Práctica 1: Medida de la salinidad de un suelo Fundamento En el suelo existen diferentes componentes salinos como resultado de los procesos que tienen lugar en él. Pueden provenir de la roca madre como los cloruros, carbonatos, sulfatos, etc. Pueden ser de origen artificial, como los generados por restos de fertilizantes, o bien ser de origen natural, como los producidos por las plantas adaptadas a vivir en condiciones de alta concentración en sales, por las aguas freáticas marinas o el agua del mar. Las sales predominantes en los suelos son Calcio (Ca) y Sodio (Na), elementos que le aportan diferentes características al suelo según la proporción en la que se den. En general, un suelo que contiene compuestos de calcio (junto con otras sales) suele ser bastante estable; este elemento hace el pH del suelo sea menor de 8,5, que tenga una conductividad eléctrica mayor de 4 deciSiemens/m y que sea de tipo Solonchak, con perfiles A−C, A−B−C con z y/o y en cualquier horizonte, que se presentan en zonas áridas y zonas de depresión. En este tipo de suelo el drenaje de sales está impedido por las propias características del suelo. Por otro lado, un suelo que contiene compuestos de sodio en exceso, es dispersante, de estructura laminar, con pH bastante alto (se forma por procesos de alcalinización principalmente) y se da en climas áridos y semiáridos. Es de tipo Solonetz, con un horizonte nátrico (árgico con arcillas saturadas en sodio), con un perfil A−E−Btn−C. Se debe tener en cuenta la salinidad de un suelo, ya que las plantas que crezcan en suelos de estas características sufrirán estrés hídrico por pérdida de agua hacia el suelo, a no ser que se trate de plantas halófitas. También porque la fertilidad del medio es baja, son suelos pobres, debido a que los nutrientes no se encuentran disponibles a pH alto. Medida de la salinidad A través de la conductividad eléctrica se determina la concentración de sales solubles en disolución en el suelo. Se basa en la velocidad con la que la corriente eléctrica atraviesa una solución salina, la cual es proporcional a la concentración de sales en disolución. Hasta hace unos años se expresaba en mmhos/cm, pero hoy día se expresa en deciSiemens/metro (dS/m), siendo ambas medidas equivalentes. Para considerar si un suelo es salino o no, existen límites arbitrarios; así la Soil Taxonomy adopta el valor 2 dS/m para considerar un suelo salino, ya que las propiedades quedan fuertemente influenciadas por el factor salinidad. Por otro lado, el United States Salinity Laboratory de Riverside establece los siguientes criterios de salinidad: Salinidad (Conductividad, (dS/m) 0−2 2−4 4−8 8−16 >16

Suelo

Elementos afectados

Normal Ligeramente salino. Salino Fuertemente salinos Extremadamente salinos

Rendimiento de cultivos sensibles Rendimientos de la mayoría de los cultivos Sólo no se ven afectados los cultivos tolerantes Muy pocos cultivos dan rendimiento aceptable

En general, se considera que un suelo es salino si presenta una conductividad mayor de 16 dS/m, siempre que el pH sea mayor de 8,5. Con una conductividad de 8 dS/m ya se considera un suelo con propiedades salinas. 1

Cálculos La concentración de sodio se puede medir, bien en la solución del suelo, bien en el complejo de cambio. • Contenido en Sodio: Se calcula el PSI o porcentaje de sodio intercambiable (se mide en el complejo de cambio). Es el porcentaje de sodio con respecto a los demás cationes absorbidos, con ello sabemos qué cationes predominan en el complejo adsorbente. Si resulta mayor del 15 %, se considera que el suelo puede empezar a sufrir problemas de solidificación y dispersión de arcilla. [Na+] PSI = x 100 [intercambio catiónico] • Contenido de sodio en la solución del suelo: Se denomina razón de adsorción de sodio (RAS): [Na+] RAS = [Ca++] + [Mg++] Metodología (Se describe el procedimiento a seguir en la fotocopia adjunta). Las muestras de suelos provienen de las Lagunas de Villafáfila (Zamora). Para nuestras muestras tomamos 100 gr de suelo y lo mezclamos con 60 o 70 ml de agua. El proceso de saturación se realiza al contrario que de forma natural, es decir se satura en tierra y no en agua. En esta medida, contamos con la ventaja de que no se tiene en cuenta la cantidad de agua que utilicemos, ya que la conductividad será la misma. Una vez saturada la muestra de suelo, se deja reposar. Al día siguiente se filtra la muestra con ayuda de la bomba de vacío para obtener la porción de agua en la que medimos la conductividad a 25 ºC. Material Recipiente de plástico con tapa Probeta de 100ml Varilla de vidrio Espátula Agua destilada Quitasato Bomba de vacío Embudo Buchner 2

Conductímetro

Conductímetro

Papel de filtro

(Fuente: www.net−interlab.com)

Muestras de suelos Resultados Muestra Laguna grande (fondo) 1 Laguna grande (fondo) 2 Laguna Barrillos (fondo)1

Conductividad (dS/m) 48,6 16,6 31,5

Laguna Barrillos (observatorio) 2

8,9

Clasificación Suelo salino Suelo salino Suelo salino Suelo de propiedades salinas

Conclusiones Todas las muestras de suelo pueden considerarse salinas bajo cualquier sistema de clasificación. Destacar la muestra Laguna Barrillos (observatorio) 2, para la que habría que analizar el pH si se requiere una clasificación más exacta en cuanto a la salinidad de dicha muestra.

Lagunas de Villafáfila (Zamora) (Fuente: www.adripalomares.com) Práctica 2: Determinación de carbonatos/bicarbonatos en agua. Resultados. (Fundamento, metodología, material utilizado y cálculos se describen en las fotocopias anteriores). Preparación Preparar una solución de ácido clorhídrico 0,02N a partir del producto comercial, sabiendo que en la etiqueta del mismo se lee: Pureza: 37% en peso, densidad: 1,19 gr/cm3 (o gr/ml) y pm: 36,46. Equivalentes de soluto

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Normalidad = 1000 ml de disolución masa HCl (puro) Equivalentes HCl = Peso molecular HCl Masa HCl (puro) 1 Normalidad = = Densidad HCl (puro) · 1000 ml · pm HCl pm HCl Como el producto no es puro, se corrige la fórmula con el porcentaje en peso: Normalidad = 1,19 · 37/100 · 1/36,36 = 0,012, para 1000 ml. Para 1 litro = 12 N. Sabiendo la normalidad de la solución comercial, se averigua el volumen que se ha de tomar para elaborar un litro de una solución 0,02 N de HCl. V·N =V' · N' 1 L · 0,02 = V' · 12 N V' = 0,00166 L 1,66 ml. Resultados Muestra Agua artificial Topas (SA) Charca

Muestra Agua artificial Topas (SA) Charca

Color (fenolftaleína) Violeta Incoloro Violeta

Valoración 10,5 ml 0 ml 2,5 ml

Valoración Color (verde de bromocresol) (incluida la primera) Azul 17,5 ml Azul 7 ml Azul 22 ml

ppm CO3 2− 252 0 60 ml utilizados (sin valoración anterior) (−10,5 ml) = 7 (−0 ml)= 7 (−2,5 ml) = 19,5

ppm HCO−3 170,8 170,8 475,8

Observaciones y conclusiones En la muestra de agua de Topas (SA), no aparece un color rosado o violeta cuando se añade fenolftaleína, por lo que no hay presencia de carbonatos. No se ha dado ningún caso en este análisis, pero si hubiera existido alguna muestra sin bicarbonatos, una vez valorada la muestra para carbonatos, habría virado su color a amarillo. No se ha encontrado ninguna clasificación de agua en la que se valore esta por su contenido en carbonatos aisladamente, siempre va acompañado este análisis de otros parámetros para caracterizar el agua, como el pH, concentración de Na, etc.

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Lo único que se puede deducir en base al análisis de la cantidad de bicarbonatos es que son muestras de agua dulce, cuya concentración de dichos iones varía entre 50 y 350 ppm, por regla general (Custodio, 1976). Incluso la muestra charca, presenta una concentración más elevada. Se debe tener en cuenta que los valores de HCO−3 medidos en el laboratorio suelen ser algo menores que los reales. Si las muestras que contienen bicarbonatos además presentaran sodio, serían de mala calidad para el riego. Teniendo en cuenta la legislación nacional actual (R.D. 1138/1990 de 14 de Septiembre) sobre la calidad de las aguas potables, se considera, para las aguas potables de consumo humano sometidas a un tratamiento de ablandamiento, una concentración mínima de HCO−3 de 30 ppm. Por lo que todas las muestras se consideran aguas potables para este parámetro. Para determinar la potabilidad haría falta analizar muchos más parámetros.

Porción de suelo con carbonatos secundarios (Fuente: www.edafología.net) Práctica 3: Medida de la Demanda Química de Oxígeno en agua. Introducción La D. Q. O. Es la demanda química de oxígeno. Es el parámetro utilizado para caracterizar la contaminación orgánica del agua que se mide a partir de la cantidad de oxígeno disuelto necesario para la degradación química de los contaminantes orgánicos que contiene. Se entiende como degradación química la reacción de un oxidante químico, bien dicromato potásico, bien permanganato potásico, que consume materia orgánica. No debe confundirse con la D. B. O., que es el parámetro utilizado para caracterizar la calidad de un agua, que mide la cantidad de oxígeno necesaria para la degradación biológica de las materias orgánicas que contiene. Es un indicador del grado de contaminación orgánica del agua. La diferencia principal entre los dos parámetros es que la medida de la D. B. O. da como resultado la cantidad de materia orgánica biodegradable que contiene el agua a estudio (oxidación orgánica); y la medida de la D. Q. O. muestra la cantidad de materia orgánica no biodegradable que presenta el agua a estudio (oxidación química). Las unidades en las que se miden son gramos de oxígeno / metros cúbicos de agua o en el equivalente miligramos de oxígeno / litros de agua. Por lo que sus dimensiones físicas son MASA/VOLUMEN = M/V. g O2 mg O2 5

−−−−−−−−−−− = −−−−−−−−−− m3 H2O l H2O Son parámetos complementarios para medir el índice de biodegradabilidad del D. B. O.5 agua = , que toma los valores que se muestran en la tabla: D. Q. O. Valor Menor que 0, 2 Entre 0, 2 y 0, 4 Mayor que 0, 4

Tipo de agua No biodegradable Biodegradable Muy biodegradable

(Nota: El parámetro que se incluye en el cálculo del índice de Biodegradabilidad es D. B. O.5, cuya medida se toma siguiendo unos estándares: Se deja reposar el agua 5 días, la temperatura debe ser 20 ºC, en un recipiente cerrado, fuera del contacto del aire y en oscuridad). (Principio, reactivos, procedimiento y cálculos se muestran en las fotocopias anteriores). Resultados Muestras Blanco Agua residual (Salamanca) Topas (Salamanca) Negrilla de Palencia (Sa)

Volumen gastado de Sal de Mohr 9,90 ml 8,20 ml 8,00 ml 9,05 ml

D.Q.O. (mg/L = ppm) 0 17,17 19,19 8,58

Conclusiones La muestra más contaminada por materia orgánica es el agua de Topas (Sa), ya que presenta la demanda química de oxígeno más alta, es decir, se necesitan 19,19 miligramos de oxígeno por cada litro de agua para degradar la materia orgánica que contiene la muestra. Según Custodio (1976), se pueden considerar aguas no contaminadas, las que presenten un valor para la D. Q. O. Menor de 15 ppm, por lo que la única que no estaría contaminada por materia orgánica, sería el agua de Negrilla de Palencia (Salamanca). Práctica 4: Determinación de metales pesados en suelo Introducción Los metales pesados una vez depositados en el suelo, tienden a mantenerse, al menos inicialmente, en los horizontes superficiales siendo subsiguientemente sometidos a una serie de procesos de retención semejantes a los que aparecen en suelos naturales, con la salvedad de que suelen ser incorporados en mayores concentraciones y bajo formas complejas muy variables dependiendo de la fuente contaminante. Entre tales procesos cabe citarse, los relativos a precipitación como fase sólida del suelo, adsorción por coloides 6

inorgánicos−arcillas, óxidos y oxihidróxidos de hierro y manganeso y sobre materia orgánica, y reacciones de complejación con la materia orgánica del suelo. La persistencia de estos metales pesados en los suelos es mucho mayor que en cualquier otro medio de la biosfera y la contaminación que producen resulta virtualmente permanente. Por otra parte su carácter tóxico y acumulativo ocasiona graves daños en plantas, animales y el hombre. La alta y sostenida carga de contaminantes aplicados a los suelos puede superar su capacidad de retención, fijación y adsorción contribuyendo a la disponibilidad de los contaminares y su translocación a las plantas o aguas subterráneas. (Objetivo, fundamento, método y cálculos se explican en la fotocopia anterior) Medida de la concentración de metales pesados en suelos mediante espectrofotómetro de absorción atómica. Fundamento. • Bases: El color de la muestra (absorbancia a cierta longitud de onda) es proporcional a la concentración del analito (metal pesado) de la muestra. • Parámetros: Transmitancia: T = P / Po Absorbancia: A = Log (Po / P) Absortividad molar (ðð: A = ð·b·C Ley de Lambert − Beer: Log (Po / P) = ð·b·C Siendo P la radiación emitida, Po la radiación incidente, C la concentración y b la ordenada en el origen de la recta obtenida al representar la absorbancia frente a la cantidad de metal pesado. El aparato con el que realizamos la medida de la absorbancia es un espectrofotómetro de absorción atómica, que puede ser de doble haz de luz o de un solo haz. Consta de las siguientes partes: • Fuente de luz: Lámparas de Wolframio, nitrógeno, Deuterio... • Monocromador: prisma o redes de difracción. • Muestra: en cubeta de vidrio transparente para determinaciones en el espectro visible. • Detectores: fotomultiplicador. • Representación gráfica del espectro: clásico o de diodos en fila. Esquema de un Espectrofotómetro de un solo haz Obturador Fotodetector Medidor Fuente

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Espectrofotómetro de absorción atómica (Fuente: hercules.cedes.es) Resultados Para cada elemento a analizar, se utiliza una lámpara específica y se elabora una recta de calibrado, determinada por los siguientes puntos: Elemento Cadmio Zinc Cobre Plomo

Longitud de onda (nm) 228,8 213,9 325,6 217

Rango

Punto 1

Punto 2

Punto 3

3 2 10 30

0,9 0,4 2 5

1,8 0,8 4 10

2,7 1,6 8 20

Primera extracción, medidas de absorbancia obtenidas Muestra 1 1 1 1 Muestra 3 3 3 3

Elemento Cd Zn Cu Pb Elemento Cd Zn Cu Pb

Dilución 50 50 10 0 Dilución 100 100 20 20

Absorbancia 1,5 0,9 4,4 17,0 Absorbancia 1,7 1,1 5,6 10,0

Muestra 2 2 2 2 Muestra 4 4 4 4

Elemento Cd Zn Cu Pb Elemento Cd Zn Cu Pb

Dilución 200 200 50 50 Dilución 100 100 50 50

Absorbancia 1,0 0,5 2,9 7,0 Absorbancia 1,7 1,1 2,5 5,0

Segunda extracción, medidas de absorbancia obtenidas

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Muestra 1 1 1 1 Muestra 3 3 3 3

Elemento Cd Zn Cu Pb Elemento Cd Zn Cu Pb

Dilución 100 50 50 50 Dilución 10 10 10 20

Absorbancia 1,2 1,5 2,2 7,0 Absorbancia 1,1 0,5 4,2 12,0

Muestra 2 2 2 2 Muestra 4 4 4 4

Elemento Cd Zn Cu Pb Elemento Cd Zn Cu Pb

Dilución 0 0 0 10 Dilución 5 5 5 10

Absorbancia 1,5 1,1 6,1 6,0 Absorbancia 1,6 1,0 5,0 16,0

Cálculos de la primera extracción Cobre Muestra 1 Muestra 2 Muestra 3 Muestra 4 Zinc Muestra 1 Muestra 2 Muestra 3 Muestra 4

Concentración (ppm) 274 173 206 193 Concentración (ppm) 282 227 217 217

Cadmio Muestra 1 Muestra 2 Muestra 3 Muestra 4 Plomo Muestra 1 Muestra 2 Muestra 3 Muestra 4

Concentración (ppm) 487 362 392 392 Concentración (ppm) 1036 686 836 786

Cadmio Muestra 1 Muestra 2 Muestra 3 Muestra 4 Plomo Muestra 1 Muestra 2 Muestra 3 Muestra 4

Concentración (ppm) 120 0 11 8 Concentración (ppm) 350 60 240 160

Cálculos de la segunda extracción Cobre Muestra 1 Muestra 2 Muestra 3 Muestra 4 Zinc Muestra 1 Muestra 2 Muestra 3 Muestra 4

Concentración (ppm) 110 0 42 25 Concentración (ppm) 75 0 5 8

Cálculo del porcentaje de extracción Cobre Muestra 1 Muestra 2 Muestra 3 Muestra 4

% 40,14 0 20,38 12,95

Cadmio Muestra 1 Muestra 2 Muestra 3 Muestra 4

% 24,64 0 2,80 2,04

Zinc Muestra 1 Muestra 2 Muestra 3 Muestra 4

% 26,59 0 2,30 3,68

Plomo Muestra 1 Muestra 2 Muestra 3 Muestra 4

% 33,78 8,74 28,70 20,35

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Conclusiones Se observa que la muestra que más elementos adsorbe (que presenta el mayor porcentaje de extracción para todos los elementos), es la muestra nº 1. Era lo que cabía esperar, puesto que corresponde a un horizonte Bt de suelo, caracterizado por un enriquecimiento de arcilla iluvial (31,1% de arcilla). Se comprueba entonces, que los suelos arcillosos son capaces de adsorber más iones de carga positiva (como los elementos que nos ocupan). Esto es debido a que las partículas de arcilla y del complejo arcilloso−húmico se encuentran cargadas negativamente. Por ello el complejo arcilloso−húmico se llama también complejo adsorbente. Por el contrario, la muestra nº 2 presenta el menor porcentaje de extracción, debido a la poca capacidad de adsorción que presentan los perfiles del tipo C3, caracterizados por ser suelos blandos, sueltos y no edafizados, más parecido a un horizonte C, pero en transición a un horizonte R, por eso tiene un alto contenido en arena gruesa (92,6%). De las muestras pertenecientes a un horizonte At (caracterizado por tener una acumulación de materia orgánica sin perturbar), se puede deducir que la que más elementos pesados retiene es la nº 3, debido al complejo arcillo−húmico que presenta, aunque en poco porcentaje. Es necesario tener en cuenta estos hechos en proyectos de edificación, porque según el tipo de instalación que vaya a recibir el suelo, deberá de ser unas características u otras. Por ejemplo, en el caso que nos ocupa de los metales pesados, no se debe asentar un vertedero sobre un suelo que retenga estos elementos, pues se verán afectadas las plantas, los organismos del suelo y el agua que drene ese suelo por los metales pesados que desprenderán los residuos almacenados. Aunque no podamos realizar una comparación con las muestras analizadas, cabe destacar que, en la legislación nacional actual, según el Real Decreto 1310/1990 de 29 de Octubre, se establecen como valores límites de contenido en metales pesados en el suelo (en mg/kg de materia seca de una muestra representativa): Parámetros Valores límite: Suelos con pH menor de 7 Valores límite: Suelos con pH mayor de 7 Cadmio 1 3,0 Cobre 50 210,0 Niquel

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30 112,0 Plomo 50 300,0 Zinc 150 450,0 Mercurio 1 1,5 Cromo 100 150,0 BIBLIOGRAFÍA • Custodio, E.y Llamas, M. R. Hidrología subterránea. Barcelona. Omega. 1976. • García Díaz, J. C. Y Méndez−Romero, F. Aplicación del análisis [...] regados con aguas residuales urbanas no depuradas. Universidad Politécnica de Valencia. Lleida. 2003. • Lara Hernández, J. M. (editor). Biosfera, ecología y evolución. (CD−ROM). Ed. Planeta. 1997. • Metcalf&Eddy. Tratamiento y depuración de las aguas residuales. Ed. McGraw−Hill. 1996. • AA.VV. Diccionario de la Naturaleza. Hombre, ecología y paisaje .Madrid. Ed. Espasa Calpe. 1993. • hercules.cedex.es/equipos_ceh/ftir.htm • www.adripalomares.com/AreaActua/pueblos/Villafafila.htm • www.boe.es • www.edafología.net • www.lenntech.com • www.net−interlab.com/archivo_crison/conductimetros.html 11

PRÁCTICAS DE CONSERVACIÓN DE SUELOS Y AGUAS

ÍNDICE CONTENIDO Práctica 1: Medida de la salinidad del suelo Práctica 2: Determinación de carbonatos/bicarbonatos en agua Práctica 2: Resultados Práctica 3: Medida de la demanda química de oxígeno en agua Práctica 4: Determinación de metales pesados en suelo Práctica 4: Conclusiones Bibliografía

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Circuitoo Referenciaa Selector de longitud de onda Muestra

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