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CONTAMINACIÓN DE SUELOS POR METALES PESADOS

Resumen.
1. Importancia del estudio de la contaminación de suelos.
2. Fuentes de contaminación por metales pesados.
3. Dinámica de los contamintantes en el suelo.
4. Especiación de los contaminantes en el suelo.
5. Formas de retención y disponibilidad de los metales en el suelo.
6. Factores que afectan a la disponibilidad de los metales.
    6.1. Propiedades del suelo.
           6.1.1. pH.
           6.1.2. Textura.
           6.1.3. Condiciones de óxido-reducción.
           6.1.4. Materia orgánica.
           6.1.5. Capacidad de Intercambio Catiónico (CIC).
           6.1.6. Presencia de otros elementos.
    6.2. Propiedades de los metáles.
7. Comportamiento de los metáles en los sistemas suelo-planta.
8. Umbrales de contaminación de edafología.
9. Efectos desfavorables de la contaminación.
    9.1. Efectos directos sobre los suelos.
    9.2. Efectos indirectos sobre los suelos.
10. Conclusiones.



 

 
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RESUMEN.

De acuerdo con el Plan Director para la Protección del Suelo se considera como suelo contaminado aquél que ha sufrido un cambio en sus características físicas, químicas o biológicas que por su naturaleza, dimensión o duración en el tiempo resulte incompatible con sus propiedades funcionales de uso o suponga una amenaza grave para la salud pública o el medio ambiente. Los metales pesados constituyen uno de los grupos de contaminantes ambientales sujetos a una mayor investigación y preocupación, fundamentalmente debido a su movilidad y a las bajas concentraciones a las que comienzan a manifestar sus efectos tóxicos.

1. IMPORTANCIA DEL ESTUDIO DE LA CONTAMINACIÓN DE SUELOS.

El suelo es un componente ambiental que por su origen, formación y evolución no puede ser aislado del entorno que lo circunda, representando, en la mayoría de ecosistemas terrestres, el medio físico-químico en el que se desarrolla la vida. Es frágil, de difícil y larga recuperación, y de extensión limitada. Por ello, un uso inadecuado del mismo puede contribuir a la degradación de este recurso natural no renovable a corto plazo.

De todo lo anterior se desprende que el concepto tradicional de degradación de suelos como pérdida o reducción del potencial productivo resulta en la actualidad insuficiente, pues existen otras formas de degradación que si bien no están orientadas hacia la producción, disminuyen la calidad medioambiental y, por tanto, la sostenibilidad de los sistemas. Una alternativa consiste en considerar como degradación cualquier cambio en las propiedades del suelo que ocasione una reducción en las funciones que el mismo puede desempeñar. Se puede hablar de diferentes tipos de degradación (física, química y/o biológica), según se produzca una alteración de dichas propiedades del suelo.

2. FUENTES DE CONTAMINACIÓN POR METALES PESADOS.

Se pueden distinguir diferentes fuentes de contaminación de los suelos por metales pesados dependiendo de su origen. En ocasiones, la propia naturaleza del material originario y su alteración son los responsables de la contaminación; en este caso, se denomina contaminación endógena. Otras veces los aportes contaminantes son externos, frecuentemente como resultado de actividades antropogénicas, denominándose contaminación exógena. La contaminación de origen natural es significativamente menos importante que la de origen antropogénico.


Figura 1. Las principales fuentes de contaminación exógena proceden de los aportes indirectos a través del aire, que con el tiempo se depositan por vía saca o húmeda sobre el suelo, siendo la minería y la producción de energía las actividades industriales que contribuyen en mayor medida a este tipo de contaminación, junto con la incineración de plásticos, los residuos orgánicos y los combustibles fósiles.

Otras causas que contribuyen a la contaminación del suelo por aporte directo, son el uso inadecuado de fertilizantes minerales y productos fitosanitarios, el vertido de los residuos que se generan (estiércol, purines, residuos sólidos urbanos, lodos de estaciones depuradoras de aguas residuales), y la utilización de aguas de calidad inadecuada para uso agrícola. Los vertidos industriales o la implantación de vertederos donde se acumulan distintos tipos de residuos, son además otras fuentes importantes de contaminación por metales pesados.

3. DINÁMICA DE LOS CONTAMINANTES EN EL SUELO.

El suelo se ha convertido en un medio receptor de multitud de sustancias potencialmente contaminantes. Su condición de interfase entre la biosfera (biomasa terrestre, biomasa marina y hombre), la litosfera (corteza, suelo y sedimentos), la hidrosfera (agua dulce y agua de mar) y la atmósfera lo convierte en una “estación de tránsito” de los contaminantes, en la que pueden permanecer retenidos grandes períodos de tiempo (lo que aumenta la posibilidad de que puedan ser degradados y perder su naturaleza contaminante) o ser tan móviles que se incorporen a los demás medios y, de ahí, a las redes tróficas con los consecuentes problemas que ello acarrearía.


Figura 2. La dinámica de los contaminantes en el suelo y las interacciones entre planta-animal-hombre-medioambiente son factores todos ellos a tener en cuenta a la hora de evitar problemas de contaminación.

4. ESPECIACIÓN DE LOS CONTAMINANTES EN EL SUELO.

Los contaminantes se diluyen más o menos rápidamente en los ríos o en el aire. Sin embargo, en los suelos tienden a acumularse. Por esta razón, el suelo actúa como un sumidero de la mayor parte de los contaminantes, incluidos los metales pesados.

La toxicidad de un agente contaminante no sólo va a depender de sí mismo sino también de las características del medio donde se encuentre de manera que la sensibilidad de los suelos a la agresión que tiene lugar por parte de los agentes contaminantes va a ser muy distinta dependiendo de una serie de características edáficas.

5. FORMAS DE RETENCIÓN Y DISPONIBILIDAD DE LOS METALES EN EL SUELO.

Los metales pesados pueden presentarse en el suelo bajo diferentes formas:

1. Solubles en la solución del suelo.
2. Como iones intercambiables de los coloides que integran el complejo de cambio.
3. Formando complejos con la materia orgánica.
4. Adsorbidos en los óxidos e hidróxidos de Fe, Mn y Al, sulfuros y fosfatos.
5. Como constituyentes de los minerales secundarios del suelo.

Los metales pesados son retenidos en los suelos de distintas formas, tal y como se indica en la Tabla 1. A su vez, dichas formas de retención representan diferentes grados de disponibilidad relativa para las plantas.

Tabla 1. Formas químicas de los metales en el suelo y su disponibilidad relativa para las plantas.

Formas de retención en el suelo

Disponibilidad relativa

Ión en la disolución del suelo

Fácilmente disponible

Ión en complejo de intercambio orgánico o inorgánico

Disponible

Metales complejados o quelatados por compuestos orgánicos

Menos disponible

Metal precipitado o coprecipitado

Disponible sólo si ocurre un alteración química

Incorporado en la matriz biológica

Disponible después de la descomposición

Metal en la estructura mineral

Disponible después de la alteración mineral

6. FACTORES QUE AFECTAN A LA DISPONIBILIDAD DE LOS METALES.

Para conocer el comportamiento de los metales pesados en los suelos deben considerarse los siguientes factores:

6.1. Propiedades del suelo.

Tales como el pH, la textura, las condiciones de óxido-reducción, el contenido en materia orgánica, la capacidad de intercambio catiónico y la presencia de otros elementos.

6.1.1. pH.

Es el principal factor de control de la disponibilidad de los metales para las plantas. La mayor parte de los metales tienden a estar más disponibles a pH ácido, ya que al producirse un descenso del mismo se mejora tanto la solubilidad de los metales como su absorción por las raíces de las plantas. En algunos casos, suele ocurrir que un incremento del pH del suelo no provoca necesariamente una disminución en la disponibilidad de los metales como ocurre con el As, Mo, Se y Cr. De manera que, el pH es un parámetro importante para definir la movilidad del catión, debido a que en medios de pH moderadamente alcalino se produce la precipitación como hidróxidos. Sin embargo, en medios muy alcalinos estos hidróxidos pueden pasar de nuevo a la solución como hidroxicomplejos. Por otra parte, algunos metales como Se, V, As y Cr pueden estar en la disolución del suelo en forma de aniones solubles.





6.1.2. Textura.

Los suelos de textura fina proceden probablemente de minerales secundarios que se alteran con facilidad y que son generalmente la fuente principal de metales pesados. Los suelos de textura gruesa tienen minerales primarios como el cuarzo, con un bajo contenido en metales pesados.

6.1.3. Condiciones de óxido-reducción.

Muchos metales forman sulfuros relativamente insolubles en condiciones fuertemente reductoras. Éstos incluyen el Cd, Zn, Ni, Co, Cu y Pb. Otros metales como Fe y Mn pueden volverse más solubles en estas condiciones.

6.1.4. Materia orgánica.

La materia orgánica del suelo presenta una elevada afinidad por ciertos metales (Co, Cu, Mo, Ni, Pb y Zn), reaccionando con ellos e influyendo en su disponibilidad. La disponibilidad de los metales está generalmente asociada con la formación de complejos de los metales con las sustancias húmicas y con otros compuestos de elevado peso molecular. Los metales, una vez que forman estos complejos, pueden migrar más fácilmente a las capas profundas o mantenerse en la solución del suelo como complejos orgánicos solubles.

6.1.5. Capacidad de Intercambio Catiónico (CIC).

La CIC es una función del contenido en arcilla y materia orgánica del suelo, controla también la disponibilidad de los metales. En general, un incremento en la CIC produce un aumento en el tiempo en que estos metales se encuentran disponibles para las plantas dado que aumenta la capacidad del suelo de fijar metales.

6.1.6. Presencia de otros elementos.

Algunos metales influyen sobre la disponibilidad de otros (por ejemplo, Cd/Zn). La concentración de Zn puede influir sobre la absorción de Cd por las plantas debido a que ambos elementos tienen una estructura iónica similar.

6.2. Propiedades de los metales.

Tales como el potencial iónico de los mismos, la electronegatividad, las condiciones de hidratación y la valencia de los metales en cuestión.

7. COMPORTAMIENTO DE LOS METALES EN EL SISTEMA SUELO-PLANTA.

El sistema suelo-planta se considera un sistema abierto, que se encuentra sujeto a aportes, tales como contaminantes, fertilizantes y pesticidas, y también a pérdidas, mediante lixiviación, erosión o volatilización. La incorporación de los metales pesados por las plantas se produce fundamentalmente desde el suelo, a través de las raíces, y está influenciada por varios factores entre los que destacan el tipo de suelo, la temperatura, pH, aireación, condiciones redox y fertilización, la especie vegetal, el momento del desarrollo y el sistema radicular, entre otros. Aparte de la absorción que tiene lugar por medio de las raíces, las plantas también pueden incorporar cantidades significativas de algunos elementos a través de la absorción foliar. Una vez que los iones metálicos han sido absorbidos, pueden moverse por toda la planta. Este movimiento depende del tipo de metal, del órgano de la planta y de su edad. En general, la proporción en que los elementos son movilizados en el interior de las plantas disminuye conforme al siguiente orden: Cd>B>Zn>Cu>Pb.

Los metales pesados incorporados al suelo pueden seguir cuatro diferentes vías:

1. Quedar retenidos en la solución del suelo o bien, fijados por adsorción, complejación y/o precipitación.
2. Ser absorbidos por las plantas e incorporarse a las cadenas tróficas.
3. Pasar a la atmósfera por volatilización.
4. Movilizarse a las aguas superficiales o subterráneas.

Cuando un contaminante se incorpora al suelo desencadenarse una serie de procesos físicos, químicos o biológicos que condicionan los efectos que éste puede causar no sólo sobre el sistema suelo sino también sobre el resto de compartimentos ambientales y, sobre la cadena trófica. Para valorar el impacto ambiental de la contaminación en el sistema suelo-planta se deben conocer las características del contaminante, del medio receptor y su entorno y, los modelos que rigen el comportamiento del contaminante y su transferencia a las plantas. Una vez incorporado el contaminante, éste puede verse influenciado por procesos tales como transformación, retención y transporte.


Figura 3. Dinámica de los metales pesados en el sistema suelo-planta.

8. UMBRALES DE CONTAMINACIÓN EN EDAFOLOGÍA.

Las aportaciones de residuos de origen industrial, urbano o agrícola pueden ser optimizadas teniendo en cuenta que el suelo puede actuar como filtro y reactor mediante procesos físico-químicos y biológicos. Sin embargo, al considerar el suelo como receptor de residuos hay que reconocer que su capacidad de aceptación no es ilimitada. De forma que, las prácticas agrícolas habituales como la utilización agrícola de compost y lodos de depuradora, han determinado que en diferentes países como Holanda y determinados organismos oficiales, pusiesen a punto una legislación basada en valores de referencia máximos de contenido en metales pesados que podrían alcanzarse en los suelos, de modo que por encima de estos umbrales se puede considerar que existe contaminación.

Posteriormente a su puesta en funcionamiento, se puso de manifiesto que las normas basadas en umbrales o límites, independientemente del tipo de suelo, no son generalmente eficaces. Esto se debe a que la movilidad o biodisponibilidad de los elementos del suelo depende de sus características como, por ejemplo, el pH o la materia orgánica, así como de las condiciones climáticas. Por tanto, actualmente se admite la necesidad de tener en cuenta el tipo de suelo receptor o algunas de sus características para establecer umbrales de referencia en relación con la contaminación por sustancias como los metales pesados u otros compuestos de naturaleza inorgánica y orgánica.

Como consecuencia, más recientemente, se ha establecido la necesidad de conocer los valores de fondo que son independientes de las prácticas agrícolas, por lo que se deben medir en suelos naturales.

9. EFECTOS DESFAVORABLES DE LA CONTAMINACIÓN.

La contaminación puede definirse como el aporte de un elemento o de un compuesto químico desde el exterior del lugar, que provoca un aumento respecto a la concentración inicial, lo que produce efectos desfavorables, tanto por su acción desactivadora, como si provocan un aumento excesivo de la actividad.

Los contaminantes provocan, por lo general, efectos negativos sobre el medio ambiente que pueden actuar directa o indirectamente sobre el sistema suelo. A continuación, se describen algunos de los efectos de la contaminación.

9.1. Efectos directos sobre los suelos.

- Inhibición de la actividad enzimática de los mismos debido a la destrucción del poder de autodepuración por procesos de regeneración biológica normales, al haberse superado la capacidad de aceptación del suelo. Se ve afectado el ciclo biogeoquímico y la función de biofiltro.
- Disminución cualitativa y cuantitativa del crecimiento normal de las poblaciones de microorganismos y la fauna del suelo o bien, alteración de su diversidad, lo que aumenta la fragilidad del sistema.
- Disminución del rendimiento de las cosechas.
- Cambios en la composición de los productos, con riesgo para la salud de los consumidores, al entrar determinados elementos en la cadena trófica.

9.2. Efectos indirectos sobre los suelos.

- Contaminación de las aguas superficiales y freáticas por procesos de transferencia. Se alcanzan concentraciones superiores a las consideradas aceptables.
- Variación de la disponibilidad de elementos a largo plazo en los suelos, como consecuencia de cambios en las propiedades físico-químicas de los mismos.
- Reducción de la fertilidad del suelo, al disminuir la flora y fauna del mismo.
- Modificación de la estructura del suelo debido a la pérdida de fertilidad del mismo.

10. CONCLUSIONES.

La contaminación provoca, por lo general, una perturbación del suelo la cual que se traduce en una pérdida de calidad y aptitud para el uso o lo hace inutilizable, a no ser que se le someta a un tratamiento previo.

El suelo puede contener una gran variedad de elementos químicos, por lo que puede resultar díficil establecer a partir de qué momento, un elemento deja de ser beneficioso o no tóxico para el suelo, y pasa a tener la cualificación de contaminante. Asimismo, también resulta difícil precisar cuándo deja de estar contaminado un suelo que está siendo objeto de un proceso de recuperación.

En la naturaleza prácticamente no existen suelos que se encuentren totalmente “libres” de los aportes antropogénicos dado que, incluso los suelos forestales alejados de la actividad industrial, reciben elementos y compuestos transportados por la circulación atmosférica a largas distancias, aunque sea en cantidades ínfimas.

Autor:
A. I. Roca Fernández.
Centro de Investigaciones Agrarias de Mabegondo. INGACAL. Xunta de Galicia.

 


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