jueves, 13 de noviembre de 2014

Macro-, micronutrientes y metales pesados presentes en el suelo


La presencia de cantidad suficiente de elementos nutritivos en el suelo no garantiza la correcta nutrición de las plantas, pues estos elementos han de encontrarse en formas moleculares que permitan su asimilabilidad por la vegetación. 

MACRO-, MICRONUTRIENTES Y METALES PESADOS PRESENTES EN EL SUELO

1. Macronutrientes
1.1. Elementos primarios
1.1.1. Nitrógeno
1.1.2. Fósforo
1.1.3. Potasio
1.2. Elementos secundarios
1.2.1. Calcio
1.2.2. Magnesio
2. Micronutrientes
2.1. Hierro
2.2. Cobre
2.3. Manganeso
2.4. Zinc
3. Metales pesados
3.1. Oligoelementos o micronutrientes
3.2. Metales pesados sin función biológica conocida
3.2.1. Cadmio
3.2.2. Cromo
3.2.3. Níquel
3.2.4. Plomo
4. Bibliografía


1. MACRONUTRIENTES

Los macronutrientes son elementos necesarios en cantidades relativamente abundantes para asegura
el crecimiento y supervivencia de las plantas (Seoánez Calvo et al., 1999). La presencia de una cantidad suficiente de elementos nutritivos en el suelo no garantiza por sí misma la correcta nutrición de las plantas, pues estos elementos han de encontrarse en formas moleculares que permitan su asimilabilidad por la vegetación. En síntesis, se puede decir que una cantidad suficiente y una adecuada disponibilidad de estos nutrientes en el suelo son fundamentales para el correcto desarrollo de la vegetación. Cabe destacar la existencia, en los suelos, de grandes cantidades de elementos nutritivos en formas inalteradas, tanto formando parte de los minerales de la roca madre, como incorporados a moléculas orgánicas complejas, que constituyen una reserva a largo plazo de éstos, entre los que se encuentran los macronutrientes (Duchaufour, 1987). Dentro del grupo de los macronutrientes, conviene distinguir entre elementos primarios (N, P y K) y secundarios (Ca, Mg y S) (Schachtschabel et al., 1992; Plaster, 2000).

1.1. Elementos primarios

En la mayoría de los cultivos, las necesidades de las plantas son superiores a las reservas existentes en forma asimilable de los elementos en el suelo, por lo que es necesario realizar aportes mediante el uso de fertilizantes. 

1.1.1. Nitrógeno

Este elemento merece mención especial dado que es considerado el cuarto elemento más abundante en los vegetales tras el C, H y O (Barceló, 2001). Además, es el macronutriente que se suministra más frecuentemente como fertilizante, ya que las plantas lo requieren en grandes cantidades. Los procesos de combinación del nitrógeno con otro elemento reciben el nombre de fijación del nitrógeno y se realizan, en la naturaleza, gracias a la acción de ciertos microorganismos y a las descargas eléctricas que tienen lugar en la atmósfera. Sin embargo, la cantidad de nitrógeno fijado suele ser pequeña en comparación con la que las plantas podrían utilizar. Cerca del 99% del nitrógeno combinado en el suelo, se halla contenido en la materia orgánica. El nitrógeno orgánico, incluido en moléculas grandes y complejas, sería inaccesible a los vegetales superiores si no fuera, previamente, liberado por los microorganismos. La actividad microbiana descompone, gradualmente, los materiales orgánicos complejos en iones inorgánicos simples, que pueden ser utilizados por las plantas. La rapidez con que, potencialmente, los cultivos serían capaces de utilizar el nitrógeno, suele exceder a la rapidez con que éste es liberado. En consecuencia, la cantidad de nitrógeno disponible en el suelo suele ser muy pequeña (Thompson y Troeh, 1982).

1.1.2. Fósforo

A diferencia del nitrógeno, que puede incorporarse a los suelos por medio de la fijación bioquímica por microorganismos, el fósforo no posee tal ayuda microbiana. El fósforo procede únicamente de la descomposición de la roca madre que tiene lugar durante el proceso de meteorización, y representa alrededor del 0,10% de la corteza terrestre. Su contenido, bajo en las rocas primitivas o sedimentarias (0,03-0,08%), resulta notablemente más elevado en las rocas volcánicas (0,10-0,30%), que constituyen la fuente original del fósforo, que se encuentra principalmente como inclusiones apatíticas (Navarro García y Navarro Blaya, 2000). Schachtschabel et al. (1992) destacan que el contenido medio de P en la corteza terrestre es de 0,05%. La cantidad de fósforo total del suelo, expresada como P2O5, en raras ocasiones sobrepasa el valor del 0,50% y puede clasificarse, en general, como inorgánico y orgánico (Tan, 1994). El fósforo inorgánico es casi siempre predominante, excepto en los suelos donde la materia orgánica se halla en una gran proporción. El fósforo orgánico suele ser mayor en las capas superficiales que en el subsuelo, debido a la acumulación de materia orgánica en las mismas. Debe indicarse también, en cuanto al contenido total, que generalmente suele ser más alto en los suelos jóvenes vírgenes y en las áreas donde las lluvias no son excesivas. En los suelos cultivados tiende a acumularse en las capas superficiales debido a que parte de este elemento se pierde por lixiviación y a que las eliminaciones por las cosechas son generalmente pequeñas. La proporción de fósforo que procede del material originario oscila, en general, entre el 40 y 80% del fósforo total siendo el resto de origen orgánico (Duchaufour, 1987). El fósforo orgánico es de gran importancia en la fertilidad debido a que, por lo general, determinados compuestos orgánicos son una fuente indirecta de formas solubles (Bray y Kurtz, 1945). El humus y otros tipos de materia orgánica no humificada son la principal fuente de fósforo orgánico en el suelo. El fósforo inorgánico es suministrado por la meteorización de minerales como el apatito Ca5(PO4)3F, mineral de fosfato de calcio constituyente de rocas ígneas, sedimentarias o metamórficas, y en menor proporción este fósforo inorgánico puede formar parte de la cadena de silicatos donde sustituye al silicio, o encontrarse en minerales neoformados (Schachtschabel et al., 1992; Tan, 1994; Navarro García y Navarro Blaya, 2000). 

1.1.3. Potasio

El potasio es, tal vez, el elemento mineral que se encuentra en mayor proporción en las plantas y es relativamente frecuente en las rocas. Con independencia del potasio que se añade como componente de diversos fertilizantes, el potasio presente en los suelos procede de la desintegración y descomposición de las rocas que contienen minerales potásicos. Los minerales que se consideran fuentes originales de potasio son los feldespatos potásicos, la moscovita y la biotita. La disponibilidad del potasio en estos minerales, aunque baja, sigue el orden siguiente: biotita>moscovita>feldespatos potásicos. El potasio se halla también en el suelo bajo la forma de otros minerales como silvina, carnalita, silvinita, illita, vermiculita y clorita. Junto a este potasio mineral debe incluirse el procedente de la descomposición de restos vegetales y animales (Navarro García y Navarro Blaya, 2000). A diferencia del fósforo, el potasio se halla en la mayoría de los suelos en cantidades relativamente grandes. En general, su contenido como K2O oscila entre 0,20-3,30% y depende de la textura. En suelos sódicos el contenido varía entre 2,50-6,70% (Schachtschabel et al., 1992). La fracción arcillosa es la que presenta un mayor contenido de K, por lo que los suelos arcillosos y limo-arcillosos son más ricos que los limo-arenosos y arenosos, teniendo en cuenta también que la variación en el contenido de potasio está influenciada por la intensidad de las pérdidas debidas a extracción por los cultivos, lixiviación y erosión (Navarro García y Navarro Blaya, 2000).

1.2. Elementos secundarios

Las cantidades de estos elementos presentes en el suelo suelen cubrir las necesidades de los cultivos, por lo que, en general, no es preciso realizar aportes de ningún tipo al suelo. Este grupo de elementos comprende Ca, Mg y S.

1.2.1. Calcio

Además de su esenciabilidad, puede decirse que ningún otro elemento, exceptuando hidrógeno y potasio, ha recibido tanta atención desde el punto de vista de la fertilidad del suelo. El estudio del Ca ha demostrado su papel fundamental, no sólo en la estructura del suelo, sino también en la mecánica y química del complejo adsorbente, y su influencia sobre la capacidad de asimilación de otros elementos considerados esenciales para la planta. El calcio presente en el suelo, aparte del añadido como fertilizante o enmienda, procede de las rocas y de los minerales del suelo, y su contenido total puede variar ampliamente. En los suelos considerados no calizos oscila entre el 0,10 y 0,20%, mientras que en los calizos puede alcanzar hasta un 25% (Navarro García y Navarro Blaya, 2000). De forma general, se puede decir que el calcio proviene de la meteorización de minerales como plagioclasas, piroxenos, anfíboles, olivinos, feldespatos, caliza y yeso. Estos materiales son tan comunes que la mayoría de los suelos contienen suficiente calcio para cubrir gran parte de las necesidades de la planta. Por efecto de la meteorización, estos minerales van liberando calcio, que al ser solubilizado puede tener diversos destinos: perdido por lixiviación, absorbido por los organismos del suelo, adsorbido por el complejo coloidal, o reprecipitado como compuestos cálcicos secundarios, especialmente en suelos situados en zonas áridas. En estas regiones, su contenido es alto, como consecuencia de una pluviometría débil y poca lixiviación. Las concentraciones más bajas de calcio aparecen en suelos muy lavados, con capacidades de intercambio catiónico bajas, como sucede en algunos suelos tropicales. En regiones templadas, no es probable encontrar contenidos tan bajos de calcio de forma que este elemento suele representar del 75 al 85% del total de bases de cambio existentes (Thompson y Troeh, 1982).

1.2.2. Magnesio

El magnesio es un elemento químicamente muy activo pero que no aparece por sí solo como elemento libre en la naturaleza sino que se encuentra ampliamente distribuido en forma mineral. Según diversas estimaciones su contenido medio en la corteza terrestre puede situarse en un 2,30% (Navarro García y Navarro Blaya, 2000), mientras que en el suelo se aproxima a un 0,50% (Tan, 1994). En las rocas el Mg se halla estrechamente asociado a numerosos minerales, mayoritariamente silicatos, como olivino, anfíbol, piroxeno y biotita, y a otros minerales de arcilla, como clorita y vermiculita (Schachtschabel et al., 1992). La secuencia de abundancia según Camberato y Pan (2000) es la siguiente: rocas ígneas básicas>rocas ígneas ácidas>rocas sedimentarias. Además, conviene tener en cuenta que la dolomita (principal componente de la caliza) es la fuente más común de este elemento en suelos alcalinos (Thompson y Troeh, 1982; Tan, 1994). En general, ninguno de los minerales anteriormente mencionados son tan resistentes a la meteorización como feldespatos, cuarzo e hidróxidos, de manera que los suelos tienden a empobrecerse en minerales magnesianos, antes de que desaparezcan otros más resistentes como potasio, sodio y calcio (Thompson y Troeh, 1982). Plaster (2000) ya indicó que la arcilla retiene el Mg de forma menos resistente que el Ca, por lo que es lixiviado más fácilmente del suelo. A consecuencia de esto, los suelos con bajo contenido en magnesio son más comunes que los suelos con bajo contenido de calcio.


2. MICRONUTRIENTES

Reciben el nombre de micronutrientes, aquellos elementos indispensables para que las plantas puedan completar su ciclo vital, aunque las cantidades necesarias de ellos sean muy pequeñas. Suelen también llamarse oligoelementos o elementos menores, pero es preferible el término de micronutrientes. Los micronutrientes suelen ser componentes de los fertilizantes, a los cuales acompañan como impurezas. Actualmente, sin embargo, desciende la proporción de éstas últimas, ya que, tanto los fabricantes como los compradores, favorecen los fertilizantes con elevada concentración en los elementos principales. La eliminación de estas impurezas hace que muchos fertilizantes incluyan adiciones deliberadas de micronutrientes. El contenido total de micronutrientes en el suelo es función del material de partida y de los procesos edafológicos (White y Zasoski, 1999). Aquellos elementos cuya concentración total en el suelo es inferior a 1.000 mg kg-1 son llamados elementos traza. Dentro de este grupo podemos incluir a Cu, Mn y Zn, imprescindibles para las plantas y para los animales en baja concentración, pero que pueden volverse tóxicos al alcanzar determinados niveles. La excepción dentro de ellos está en el Fe, que es un micronutriente pero no estrictamente un elemento traza (White, 2000). 

2.1. Hierro

A pesar de su abundancia en suelos y rocas, es uno de los micronutrientes más deficiente (Thompson y Troeh, 1982). El hierro es el cuarto elemento más abundante en la corteza continental después del oxígeno, silicio y aluminio, constituyendo alrededor del 15% en peso de la corteza terrestre (Kabata-Pendias, 2001). Es, con diferencia, el microelemento más abundante en los suelos, ya sea como constituyente mineral o bien bajo la forma de óxidos e hidróxidos (Schachtschabel et al., 1992; White y Zasoski, 1999). No obstante, en suelos con horizontes enriquecidos en materia orgánica, el Fe aparece en forma de quelatos (Kabata-Pendias, 2001). Su contenido en los suelos templados suele variar entre el 1 y 5%. Valores inferiores al 1% suelen encontrarse en suelos ácidos de textura gruesa, o en suelos de turbera. En casos aislados, latosoles y lateritas, pueden hallarse valores cercanos al 10% (Moreno Caselles et al., 2000). La cantidad total de hierro en los suelos no es, sin embargo, indicadora de su disponibilidad para las plantas. Las deficiencias de este elemento, cuya razón aparente es su insuficiente cantidad en el suelo, son en realidad debidas a su tendencia a formar compuestos insolubles del ión férrico Fe3+ (Moreno Caselles et al., 2000). Tales compuestos se acumulan en suelos muy meteorizados y son uno de los principales constituyentes de los suelos rojos, típicos de las regiones tropicales. Los restos fósiles de algunos suelos antiguos contienen tanto hierro que se explotan como mineral férrico (Thompson y Troeh, 1982). La mayor parte del Fe se halla en las estructuras de las rocas ígneas, al igual que en minerales secundarios, siendo un elemento esencial en un amplio grupo de minerales de arcilla (Bataglia, 1991). En el suelo, el contenido de Fe fluctúa en el rango de 0,20 al 5%, en un orden de magnitud similar al de la roca subyacente. Se puede hallar como óxido en determinados Podzoles, mientras que en otros suelos como los hidromorfos y Ferralsoles se aprecia un enriquecimiento de Fe mediante la formación de concreciones. Éstas, en suelos tropicales, pueden alcanzar un contenido en Fe cercano al 40%. Dentro de los óxidos, la goetita y la hematita, se caracterizan porque establecen enlaces con el Fe, extraordinariamente estables, de modo que éste se libera muy lentamente y prácticamente no está disponible para las plantas. Se admite que las fracciones que liberan Fe en cantidades más significativas son algunos óxidos como la ferrohidrita, de la que se extraen cantidades de Fe mediante oxalato (Schachtschabel et al., 1992).

2.2. Cobre

El cobre es uno de los elementos esenciales más importantes tanto para las plantas como para los animales; sin embargo, cantidades excesivas de éste pueden producir efectos tóxicos (Schachtschabel et al., 1992). Entre los diferentes tipos de rocas ígneas, el cobre prevalece en los basaltos. En las rocas sedimentarias es más abundante en los esquistos (Seoánez Calvo et al., 1999). En general, su abundancia en rocas basálticas es más alta que en las graníticas, y muy baja en rocas carbonatadas (Kabata-Pendias, 2001). El origen del Cu en el suelo ha sido ampliamente discutido. Según Cox (1979) el rango de Cu en la corteza terrestre se encuentra entre los 24 y 55 mg/kg. Brun et al. (1998) y Mortvedt (2000), aseguran que la capa arable del suelo presenta cantidades de este elemento que oscilan entre 5 y 30 mg/kg. Para Schachtschabel et al. (1992) el contenido medio de Cu en la corteza continental es de 35 mg/kg, oscilando entre 4-90 mg/kg, en tanto que en suelos naturales sus niveles fluctúan generalmente entre 2-20 mg/kg. De todos los valores propuestos, se concluye que la concentración media de cobre en la corteza terrestre se encuentra en un rango de variación comprendido entre los 24-55 mg/kg, y que la cantidad media de Cu total en los suelos oscila entre 20-30 mg/kg. No obstante, autores como Graña et al. (1991) obtuvieron concentraciones de Cu total entre 16 y 93 mg/kg para muestras superficiales de suelo. Como componente de los minerales de la corteza terrestre, el cobre se encuentra fundamentalmente en forma de sulfuros de naturaleza simple, o junto a otros metales, formando sulfuros complejos (Seoánez Calvo et al., 1999). Los más comunes son sulfuro cuproso o calcosita (CuS2), sulfuro-férrico-cuproso o calcopirita (CuFeS2) y sulfuro cúprico o covelita (CuS). Otras formas menos estables son óxido cuproso o cuprita (Cu2O) y óxido cúprico o tenorita (CuO). Aparece también como parte de determinados carbonatos y silicatos hidratados sustituyendo isomórficamente al Mg2+ y Fe2+ (Navarro García y Navarro Blaya, 2000). Como en la mayoría de los microelementos, el contenido de cobre que presenta el suelo es directamente proporcional a su abundancia en la roca madre (Seoánez Calvo et al., 1999). En su forma natural el cobre se presenta con dos valencias, Cu2+ o Cu+. La primera de ellas es la más frecuente, ya sea en forma de catión divalente o formando compuestos estables. La segunda forma, el ión cuproso Cu+, es inestable a altas concentraciones en condiciones de temperatura normal (Seoánez Calvo et al., 1999).

2.3. Manganeso

El manganeso presente en los suelos es originado principalmente por la descomposición de las rocas ferromagnésicas (Navarro García y Navarro Blaya, 2000). Es un microelemento similar al Fe, tanto en su química como en su geología y muy abundante en la litosfera, presentando una concentración media de 80 mg/kg, con un intervalo de 10-1600 mg/kg. En las rocas, el contenido de manganeso varía entre 350 y 2.000 mg/kg, hallándose las concentraciones más elevadas en el basalto dentro de las rocas ígneas y, entre las sedimentarias en las calizas y en las dolomías (Seoánez Calvo et al., 1999). El contenido en el suelo muestra variaciones considerables, pero normalmente fluctúa entre 20 y 800 mg/kg. Sin embargo, pueden existir horizontes enriquecidos en Mn debido a fenómenos edafogenéticos que poseen hasta 3.000 mg/kg (Borket, 1991; Schachtschabel et al., 1992). Valadares y Camargo (1983) a partir de estudios realizados por otros autores estiman que el contenido medio de Mn total en la litosfera es de 1.000 mg/kg, oscilando la mayoría de los suelos entre los 50 y 1.000 mg/kg. No obstante, y al igual que en el caso del hierro, estos contenidos totales no pueden considerarse como una indicación de su disponibilidad para las plantas ya que existen muchos factores que afectan a su absorción (Navarro García y Navarro Blaya, 2000). El Mn en el suelo está asociado a óxidos [MnO2,Mn(OH)], silicatos (SiO3Mn) y carbonatos (MnCO3) (Seoánez Calvo et al., 1999). De forma natural, el manganeso aparece con tres valencias dependiendo directamente de las condiciones de óxido-reducción del suelo: Mn2+, Mn3+ y Mn4+, lo que le permite formar compuestos de distinta estabilidad, siendo más estables, en condiciones reductoras, los compuestos con la forma Mn2+ y en condiciones oxidantes los que presentan Mn4+. El divalente es la forma principal de Mn en el suelo y agua, y normalmente se encuentra adsorbido por las cargas negativas de la superficie de las arcillas. El trivalente existe como Mn2O3, y puede ser encontrado en cantidades considerables en suelos ácidos, en tanto que la forma tetravalente, MnO2, sólo está presente a pH muy bajo, inferior al existente en ambientes naturales (Tan, 1994).

2.4. Zinc

El zinc es un elemento ampliamente distribuido que se halla en cantidades pequeñas, pero suficientes, en la mayoría de los suelos y plantas. Algunos suelos sufren deficiencias de este elemento, ya sea por su escasez en los materiales parenterales o bien, por su reacción desfavorable. Las deficiencias de zinc ocurren en áreas ampliamente dispersas (Thompson y Troeh, 1982). Su concentración en la litosfera así como en el suelo ha sido estudiada por varios autores. Souza y Ferreira (1991) afirman que la corteza terrestre contiene entre 65 y 80 mg/kg de este elemento, siendo de 40 mg/kg en el granito, 130 mg/kg en el basalto y muy variado en las rocas sedimentarias (20 mg/kg en las calcáreas, 16 mg/kg en las areniscas y 95 mg/kg en esquistos). Por otro lado, en los suelos se proponen valores de 10 a 300 mg/kg. Graña et al. (1991) estiman que la concentración de Zn total en suelos oscila entre 35 y 422 mg/kg. Schachtschabel et al. (1992) destacan que el contenido medio de este elemento es función de los distintos tipos de roca, pero normalmente su rango de oscilación es de 15-100 mg/kg, con media de 70 mg/kg. Estos autores manifiestan que en el suelo, el intervalo de Zn es de 10-80 mg/kg dependiendo, lógicamente, del tipo de suelo ya que matizan que en los suelos arenosos el Zn total se encuentra frecuentemente entre 10-32 mg/kg, mientras que en Chernozem el rango de Zn fluctúa entre 20-80 mg/kg. Kumar (2000) da el valor medio en la litosfera de 80 mg/kg y de 50 mg/kg en el suelo. La cantidad de zinc que se puede encontrar en un suelo depende directamente de la naturaleza de la roca madre; si se trata de rocas ígneas de naturaleza básica (ferromagnesianas y magnetita) serán concentraciones altas. En rocas sedimentarias de carácter ácido (biotita y hornblenda), dichas concentraciones serán sensiblemente menores (Seoánez Calvo et al., 1999). Entre las rocas, las sedimentarias, concretamente los esquistos arcillosos, contienen mayor cantidad de Zn (hasta 300 mg/kg o incluso más) que la caliza o arenisca. Hay, no obstante, un aspecto importante que es necesario resaltar en relación con el contenido de zinc útil en los suelos. La parte superficial de muchos de ellos, es decir, los horizontes superiores, contienen siempre más zinc que los horizontes inferiores (Navarro García y Navarro Blaya, 2000). Se cree que este hecho se debe por una parte a que los residuos de las plantas, al quedar depositados en la superficie del suelo, proporcionan tras su descomposición, aunque en pequeña proporción, cierta cantidad del elemento; por otra, el zinc no presenta una emigración descendente en el perfil, como ocurre normalmente con otros elementos, ya que tiende a quedar adsorbido por las arcillas y la materia orgánica. Es explicable, por las razones apuntadas, que la eliminación de la parte superficial del suelo, por ejemplo, por erosión o por nivelación del mismo, pueda ocasionar la deficiencia de zinc en los suelos con escaso contenido de este elemento.


3. METALES PESADOS

Además de macro y micronutrientes en el perfil del suelo, están presentes otros elementos, de modo que la cantidad y variedad de éstos es grande destacando, por su importante papel, algunos metales pesados como Cd, Cr, Ni y Pb. Bajo la denominación de metal pesadose incluye una serie de metales, generalmente de transición, que presentan como característica común el poseer una densidad superior a 6 g/cm3 cuando se encuentran en su forma elemental, o cuyo número atómico es superior a 20 (excluyendo a los metales alcalinos y alcalino-térreos). Su presencia en la corteza terrestre es inferior al 0,10% y casi siempre menor del 0,01%. Junto a estos metales pesados hay otros elementos químicos que aunque son metales ligeros o no metales se suelen englobar con ellos por presentar orígenes y comportamientos asociados; como As, B, Ba y Se. Conviene considerar que existen dos grupos dentro de los metales pesados: oligoelementos o micronutrientes y metales pesados sin función biológica conocida.

3.1. Oligoelementos o micronutrientes

Son los requeridos por las plantas y los animales en pequeñas cantidades o cantidades traza, y son necesarios para que todos los organismos vivos completen su ciclo vital. Pasado cierto umbral se comportan como tóxicos. Dentro de este grupo se encuentran: As, B, Co, Cr, Cu, Mo, Mn, Ni, Se y Zn.

3.2. Metales pesados sin función biológica conocida

La presencia de estos metales pesados en determinadas cantidades en los seres vivos implica la aparición de disfunciones en sus órganos y tejidos. Resultan altamente tóxicos para su vida y presentan la propiedad de acumularse en los organismos vivos. Son, principalmente: Cd, Hg, Pb, Cu, Ni, Sb y Bi. Las concentraciones anómalas de metales pesados que se presentan en un suelo pueden deberse a causas naturales, por ejemplo, los suelos desarrollados sobre serpentinitas presentan altos contenidos de elementos como Cr, Ni, Cu y Mn. Estos metales pesados son muy estables en el suelo y en el proceso natural de transformación de las rocas para originar a los suelos suelen concentrarse, pero, en general, sin rebasar los umbrales de toxicidad. Además los metales pesados presentes en las rocas se encuentran bajo formas muy poco asimilables para los organismos. Las rocas ígneas ultrabásicas (peridotitas y serpentinitas) presentan los contenidos más altos en metales pesados, seguidas de las rocas ígneas básicas (gabros y basaltos). Las menores concentraciones se encuentran en las rocas ígneas ácidas (granito) y en las rocas sedimentarias (areniscas y calizas). Los porcentajes más elevados se dan para Cr, Mn y Ni, mientras que Co, Cu, Zn y Pb se presentan en menores proporciones siendo mínimos los contenidos para As, Cd y Hg. En los suelos, los más abundantes son el Mn, Cr, Zn, Ni y Pb (1-1.500 mg/kg; el Mn puede llegar incluso a 10.000 mg/kg). En menores concentraciones se encuentran Co, Cu y As (0,10-250 mg/kg) y con mínimos porcentajes Cd y Hg (0,01-2 mg/kg) según Bowen (1979). El contenido en metales pesados de los suelos, debería ser función únicamente de la composición del material original y de los procesos edafogenéticos que dan lugar al suelo. Pero la actividad humana incrementa el contenido de estos metales en el suelo, siendo la causa más frecuente de las concentraciones tóxicas. De hecho, esto sucede debido a los vertidos de origen antropogénico que tienen lugar, procedentes sobre todo de actividades mineras e industriales, aplicación de plaguicidas o tráfico rodado. Como consecuencia de ello, se emiten grandes cantidades de partículas a la atmósfera que, después de un cierto tiempo de permanencia en ella, precipitan en los suelos lejos del lugar en donde han sido vertidas.

3.2.1. Cadmio

El Cd no es un elemento esencial para el crecimiento de las plantas y de los animales pero resulta altamente tóxico para ambos grupos a pesar de que sus niveles naturales en el medio ambiente no suelen causar toxicidad. Debido a su persistencia durante mucho tiempo en los suelos, su rápida absorción por las plantas y la acumulación de concentraciones perjudiciales para éstas y para los animales, resulta de gran interés conocer los niveles de cadmio en el suelo. Su contenido medio en la corteza terrestre es de alrededor de 0,10 mg/kg, siendo esta cifra del mismo orden de magnitud que en el suelo. Sin embargo, dependiendo del material de partida, en algunos suelos naturales la concentración total de Cd puede alcanzar valores próximos a 3 mg kg-1 (Alloway, 1995). Se observa que cuando se encuentra gran cantidad de Cd en los suelos, también hay Zn, debido a un origen natural o no. La concentración de zinc puede influir sobre la absorción de cadmio por las plantas (Tiller et al., 1979) debido a que ambos elementos tienen una estructura iónica similar, de modo que la proporción Zn/Cd tanto en la roca (del orden de 500) como en el suelo (del orden de 1.000), es relativamente constante. Dicha relación pone de manifiesto que a lo largo de los procesos edafogenéticos, los horizontes se van enriqueciendo en Zn (Schachtschabel et al., 1992).

3.2.2. Cromo

Se admite que este elemento no es esencial para la planta aunque en pequeñas cantidades favorece su crecimiento; sin embargo, está demostrado que sí lo es para los animales y el hombre (Alloway, 1995). Los altos niveles de Cr que se encuentran en las plantas pueden ser debidos a la contaminación del suelo (Berrow y Burridge, 1980). Algunos autores han atribuido la escasa vegetación sobre suelos serpentiníticos a la toxicidad del cromo; por el contrario otros autores (Tiffin et al., 1972) han encontrado un aumento en la producción de cultivos de patata después de añadir Cr al suelo. La corteza continental posee, por término medio, entre 80 y 100 mg/kg de Cr, pero el contenido de este elemento puede ser mucho más elevado, estando los máximos íntimamente asociados con las serpentinitas y magmatitas ultramáficas. En este tipo de rocas, la concentración de Cr se puede incrementar hasta valores cercanos a los 3.400 mg/kg. Su contenido en rocas ígneas ácidas y en rocas sedimentarias es mucho menor, oscilando entre 5 y 120 mg/kg. La influencia de la roca madre resulta, pues, fundamental en el caso del Cr ya que es un elemento poco móvil. En condiciones naturales, la mayor parte de este elemento se encuentra en las rocas de la corteza y en los suelos como Cr3+ (crómico), más estable, y también como Cr6+ (cromato). Con frecuencia, la mayor parte del Cr3+ es un constituyente de la red del óxido denominado cromita (FeCr2O4), siendo éste un mineral muy resistente a la meteorización y normalmente asociado con rocas máficas y ultramáficas. El Cr3+ puede reemplazar al Fe3+ y Al3+ en muchos minerales. El estado de oxidación-reducción y el pH del suelo intervienen en las formas en que el Cr se halla presente en el suelo, no obstante, su contenido en el mismo es inherente al material de partida y, por ello, se aprecian elevadas concentraciones de Cr en suelos derivados de rocas máficas y volcánicas (Schachtschabel et al., 1992; Alloway, 1995; Kabata-Pendias, 2001).

3.2.3. Níquel

El Ni es un elemento integrante de la corteza terrestre, con contenidos relativamente elevados. Rovers et al. (1983) estiman que el contenido medio de este elemento en la litosfera varía entre 2,94 y 3,96%. Para Schachtschabel et al. (1992) el contenido medio de Ni en la corteza continental se sitúa alrededor de 45 mg/kg, y tanto en las rocas ultramáficas, con proporción elevada de olivino, como en serpentinas pueden llegar incluso a apreciarse niveles de Ni superiores a 8.000 mg/kg. Según Rovers et al. (1983) la concentración media de este elemento en el granito es de 2 mg/kg, mientras que en el material ultrabásico es de 78 mg/kg. En las rocas ígneas la concentración media de Ni fue de 75 mg/kg y para las rocas sedimentarias osciló entre 2 y 70 mg/kg. Por tanto, los contenidos de Ni en el suelo están íntimamente relacionados con los de la roca madre. Otros factores que afectan al contenido de Ni en los suelos son el tipo de suelo, el grado de desarrollo del mismo, el contenido en arcilla, el contenido en sesquióxidos secundarios y, por último, la materia orgánica presente en él (Humet Ibáñez, 1986). En la mayor parte de los suelos naturales, su concentración de referencia oscila entre 5 y 50 mg/kg. Tras la combustión del carbón o del petróleo y también como consecuencia del tráfico rodado, el Ni puede pasar a la atmósfera y posteriormente depositarse en el suelo. Se ha estimado que dependiendo de la contaminación atmosférica existente, la cantidad de Ni presente en el agua de lluvia oscila entre 5 y 150 g/ha/año (Schachtschabel et al., 1992).

3.2.4. Plomo

El Pb es considerado un elemento bastante tóxico para las plantas no resultando esencial para su crecimiento. Frecuentemente se ha detectado en suelos contaminados (Li y Schuman, 1997), a pesar de que presenta una toxicidad menor que el Cd, y por supuesto, inferior a la del Hg. La absorción de Pb por las plantas está influenciada por propiedades del suelo tales como el pH, el contenido en materia orgánica, el contenido en fósforo y la capacidad de intercambio catiónico. En la corteza continental el contenido medio de Pb es de alrededor de 15 mg/kg, pudiendo alcanzar valores próximos a 70 mg/kg en los esquistos. Alloway (1995) indica que los esquistos negros tienden a presentar niveles elevados de este elemento. En suelos no contaminados el contenido de Pb oscila entre 2 y 60 mg/kg y solamente en algunos casos se superan los 100 mg/kg. Otros autores como Elliott y Brown (1989) estiman que el rango natural de este elemento está comprendido entre 2 y 200 mg/kg, con un valor medio de 10 mg/kg. Los elevados contenidos de Pb en el suelo se encuentran asociados a las actividades antropogénicas así, por ejemplo, se ha observado que en algunas áreas asociadas a la minería del carbón se han registrado contenidos de Pb cercanos a los 4.000 mg/kg, estando relacionado con cantidades elevadas de otros elementos como Zn, Cu y Cd. Incluso en áreas próximas a industrias del acero se han registrado contenidos de Pb de hasta 3.000 mg/kg. Dentro de un pequeño intervalo de distancias en los bordes de las vías de comunicación con tráfico denso, el contenido medio de Pb fue de 700 mg/kg. En general, la concentración de Pb cerca de las carreteras desciende exponencialmente en función de la distancia, de manera que a pocos metros es prácticamente inapreciable la deposición de este elemento (Schachtschabel et al., 1992). El Pb alcanza el suelo, básicamente, a través de las emisiones atmosféricas y de las actividades antropogénicas, en particular mediante el tráfico rodado, que supone emisiones de Pb entre 20 y 30 veces superiores a las de origen natural inducidas por la actividad volcánica. Como consecuencia de su baja movilidad en el perfil del suelo, el Pb tiende a acumularse en las capas superficiales del mismo, a causa de su escasa solubilidad y gran capacidad de adsorción (Schachtschabel et al., 1992). 


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Autora: 
A.I. Roca-Fernández (Centro de Investigaciones Agrarias de Mabegondo. INGACAL)


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