Publicada por la Sociedad Española de la Ciencia del Suelo
Volumen 6. Diciembre 1999. pág 47-58.
CARACTERIZACION DE MATERIALES PARA LA RECUPERACION DE SUELOS DEGRADADOS. I. SEDIMENTOS BIOGENICOS DE LAS RIAS DE GALICIA
R. Calvo de Anta, Y. Quintas Mosteiro y F. Macías Vázquez.
Departamento de Edafoloxía e Química Agrícola, Facultade de Bioloxía, Universidade de Santiago de Compostela, 15706 Santiago de Compostela
La recuperación de espacios y suelos degradados suele exigir, entre otros tratamientos, la incorporación en superficie de un “material de préstamo” que realice una función correctora de las principales deficiencias de los materiales a recuperar. Estos materiales de préstamo pueden ser horizontes superficiales de suelos que aportan elementos biogénicos y sobre todo actividad enzimática, sedimentos y alteritas o bien residuos procedentes de actividades diversas. En Galicia, existen varios tipos de materiales que podrían ser utilizados con esta finalidad, entre ellos destacan por los elevados volúmenes que pueden llegar a producirse los “fondos marinos dragados”.
El cultivo del mejillón (Mytilus galloprovincialis) constituye una de las principales actividades económicas de las rías de Galicia. Su aprovechamiento en la forma actual, polígonos de bateas que soportan un gran número de cuerdas a las que se fija el mejillón, se inició en la ría de Arousa en 1946, ampliándose posteriormente a las rías de Vigo, Pontevedra, Muros-Noia, Betanzos... El número de bateas existente es muy elevado (más de 3.000 sólo en la ría de Arousa) ocupando una superficie superior a las 100 ha.
Como resultado de la elevada capacidad de filtración de los mejillones se produce bajo los polígonos una gran acumulación de biodepósitos excretados por el mejillón, que progresivamente modifican las condiciones de los fondos, volviéndolos anóxicos (Eh < -100 mvol.) y originando cambios en la estructura de la cadena trófica de la ría. Cálculos realizados por Cabanas et al. (1979) ponen de manifiesto la importancia de esta sedimentación, que estiman en unos 190 kg/día/batea de biodepósito seco, con un 16,6 % de materia orgánica. La relación C/N es próxima a 8. Con estos datos la producción anual es de 69,3 t de sedimentos/batea, con una aportación de 5.219 kg C/año/batea y 620,5 kg N/año/batea. Teniendo en cuenta el elevado número de bateas existentes y que el cultivo del mejillón en algunas rías supera ya los 40 años, la cifra de biosedimentos producidos a través de esta actividad resulta extraordinariamente alta (superior a 106 t sólo en la ría de Arousa) produciendo una importante elevación del fondo de ría bajo las bateas, a un ritmo que se estima entre 0,5 y 2 cm/año.
La importancia de las modificaciones producidas, no sólo en cuanto a los niveles de fondo sino, incluso, a posibles alteraciones globales de los sistemas de ría, obligan a considerar la necesidad de extracción de estos biodepósitos, aprovenchándolos, si es posible, en actividades agronómicas o de restauración de espacios degradados. El objetivo de este trabajo es el de analizar las principales características de estos materiales, especialmente las limitaciones que pudiesen desaconsejar su uso en la recuperación de zonas degradadas del litoral, que en Galicia se restringen principalmente a:
- Areas incendiadas, con suelos erosionados o en vías de serlo, sobre todo en zonas con sustratos geológicos pobres en nutrientes y de lenta alteración, como los granitos, pizarras o esquistos micacíticos y cuarcíticos. También se consideran en este grupo áreas de monte bajo o forestales de baja actividad y alto riesgo de erosión, con escasez de nutrientes y baja capacidad de retención de agua.
– Areas degradadas por explotaciones mineras, canteras, o vertederos de residuos sólidos urbanos o industriales, especialmente cuando se deben recuperar escombros artificiales (materiales de construcción, artefactos metálicos,...) o muy pedregosos o rocosos, pobres en componentes coloidales.
– Zonas con importantes extracciones de suelo en las que se ha eliminado el horizonte superficial. Esta situación es frecuente en las áreas afectadas por infraestructuras viarias, polígonos industriales, etc.
Las principales limitaciones que podrían plantearse a la hora de utilizar estos materiales serían:
1) Existencia de formas reducidas de S susceptibles de producir un proceso de acidificación por oxidación.
2) Exceso de iones Cl- y Na+.
3) Presencia de niveles elevados de metales pesados bioacumulados.
Se han realizado dos muestreos de biodepósitos en 1990 y 1991. En el primero se han recogido sedimentos de dos polígonos de bateas de diferente edad, localizados en la ría de Vigo: Liméns (BN), con menos de 3 años, y Moaña (BE), con más de 10. En ellos se realizan análisis de pH en H2O y KCl 1M (1:2,5), análisis elemental (carbono, nitrógeno e hidrógeno) en un analizador Perkin-Elmer, EADS; azufre (con un analizador Leco); fósforo asimilable (Olsen et al., 1954); % de caliza activa (con calcímetro); Ca2+, Mg2+, Na+, K+, SO42-, NO3- y Cl- en el extracto de saturación y variación del pH durante la oxidación forzada, con H2O2, a pH 5,5 (Urrutia et al., 1991).
En la segunda campaña se toman muestras de biodepósitos y de sedimentos no afectados por los polígonos, en las rías de Vigo, Arousa, Muros y Betanzos (Fig. 1). Se comprueba la validez de las conclusiones extraídas en la primera campaña y se realizan análisis del contenido total de Fe, Al, Mn, Zn, Cu, Cr, Co, Pb y Cd (digestión ácida con microondas y valoración por espectrofotometría de absorción atómica). La toma de muestras (4 polígonos) fue realizada mediante córer de 6 cm de diámetro y más de 40 cm de longitud, tratando de obtener una distorsión mínima de los biodepósitos. Para las determinaciones analíticas se separaron submuestras cada 5 cm y se mezclaron y homogeneizaron las de una misma profundidad, dentro de cada polígono.
Características generales y riesgos de acidificación
En condiciones naturales los biodepósitos son materiales escasamente consolidados, heterogéneos, constituidos por una mezcla de partículas finas (limos y arcillas) de color negro y fragmentos de conchas, fundamentalmente (aunque no sólo) de mejillón. El secado y oxidación origina un importante cambio de color, formándose un material gris claro, compacto y duro. Las partículas finas están constituidas por una asociación mineralógica similar a la de los sedimentos actuales de las rías, con micas, caolinita, como minerales dominantes, y cuarzo, feldespatos, vermiculita y gibbsita como accesorios (Macías et al., 1992).
La textura fina de los biodepósitos es una de las principales características que han llevado a considerar la posibilidad de utilizar estos materiales en tareas de recuperación de suelos degradados en los que la presencia de coloides es escasa, situación que se presenta muy frecuentemente en escombreras de mina y canteras de diferentes materiales de Galicia (Calvo de Anta y Pérez Otero, 1990; Quintas y Macías, 1992). La presencia de fragmentos de conchas también ha contribuido a esta primera apreciación, al considerar la acidez existente en los suelos de mina ricos en sulfuros metálicos o lignitos, de los que existen en Galicia importantes superficies (más de 30 km2).
En cuanto a las propiedades químicas cabe destacar la presencia de un contenido de C relativamente importante (de 3,3 a 6,6 en las muestras de Vigo) (Tabla 1) y hasta el 9 % en biodepósitos de otras rías, similar al de muchos horizontes superficiales de suelos de Galicia. El contenido de N presenta fuertes oscilaciones (0,06-0,52 %), dependiendo de la posición del polígono en la ría y de la profundidad de la capa analizada, lo que lleva a una gran variabilidad en la relación C/N que pasa de valores en torno a 10, en los polígonos interiores, a valores próximos a 100 en las capas profundas de los biodepósitos de los polígonos externos donde muy probablemente se están produciendo procesos de desnitrificación. El nivel de P asimilable varía entre 13 y 26 mg kg-1, es decir resulta de un orden similar a los valores encontrados en muchos suelos de cultivo de Galicia, pero es más alto que el existente en suelos forestales y, por supuesto, que los de los medios fuertemente degradados o empobrecidos.
Otros iones como Ca2+, K+, Mg2+ o NO3- también se encuentran en niveles que pueden ser considerados como importantes para su utilización como enmendante y fertilizante en suelos degradados (Tabla 2). De todas formas, los análisis del extracto de saturación ponen de manifiesto, junto a los anteriores, un alto contenido en iones no deseables como Cl- y Na+. La conductividad eléctrica es lógicamente muy elevada en todas las muestras, encontrándose los valores más altos en los biosedimentos más envejecidos que, además, requieren un mayor contenido de agua para alcanzar la saturación. Es decir, como era de suponer, hay un exceso de sales que deberían ser eliminadas antes de proceder a un aprovechamiento convencional, de modo similar al propuesto por Thomas y Silva (1991) en la recuperación de zonas costeras del Reino Unido con sedimentos dragados de estuarios.
Sin embargo, la necesidad de lavado debe ser considerada más cuidadosamente, ya que, junto con los iones nocivos (Cl- y Na+) serían eliminadas altas cantidades de otros iones muy importantes para los suelos gallegos, como NO3-, K+, Mg2+, Ca2+, y SO42-, por lo que no debería desestimarse la alternativa de utilización directa, sin lavado previo de los biodepósitos, implantando en las primeras fases de la restauración plantas tolerantes a la salinidad, como Juncus, Thypha, Salix, algunas enredaderas (Calystegia soldanella ), ... e introduciendo otras especies posteriormente, cuando algunos elementos como el N o el K fueran incorporados a los ciclos biogeoquímicos y las altas concentraciones de sales fuesen eliminadas por lavado.
El contenido en S resulta en algunos casos superior al 1% (Tabla 1), lo que podría ser considerado, en un principio, como un serio riesgo de producción de acidez durante la exposición de estos materiales, siguiendo un proceso similar al que se origina cuando se intenta la recuperación por oxidación de Fluvisoles tiónicos. Como referencia próxima puede señalarse que algunos ambientes de Galicia con pH <3 son debidos a la presencia de materiales geológicos, sedimentarios o metamórficos, con tan sólo un 0,1 % de S (Monterroso et al.). De todas formas, dado que en estos sedimentos también existe un importante contenido de caliza activa (Tabla 1) y restos de caparazones calcáreos, la valoración de estos riesgos debe ser más precisa.
El seguimiento de las variaciones de pH y Eh durante el secado de una muestra con un contenido de S del 0,8 %, durante 20 días, ha dado como resultado una fuerte variación del potencial redox, entre –132 y + 360 mvol., (en las fases iniciales del secado se reconoce habitualmente un descenso del Eh) mientras que los valores de pH apenas mostraron variaciones (Tabla 3).
Lógicamente, la producción de protones resultó algo más importante cuando se procedió a una oxidación forzada, con H2O2 a pH 5,5 (Tabla 4). El pH final resultante fue algo inferior al del sedimento (medido en condiciones de humedad natural) y al de la suspensión en agua (una vez desecado el sedimento). No obstante, se elevó en todos los casos el pH inicial del H2O2, poniéndose de manifiesto la escasa acidez potencial de estos materiales, ligeramente más elevada en aquellos de mayor grado de envejecimiento (BE) y, por el contrario, el importante poder de neutralización de sus componentes básicos.
Análisis de metales pesados
Uno de los posible efectos negativos más frecuentemente señalados, del incremento del número de bateas de mejillón en las rías, está relacionado con el proceso de bioconcentración de sustancias tóxicas que estos organismos son capaces de realizar, acumulándolas bien en su propia biomasa o bien en los sedimentos.
Los datos disponibles acerca de las concentraciones de diferentes metales en las aguas de las rías muestran niveles que pueden considerarse bajos, incluso en las rías de mayor actividad industrial (como la de Ferrol, con 5 ppb de Zn y < 1 ppb para Cu, Pb y Cd) (Vidal Collazo, 1991); las cifras de metal particulado no son conocidas. No obstante, los riesgos de bioconcentración pueden llegar a ser muy elevados si se tienen en cuenta las estimaciones realizadas por algunos autores, según los cuales el volumen de agua que circula horizontalmente a través de un polígono de bateas es de unos 760.000 m3/día, siendo el porcentaje de filtración para sustancias orgánicas (C, N, clorofila) variable entre 29,6 y 59,6 (Cabanas et al., 1979). Si estos porcentajes se aplicasen a sustancias como los metales pesados, el proceso de bioconcentración que se produciría en una batea podría tener una enorme importancia, al tratarse de elementos de tipo residual.
Los contenidos medios e intervalos de variación de metales pesados en biosedimentos tomados de diferentes rías, y a distinta profundidad, se encuentran en la Tabla 5. En la Tabla 6 se recoge una análisis comparativo, para algunos metales, entre los contenidos en biosedimentos y en sedimentos del entorno de los polígonos y del conjunto de los sedimentos de cada ría.
En una primera observación de los datos se comprueba la existencia de un proceso de acumulación de los metales pesados en los biodepósitos respecto a los sedimentos “naturales” de ría (Tabla 6). En general, los elementos que aparecen más fuertemente concentrados son Zn, Cu y Pb, mientras que para Cr y Cd los efectos son menores o no se reconocen.
La posición ocupada por las bateas dentro de las rías (Figura 1) resulta lógicamente muy importante, de modo que la mayor acumulación se produce en los polígonos situados en las zonas de interior de las rías, con valores entre 2 y 4 veces superiores, según los elementos, que las del exterior (como se observa al comparar los datos de los polígonos de S. Simón y Liméns, en la ría de Vigo, o los de Malveira y Meloxo, en las de Arousa) (Tabla 5). La única excepción a esta norma la constituye el cobalto, que apenas muestra variaciones, oscilando entre 12 y 30 mg kg-1 en el conjunto de las muestras analizadas. Las diferencias entre las distintas rías son importantes, mostrando los valores mayores de contaminación las zonas de interior de las rías de Vigo y Arousa, mientras que las rías de Betanzos y Muros-Noia resultan en general poco polucionadas. Cu y, sobre todo, Cr, alcanzan los mayores valores en el polígono de Malveira (Arousa), muy posiblemente relacionado con la presencia de un foco de contaminación de Cr (industria de curtidos) y con la importante utilización de fungicidas en los viñedos de la zona, mientras que el Pb tiene su máximo en el polígono de San Simón (Vigo), situación que debe relacionarse con la intensidad de circulación viaria en el tramo interior de esta ría (puente de Rande en la autopista y carreteras del litoral).
Otro aspecto a destacar lo constituye la escasa variación existente con la profundidad, lo que parece indicar que la contaminación metálica, sin duda de origen continental, no se ha modificado sustancialmente en los últimos 30 años.
La posible fitotoxicidad de estos metales, en caso de utilizarse los biodepósitos en labores agrícolas o de restauración de suelos, no puede ser establecida directamente, dado que, entre otros aspectos, el medio condiciona la naturaleza de las especies dominantes y su solubilidad, y por lo tanto, los riesgos de fitotoxicidad de cada metal. No obstante, varios autores han establecido los valores normales establecidos para diferentes materiales geológicos y los niveles a partir de los cuales puede producirse un riesgo de fitotoxicidad. Tomando estos valores como referencia (Tabla 7) se comprueba que, excepto en el caso de las máximas concentraciones de Cr existentes en la ría de Arousa, la composición de los biodepósitos no parece presentar en la actualidad riesgos importantes de fitotoxicidad.
La búsqueda de materiales aptos para ser utilizados en las tareas de recuperación de áreas degradadas, con escasez de coloides, carencia de nutrientes, o fuerte potencial ácido, junto a la necesidad de proceder a la retirada de los biosedimentos depositados bajo polígonos de bateas de mejillón, ha llevado a considerar la posibilidad de conjugar ambos procesos.
El material que constituye los biosedimentos presenta un elevado contenido en coloides y otras propiedades positivas como la presencia de materiales calcáreos y cantidades significativas de N, Mg, P y K. Los riesgos de acidificación, por presencia de sulfuros, son irrelevantes. No obstante se reconoce la presencia de una elevada salinidad y de cantidades variables, aunque poco importantes en la mayoría de los casos, de metales pesados. En conjunto han sido considerados como materiales válidos para ser utilizados en tareas de recuperación, si bien se necesitan ensayos a diferente escala para determinar el tipo de manejo más adecuado.
Agradecimientos. Este trabajo forma parte de un proyecto financiado por la Consellería de Pesca y Marisqueo de la Xunta de Galicia a la que agradecemos la colaboración en el muestreo de los buceadores del Centro de Mergullo Científico.
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