Valoración de potencial de contaminación por metales pesados en sistemas altoandinos de la subcuenca río Las Piedras y contribución de los ácidos húmicos a su posible mitigación

Abstract

El estudio se realizó en suelos altoandinos Typic Hapludands de la microcuenca Santa Teresa, Subcuenca Rio Las Piedras, para valorar la influencia del cambio de uso de suelo de bosque a cultivo y pastura en la calidad de la materia orgánica y estimar su incidencia en procesos de adsorción y especiación de Cu, Cd y Cr. Se recolectaron muestras de suelo bajo un diseño estadístico que permitió la representación del área muestreada. Se analizaron propiedades físicas-químicas y el estado de fertilidad de los suelos. La retención de los metales se evaluó en suelos y AH de los tres usos mediante isotermas de adsorción, obteniendo la máxima capacidad de adsorción (K) y fuerza de retención (n). En todos los usos la MOH fue superior al 60% y prevalece sobre la MOF, el cambio de uso a cultivo produjo efecto positivo en la calidad de la MOS, con incremento en los índices de humificación, lo que incidió en el incremento de la K de los tres metales, tanto en suelos como en AH. Mientras que el cambio a pastura disminuyó la calidad de la MO y produjo incremento en la K de los tres metales en menor proporción que el cultivo asociado al incremento en el valor del pH. El cambio de uso a cultivo y pastura incrementó los porcentajes de adsorción de los tres metales en el suelo y en AH con mayor efecto en el uso de cultivo; los porcentajes de adsorción de los tres metales son superiores en AH que en suelos. Comparando la tendencia de adsorción de los tres metales en suelos de cultivo y de bosque, el Cu y el Cr presentan similar porcentaje de retención (97%) y es superior al del Cd (94%). En suelos de pastura la retención de Cu es superior a la del Cd y ésta a su vez superior a la del Cr. En AH de cultivo los porcentajes de retención de los tres metales no presentaron diferencias significativas. En AH de bosque y pastura la retención de Cu fue inferior. La desorción de Cu y Cr en suelos (<5%) y AH (<3%) es baja. El cambio de uso a cultivo y a pastura disminuyó significativamente la desorción de los dos metales en el suelo, siendo más pronunciado el efecto en uso de cultivo. No hubo efecto del cambio de uso en la desorción de Cu en AH, pero sí en la de Cr, siendo superior en el AH de bosque. La desorción de Cd en suelos es baja cercana al 2% y de 1% en AH, el cambio de uso no afectó la desorción. La fracción más abundante de los tres metales en los tres usos corresponde a metal unido a la MO, las menores fracciones de Cu y Cd corresponden al Cu-intercambiable y Cd-óxidos; la menor fracción de Cr es Cr-óxidos en cultivo y bosque y Cr- residual en pastura. El cambio de uso de bosque a cultivo disminuye el FM de los tres metales, mientras que el cambio a pastura incrementa el de Cu y no tiene influencia en los de Cd y Cr. Los AH de suelos altoandinos de la microcuenca Santa Teresa contribuyen a la mitigación de contaminación de metales, Cu, Cd y Cr, el cambio de uso de bosque a cultivo y pastura incrementa la capacidad de mitigación, siendo más pronunciado el efecto en uso de cultivo. Sin embargo no se puede asegurar que la continua aplicación de fertilizantes fosfatados saturen la capacidad del suelo para retener estos metales

The study was conducted in Typic Hapludands High Andean soils of Santa Teresa watershed, Rio Las Piedras subbasin to assess the influence of land use change from forest to crop and pasture in the organic matter quality and to estimate their incidence in adsorption and speciation processes of Cu, Cd and Cr. soil samples were collected on a statistical design which allowed the representation of the sampled area. Physicochemical properties and soil fertility were analyzed. Metals retention was evaluated in soil and humic acid of the three uses, using adsorption isotherms, obtaining the maximum adsorption capacity (K) and retention strength (n). In all uses the HOM is above 60% and prevails over FOM, changing use to crop produces a positive effect on the SOM quality with increasing humification index, this was reflected in the significant increase in K of the three metals in both soils and AH, while the change to pasture decreased SOM quality and produced an increase in K of the three metals in a lower proportion than the crop, associated with the increase in the pH. Changing the use to crop and pasture increased the adsorption percentages of three metals in soil and AH being greater effect on crop use; adsorption percentages of three metals are higher in AH than soil. Comparing adsorption tendency of three metals in forest and crop soils, Cu and Cr show a similar percentage of retention (97%) and superior to that Cd (94%). Pasture soils Cu retention is higher than Cd and this in turn higher than Cr. In crop AH retention percentages of three metals are not significantly different. In AH forest and pasture Cu retention is lower. Desorption of Cu and Cr in soils (<5%) and AH (<3%) is low. Changing to crop and pasture use significant decreased the desorption process of these two metals in the soil, being the effect more pronounced in crop use. No effect was seen use change in Cu desorption in AH, with the exception of Cr, was higher in forest AH. Desorption of Cd in soils is low close to 2% and 1% in AH, the use change has no effect on desorption. The most abundant fraction of the three metals in the three uses corresponds to metal bound to OM, the smaller fraction of Cu corresponds to exchangeable copper, and the smallest fraction of Cd corresponding to Cd-oxides in the three uses soil, lower fraction of Cr corresponding to Cr-oxides in forest and crop soil and a residual Cr in pasture. Use change from forest to crop decreases MF for the three metals, while the change to pasture increases the Cu, but has no influence on the Cd and Cr. The HA de High Andean soils Santa Teresa watershed contribute to the mitigation of metal contamination Cu, Cd and Cr, use change from forest to pasture increases mitigation capacity, and change to crop provides greater increase as a result of appropriate management, acidity correction and appropriate deficient nutrient supply. However there is no assurance that the continued application of phosphate fertilizers saturate the capacity of soil to retain these metals.