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
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
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.