Introducción
⌅En
México, uno de los principales problemas en la agricultura es la
contaminación del suelo, debido al empleo indiscriminado de
agroquímicos, así como el uso de aguas no tratadas, las cuales
incrementan el contenido de metales pesados en el suelo, que al no ser
degradados química ni biológicamente persisten en el medio acumulándose
en el sistema agua-suelo-planta (Clemente et al., 2005Clemente,
R., Walker, D. J., Bernal, M. P. 2005. Uptake of heavy metals and As by
Brassica juncea grown in a contaminated soil in Aznalcóllar (Spain):
The effect of soil amendments. Elsevier. Science direct. Environmental Pollution, 138: 46-58.
).
Los
metales pesados son un conjunto de elementos que comparten la
característica de tener una densidad elevada. Algunos metales son
esenciales para las plantas, animales y seres humanos. Sin embargo, la
presencia de otros metales pesados no esenciales, pueden llegar a
limitar el crecimiento vegetal y/o ser tóxicos para las plantas,
animales y seres humanos. Las plantas han desarrollado mecanismos
altamente específicos para absorber, traslocar y acumular nutrientes,
pero algunos metales no esenciales para los vegetales son absorbidos,
traslocados y acumulados en la planta debido a que presentan un
comportamiento electroquímico similar al de los elementos nutritivos
requeridos (Lasat, 2000Lasat,
M.M., 2000. The use of plants for the removal of toxic metals from
contaminated soil. American Association for the Advancement of Science, Environmental Science and Engineering Fellow. 33 p.
).
Desde
el punto de vista de los seres vivos, hay metales pesados que son
nutrientes esenciales (Fe, Mn, Zn, Cu y Mo), elementos benéficos en
ciertas circunstancias (Ni, Cr, V, Ti, entre otros) y elementos que, por
ahora, no se considera que tengan funciones en los seres vivos (Cd, Hg,
Pb, entre otros) (Oliver, 1997Oliver, M. A. 1997. Soil and human health: a review. European Journal of Soil Science, 48: 573-592.
).
Las
principales vías de entrada de los metales a las plantas son el aire,
el agua y el suelo, y las plantas constituyen un punto de conexión
importante entre las partes abiótica y biótica del ecosistema en la
transferencia de metales (Nriagu, 1990Nriagu, J.O. 1990. Global metal pollution. Poisoning the biosphere? Environment, 32: 28-33.
).
Los principales peligros ambientales de la transferencia de metales
pesados desde el suelo a las plantas son la entrada de los metales en la
cadena trófica, la pérdida de cobertura vegetal o cosecha por su
fitotoxicidad y la absorción de metales desde el suelo por plantas
tolerantes, que pueden producir efectos tóxicos en la flora y la fauna.
Por lo tanto, además del suelo las plantas son un elemento importante en
los procesos de contaminación (Kabata- Pendias, 2004Kabata-Pendias, A. 2004. Soil-plant transfer of trace elements-an environmental issue. Geoderma, 122: 143-149.
).
La
ingestión de alimentos y bebidas es una fuente importante en la entrada
y asimilación de metales tóxicos y esenciales, en los seres humanos. El
contenido excesivo de metales pesados en el cuerpo humano puede
desvirtuar algunas funciones inmunológicas, presentando problemas
gastrointestinales, hemorragias, vómito y dolores de cabeza (Gupta y Gupta, 1998Gupta,
U. C., Gupta, S. C. 1998. Trace element toxicity relationships to crop
production and livestock and human health: implications for management. Commum. Soil Sci. Plant Anal., 29:1491-1522.
). También, pueden causar intoxicación masiva, esterilidad, abortos e hipertensión (Oliver, 1997Oliver, M. A. 1997. Soil and human health: a review. European Journal of Soil Science, 48: 573-592.
), mientras que en algunos casos puede incluso suponer un riesgo carcinogénico (Torres et al., 2025Torres,
M., Gallegos, A., Aguilera, A., López, D., Goguitchaishvili, A.,
Bautista, F. 2025. Indoor and Outdoor Heavy Metal Contamination in the
City of Morelia, Mexico: A Case of Citizen Science During the COVID-19
Pandemic. Indoor Air, 2025: 1-14. https://doi.org/10.1155/ina/4900521
). La diferencia en la absorción de
metales puede atribuirse a la capacidad de retención del metal por el
suelo y a la interacción planta - raíz - metal (Martínez et al., 1998Martínez
R. L. M., Carranza M. A., García M., Aguirre G. A. 1998. Impacto sobre
los recursos naturales del Río Ayuquila por actividades agropecuarias
urbanas e industriales. La investigación Edafológica en México
1997-1998. XXIX Congreso Nacional de la Ciencia del Suelo. Tapachula,
Chiapas. 56 pp.
; Walter y Lin, 2008Walker, C., Lin H. S. 2008. Soil property changes after four decades of wastewater irrigation: A landscape perspective. Catena, 73: 63-74.
).
El
uso de agua de ríos para propósitos de irrigación, pueden ser ricos en
nutrientes, lo cual ayuda al crecimiento de las plantas. Pero cuando el
agua residual se usa continuamente con fines de irrigación, los
nutrientes se acumulan en el suelo lo cual puede causar efectos
desfavorables ante la producción y calidad de las cosechas, también
algunos nutrientes suelen lixiviarse a través de los perfiles del suelo.
Por lo anterior, es importante considerar la cantidad de agua aplicada
en cultivos agrícolas a manera de no afectar la fertilidad del suelo (Kiziloglu et al., 2008Kiziloglu,
F. M., Turan, M., Sahin, U., Kuslu, Y., Dursun, A. 2008. Effects of
untreated and treated wastewater irrigation on some chemical properties
af cauliflower (Brassica olerecea L. var. botrytis) and red cabbage
(Brassica olerecea L. var. rubra) grown on calcareous soil in Turkey.
Elsevier. Science Direct. Agricultural Water Management, 95: 716-724.
).
La región del centro de Veracruz, que comprende el transecto formado por los poblados de Angostillo y Xocotitla, es regada por agua de la microcuenca de Paso de Ovejas. Sin embargo, en los alrededores de la zona hay una gran cantidad de granjas que podrían verter sus desechos y contaminar el agua con la que se riegan los cultivos, causando daño o acumulación de metales pesados en el suelo y, en el peor de los casos, en los alimentos. Por lo que el objetivo del trabajo es determinar el contenido de metales pesados presentes en el agua y suelo en el transecto de Angostillo-Xocotitla de Paso de Ovejas, Veracruz.
Materiales y Métodos
⌅Sitio de estudio
⌅Los poblados se ubican en el centro del estado de Veracruz, en la zona semiárida, coordenadas 19° 17” latitud norte y 96° 26” longitud oeste, a 260 m de altitud (figura 1).
Orográficamente,
el ejido se ubica en la planicie costera de la llanura del Sotavento,
en el centro del estado. La precipitación como elemento climático es un
factor primordial en el ciclo hidrológico. El ejido tiene una
precipitación máxima de 1 300 mm al año, distribuida en los meses de
junio a septiembre (Gomezjara et al., 1998Gomezjara,
F. A., Mijares M. E., Ochoa C. R., Antúnez J. R., Hernández, R., Ma. L.
1998. Paso de Ovejas. Enciclopedia Municipal Veracruzana. Gobierno del
Estado de Veracruz.
).
Con base en la
clasificación CETENAL/UNAM, el tipo de clima del ejido de Angostillo es
Aw0(w), el más seco de los cálidos subhúmedos, con lluvias en verano. La
vegetación con la que cuenta el ejido de Angostillo es selva baja
caducifolia; este tipo de selva puede alcanzar los 15 m de altura y la
mayoría de los árboles pierden su follaje en el periodo de máxima sequía
(Gomezjara et al., 1998Gomezjara,
F. A., Mijares M. E., Ochoa C. R., Antúnez J. R., Hernández, R., Ma. L.
1998. Paso de Ovejas. Enciclopedia Municipal Veracruzana. Gobierno del
Estado de Veracruz.
).
Análisis de las muestras de agua
⌅Se tomaron muestras en sitios que se encuentran sobre los canales laterales que abastecen a los cultivos. Estas muestras fueron almacenadas en frascos y rotuladas para su análisis.
La determinación de metales pesados se realizó según la norma mexicana NMX-AA-051-SCFI-2001NMX-AA-051-SCFI-2001.
2001. Análisis de agua - Determinación de metales por absorción atómica
en aguas naturales, potables, residuales y residuales tratadas. Diario
Oficial de la Federación. Secretaria de Economía. 51 pp.
.
Se colocaron 10 ml de muestra de agua en un matraz Erlenmeyer de 125 ml
y se adicionaron 20 ml de solución DTPA (ácido del
dietilen-triamino-pentaacético) 0.005 molar (M), luego se tapó el matraz
y se llevó a un agitador mecánico por 2 h a 120 oscilaciones/min.
Posteriormente se almacenó en recipientes de polietileno de 100 ml de
capacidad, hasta su análisis por espectrofotometría de absorción atómica
(VARIAN55B modelo AA0909M022). Se utilizaron estándares de 5 mg L-1, 10 mg L-1 y 20 mg L-1 de cada elemento.
Análisis de las muestras de suelo
⌅La
determinación de la concentración de metales pesados en suelo se
realizó de acuerdo con lo establecido en la Norma Oficial Mexicana NOM-021-RECNAT-2000NOM-021-RECNAT-2000.
2002. Especificaciones de fertilidad, salinidad y clasificación de
suelos. Estudios, muestreos y análisis. Diario Oficial de la Federación.
Secretaria de Economía. 73 pp.
, analizando las muestras por espectrofotometría de absorción atómica.
Se pesaron 10 g de suelo seco previamente tamizado (No.10; 2 mm), posteriormente la muestra se colocó en un matraz Erlenmeyer de 125 ml y se adicionaron 20 ml de solución DTPA (ácido del dietilen-triamino-pentaacético) 0.005 molar (M), luego se tapó el matraz y se llevó a un agitador mecánico por 2 hr a 120 oscilaciones/min. Transcurrido el tiempo, se filtró la muestra con papel Whatman No. 42. y se almacenó en recipientes de polietileno de 100 ml de capacidad, hasta su análisis por espectrofotometría de absorción atómica (VARIAN55B modelo AA0909M022). Se utilizaron estándares de 5 mg L-1, 10 mg L-1 y 20 mg L-1 de cada elemento.
Análisis estadístico
⌅El análisis estadístico se realizó mediante el programa Statgraphics y Excel 2016. Se analizaron las concentraciones encontradas de metales pesados en agua, suelo y maíz.
Resultados y Discusión
⌅Metales pesados en agua
⌅El análisis realizado a cada uno de los sitios de muestreo indica que existe la presencia de metales pesados en el agua proveniente de los ríos de la microcuenca, los cuales circulan cerca de los cultivos, tal como se muestra en la tabla 1.
| Muestra | Cd | Co | Cu | Cr | Fe | Mn | Ni | Pb | Zn |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Testigo | ND | ND | ND | ND | 0.04 | ND | ND | 0.4 | ND |
| 1 | 0.53 | ND | 1.26 | ND | 2.3 | ND | 0.87 | 1.57 | 6.00 |
| 2 | 0.60 | ND | 0.93 | ND | 2.1 | ND | 1.1 | 1.4 | 5.80 |
| 3 | 0.40 | ND | 0.87 | ND | 1.87 | ND | 0.83 | 1.1 | 5.20 |
| 4 | 0.27 | ND | 0.67 | ND | 1.76 | ND | 0.77 | 0.80 | 4.93 |
| 5 | 0.27 | ND | 0.57 | ND | 1.47 | ND | 0.53 | 0.70 | 4.57 |
Cada valor es el promedio por triplicado de cada muestra. ND: No Detectado. Todos los valores están expresados en mg L-1.
En el cuadro 1 se muestran los límites máximos permisibles para metales pesados en aguas establecidos en la Norma Oficial Mexicana NOM-001-SEMARNAT-1996.
| Metal pesado | Promedio Mensual | Promedio Diario |
|---|---|---|
| Pb (mg L-1) | 0.5 | 1.0 |
| Cd (mg L-1) | 0.2 | 0.4 |
| Ni (mg L-1) | 2 | 4 |
| Cu (mg L-1) | 4.0 | 6.0 |
| Zn (mg L-1) | 10 | 20 |
| Fe (mg L-1) | - | - |
La concentración de plomo (Pb) se detectó en todos los sitios de muestreo, y 3 se encuentran por encima del valor máximo permisible. Por otro lado, no se no se encontraron Cobalto (Co), cromo (Cr) y manganeso (Mn), en las muestras colectadas. En todas las muestras se encontraron cobre (Cu), níquel (Ni) y zinc (Zn) y estos también se encuentran dentro de los valores permisibles, ya que no superan lo establecido por la norma. Sin embargo, en las muestras se observó presencia de hierro (Fe), teniendo los valores más elevados de acuerdo a la norma.
De acuerdo con el análisis de correlación que se realizó, se encontró que los valores no son constantes entre sitios de estudio. Solo los elementos que presentaron una correlación mayor al 80% fueron el Fe con el Pb (86.84%) y el Pb con el Zn (86.54%). Esto quiere decir que estos elementos podrían provenir de fuentes antrópicas y no de origen natural.
Metales pesados en suelo
⌅Los
procedimientos analíticos tendientes a evaluar la disponibilidad de
algún metal fundamentalmente se asocian a su capacidad para extraer
alguna forma química del metal presente en el suelo, tal es el caso del
DTPA (ácido del dietilen-triamino-pentaacético) el cual es usado por
varios autores, como Méndez et al. (2000)Méndez,
G. T., Rodríguez, D. L., Palacios, M. S. 2000. Impacto del riego con
aguas contaminadas, evaluado a través de la presencia de metales pesados
en suelos. Terra Latinoamericana, 18: 277-288.
, y Pérez et al. (2008)Pérez,
O. M. A., García, M. R., Vázquez, A. A., Colinas, L. T., Pérez, G. M.,
Navarro, G. H. 2008. Concentración de Pb, Cd, Ni y Zn en suelos
contaminados y su transferencia a la pella de brócoli. Terra Latinoamericana, 26: 215-225.
, ya que permite recuperar elementos metálicos que se encuentran en forma intercambiable.
En la tabla 2 se presentan los resultados obtenidos de metales pesados en los suelos
de Angostillo y Xocotitla, así como los límites máximos permisibles de
referencia en la NOM-021-RECNAT-2000NOM-021-RECNAT-2000.
2002. Especificaciones de fertilidad, salinidad y clasificación de
suelos. Estudios, muestreos y análisis. Diario Oficial de la Federación.
Secretaria de Economía. 73 pp.
(cuadro 2).
.
| Metal pesado | Normal | Peligroso |
|---|---|---|
| Pb (mg kg-1) | 35 | 100-300 |
| Cd (mg kg-1) | 0.35 | 10-35 |
| Ni (mg kg-1) | 50 | 100 |
| Cu (mg kg-1) | 13-24 | >24 |
| Zn (mg kg-1) | 40-120 | >120 |
| Fe (mg kg-1) | 50-200 | 200-500 |
El contenido de plomo (Pb) en suelos fue de 1.10-22.23 mg kg-1. Los resultados indican que la concentración de Pb es similar en todas las muestras. Los valores encontrados son menores a los límites permisibles establecidos en la norma; pero es importante monitorear estos valores ya que pueden cambiar con el tiempo por efecto de la actividad humana.
En cuanto a los demás metales, solo el hierro está por encima de los niveles permisibles, mostrando valores muy elevados que podrían ser peligrosos.
La concentración de cobre es inferior a la presentada por Cajuste et al. (1991)Cajuste,
L. J., Vázquez A. A., Siebe, G. C. D., Alcántar, G. G., Isla, B. M. L.
2001. Cadmio, Níquel y Plomo en agua residual, suelo y cultivos en el
Valle del Mezquital, Hidalgo, México. Agrociencia, 35(3): 267-274
, quienes reportan valores de 24 y 25 mg kg-1 en suelos regados con agua residual ubicados en el Valle del Mezquital.
Por otra parte, la concentración de zinc (Zn), fue similar en todas las muestras. Ramos et al. (2001), reportan concentraciones de zinc en suelos ubicados en el Valle del Mezquital de 22 mg kg-1,
los cuales son muy inferiores a los encontrados en el presente trabajo
de investigación, así que de acuerdo con lo establecido por la NOM-021-RECNAT-2000NOM-021-RECNAT-2000.
2002. Especificaciones de fertilidad, salinidad y clasificación de
suelos. Estudios, muestreos y análisis. Diario Oficial de la Federación.
Secretaria de Economía. 73 pp.
los valores de Zn encontrados en las muestras de suelo se encuentran dentro de un nivel adecuado.
La
concentración de hierro en suelo en las muestras estudiadas fue
variable. Las concentraciones de Fe detectadas en el presente proyecto
de investigación son mucho mayores a los valores detectados por Méndez et al. (1997) en suelos del Distrito de Riego 030 de Tecamachalco, donde los valores promedio encontrados fueron de 15.3 mg kg-1.
Parte de esta concentración podría venir del agua y si los pobladores
consumen esta agua podría acarrearles problemas de salud como la
hemosiderosis que es provocada por excesivos depósitos de hemosiderina
en el hígado y el bazo; y hemocromatosis que son excesivos depósitos de
hierro en los tejidos corporales (Amatriain, 2000Amatrain, E. M. 2000. Efectos del exceso de hierro sobre la salud. Medicina Naturista, 2: 92-95. ISSN 1576-3080.
).
Conclusiones
⌅De acuerdo con los resultados obtenidos del análisis de laboratorio, se concluye que existe la presencia de metales pesados (Pb, Ni, Cu, Zn) en suelo, sin embargo; estas concentraciones se encuentran dentro de los límites máximos permisibles establecidos en la norma, a excepción del hierro.
El cobalto y manganeso no se detectaron en las muestras de agua, pero sí en las de suelo, esto quiere decir que es de una fuente natural.
La mayoría de los elementos estuvieron dentro de los parámetros tolerados. Sin embargo, el hierro se encuentra por encima de los valores permisibles y se tiene que tomar en cuenta por los posibles efectos negativos que podrían tener a la salud.
Es importante mantener una inspección periódica en el sitio de estudio, ya que es una fuente potencial para que aumente la contaminación, por fuentes de origen antrópico.