con las especies vivas.
La contaminación de metales pesados ocasionados por la fundición de La Oroya durante sus años de producción ha afectado alrededor de 2300 kilómetros cuadrados de suelos agrícolas de la región central y al río Mantaro. (Arce y Calderón, 2017; Ramírez, 1986; Reuer et al., 2012) siendo este un recurso limitado y fácilmente destruible (Ning et al., 2017; Guan et al., 2018), que se debe monitorear los niveles de contaminación y su impacto sobre los productos que en ellos se producen (Sun et al., 2019; Zhang et al., 2019).
Maduabuchi et al., 2006, menciona que consumir alimentos o agua con altos niveles de concentración de cadmio puede dañar el estómago e inducir vómitos también produce enfermedades renales, lesiones en los pulmones donde además daña las membranas y el ADN al penetrar a través de la placenta durante el embarazo (Kabata-Pendias, 2004).
Humphreys (1990) citado por (Londoño et al., 2016) menciona en su investigación que la elevada concentración de cadmio en el organismo de toros produce distintas enfermedades como: anemia hemolítica, debilidad y pérdida de peso también disminución
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de la libido y trastornos en la queratinización de pezuñas y cuernos. Asimismo, en el ovino y bovino produjeron abortos y anomalías congénitas.
Kan y Meijer (2007) refieren que, si bien existe abundante información sobre la toxicidad del cadmio y su movimiento en la cadena alimenticia, se necesita más información para dilucidar las rutas metabólicas seguidas por los compuestos de Cd.
Pese a no tener suficiente información científica sobre la contaminación por metales pesados en el Valle del Mantaro, Actualmente la Unión Europea, la FAO y la OMS elaboraron normas internacionales, para proteger la salud de los consumidores, estableciendo así los límites máximos permisibles en el Codex Alimentarius, la Norma de Rumanía y para el suelo los Estándares de Calidad Ambiental, frente a esta problemática se planteó lo siguiente ¿Cuál es el nivel de bioacumulación y transferencia de cadmio del suelo a los pastos y leche bovina de la Estación Experimental “El Mantaro”?
En ese sentido, el proyecto de investigación tuvo como objetivo general: Determinar el nivel de bioacumulación y transferencia de cadmio del suelo a los pastos y leche bovina del establo de la Estación Experimental “El Mantaro” y como objetivos específicos: 1:
Determinar los niveles de cadmio en el suelo, pastos y leche bovina de la Estación Experimental “El Mantaro” de la UNCP; 2. Estimar el nivel de bioacumulación y transferencia de cadmio del suelo al pasto; 3: Contrastar los niveles de cadmio de la leche producida en la Estación Experimental “El Mantaro”, con la Norma de Rumanía.
12 CAPÍTULO I MARCO TEÓRICO ANTECEDENTES
1.1 Antecedentes Internacionales
El análisis del contenido de metales pesados y tóxicos en los productos alimenticios, especialmente la leche, podría ser un indicador importante de la seguridad, la calidad y el nivel de contaminación de la región en la que se produjo la leche (Sobhanardakani, 2018).
En cinco establos ubicados en Nuevo León, México, se determinó el intervalo de concentración de cadmio 0.3142 y 0.2794 mg/kg, en 120 muestras de leche cruda. Los cuales superaron los niveles máximos permisibles establecidos por la Norma de Rumanía (0.01 mg/Kg) (Rodríguez et al., 2005).
Starska et al, (2011) realizaron un estudio en Polonia sobre elementos tóxicos en la leche y productos lácteos, donde el contenido promedio para el cadmio fue de 0,001 y 0,002 mg/kg, concentraciones que no amenazan la salud humana.
Tona et al, (2013) investigaron los residuos de metales pesados de cadmio en leche en Nigeria, donde encontraron niveles de 0,0021 ± 0,0007 ppm, concluyendo que estaban dentro de los LMP establecidos por las normas internacionales.
Pernía et al. (2015), investigaron en la ciudad de Guayaquil la presencia de Cd en leche de vaca pasteurizada, ultra pasteurizada y en polvo, Tomaron muestras de distintas marcas: 3, 8 y 5 respectivamente. Se realizó por el método de espectrofotometría de absorción atómica. No se hallaron metales pesados en leches líquidas y ultra pasteurizadas mientras tanto en la leche en polvo, se obtuvo un alto nivel de Cd con un
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rango de (0,333±0,176 ppm). No existen valores máximos permisibles para Cd, por lo que se propone establecer una norma de valor máximo de Cd para leche en Ecuador.
1.1.2 Antecedentes Nacionales
Monteza (2018), determinó la concentración del Cadmio en leche fresca de vacas en Cajamarca alimentadas con pastos que fueron regadas con aguas contaminadas; se tomaron en total 8 muestras. Se cuantifico por el método de espectrofotometría de absorción atómica. Los resultados muestran que los niveles de Cd encontrados no superan los límites establecidos en las Normas de Rumanía (0,01 mg/kg).
Luna y Rodríguez (2016) determinaron los niveles de concentración de Cd en papa (Solanum tuberosum) cosechadas en las cuencas de los ríos Mashcón y Chonta Cajamarca, se analizó por el método de espectrofotometría de absorción atómica. Se tomó 40 muestras. Los resultados de la concentración de Cd la cuenca del río Mashcón fue de 0.3095 ppm ± 0.0078 ppm y para el río Chonta fue de 0.3078 ppm ± 0.0223 ppm, concluyendo que el 100% de las muestras en las dos cuencas presentan concentraciones de cadmio que superan el LMP (0.1 ppm) dado por el Codex Alimentarius.
Mendoza y Medina (2013), determinaron la concentración de cadmio en leche cruda de vacas en el distrito de Chancay- Huaral. Tomaron 30 muestras en total, se analizaron por el método de espectrofotometría de absorción atómica. El resultado promedio de cadmio fue de 0,338 mg/kg, mayor al límite establecido por la Norma de Rumanía (0,01 mg/kg), con el 100 % de muestras mayores al LMP. Concluyendo que es fundamental controlar por periodos los niveles de cadmio en leche cruda producida en el Perú.
14 1.2 BASES TEÓRICAS
1.2.1 Fuentes de exposición de los metales pesados
Los ecosistemas cercanos a la industria minero metalúrgica se encuentran muy expuestos a su gran impacto (Álvarez-Berríos et al., 2016); generalmente éstas empresas se encuentra en la zona rural alto andina e intermedia de la sierra peruana y en ecosistemas tropicales, donde también se realizan actividades agropecuarias y de producción agroalimentaria.
Ramírez (1986), en su investigación realizada en La Oroya donde su fundición fue una fuente de contaminación por metales pesados de cadmio, zinc, plomo y arsénico, informó altos niveles de concentración por cadmio a una distancia de 10 km de la fundición. Como para tener una idea del impacto ambiental de las emisiones de cadmio ocasionados por la fundición, el área afectada equivale al 83% del área total de Lima Metropolitana, los lugares afectados son la provincias de Yauli ,Tarma, Jauja y Junín (Arce y Calderón,2017).
Los alimentos tanto para el hombre como para los animales contaminados con estos metales proceden de diferentes fuentes por ejemplo los suelos contaminados con lodos residuales de la minería, los fertilizantes químicos y plaguicidas utilizados en la agricultura también el en agua que consumen los bovinos que afecta la calidad de la leche. La existencia de estos metales en los productos lácteos presenta un tema de gran interés en la actualidad ya que involucra a la cadena trófica y a los daños que produce a los humanos particularmente a la población infantil donde se es necesario ser evaluados de una manera integral que por lo general se presenta de manera asintomática durante un prolongado tiempo de vida. (Rodríguez et al., 2005).
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1.2.2 Metales pesados, salud y seguridad alimentaria
La Comisión Europea a través del Panel Científico CONTAM, menciona que los riesgos para la salud humana relacionados con la presencia de cadmio en los alimentos son equitativamente altos en relación a su cercanía a actividades antropogénicas , especialmente la minería (Alexander et al., 2009). En su tratado sobre la presencia de cadmio en diversos productos alimenticios que se recibieron de 20 estados miembros, determinaron que los niveles más altos de cadmio se manifestaron en productos de origen local cercanas a las actividades antropogénicas relacionadas a la minería (CE, 2005).
La Organización Mundial de la Salud (2008), citado por Londoño et al. (2016) menciona que la severidad y las alteraciones están relaciones con las cantidades, tiempo de exposición y la vía de entrada del metal al organismo. Estos pueden causar: anemia, enfermedades renales, afectan a los huesos como osteoporosis, trastornos respiratorios, trastornos nerviosos, pérdida de peso y apetito, cáncer de próstata; por último puede presentarse aberraciones cromosómicas, efectos teratogénicos y congénitos.
1.2.3 Mecanismo de transferencia de Cd del suelo al pasto y leche bovina
Agencia para Sustancias Tóxicas y el Registro de Enfermedades (2021) mencionan que en el ambiente el cadmio no se encuentra puro, sino en forma de óxidos complejos, sulfuros, cloruros, carbonatos en el zinc, en el plomo y las menas de cobre.
En el aire el Cd se encuentra en forma de partículas o vapores que es transportado a largas distancias en la atmósfera para ser depositado sobre la superficie del suelo o agua.
El Cd en el agua está en su forma de ion hidratado asociado a otras sustancias inorgánicas u orgánicas.
16 a. Suelo
La dinámica del suelo depende de varios factores como el pH, potencial redox y la cantidad de materia orgánica, generalmente, este se une fuertemente al cadmio en el suelo donde puede ser absorbido por las plantas y así incorporarse a las cadenas tróficas (ATSDR, 2021).
b. Planta
Hernández, (2016) menciona que las plantas acumulan Cd en sus tejidos y mayormente en las raíces porque no tienen mecanismos para eliminar dicho metal.
El transportador especifico de calcio LCT1 y la proteína IRT1 que pertenecen a la familia de transportadores de Zinc y Fe son responsables del ingreso de Cd en la célula (Guerinot ,2000) (Clemens et al. 1998) citados por (Rodríguez ,2008).
Clemens et al (2002), citado por Rodríguez (2008) informa, que el cadmio una vez en la raíz pasa formando complejos. Su semejanza con el zinc, le permite sustituirlo en su lugar y desempeñar sus funciones en la planta.
Pernía (2005), citado por Hernández (2016) menciona que las plantas dan respuestas especificas a la contaminación de cadmio estas activan la síntesis de glutatión.
c. Leche
Gutierrez (2010), citado por Monteza (2018) menciona que hay investigaciones que demuestran que la distribución en la leche bovina es pobre. Pero al existir deficiencia de minerales como el calcio, hierro y zinc en el organismo, este tiende a mimetizarse utilizando sus mecanismos de transporte.
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Goodman y Gilman (2003), citado por Monteza (2018) señala que una vez que las vacas ingieren el metal, este es absorbido en forma de un complejo cadmio metalotioneida Cd-MT y pasa por la sangre enlazado principalmente a los glóbulos rojos y a la albumina donde una llega primero al hígado y a los riñones, una parte pasa a la leche uniéndose a la grasa y proteínas como la caseína y la del suero (Magariños, 2000; Alais, 2003) citados por (Pernía et al, 2015).
1.2.4 Niveles de cadmio en el suelo pasto y leche
Actualmente la Unión Europea tiene los mayores avances en la legislación de metales pesados registrados en los alimentos para animales y humanos, pero para el caso del Cd, la investigación es mínima en relación a los máximos permisibles. Sin embargo Pernía et al., (2015) señala que la Norma de Rumanía considera un valor máximo para Cd en la leche de 0,01 mg/kg.
WHO 2011, menciona el valor el máximo permisible para la concentración de Cd en líquidos de consumo humano es de 0.003 mg /kg.
Según Jankowski et al. (2019) basado en, Kabata-Pendias y Pendias (1999) se recopiló las concentraciones máximas permitidas (MAC) de elementos traza de suelos agrícolas y productos propuestos en las directivas de varios países y diferentes años, los máximos del contenido de Cadmio en pasto son de 0.5 mg/kg. En cuanto a los límites máximos de metales pesados permitidos en la alimentación del ganado de acuerdo con las normas de las comisiones del Codex Alimentarius de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación y la Organización Mundial de la Salud es de 0,2 mg /kg. (WHO/FAO, 2015).
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En el Perú los Estándares de Calidad Ambiental (ECA) para suelos cuyo límite de cadmio en suelo agrícola es de 1.4 mg/kg. (MINAM, 2017).
1.2.5 Transferencia y bioacumulación de metales pesados
Los límites reglamentarios que se emplean para usos específicos del suelo se basan en la concentración total del metal(WHO/FAO, 2015); sin embargo para una evaluación sobre el impacto del contaminante en el suelo se debería de tener en cuenta su movilidad y biodisponibilidad (Azevedo Silveira et al., 2003) citado por (Dextre, 2017).
La acumulación de elementos químicos depende de su contenido en el suelo, nivel de fertilidad del suelo, cantidad de MO, peculiaridades biológicas de la planta, entre otros (Chang et al., 2019; Sun et al., 2019).
Mendieta y Taisigüe (2014) refieren que las plantas pueden ser hiperacumuladores cuando presentan factor transferencia y factor bioacumulación mayor a 1, sin embargo, si el nivel de concentración del metal excede los valores entre 0.1 y 1 son tolerantes o acumuladoras y si es < 1 y 0.1 son exclusoras.
Si el factor transferencia es mayor a 1 es hiperacumuladora o acumuladora (Tangahu et al., 2013) y si es menor 1 tiene potencial para la fitoestabilizadores. Si el factor bioacumulación es menor a 1 son especies exclusoras y si es mayor a 1 son acumuladoras (Yoon et al, 2006).
La biodisponibilidad en la planta depende del contacto entre el receptor en el suelo que contiene el contaminante también por su potencial y su capacidad de absorción (García- Gallegos et al., 2011).Un factor importante sobre la biodisponibilidad es el tamaño de la partícula donde si es <tamaño >disponibilidad.
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Los factores de transferencia se basan en la absorción de la raíz de los metales y se descarta la absorción foliar de los depósitos metálicos atmosféricos (García-Gallegos et al., 2011). La transferencia y bioacumulación está influenciada con muchos factores y se relaciona con el aumento de la contaminación, pH del suelo, grado de solubilidad y biodisponibilidad del metal (Qiao et al., 2019; Lokeshwari y Chandrappa, 2006).
El factor de transferencia es la relación entre el nivel de metal en las raíces de la planta y el nivel del metal en el suelo (Papaioannou et al., 2017).
𝐹𝑇 =𝑁𝑖𝑣𝑒𝑙 𝑑𝑒 𝑚𝑒𝑡𝑎𝑙 𝑒𝑛 𝑟𝑎𝑖𝑐𝑒𝑠 𝑁𝑖𝑣𝑒𝑙 𝑑𝑒 𝑚𝑒𝑡𝑎𝑙 𝑒𝑛 𝑠𝑢𝑒𝑙𝑜
Factor de bioacumulación, es la relación del nivel del metal en las partes aéreas y en el sustrato (Thomas y Bu, 2014), se calcula de la siguiente manera:
𝐹𝐵𝐴 =𝑁𝑖𝑣𝑒𝑙 𝑑𝑒 𝑚𝑒𝑡𝑎𝑙 𝑒𝑛 𝑝𝑎𝑟𝑡𝑒 𝑎𝑒𝑟𝑒𝑎 𝑁𝑖𝑣𝑒𝑙 𝑑𝑒 𝑚𝑒𝑡𝑎𝑙 𝑒𝑛 𝑠𝑢𝑒𝑙𝑜
20 1.3 BASES CONCEPTUALES
1.3.2 Metales pesados
Los metales pesados son elementos con propiedades metálicas y una masa atómica superior a 20. Los contaminantes más comunes de los metales pesados son Cd, Cr, Hg, Pb, Cu, Zn y As (He et al., 2015).
Sus efectos tóxicos al consumir o inhalar depende del metal pesado , concentración y a qué edad de la población está expuesta estos deben ser monitoreados y evaluados periódicamente por su gran impacto en la salud pública (Reyes, 2016).
1.3.3 Cadmio
Metal con número atómico 48 que pertenece al grupo IIB de la tabla periódica que tiene una estrecha relación con el zinc asociados en la naturaleza, es dúctil, es más blando y maleable que el zinc, poco más duro que el estaño. Con peso atómico de 112,40 (Juan De Dios Miranda, 2018). Se considera como un agente cancerígeno para los hombres (Luna & Rodriguez, 2016).
La agricultura intensiva está rodeada de diferentes industrias como las fábricas de acero y cemento, que provoca cáncer y afecciones gastrointestinales (Mohajer et al., 2013).
Kubier et al. (2019), describe que las fuentes antropógenos importantes de Cd incluyen principalmente la minería, la deposición atmosférica de las emisiones de combustión y el uso de fertilizantes que contienen Cd; el contenido medio de Cd de la corteza es de 0,2 mg/kg en los suelos.
21 1.3.4 Bioacumulación
Es la acumulación de sustancias químicas en organismos vivos o alimentos que alcanzan concentraciones muy altas que las concentraciones normales para luego ser absorbida y transformada.
La bioacumulación se realiza para calcular la relación que existe entre las sustancias químicas y las concentraciones medidas en su medio (Mendieta Webster & Taisigüe López, 2014).
1.3.5 Transferencia
El coeficiente de transferencia se la relación de equilibrio entre la concentración de actividad en el producto animal y la ingesta diaria de un metal particular. Estos valores se usan ampliamente en los modelos de protección radiológica para predecir los niveles de contaminación en productos animales (Ward et al., 2010).
1.3.6 Espectrofotometría de absorción atómica
Según Remache , 2013 citado por (Decana et al., 2019) refiere que es una técnica específica basada en la ley de Kirchoff donde toda materia puede emitir tipo de luz a una longitud de onda fijada, esta luz pasa a través de una nube electrónica, este proceso sucede si determinados átomos absorben energía del tipo radiante, a una específica longitud de onda.
22 CAPÍTULO II
MATERIALES Y MÉTODOS 2.1 LUGAR DE EJECUCIÓN Y DURACIÓN
El estudio se realizó en la Estación Experimental el Mantaro de la Universidad Nacional Del Centro del Perú ubicada en la región Junín, provincia de Jauja, distrito de El Mantaro, tiene una altitud de 3 270 m.s.n.m., con una temperatura promedio anual de 7° C, tiene épocas marcadas de secano y lluvioso, posee una precipitación pluvial de 600 a 750 mm/
año.
Foto 1. Ubicación de la Estación Experimental el Mantaro Fuente: Google Earth.
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La investigación inició en abril del 2019 y concluyó en mayo 2020. Según el cronograma del proyecto, la fase de campo se realizó entre octubre de 2019 y enero del 2020 en la Estación Experimental El Mantaro.
2.1.1 Población y muestra
En la investigación la población concierne a los suelos utilizados para los pastos cultivados que sirven de alimento para las vacas del establo de la Estación Experimental
“El Mantaro”, a los pastos del lote 20 con 3.3 ha utilizados para el pastoreo de las vacas con una asociación de Rye grass italiano (Lolium multiflorum) y Trébol blanco (Trifolium repens) Estación Experimental “El Mantaro”, y leche de las vacas producidas en la en establo Estación Experimental “El Mantaro”.
El muestreo fue no probabilístico y por conveniencia, se seleccionó las muestras de manera directa de acuerdo a los objetivos de la investigación.
Tabla 1
Croquis de investigación
Suelos Raíz Pasto Leche
Muestras 20 20 20 24
Cant. por muestra 1 kg 1 kg 1kg 500 ml
TOTAL 84 muestras
24 2.2 MATERIALES Y EQUIPOS
2.2.1 Materiales
a. Colección de muestras de suelo - Bolsas de polietileno Ziploc - Cajas de térmica (cooler) - Pico
- Rotuladores
b. Colección de muestras de pasto - Balanza portátil
- Guantes descartables - Tijeras de acero quirúrgico - Bolsa de papel
- Bolsa de polipropileno (Ziploc herméticas) - Rotuladores
c. Colección de muestras de leche
- Botellas de 500 ml de primer uso - Embudo
- Cooler - Jarra - Bolsas - Cintas - Rotulador - Hielo
25 2.2.2 Equipos
Se utilizó una computadora para el análisis y procesamiento de datos también se hizo uso de programas como Word, Excel Spss. Sin embargo, el análisis de suelos fue desarrollados por servicios de terceros (Laboratorio Baltic Control CMA certificado por el INACAL); donde utilizaron el equipo espectrofotómetro de absorción atómica de flama VARIAN220FS.
2.3 METODOLOGÍA
2.3.1 Diseño de la investigación
La investigación es no experimental dado que las variables no han sido manipuladas deliberadamente. El nivel de investigación es descriptivo de tipo transversal.
2.3.2 Operacionalización de las variables a considerar Tabla 2
Operacionalización de variables
Variables Indicador Método Tipo de variable
Nivel de Cd en el suelo y pasto
mg/kg Método:
Absorción atómica
Cuantitativa Nivel de Cd en leche de
vaca
mg/kg Cuantitativa
26 2.4 TOMA DE MUESTRAS
Para Suelo
Para la toma de muestras nos basamos en el Manual de buenas prácticas en la investigación de sitios contaminados muestreo de suelo (MINAM, 2016). Para el muestreo se utilizó recorrido en zigzag del área con una profundidad de 30cm.
Se recoleto muestras de un 1 kg de muestra. Que fue secada, homogenizada y puesta en bolsas ziploc, rotuladas y finalmente llevadas al laboratorio para los análisis, para el traslado se utilizó cajas de tecnopor, con el fin de no exponer las muestras al sol.
Para pasto y raíz
Se utilizó el método aleatorio simple, muestras de 1 kg, sacando totalmente la planta después se separó la raíz y fue lavada en laboratorio con agua destilada (García-Gallegos et al., 2011), las muestras tanto de raíces como pasto se colocaran en bolsas de papel , rotuladas y enviadas al laboratorio para determinar el nivel de cadmio.
Para Leche
Se tomaron muestra de leche de 24 vacas, colectándolas en botellas de 500 ml directamente de los pezones de las vacas al momento del ordenó, donde se utilizó el protocolo de muestreo de la Norma Técnica Peruana (NTP). NTP 202.001 (2003). Las muestras fueron trasladadas al laboratorio en un cooler conteniendo hielo para la conservación de la cadena de frío.
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2.4.1 Proceso de análisis de las muestras en el laboratorio
La concentración de cadmio en el suelo, raíz, pastos y leche se determinó por espectrometría de absorción atómica de flama VARIAN 220FS. Donde el método fue de 3005A, EPA3050B, EPA 3051.
El análisis para la determinación de cadmio se realizó en el laboratorio certificado INACAL Baltic Control en Lima.
2.4.2 Análisis y procesamiento estadístico
Para el análisis de datos: Se empleó el software IBM-SPSS v.23 para la obtención de los datos estadísticos descriptivos y el programa Excel.
Prueba de hipótesis para el contraste de la leche frente al LMP
-Ho = Los niveles de Cd en leche de la Estación Experimental el Mantaro son menores o iguales al LMP de 0.01 mg/kg dada por la Norma de Rumanía.
-Hi= Los niveles de Cd en leche de la Estación Experimental el Mantaro son mayores al LMP de 0.01 mg/kg dada por la Norma de Rumanía.
-Para determinar si el promedio del contenido de Cd en la leche superaba los límites permisibles, se realizó prueba de “t” para una muestra única. El límite máximo utilizado en esta prueba fue 0.01 mg/kg, se puso a prueba la hipótesis alterna de que la media de los niveles de Cadmio en leche de la Estación Experimental el Mantaro, son mayores a 0.01 mg/kg al 95 % de confianza.
28 CAPÍTULO III RESULTADOS
3.1 Nivel de cadmio en el suelo, pasto y leche
Los resultados de la tabla 3 muestran los niveles de cadmio de suelo, pasto y leche, donde el mayor nivel de cadmio se encuentra en el suelo con un promedio de 10.050 ± 4.054 mg/kg siendo la muestra N°2 la más alta con 18.21 ± 4.054 mg/kg y la más baja la muestra N°17 con 5.04 ± 4.054 mg/kg. En el caso de pastos la muestra N°2 fue la más alta con 7.12 ± 1.604 mg/kg y la más baja fue la muestra N° 17 con 1.13 ± 1.604 mg/kg, obteniendo un promedio de 3.047 ± 1.604 mg/kg por último en el caso de la leche la muestra más alta fue la N°20 con 0.69 ± 0.048 mg/kg, mientras que la muestra fue la más baja la N°2 con 0.50 ± 0.048 mg/kg, obteniendo un promedio de 0.602 ± 0.480 mg/kg.
Tabla 3
Resumen estadístico descriptivo para los niveles de Cd en el suelo, pastos y leche de vacas de la Estación Experimental “El Mantaro”-UNCP
Mínimo Máximo Media Desv. Estándar Varianza Suelo
(mg/kg)
5.04 18.21 10.0505 4.05452 16.439
Pasto (mg/kg)
1.13 7.12 3.0470 1.60476 2.575
Leche (mg/kg)
.50 .69 .6021 .04809 .002
29
3.2 Nivel de bioacumulación y transferencia de cadmio del suelo al pasto 3.2.1 Factor de transferencia
Se dio el análisis de factor de transferencia de cadmio del suelo al pasto; la tabla N°4 muestra los estadísticos descriptivos donde los resultados oscilaron entre un rango de 0.177 hasta 0.490 con un promedio de 0.342.
Tabla 4
Resumen estadístico descriptivo para factor de transferencia Cd del suelo hacia los pastos
3.2.2 Factor de bioacumulación
Análisis de factor de bioacumulación de cadmio del suelo al pasto; en la tabla N°5 muestra los estadísticos descriptivos donde los resultados oscilaron entre un rango de 0.224 hasta 0.398 con un promedio de 0.296.
Mínimo Máximo Media Desv. Estándar Varianza Factor
Transferencia
.177 .490 .34230 .068487 .005
30 Tabla 5
Resumen estadístico descriptivo para factor de bioacumulación Cd del suelo hacia los pastos
3.3 Contraste de los niveles de cadmio en leche frente al máximos permisibles La tabla N°7 muestra los resultados de la prueba-t que evalúa la hipótesis de que el promedio de Cd en la leche de la Estación Experimental El Mantaro es menor o igual a 0.01mg/kg versus la hipótesis alterna de que el promedio de Cd en la leche de la Estación Experimental El Mantaro es mayor que 0.01 mg/kg. Debido a que el valor-P (p=0,000) para esta prueba es menor que 0.05, se puede rechazar la hipótesis nula con un 95% de confianza.
Tabla 6
Resumen estadístico descriptivo - Leche
N Media Desv. Estándar Contenido de Cadmio en
la Leche (mg/kg)
24 .6021 .04809
Mínimo Máximo Media Desv. Estándar Varianza Factor
Bioacumulación
.224 .398 .29695 .051589 .003
31 Tabla 7
Prueba t para una muestra - Leche
Valor de prueba = 0.01
T gl Sig.
(bilateral)
Diferencia de medias
95% de intervalo de confianza de la
diferencia Inferior Superior Contenido de
Cadmio en la Leche (mg/kg)
60.313 23 .000 .59208 .5718 .6124
Gráfico 1
Niveles de Cd en la leche de la Estación Experimental “El Mantaro”
32 Gráfico 2
Contrastación del nivel de Cd en leche de la Estación Experimental “El Mantaro” frente a la Norma de Rumanía
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 N° de muestra
Leche Cd Norma de normania Promedio
33 CAPÍTULO IV
DISCUSIÓN
4.1 CADMIO EN EL SUELO
El valor promedio de cadmio obtenido en el suelo de la estación Experimental “El Mantaro” se encuentra por encima de los Estándares de Calidad Ambiental para suelos agrícolas con 10.050 mg/kg con respecto a 1.4 mg/kg (MINAM, 2017), por lo tanto, el suelo no es apto para sembrar pastos.
El nivel de cadmio obtenidos en el estudio es casi 3 veces superior de lo obtenido por Vásquez- Alarcon et al. (2005) en su investigación realizada en Valle Mesquital, Hidalgo – México con 4.15 mg/kg, eso nos indica que el suelo agrícola de la estación es sumamente peligroso.
El resultado obtenido de cadmio en el suelo en la estación es muy superior en comparación a los valores límite de acumulación en los países como Francia con 2 mg/kg, de igual manera en Alemania con un rango de 1 a 1.5 mg/kg, Holanda 0.8 mg/kg, España 2.5mg/kg y Inglaterra 3 mg/kg (Smith, 1996); Chile 1.25 mg/kg (Norma lodos 2952 ,2004) y la UE (1986) 1 – 3 mg/kg.
(Porta, 1994) citado por (Hernández, 2016) indica los efectos que causa el cadmio en el suelo como sistema, son los siguientes:
- Disminuye los nutrientes del suelo y pierde de la capacidad de autodepuración.
- Afecta su ciclo biogeoquímico y su composición.
34
- Disminuye el crecimiento de microrganismos alterando su sistema.
- Baja el rendimiento de los cultivos con posibles cambios en la composición de los productos.
- Disminución de las funciones de soporte de actividades.
Por ende, podríamos decir que el suelo de la Estación Experimental “El Mantaro”
reduce la calidad de los cultivos y se encuentra en estado no apto para cultivar.
4.2 CADMIO EN PASTO
El promedio del nivel Cd en el pasto de la Estación Experimental “El Mantaro”-UNCP fue de 3.047 mg/kg; al comparar este resultado con el valor de 0.5 mg/kg (Jankowski et al., 2019), se encontró que estos valores de Cd en pastos son muy superiores e incluso supera el límite máximo permisible dado por el Codex Alimentarius de la FAO y OMS cuyo máximo es 0.2 mg/kg (Farmer y Farmer, 2000), indica que algunas plantas revelan una gran afinidad para absorber el Cd (Lepp et al., 1987), siendo las gramíneas las que tienen tendencia a una mayor absorción de Cd.
La absorción de cadmio se produce no sólo por la raíz sino también por los brotes y las hojas de forma que afecta a la planta de la siguiente manera: reduce la tasa de fotosíntesis y transpiración, crece la frecuencia respiratoria, disminuye el eje caulinar, existe deficiencia de nutrientes esenciales (Wagner, 1993; Baker, 1994; Chaney, 1997) citado por (Hernández, 2016).También activa la síntesis de glutatión, la clorosis, marchitez y necrosis (Pernía, 2005) citado por (Hernández, 2016) (Bodilla, 1989).
Humphreys (1990) citado por (Londoño et al., 2016) indica que en el organismo de toros produce distintas enfermedades como: anemia hemolítica, debilidad y pérdida de peso
35
también disminución de la libido. Asimismo, en el ovino y bovino abortos, anomalías y congénitas.
4.3 CADMIO EN LA LECHE
El promedio de cadmio en la leche de la Estación Experimental “El Mantaro” fue de 0.602 mg/kg siento este un resultado mucho más alto a lo que reporto Chirinos y Castro (2020), donde analizaron la concentración media de Cd en leche de vacas en la Comunidad Campesina de Paccha La Oroya – Perú, que era 2 veces superior al límite de la Norma de Rumanía (0,01 mg /kg). El resultado podría deberse al impacto de la contaminación ambiental por residuos mineros-metalúrgicos. De igual manera es superior a lo que reportó Pinzón (2015) en Bogotá con 0.014 mg/kg.
Rodríguez et al. (2005) determinaron la concentración de cadmio en 5 establos en noreste de Nuevo León, México donde reporto 0.3142 y 0.2794 mg/kg siendo menor a 0.602 mg/kg que se reportó en la Estación Experimental “El Mantaro”-UNCP.
La leche y sus derivados , representa un papel muy importante en la dieta humana especialmente en la nutrición infantil; si la leche contiene altos niveles de Cd, podría ser un riesgo potencial, enfermedades graves y problemas de salud pública; por esta razón la determinación de los contenidos de metales pesados en la leche de animales de granja podría ser un indicador importante de las condiciones higiénicas de este producto y también en el área en la que se produjo la leche (Pavlovic et al., 2004; Ghindini et al 2005).
Sanchez Barrón (2015) menciona que el cadmio es carcinógeno de tipo I por la Agencia Internacional para la Investigación del Cáncer.
36
4.4 FACTOR DE TRANSFERENCIA Y FACTOR DE BIOACUMULACIÓN
Para el factor transferencia del suelo a los pastos, al analizar el resultado fue de 0.3423 lo cual se comparar con lo mencionado en (Alcoba, 2014) si es menor a 1 existe una limitación del transporte de la raíz a las hojas, lo que significa que existe una transferencia alta y en mayor porcentaje en la raíz (Yoon et al, 2006) citado por (Dextre ,2017) si es menor a 1 es fitoestabilizador.
(Kabata, 2004) menciona que una gran proporción del Cd se acumula en los tejidos de la raíz, incluso cuando el Cd ingresa a la planta a través de sistemas foliares.
Para el factor de bioacumulación de los suelos a los pastos al analizar se obtuvo 0.296.
Según (Mendieta y Taisigüe ,2014) lo consideran como tolerantes por que presentan valores entre 0.1 y 1. Según (Yoon et al, 2006) mencionado por (Dextre ,2017) si es menor a 1 son exclusoras. (Alcoba, 2014) menciona que si es mayor que 1 se acumula en las hojas por lo tanto lo que significa es que existe una acumulación en la raíz y en menor porcentaje en la parte aérea. Sin embargo (Becerrilet al., 2007) alude que se puede dar bioacumulación por encima de 0.2 y podría causar dificultades en la cadena trófica.
4.5 CONTRASTE DE LOS NIVELES DE CADMIO EN LECHE FRENTE A LOS MÁXIMOS PERMISIBLES
La Norma de Rumanía establece que el límite máximo de cadmio en la leche es de 0.01 mg/kg (Pernía et al., 2015). Los resultados de Cd en la leche de las vacas muestreadas de la Estación Experimental “El Mantaro”-UNCP, tuvo un promedio de 0.602
37
mg/kg lo que implica que sobrepasan significativamente los niveles máximos permisible de Cd en la leche.
Es importante resaltar que los riesgos a la salud de la población infantil necesitan ser evaluados de manera urgente (Rodríguez et al., 2005).Porque una elevada concentración de cadmio y mercurio en la ingesta produce la enfermedad de Minamata que es un síndrome neurológico grave y permanente causado por un envenenamiento de estos metales (Mildvan ,1970) .En Japón provocó graves problemas de salud humana la enfermedad de “Itai-itai” que provocaba dolor en los huesos y múltiples fracturas y fue reportada por primera vez por los años 70 (Kobayashi, 1978). También provoca anemia alteraciones óseas enfermedades renales, hepáticas, pulmonares y cáncer.
38
CONCLUSIONES
- El nivel de Cd en el suelo de la Estación Experimental “El Mantaro”-UNCP fue
de 10.050 mg/kg; los resultados superan considerablemente con respecto al ECA, MINAM 2017 esto quiere decir que no es apto para el uso agrícola por la excesiva saturación de Cd, por tanto, existe el riesgo de lixiviación de este elemento y el riesgo de toxicidad para las plantas a nivel de raíz y a nivel de hoja.
- El nivel de Cd en el pasto de la Estación Experimental “El Mantaro”-UNCP fue de 3.047 mg/kg; estos resultados son muy altos comparado con los que establece el Codex alimentarios y la OMS concluyendo que esto no es recomendable para el consumo de los animales.
- El nivel de Cd en la Leche de la Estación Experimental “El Mantaro”-UNCP fue de 0.602 mg/kg; estos resultados son muy altos comparados con los que establece la Norma de Rumanía siendo no recomendado para el consumo humano porque en elevadas concentraciones afecta organismo en los procesos bioquímicos y fisiológicos; no existe legislación para niveles de Cd, en Perú.
- La transferencia del suelo al pasto fue 0.342 ± 0.684, por lo tanto, la transferencia es alta en la raíz y el factor acumulación del suelo a los pastos fue de 0.296 ± 0.051 y es considerado tolerable.
- Los niveles de concentración de Cd en promedio de la leche producida en la Estación Experimental “El Mantaro”, se encuentran en niveles significativamente superiores a los límites permitidos por la Norma de Rumanía.
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RECOMENDACIONES
- Se recomienda realizar más estudios con respecto a este tema ya que se encontró poca información en el Valle del Mantaro. Pues es de importancia tener datos exactos de cuan degradado y contaminado están nuestros suelos agrícolas.
- Se recomienda un monitoreo periódico de la Estación Experimental El Mantaro para determinar los niveles de cadmio en los suelos donde se siembra y especialmente en la leche cruda.
- Realizar un estudio de calidad del agua en la zona del distrito, para evaluar el nivel de concentración de metales que afectan directamente a los suelos agrícolas de los pobladores.
- Se recomienda elaborar un proyecto de investigación en Fitorremediación como una solución alternativa para poder mitigar este problema que existe en la Estación Experimental El Mantaro.
40
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47 TABLAS
Tabla 8. Niveles de Cd de las muestras de suelo y pasto.
SUELOS Cd mg/kg PASTO Cd mg/kg
Muestras
1 12.13 3.25
2 18.21 7.12
3 11.23 3.42
4 8.12 2.01
5 14.05 3.56
6 13.08 3.47
7 7.23 1.99
8 13.24 3.24
9 6.21 1.85
10 5.21 2.01
11 7.09 1.96
12 7.16 1.82
13 5.12 1.52
14 6.48 2.12
15 10.23 3.21
16 7.26 2.12
17 5.04 1.13
18 13.23 3.46
19 16.23 6.46
20 14.46 5.22
Promedio 10.0505 3.047
48
Tabla 9. Niveles de Cd en las muestras de Leche.
N° de muestra N° de Arete Nombre Leche Cd (LD:
0.05mg/kg)
1 1685 Doris 1 0.53
2 1709 Kris 0.50
3 1727 Yahaira 0.57
4 1477 Pamela 0.61
5 1667 Maxima 0.62
6 1639 Edita 0.59
7 1665 Maruja 0.64
8 1663 Dona 0.60
9 1927 Alexa 0.63
10 1669 Yeya 0.58
11 1651 Jaki 0.57
12 1681 Susan 0.51
13 1581 Ninfa 0.59
14 1709 Norma 0.62
15 1485 Anabelle 0.65
16 1725 Brenda 0.63
17 1683 Rosalva 0.60
18 1645 Gladis 0.64
19 1745 Magaly 0.68
20 1721 Dina 2 0.69
21 1703 Tatiana 0.66
49
22 1739 Mily 0.57
23 1429 Rosy 0.58
24 1423 Mitsy 0.59
Promedio 0.60208
50
Tabla 10. Niveles de Cd en las muestras de las raíces.
RAICES
MUESTRAS Cd mg/kg
1 4.56
2 8.37
3 4.36
4 2.15
5 4.54
6 4.24
7 2.25
8 4.19
9 2.05
10 2.19
11 2.82
12 2.02
13 1.70
14 2.25
15 3.48
16 2.33
17 1.69
18 4.11
19 7.96
20 2.56
Promedio 3.491
51
Tabla 11. Factor transferencia suelo- pasto.
SUELOS Cd mg/kg
RAICES Cd mg/kg
Factor
Transferencia MUESTRAS
1 12.13 4.56 0.376
2 18.21 8.37 0.460
3 11.23 4.36 0.388
4 8.12 2.15 0.265
5 14.05 4.54 0.323
