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Cátedra de Fertilidad y Fertilizantes, Departamento de Ingeniería Agrícola y Uso de la Tierra, Facultad de
Agronomía, UBA. Av. San Martín 4453 - C1417DSE – Ciudad de Buenos Aires. E-mail: torri@agro.uba.ar
REMEDIACION DE SUELOS CONTAMINADOS CON ELEMENTOS TRAZA MEDIANTE EL USO
DE BIOSÓLIDOS COMPOSTADOS Y ENMIENDA CALCÁREA. II) EFECTO SOBRE LAS
FRACCIONES DE MENOR BIODISPONIBILIDAD DE CINC.
Silvana Irene Torri, Marta Zubillaga y Raúl Silvio Lavado
torri@agro.uba.ar
RESUMEN
La biodisponibilidad de elementos traza en suelos contaminados puede ser reducida a través de
procesos de inmovilización. Se estudio la factibilidad de emplear compost de biosólido con distinto
grado de madurez, enmienda calcárea o una combinación de ambas para remediar suelos
contaminados con Zn. Los suelos se contaminaron artificialmente, utilizando ciclos de
humedecimiento-secado para lograr el equilibrio de Zn entre las distintas fracciones edáficas. Se
analizó el efecto de las enmiendas sobre la fracción de menor disponibilidad de Zn,
correspondiente a la fracción de precipitados inorgánicos. Se observó que todas las enmiendas
incrementaron significativamente la concentración de Zn en esta fracción. Dicho incremento fue
similar para los compost con diferente grado de maduración o la enmienda calcárea. Los mayores
incrementos significativos se observaron para la aplicación conjunta de compost de biosólido
maduro y enmienda calcárea.
Palabras clave: remediación, Zn, disponibilidad, compost, biosólidos, enmienda calcárea
SUMMARY
Bioavailability of trace elements in contaminated soils can be reduced through immobilization
processes. The feasibility of the employment of biosolid compost with different degree of maturity,
calcareous amendment or a combination of both was studied in order to remediate Zn
contaminated soils. The soils were artificially contaminated with Zn, using wet-dry cycles to achieve
Zn equilibrium among the different soil fractions. The amendment effects on less available Zn
fractions, corresponding to the inorganic fraction were analyzed. All the amendments significantly
increased the concentration of Zn in this fraction. The magnitude of the increment was similar for
the compost with different degree of maturity or the calcareous amendment. However, the greatest
significant increment was observed for the application of mature biosolid compost and the
calcareous amendment.
Keywords: remediation, Zn, availability, compost, biosólid, calcareous amendment.
INTRODUCCIÓN
La acumulación en los suelos de elementos potencialmente tóxicos constituye un serio
problema ambiental. Estos elementos pueden provenir de diversas fuentes, como emisión
vehicular (Lau, Wong 1982; Yassoglou et al. 1987; Surthland et al. 2000), vertido incontrolado de
efluentes industriales (Schuhmacher et al., 1997), depositación atmosférica de aerosoles
(Simonson, 1995), uso de fertilizantes fosforados (Agbenin, Felix-Henningsen 2001) y de biosólidos
(Bhogal et al., 2003) entre otros (Thornton 1991; Tiller 1992). Estos elementos se acumulan en los
suelos y presentan una vida media elevada en los organismos vivos (Radha et al., 1997). La
toxicidad potencial de los elementos traza está determinado por varios factores, como su
concentración, especiación o formas en que se presentan en los suelos, la cual está
estrechamente relacionada con su biodisponibilidad (Shuman, 1985). Estos factores están, a su
vez, determinados por la naturaleza del elemento y las características y componentes del suelo en
cuestión (François et al., 2004). Las tecnologías de remediación implican el uso de operaciones
unitarias que alteran la composición o biodisponibilidad de los agentes contaminantes a través de
acciones químicas, físicas o biológicas con el fin de reducir su toxicidad, movilidad o volumen en el
suelo contaminado. La biodisponibilidad de los elementos traza en los suelos puede ser reducida a
través de inmovilización química o biológica, utilizando compuestos inorgánicos, como enmiendas
calcáreas, o enmiendas orgánicas como biosólidos (Knox et al., 2000; Basta et al., 2001)
El Zn es un elemento esencial para los organismos vivos, desde bacterias hasta seres humanos.
La contaminación de suelos con Zn puede originar mermas en los rendimientos de los cultivos
debido a efectos fitotóxicos (He et al., 2005). El Zn es uno de los elementos traza de mayor
movilidad, debido a que es débilmente retenido por la fase sólida del suelo. El Zn edáfico se
encuentra en diferentes formas, con diversa biodisponibilidad, siendo la fracción de precipitados
inorgánicos la de menor disponibilidad vegetal (Adriano, 2001). Los factores que influyen en la
retención de este elemento son el pH, contenido de materia orgánica, textura del suelo y
concentración de sesquióxidos de hierro y manganeso. Se ha observado que la materia orgánica
propia de cada suelo (Romney et al., 1977), así como la incorporada a suelos contaminados con
fines de remediación (Marquenie et al., 1981) disminuye la biodisponibilidad de Zn. Shuman (1999)
observó que las enmiendas orgánicas originan una redistribución de Zn desde formas
biodisponibles hacia formas de menor disponibilidad.
Los biosólidos presentan entre un 40-60 % de materia orgánica resistente o no disponible
para los microorganismos edáficos (Torri et al., 2003). Cuando se incorpora biosólido sin
compostar a los suelos, se observa una rápida mineralización durante los primeros 30 días (Torri et
al., 2003). Esta mineralización se encuentra acompañada por una elevada biodisponibilidad inicial
de elementos traza, particularmente de Zn, originando efectos fitotóxicos (Smith, 1996). La
incorporación de biosólidos compostados evitaría el incremento inicial en la biodisponibilidad de
Zn. El uso de esta enmienda ofrece, además, una alternativa a otras disposiciones menos
ecológicas. Se ha observado que el uso agrícola de compost de biosólidos incrementa los
rendimientos de numerosos cultivos hortícolas (Ozores-Hampton et al., 1994; Stoffella, 1995),
debido a una mejora en las propiedades físicas de los suelos más que a los nutrientes aportados
(McConnell et al., 1993). Por otro lado, el uso de biosólidos compostados incorpora a los suelos
materia orgánica resistente al ataque microbiano capaz de fijar elementos traza. Con el tiempo, la
mayor proporción de Zn en suelos enmendados con biosólidos se encontró en las fracciones
precipitadas (Torri, Lavado 2005). Por otro lado, se observó que la incorporación de carbonato de
calcio reduce la biodisponibilidad de Zn (Morera et al., 2002), favoreciendo su pasaje hacia formas
de menor disponibilidad.
El objetivo de este trabajo fue evaluar la influencia del agregado de un compost de
biosólido o de una enmienda calcárea sobre las fracciones de menor biodisponibilidad de Zn en un
suelo contaminado. A su vez, se quiso determinar en qué medida la madurez del compost modifica
la concentración de Zn en dicha fracción.
MATERIALES Y MÉTODOS
Se utilizó el horizonte superficial de un Argiudol Abrúptico (Serie La Gloria) ubicado en el
Partido de San Antonio de Areco, Provincia de Buenos Aires (34° 04’ S, 59° 20’ O), de textura
franco arcillo limoso.
El ensayo está descripto con detalle en la parte I. El Zn precipitado en forma inorgánica se
determinó según la metodología desarrollada por McGrath y Cegarra (1992). Brevemente, se
realizó una extracción secuencial, obteniéndose las siguientes fracciones: soluble e intercambiable,
mediante extracción con 0.1 M CaCl2; unida a materia orgánica, mediante extracción con 0.5 M
NaOH; precipitados inorgánicos, mediante extracción con 0.05 M Na2EDTA. Los extractos se
determinaron mediante espectrometría de emisión de plasma (ICP).
Los resultados obtenidos fueron analizados mediante análisis de varianza (ANOVA), previa
comprobación de homogeneidad de varianzas (test de Bartlett, p< 0.05). Las medias obtenidas se
analizaron mediante el test de Tuckey (p< 0.05), utilizando el programa Statistics (versión 1.0,
1996).
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
En el suelo contaminado, sin incorporación de compost, no se observó modificación en la
concentración de Zn correspondiente a la fracción de precipitados inorgánicos a lo largo del
período de incubación (Figura 1).
Figura 1: Concentración de Zn presente en fracciones inorgánicas en los suelos tratados. Para cada
tratamiento, letras diferentes para la misma fecha indican diferencias significativas (Tuckey, p < 0,05).
Zn -INOR
c
d
bc
bc
c
b
ab
abc
bbc
ab
aaa
b
bc
abc
0
20
40
60
80
100
120
140
0 10 20 30 40 50
días de incubación
ppmZn-INOR(mgkg-1)
suelo sin compost
suelo + compost 1
suelo + compost 2
suelo + compost 3
suelo + compost 3 + Ca
suelo + Ca
La incorporación de Compost III incrementó en forma significativa la fracción de Zn
inorgánico en los suelos enmendados en todas las fechas de muestreo, en concordancia con lo
observado por Halim et al. (2003) en suelos contaminados enmendados con material humificado.
Sin embargo, el estado de maduración del compost no influyó significativamente en la
estabilización de Zn al final del período de incubación. Este resultado posiblemente se deba a que
son los componentes inorgánicos presentes en el biosólido los que favorecen el pasaje de Zn hacia
formas precipitadas, particularmente debido a la presencia de óxidos de Fe y Mn en los biosólidos
(Morera et al., 2002, Dvorak et al., 2003). También se ha observado que el Zn precipita como
sulfuros y carbonatos, a la vez que se fija a las arcillas e hidróxidos de Fe/Mn, aunque no se ha
presentado aún evidencia suficiente de que éstos sean los mecanismos que predominan en la
precipitación de Zn en los suelos (Chirenje y Ma, 1999).
La incorporación de enmienda calcárea incrementó en forma significativa la proporción de
Zn precipitado con respecto al suelo contaminado sin aplicación de compost. Sin embargo, no se
observaron diferencias significativas entre el tratamiento con enmienda calcárea y los suelos
enmendados con compost de distinto grado de maduración. Estos resultados indicarían que la
incorporación de carbonato de calcio originó un efecto similar al originado por los compuestos
inorgánicos introducidos al suelo a través del biosólido.
Los mayores incrementos en la fracción inorgánica de Zn se obtuvieron con la
incorporación de Compost III con la enmienda calcárea. Esta elevada capacidad de retención de
Zn también fue observada en un suelo artificial creado a partir de biosólido, aunque fue adjudicada
al elevado contenido de CaCO3. (McBride et al., 2000, Usman et al., 2004). En el presente trabajo,
el uso conjunto de enmienda calcárea y Compost III produjo un contenido de Zn inorgánico
significativamente mayor que la aplicación de calcáreo puro a partir de la segunda fecha de
incubación. Por lo tanto, los componentes inorgánicos presentes en el biosólido junto con el efecto
originado por la enmienda calcárea contribuyeron a que el Zn pasara a formas de menor
disponibilidad.
CONCLUSIONES
El efecto de inmovilización de Zn en los suelos contaminados fue similar entre los compost
con distinto grado de maduración y la enmienda calcárea, con las dosis de enmienda utilizadas. La
mayor inmovilización de Zn se observó con el uso conjunto de compost de biosólido maduro y
enmienda calcárea. Se concluye que el incremento en la concentración de Zn en la fracción de
precipitados inorgánicos se debió a la suma de los efectos producidos por cada enmienda en
particular.
BIBLIOGRAFÍA
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Remediación de suelos contaminados con elementos traza mediante el uso de biosólidos compostados y enmienda calcárea. II) efecto sobre las fracciones de menor biodisponibilidad de Zn.

  • 1. Cátedra de Fertilidad y Fertilizantes, Departamento de Ingeniería Agrícola y Uso de la Tierra, Facultad de Agronomía, UBA. Av. San Martín 4453 - C1417DSE – Ciudad de Buenos Aires. E-mail: torri@agro.uba.ar REMEDIACION DE SUELOS CONTAMINADOS CON ELEMENTOS TRAZA MEDIANTE EL USO DE BIOSÓLIDOS COMPOSTADOS Y ENMIENDA CALCÁREA. II) EFECTO SOBRE LAS FRACCIONES DE MENOR BIODISPONIBILIDAD DE CINC. Silvana Irene Torri, Marta Zubillaga y Raúl Silvio Lavado torri@agro.uba.ar RESUMEN La biodisponibilidad de elementos traza en suelos contaminados puede ser reducida a través de procesos de inmovilización. Se estudio la factibilidad de emplear compost de biosólido con distinto grado de madurez, enmienda calcárea o una combinación de ambas para remediar suelos contaminados con Zn. Los suelos se contaminaron artificialmente, utilizando ciclos de humedecimiento-secado para lograr el equilibrio de Zn entre las distintas fracciones edáficas. Se analizó el efecto de las enmiendas sobre la fracción de menor disponibilidad de Zn, correspondiente a la fracción de precipitados inorgánicos. Se observó que todas las enmiendas incrementaron significativamente la concentración de Zn en esta fracción. Dicho incremento fue similar para los compost con diferente grado de maduración o la enmienda calcárea. Los mayores incrementos significativos se observaron para la aplicación conjunta de compost de biosólido maduro y enmienda calcárea. Palabras clave: remediación, Zn, disponibilidad, compost, biosólidos, enmienda calcárea SUMMARY Bioavailability of trace elements in contaminated soils can be reduced through immobilization processes. The feasibility of the employment of biosolid compost with different degree of maturity, calcareous amendment or a combination of both was studied in order to remediate Zn contaminated soils. The soils were artificially contaminated with Zn, using wet-dry cycles to achieve Zn equilibrium among the different soil fractions. The amendment effects on less available Zn fractions, corresponding to the inorganic fraction were analyzed. All the amendments significantly increased the concentration of Zn in this fraction. The magnitude of the increment was similar for the compost with different degree of maturity or the calcareous amendment. However, the greatest significant increment was observed for the application of mature biosolid compost and the calcareous amendment. Keywords: remediation, Zn, availability, compost, biosólid, calcareous amendment. INTRODUCCIÓN La acumulación en los suelos de elementos potencialmente tóxicos constituye un serio problema ambiental. Estos elementos pueden provenir de diversas fuentes, como emisión vehicular (Lau, Wong 1982; Yassoglou et al. 1987; Surthland et al. 2000), vertido incontrolado de efluentes industriales (Schuhmacher et al., 1997), depositación atmosférica de aerosoles (Simonson, 1995), uso de fertilizantes fosforados (Agbenin, Felix-Henningsen 2001) y de biosólidos (Bhogal et al., 2003) entre otros (Thornton 1991; Tiller 1992). Estos elementos se acumulan en los suelos y presentan una vida media elevada en los organismos vivos (Radha et al., 1997). La toxicidad potencial de los elementos traza está determinado por varios factores, como su concentración, especiación o formas en que se presentan en los suelos, la cual está estrechamente relacionada con su biodisponibilidad (Shuman, 1985). Estos factores están, a su vez, determinados por la naturaleza del elemento y las características y componentes del suelo en
  • 2. cuestión (François et al., 2004). Las tecnologías de remediación implican el uso de operaciones unitarias que alteran la composición o biodisponibilidad de los agentes contaminantes a través de acciones químicas, físicas o biológicas con el fin de reducir su toxicidad, movilidad o volumen en el suelo contaminado. La biodisponibilidad de los elementos traza en los suelos puede ser reducida a través de inmovilización química o biológica, utilizando compuestos inorgánicos, como enmiendas calcáreas, o enmiendas orgánicas como biosólidos (Knox et al., 2000; Basta et al., 2001) El Zn es un elemento esencial para los organismos vivos, desde bacterias hasta seres humanos. La contaminación de suelos con Zn puede originar mermas en los rendimientos de los cultivos debido a efectos fitotóxicos (He et al., 2005). El Zn es uno de los elementos traza de mayor movilidad, debido a que es débilmente retenido por la fase sólida del suelo. El Zn edáfico se encuentra en diferentes formas, con diversa biodisponibilidad, siendo la fracción de precipitados inorgánicos la de menor disponibilidad vegetal (Adriano, 2001). Los factores que influyen en la retención de este elemento son el pH, contenido de materia orgánica, textura del suelo y concentración de sesquióxidos de hierro y manganeso. Se ha observado que la materia orgánica propia de cada suelo (Romney et al., 1977), así como la incorporada a suelos contaminados con fines de remediación (Marquenie et al., 1981) disminuye la biodisponibilidad de Zn. Shuman (1999) observó que las enmiendas orgánicas originan una redistribución de Zn desde formas biodisponibles hacia formas de menor disponibilidad. Los biosólidos presentan entre un 40-60 % de materia orgánica resistente o no disponible para los microorganismos edáficos (Torri et al., 2003). Cuando se incorpora biosólido sin compostar a los suelos, se observa una rápida mineralización durante los primeros 30 días (Torri et al., 2003). Esta mineralización se encuentra acompañada por una elevada biodisponibilidad inicial de elementos traza, particularmente de Zn, originando efectos fitotóxicos (Smith, 1996). La incorporación de biosólidos compostados evitaría el incremento inicial en la biodisponibilidad de Zn. El uso de esta enmienda ofrece, además, una alternativa a otras disposiciones menos ecológicas. Se ha observado que el uso agrícola de compost de biosólidos incrementa los rendimientos de numerosos cultivos hortícolas (Ozores-Hampton et al., 1994; Stoffella, 1995), debido a una mejora en las propiedades físicas de los suelos más que a los nutrientes aportados (McConnell et al., 1993). Por otro lado, el uso de biosólidos compostados incorpora a los suelos materia orgánica resistente al ataque microbiano capaz de fijar elementos traza. Con el tiempo, la mayor proporción de Zn en suelos enmendados con biosólidos se encontró en las fracciones precipitadas (Torri, Lavado 2005). Por otro lado, se observó que la incorporación de carbonato de calcio reduce la biodisponibilidad de Zn (Morera et al., 2002), favoreciendo su pasaje hacia formas de menor disponibilidad. El objetivo de este trabajo fue evaluar la influencia del agregado de un compost de biosólido o de una enmienda calcárea sobre las fracciones de menor biodisponibilidad de Zn en un suelo contaminado. A su vez, se quiso determinar en qué medida la madurez del compost modifica la concentración de Zn en dicha fracción. MATERIALES Y MÉTODOS Se utilizó el horizonte superficial de un Argiudol Abrúptico (Serie La Gloria) ubicado en el Partido de San Antonio de Areco, Provincia de Buenos Aires (34° 04’ S, 59° 20’ O), de textura franco arcillo limoso. El ensayo está descripto con detalle en la parte I. El Zn precipitado en forma inorgánica se determinó según la metodología desarrollada por McGrath y Cegarra (1992). Brevemente, se realizó una extracción secuencial, obteniéndose las siguientes fracciones: soluble e intercambiable, mediante extracción con 0.1 M CaCl2; unida a materia orgánica, mediante extracción con 0.5 M NaOH; precipitados inorgánicos, mediante extracción con 0.05 M Na2EDTA. Los extractos se determinaron mediante espectrometría de emisión de plasma (ICP).
  • 3. Los resultados obtenidos fueron analizados mediante análisis de varianza (ANOVA), previa comprobación de homogeneidad de varianzas (test de Bartlett, p< 0.05). Las medias obtenidas se analizaron mediante el test de Tuckey (p< 0.05), utilizando el programa Statistics (versión 1.0, 1996). RESULTADOS Y DISCUSIÓN En el suelo contaminado, sin incorporación de compost, no se observó modificación en la concentración de Zn correspondiente a la fracción de precipitados inorgánicos a lo largo del período de incubación (Figura 1). Figura 1: Concentración de Zn presente en fracciones inorgánicas en los suelos tratados. Para cada tratamiento, letras diferentes para la misma fecha indican diferencias significativas (Tuckey, p < 0,05). Zn -INOR c d bc bc c b ab abc bbc ab aaa b bc abc 0 20 40 60 80 100 120 140 0 10 20 30 40 50 días de incubación ppmZn-INOR(mgkg-1) suelo sin compost suelo + compost 1 suelo + compost 2 suelo + compost 3 suelo + compost 3 + Ca suelo + Ca La incorporación de Compost III incrementó en forma significativa la fracción de Zn inorgánico en los suelos enmendados en todas las fechas de muestreo, en concordancia con lo observado por Halim et al. (2003) en suelos contaminados enmendados con material humificado. Sin embargo, el estado de maduración del compost no influyó significativamente en la estabilización de Zn al final del período de incubación. Este resultado posiblemente se deba a que son los componentes inorgánicos presentes en el biosólido los que favorecen el pasaje de Zn hacia formas precipitadas, particularmente debido a la presencia de óxidos de Fe y Mn en los biosólidos (Morera et al., 2002, Dvorak et al., 2003). También se ha observado que el Zn precipita como sulfuros y carbonatos, a la vez que se fija a las arcillas e hidróxidos de Fe/Mn, aunque no se ha
  • 4. presentado aún evidencia suficiente de que éstos sean los mecanismos que predominan en la precipitación de Zn en los suelos (Chirenje y Ma, 1999). La incorporación de enmienda calcárea incrementó en forma significativa la proporción de Zn precipitado con respecto al suelo contaminado sin aplicación de compost. Sin embargo, no se observaron diferencias significativas entre el tratamiento con enmienda calcárea y los suelos enmendados con compost de distinto grado de maduración. Estos resultados indicarían que la incorporación de carbonato de calcio originó un efecto similar al originado por los compuestos inorgánicos introducidos al suelo a través del biosólido. Los mayores incrementos en la fracción inorgánica de Zn se obtuvieron con la incorporación de Compost III con la enmienda calcárea. Esta elevada capacidad de retención de Zn también fue observada en un suelo artificial creado a partir de biosólido, aunque fue adjudicada al elevado contenido de CaCO3. (McBride et al., 2000, Usman et al., 2004). En el presente trabajo, el uso conjunto de enmienda calcárea y Compost III produjo un contenido de Zn inorgánico significativamente mayor que la aplicación de calcáreo puro a partir de la segunda fecha de incubación. Por lo tanto, los componentes inorgánicos presentes en el biosólido junto con el efecto originado por la enmienda calcárea contribuyeron a que el Zn pasara a formas de menor disponibilidad. CONCLUSIONES El efecto de inmovilización de Zn en los suelos contaminados fue similar entre los compost con distinto grado de maduración y la enmienda calcárea, con las dosis de enmienda utilizadas. La mayor inmovilización de Zn se observó con el uso conjunto de compost de biosólido maduro y enmienda calcárea. Se concluye que el incremento en la concentración de Zn en la fracción de precipitados inorgánicos se debió a la suma de los efectos producidos por cada enmienda en particular. BIBLIOGRAFÍA ADRIANO, C.D. 2001. Trace elements in terrestrial environments. Springer, New York, USA. AGBENIN, J. y P. FELIX-HENNINGSEN. 2001. The status and dynamics of some trace elements in a savanna soil under long-term cultivation. Science of the Total Environment., 277 (1-3): 57- 68 BASTA, N.; R. GRADWOHL; K. SNETHEN y J. SCHROEDER. 2001. Chemical immobilization of lead, zinc and cadmium in smelter-contaminated soils using biosólidos and rock phosphate. Journal of Environmental Quality, 30: 1222-1230. BHOGAL, A.; F. NICHOLSON; B. CHAMBERS y M. SHEPHERD. 2003. Effects of past sewage sludge additions on heavy metal availability in light textured soils: implications for crop yields and metal uptakes. Environmental Pollution. 121 (3): 413-423. CHIRENJE, T. y L. MA. 1999. Effects of acidification on metal mobility in a papermill-ash amended soil. Journal of Environmental Quality, 28: 760-766. DVORAK, P.; P. TLUSTOS; J. SZAKOVA; J. CERNY y J. BALIK. 2003. Distribution of soil fractions of zinc and its uptake by potatoes, maize, wheat and barley after soil amendment by sludge and inorganic Zn salt. Plant, Soil and Environment, 49: 203-212. FRANÇOIS, M.; H. DUBOURGUIER; D. LI y F. DOUAY. 2004. Prediction of heavy metal solubility in agricultural topsoils around two smelters by the physico-chemical parameters of the soils. Aquatic Sciences, 66: 78-85. HALIM, M.; P. CONTE y A. PICCOLO. 2003. Potential availability next term of heavy metals to phytoextraction from contaminated previous termsoilsnext term induced by exogenous humic substances. Chemosphere, 52: 265-275.
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