Introducción
⌅Los metales pesados son aquellos elementos químicos cuya densidad es mayor a 5 g/ml y son abundantes en la naturaleza.
Los metales pesados por su elevada toxicidad, el impacto causado en salud por exposición prolongada o por bio-acumulación de metales pesados resulta alarmante. Dependiendo del tipo de metal o metaloide, se producen afecciones que van desde daños en órganos vitales hasta desarrollos cancerígenos (Combariza, 2009Combariza Bayona, D. A. (2009). Contaminación por metales pesados en el embalse del Muña y su relación con los niveles en sangre de plomo, mercurio y cadmio y alteraciones de salud en los habitantes del municipio de Sibaté (Cundinamarca) 2007. Departamento de Toxicología.; Nava-Ruíz & Méndez Armenta 2011Nava-Ruíz, C., & Méndez-Armenta, M. (2011). Efectos neurotóxicos de metales pesados (cadmio, plomo, arsénico y talio). Archivos de Neurociencias, 16(3), 140-147.). A nivel global, se han reportado casos que dan cuenta de las afecciones en la salud por causa del consumo de alimentos contaminados por metales pesados.
Estudios recientes reportan la presencia de metales pesados y metaloides tales como mercurio (Hg), arsénico (As), plomo (Pb), cadmio (Cd), zinc (Zn), níquel (Ni) y cromo (Cr) en hortalizas tales como la lechuga, repollo, calabaza, brócoli y papa (Singh, 2010; Chen, 2013Chen, Y. 2013. Accumulation and health risk of heavy metals in vegetables from harmless and organic vegetable production systems of China. Ecotoxicolosy and Environmental Safety. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.ecoenv.2013.09.037 ).
De igual manera, se han encontrado metales en diferentes concentraciones en peces, carnes y leche resultado de la bio-acumulación y movilidad desde el ambiente a las fuentes hídricas (Singh, 2010; Li et al, 2015Li, N., Kang, Y., Pan, W., Zeng, L., Zhang, Q., & Luo, J. (2015). Concentration and transportation of heavy metals in vegetables and risk assessment of human exposure to bioaccessible heavy metals in soil near a waste-incinerator site, South China. Science of the total environment, 521, 144-151.).
A nivel global, se han reportado casos que dan cuenta de las afecciones en la salud por causa del consumo de alimentos contaminados por metales pesados. Un caso relevante ocurrió en Japón en la década de los cincuenta, en donde la población ubicada en las riberas del río Jintsu, aguas abajo de una zona minera de zinc (Zn), plomo (Pb) y cobre (Cu), se vio afectada por el consumo de arroz proveniente de cultivos contaminados con cadmio (Cd) procedente de los vertimientos de las minas. Esta ingesta produjo una enfermedad conocida como Itai-Itai o osteoartríts la cual afecta principalmente el tejido óseo (Infante, et al, 2010Infante, C. I. S., Calderón, J. É. R., Torres, É. C., & Álvarez, J. C. D. (2010). Perfil sociodemográfico y epidemiológico de la población expuesta a la contaminación por mercurio, plomo y cadmio, ubicada en la vereda Manuel Sur del municipio de Ricaurte y los barrios Brisas del Bogotá y La Victoria del municipio de Girardot. Investigación en Enfermería: Imagen y Desarrollo, 12(2), 93-116.).
De otra parte, en la población infantil de Torreón, Coahuila ubicada en Norte-centro de México se han reportado casos por envenenamiento principalmente por plomo (Pb) proveniente de actividades industriales que incorporan este metal a la cadena alimenticia y al agua (Valdés, 1999).
La contaminación del agua por metales pesados ocasionada por vía antrópica y natural, está afectando drásticamente la seguridad alimentaria y salud pública (Huang, 2014Huang, Z., Pan, X. D., Wu, P. G., Han, J. L., & Chen, Q. (2014). Heavy metals in vegetables and the health risk to population in Zhejiang, China. Food Control, 36(1), 248-252.). Estudios recientes reportan la presencia de metales pesados y metaloides tales como mercurio (Hg), arsénico (As), plomo (Pb), cadmio (Cd), zinc (Zn), níquel (Ni) y cromo (Cr) en hortalizas tales como la lechuga, repollo, calabaza, brócoli y papa (Singh, 2010; Chen, 2013Chen, Y. 2013. Accumulation and health risk of heavy metals in vegetables from harmless and organic vegetable production systems of China. Ecotoxicolosy and Environmental Safety. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.ecoenv.2013.09.037 ).
Dentro de las alternativas para la gestión de residuos, el compostaje es la más adecuada; ya que permite además, el aprovechamiento del producto final de este proceso (Boulter, 2021Boulter, M. 2021. Pulpa de café: Coffearabica: como fuente alternativa para la nutrición de las plantas cultivadas.). Dicho proceso degradativo tiene una duración variable, dado por la calidad de los residuos, el tamaño de las partículas, disposición de la pila, aireación, humedad y población biológica activa.
El período de transformación de estos residuos para su posterior utilización con sustratos en la agricultura es aproximadamente de 170 días e implica la acumulación de gran cantidad de material en las plantas de compostaje (Boulter, 2021Boulter, M. 2021. Pulpa de café: Coffearabica: como fuente alternativa para la nutrición de las plantas cultivadas.), fenómeno que a limitado la introducción de los residuos urbanos en la agricultura.
En el caso específico de la provincia de Guantánamo, Cuba, existe una Planta de Tratamiento de Residuos Sólidos Urbanos y seis Centros para el Manejo Agroecológico de Residuos Urbanos, los cuales generan cientos de toneladas de residuos orgánicos biodegradables cada día que son acumulados en sitios de descarga para proceder a diferentes procesos dregradativos (Mejía, 2017Mejía, A. 2017. Identificación de Empresas Agroindustriales generadoras de Aguas Residuales y Desechos Sólidos en El Salvador, MAG - MARN, Nueva San Salvador. ).
La utilización de estos residuos en la elaboración de compost para la Agricultura Urbana podría representar una opción adecuada para prevenir su acumulación y por ende el daño que provoca con los altos contenidos de metales pesados que si sobrepasan los límites permisible provocan graves daños a la salud humana, por lo tanto es primordial su caracterización química y microbiológica antes de ser aplicados en los sistemas de producciones agrícolas, debido a la presencia de microorganismos patógenos y metales pesados que éstos pueden contener (Guzmán, 2021Guzmán, R. 2021. Aprovechamiento de los residuos sólidos provenientes del beneficio de las plantas cultivadas. ).
La presente investigación se propone como objetivo: “estudiar los metales pesados en sustratos obtenidos a partir de residuales para su uso en la agricultura.
Materiales y métodos
⌅Condiciones generales de la experimentación.
⌅El estudio se desarrolló en el periodo comprendido enero - diciembre 2021 en colaboración Centro de Desarrollo de la Montaña- Universidad de Guantánamo. Fue necesario trasladar todo los residuales para un área seleccionada dentro de la finca de la Universidad ubicada dentro del área perimetral. Las muestras fueron analizadas en el laboratorio de química de la Universidad de Guantánamo.
Las muestras fueron tomadas de los sitios que aparecen a continuación.
Los Residuos sólidos Urbanos procedieron del Centro Ecológico de Procesamiento de Residuos Urbanos (CEPRU) “Isleta”, ubicado en el lado sur del municipio Guantánamo, Cuba. La procedencia de estos RSU es fundamentalmente de origen doméstica, con aportes estimados de una población de 33 596 habitantes. Estos residuos antes de compostar son clasificados manualmente, donde son despojados de los residuos no biodegradables o de difícil degradación. La descarga diaria promedio de estos residuos por esta población se calcula en un número superior a los 70 m3.
Los Biosólidos de Aguas Residuales municipales utilizados procedieron de la Estación Depuradora de Aguas Residuales (EDAR) “Quibú” del Municipio Marianao, de la Ciudad de la Habana. Los mismos fueron obtenidos mediante un proceso de digestión anaeróbica y su producción varía de 617 - 778 toneladas anuales. Su procedencia es fundamentalmente de origen residencial, con aportes de una población estimada de 120 000 habitantes.
Los Residuos de la Agroindustria Cafetalera (pulpa de café) procedieron de la despulpadora de café, situada en áreas de la Empresa Agroforestal “Coronel Arturo Lince González”, en la localidad de Sabaneta, del municipio “El Salvador”, provincia Guantánamo, la misma se encuentra ubicada en el kilómetro 44 de la carretera que comunica al municipio Guantánamo con el de Sagua de Tánamo, de la provincia Holguín.
Para la elaboración de los compost se tuvo en cuenta la metodología publicada en el manual Hernández, 2001Hernández, R. (2001). Nutrición mineral de las plantas. Material didáctico. Facultad de Ciencias Forestales y Ambientales. Universidad de los Andes, Mérida, Venezuela.. Para esto se conformaron pilas con dimensiones aproximadas de: 10 m de largo, 1,20 m de ancho y 1 m de alto.
En esta fase de la experimentación se evaluó el tiempo de maduración de las pilas (en días), mediante el monitoreo de la temperatura hasta lograr la estabilización de la misma a valores que oscilaban alrededor de la temperatura media ambiental.
Análisis de las propiedades químicas que con mayor frecuencia se evalúan en trabajos de interés agronómicos cuando se trabaja con abonos orgánicos.
⌅Para la determinación de los contenidos totales de Ca, Na, Mg, P, y K de los abonos orgánicos, se realizó una digestión con una mezcla de ácido sulfúrico (H2SO4) y selenio (Se), según el método Kjeldahl y en el extracto se determinaron los contenidos de Ca, Na y Mg por volumetría, mediante valoración con EDTA, el P por el método colorimétrico, mediante el desarrollo del color azul del complejo molibdofosfórico a longitud de onda de 660 nm y el K por fotometría de llama, comparado con la emisión producida por las soluciones patrones.
Análisis de la concentración de metales pesados (MP) en los compost de residuos orgánicos, las proporciones suelo: abonos orgánicos y los órganos vegetales.
⌅Los elementos metálicos evaluados fueron: Aluminio (Al), Cobalto (Co), Cromo (Cr), Cobre (Cu), Hierro (Fe), Mercuro (Hg), Manganeso (Mn), Níquel (Ni), Plomo (Pb), zinc (Zn) y Cadmio (Cd).
Para los análisis de la concentración total de metales pesados en el suelo, los sustratos elaborados a partir de las proporciones suelo: abono orgánico, se tomaron cuatro muestras por tratamiento y las determinaciones se realizaron mediante espectrometría de Absorción Atómica, utilizando un espectrómetro modelo SOLAR 929, con previa digestión con una mezcla de ácidos (agua regia): ácido nítrico (HNO3): ácido clorhídrico (HCl), en una proporción volumen: volumen (1:3). Los resultados fueron expresados en porcentajes (%) para los metales que se encontraron en mayor concentración en el sustrato.
Resultados y discusión
⌅Análisis de la concentración de metales pesados (MP) de los compost.
⌅Al hacer un análisis de los metales evaluados en los compost elaborados (Tabla 1) se observó que de forma general los elementos se encontraron en un orden decreciente Fe > Al > Zn > Mn > Cu > Pb > Cr > Ni > Co > Cd > Hg. El mayor contenido de Fe y Al evidencia que el origen de estos residuos es fundamentalmente doméstico.
| Tratamientos Proporciones (1v:1v) (1v+1v) | Metales | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Al | Co | Cr | Cu | Fe | ||
| Compost RSU | 17202,5±2697,5 | 17,2±0,4 | 498,8±36,4 | 201,0±4,0 | 33357,5±1157,5 | |
| Compost BAR | 16887,5±1442,5 | 7,3±2,3 | 123,6±14,8 | 220,5±83,5 | 22082,5±1772,5 | |
| Compost RAC | 19100,0±1915,0 | 11,4±0,7 | 170,8±6,1 | 119,5±6,5 | 24682,5±1917,5 | |
| Compost RSU:BAR | 14176,5±1568,5 | 15,6±2,5 | 325,2±13,1 | 215,4±2,7 | 30267,5±1807,5 | |
| Compost RSU:RAC | 19845,0±1595,0 | 11,2±0,3 | 116,3±2,9 | 181,9±0,9 | 23212,5±1482,5 | |
| Compost BAR:RAC | 23172,5±1042,5 | 11,1±0,2 | 152,5±4,3 | 174,9±6,1 | 25220,0±260,0 | |
| Compost RSU:BAR:RAC | 19060,0±2315,0 | 13,6±0,4 | 304,8±19,9 | 196,6±3,0 | 29942,5±1397,5 | |
| Compost RSU+BARF | 15550,0±545,0 | 13,5±0,4 | 379,1±44,0 | 232,3±30,4 | 30982,5±507,5 | |
| Compost RAC+BARF | 22585,0±540,0 | 9,9±0,0 | 119,1±1,7 | 199,7±10,7 | 24577,5±87,5 | |
| Compost RSU:RAC+BARF | 14837,5±387,5 | 13,2±1,1 | 240,5±5,2 | 179,3±1,05 | 26065,0±545,0 | |
| BARF | 16269,5±255,5 | 7,5±0,3 | 99,7±1,4 | 251,6±1,55 | 22369,0±46,0 | |
| Niveles máximos permisibles | - | - | 400 | 450 | - | |
| Compost RSU | 1,2±0,1 | 540,45±6,95 | 219,6±9,6 | 397,5±23,5 | 506,0±12,0 | 6,1±0,2 |
| Compost BAR | 1,1±0,2 | 289,55±22,25 | 61,5±9,0 | 171,9±12,9 | 546,0±42,0 | 3,5±0,4 |
| Compost RAC | 0,1±0,1 | 372,05±4,95 | 107,1±3,5 | 5,0±1,0 | 120,0±2,0 | 2,3±0,35 |
| Compost RSU:BAR | 1,2±0,3 | 447,85±8,05 | 145,9±14,0 | 408,3±13,7 | 661,2±51,0 | 7,8±0,3 |
| Compost RSU:RAC | 1,2±0,1 | 333,65±1,95 | 407,9±35,7 | 81,8±5,0 | 447,2±19,2 | 3,8±0,5 |
| Compost BAR:CAR | 0,9±0,1 | 359,35±6,85 | 173,4±2,2 | 68,1±0,4 | 421,6±13,9 | 4,75±0,35 |
| Compost RSU:BAR:RAC | 1,7±0,1 | 429,65±3,85 | 135,7±6,7 | 231,8 ±3,0 | 489,9±10,0 | 6,6±0,25 |
| Compost RSU+BARF | 1,2±0,2 | 434,8±13,1 | 155,4±5,8 | 282,6±26,3 | 609,5±11,3 | 6,9±0,3 |
| Compost RAC+BARF | 1,7±0,1 | 310,05±12,75 | 67,8±2,8 | 82,6±6,7 | 482,9±21,5 | 4,0±0,2 |
| Compost RSU:RAC+BARF | 1,3±0,1 | 359,7±14,7 | 117,1±1,0 | 192,2±2,7 | 433,0±23,0 | 4,4±0,4 |
| BARF | <LD | 280,6±3,7 | 47,0±7,0 | 138,0 ±1,7 | 745,0±20,7 | 5,4±0,3 |
| Niveles máximos permisibles | 7 | - | 120 | 300 | 1100 | 10 |
En la tabla se observa que el contenido de Al fue mayor en el compost de BAR: CAR y de RAC: BAR.
La mayor concentración de Co correspondió para el compost de RSU, aunque se aceptan los valoreas encontrados en el Compost RSU: BAR. Por otro lado el menor contenido se detectó en el compost de BAR.
Como se observa la mayor concentración de Cr se encontró en el compost de Residuos Sólidos Urbanos (RSU), seguido de la encontrada en el compost de Residuos Sólidos Urbano mezclado con el Biosólido fresco (RSU: BARF) aunque son aceptables los valores descritos en el Compost de Residuos Sólidos Urbanos mezclado con Biosólidos de Aguas Residuales (RSU:BAR).
Al evaluar el contenido de Cu se observó que las concentraciones encontradas en el compost de BAR, el de RSU: BAR, en el BARF y el abono orgánico elaborado a partir de la mezcla de RSU con BARF superaron a las encontradas en el compost de RAC. Los restantes abonos orgánicos manifestaron valores inferiores a los antes citados.
Al evaluar el contenido de Fe se pudo observar que la mayor concentración de este elemento se encontró en el compost de RSU, Compost de RSU: BAR, en el compost RSU: BAR: RAC y en el compost RSU: BARF.
En cuanto al contenido de Hg, la mayor concentración fue detectada en el compost elaborado por la combinación de Residuos Sólidos Urbanos: Biosólidos de Aguas Residuales: Residuos de la Agroindustria Cafetalera (RSU: BAR: RAC), seguido del compost elaborado a partir de Residuos de la Agroindustria Cafetalera: Biosólidos de Aguas Residuales frescos (RAC: BARF), así posteriormente se encuentran con valores inferiores a la concentración encontrada en los compost elaborado por la mezcla de Residuos Sólidos Urbanos: Residuos de la Agroindustria Cafetalera y posteriormente mezclado con Biosólidos de Aguas Residuales fresco (RSU: RAC+BARF).
La mayor concentración de Mn fue encontrada en el compost RSU, seguidos de Compost RSU: BAR, Compost RSU: BAR: RAC y Compost de RSU mezclado con el Biosólido de Agua Residuales frescos (BARF) respectivamente.
Al evaluar el contenido de Ni se evidenció la mayor concentración de este elemento en el compost de Residuos Sólidos Urbanos combinado con Residuos de la Agroindustria Cafetalera (RSU: RAC), seguido de la encontrada en el compost de Residuos Sólidos Urbanos. El menor contenido se encontró en el Biosólido de Aguas Residuales fresco (BARF), posteriormente se manifestaron valores menores en el Compost de Residuos de la Agroindustria cafetalera mezclado con el Biosólido de aguas residuales fresco (RAC+BARF) respectivamente.
El compost de Residuos Sólidos Urbano (RSU) y el compost resultante de la combinación de Residuos Sólidos Urbano y Biosólidos de Aguas Residuales presentaron la mayor concentración de Pb. La menor concentración de este elemento se encontró en el compost de Residuos de la Agroindustria Cafetalera (RAC).
La mayor concentración de Zn fue detectada en el Biosólido de Aguas Residuales fresco (BARF), seguido por la concentración encontrada en el compost de RSU: BAR. La menor concentración se encontró en el compost RAC.
La mayor concentración de Cd se encontró en el compost elaborado con Residuos Sólidos Urbanos: Biosólido de Aguas Residuales (RSU: BAR), así posteriormente se describen con valores los compost de Residuos Sólidos Urbanos mezclado con Biosólido de aguas residuales frescos (RSU+BARF). La Menor concentración se encontró en el compost de Residuos de la Agroindustria Cafetalera (RAC).
Teniendo en cuenta el análisis realizado, en este trabajo se limita a hacer comparaciones con otros resultados encontrados en varios trabajos referidos a la temática a escala internacional, debido a que la composición de los diferentes tipos de Residuos Sólidos Urbanos depende de varios factores, tales como: la época del año, la costumbre de la población, el nivel de industrialización de la zona en estudio, las variaciones de las condiciones climáticas, entre muchos otros factores.
De forma general al comparar los resultados de este trabajo con los límites máximos establecidos por la legislación Española 1998. (Cd<10, Cr<400, Ni<120, Pb<300, Cu<450, Zn<1100 y Hg<7), los contenidos de los metales pesados Hg, Cd, Zn y Cu están por debajo del nivel máximo permisible, mientras que las concentraciones de Ni, Pb y Cr superan estos valores en algunos abonos orgánicos.
En el caso del Cr, los niveles máximos permisibles fueron superados en el compost de Residuos Sólidos Urbanos (RSU). Los niveles máximos del Ni fueron superados en el compost de RSU, en el compost de Residuos de la Agroindustria Cafetalera (RAC), en el compost elaborado a partir de RSU y Biosólidos de Agua Residuales (BAR), en el compost de RSU: RAC, en el compost de BAR: CAR, en el compost de RSU: BAR: RAC y en el compost de RSU: BARF. En el caso de los valores límites de Pb sólo fueron superados en el compost de RSU y el compost elaborado a partir de RSU: BAR. Se destaca que de forma general las mayores concentraciones se encuentran en los Compost que contienen RSU y BAR ó BARF.
Estos resultados demuestran el poder contaminante de estos residuos, aunque una vez aplicado el compost al suelo, la disponibilidad de estos elementos va estar en función del tipo de suelo y de sus características químicas, físicas y físico-químicas y microbiológicas. No obstante, se debe tener en cuenta que estos elementos una vez aplicado al suelo tienen carácter acumulativo y a pesar de que en algunos casos su concentración está por debajo de los límites máximos permisible, en un periodo más o menos largo pudiera cambiar esta condición y alcanzar concentraciones superiores.
Conclusiones
⌅En el trabajo se determinó el contenido de metales pesados (MP) existente en diferentes tipos de compost conformado por diferentes residuos y a su vez analizar el contenido de estos metales para así poder o proceder su uso en la agricultura como una fuente de material vegetal orgánico en la nutrición de las plantas, manteniendo el equilibrio armónico en el Medio Ambiente y así a la salud humana.
Aunque destaca la presencia de elemento que puede dañar la salud humana por lo que cuando vallamos a utilizar algún compost proveniente de residuales del origen que sea para la producción de cultivos agrícola, es necesario proceder a la determinación de metales pesados a nivel de laboratorio.