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Dinámica de nutrientes y metales en aguas de escorrentía de una subcuenca agropecuaria (Cuenca Matanza-Riachuelo-Argentina)

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Dinámica de nutrientes y metales en aguas de escorrentía de una subcuenca agropecuaria (Cuenca Matanza-Riachuelo-Argentina)

De Siervi, Marcelo Silvano
 
DATE : 2016-02-05
UNIVERSAL IDENTIFIER : http://hdl.handle.net/11093/1272
UNESCO SUBJECT : 2303.05 Carbono ; 3308.11 Control de la Contaminación del Agua ; 2511.01 Bioquímica de Suelos
DOCUMENT TYPE : doctoralThesis

ABSTRACT :

Las escorrentías superficiales provocadas por eventos de precipitación contribuyen al proceso de contaminación difusa de cursos de agua adyacentes a establecimientos agropecuarios a través de la exportación de nutrientes desde los suelos. Un conocimiento acabado de este proceso permitirá desarrollar medidas tendientes a disminuir el impacto ambiental provocado. El presente trabajo se desarrolló sobre suelos pertenecientes a distintos órdenes taxonómicos ubicados a lo largo de una transecta transversal al curso de un arroyo tributario del río Matanza-Riachuelo (Provincia de Buenos Aires, Argentina). Los sitios muestreados se encontraban ubicados en distintas posiciones en el paisaje, a saber: Brandsen 6 (Loma), San Vicente 7 (Media Loma), Complejo Arroyo Morales (Plano aluvial) y Brandsen 13 (Media Loma). Se utilizó un micro simulador de lluvia del tipo formador de gota (Irurtia y Mon, 1994) para evaluar la emisión de sedimentos, nutrientes y metales en la fase particulada y disuelta de la escorrentía. Los ensayos fueron realizados en condiciones de laboratorio, confeccionando ... [+]
Las escorrentías superficiales provocadas por eventos de precipitación contribuyen al proceso de contaminación difusa de cursos de agua adyacentes a establecimientos agropecuarios a través de la exportación de nutrientes desde los suelos. Un conocimiento acabado de este proceso permitirá desarrollar medidas tendientes a disminuir el impacto ambiental provocado. El presente trabajo se desarrolló sobre suelos pertenecientes a distintos órdenes taxonómicos ubicados a lo largo de una transecta transversal al curso de un arroyo tributario del río Matanza-Riachuelo (Provincia de Buenos Aires, Argentina). Los sitios muestreados se encontraban ubicados en distintas posiciones en el paisaje, a saber: Brandsen 6 (Loma), San Vicente 7 (Media Loma), Complejo Arroyo Morales (Plano aluvial) y Brandsen 13 (Media Loma). Se utilizó un micro simulador de lluvia del tipo formador de gota (Irurtia y Mon, 1994) para evaluar la emisión de sedimentos, nutrientes y metales en la fase particulada y disuelta de la escorrentía. Los ensayos fueron realizados en condiciones de laboratorio, confeccionando parcelas metálicas de escorrentía con muestras disturbadas de los horizontes superficiales de los suelos. Asimismo, se realizaron simulaciones a campo en los sitios de Media Loma (Sv7) y CoAoMo (Plano aluvial), para corroborar los resultados obtenidos en laboratorio. Los efluentes producidos durante las simulaciones fueron separadas por decantación y filtración en sus fases disueltas y particuladas. Los suelos, sedimentos producto de la escorrentía y los suelos luego de la simulación se analizaron para determinar sus contenidos de pH, Conductividad Eléctrica, Fósforo Bray, Materia Orgánica, Nitrógeno Kjeldahl, cationes intercambiables (Ca, Mg, Na y K), Concentración de Metales Totales (Cu, Zn, Pb, Cr y Ni). Asimismo, se realizó un Fraccionamiento secuencial de los citados metales siguiendo el procedimiento del BCR (Ure et al., 1993). En la fase disuelta se determinó el pH, CE, cationes, N Kjeldahl, Fósforo Total Disuelto y COD (Carbono Orgánico Disuelto). Paralelamente en la fase disuelta se determinó el contenido de metales disueltos (Cu, Zn, Pb, Cr y Ni). Las simulaciones de lluvia produjeron un efecto de erosión selectiva, donde las arcillas y los limos fueron transportados en mayor proporción. Las cantidades de sedimentos exportados desde el Complejo Alcalino (CoAoMo) fueron significativamente menores (psuperficiales está representado por la concentración de los mismos asociados al material particulado producto de la escorrentía superficial. Los metales son transportados en las escorrentías mayoritariamente en forma particulada, y a su vez son emitidos, durante los procesos de erosión hídrica en proporción a su concentración en el suelo. En los cuatro suelos estudiados, los sedimentos transportados por las escorrentías se enriquecieron en Cu, Zn, y Pb. El Cr, sin embargo no siguió la misma tendencia posiblemente a que este metal en estos suelos es de origen mayoritariamente litogénico. Se encontró una correlación lineal positiva entre el % COD y el % de Metal disuelto para el caso del Cu, Zn y Pb, indicando una asociación de estos metales con la materia orgánica disuelta. Sin embargo, no se observó una correlación significativa en el caso del Cr y el Ni. En todos los suelos analizados los metales se encuentran mayoritariamente en la fracción residual. Los suelos bajo estudio están contaminados con Pb. El Cu, Zn, Pb y Cr en los sedimentos exportados aumentaron su concentración en las fracciones más móviles; el Pb, Cu y Cr mayoritariamente en la fracción materia orgánica y el Zn en la fracción óxidos de Fe y Mn. Por otro lado, el Cu y Zn aumentaron su concentración en la Fracción 1, la mas disponible para la biota. El porcentaje de Cu, Pb , Ni y Zn disuelto con respecto a la carga total de este metal es mayor en la escorrentía del CoAoMo, aunque para el Zn es muy baja. En todas las escorrentías analizadas el porcentaje de Cr disuelto es importante, significando una contaminación inmediata al cuerpo de agua. Se detecta un alto grado de complejación de Cu, Pb, Cr y en menor medida para el Ni con la materia orgánica disuelta, es importante considerar la especiación del metal disuelto ya que el metal complejado disminuye su toxicidad para la biota acuática. Para el caso del Zn el porcentaje de complejación es bajo. De los metales bajo estudio, el Pb es que presenta mayor concentración en la fase líquida de las escorrentías analizadas, y dada la alta afinidad de este metal por la materia orgánica se favorecerán la formación de complejos orgánicos solubles de Pb Por otra parte, la mayor concentración de Pb disuelto implica mayor posibilidad de afectar el cuerpo de agua del arroyo Morales. La escorrentía que más efecto negativo producirá sobre las aguas del arroyo, en lo que respecta a los metales analizados, será la proveniente del CoAoMo. En las simulaciones a campo, la presencia de sedimentos en el agua de escorrentía tanto en las simulaciones realizadas en la posición de plano aluvial (CoAoMo) y en la posición media loma (Sv7) se encontrarían asociados a la falta de cobertura y/o sustento radicular, la falta de cohesión del suelo superficial, el cual potenciaría al escurrimiento. Con respecto al Ajuste de los Datos al modelo Número de Curva, tanto en el caso de Sv7, como en el de CoAoMo los valores calculados estarían indicando que el modelo es bastante ajustado a los datos reales en este punto. Con respecto al contenido de metales (Cu, Zn y Pb) los sedimentos exportados presentaron un enriquecimiento en relación con la concentración total en los suelos. Las tendencias seguidas por las concentraciones totales y disueltas de los metales en las aguas de escorrentía serían análogas con respecto a lo encontrado en las simulaciones realizadas en laboratorio. Se pudo determinar una tendencia similar en el Cu, Zn, Pb y el Ni en lo referente a su asociación con el COD y su proporción con la emisión de Carbono orgánico Total emitido. 1. Las simulaciones de lluvia realizadas en laboratorio produjeron un efecto de erosión selectiva, donde las arcillas y los limos fueron transportados en mayor proporción, y como consecuencia los sedimentos presentaron un enriquecimiento en materiales finos. El menor tamaño de estas fracciones favorecería su transporte debido a su mayor capacidad de sustentación en el agua de escorrentía. 2. Las concentraciones de sedimentos exportados desde el Complejo Alcalino (CoAoMo) fueron significativamente menores que las de los demás suelos analizados. La elevada concentración de sodio presente en el CoAoMo actuaría incrementando la cohesión del mismo y formando un sello superficial que disminuiría el desprendimiento de sedimentos durante los procesos erosivos. 3. Las concentraciones de materia orgánica, nitrógeno Kjeldahl y fósforo extractable fueron significativamente mayores en los sedimentos que en los suelos que les dieron origen, ya que se produciría un enriquecimiento en nutrientes de los sedimentos, consecuencia del efecto de erosión selectiva. 4. Las exportaciones totales de todos los nutrientes bajo estudio (disuelto + particulado) mostraron una regresión lineal y positiva con las concentraciones de sedimentos transportados durante las simulaciones de lluvia. Los resultados obtenidos permitirían afirmar que el mayor aporte de nutrientes hacia los cursos de agua superficiales está representado por la concentración de los mismos asociados al material particulado producto de la escorrentía superficial, y no como iones disueltos en las aguas de escorrentía. 5. Los resultados obtenidos en el CoAoMo muestran que la calidad de los cursos de agua superficiales ubicados en zonas con actividades agropecuarias podrían modificar las características de los suelos adyacentes a los mismos. Las concentraciones proporcionalmente mayores de fósforo extractable halladas en el suelo original del Complejo serían también producto de contaminación exógena. 6. Los metales son transportados en las escorrentías mayoritariamente en forma particulada durante los procesos de erosión hídrica, y en una concentración proporcional a la concentración en el suelo original. 7. En los cuatro suelos estudiados, los sedimentos transportados por las escorrentías se enriquecieron en Cu, Zn, y Pb. El Cr particulado no siguió la misma tendencia debido a que este metal en estos suelos sería de origen mayoritariamente litogénico. 8. Los coeficientes de enriquecimiento en Cr y Ni de los sedimentos resultaron menores a la unidad, excepto para el Ni en CoAoMo (Plano aluvial), posiblemente a que en este suelo la elevada concentración de Na haría que la fracción en que se encuentra este metal se disperse y pueda pasar a la fracción particulada, sumado al efecto producido por la presencia de Ca disuelto en elevadas concentraciones que produciría una libración del Ni para que se una a los sedimentos producto de la escorrentía. 9. Las concentraciones de Cu, Pb y Cr total disuelto medidos en las aguas de escorrentía fueron en todos los casos superiores a los valores establecidos por organismos nacionales e internacionales para la protección de la vida acuática. En el caso del Ni Total disuelto el nivel guía fue superado sólo en la fase líquida del suelo correspondiente a la serie CoAoMo. 10. Se encontró una correlación lineal positiva entre el % COD y el % de Metal disuelto para el caso del Cu, Zn y Pb, indicando una asociación de estos metales con la materia orgánica disuelta. Sin embargo, no se observó una correlación significativa en el caso del Cr y el Ni. 11. En todos los suelos analizados los metales se encuentran mayoritariamente en la fracción residual. Los suelos bajo estudio están contaminados con Pb. 12. El Cu, Zn, Pb y Cr en los sedimentos exportados aumentaron su concentración en las fracciones más móviles, Pb, Cu y Cr mayoritariamente en la fracción materia orgánica y el Zn en la fracción óxidos de Fe y Mn, por otro lado Cu y Zn aumentaron su concentración en la Fracción 1, la mas disponible para la biota. 13. El porcentaje de Cu, Pb, Ni y Zn disuelto con respecto a la carga total de este metal es mayor en la escorrentía del CoAoMo, aunque para el Zn es muy baja. En todas las escorrentías analizadas el porcentaje de Cr disuelto es importante, significando una contaminación inmediata al cuerpo de agua 14. Se detecta un alto grado de complejación del Cu, Pb, Cr y en menor medida para el Ni con la materia orgánica disuelta, es importante considerar la especiación del metal disuelto ya que el metal complejado disminuye su toxicidad para la biota acuática. Para el caso del Zn el porcentaje de complejación es bajo 15. De los metales bajo estudio, el Pb es que presenta mayor concentración en la fase líquida de las escorrentías analizadas, y dada la alta afinidad de este metal por la materia orgánica se favorecerán la formación de complejos orgánicos solubles de Pb. 16. La escorrentía que más efecto negativo producirá sobre las aguas del arroyo, en lo que respecta a los metales analizados, será la proveniente del CoAoMo. 17. En las simulaciones a campo, la presencia de sedimentos en el agua de escorrentía tanto en las simulaciones realizadas en la posición de plano aluvial (CoAoMo) y en la posición media loma (Sv7) se encontrarían asociados a la falta de cobertura y/o sustento radicular, la falta de cohesión del suelo superficial, el cual potenciaría al escurrimiento. 18. Con respecto al Ajuste de los Datos al modelo Número de Curva, tanto en el caso de Sv7, como en el de CoAoMo los valores de S calculado fueron similares a la capacidad de retención máxima de agua por parte del suelo medida en la simulación lo cual estaría indicando que el modelo es bastante ajustado a los datos reales en este punto. 19. En CoAoMo la proporción de la lámina de escorrentía supera a la de infiltración, y a su vez comenzaría a escurrir más rápidamente que el ubicado en la posición de media loma (SV7). 20. Con respecto al contenido de Cu, Zn y Pb, estos presentaron un incremento en la concentración total del metal en los sedimentos producto de la escorrentía en relación con la concentración total en los suelos. En el caso del Cr, la tendencia observada en los tres metales anteriormente citados parecería invertirse, y en el caso del Ni no se determinaron diferencia significativas entre los suelos y los sedimentos en el caso de Sv7, siguiendo una tendencia similar al Cu, Zn y Pb en el caso del suelo de CoAoMo. 21. Con respecto a la proporción del metal Total (Particulado + Disuelto) expresado como mg L-1 de escorrentía, se pudo determinar una tendencia similar en el Cu, Zn, Pb y el Ni en lo referente a su asociación con el COD y su proporción con la emisión de Carbono orgánico Total emitido. En el caso del Cr, esta tendencia no pudo ser corroborada. [-]

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