Quito, Julio 11 de 2016

Estación Experimental Tropical Pichilingue

Avances en investigación del Cd en el cultivo de cacao en el Ecuador

Dpto de Manejo de Suelos y Aguas

Ph.D. Manuel Carrillo Zenteno

Como el Cd afecta la salúd humana?

• Problemas riñones, 20 mg kg-1

• Disminuye los niveles de calcio en los huesos • Alteraciones em el sistema inmunológico • Daños al sistema nervioso central (trastornos psicológicos) • Mecanismos relacionados com el DNA e cancer •Sistema reprodutivo, etc.

Enfermedad Itai-Itai

CDC, 2009

Satoh et al., 2002

Proyecto: Determinación de metales contaminantes en cultivos

de exportación y su repercusión sobre la calidad de

los mismos.

NÚMERO DE FINCAS MUESTREADAS POR PROVINCIAS Y CULTIVOS

Cacao Café Banano Plátano Palma africana

Esmeraldas 2 0 1 0 2 5 Manabí 2 2 0 2 0 6 Los Ríos 5 2 4 0 3 14 Guayas 4 0 3 0 0 7 El Oro 2 1 4 0 0 7 Pichincha 1 0 0 0 3 4 Sucumbios 3 1 0 0 2 6 Fco. de Orellana 3 5 0 0 0 8 Zamora Chinchipe 2 2 0 0 0 4 Total 24 13 12 2 10 61

Províncias Fincas muestreadas

Total

FORMAS TOTALES, POTENCIALMENTE ASIMILABLES E HIDROSOLUBLES DE Cd ENCONTRADOS EN SUELOS ECUATORIANOS

Total Asimilable hidrosoluble

ESCC1 0,70 0,66 0,01

ESPA1 1,10 0,03 n.d.

LRCC2 0,31 0,17 n.d.

LRCC3 2,08 1,35 n.d.

LRCC5 0,26 0,16 n.d.

LRPA2 0,18 0,69 n.d.

EOCC1 5,25 3,94 n.d.

GUCC1 0,70 0,69 n.d.

GUBA4 0,65 0,37 n.d.

PICC1 0,35 0,05 n.d.

SUCC1 0,28 0,09 n.d.

SUCC3 0,10 0,09 n.d.

FOCC2 0,75 0,45 n.d.

FOCF5 0,35 0,30 n.d.

ZACC1 0,49 0,30 0,02

ZACF2 0,10 0,06 0,03

MEDIA 0,39 0,25 0,02

MÍNIMA 0,05 0,01 0,01

MÁXIMA 5,25 3,94 0,08

IdentificaciónCd

mg kg-1

Niveles críticos en el suelo Cd 3 mg kg-1 (Chander, et al. 1991)

Ecologistas en acción (Huelva – España, 2001) Rosseaux, et al. 1989 (67 – 77% del Cd de plásticos en Brasil)

Total Asimilable hidrosoluble

N°

Carreteras interprovinciales 28 0,32 0,21 0,03

Cenizas volcánicas 1 0,08 0,02 0,02

Petróleo 13 0,28 0,18 0,01

Minas 3 0,46 0,36 n.d.

Uso de químicos agrícolas 3 0,20 0,08 n.d.

Agua de irrigación 4 0,25 0,16 0,01

Quemas de fundas plásticas 5 1,28 0,96 0,01

Quema de basuras urbanas 4 0,39 0,06 0,10

MuestrasPOSIBLES FUENTES DE

CONTAMINACIÓN

Cd

mg kg-1

FORMAS DE Cd ENCONTRADOS EN SUELOS ECUATORIANOS, AFECTADOS POR DIFERENTES FUENTES DE CONTAMINACIÓN

Cd

(m

g kg

-1)

0.00

0.25

0.50

0.75

1.00

1.25

1.50

1.75

2.00

2.25 Biol insecticida

Biol gallinaza

Biol porcino

Biol bobino

Biol UTE

Biol comercial

Biol insecticida

Té de compost

Biofertilizante

Compost lodos

Compost estiércol

Gallinaza

Bocashi

Abono orgánico

Humus

CONTENIDO DE Cd EN ABONOS ORGÁNICOS COMERCILAES

FORMAS DE Cd EN SUELOS ECUATORIANOS, BAJO DIFERENTES CONDICIONES DE USO.

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

Cacao23

Banano13

Palma acei10

Plátano2

Café13

0,01 0,08

0,010,00 0,02

0,41

0,21

0,130,08 0,14

0,61

0,31

0,220,19 0,24

Cd

(m

g kg

-1)

Hidrosoluble

Asimilable

Total Agua regia

AB-DTPA

Agua

FORMAS DE Cd EN SUELOS DE DIFERENTES PROVINCIAS DEL LITORAL Y ORIENTE ECUATORIANO

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

0,010,10

0,020,00

0,15

0,020,01

0,01 0,03

0,20

0,10

0,27 0,31

0,69

0,04 0,10

0,24

0,10

0,44

0,18

0,380,45

0,93

0,15 0,16

0,38

0,22

Cd

(m

g kg

-1)

Hidrosoluble

Asimilable

Total

DETERMINACIÓN DE METALES

PESADOS EN SUELOS DEL ECUADOR

20

40

60

80

100

20

40

60

80

100

Mrd Mox

Mrz Mso

20

40

60

80

100

Cd

(%

)

20

40

60

80

100

0

BA

EO

1

BA

EO

2

BA

EO

3

BA

EO

4

CC

EO

1

CC

EO

2

CF

EO

1

CC

FO

1

CC

FO

2

CC

FO

3

CC

FO

4

CF

FO

1

CF

FO

2

CF

FO

3

BA

GU

1

BA

GU

2

CC

GU

1

CC

GU

2

CC

GU

3

BA

LR

1

BA

LR

2

CC

LR

1

CC

LR

2

CC

MA

1

CC

SU

1

DE

SU

1

DE

SU

2

Mrd Mox

Mrc Mso

Suelo

DISTRIBUCIÓN RELATIVA DE LAS FORMAS DE CADMIO EN SUELOS DEL ECUADOR.

Método de URE et al. (1993).

Mso, Soluble;

Mrc, reducible;

Mox, Oxidable; Mrd, residual

PROPORCIONES DE Cd ADSORBIDO POR SUELOS DEL ECUADOR, DESPUÉS DE OCHO HORAS DE AGITACIÓN EN SOLUCIÓN CONTENIENDO Cd.

BA

EO

1

BA

EO

2

BA

EO

3 B

AE

O4

CC

EO

1

CC

EO

2

CF

EO

1

CC

FO

1

CC

FO

2

CC

FO

3

CC

FO

4 CF

FO

1

CF

FO

2

CF

FO

3

BA

GU

1

BA

GU

2

CC

GU

1

CC

GU

2 C

CG

U3

BA

LR

1

BA

LR

2

CC

LR

1

CC

LR

2

CC

MA

1

CC

SU

1

DE

SU

1

DE

SU

2

Cd

(%

)

0

10

20

30

40

50

60

70

0

10

20

30

40

50

60

70

Suelos

8

0

2

4

6

Cd

(m

g v

aso

1 )

BA

EO

1

BA

EO

2

BA

EO

3

BA

EO

4

CC

EO

1

CC

EO

2

CF

EO

1

CC

FO

1

CC

FO

2

CC

FO

3

CC

FO

4

CF

FO

1

CF

FO

2

CF

FO

3

BA

GU

1 BA

GU

2

CC

GU

1

CC

GU

2

CC

GU

3

BA

LR

1

BA

LR

2

CC

LR

1

CC

LR

2

CC

MA

1

CC

SU

1

DE

SU

1

DE

SU

2

2

-

BA

EO

1

BA

EO

2

BA

EO

3

BA

EO

4

CC

EO

1

CC

EO

2

CF

EO

1

CC

FO

1

CC

FO

2

CC

FO

3

CC

FO

4

CF

FO

1

CF

FO

2

CF

FO

3

BA

GU

1 BA

GU

2

CC

GU

1

CC

GU

2

CC

GU

3

BA

LR

1

BA

LR

2

CC

LR

1

CC

LR

2

CC

MA

1

CC

SU

1

DE

SU

1

DE

SU

2

CONTENIDOS DE Cd EN PLANTAS DE LECHUGA CULTIVADAS EN SUELOS DEL ECUADOR BAJO DIFERENTES SISTEMAS DE USO. Método Neubauer.

Suelos

FORMAS DE ADSORCIÓN DE Cd POR ENMIENDAS MINERALES Y ORGÁNICAS PARA USO EN SUELOS CONTAMINADOS

ISOTERMAS DE ADSORCIÓN TOTAL DE LANGMUIR PARA Cd EN ENMIENDAS

ORGÁNICAS Y MINERALES.

Concentración de equilíbrio de Cd (mg L -1 ) 0 20 40 60 80

0

2

4

6

8

10

Ad

so

rció

n t

ota

l d

e C

d (

g k

g-1

)

Vermicompost Torta de caña Torta de palmiste Calcita Roca fosfórica Zeolita

y= ((0,718091)*(3,59303)*x)/(1+((0,718091)*x)) R2 = 0,9674** 5,98

y= ((0,616919)*(6,80942)*x)/(1+((0,616919)*x)) R2 = 0,9763** 7,12

y= ((0,082524)*(0,88534)*x)/(1+((0,082524)*x)) R2 = 0,8355** 5,40

y= ((0,887329)*(9,22145)*x)/(1+((0,887329)*x)) R2 = 0,8661** 7,29

y= ((0,709822)*(6,56280)*x)/(1+((0,709822)*x)) R2 = 0,9674** 6,72

y= ((0,56850)*(10,85905)*x)/(1+((0,56850)*x)) R2 = 0,9759** 7,87

pH

0 20 40 60 80

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

Concentración de equilíbrio de Cd (mg L-1)

Ad

so

rció

n e

sp

ecíf

ica d

e C

d (

g k

g-1

)

Vermicompost Torta de caña Torta de palmiste Calcita Roca fosfórica Zeolita

y= ((0,119172)*(0,26231)*x)/(1+((0,119172)*x)) R2 = 0,9983**

y= ((0,214505)*(0,11417)*x)/(1+((0,214505)*x)) R2 = 0,9964**

y= ((0,078517)*(0,17778)*x)/(1+((0,078517)*x)) R2 = 0,9288**

y= ((0,541418)*(0,09896)*x)/(1+((0,541418)*x)) R2 = 0,9438**

y= ((0,107515)*(0,21654)*x)/(1+((0,107515)*x)) R2 = 0,9983**

y= ((0,172281)*(2,55840)*x)/(1+((0,172281)*x)) R2 = 0,9858**

% da CMACd total

7,3 1,7

20,1 1,1 3,3

23,6

ISOTERMAS DE ADSORCIÓN NO ESPECÍFICA DE LANGMUIR PARA CD EN ENMIENDAS ORGÁNICAS Y MINERALES

0 20 40 60 80

0

2

4

6

8

10

Concentración de equilíbrio de Cd (mg L-1)

Ad

so

rció

n e

sp

ecíf

ica

de C

d (

g k

g-1

) Vermicompost Torta de caña Torta de palmiste Calcita Roca fosfórica Zeolita

y= ((0,765396)*(3,37767)*x)/(1+((0,765396)*x)) R2 = 0,9593**

y= ((0,623292)*(6,70512)*x)/(1+((0,623292)*x)) R2 = 0,9753**

y= ((0,083551)*(0,70761)*x)/(1+((0,083551)*x)) R2 = 0,7997*

y= ((0,890904)*(9,12574)*x)/(1+((0,890904)*x)) R2 = 0,8651**

y= ((0,739711)*(6,38174)*x)/(1+((0,739711)*x)) R2 = 0,9665**

y= ((0,646106)*(8,97868)*x)/(1+((0,646106)*x)) R2 = 0,9858**

Secuencia de CMACd CC ≥ ZE > TC ≥ RF >> VC >> TP.

ISOTERMAS DE ADSORCIÓN ESPECÍFICA DE LANGMUIR PARA CD EN ENMIENDAS

ORGÁNICAS Y MINERALES.

ln K ΔG°

média ± desvío kJ mol-1

Vermicompost -0,91 ± 1,76 2,27 0,016

Torta de caña 0,05 ± 1,27 -0,13 0,019

Torta de palmiste -3,66 ± 0,96 9,06 0,126

Calcita 1,14 ± 0,89 -2,81 0,013

Roca fosfórica 0,13 ± 1,40 -0,33 0,016

Zeolita 0,16 ± 0,66 -2,87 0,020

RLEnmiendas

ENERGÍA LIBRE DE GIBBS Relacionada a la espontaneidad de la adsorción entre condicionadores y el Cd

ΔGº = - RT ln K K = Cs/Ceq R = constante ideal de los gases (8,314 J mol-1 K-1) K = constante de equilibrio a la temperatura (T, en ºK) Cs = concentración de Cd estimada por Langmuir en el adsorvente para alcanzar el equilibrio (mg L-1) y Ceq = concentración de Cd en la solución de equilíbrio (mg L-1).

Factor de retardamiento Volúmen de efluente necessário para que la concentración del metal en el efluente llegue al 50 % de la concentración de la solución de percolación.

EFECTOS DE ENMIENDAS DEL SUELO, ORGÁNICAS Y MINERALES, EN LA MOVILIDADE DE CADMIO, EN DOS OXISOLES.

Relación 1:10 (m/m)

Curva de lixiviación de Cd en suelo arcilloso

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

1 2 3 4 5 6 7

Conc

entr

ação

rel

ativ

a (1

-C/C

o)

Volumes de poros

Latossolo Vermelho AmareloEnmienda R 2 FR*

T 0,99 2,96

VC 0,96 6,87

TC 0,98 8,35

TP 0,96 6,03

CC 0,72 >15

RF 0,96 >15

ZE 0,99 >15

* Factor de retardamiento

y = - 0,1468 + 0,1226x - 0,0054x 2

y = - 0,2024 + 0,1564x - 0,0066x 2

y = 0,0010 - 0,0007x + 0,0001x 2

y = - 0,1783 + 0,1429x - 0,0077x 2

y = - 0,1830 + 0,1817x - 0,0132x 2

Ecuación

y = - 0,3543 + 0,3788x - 0,0304x 2

y = - 0,173 + 0,1331x - 0,0051x 2

Oxisol rojo amarillo

Volúmenes de poros

Co

nce

ntr

ació

n r

ela

tiva

(1

-C/C

o)

Secuencia CC = RF = ZE >> TC >VC ≥ TP

Curva de lixiviación de Cd em suelo de textura média

Secuencia RF = ZE > CC > TP = VC >> TC.

Enmienda R 2

FR*

T 0,98 2,21

VC 0,94 6,85

TC 0,94 1,63

TP 0,94 6,86

CC 0,93 7,75

RF 0,98 >15

ZE 0,97 >15

* Factor de retardamiento

Ecuación

y = - 0,1990 + 0,393x - 0,0344x 2

y = - 0,0968 + 0,0742x + 0,0019x 2

y = - 0,1386 + 0,399x - 0,038x 2

y = - 0,1349 + 0,0858x + 0,001x 2

y = - 0,1439 + 0,0987x - 0,002x 2

y = - 0,2052 + 0,2173x - 0,0174x 2

y = - 0,2049 + 0,1834x - 0,0123x 2

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

1 2 3 4 5 6 7

Conc

entr

ação

rel

ativ

a (1

-C/C

o)

Volumes de poros

Latossolo Vermelho

Condic R2FR*

T 0,98 2,21

VC 0,94 6,85

TC 0,94 1,63

TP 0,94 6,86

CC 0,93 7,75

RF 0,98 >15

ZE 0,97 >15

* Fator de retardamento

Equação

y = - 0,1990 + 0,393x - 0,0344x2

y = - 0,0968 + 0,0742x + 0,0019x2

y = - 0,1386 + 0,399x - 0,038x2

y = - 0,1349 + 0,0858x + 0,001x2

y = - 0,1439 + 0,0987x - 0,002x2

y = - 0,2052 + 0,2173x - 0,0174x2

y = - 0,2049 + 0,1834x - 0,0123x2

Oxisol rojo

Volúmenes de poros

Co

nce

ntr

ació

n r

ela

tiva

(1

-C/C

o)

1. En un suelo con cacao de El Oro, se encontró valores de Cd superiores a los

niveles críticos para el crecimiento de las plantas.

2. Las principales fuentes de contaminación para Pb, Cd y Zn fueron, la quema de

fundas plásticas, proximidad a las carreteras y aguas de minas.

3. Los cultivos de cacao y banano, se encuentran mayormente expuestos a

contaminación por Cd.

4. Las mayores proporciones de Cd se encuentran en la fracción residual; sin

embargo, el Cd prontamente asimilable (soluble + reducible), es considerable.

CONCLUSIONES

5. La calcita, zeolita y torta de filtro de caña de azúcar, son una alternativa para

reducir la disponibilidad de Cd en el suelo.

“Los metales pesados no arden, no explotan, no hacen ruido, matan silenciosamente. Se infiltran en los acuíferos, son muy tóxicos y se acumulan en el organismo. Aún más, se transmiten por la cadena trófica, de presas a predadores” (Anónimo).