Óxidos de Fe y Mn en suelos enmendados con lodos residuales

ÓXIDOS DE Fe y Mn EN SUELOS ENMENDADOS CON LODOS RESIDUALES
DESPUÉS DE 12 MESES DE APLICACIÓN
Jorge LUGO-DE LA FUENTE , Francisco FERNIZA-GARCIA, Olivia TAPIA-SANCHEZ,
Rocío VACA-PAULIN, Pedro DEL AGUILA-JUÁREZ , Elda GARCIA-VELAZCO.
Lab. de Edafología y Ambiente. Fac. de Ciencias UAEMex. Instituto Literario 100.
Toluca 50 000 jlugo@uaemex.mx
Palabras claves; óxidos de Fe y Mn, lodos residuales
RESUMEN
En el suelo están presentes rocas que contienen minerales primarios y secundarios,
tales minerales están constituidos por iones de Si, Fe, Al, Mn y pequeñas cantidades de
Ti; estos elementos pueden estar formando óxidos e hidróxidos en el suelo y se
relacionan con iones metálicos, para llevar a cabo procesos de transformación de
reacciones oxido-reducción y complejacion. El trabajo realizado consistió en un estudio
de óxidos de hierro y manganeso en suelos enmendados con lodos residuales después
de un año de ser acondicionado con lodo residual donde se relacionó con metales
pesados encontrándose que los óxidos de Fe y Mn determinados no juegan un papel
determinante en la disposición de los metales pesados en el suelo enmendado con lodo
residual.
INTRODUCCIÓN
Las partículas que componen al suelo son de origen mineral, provenientes de la
degradación de rocas ígneas (granitos y basaltos) y/o de rocas sedimentarias
(esquistos, gneis y calizas) (Porta et al., 2003).
En el suelo se encuentran minerales en forma de óxidos, que comprenden a los
óxidos, hidróxidos, oxihidróxidos e hidratos de hierro, manganeso, sílice y titanio entre
otros (Kämpf et al., 2000); tales compuestos constituyen en su mayoría productos de
neoformación debido a la alteración del suelo y su papel consiste en tener la facilidad
para cambiar de valencia y formar compuestos complejos con productos orgánicos y
minerales (Besoaín 1985 y Bohn, 1993).El material parental, la temperatura, la
humedad, materia organica, pH y Eh determina la formación de diferentes óxidos e
hidróxidos. Las fuentes de hierro y manganeso en los suelos lo constituyen diversos
minerales ferromagnesianos que en conjunto con la materia orgánica dan origen al
color del suelo (Mc Kenzie ,1989).
La disposición de los lodos residuales (LR) hoy día, ha llegado a ser un problema
económico y ambiental, para las plantas de tratamiento de aguas residuales. Los LR se
han utilizado como abonos para mejorar la calidad del suelo agrícola ya que aportan
una gran cantidad de nutrientes necesarios para el desarrollo óptimo de las plantas y al
mismo tiempo mejora las propiedades físicas y químicas del suelo (Smith, 1996).
Los principales elementos que componen las partículas del suelo son: oxígeno,
silicio, aluminio, hierro, calcio, sodio, potasio y magnesio (Porta et al., 2003); estos
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elementos entran en la dinámica química y están presentes los minerales de óxidos,
que comprenden a los óxidos, hidróxidos, oxihiroxidos e hidratos de hierro, manganeso,
sílice y titanio ( Kämpf et Al., 2000). El termino hidróxido se refiere a los óxidos [MOx],
hidróxidos [M(OH)x] y oxihidróxidos [MOx OHx ] de un metal M. Los hidro-óxidos son
estructuras cristalinas y forman parte de los minerales primarios y secundarios, que
presentan un desgaste ocasionados por cambios físicos, químicos presenten en el
suelo y el ambiente (Hsu, 1989). Estos cambios hacen que se libere Fe+2 por parte del
oxido de silicio al ambiente, y sufra una oxidación presentándose como Fe+4. Por otra
parte en los minerales del suelo el Mn+2 se produce en condiciones aeróbicas y en el se
llevan a cabo oxidaciones convirtiéndolo en Mn+4. También el Mn se le asocia con iones
tales como el Ba, Ca, Na, Li, NH4, Co, Cu y Ni, asociándose químicamente estos con
óxidos y hidróxidos de Mn presentando estructuras variables (Schwertman, 1985).
Los óxidos y hidróxidos son eficientes sorbentes y reducen a los iones inorgánicos tales
como los silicatos, fosfatos y molibdato así también participan en reacciones de oxido
reducción con iones orgánicos y sustancias complejantes. Así tambien estos hidróxidos
y óxidos cuando son hidratados tienden a presentar una alta superficie especifica y
juegan un papel en la fijación de fosofor a pH bajos del suelo, asi tambien retienen
aniones y trazas de metales como Cu, Pb, Zn, Co, Cr y Ni (Besoaìn 1985; Bohn 1993;
Schwertman, 1985).
Las fuentes de hierro y magnesio en los suelos lo constituyen diversos minerales
ferromagnéticos que conjunto con la materia orgánica constituyen el pigmento del suelo
(Schwertman, 1985).
La existencia de óxidos de hierro en los suelos se desarrolla bajo diferentes
condiciones climáticas, son carentes de un diagrama de difracción de electrones o de
rayos X y cuyos dominios de orden estructural son de rangos cortos no repetitivos. Las
mejores técnicas de estudio, tanto de las propiedades estructurales de los compuestos
amorfos de hierro, es a través de productos de síntesis como los efectuados por
MacKenzie, en donde maneja la identificación de los óxidos mediante por fotometría
infrarroja (Bohn 1993).
Los óxidos e hidróxidos de manganeso son importantes en la constitución del
suelo ya que son esenciales en la nutrición de animales y de las plantas, sus estados
de oxidación son determinantes, ya que de ellos dependerá su solubilidad y estadía en
los suelos. Esta solubilidad en los óxidos aumenta con el incremento de los iones H+ ,
lo que indica una disminución del pH (Fassbender et al., 1984).
El estudios consistió en determinar los óxidos de hierro y manganeso en suelos
enmendados con lodos residuales permite conocer y relacionarlos con las sustancias
de tipo inorgánico como son los metales pesados y poder conocer la importancia que
juegan estos óxidos de Fe y Mn en la disposición de los metales pesados.
METODOLOGÍA
El LR fue proporcionado por la planta Toluca Oriente. El acondicionamiento del
suelo con lodos residuales fue en tratamientos con 18 y 24 Tn Ha-1, en cultivo de maíz.
Se realizó el muestreo un año después del acondicionamiento con el LR y este se
realizó de manera preferencial (Cochran, 1977).
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Las muestras fueron secadas a temperatura ambiente, molidas, homogenizadas
y tamizadas a 2 mm para posteriormente realizar los siguientes (Webster y Oliver, 1990)
Para determinar pH de las muestras de suelo (10 gr.) y se le agrego 25 ml de
agua destilada, se agito durante 30 min. y se deja reposar 30 min. Se determinara el pH
con un potenciómetro Corning modelo 340, al que previamente se ajusto el pH,
utilizando patrones de referencia pH 4 y 7 (Jackson, 1982).
Para la determinación de metales pesados en los substratos de los tres
tratamientos se realizó una digestión ácida (HNO3 + HCl) en una relación 4:1,
empleando una placa caliente y leyendo en un espectrofotómetro de absorción atómica
Perking Elmer 3110.
La concentración de metales pesados disponibles se determinara pesando 10 g
de suelo a los que se les agregara 20 ml de solución extractante de DTPA para
posteriormente ser agitados durante dos horas a una velocidad de 120 rpm, las
soluciones restantes se filtra a través del papel filtro Whatman no. 40 y se leerá en un
espectrofotómetro de absorción atómica Parkin Elmer 3110
La determinación de los óxidos de hierro y manganeso se utilizó el método del
ácido oxálico-oxalato de amonio (pH = 3) y las muestras fueron leídas empleando un
espectrofotómetro de absorción atómica Parkin Elmer 3110.
RESULTADOS Y DISCUSIONES
Como se observa en la Tabla I el Cuadro 1 los contenidos del oxido de hierro y
de manganeso variaron con respecto a la cantidad de LR adicionados, asimismo se
muestra que los óxidos de hierro tienen valores más bajos en los sitios donde se
depositaron los LR que en el suelo testigo; mientras que para los óxidos de Mn se
mantuvieron muy parecidos entre todos.
Con los datos, se realizó una prueba de Tukey, siendo solo los óxidos de hierro
los que presentaron diferencias significativa (F = 5.8, p< 0.01) estas diferencias pueden
obedecer a la baja en el pH, o al poder estar formando quelatos con cationes en el
suelo , también se puede presentar la absorción de metales bivalentes como sería el
caso del Pb por parte de lo óxidos e hidróxidos (Li et al., 2006: McKenzie ,1989).
Con relación a los óxidos de Mn, estos no mostraron diferencias entre los
tratamientos.
Tabla I. Contenidos de oxido de hierro y de manganeso
Tratamiento
Oxido de hierro (ppm)
TBco
T18Tn
T24Tn
Oxido de manganeso
( ppm)
TBco
T18Tn
T24Tn
Media ± D.E.
Mínimo
Máximo
7062± 851
6125 ± 1014
5268± 1038
6130
4510
4116
8751
7613
6948
231 ± 76
202 ± 95
217 ± 81
171
120
120
332
285
332
TBco= tratamiento control, T18Tn= tratamiento de 18 Tn/ha, T24Tn= tratamiento de 24 Tn/ha
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Por otro lado, también se midieron los metales pesados en estas muestras y se
encontró que ningún elemento determinado rebasó los límites permisibles y no se
encontraron diferencias significativas entre los tratamientos (Tabla II).
Tabla II. Valores de metales pesados totales en suelos adicionados con lodos
residuales.
SUELO
Ni
Zn
Testigo
18 Tn
24 Tn
28.4
34.3
28.3
54.3
73.1
49.8
Cu
mg Kg-1
27
29.2
29.5
Pb
Cd
Nc
Nc
Nc
Nd
Nd
Nd
Al realizar una correlación entre los óxidos de Hierro y manganeso y los metales
totales determinados, se encontró que el tratamiento de 24 Tn presenta una correlación
entre el Cu y los óxidos de hierro (r = 0.965 con una P< 0.05), lo cual viene a ser citado
por otros autores (Kámpf et al, 2000), esto se debe a la especifica área de superficie de
los óxidos de hierro. Por otro lado, también se sabe que los óxidos de Mn tienen la
capacidad de sorber metales, para este estudio, no se mostró ninguna correlación entre
los óxidos de Mn y los metales.
CONCLUSIONES
Los óxidos de Fe y Mn determinados no se incrementaron con la adición de
lodos residuales.
El papel que juegan los óxidos en la retención de metales solo tiene que ver con
la sorción de Cu en el tratamiento con 24 Tn Ha-1.
REFERENCIAS
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Webster R. y Oliver M.A. (1990). Statistical Methods in Soil Land Resource Survey.
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