XX Congreso Latinoamericano y XVI Congreso Peruano de la Ciencia del Suelo “EDUCAR para PRESERVAR el suelo y conservar la vida en La Tierra” Cusco – Perú, del 9 al 15 de Noviembre del 2014 Centro de Convenciones de la Municipalidad del Cusco

ESTUDIO QUÍMICO DE LA SALINIZACIÓN DE SUELOS AGRÍCOLAS EN EL DISTRITO DE SAN PEDRO DE LLOC Marchese Morales, A.B.1*; Gamboa Fuentes, N.R.2; Tavares Corrêa, C.H.3 1Facultad

de Ciencias e Ingeniería, Pontificia Universidad Católica del Perú PUCP de Ciencias, Sección Química, Pontificia Universidad Católica del Perú PUCP 3Departamento de Humanidades, Sección Geografía, Pontificia Universidad Católica del Perú PUCP *Autor de contacto: E-mail: [email protected], Dirección postal: Av. Universitaria 1801, San Miguel, Lima, Perú, Teléfono: (+511) 6262000 ext. 4251. 2Departamento

RESUMEN El fenómeno de salinización del suelo afecta el adecuado crecimiento de las plantas y es una de sus principales causas de degradación. Se observa este impacto principalmente en zonas con climas áridos y semi-áridos debido a los siguientes factores: mayor evaporación de agua, aumento del nivel freático, agua de riego salinizada y malas prácticas agrícolas, como el uso excesivo de fertilizantes. Los cultivos de San Pedro de Lloc se ubican en la costa norte peruana y son importante fuente de la producción nacional de arroz, azúcar, maíz, etc. En el presente trabajo se estudia la salinización que afrontan estos suelos agrícolas. Este estudio comprende, en primer lugar, la implementación y validación de metodologías de análisis físicos y químicos. Se diseñó un muestreo de suelos de tipo sistemático. Luego, se aplicaron las metodologías de análisis validadas a las muestras y se realizó el análisis estadístico de los resultados determinando variables como la relación de adsorción de sodio (SAR). Se encontraron suelos desde ligeramente a extremadamente salinos con pH en el rango de 7,5 – 8,3. Los suelos sódicos con SAR elevada corresponden a 45 % de los suelos del área de estudio. Poseen capacidad de retención de agua mediana a baja ya que la textura predominante es la arenosa. El porcentaje de materia orgánica es variable. Se concluye, en base a los datos recogidos, que los suelos del distrito de San Pedro de Lloc están atravesando un serio proceso de salinización y sodificación.

PALABRAS CLAVE Salinización; sodificación; San Pedro de Lloc

INTRODUCCIÓN El fenómeno de salinización consiste en la degradación del suelo por incremento de la concentración de sales debido a factores como: riego con agua salinizada, excesiva evaporación de agua, lixiviación de minerales, aumento de nivel freático e inadecuado sistema de drenaje. Estos factores se intensifican con malas prácticas agrícolas como el uso excesivo de fertilizantes, riego por inundación y quema del cultivo residual luego de la campaña agrícola. (Alva et al., 1976) Un suelo salino se caracteriza por presentar una conductividad eléctrica (CE) mayor a 4 dS/m y un potencial de hidrógeno (pH) mayor a 8,5. Un caso particular que suele acompañar al proceso de salinización es la sodificación de suelos. Este fenómeno ocurre cuando el catión Na+ se intercambia por los iones Ca2+ o Mg2+ afectando el crecimiento de las plantas. Se cuantifica mediante la relación de adsorción de sodio (SAR) que se describe en la ecuación 1. Un SAR mayor a 15 indica la presencia de un suelo sódico. (Abrol et al., 1988)

=

[

[

]

]+[ 2

]

… (1)

El distrito de San Pedro de Lloc se encuentra ubicado en el suroeste de la provincia de Pacasmayo, región La Libertad, a 43 m.s.n.m. Según el censo del 2007, cuenta con una población de 16149 habitantes y una extensión de 69842 km2. La principal actividad económica es la agricultura con predominio de cultivos de arroz que representan 70 % del total provincial. La campaña principal del arroz se realiza entre setiembre y abril. También se realizan dos campañas secundarias de febrero a julio (complementaria) y de abril a agosto (chica) con cultivos de menor importancia que el arroz (maíz amarillo, cebolla, ajo, etc.). (Quispe, 2009; Vinelli, 2012; Fox, 2013) Los suelos agrícolas son el recurso más escaso del país. Se estima que el 40 % de los suelos agrícolas costeros están sufriendo el fenómeno de salinización (MINAG, 2013). Las parcelas de cultivo de San Pedro de Lloc son una fuente importante de la producción nacional de productos como arroz, azúcar, maíz, etc (Vinelli, 2012). Por otro lado, en las últimas décadas han sido construidas grandes obras de riego que han generado impactos ambientales aún no debidamente estudiados. Por ello, se hace necesario el diagnóstico de la salinización de estos cultivos a fin contribuir con propuestas de mejoras para garantizar una producción sostenible. ¿Los cultivos agrícolas del distrito de San Pedro de Lloc atraviesan un proceso de salinización y sodificación? ¿A qué factores se le puede atribuir la eventual salinización? Para responder a estas preguntas se implementaron y validaron metodologías de análisis físicos (textura, densidad aparente, humedad) y químicos (CE, pH, materia orgánica, sodio, potasio, calcio, magnesio); se diseñó un programa de monitoreo de suelos agrícolas en el distrito de San Pedro de Lloc; se aplicaron las anteriores metodologías validadas a las muestras de suelo y agua colectadas del área de estudio y, finalmente, se realizó un análisis estadístico para evaluar correlaciones y tendencias.

METODOLOGÍA Se diseñó un muestreo del tipo sistemático (figura 1) y los puntos de muestreo fueron ubicados con el sistema GPS. Se tomó una muestra simple en cada punto de la rejilla haciendo un total de 14 muestras de suelo y 3 de agua en las redes hídricas, considerando acceso a la parcela,

seguridad y equipamiento en agosto del año 2013. Las muestras de agua se tomaron en puntos estratégicos para descartar o confirmar la salinización o sodificación del agua de riego. Se había programado una segunda campaña de muestreo que fue cancelada debido a la sequía durante los meses de enero y febrero de 2014 y que habrían sesgado los resultados (El Comercio, 2014).

Figura 1: Mapa de estaciones de muestreo de suelo y agua en el distrito de San Pedro de Lloc

Las muestras de suelo se tomaron con ayuda de palas y rastrillos metálicos y guantes de nitrilo, siguiendo la norma ASTM D5633-04. Se hizo un agujero de 15 cm de largo y ancho y entre 15 a 30 cm de profundidad. Se recogió entre 2 y 3 kg de muestra simple en bolsas plásticas herméticas. Para el caso de las muestras de agua, se tomaron las muestras con la ayuda de un balde previamente lavado con el agua del mismo río y transferidas a botellas de plástico de un litro. Para la determinación de densidad aparente (DA) se martilló un cilindro de aluminio de 200 cm3 en el mismo agujero, hasta cubrir al ras con el suelo húmedo. Se retiró y colocó en una bolsa plástica hermética para luego secar en estufa a 105 °C por 24 horas, y pesar en el laboratorio (USDA, 1991). Para cada metodología del trabajo de laboratorio se realizaron pruebas con muestras simuladas con el fin de determinar algunos parámetros necesarios para verificar y garantizar el buen desarrollo del análisis físico o químico. Algunos de estos incluyen: precisión, exactitud, especificidad, límites de detección y cuantificación, etc. (Taverniers et al., 2004) Para cada muestra, se cuarteó en húmedo empleando un cuarteador manual de acero inoxidable. Luego, se secó a 60 o 105 °C en una estufa por 24 horas. El secado a 60 °C no permite que compuestos volátiles se remuevan de la matriz. Al día siguiente, se enfrió en un desecador de sílica gel y luego se molió y tamizó en malla de 2 mm. Finalmente, se colocó la muestra preparada en un frasco ámbar de vidrio en un desecador de sílica gel. (Ríos, 2013)

En el análisis de textura se empleó el método del hidrómetro contemplado en la norma ASTM D422-63. Se pesó 80 g de muestra seca a 105 °C en un vaso. Se añadió 125 mL de solución de hexametafosfato de sodio 40 g/L y se agitó vigorosamente por 1 minuto. Al día siguiente, se trasvasó el contenido a una probeta de 1 L y se registraron lecturas de densidad con el hidrómetro a tiempos definidos. El análisis fue realizado por duplicado con su respectivo blanco de método. En los análisis de humedad y materia orgánica (MO) por triplicado, se aplicó la norma ASTM D2974-07a. En el análisis de humedad se pesó entre 1 y 1,5 g de muestra cuarteada y tamizada (2 mm) en una cápsula de porcelana. Se colocó la cápsula en una estufa a 105 °C por 24 horas y se calculó el peso por pérdida de agua. Para el análisis de MO, se colocó la misma cápsula en una mufla a 450 °C por 3 horas. Se enfrió en un desecador de sílica gel y se pesó. Se preparó la solución suelo para realizar los análisis químicos. Esta solución se consigue tras una serie de etapas de dispersión física, filtración al vacío y centrifugación. Se realizó una extracción suelo/agua 1:5 y se midió la CE y pH del extracto por triplicado, empleando un conductímetro y pH-metro respectivamente previamente calibrados (Sonmez et al., 2008). Se realizó otra extracción suelo/agua 1:1 y se preservó la solución transparente obtenida con HNO3 hasta pH igual a 2. Se analizaron los metales disponibles (sodio, potasio, calcio y magnesio) por espectrofotometría de absorción atómica. El análisis fue realizado por triplicado. Finalmente, se realizó un análisis elemental cualitativo por espectrometría de fluorescencia de rayos X (FRX). Se colocó 2 g de muestra seca a 105 °C en un pastillero con film de polipropileno. Se analizó directamente las muestras con el equipo portátil. Esta técnica sirve para realizar análisis elemental no destructivo de muestras sólidas y líquidas. (McLaren et al., 2012)

RESULTADOS Y DISCUSIÓN Se obtuvieron los resultados mostrados en la tabla 1. Las clases texturales se hallaron empleando el triángulo de clases texturales de la USDA. El sector bajo corresponde a los puntos más cercanos a la costa, mientras que el sector medio y alto son los de mayor altitud. Un espectro típico de FRX se muestra en la figura 2. Se obtuvo el mismo perfil en todas las muestras de suelo.

Sector

Bajo

Est 1 2 8 9 13 3 4 5 6

Medio 7 10 11 12 Alto

14

Tabla 1: Resultados de los análisis físico-químicos de las muestras de suelo Clase DA Humedad MO CE pH textural (g/cm3) (%) (%) (dS/m) 1,33 ± 0,13 1,59 ± 0,11 4,12 ± 0,01 7,73 ± 0,09 Arenoso 1,41 2,36 ± 0,43 1,27 ± 0,10 28,88 ± 0,11 7,59 ± 0,03 Arenoso 1,30 6,98 ± 0,48 1,09 ± 0,11 12,29 ± 0,20 8,06 ± 0,08 Arenoso 1,26 3,80 ± 0,15 1,02 ± 0,11 5,64 ± 0,24 7,84 ± 0,02 Arenoso 1,38 0,68 ± 0,09 1,55 ± 0,13 5,77 ± 0,16 7,84 ± 0,02 Arenoso 1,36 6,50 ± 0,03 2,26 ± 0,18 34,65 ± 0,21 7,39 ± 0,09 Arenoso 1,30 Arenoso 1,46 16,21 ± 0,54 2,25 ± 0,05 7,48 ± 0,01 7,70 ± 0,10 franco Franco 16,17 ± 0,33 3,59 ± 0,40 7,61 ± 0,11 7,88 ± 0,03 1,46 arenoso Arenoso 3,26 ± 0,25 2,52 ± 0,04 4,73 ± 0,19 7,94 ± 0,01 --franco Franco --4,06 ± 0,17 2,50 ± 0,10 3,59 ± 0,03 8,01 ± 0,01 arenoso 6,48 ± 1,36 0,81 ± 0,03 14,93 ± 0,16 8,25 ± 0,04 Arenoso 1,35 Franco 2,48 ± 0,18 2,68 ± 0,07 3,32 ± 0,03 7,92 ± 0,04 --arenoso Arenoso 0,62 ± 0,03 1,00 ± 0,05 7,65 ± 0,11 7,92 ± 0,03 1,37 franco Franco 1,27 15,98 ± 0,15 5,93 ± 0,05 1,91 ± 0,03 7,96 ± 0,02 arcilloso

SAR 11,24 ± 0,21 49,73 ± 0,69 82,14 ± 1,08 16,02 ± 0,21 10,41 ± 0,35 35,16 ± 0,50 10,58 ± 0,20 11,81 ± 0,14 5,25 ± 0,01 8,64 ± 0,11 94,05 ± 1,12 3,44 ± 0,05 18,69 ± 0,41 3,31 ± 0,03

x 1E3 Pulses 140

Fe

120

100

80

60

40

Ca 20 Ti

Si Al

K P

Mn

V

S

Ni

Cu

Zn

0 2

4

6

8

10

- keV -

Figura 2: Espectro de fluorescencia de rayos X de una muestra de suelo

De los resultados presentados en la tabla 1, se puede apreciar que los suelos del área de estudio son mayoritariamente arenosos o franco arenosos. El punto 14 (franco arcilloso) fue el punto de control con un suelo presuntivamente no salino. Comparando con valores anteriores del área de estudio, existe una ligera diferencia en las clases texturales debido un aumento o disminución del porcentaje de arena (Fox, 2013). Esto puede deberse a procesos naturales de degradación del suelo en ambientes costeros como la erosión eólica por desplazamiento de la arena. Los suelos presentan una estructura desde muy abierta a satisfactoria. La textura arenosa permite una buena aireación, alto porcentaje de poros, baja capacidad de retención de agua, exceso de lavado y buen drenaje. Con respecto a la materia orgánica, se ubica en el rango adecuado para la fertilidad de los suelos, con excepción de la estación 10 con porcentaje menor al 1 % debido a que la parcela estaba abandonada y sujeta a procesos de erosión. Con respecto a los análisis de CE y pH, se aprecia que los suelos están atravesando por un serio y acelerado proceso de salinización con el transcurso de los años, tal como ONERN había informado ya en 1988. En el sector bajo se encontraron suelos desde moderadamente hasta extremadamente salinos, mientras que en el sector medio de ligeramente hasta extremadamente salinos. Se observan suelos salinos-sódicos en sectores bajos y medios debido a su cercanía al mar. El pH del suelo se ubica fuera del rango adecuado para el crecimiento de las plantas. El alto grado de salinización y sodificación en estos cultivos puede deberse principalmente a la baja capacidad de retención de agua, excesiva evaporación de agua y un aumento del nivel de la napa freática. El agua de riego no contribuye al fenómeno. Los niveles de materia orgánica indican la actual fertilidad de los cultivos de arroz que aún se explotan en la zona.

CONCLUSIONES Se diseñó un programa de monitoreo considerando 14 estaciones de muestreo de suelo y 3 estaciones de muestreo de agua, mediante un diseño de muestreo sistemático (o en rejilla). De acuerdo a los parámetros físicos, se encontró que la mayoría de suelos son arenosos, poseen baja capacidad de retención de agua, presentan buena estructura, adecuada aireación y el espacio necesario para que las plantas puedan crecer. Por otro lado se encontró que los suelos poseen un contenido de materia orgánica en el rango adecuado para la fertilidad de los suelos. El bajo contenido en algunas estaciones podría indicar que han sufrido degradación por erosión. De acuerdo a los parámetros químicos, se encontró que los suelos afrontan un serio proceso de salinización y sodificación con pH medianos a moderadamente alcalinos, debido a la baja

capacidad de retención de agua y excesiva evaporación de agua. Sin embargo, el alto contenido de materia orgánica en algunos puntos justifica que esos suelos aún toleren cultivos agrícolas. En el análisis de FRX, se encontraron elementos con proporciones abundantes como calcio, hierro, mientras que el aluminio y manganeso en baja proporción debido a la baja formación de arcillas.

AGRADECIMIENTOS A la Dirección de Gestión de la Investigación de la PUCP por haber otorgado el premio del Programa de Apoyo a la Iniciación en la Investigación (PAIN) para el presente trabajo y para el autor principal, y por el financiamiento del Proyecto Bienal 2013-0097 a los investigadores.

BIBLIOGRAFÍA Abrol, Y. Yadav, J. Massoud, F. (1988) Salt-Affected Soils and their Management. Roma: FAO. Alva, C. Alphen, J. Torre, A. Manrique, L. (1976) Problemas de drenaje y salinidad en la costa peruana. Países bajos: International institute for land reclamation and improvement. El Comercio (2014). La falta de lluvias pone en peligro la campaña agrícola. 07 de Febrero de 2014. Consulta: 10 de Febrero de 2014. URL: Fox, E. (2013). Evaluación de pérdida de suelo por salinización en la parte baja de la cuenca del Jequetepeque: San Pedro de Lloc (1980-2003). Tesis de Licenciatura en Geografía y Medio Ambiente. Lima: PUCP. Facultad de Letras y Ciencias Humanas. McLaren, T. Guppy, C. Tighe, M. Forster, N. Grave, P. Lisle, L. Benett, J. (2012) Rapid, Nondestructive Total Elemental Analysis of Vertisol Soils using Portable X-ray Fluorescence. Soil Science Society of America Journal. 76: 1436-1445. ONERN (1988). Plan de ordenamiento ambiental de la cuenca del rio Jequetepeque para la protección del reservorio Gallito Ciego y del valle agrícola. 419 pp. Lima: ANA. Quispe, E. (2009). Diseño de un programa de monitoreo de Agua Superficial en San Pedro de Lloc. Tesis de Maestría en Química. Lima: PUCP. Escuela de Posgrado. Ríos, N. (2013) Estudio químico de sedimentos de la represa de Gallito Ciego como contribución al estudio de calidad ambiental del reservorio. Tesis de Licenciatura en Química. Lima: PUCP. Sonmez, S. Buyuktas, D. Okturen, F. Citak, S. (2008) Assessment of different soil to water ratios (1:1, 1:2,5, 1:5) in soil salinity studies. Geoderma. 144: 361-369. Taverniers, I. De Loose, M. Bockstaele, E. (2004) II. Analytical method validation and quality assurance. Trends in Analytical Chemistry, 23, 8, 2004, 535-552. United States Department of Agriculture. (1991) Investigación de Suelos: Métodos de laboratorio y procedimientos para recoger muestras. Primera edición. México: Editorial Trillas. Vinelli, R. (2012). Estudio Analítico de Nitratos en Aguas Subterráneas en el distrito de San Pedro de Lloc. Tesis de Licenciatura en Química. Lima: PUCP. Facultad de Ciencias e Ingeniería.