Fertilización Fosforada y Liberacion de Arsénico en Suelos Agrícolas

 BOLETIN DIFUSIÓN 1-­‐ 2014 Fertilización Fosforada y Liberacion de Arsénico en Suelos Agrícolas PATRICIA VENEGAS MOYANO, Jefe Laboratorio Químico, CIAP_ UTFSM El arsénico es un elemento tóxico para humanos, animales y plantas y puede estar presente en todos los ambientes naturales; en el suelo se encuentra en estado sólido principalmente en forma de arseniatos y sulfuros con carga negativa. Se ubica en la tabla periódica en el grupo VA bajo el fósforo, teniendo ambos similar configuración electrónica y propiedades químicas, hecho que conlleva múltiples implicancias tanto a nivel edáfico, como a la toxicidad del arsénico para la plantas. El anión fosfato (PO4), especie química más frecuente del fósforo en suelos, tiene un comportamiento químico similar al arseniato (AsO4). La aplicación de fósforo al suelo como fertilizante conlleva indiscutiblemente una liberación del arsénico adsorbido por competencia en la retención de ambos aniones (Cao y col., 2003). El arseniato es un oxianión que es adsorbido de manera específica por minerales que poseen grupos hidroxilos libres, es decir superficiales disponibles, esta adsorción sucede principalmente en suelos con altos contenidos de óxidos de hierro, aluminio, manganeso y arcillas formando complejos fuertemente retenidos al suelo. Cuando en un suelo contaminado con arsénico se realiza una excesiva fertilización con fosfato, este desplazará al arseniato acumulado en el suelo de las posiciones de adsorción, dejándolo disponible para el consumo de las plantas y pudiendo llegar a la cadena alimentaria tanto de animales como de humanos a través de la ingesta de estos vegetales. Un riesgo adicional asociado a la fertilización con fosfato es que en presenia de suficiente agua en el suelo para lixiviar, el arsénico liberado podría penetrar a lugares más profundos del suelo, incluso pudiendo llegar a las napas subterráneas, produciéndose una paradoja ambiental: el beneficio de disminuir el contenido de arsénico en el suelo cultivable se compensa con riesgo de aumentar la concentración de arsénico en las aguas subterráneas (Peryea y col., 1995) Centro de Investigaciones Aplicadas, Universidad Técnica Federico Santa María. Calle Madrid #344, Rancagua Fono-­‐Fax 56-­‐72-­‐ 248264 e-­‐mail: ct.rancagua@usm.cl – www.ciap.usm.cl 1 BOLETIN DIFUSIÓN 1-­‐ 2014 La ecuación (1) describe la competencia entre fosfato y arseniato sobre óxido de hierro asumiendo la formación de un complejo bidentado que mayoritariamente se formaría en el suelo en un rango de PH 3 a 7, ambos aniones tienen similares constantes de desprotonación y se comportan de forma análoga frente a la superficie cargada del suelo. En la ecuación se puede apreciar que por cada mol de arseniato liberado, un mol de fosfato es adsorbido sobre el óxido de hierro y viceversa, lo que manifiesta la competitividad de cada anión por estos sitios de adsorción del suelo. Algunos estudios (Woolson y col. 1973, Violante y col., 2002, Bolan y col., 2013) han demostrado que un exceso en la aplicación de fertilizantes de fósforo (concentración > a 400 mg/kg) en suelos contaminados con arsénico tiene un efecto directo sobre su concentración en la solución de suelo desplazando entre el 67% y 92% del arsénico total del suelo, y de esta forma, haciéndolo fitodisponible a las plantas, fig(2), sin embargo este comportamiento dependerá del tipo de suelo y de los minerales que este posea teniendo un efecto mayor en suelos de carga variable. Por otro lado, la aplicación excesiva de fósforo al suelo aumenta el riesgo de que el fósforo no sea debidamente aprovechado. De acuerdo a datos proporcionados por los mismos fabricantes, en condiciones normales entre el 20 y 30 % del fósforo aplicado al suelo como fertilizante es absorbido por la planta durante un ciclo de crecimiento. La mayoría del fósforo se encuentra adherido a las partículas del suelo. El escurrimiento de agua en los surcos produce erosión y arrastra suelo y fósforo llevándolos a las aguas efluentes (Iida y col., 2009). El agua de riego con un alto contenido de fósforo podría generar un efecto similar al del fertilizante y contribuir a la liberación del arsénico estabilizado en las partículas del suelo contaminado, es decir, las aguas de riego ricas en fosforo también pueden provocar liberación de arsénico contenido en los suelos agrícolas. Un gran número de investigadores han comprobado que la aplicación de fósforo en suelos provoca un aumento del arsénico biodisponible. Este aumento podría verse reflejado en una Centro de Investigaciones Aplicadas, Universidad Técnica Federico Santa María. Calle Madrid #344, Rancagua Fono-­‐Fax 56-­‐72-­‐ 248264 e-­‐mail: ct.rancagua@usm.cl – www.ciap.usm.cl 2 BOLETIN DIFUSIÓN 1-­‐ 2014 mayor absorción de arsénico por la planta, pudiendo incluso en algunos cultivos producirse el mismo nivel de competencia en la absorción de ambos, ya que son consumidos por las plantas por la misma vía de transporte (Meharg y col., 1992) , siendo un peligro latente la aparición o acumulación de arsénico en los alimentos producidos por la agroindustria debido a este fenómeno. Con respecto a este último punto, se ha documentado la aparición de arsénico en granos, frutas, vegetales, animales de pastoreo y productos del mar. Especial interés genera el arsénico en arroz, ya que se da el caso específico de que obtiene arsénico del suelo y el agua más fácilmente que el resto de los otros granos y además forma parte importante de la dieta de niños y adultos. Un estudio realizado por la FDA entre los años 2012 y 2013, analizó 1300 muestras de arroz detectando entre 0.1 a 7.2 ug de arsénico por ración, si bien estas dosis de arsénico por si solas no pueden causar una enfermedad grave, si podría ser perjudicial a largo plazo debido a la acumulación de arsénico en el tiempo y sus efectos cancerigenos. En este sentido es necesario explorar nuevas líneas de investigación para proteger a la población y disminuir el contenido de arsénico en los productos de origen vegetal sobre todo en aquellas regiones con alta exposición ambiental. Referencias Cao, X., Ma, L.Q., Shiralipour, A., 2003. Effects of compost and phosphate amendments on arsenic mobility in soils and arsenic uptake by the hyperaccumulator Pteris vittataL. Environmental Pollution 126:157–167. Zhao Hongshao, Robert Stanforth, 2001. Competitive Adsorption of Phosphate and Arsenate on Goethite. Environ. Sci. Technol 35: 4753-­‐4757. Woolson, E.A., 1973. Arsenic phytotoxicity and uptake in six vegetable crops. Weed Science 21:524–527. Violante Antonio, Pigna Massimo, 2001. Competitive sorption of arsenate and phosphate on different clay minerals and soils. Soil Science Society of America Journal 66, 6:1788-­‐1796. Nanthi Bolan, Santiago Mahimairaja, Anitha Kunhikrishnan, Girish Choppala, 2013. Phosphorus–
arsenic interactions in variable-­‐charge soils in relation to arsenic mobility and bioavailability. Science of the Total Environment 463–464:1154–1162. F. J. Peryea, R. Kammereck, 1995. Water, Air and Soil Pollution 93:1-­‐4 Meharg AA, Macnair MR., 1992. Suppression of the high affinity phosphate uptake system: a mechanism of arsenate tolerance in Holcus lanatus L. J Exp Bot 43:519–24 C.L. Iida y C.C. Shock, 2009. El dilema del fósforo. Oregon State University Centro de Investigaciones Aplicadas, Universidad Técnica Federico Santa María. Calle Madrid #344, Rancagua Fono-­‐Fax 56-­‐72-­‐ 248264 e-­‐mail: ct.rancagua@usm.cl – www.ciap.usm.cl 3 BOLETIN DIFUSIÓN 1-­‐ 2014 http://www.fda.gov/Food/FoodborneIllnessContaminants/Metals/ucm319870.htm Centro de Investigaciones Aplicadas, Universidad Técnica Federico Santa María. Calle Madrid #344, Rancagua Fono-­‐Fax 56-­‐72-­‐ 248264 e-­‐mail: ct.rancagua@usm.cl – www.ciap.usm.cl 4