Metales pesados en el agua de poro de hapludoles bajo feedlot del oeste bonaerense

INTRODUCCIÓN

La producción ganadera en Argentina está sufriendo un proceso de intensificación. El engorde de bovinos fue originalmente realizado en el país sobre la base de pastizales naturales, pasturas y verdeos, incluyendo o no algún tipo de suplementación (Heredia et al., 2009). El sistema intensivo de engorde a corral o feedlot es una tecnología de producción de carne con los animales en confinamiento y alta carga. Las dietas son de gran concentración energética y alta digestibilidad. Este sistema genera grandes volúmenes de excretas, tanto líquidas como sólidas (Pordomingo, 2001). Estos residuos pueden potencialmente contribuir a la contaminación ambiental con nutrientes, materia orgánica, sedimentos, patógenos, antibióticos, hormonas y elementos traza. La contaminación de acuíferos ocurre si la carga contaminante, generada por descargas y lixiviados antropogénicos, no se controla adecuadamente y excede la capacidad natural de atenuación de la zona no saturada. Las propiedades edáficas son utilizadas para controlar los riesgos de liberación
repentina de contaminantes de los suelos hacia el agua, afectando la calidad del agua intersticial y por último el agua subterránea.

El conocimiento de las formas y concentraciones en que pueden encontrarse los elementos en perfiles edáficos y los mecanismos físico-químicos que los controlan son herramientas que permitirán mejorar los modelos de predicción de la contaminación de acuíferos. De la misma manera, contribuyen a la toma de decisiones para un adecuado ordenamiento territorial de acuerdo a la potencialidad del uso de la tierra y su impacto en la calidad del agua subterránea y el ambiente.

Entre los elementos de importancia en contaminación se observó que algunos elementos traza (Cu y Zn) aumentaron su concentración tanto en el suelo como en el agua subterránea en sistema de engorde intensivo de vacunos (Andriulo et al., 2003). Existen antecedentes en el país en los cuales se han evaluado distintas formas (totales, intercambiables y solubles) de diversos iones presentes en la solución del suelo, en especial de los metales pesados (Heredia et al., 2003; Bargiela et al., 2006).

El objetivo del presente trabajo fue evaluar la composición de metales pesados del agua de poro utilizando columnas de suelo no disturbadas en suelos bajo producción intensiva de bovinos de carne (feedlots), comparando distinto tiempo de confinamiento y distinta posición en el paisaje.

MATERIALES Y MÉTODOS

El ensayo se llevo a cabo en un establecimiento ubicado en el partido de Trenque Lauquen, (lat= -36,039326º long= -63,049004º), al Oeste-Noroeste de la pcia de Bs. As. En el mismo se seleccionaron dos lotes (Figura 1).

Metales pesados en el agua de poro de hapludoles bajo feedlot del oeste bonaerense - Image 1

Figura 1. Lotes, calicatas y puntos de extracción de columnas con muestra no disturbada. Referencias: CT: calicata TESTIGO, C1-1: Corral 1-LOMA, C1-2: Corral 1-MEDIA LOMA, C1-3: Corral 1-BAJO, C2-1: Corral 2-LOMA, C2-2: Corral 2-MEDIA LOMA, W: pozos de muestreo de agua subterránea realizados por Marquez Molina et al., (2009).

En función a los objetivos planteados se seleccionaron sitios bajo distinta carga animal donde se hizo un muestreo dirigido, en función a la topografía (figura1). Los suelos corresponden al grupo Hapludol (Heredia et al., 2009) pero a distintos subgrupos de suelos según la Soil Taxonomy (Soil Survey Staff, 2006).

En la tabla 1 se resumen las características de los corrales evaluados. En ambos lotes, al finalizar la estadía de los animales, el estiércol se compacta y mezcla con la capa superficial del suelo a fin de crear la capa sellante.
Tabla 1. Resumen de las características de los lotes analizados.

Metales pesados en el agua de poro de hapludoles bajo feedlot del oeste bonaerense - Image 2

Composición del agua de poro: Se tomaron muestras de suelos no disturbadas en columnas de tubo de PVC de 63mm de diámetro interno y 25 cm de alto de los primeros 15 a 20cm del perfil, por cuadruplicado a fin de realizar un ensayo de percolaciones donde se aplicó una lámina de agua equivalente a los excesos hídricos anuales según régimen hídrico actual. El agua intersticial o agua de poro, se obtuvo mediante ensayos de columnas de lixiviación (Candela y Varela, 1993; Beltrán et al., 1995), donde se evaluó la composición de los metales As, Cr, Fe, Ni, Se, V y Zn. Las determinaciones se hicieron por ICP-MS. Los límites de detección del ICP-MS, para los metales medidos son: As: 10(μg.l-1); Cr: 7(μg.l-1); Fe: 7(μg.l-1); Ni: 15(μg.l-1); Se: 8(μg.l-1); V: 8(μg.l-1); Zn: 2(μg.l-1).

Con el objetivo de expresar todas las variables en kg.ha-1 que se lixiviarían por año según tratamiento se realizaron cálculos teniendo en cuenta el volumen de agua lixiviado, la superficie de la columna y la concentración del ión extraído.

Las láminas a aplicar en los tratamientos surgieron a partir de los excesos hídricos anuales arrojados por los balances hidrológicos calculados con el programa BALUBA (Hurtado et al., 1996) a partir del dato de humedad equivalente media del suelo y los datos climáticos de temperaturas y precipitaciones medias mensuales para el período 1986-2006 (SMN). Del balance se tomó el exceso anual en milímetros (mm) y se calculó el volumen de agua a aplicar en cada columna.

Estadística: Se realizaron análisis de varianza (ANVA) y test de comparación de medias (test de Duncan) entre los tratamientos estudiados según posición en el paisaje, años de ocupación y situación hídrica. También se realizaron análisis de regresión y correlación entre las variables estudiadas para suelos y aguas. El programa utilizado para los análisis estadísticos fue INFOSTAT versión 2010 (Di Rienzo et al., 2010). Para cumplir con los supuestos del método estadístico ANVA se realizaron transformaciones a los datos que así lo requirieron.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Comparación entre situaciones topográficas

En las tablas 2 y 3 se presenta, el análisis de la varianza de los valores medios que se han lixiviado en kg.ha-1.año-1 de cada metal analizado para las situaciones topográficas. Cada corral se analizó por separado a fin de reducir las fuentes de variación.

Cave mencionar que el análisis de la varianza sólo pudo realizarse para el hierro y el cinc. Para el resto de los metales no se cuenta con un valor en cada situación debido a que se encuentran en cantidades menores a las detectables por el aparato de medición. Este hecho, influye poco en la sumatoria total de la cantidad de metales ya que los valores no medidos determinan cantidades despreciables respecto al total.
Tabla 2. ANVA y test de comparación de medias (Duncan) de metales entre situación topográfica del Corral 1. Los valores están expresados en kg.ha-1.año-1. Letras distintas indican diferencias significativas entre posición topográfica (p<0,05). L/D: límite de detección del equipo. N/C: no cumple con los supuestos del ANVA.

Metales pesados en el agua de poro de hapludoles bajo feedlot del oeste bonaerense - Image 3

Tabla 3. ANVA y test de comparación de medias (Duncan) de metales entre situación topográfica del Corral 2. Los valores están expresados en kg.ha-1.año-1. Letras distintas indican diferencias significativas entre posición topográfica (p<0,05). L/D: límite de detección del equipo. N/C: no cumple con los supuestos del ANVA.

Metales pesados en el agua de poro de hapludoles bajo feedlot del oeste bonaerense - Image 4

En el Corral 1, la mayoría de los metales se encuentran en mayor cantidad en la situación de loma. No se observa lo mismo respecto al cromo y al selenio. Para el caso del primero no se tienen valores y para el segundo, la media loma presenta mayor valor que la loma. Para el Fe y el Zn las diferencias entre las situaciones son significativas. En este corral, al igual que sucede con los iones mayoritarios, en la loma es donde se obtuvieron los mayores valores (161 kg.ha-1.año-1), seguida por el bajo (85 kg.ha-1.año-1), y luego la media loma (73 kg.ha-1.año-1) (figura 2).

En el Corral 2, no se encontró diferencia entre las posiciones de loma y media loma para hierro y cinc. Sin embargo, para arsénico, níquel y vanadio podría considerarse que es en la loma donde se encontrarían los mayores valores. No así para el cromo que se encontró solamente en la media loma. El hecho de que en algunos casos se detecte presencia de metales y en otros no, siendo las repeticiones tomadas no demasiado lejos unas de otras, lleva a pensar que la distribución en el suelo de los metales es heterogénea y muy localizada, esto podría deberse a la heterogeneidad en la distribución del estiércol generado por los animales.

En el Corral 1, según la figura 2, el mayor aporte de metales provendría de la loma constituyendo el 50% del total. Siguiendo la tendencia antes descrita, le sigue el bajo en importancia con 27% y por último la media loma con 23%, sin marcada diferencia con el bajo.

Metales pesados en el agua de poro de hapludoles bajo feedlot del oeste bonaerense - Image 5

Figura 2. Distribución porcentual del total de componentes minoritarios que abandonaría el perfil de suelo en un año respecto a la posición en el relieve para los dos corrales evaluados.

Respecto al Corral 2, no habría diferencias entre la loma y la media loma. Ambas situaciones participan en igual magnitud. Una explicación factible para esta distribución podría ser que el Corral 1 posee mayor pendiente que el Corral 2 (Marquez Molina et al., 2009). Sin embargo, tal explicación no sería válida en el caso de la distribución de los iones mayoritarios.

Comparación entre tiempo de uso de la tierra.

En las tablas 4 y 5 se encuentra el análisis de varianza de medias de las masas lixiviadas en kg.ha-1.año-1 de los metales analizados según tratamiento de tiempo de uso de la tierra. Para disminuir la variabilidad que podría causar la topografía el análisis se realizó por separado. Por un lado, se compararon solamente las posiciones de loma (testigo, 1 año y 8 años) y por otro las medias lomas (1 año y 8 años).

La situación que presentó mayores valores de lixiviación de estos fue el testigo (tabla 4). Esto es explicado mayormente por el hierro que se lixivia en mayor cantidad en tal situación y en menor medida por el cinc. Los demás iones, excepto el níquel y el selenio, no pudieron ser detectados en las aguas de drenaje provenientes del testigo tal como puede verse representado gráficamente en la figura 25. Bajo la condición de feedlot, el Corral 2 con 8 años de uso presentó mayor cantidad total de componentes minoritarios lixiviados que el Corral 1. Esto se observó tanto para la posición de loma (tabla 4) como para la de media loma (tabla 5).

Tabla 4. ANVA y test de comparación de medias (Duncan) de metales entre años de uso de la tierra para posición de loma. Los valores están expresados en kg.ha-1.año-1. Letras distintas indican diferencias significativas entre tiempo de uso (p<0,05). L/D: límite de detección del equipo. N/C: no cumple con los supuestos del ANVA.

Metales pesados en el agua de poro de hapludoles bajo feedlot del oeste bonaerense - Image 6

Tabla 5. ANVA y test de comparación de medias (Duncan) de metales entre años de uso de la tierra para posición de media. Loma. Los valores están expresados en kg.ha-1.año-1. Letras distintas indican diferencias significativas entre tiempo de uso (p<0,05). L/D: límite de detección del equipo. N/C: no cumple con los supuestos del ANVA.

Metales pesados en el agua de poro de hapludoles bajo feedlot del oeste bonaerense - Image 7

Figura 3. Distribución porcentual de cada ión minoritario que abandonaría el perfil de suelo en un año según tiempo de uso de la tierra bajo feedlot.

Si se observa la figura y las tabla 4 y 5, se puede determinar que el As, el Cr y el V sólo se encontraron en situaciones con animales. Lo que lleva a pensar que estos estarían presentes en sus excretas. Sin embargo, el cromo se encontró solamente en el corral con 8 años de uso. No así el selenio que se encuentra presente en el testigo y en el corral con un año de uso en similares proporciones.

Correlación entre las variables

En la tabla 7, se observa que el vanadio posee una alta asociación lineal y positiva con el arsénico y el níquel. Lo que lo convierte en el metal más reactivo. El níquel que se encuentra asociado con alto nivel de significancia al arsénico.

Tabla 6. Correlación Pearson entre los metales analizados en el agua de poro. **correlación con una significancia p<0,001 (n=84). * correlación con una significancia p<0,05 (n=84).

Metales pesados en el agua de poro de hapludoles bajo feedlot del oeste bonaerense - Image 8

La correlación entre níquel y vanadio también fue descrita por Quintana Martinez et. al (2007) en la cuenca del Río Conchos en México. Igualmente, Heredia y Fernández Cirelli (2008), encontraron una correlación lineal y positiva entre el arsénico y el vanadio en el agua de poro de suelos del norte de la provincia de Buenos Aires.

CONCLUSIÓN

En el corral de mayor tiempo de confinamiento se vio incrementada la carga metálica que es transportada por el agua de poro respecto al de menor tiempo. Sin embargo, la situación testigo presentó la mayor carga en el agua de poro con 251 kg.ha-1.año-1. En las lomas es donde se encontraron las mayores cantidades de estos metales. El hierro y el cinc son los componentes minoritarios más abundantes en los lixiviados, los cuales, en las lomas, se lixiviarían 161 kg.ha-1.año-1 en el corral con menor tiempo de confinamiento y 204 kg.ha-1.año-1 en el corral con mayor tiempo de uso. Se encontró una relación lineal, positiva y significativa entre el arsénico y el vanadio y entre el vanadio y el níquel del agua de poro.

AGRADECIMIENTOS

Este trabajo fue financiado con el Proyecto UBACyT 20020090200140.

BIBLIOGRAFÍA

Andriulo, A., Sasal, C., Améndola, C. y Rimatori, F. 2003. Impacto de un sistema intensivo de producción de carne vacuna sobre algunas propiedades del suelo y del agua. INTA, Argentina”. 32 (3): 27-56.
Bargiela M., Navone S, Maggi A., Rendina A. y Introcaso R. 2006. Análisis de la salinidad de suelos en la Laguna de Guayatayoc” XX Congreso Argentino de la Ciencia del Suelo. I Reunión de Suelos de la Región Andina. Compilado por Adriana Elina Ortega; Josefina Diez y Elbio Nicolás Aguirre- 1ª ed. Salta. Asociación Argentina de la Ciencia del Suelo.
Beltrán J, Hernández F, Morell I. 1995. Estudios de adsorción de plaguicidas en suelos mediante experiencias en columnas. Avances en la Investigación en la zona no saturada, Barcelona: 269-281.
MEND report 2.46.1. ECOMETRIX INCORPORATED.
Candela L. y Varela M. 1993. La zona no saturada y la contaminación. Teoría, medición y modelos. CINME, Barcelona, España, 322pp. Center, Lincoln, NE, USA.
Di Rienzo J.A., Casanoves F., Balzarini M.G., Gonzalez L., Tablada M., Robledo C.W. InfoStat versión 2010. Grupo InfoStat, FCA, Universidad Nacional de Córdoba, Argentina.
Heredia O.S., Duffau, V.; Conti, M. E. 2003. Cambios de la fertilidad edáfica en que los de la región pampeana. Informaciones Agronómicas del Cono sur, IMPOFOS, Nº 19: 22-23.
Heredia O. S.; Fernández Cirelli, A. 2008. Groundwater chemical pollution risk. Assessment through a soil attenuation index. Environmental Geology 53: 1345-1351.
Heredia O. S., Mengoni H., Marquez J.J., Sainato C.2009. Caracterización de suelos bajo feedlot y su evaluación para la protección de agua subterránea. En Avances en Ingeniería Rural 2007-2009. Ed. N. Di Leo, S. Montico, G. Nardón, ISBN 978-950-673-752-8.: 552-557.
Montico, G. Nardón, ISBN 978-950-673-752-8.: 546-551.
Hurtado, R.; Fernández Long M.E.; Barberis, G.; Bombelli, E. 1996. Balance hidrológico climático con coeficientes de cultivo. BALUBA, versión 1.0. Cátedra de Climatología y Fenología Agrícola, FAUBA.
Márquez Molina, J. J., Sainato, C. M. y Losinno, B. 2009. Effect of time of confinement over groundwater contamination at a feedlot: its evaluation through electrical resistivity tomography. N. 11th International Congress of Brazilian Geophysical Society. Salvador Bahia, Brasil. Agosto 24 – 28 de 2009.
Pordomingo, A. 2001. Contaminación por intensificación ganadera. INTA. Programa de gestión ambiental. Proyecto INTA 360.
Quintana Martínez, E. C. 2007. Comportamiento de la contaminación por Plomo, Níquel, Vanadio, Arsénico, Cromo y Hierro en la cuenca del Río Conchos. Tesis doctoral. Facultad de Zootecnia de Chihuahua de la Universidad Autónoma de Chihuahua, México.
Soil Survey Staff. 2006. Claves para la taxonomía de suelos, 10ma ed, USDA, Natural Resources Service. 332pp.