impacto del plomo sobre los cultivos de arroz en …
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IMPACTO DEL PLOMO SOBRE LOS CULTIVOS DE ARROZ EN
IBAGUÉ-TOLIMA, FINCA LA ARGENTINA
FELIPE EDUARDO TRUJILLO MEDINA
ASESORA:
JOHANA HUSSERL
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES
FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL Y AMBIENTAL
SANTAFE DE BOGOTÁ D.C.
DICIEMBRE DE 2005
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TABLA DE CO NTENIDO INTRODUCCIÓN __________________________________________________________ 5
HIPÓTESIS Y TAREAS ESPECÍFICAS___________________________________________ 6
1. MARCO TEORICO _______________________________________________________ 7 1.1. METALES PESADOS _________________________________________________ 7
1.2. GENERALIDADES DEL PLOMO ________________________________________ 7 1.2.1. Plomo __________________________________________________________ 7 1.2.2. Comportamiento del plomo según el medio _______________________________ 8 1.2.3. Fuentes de Plomo ________________________________________________ 10
1.3. RIESGO DE EXPOSICIÓN ____________________________________________ 12 1.3.1. Dosis de referencia para exposición crónica oral (RfD) _____________________ 13 1.3.2. Evaluación de la Exposición_________________________________________ 13
1.4. NORMATIVIDAD NACIONAL E INTERNACIONAL________________________ 14 1.5. El ARROZ_________________________________________________________ 14
1.5.1. Órganos Vegetativos ______________________________________________ 15 1.5.2. Órganos Reproductores ____________________________________________ 15 1.5.3. Germinación de la Semilla de Arroz ___________________________________ 17 1.5.4. Otros Aspectos___________________________________________________ 17
1.6. MODELO ESTADISTICO LINEAL GENERAL _____________________________ 17 1.7. DESCRIPCIÓN CUENCA RÍO COMBEIMA _______________________________ 19
1.8. DESCRIPCIÓN Y CARACTERISTICAS DEL AREA DE ESTUDIO______________ 20 1.8.1. Recursos de agua y tierra ___________________________________________ 20 1.8.2. Disponibilidad efectiva de agua para riego agrícola _______________________ 21
2. METODOLOGIA________________________________________________________ 22 2.1. RELACIÓN ENTRE LAS MUESTRAS ___________________________________ 22
2.2. LUGAR DE ESTUDIO: FINCA LA ARGENTINA ___________________________ 23 2.2.1. Productos químicos usados en la finca “La Argentina” para el control de plagas __ 23
2.3. DESCRIPCIÓN DE LOS ENSAYOS _____________________________________ 24
3. ANÁLISIS DE LABORATORIO _____________________________________________ 27
3.1. PROCEDIMIENTO EN BUCHÓN DE AGUA ______________________________ 27 3.2. PROCEDIMIENTO PARA EL GRANO DE ARROZ__________________________ 28
4. RESULTADOS DE LABORATORIO Y ANALISIS ________________________________ 29
4.1. RESULTADOS PRIMER ENSAYO ______________________________________ 30 4.2. RESULTADOS DEL SEGUNDO ENSAYO ________________________________ 32
4.3 CÁLCULOS ADICIONALES ___________________________________________ 33 4.3.1. Riesgo a la exposición _____________________________________________ 33 4.3.2. Modelo estadístico lineal general _____________________________________ 36
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5. CONCLUSIONES _______________________________________________________ 38
6. RECOMENDACIONES PARA TRABAJOS FUTUROS_____________________________ 40 BIBLIOGRAFIA __________________________________________________________ 41
ANEXOS________________________________________________________________ 44 APENDICE A: MEMORIAS DE CALCULOS__________________________________ 44
APENDICE B: FOTOGRAFIAS ____________________________________________ 46
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LISTA DE TABLAS
Tabla 1: Valores límite para plomo en agua, suelo y aire. ____________________________ 14 Tabla 2: Disponibilidad de agua para uso agrícola_________________________________ 21 Tabla 3: Lista de Pesticidas. _________________________________________________ 24 Tabla 4: Primer análisis, punto 1. _____________________________________________ 29 Tabla 5: Segundo análisis: puntos 2 y 3._________________________________________ 29 Tabla 6: Resultados puntos 4. ________________________________________________ 30 Tabla 7: Resultados punto 5__________________________________________________ 31 Tabla 8: Resultados puntos 6 _________________________________________________ 32 Tabla 9: Resultados punto 7__________________________________________________ 32 Tabla 10: Datos para análisis de riesgo a exposición al plomo. ________________________ 35 Tabla 11: CDI para agua potable, valor referencia. ________________________________ 35 Tabla 12: CDI para mujeres y niños. ___________________________________________ 35 Tabla 13: Coeficientes β1, β2, y β3______________________________________________ 36
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LISTA DE FIGURAS
Figura 1: Grano de arroz. ___________________________________________________ 16 Figura 2: Ubicación de sectores y puntos importantes cercanos al área de estudio.__________ 25 Figura 3: Paso a seguir en los ensayos. _________________________________________ 26 Figura 4: Procedimiento N° 35 del Stardar Methods. _______________________________ 27 Figura 5: Procedimiento N° 66 del Stardar Methods. _______________________________ 28 Figura 6: Área de trabajo y puntos muestreados. __________________________________ 30
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INTRO DUCCIÓ N
Como es bien sabido, el agua es el recurso renovable más importante en los procesos físicos, químicos y biológicos del planeta. Por su parte, el hombre ha generado nuevos procesos que
requieren el uso de este recurso, convirtiéndose este, en el más importante para el desarrollo. El
sector agrícola ha sido uno de los rubros más importantes en la economía del país (Mendoza, 1999),
constituyéndose en uno de los más trabajados e intervenidos en varios departamentos, como el
departamento del Tolima (DNP, 2002). En esta región, se puede encontrar cultivos de soya, maíz,
yuca, sorgo y arroz, siendo este último, el más comercializado y abundante de los cultivos de grano
(DNP, 2002).
El fin ultimo de los cultivadores de arroz, es obtener un grano grande, fuerte y transparente, el cual
generalmente, se ve influenciado por la cantidad de agua disponible proveniente de causes de ríos o
quebradas aledañas a los cultivos (García, 2001), las cuales transportan diferentes compuestos
contaminantes como plomo, procedente de ciertas actividades industriales, adición de pesticidas, y
deposición atmosférica, que pueden ser desfavorables para el medio ambiente. Por otro lado, los
cultivos de arroz pueden acumular ciertas cantidades de este metal, lo que posteriormente puede
llegar a ser consumido por el hombre y bioacumularse generando problemas de toxicidad (Zhen et
al., 1996).
Para analizar los efectos del plomo en los cultivos de arroz, se llevarán acabo varios análisis de
laboratorio para las fuentes de agua de los cultivos, suelo y grano de arroz. Con los valores
obtenidos para cada medio, se buscará una relación entre la presencia de plomo en agua y suelo, con
la encontrada en el grano de arroz.
Finalmente, se analizará el riesgo de exposición al consumir arroz con trazas de plomo.
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HIPÓ TESIS Y TAREAS ESPECÍFICAS Como consecuencia de los problemas ambientales que puede generar el plomo, y la presencia de
este en cuerpos de agua como ríos y quebradas, y agroquímicos (herbicidas, funguicidas e
insecticidas), los cuales son ampliamente usados para el consumo humano, riego agrícola y otras
actividades relacionadas con el hombre, es pertinente estudiar y analizar el efecto de este metal
sobre los cultivos de arroz; específicamente, se quiere saber si existe la posibilidad de acumulación
en el grano de arroz, y posteriormente, un incremento en el riesgo de exposición a la población.
Para lograr tal fin, se escogió la región de Ibagué-Tolima, por ser una de las zonas de mayor
producción de arroz a nivel nacional (García, 2001).
Para llevar a cabo este proyecto, se realizarán las tareas mostradas a continuación:
1. Revisión bibliográfica (información de Ibagué y zona de estudio, generalidades del
plomo, riesgo por exposición de la población, y otros).
2. Identificar las fuentes hídricas de la cual se extrae agua, para regar los cultivos de arroz.
3. Identificar las fuentes de plomo en agua y suelo (industrias, botaderos, fertilizantes,
herbicidas, etc, usados en los cultivos).
4. Tomar muestras de agua en puntos representativos (área específica), para encontrar
trazas de plomo.
5. Tomar muestras de agua, suelo y grano de arroz en el área escogida, para encontrar
trazas de plomo.
6. Identificar la posible interacción entre las concentraciones de plomo en las distintas
matrices.
7. Analizar las concentraciones encontradas con las máximas permisibles, según
legislación nacional (Ministerio del Medio Ambiente, DAMA) e internacional (EPA,
OSHA, OMS).
8. Analizar el riesgo a la exposición con trazas de plomo, en agua y grano de arroz.
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1. MARCO TEO RICO
1.1. METALES PESADO S
El término de metal pesado se refiere a cualquier elemento químico metálico que tenga una relativa
alta densidad y sea tóxico o venenoso en concentraciones bajas (Barros et al., 2005). Los ejemplos
de metales pesados incluyen el mercurio (Hg), cadmio (Cd), arsénico (As), cromo (Cr), talio (Tl), y
plomo (Pb). Los metales pesados son componentes naturales de la corteza de la tierra. No pueden
ser degradados o ser destruidos. En un grado pequeño se incorporan a nuestros cuerpos, ya sea por
medio de los alimentos, agua (ingestión o contacto) y aire. Como elementos de rastro, algunos
metales pesados (e.g. cobre, selenio, zinc), son esenciales para mantener el metabolismo del cuerpo
humano, sin embargo, en concentraciones más altas pueden conducir al envenenamiento (The
Green Factor Organization, 2005).
Los metales pesados son peligrosos porque tienden a bioacumularse (compuestos persistentes). La
bioacumulación significa un aumento en la concentración de un producto químico en un organismo
a partir de fuentes tanto bióticas (otros organismos) como abióticas (suelo, aire y agua), en un cierto
plazo, comparada a la concentración del producto químico en el ambiente (The Green Factor
Organization, 2005).
1.2. GENERALIDADES DEL PLO MO
1.2.1. Plomo
El plomo es un metal gris azulino que ocurre en forma natural en pequeñas cantidades en la corteza
terrestre, como también en yacimientos de minas de zinc y cobre; la galena es el principal mineral,
el cual se compone de plomo y azufre (Podlesky et al., 1992). En el agua, los compuestos de
nitratos, cloratos y acetatos de plomo son solubles; por otro lado, los compuestos de sulfuros,
óxidos y oxalatos de plomo no lo son (Díaz y Corey, 1999).
En años pasados, el plomo era usado para la fabricación de baterías, producción de municiones,
fabricación de soldaduras, producción de pinturas, vidriado de utensilios de barro y finalmente
como antidetonante de gasolina (EHP et al., 1998). A pesar de que algunos de estos procesos siguen
usando el plomo como materia prima (en menor medida), actualmente se ha empezado a usar para
protección contra radiaciones ionizantes " g " y " x ", en computadoras, televisores y equipo médico
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(RMN), soldaduras para equipos de cómputo, cerámicas para tecnología de ultrasonido y lentes de
alta precisión para lásers y fibras ópticas (Díaz y Corey, 1999).
1.2.2. Comportamiento del plomo según el medio
1.2.2.1. Agua
Los compuestos de plomo solubles en agua se adsorben con menor afinidad a los suelos y, por lo
tanto, son rápidamente transportados desde el suelo hasta los cuerpos de agua superficial y/o
subterránea. Por el contrario, los compuestos menos solubles se podrán encontrar en suelos,
sedimentos y en partículas en suspensión de cuerpos de agua (McLaughlin et al., 1999). Otro factor
que afecta la solubilidad del plomo es el pH del agua. A un pH > 5.4 la solubilidad del plomo es
aproximadamente de 30 µg/L en agua dura (alto contenido de sales disueltas) y de 500 µg/L en agua
blanda (con bajo contenido de sales disueltas). En general, el contenido de plomo disuelto en agua
es bajo debido a que este metal forma complejos de baja solubilidad con aniones como los
hidróxidos, carbonatos, sulfatos y fosfatos. Se han encontrado valores hasta de 27:1 para la relación
plomo en sólidos suspendidos: plomo disuelto en agua (Zhen et al., 1996).
1.2.2.2. Suelo
El plomo se puede encontrar comúnmente en feldespatos, micas y también en minerales de fosfato
tales como apatitas. La concentración de plomo en suelos no contaminados varía entre 20 a 50 mg/kg generalmente; sin embargo, en algunos suelos como los Shales orgánicos, se pueden
encontrar concentraciones mayores. La interacción del plomo con el suelo depende del pH del suelo
y de la presencia de elementos quelantes1 como algunos iones y algunos elementos de la materia
orgánica de este medio (Díaz y Corey, 1999). Algunos análisis realizados en suelos, han mostrado
que el aumento de la materia orgánica y la concentración de coloides inorgánicos aumentan la
interacción de plomo con el suelo. Sin embargo, al disminuir el pH del suelo, también disminuye la
interacción con el plomo, aumentando la solubilidad de este y la presencia en el agua. A un pH
mayor de cinco, y en un suelo con más de cinco por ciento de materia orgánica, el plomo se
encuentra en los primeros cinco centímetros de suelo. Al mismo pH en suelos con menor carga de
materia orgánica, el plomo puede inmovilizarse por la interacción con iones fosfatos y carbonatos
(McLaughlin et al., 1999).
1 Elementos quelantes: son moléculas flexibles con dos o más grupos electronegativos que forman enlaces covalentes coordinados con el catión metálico.
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A pHs ácidos, el plomo se solubiliza y puede entonces lixiviarse contaminando acuíferos o puede
ser captado por las plantas. Otro factor que favorecería la lixiviación sería que la concentración del
plomo fuese de tal magnitud que se sobrepasase la capacidad amortiguadora del suelo. En
conclusión, la presencia de carbonatos y la alcalinización de suelos serían factores que impedirían la
solubilidad del plomo (McLaughlin et al., 1999).
En suelos usados para agricultura, la presencia de plomo ocurre a través de deposiciones derivadas
de combustión de gasolina con aditivos de plomo (especialmente en áreas de alto trafico vehicular)
y de las emisiones de fundición de metales no ferrosos. La adición de plomo en fertilizantes es
generalmente pequeña (alrededor de 2 gramos Pb/ha*año), pero en herbicidas y pesticidas es mucho
mas significativo (10 kg/ha*año). Por otro lado, el aporte de las aguas residuales usada para riego
(dependiendo del origen de las aguas), aumentan las concentraciones en el suelo (McLaughlin et al.,
1999).
1.2.2.3. Aire
La relación del plomo con este medio radica en la interacción de las partículas suspendidas. Las
partículas emitidas por lo automotores son pequeñas, pero crecen en tamaño por un fenómeno de
coagulación. Las fundiciones metálicas y los automotores que usan gasolina con plomo, son
excelentes fuentes de plomo para el aire, lo que finalmente aumenta las concentraciones en el suelo.
Las partículas de mayor tamaño (>2µm) se depositan cerca de la fuente (por ejemplo, a 25 m de las
zonas de alto tráfico vehicular), pero las partículas más pequeñas se depositan a distancias mayores
(Díaz y Corey, 1999).
1.2.2.4. Plantas
Los mecanismos para que las plantas adquieran plomo son poco entendidos, debido a la dificultad
de trabajar a bajas concentraciones de plomo. Pocas investigaciones han sido realizadas bajo
condiciones de campo relevantes para evaluar los factores del suelo que controlan la toma de plomo
por parte de las plantas. Sin embargo, se ha encontrado que la cantidad de plomo que recibe la
planta es directamente proporcional al pH y la concentración de plomo en el suelo. Un estudio
realizado por T iller et al. (1998) mostró que hay una disminución apreciable de la toma de plomo
por parte de la planta con aumento del pH, cuando el suelo es tratado con 40 mg Pb/kg suelo
(McLaughlin et al., 1999). La adición de grandes cantidades de materia orgánica, han mostrado que
reduce la toma de plomo por algunas plantas en algunos suelos. La mayoría del plomo encontrado y
tomado por algunas partes de las plantas, está asociado a la contaminación por parte de polvo o
aerosoles de la atmósfera (Daifullah et al., 2003).
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El uso de plantas para extraer sustancias tóxicas del agua (fito-filtración) constituye una tecnología
de bajo costo para la remediación de aguas contaminadas con metales pesados. La planta ideal es la
que puede acumular y tolerar altas cantidades de metales pesados en sus tejidos. Además de actuar
como biofiltro y remover el contaminante del agua, debe desarrollar un sistema de raíces en
hidroponía de considerable biomasa y gran superficie, sin problemas sanitarios y con bajo costo de
mantenimiento (McLaughlin et al., 1999). Se ha encontrado que la monocotiledónea, rye-grass
(Lolium perenne L.), especie utilizada en resiembra anual de céspedes, y la dicotiledónea, alegría
del hogar (Impatiens sultani Hook.) comercializada como herbácea floral de estación, son capaces
de absorber plomo y acumularlo en las raíces (Barros et al., 2005).
1.2.2.5. Otros medios
El plomo no se biomagnifica pero si puede bioacumular en organismos acuáticos y terrestres que
pueblan zonas impactadas por el metal. En cuanto a alimentos se refiere, más que la contaminación
del alimento per-se, el riesgo mayor se da durante su preparación. En algunos países se acostumbra
a utilizar recipientes de barro vidriado para la cocción de alimentos. El barro vidriado tiene un alto
contenido de plomo y durante la cocción este plomo puede lixiviarse, pasando así a los alimentos
(Díaz y Corey, 1999).
1.2.3. Fuentes de Plomo
Como se ha mencionado anteriormente, el plomo se puede encontrar de manera natural o por la
acción del hombre en actividades domesticas e industriales. A continuación se mencionaran las
fuentes más importantes de plomo y sus características más relevantes en el medio ambiente
(Podlesky et al., 1992).
1.2.3.1. Barro vidriado
• Los alfareros utilizan plomo para darle resistencia térmica al barro (Podlesky et al.,
1992).
• El barro con plomo se denomina barro vidriado. El plomo se lixivia del barro con alimentos ácidos (Díaz y Corey, 1999).
• Países como México, Perú, Ecuador y Honduras, utilizan barro vidriado (Díaz y Corey,
1999).
• Se ha reportado que el plomo en sangre aumenta al ingerir alimentos cocinados en
recipientes de barro vidriado (Podlesky et al., 1992).
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1.2.3.2. Industria
La industria más contaminante para el caso del plomo, es la metalúrgica (Díaz y Corey,
1999). Países como México, Perú, Brasil, Argentina y Nicaragua, cuentan con industria
metalúrgica de plomo (Podlesky et al., 1992).
El nivel de contaminación dependerá de la producción, la calidad del sistema
anticontaminante, el clima, la topografía, etc (Díaz y Corey, 1999).
Se han reportado aumentos en el plomo sanguíneo en niños que viven en vecindad a
metalúrgicas (hasta de 8.0 µg/dl) (Podlesky et al., 1992).
1.2.3.3. Minería
Perú y México producen el 14% del plomo en el mundo (Podlesky et al., 1992).
La minería puede contaminar a través de residuos sólidos y aguas residuales, generados
durante la actividad extractiva (Podlesky et al., 1992).
El plomo se encuentra asociado a yacimientos de zinc o de cobre (Díaz y Corey,
1999).
1.2.3.4. Recicladoras de baterías
La industria más contaminante asociada a producción secundaria de plomo es el reciclaje de baterías (Podlesky et al., 1992).
Países como México, Colombia, Trinidad y Tobago, Jamaica y Brasil, cuentan con este
tipo de industria (Díaz y Corey, 1999).
En Jamaica, en una zona con recicladoras de baterías, el 24% de los hogares estudiados
excedió los 500 mg/kg de plomo en suelo. Además, 44% de los niños en esta zona tuvo
niveles sanguíneos de plomo por arriba de 25 µg/dl (Díaz y Corey, 1999).
1.2.3.5. Gasolina
El 75% de la población en América Latina es urbana (Díaz y Corey, 1999).
El 46% de los países en América Latina ha incorporado gasolina sin plomo. El rango de
su uso es amplio. En tanto Brasil t iene 100% de gasolina sin plomo, Perú solamente
emplea un 0.2% (Podlesky et al., 1992).
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En la Ciudad de México, el vivir cerca de una avenida, es un factor asociado al
incremento del nivel sanguíneo de plomo en niños. El incremento alcanza los cinco
microgramos por decilitro (Podlesky et al., 1992).
En esta misma Ciudad, se ha reportado un aumento en el plomo óseo de los adultos
(Díaz y Corey, 1999).
Al aumentar el consumo de gasolina sin plomo en la Ciudad de México, se logró
reducir los niveles de este metal en el aire y se han ido reduciendo los valores
sanguíneos (Podlesky et al., 1992).
1.2.3.6. Otras fuentes de Plomo
Algunas pinturas contienen altos niveles de plomo (Díaz y Corey, 1999).
El masticar lápices puede incrementar los niveles de plomo en sangre, en 3 µg/dl (Díaz
y Corey, 1999).
Algunos tratamientos de la medicina tradicional, utilizan óxidos de plomo como el Azarcón. En 22
casos de exposición a esta sustancia, todos registraron niveles de plomo en sangre por arriba de los
20 µg/dl (Díaz y Corey, 1999).
1.3. RIESGO DE EXPO SICIÓ N
Los efectos potenciales del plomo sobre la salud humana, son a menudo el centro de atención
respecto a la evaluación del riesgo y su posible remediación asociada. Trabajos recientes, han dado
lugar al desarrollo de modelos para predecir niveles de plomo en la sangre (PbB) en adultos, que
generalmente están expuestos a ambientes con presencia de plomo. Tales modelos pueden ser
utilizados para determinar el impacto del plomo presente en el suelo, sobre los niveles de PbB en
adultos, y alternadamente, pueden ser utilizados para calcular concentraciones aceptables de plomo
en suelo por fuentes industriales (EHP et al., 1998).
Existen varias rutas, por las cuales se puede tener contacto con una sustancia química. Los
productos químicos en el aire, pueden seguir suspendidos por períodos de tiempo largos o pueden
ser depositados en las plantas, el suelo, y el agua (EHP et al., 1998). Las personas están expuestas a
sustancias químicas por inhalación (aire de respiración), ingestión (comer plantas, animales o tomar
agua), o por contacto directo (contacto con el suelo o agua) (OAK, 2005).
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1.3.1. Dosis de referencia para exposición crónica oral (RfD)
La dosis de referencia, establecida por la Environmental Protection Agency, EPA, es una
estimación de un nivel de exposición diario para la población humana, (incluye subpoblaciones sensibles) con probabilidad de no tener un riesgo apreciable de efectos letales durante un periodo de
vida, es decir, son cálculos de dosis ingerida de una sustancia química que improbablemente
producirá efectos no cancerígenos en la salud humana (EHP et al., 1998). Las unidades se expresan
como miligramos por kilogramo por día (mg / kg *day). Los valores para RfD´s se derivan de dosis
de los productos químicos que no dan lugar a efectos nocivos, o a las dosis más bajas que
demostraron un efecto nocivo sobre seres humanos o animales de laboratorio. Los factores de
seguridad se extienden a partir del 10 a 1000 (es decir, las dosis seguras para los seres humanos se
fijan en 10 a 1000 veces más bajo que las dosis que no demuestran ningún efecto o un efecto no-
vida-amenazador en animales), con el fin de proteger a los individuos más sensibles (OAK, 2005).
1.3.2. Evaluación de la Exposición
La magnitud de la exposición está basada en el producto químico y las rutas de exposición. Hay dos
métodos para cuantificar la exposición: métodos probabilísticos, y métodos de estimación de punto,
siendo esta ultima, la utilizada por la EPA, como la exposición máxima razonable (Machinzie y
Cornwell, 1998).
Para cada uno de los diferentes medios y correspondientes rutas de exposición, la EPA estableció
ecuaciones específicas, con el fin de caracterizar cada uno de los medios. A continuación se detallan
las ecuaciones más relevantes para cada uno de estos (Machinzie y Cornwell, 1998):
a) Ingestión de agua para tomar:
• ( ) ( ) ( ) ( )
( ) ( ) ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛=
ATBWEDEFIRCW
CDI*
*** (1)
b) Ingestión de frutas, vegetales, pescado y crustáceos contaminados:
• ( ) ( ) ( ) ( ) ( )
( ) ( ) ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛=
ATBWEDEFFIIRCF
CDI*
**** (2)
donde:
CDI : producto crónico diario, mg/kg (peso corporal)*día
CW : concentración de la sustancia química en el agua, mg/lt
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IR: tasa de ingestión, lt /día o mg/día
EF: frecuencia de exposición, días/año
ED: duración de la exposición, años
FI: fracción ingerida, adimensional.
BW: peso corporal, kg
AT: tiempo promedio, días
1.4. NO RMATIVIDAD NACIO NAL E INTERNACIO NAL
Con el fin de regular las concentraciones de los contaminantes en agua, suelo y aire, los organismos
de control ambiental de cada país, expiden normas o leyes donde se fija el valor límite de
concentración de cada elemento.
A continuación se muestran los valores permisibles de plomo en los diferentes medios expuestos
anteriormente:
Tabla 1: Valores límite para plomo en agua, suelo y aire.
INSTITUCIÓ N Valor Permisible agua (mg/lt)
Valor Permisible aire (mg/m3)
Valor Permisible suelo (mg/kg)
Ministerio del Medio Ambiente/DAMA 0,01 0,05 No hay EPA 0,015 0,05 400 OSHA 0,05 OMS 0,01 0,001 250
Fuente: Ministerio del Medio Ambiente (Colombia), EPA, OSHA, OMS.
1.5. El ARRO Z
El arroz se ha considerado como una de las plantas más antiguas, razón por la cual se ha dificultado
establecer con exactitud la época en que el hombre inició su propagación. La literatura China hace
mención de este, desde hace 3 mil años antes de Cristo, donde consideraban el inicio de la siembra
de arroz como una ceremonia religiosa importante que estaba reservada a su emperador (Fedearroz,
2005).
El arroz es una gramínea anual, de tallos redondos y huecos compuestos por nudos y entrenudos,
hojas de lámina plana unidas al tallo por la vaina y su inflorescencia es en panícula (Fedearroz,
2005). El tamaño de la planta varía de 0.4m (enanas) hasta más de 7.0m (flotantes). Como toda
planta, esta se compone de órganos vegetativos, como la raíz, el tallo, y la hoja, y de reproducción,
como las flores y la semilla (Medina, Maria, 2005).
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1.5.1. Órganos Vegetativos
1.5.1.1. Raíz
Durante su desarrollo, la planta de arroz tiene dos clases de raíces, las seminales o temporales y las secundarias, adventicias o permanentes (Medina, Maria, 2005). Las raíces seminales, poco
ramificadas, sobreviven corto tiempo después de la germinación, siendo luego reemplazadas por las
raíces adventicias o secundarias las cuales brotan de los nudos subterráneos de los tallos jóvenes.
Las raíces adventicias maduras son fibrosas, con raíces secundarias y pelos radicales, y con
frecuencia forman verticilios a partir de los nudos, que están sobre la superficie del suelo (Medina,
Maria, 2005).
1.5.1.2. Tallo
El tallo está formado por la alternación de nudos y entrenudos. En el nudo o región nodal se forman
una hoja y una yema; esta última puede desarrollarse y formar una macolla (Infoagro, 2005). El
septo es la parte interna del nudo que separa los dos entrenudos adyacentes. El entrenudo maduro es
hueco, finamente estriado. La longitud del entrenudo varía siendo mayor la de los entrenudos de la
parte más alta del tallo. Los entrenudos, en la base del tallo, son cortos y se van endureciendo, hasta
formar una sección sólida (Medina, Maria, 2005).
1.5.1.3. Hoja
Las hojas de la planta de arroz se encuentran distribuidas en forma alterna a lo largo del tallo
(Infoagro, 2005). La primera hoja que aparece en la base del tallo principal o de las macollas se
denomina prófilo, no tiene lámina y está constituido por dos brácteas aquilladas. Los bordes del
prófilo, aseguran por el dorso las macollas jóvenes a la original. En cada nudo se desarrolla una
hoja, la superior debajo de la panícula es la hoja bandera. Las hojas de la planta de arroz tienen
lígula y aurículas, mientras que malezas comunes en los arrozales, como Echinochloa spp., carecen
de ellas facilitando su identificación en el estado de plántula (Medina, Maria, 2005).
1.5.2. Órganos Reproductores
1.5.2.1. Las flores
Las flores de la planta de arroz están agrupadas en una inflorescencia denominada panícula. La panícula está situada sobre el nudo apical del tallo, denominado nudo ciliar, cuello o base de la
panícula; frecuentemente tiene la forma de un aro ciliado. El nudo ciliar o base de la panícula
generalmente carece de hojas y yemas, pero allí pueden originarse la primera o las cuatro primeras
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ramificaciones de la panícula, y se toma como punto de referencia para medir la longitud del tallo y
la de la panícula (Medina, Maria, 2005).
El entrenudo superior del tallo en cuyo extremo se encuentra la panícula se denomina pedúnculo. Su
longitud varía considerablemente según la variedad de arroz; en algunas variedades puede
extenderse más allá de la hoja bandera o quedar encerrado en la vaina de ésta (Medina, Maria,
2005).
El raquis o eje principal de la panícula es hueco, de sus nudos nacen las ramificaciones. Las
protuberancias en la base del raquis se denominan pulvínulos paniculares. En cada nudo del eje
principal nacen, individualmente o por parejas, ramificaciones, las cuales a su vez dan origen a
ramificaciones secundarias de donde brotan las espiguillas (Infoagro, 2005).
1.5.2.2. La semilla
La semilla de arroz es un ovario maduro, seco e indehiscente. Consta de la cáscara formada por la
lemma y la palea con sus estructuras asociadas, lemmas estériles, la raquilla y la arista; el embrión,
situado en el lado ventral de la semilla cerca a la lemma, y el endospermo, que provee alimento al
embrión durante la germinación. Debajo de la lemma y la palea, hay tres capas de células que constituyen el pericarpio; debajo de éstas se encuentran dos capas, el tegumento y la aleurona
(Figura 1) (Medina, Maria, 2005).
El embrión consta de la plúmula u hojas embrionarias y la radícula o raíz embrionaria primaria. La
plúmula está cubierta por el coleóptilo, y la radícula está envuelta por la coleorriza. El grano de
arroz descascarado es un cariopside; se conoce con el nombre de arroz integral, y aun conserva el
pericarpio de color marrón rojizo o púrpura (Infoagro, 2005).
Figura 1: Grano de arroz. Fuente modificada: Centro Internacional de Agricultura Tropical. 2005
Capa tegumento
Capa Pericarpio
Capa Aleurona
IAMB 200520 18
17
Los granos de arroz pueden clasificarse según su longitud en:
Extra largo (EL) 7,6 mm o más Largo (L) 7,5 mm a 6,6 mm
Medio (M) 6,5 mm a 5,6 mm
Corto (C) 5,5 mm o menos
1.5.3. Germinación de la Semilla de Arroz
Las semillas de arroz sin latencia pueden germinar inmediatamente después de su maduración. Las
semillas con latencia requieren un período natural de reposo, que puede romperse artificialmente
descascarándolas o sometiéndolas a tratamientos especiales (Infoagro, 2005). Si las semillas
germinan en agua, el coleóptilo que contiene las hojas embrionarias emerge antes que la coleorriza.
Cuando las semillas de arroz germinan en un ambiente aireado, como el de los suelos con buen
drenaje, surge primero la coleorriza (Medina, Maria, 2005).
1.5.4. Otros Aspectos
El arroz forma parte de la cultura agrícola de la región del Tolima (Departamento de Colombia, del
cual Ibagué es su capital). La importancia del arroz se debe a las siguientes razones (Vanegas,
2002): La región cuenta con un importante número de empresas y de instituciones interconectadas,
dedicadas o vinculadas a la producción, industrialización y comercialización de arroz.
Estas entidades han realizado un esfuerzo de concertación para incrementar y consolidar la
productividad y la competitividad.
El Tolima ofrece una alta potencialidad en la cadena - arroz – molinería, ya que están
presentes todos los eslabones (productores, molineros, comercialización).
El cultivo del arroz es el mayor generador de empleos directos (85%) e indirectos (15%) en
el área rural.
1.6. MO DELO ESTADISTICO LINEAL GENERAL
En la mayoría de las aplicaciones, la respuesta de un experimento puede predecirse de manera más
adecuada, no con base en una sola variable de entrada independiente, sino en una colección de tales
variables.
En el caso general, el modelo de regresión lineal múltiple con p variables responde a la ecuación
(Sheldon, 2001):
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18
iippiii EXXXy +++++= ββββ ...22110 i: 1,…,n (3)
de modo que los coeficientes βi, se estiman siguiendo el criterio de mínimos cuadrados (Sheldon,
2001):
( )∑=
−−−−−n
iippiii XXXy
1
222110 ... ββββ (4)
La obtención de las expresiones de los estimadores mínimos cuadrados de dichos coeficientes,
exigen reescribir la expresión (4) utilizando notación matricial. Así, (4) quedaría (Montgomery,
2002):
eXY += β (5)
donde:
en el que los estimadores mínimos cuadrados se obtienen a partir de la ecuación (Montgomery,
2002):
( ) YXXX TT 1−=β (6)
siendo β, la matriz columna de coeficientes estimados, “Y” la matriz columna de observaciones de
la variable dependiente, y “X” la denominada matriz de diseño.
La estimación de β, da un estimativo de la función (Montgomery, 2002):
[ ] ( ) ( ) ( )ntnttt xxxyE ββββ *....** 33221 ++++= (7)
donde:
• E[yt]: es la variable dependiente
• Xt2 y Xt3: son variables independientes
• β1, β2, β3,…..βn: parámetro vector que describe la relación entre las variables.
la cual es una estimación de la relación entre la variable dependiente “y”, e independientes de la
ecuación.
IAMB 200520 18
19
Debido a que, Cov(βi, βi) = Var(βi), las varianzas de los estimadores mínimos cuadrados están dados
por σ2 multiplicada por los elementos de la diagonal de (X´X)-1. La cantidad de σ2 se estima usando
la suma de los cuadrados de los residuales, de manera que (Sheldon, 2001):
( )∑=
−−−−−=n
iikkiiir xxxYSS
1
222110 ... ββββ (8)
por lo que:
[ ] 2)1/( σ=−− knSSE r (9)
donde:
k: el número de coeficientes estimados
n: número de datos muestreados
1.7. DESCRIPCIÓ N CUENCA RÍO CO MBEIMA
La subcuenca hidrográfica del río Combeima pertenece al municipio de Ibagué y se localiza en el
costado oriental de la Cordillera Central. El río Combeima, se encuentra enmarcado entre las
coordenadas planas: X: 1’007.200, Y: 860.000 (zona de nacimiento) y X = 969.700, Y = 881.209,84
(desembocadura en el río Coello) (IBAL, 2002).
El río Combeima, nace en el volcán Nevado del Tolima a los 5.200 m.s.n.m, y desemboca a lo 800
m.s.n.m, sobre el río Coello, después de recorrer 55 kilómetros y drenar una extensión de 27.700 ha, correspondientes al 18.2% del área del municipio de Ibagué (IBAL, 2002).
El sistema hidrográfico del río Combeima esta conformado por aproximadamente 30 subsistemas
entre los que sobresalen las microcuencas de las quebradas: El Guamal, Las Perlas o Las Juntas, La
Plata, Las Peñas, Cay, Corazón, Las Animas, El Tejar, El Billar, La Honda y La Tribuna entre otras
(Vanegas, 2002). En lo referente a los aspectos climáticos, esta cuenca recibe una precipitación
media anual de 1816 mm, correspondiente a dos épocas de lluvia y dos de sequía, comportándose
como una distribución bimodal. Las épocas de lluvia se presentan en los meses de abril a junio y de
septiembre a noviembre; las épocas de sequía se presentan en los meses de diciembre a marzo y de
julio a agosto (cabe aclarar que se evapora mas agua que la que se precipita). Por otro lado, se
presenta una temperatura media anual de 14ºC, registrando valores máximos de 24ºC en la parte
baja de la cuenca y mínimos de -4ºC en la cumbre del volcán Nevado del Tolima (IBAL, 2002).
IAMB 200520 18
20
Administrativamente, se encuentra bajo la jurisdicción del municipio de Ibagué, cuenta con dos
inspecciones municipales de policía y una departamental, con 20 veredas localizadas a lo largo de la
cuenca y 80 barrios pertenecientes a la zona urbana de Ibagué. Dentro de los asentamientos
humanos mas importantes se tiene a: Juntas, Villa Restrepo, Pástales, Llanitos, Tres Esquinas,
Chapetón, El Totumo, Llanos del Combeima y la zona urbana de Ibagué (IBAL, 2002).
La importancia de la cuenca radica no solo en ser la fuente de abastecimientos del acueducto de la
ciudad de Ibagué, aportando un volumen de 1.860 m3/seg para uso residencial, industrial y
comercial, sino además por aportar agua para el riego de 7000 hectáreas de cultivos altamente
tecnificados como el arroz y el sorgo; igualmente aporta su caudal a las microplantas hidroeléctricas
de El Papayo y Pástales (IBAL, 2002).
La problemática ambiental detectada corresponde básicamente a la presencia de fenómenos de tipo
erosivo que conlleva a grandes arrastres de sedimentos originados por el mal uso y manejo de los
recursos naturales: destrucción de la cobertura vegetal protectora, quemas, tala de bosques, sobre-
pastoreo, ampliación de frontera agrícola y a técnicas inapropiadas de producción (Vanegas, 2002).
1.8. DESCRIPCIÓ N Y CARACTERISTICAS DEL AREA DE ESTUDIO
Ibagué, capital del Departamento del Tolima, posee una extensión de 1.439 km², con un área urbana
de 28 Km2 y una población urbana de 425.770 habitantes. Es atravesado en sus vertientes oriental y
occidental por los ríos Combeima, Chipalo y Alvarado en el costado norte (Vanegas, 2002). Se
encuentra localizado en las coordenadas geográficas: N 4° 15' a N 4° 40', y W 75° 00' a 75° 30
(Concejo Municipal de Ibagué, 2000). El clima predominante en la ciudad de Ibagué es tropical
seco. T iene una población de 425.770 habitantes. Las actividades más importantes de la ciudad son:
la agroindustria, la industria textil y el comercio (Alcaldía de Ibagué, 2003).
La cobertura del Instituto Ibaguereño de Acueducto y Alcantarillado, IBAL, es del 89% en
acueducto y 84% en alcantarillado. Las aguas residuales se vierten a los ríos directamente, y en
algunos casos, la disposición de las aguas residuales sin tratamiento genera problemas de salud e
impactos sobre el paisaje (IBAL, 2002).
1.8.1. Recursos de agua y tierra
El municipio de Ibagué, posee dentro de su área jurisdiccional cinco ríos principales: Combeima, Chipalo, Coello, Alvarado y Opia. Estos ríos sirven de receptores de las aguas residuales
IAMB 200520 18
21
domésticas e industriales de toda la población urbana y rural. El río Combeima recibe a través de
algunos de sus afluentes parte de las aguas residuales diluidas de la ciudad, que en el futuro podrían
ser mayores (IBAL, 2002). La producción estimada actual de aguas residuales es de 1.438,66 lt/s y
la proyectada para el año 2020 es de 2.055,13 lt/s. Por otro lado, las aguas residuales de la ciudad de
Ibagué, mezcladas con la de los ríos, han sido usadas por más de 40 años en la actividad agrícola
(arroz, sorgo y pastos). El área total regada con aguas mezcladas (las propias de los ríos y las
residuales provenientes del alcantarillado combinado) es aproximadamente de 13.845 ha (Vanegas,
2002)
1.8.2. Disponibilidad efectiva de agua para riego agrícola
El caudal de agua para riego que puede ser tomado por cada agricultor, lo otorga la Corporación
Autónoma Regional del Tolima, CORTOLIMA. Cabe anotar que el agua residual proveniente del
consumo humano, se suma a la vertida a los cuerpos de agua, al caudal correspondiente a las aguas
residuales, por lo que se establece que las aguas residuales forman parte de la oferta para uso
agrícola (Vanegas, 2002).
Tabla 2: Disponibilidad de agua para uso agrícola
Fuente Uso agrícola (lt/seg) Río Combeima
4.639
Río Chipalo 1.505
Río Alvarado 662
Total 6.806 Fuente: CORTOLIMA, 2004.
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22
2. METO DO LO GIA
Debido a que en Colombia no se han realizado estudios sobre las consecuencias de importantes
contaminantes tóxicos, como es el caso del plomo, en cultivos de arroz, y con el fin de encontrar
posibles efectos negativos en uno de los granos más importantes del país, se estudiará un cultivo de
la región de Ibagué-Tolima, por ser una de las mayores productoras de arroz a nivel nacional, y por
la alta incidencia de contaminación sobre las fuentes hídricas usadas para el riego de los cultivos en
general.
Para encontrar una relación respecto al plomo presente en el agua y suelo, se recopilo toda la
información de la ciudad de Ibagué y sus alrededores, referente a los usos del agua por parte de las
viviendas y sus industrias, y por otro lado, los diferentes productos químicos usados en la
agricultura de esta región (especialmente la del área de estudio).
2.1. RELACIÓ N ENTRE LAS MUESTRAS
Como se comento en la sección 1.6, un parámetro puede estar en función de más de una variable,
por lo que se hace necesario el uso de un modelo estadístico lineal general o regresión múltiple, con
el fin de estimar la relación entre los parámetros más significativos e influyentes. Para este estudio,
se estimo la relación entre la concentración de plomo en suelo y tiempo del cultivo, sobre la
concentración de plomo en el grano de arroz. Por otro lado, se evaluó el efecto del pH sobre la
concentración de plomo en el grano de arroz, y el efecto del pH y agua de riego, sobre la
concentración de plomo en el suelo.
Para estimar la relación que hay entre cada variable dependiente e independiente (según el caso), se
realizaron las operaciones matemáticas mostradas en la matriz (1), donde y1, es la concentración de
plomo en el grano de arroz (mg/kg-bs), Xt2, es el t iempo del cultivo (meses), y Xt3, es la
concentración de plomo en el suelo (mg/kg-bs). Posteriormente para cada caso, se desarrollo la
matriz por medio de operaciones matriciales y algebraicas, para luego obtener los coeficientes de la
estimación, y finalmente obtener una ecuación que relacione los parámetros en cuestión (ver
sección 4.3.2).
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡=
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
∑∑∑
∑∑∑∑∑∑∑∑
3
2
3
2
1
32
323
3222
2
32
tt
tt
t
tttt
tttt
tt
xyxyy
xxxxxxxx
xxT
βββ
(1)
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23
Por otro lado, la estimación del R2, se realizó con la estimación lineal múltiple de EXEL.
(Nota: T : es el número de puntos muestreados (P4, P5, P6, P7))
2.2. LUGAR DE ESTUDIO : FINCA LA ARGENTINA
Como se ha comentado anteriormente, en el departamento del Tolima se pueden encontrar cultivos
de grano como el arroz, los cuales necesitan grandes cantidades de agua proveniente de las ciudades
y pueblos como agua residual. Con el fin de estudiar el impacto del plomo sobre los cultivos de
arroz, se escogió al municipio de Ibagué, el cual esta rodeado por varias fincas productoras de arroz,
como la finca “Perales” y la finca “La Argentina”. En esta última, con un área de 606 hectáreas, se
encuentran cultivos de arroz, y en muy pocas ocasiones cultivos de sorgo2. No obstante, también se
encuentra ganado para pastoreo y producción de leche.
Las fuentes de abastecimiento de agua para el riego de los cultivos son principalmente dos: las
provenientes del Río Chipalo y el Río Combeima. Estas dos fuentes, son concesiones que ha
otorgado la autoridad ambiental de Ibagué, CORTOLIMA, para que las fincas del sector puedan
abastecerse de las aguas de estos ríos y regar los cultivos. La finca “La Argentina”, toma 75 litros
del Río Chipalo y 26 litros del Río Combeima. Adicionalmente a estas dos fuentes principales, por
los predios de la finca pasan dos quebradas: Q. Agua Blanca y Q. Agua Sucia. Estas última es usada
con poca frecuencia ya que su caudal en época de verano es muy bajo (Medina, Yolanda, 2005).
La finca se encuentra ubicada en predio rural de área media, y el suelo tiene una pendiente entre
moderadas y fuertes, afectado con erosión ligera a moderada. Estos suelos son superficiales,
asentados sobre una capa de material rocoso e impermeable, con textura predominantemente
arcillosa (Concejo Municipal de Ibagué, 2000).
2.2.1. Productos químicos usados en la finca “La Argentina” para el control de plagas
Uno de los más graves problemas para el desarrollo del cultivo de arroz, que posteriormente se
traduce en menores rendimientos para el agricultor, es la competencia que ejercen la maleza, plagas
y enfermedades, por la luz, agua, nutrientes y espacio sobre el cultivo, principalmente en los
primeros estados de desarrollo del arroz, lo que se conoce como periodo crítico de competencia
(Medina, Yolanda, 2005). De aquí, la importancia de tomar decisiones para el control de estos
2 Es uno de los cereales más utilizados en la elaboración de raciones para aves y vacunos. El cultivo es conocido y se usa como alternativa de rotación.
IAMB 200520 18
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problemas, en cuanto a la escogencia de los productos y la dosis a utilizar. Sin embargo, muchas de
estas decisiones son desacertadas, guiadas muchas veces por los “expertos” en materia de productos
químicos, lo que conlleva un aumento en la contaminación del suelo, agua, y posteriormente de los
cultivos.
Como se ha mencionado anteriormente, algunos pesticidas, conformados por herbicidas, fungicidas
e insecticidas, contienen pequeños porcentajes de metales pesados, que posteriormente contribuyen
en un aumento de concentración de este metal en suelo y agua.
A continuación se listan los pesticidas usados en la finca “La Argentina”:
Tabla 3: Lista de Pesticidas.
Herbicidas Insecticidas Fungicidas Clincher EC Intrepid 2F Bim 75 WP Goal EC Latigo EC Cobrethane Koltar EC Lorsban 4EC Dithane M-45 Stampir Nurulle 250 EC Dithane 60 OF Stam M-4 Tracer 120 SC Dithane F-MB Pendimark 300 EC Fastac Indar 2 OF Verdict REC Karate Zeon Rally 40 WP Basagran Roxion Strike Bolero Sistemin Tairel Nominee Regent Manzate Ronstar 25 Glifosol
Fuente: Administración Finca “La Argentina”. Por razones de seguridad, las casas productoras de estos químicos (como Fedearroz, Dow
Agroscience, Sucampo, entre otros), no revelan en su totalidad los ingredientes de cada producto,
por lo que no es posible establecer la contribución final de plomo proveniente de los pesticidas
usados en la finca.
2.3. DESCRIPCIÓ N DE LO S ENSAYO S
Para establecer concentraciones de metales pesados en el agua (se analizó mercurio, cadmio y
plomo)3, se tomo una muestra de agua en la Quebrada Agua Sucia (punto 1, ver figura 3), dado que
a esta quebrada llegan los vertimientos del relleno sanitario “El Combeima”. Una vez establecida la
presencia de alguno de los metales mencionados anteriormente (se encontró plomo) en el agua, se
tomaron dos muestras de agua, en las Quebradas Agua Sucia y posteriormente en una concesión del
3 De los metales pesados encontrados, se escogió el que presentara mayor concentración.
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25
Río Combeima4 (puntos 2 y 3, ver figura 3), para poder determinar cual de las dos fuentes de agua
usadas para riego, tenía mayor concentración de plomo, y finalmente escoger las zonas en los que se
puede encontrar mayor concentración de este.
Una vez establecidas estas zonas, se tomaron muestras en 2 puntos diferentes (puntos 4 y 5, ver
figura 3) a lo largo del recorrido del canal que conduce el agua de riego, con el fin de obtener una
relación inicial de plomo en agua, suelo y grano de arroz. En cada punto escogido se tomaron
muestras del agua que inunda los cultivos, de suelo (en la superficie y a nivel de la raíz de la planta
de arroz), y finalmente de los granos de arroz. Posteriormente, con los resultados del primer estudio,
se tomaran dos puntos más (puntos 6 y 7, ver figura 3), con el fin de encontrar una diferencia de
plomo en cada medio y poder realizar un análisis estadístico.
Figura 2: Ubicación de sectores y puntos importantes cercanos al área de estudio.
Fuente modificada: archivos finca “La Argentina”.
Cabe aclarar que un cultivo de arroz puede durar de 4 a 5 meses, hasta que deba ser recogido. El
tercer muestreo se realizó a un cultivo con un tiempo de 1 mes y medio, t iempo en el cual, los
cultivos de arroz empiezan a espigar (es decir, el grano de arroz germinan). Consecutivamente, el
cuarto muestreo se realizó una vez el cultivo debiera ser recogido, todo esto con el fin de saber si
existen cambios en la concertación de plomo en el agua, suelo y finalmente el gramo de arroz5.
4 Es una concesión otorgada por la autoridad ambiental de Ibagué, sobre el Río Combeima, para que los
cultivadores de la zona usen el agua para riego. 5 Para analizar el grano de arroz, es necesario retirar la cáscara, la cual sí tiene contiene trazas de plomo.
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En el siguiente diagrama de flujo se resumen los pasos a seguir para los ensayos:
Figura 3: Paso a seguir en los ensayos.
Primer muestreo: muestra de agua (Q. Agua Sucia) para encontrar
metales pesados (cadmio, mercurio y plomo)
Segundo muestreo: muestra de agua (500 m aguas abajo del primer análisis)
en Q. Agua Sucia y Concesión Río Combeima, para establecer cual contiene
mayor
Tercer muestreo (muestras primer punto): se toman dos muestras de suelo
(a nivel de raíz y superficie), una de arroz y una de agua. 50 m aguas abajo,
se repite el mismo procedimiento.
Cuarto muestreo (muestras segundo punto): se toman dos muestras de suelo
(a nivel de raíz y superficie) y una de arroz. 50 m aguas abajo, se repite el mismo procedimiento.
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3. ANÁLISIS DE LABO RATO RIO
En vista que en el laboratorio escogido para realizar los análisis de agua, suelo y grano de arroz, no
existe un procedimiento definido para encontrar trazas de plomo en arroz, se ajustó el protocolo
usado para buchón de agua, con el fin de obtener un método de detección de metales pesados en
arroz, por absorción atómica.
El principio en el cual se basa la espectroscopia de absorción atómica es el siguiente: la muestra es
atomizada y aspirada a través de una llama; mediante un monocromador se dirige un rayo de luz a
través de la llama y sobre un detector se mide la cantidad de luz absorbida (CIIA, 1999).
La absorción depende de la presencia de átomos libres no excitados y, en general, la relación entre
átomos no excitados y átomos excitados, en un momento determinado, es muy alta. Como la
longitud de onda de un rayo de luz es característica solamente de cada metal, la energía luminosa
absorbida por la llama es una medida de concentración del metal en la muestra (CIIA, 1999).
A continuación se muestra el procedimiento original de buchón de agua (Nº 35), y el ajustado para
el arroz (Nº 66):
3.1. PRO CEDIMIENTO EN BUCHÓ N DE AGUA
Para el buchón de agua, se toman 1 a 5 gramos de hoja o raíz de esta planta, para posteriormente
licuarlos con agua destilada y continuar con el procedimiento N° 35 del Standar Methods (figura 4),
realizado por el Centro de Investigación de Ingeniería Ambiental, C.I.I.A, en el Citec perteneciente
a la Universidad de los Andes (CIIA, 2005).
Figura 4: Procedimiento N° 35 del Stardar Methods.
Pretratamiento de la muestra: Enjuagar la vidriería con una solución jabonosa de un detergente no iónico libre de metales y bastante agua del grifo después purgar con HNO3 1+1 ò HCL 1+1 y dejarlos con esta solución durante 24 horas a 70°C y finalmente enjuagar con abundante agua desionizada y colocar boca abajo sobre papel
absorbente.
Se pesa de 1 a 5 g de hoja de buchon, se licua con 50 ml de agua destinizada y luego se lleva a 100mL. Se agrega 5mL de Nítrico y dos mililitros se peroxido de hidrogeno; se lleva a ultrasonido durante 45 minutos a
60oC y luego se realiza digestión en plancha de calentamiento hasta reducción de volumen de 10mL, se agrega 2mL de
HCl i di ió l fil l fil b d l
Siguiendo las instrucciones del fabricante, en el caso de la Universidad de los Andes, se utiliza espectrofotómetro Perkin elmer 3110,
para leer la concentración de metales pesados (plomo).
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3.2. PRO CEDIMIENTO PARA EL GRANO DE ARRO Z
Para analizar el grano de arroz, se toman 0.5g a 1g de arroz desgranado (sin cáscara), se calcina
durante 30 minutos a 750°C, y se pesa exactamente después de calcinado para los cálculos. Seguidamente, se realiza el procedimiento N° 66 del Standar Methods (figura 5) (CIIA, 1999).
Figura 5: Procedimiento N° 66 del Stardar Methods.
Pretratamiento de la muestra: Enjuagar la vidriería con una solución jabonosa de un detergente no iónico libre de metales y bastante agua del grifo después purgar con HNO3 1+1 ò HCL 1+1 y dejarlos con esta solución durante 24 horas a 70°C y finalmente enjuagar con abundante agua desionizada y colocar boca abajo sobre
papel absorbente.
Tomar 0.5g a 1g de sedimento, calcinarlo durante 30 minutos a 750ºC, pesar exactamente después de calcinado para los cálculos. Adicionar 100 mL de agua desionizada y sonicar durante 10 minutos. Adicionar 5 mL de HNO3 concentrado. Evaporar hasta ±20 mL, para luego adicionar 2 mL de HCl concentrado Filtrar en papel banda azul y aforar a 10 mL Leer por Absorción Atómica
Siguiendo las instrucciones del fabricante, en el caso de la Universidad de los Andes, se utiliza espectrofotómetro Perkin elmer 3110,
para leer la concentración de metales pesados (plomo).
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4. RESULTADO S DE LABO RATO RIO Y ANALISIS
Como se ha comentado anteriormente, se realizaron análisis en las fuentes de agua para determinar
las concentraciones de metales pesados. La realización de estas primeras pruebas, pretendían
encontrar trazas de mercurio, cadmio y plomo, pero finalmente los resultados indicaron que las
concentraciones de mercurio y cadmio estaban por debajo del límite detectable, correspondiente a
0.0012 mg/lt-Hg y 0.003 mg/lt-Cd, respectivamente; sin embargo, la concentración encontrada para
plomo fue de 0.1 mg/lt-Pb, una concentración bastante alta, si se compara con las concentraciones
registradas en el Río Bogotá6 (Piñeros, 2005). Esta muestra se tomo en la Quebrada Agua Sucia, justo después del vertimiento del relleno sanitario, “El Combeima”, de Ibagué.
Posteriormente a este primer muestreo, se decidió realizar otra toma de muestras a 500 metros aguas
abajo del punto de vertimiento del relleno sanitario (a 500 m, ya se encuentran cultivos de arroz).
En este caso se tomo otra muestra de 500ml de agua en la Quebrada Agua Sucia y adicionalmente,
500ml de agua en la concesión del Rió Combeima.
El análisis del laboratorio mostró que la concentración de plomo en la Quebrada Agua Sucia
disminuyó a la mitad, correspondiente a 0.050 mg/lt-Pb (comparada con primer muestreo). Por otro
lado, la concentración encontrada en el agua de la concesión del Río Combeima fue de 0.15 mg/lt-
Pb.
La diferencia de concentraciones para la Quebrada Agua Sucia (diferencia entre primer y segundo
muestreo), puede ser resultado de que el agua de esta quebrada no es usada frecuentemente para el
riego de los cultivos (y no pasa por el lado de estos), contrario a lo que sucede con el agua del Río
Combeima, sugiriendo que la escorrentía de agua con trazas de plomo proveniente de los cultivos,
se suma a la fuente de agua más cercana, la cual es la más usada por la finca.
A continuación se muestran los resultados obtenidos en los dos primeros análisis:
Tabla 4: Primer análisis, punto 1. Mercurio (mg/lt) Cadmio (mg/lt) Plomo (mg/lt) Primer análisis 0,0012 0,003 0,1
Tabla 5: Segundo análisis: puntos 2 y 3.
Pb - Q . Agua Sucia (mg/lt) Pb - C. Rio Combeima (mg/lt) Segundo análisis 0,05 0,15
6 Según un estudio realizado por el Instituto para el Desarrollo Sostenible, QUINAXI, la máxima concentración encontrada de plomo desde aguas arriba de Villa Pinzon hasta la desembocadura del Río Bogotá, en el Río Magdalena, no supera los 0.070 mg/lt-Pb en el agua.
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4.1. RESULTADO S PRIMER ENSAYO
Como se comento anteriormente, en el área escogida se tomaron cuatro puntos de muestreo. Para el
tercer muestreo (puntos 4 y 5 de la figura 6), se tomó una muestra de agua, dos de suelo (superficie
y raíz) y una de arroz (punto 4). A 50 metros agua abajo, se realizó el mismo procedimiento (punto
5) (ver figura 6).
Figura 6: Área de trabajo y puntos muestreados. Fuente modificada: archivos finca “La Argentina”. A continuación se detallan los resultados obtenidos en el laboratorio para los puntos 4 y 5:
Tabla 6: Resultados puntos 4.
pH Resultado Unidades Identif icación
Punto 4
N/A 3 µg/L Agua -Río Combeima
7.10
8,7 mg/Kg-bs Suelo -Lote La Bola - Nivel
superficie
6.90
9 mg/Kg-bs Suelo -Lote La Bola - Nivel raíz
N/A < 0.01 mg/Kg-bs Arroz - La Bola Observaciones: - La lectura se realizó con el horno de grafito, cuyo límite de detección es = < 3µg/L y = <0,01mg/Kg-bs, para agua y sólidos, respectivamente. - bs = base seca
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31
Tabla 7: Resultados punto 5 pH Resultado Unidades Identif icación
Punto 5
N/A <3 µg/L Agua -Río Combeima
6.33
10,1 mg/Kg-bs Suelo - Lote La Bola - Nivel
Superficie
6.22
11,5 mg/Kg-bs Suelo -Lote La Bola - Nivel raíz
N/A 0,11 mg/Kg-bs Arroz - Lote La Bola Observaciones: - La lectura se realizó con el horno de grafito, cuyo límite de detección es = < 3µg/L y = <0,01mg/Kg-bs, para agua y sólidos, respectivamente. - bs = base seca Como se observa en las tablas 6 y 7, el punto con mayor concentración de plomo es el 5. En este
punto, la concentración para el suelo a nivel de superficie es de 10.10 mg/kg-bs, con un pH de 6.33; en cambio la concentración a nivel de raíz es de 11.5 mg/kg-bs, con un pH de 6.22.
Por otro lado, las concentraciones en el punto 4 son un poco inferiores a las registradas en el punto
5, correspondiente a 8.70 mg/kg-bs, con pH de 7.1, y 9.0 mg/kg-bs, con pH de 6.9, para nivel de
superficie y raíz respectivamente.
A pesar de tener este resultado en el suelo, las concentraciones encontradas en el agua no siguen
con el mismo patrón, es decir, en el punto 4 la concentración fue 3 µg/L y en el punto 5, se puede
decir que es casi nula. Estos valores son muy diferentes a los registrados en las pruebas iniciales
donde se obtuvo concentraciones mínimas en agua de 0.50 mg/lt-Pb.
Tal diferencia de concentraciones entre los dos puntos escogidos, se ve reflejada en la muestra de
arroz del punto 5, la cual arrojo una concentración de plomo de 0.11 mg/kg-bs, en cambio, en la
muestra del punto 4 no se obtuvo nada.
Finalmente, se puede inferir que la diferencia de concentraciones de plomo en las muestras de suelo
para superficie y raíz, depende del pH de este, ya que a menor pH en el suelo, mayor es la
concentración de plomo en la raíz. Sin embargo, al mira el pH de cada punto, el del punto 5 es un
poco menor al del punto 4 (ligeramente ácido), lo que indica que la solubilidad del plomo en el agua
es mayor y por ende puede ser captado mucho mas fácil por las plantas.
Como resultado de lo explicado anteriormente, se puede decir que la presencia de plomo en el grano
de arroz para el punto 5, es por efecto de la mayor solubilidad de este en el agua, la cual es
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32
posteriormente captada por la planta y transportada finalmente al grano de arroz para su
acumulación.
4.2. RESULTADO S DEL SEGUNDO ENSAYO
Como se comento en la sección 3.1, el segundo estudio se realizó en un cultivo listo para recoger,
con el fin de establecer si en los medios estudiados (suelo y arroz), la concentración de plomo
aumentaba o simplemente permanecía estable.
A continuación, en las tablas 8 y 9 se detallan los valores obtenidos para el suelo y grano de arroz
estudiados:
Tabla 8: Resultados puntos 6
pH Resultado Unidades Identif icación
Punto 6
6.65
0,7 mg/Kg-bs Suelo -Lote La Bola - Nivel
superficie
6.40
12,3 mg/Kg-bs Suelo -Lote La Bola - Nivel raíz
N/A 0,28 mg/Kg-bs Arroz - La Bola
Observaciones: - La lectura se realizó con el horno de grafito, cuyo límite de detección es = < 0,01mg/Kg-bs, para sólidos. - bs = base seca Tabla 9: Resultados punto 7
pH Resultado Unidades Identif icación
Punto 7
6.80
1 mg/Kg-bs Suelo - Lote La Bola - Nivel
Superficie
6.70
5,4 mg/Kg-bs Suelo -Lote La Bola - Nivel raíz
N/A 0,23 mg/Kg-bs Arroz - Lote La Bola
Observaciones: - La lectura se realizó con el horno de grafito, cuyo límite de detección es = < 0,01mg/Kg-bs, para sólidos. - bs = base seca
Como se observa en las tablas 8 y 9, el punto con mayor concentración de plomo es el 6. En este
punto, la concentración para el suelo a nivel de superficie es de 0.7 mg/kg-bs, con un pH de 6.65; en
cambio la concentración a nivel de raíz es de 12.3 mg/kg-bs, con un pH de 6.40.
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33
Por otro lado, las concentraciones en el punto 7, son inferiores a las registradas en el punto 6,
correspondiente a 1 mg/kg-bs, con pH de 6.80, y 5.4 mg/kg-bs, con pH de 6.70, para nivel de
superficie y raíz respectivamente.
A pesar de tener concentraciones tan diferentes en las muestras de suelo, la concentración
encontrada en el grano de arroz no es muy diferente para los dos puntos. De esta manera, las
concentraciones de plomo en el grano de arroz para los puntos 6 y 7, son 0.28 mg/kg-bs, y 0.23
mg/kg-bs, respectivamente.
Si se comparan los valores de pH, y las concentraciones obtenidas de plomo en el suelo mostrados
en las tablas 8 y 9, se ve claramente que a menor pH (ácido) la concentración de plomo es mayor,
viéndose así en el suelo tomado a nivel de raíz (tiene el mismo comportamiento que los del tercer
muestreo). Como resultado de lo comentado anteriormente, la planta de arroz puede absorber
mayores cantidades de plomo, ya que también hay una mayor concentración de éste disuelto en el
agua disponible para ser absorbido por la planta, que posteriormente es usada para la maduración
del grano de arroz.
4.3 CÁLCULO S ADICIO NALES
4.3.1. Riesgo a la exposición
Como se ha visto anteriormente, los riesgos de exposición se ven reflejados por el contacto con
agua, suelo y aire con trazas de metales pesados. En este caso, la exposición esta dada por el
consumo de arroz.
Para poder observar el grado de exposición a la cual esta enfrentada la población al consumir arroz
con trazas de plomo, se realizó una evaluación a la exposición basada en formulas empíricas
elaboradas por la Environmental Protetion Agency, EPA, en la cual, se tienen en cuenta varios
factores importantes, descritos en la ecuaciones 1 y 2 de la sección 1.3.2.
Para establecer el valor de estos parámetros, se tuvieron las siguientes consideraciones:
Si se tiene en cuenta que en promedio una persona de la región come arroz dos veces al día
(y hasta 3 veces al día), entonces las posibilidades de riesgo por exposición en el consumo
de arroz aumentan (si se llegara a considerar que el grano de arroz contiene trazas de
metales pesados), por lo tanto la tasa de ingestión es de 166200 mg/día.
La esperanza de vida de una mujer es 82 años y de un niño es de 12 años.
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El peso corporal promedio de una mujer7, es de 55 kg y un niño 26 kg (de 12 años, según la
EPA).
La frecuencia de exposición es de 3 veces al día, durante 365 días al año.
La fracción ingerida de metal es de 0.4%, del total de un plato de arroz.
A pesar de que la EPA tiene tablas en las cuales se tienen dosis límite de referencia, para la cual, las
sustancias químicas pueden causar efectos crónicos en la salud, no se tienen registros o valores
referentes al plomo, por lo que no se podría saber con exactitud un nivel máximo de exposición, y
por ende, obtener un nivel de riesgo preciso. A pesar de esto, y con el fin de establecer algún valor
referencia a la exposición al plomo, se decidió tomar el valor límite establecido en el decreto 475 de
1998 para agua potable del Ministerio de Salud (norma colombiana), y con esto establecer un nivel
máximo de exposición, para finalmente, comparar este valor con el obtenido con las formulas
empíricas de la EPA.
7 Se escogieron las características de una mujer, porque es más vulnerable a la exposición de plomo (menos peso corporal, factor importante a la hora de ver el riesgo por exposición al plomo).
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35
A continuación, en la tabla 10, y tablas 11 y 12, se muestran los datos y valores obtenidos para la
dosis crónica de ingestión en agua potable y grano de arroz, siguiendo el procedimiento descrito en
el párrafo anterior.
Tabla 10: Datos para análisis de riesgo a exposición al plomo.
Datos Agua potable Unidades Valor (Mujer)* Valor (niño)* CW mg/lt 0,01 IR lt/dia 2 EF dia/año 365 ED años 82* 12* BW kg 55* 26* AT días 82* 12* Sólidos (arroz) Unidades Valor (Mujer)* Valor (niño)* CF (punto 4) mg/kg - bs 0 CF (punto 5) mg/kg - bs 0,11 CF (punto 6) mg/kg - bs 0.28 CF (punto 7) mg/kg - bs 0.23 IR (tres veces al día mg/día 166200 FI adimensional 0,4 EF día/año 365 ED años 82* 12* BW Kg. 55* 26* AT días 82* 12*
Tabla 11: CDI para agua potable, valor referencia. Tabla 12: CDI para mujeres y niños.
Agua Potable (mg/kg* día)
CDI 0.000364
ARRO Z (mg/kg* día) Mujer Niño CDI P 4 0 0 CDI P 5 0,000133 0.000281 CDI P 6 0,000340 0,000716 CDI P 7 0,000278 0,000588
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36
Como se ve observa en la tabla 11, la dosis crónica de ingestión máxima para agua potable es de
3.64 x 10-4 mg/kg*día. No obstante, en la tabla 12 se observan los valores de dosis crónica de
ingestión para el grano de arroz.
Al comparar los valores mostrados en la tabla 12 con el valor referencia de la tabla 10, se observa
que la dosis de los puntos 4, 5, 6 y 7 para la mujer, son inferiores y por ende no existe mayor riesgo
al consumir arroz con trazas de plomo. Sin embargo, los valores obtenidos para niños, está en el
límite (como el del punto 5) ó superan el valor referencia, por lo que para este caso, sí existe un
riesgo al consumir arroz con trazas de plomo, y más aun cuando en este periodo de vida, el cuerpo
esta en constante desarrollo y crecimiento.
4.3.2. Modelo estadístico lineal general
Como se comento en la sección 2.1, se realizaron las operaciones matemáticas mostradas en la
matriz 1, con el fin de obtener los coeficientes desconocidos de la estimación, y finalmente dar una
relación de los parámetros de la ecuación 7. Estas operaciones se realizaron para cada caso expuesto
en la misma sección.
1) La matriz empleada para estimar la relación entre el t iempo del cultivo y concentración de plomo en el suelo, sobre la concentración de plomo en el grano de arroz es:
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡=
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
951.5205.262.0
7.39355.1012.3855.1015.36112.38114
3
2
1
βββ
Después de desarrollar la matriz por métodos algebraicos (ver Anexos, Apéndice A), los
coeficientes β1, β2, y β3 que relacionan los parámetros de la ecuación 7 son:
Tabla 13: coeficientes β1, β2, y β3
β1 β2 β3 -0.19 0.053 0.086
de manera que la función estimada es:
( ) ( )086.0*053.0*19.0 sueloarroz CtC ++−=
donde:
• t : t iempo del cultivo en meses
• Carroz: concentración de plomo en el grano de arroz (mg/kg –bs)
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37
• Csuelo: concentración de plomo en el suelo (mg/kg – bs)
Por otro lado, el R2 arrojado en la regresión lineal múltiple realizada en EXEL, fue de 0.92 para los
parámetros indicados anteriormente.
Los valores β2, y β3 indican que el t iempo del cultivo y la concentración de plomo en el suelo,
juegan un papel importante en relación con la concentración de plomo en el grano de arroz. A pesar
de que los parámetros analizados son importantes, la concentración de plomo en el suelo es mucho
más importante, dado que el valor de β3 es mayor que el obtenido para β2. Así mismo, el R2 muestra
que la estimación encontrada es ajustada, por lo que existe una buena interacción entre las variables
independientes con la dependiente. Sin embrago, puede haber un error asociado a esto, ya que el
número de muestras es bastante pequeño.
Por otro lado, al incluir el efecto del pH en esta relación, se encontró que los valores de β2 y β3,
correspondiente a la concentración de plomo en el suelo y el t iempo del cultivo respectivamente,
eran afectados y perdían importancia, por lo que la relación entre estos parámetros y la
concentración de plomo en el grano de arroz ya no tenia sentido. Así mismo, se obtuvo un R2 más
pequeño (de 0.65), confirmando que la relación no era acertada.
Para el caso de la relación entre la concentración de plomo en el agua de riego y el pH del suelo,
sobre la concentración de plomo en el suelo, se obtuvo un multiplicador negativo para el pH y un
multiplicador positivo para la concentración de plomo en el agua de riego, indicando que a un
menor pH en el suelo, mayor es la concentración de plomo en el agua absorbida por la planta, y
menor es la concentración de plomo en el suelo8; por lo tanto, la estimación de la relación para estos
parámetros tiene sentido. Sin embrago, esta relación no es muy útil, dado que solamente se
realizaron dos muestreos de agua (puntos 4 y 5 de la figura 6), lo cual es insuficiente si se quiere
obtener una relación ajustada. Por otro lado, el R2 obtenido se redujo a 0.78, lo que confirma que la
relación no es lo bastante ajustada para los parámetros estudiados en este caso.
8 Si diminuye el pH, el plomo presente en el suelo se disuelve más fácilmente en el agua, y la concentración de plomo en el suelo, baja.
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5. CO NCLUSIO NES
Como se planteo en la hipótesis, el agua de riego es una fuente importante de contaminantes (como el plomo) para cualquier cultivo, en este caso los cultivos de arroz. Al igual que el agua de riego,
también lo son los pesticidas y las deposiciones atmosféricas. Al realizar los análisis preliminares, y
posteriormente, el tercer y cuarto muestreo para agua, suelo y granos de arroz, se encontró que la
concentración de plomo en el agua de riego no es estable9, por lo que posiblemente la presencia de
plomo en el suelo de los cultivos, también está ligada a la adición de herbicidas, insecticidas y
fungicidas.
Si bien, los valores de pH influyen en la concertación de plomo en el suelo, los resultados muestran
que no hay una relación clara entre estos dos factores, por lo que no se puede decir que a cierto pH,
se va a tener tal concentración de plomo en suelo. Sin embargo, es claro que el pH en el suelo a
nivel de superficie es menos ácido que a nivel de raíz, y por lo tanto, la concentración de plomo en
éste último es más alta. No obstante, la combinación de un pH ácido con una alta concentración de
plomo en el suelo, conlleva a que la planta de arroz absorba una mayor cantidad de plomo
solubilizado en el agua que finalmente llega al grano de arroz. A pesar de que existen otros
parámetros que también influyen e interactúan con las trazas de plomo en el suelo, como la materia
orgánica, para este estudio no se tuvo en cuenta el efecto asociado.
Por otra parte, como se comento en la sección 2.3, un cultivo de arroz puede tener entre 1 mes y
medio, a 2 meses para que el grano de arroz espigue, y entre 4 a 5 meses para que se pueda recoger.
Claramente, la concentración de plomo en el grano de arroz para un cultivo de 1 mes y medio, es
importante si se realiza un análisis de riesgo por exposición al plomo, pero es aun más importante,
cuando la concentración de plomo en un cultivo de 4 meses (para recoger) es el doble de la
encontrada inicialmente.
A pesar de haber tomado muestras en pocos puntos del área escogida, es claro que la relación
estimada para el t iempo del cultivo y la concentración de plomo en el suelo fue bastante ajustada, lo
cual se ve reflejado en el R2 de la estimación. La estimación muestra que la concentración de plomo
en el suelo es muy importante sobre la concentración de plomo en el grano de arroz, dado que el
coeficiente β3 es mayor que el coeficiente β2. Como resultado de lo anterior, se puede decir que a
una determinada concentración de plomo en el suelo, se puede tener una determinada concentración
9 En el último muestreo, la concentración de plomo en el agua, fue casi nula.
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39
de plomo en el grano de arroz, durante un tiempo determinado de cultivo, para un pH entre 6.2 a
7.1.
Por otra parte, el agua de riego y el pH del suelo son factores importantes en la presencia de plomo
en el suelo (siendo aparentemente el agua de riego más importante que el pH del suelo), la
estimación de la relación entre estos factores no fue muy ajustada, por lo que no se puede decir con
claridad el grado de importancia de cada una de las variables implicadas en la estimación. Sin
embrago, la estimación de la relación puede ser más ajustada si se realizan más muestreos de agua
de riego y se tiene en cuenta la adición de plomo al suelo, por parte de los herbicidas, insecticidas y
fungicidas.
El riesgo de exposición de los humanos al plomo, es mucho más importante en los niños de bajo
peso, que en los adultos más vulnerables como la mujer. Es claro que el riesgo no depende de la
edad del individuo, pero sí del peso corporal, por lo que se puede decir que entre menor sea el peso
de la persona, mayor es el riesgo a la exposición.
Finalmente, al comparar los valores de la tabla 12 con el valor máximo de exposición establecido en
este trabajo (en este caso, la máxima permitida en agua potable, tabla 11), los valores de exposición
para niños están en el límite o lo superan, por lo que los niños corren más riesgo de contraer efectos
negativos en la salud, y más aun cuando el cuerpo de un niño demanda más alimento para su
desarrollo corporal y mental.
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40
6. RECO MENDACIO NES PARA TRABAJO S FUTURO S
Con base en lo visto durante el desarrollo de esta investigación, y con el fin de obtener resultados más exactos, es pertinente tener en cuenta los siguientes aspectos:
En la sección 1.2.2.2 se comento que el pH y la materia orgánica afectan la interacción entre el
plomo y suelo. Para este estudio, solamente se tuvo en cuenta la interacción del pH del suelo, por lo
que sería interesante incluir la influencia de la materia orgánica.
Al observar los resultados del modelo estadístico lineal general, es claro que la cantidad de datos o
muestreos son suficientes para encontrar una estimación de la relación entre el plomo del grano de
arroz, y tiempo del cultivo y concentración de plomo en el suelo. Sin embrago, a pesar de obtener
un R2 cercano a 1 en la estimación, como cualquier análisis estadístico, es necesario realizar más
muestreos que permitan obtener una estimación más ajustada de la relación entre variables
independientes y dependiente.
Así como en este estudio se encontró plomo en el grano de arroz, y junto a un caso reciente de
arsénico en cultivos de arroz en Estados Unidos (Fernández, EROSKI, 2005), seria interesante
analizar si también hay trazas de otros metales pesados como el cadmio, el cual es uno de los más
importantes a nivel de contaminación ambiental y efectos negativos en la salud humana.
Finalmente, es pertinente comentar que después de que un cultivo de arroz es recogido, los
agricultores o propietarios de los cultivos, lo transfieren o venden a los molinos, quienes finalmente
realizan un proceso de limpieza al grano de arroz para posteriormente comercializarlo en el
mercado nacional. Con esto, sería interesante hacer un análisis de plomo en el grano de arroz que
sale del molino, para corroborar la presencia de este metal.
IAMB 200520 18
41
BIBLIO GRAFIA
[1] MENDOZA VILLALOBOS, GILBERTO. Diagnostico del Mercado Agrícola y Agroindustria en Colombia: una estrategia para la reactivación de la agricultura. Santafé de Bogotá: Fundación Universidad de Bogotá Jorge Tadeo Lozano, 1999.
[2] DEPARTAMENTO NACIONAL DE PLANEACIÓN, DIRECCIÓN DESARROLLO
TERRITORIAL, Resumen Ejecutivo de Departamentos, Tolima. 2002.
[3] GARCÍA LÓPEZ, JORGE HERNÁN., Valoración de Agua de Riego en Agricultura: el caso del arroz en los departamentos del Tolima y Huila. Santafé de Bogotá, D.C. 2001.
[4] ZHEN-QI, ZHANG, HUI LIU, HONG ZHANG, JAN-FEI LI, Analytica Chimica Acta,
Simultaneus Cathodic Vol. 333, 1996, p. 119-124. China. [5] PODLESKY MORA, EDGAR O., ORTIZ V, JAIME EDUARDO., V. DE GRACIA, GLADYS. Determinación de Trazas de Metales Pesados en Muestras Biológicas y Ambientales, Manual de Procedimiento. Santafé de Bogotá, Septiembre de 1992. [6] MCLAUGHLIN, M.J., PARKER, D.R., CLARKE, J.M., Metals and Micronutrients – Food Safety Issues. Field Crops Research 60. Septiembre de 1999, p. 143-163. Canadá. [7] DÍAZ BARRIGA, FERNANDO, COREY ORELLANA, GERMÁN, Evaluación del Riesgo por la Exposición al Plomo. Unidad de Toxicología Ambiental, Facultad de Medicina, Universidad Autónoma de San Luís de Potosí, México., Centro Panamericano de Ingeniería Sanitaria y Ciencias del Ambiente (CEPIS/OPS), Perú -1999. [8] EMPRESA DE ACUEDUCTO Y ALCANTARILLADO DE IBAGUÉ, IBAL., Revisión y Actualización Plan Maestro Acueducto de Ibagué, Diagnostico y Evaluación del Sistema de Acueducto de la Ciudad de Ibagué., Estudio Hidrológico de las Subcuencas Combeima, Cay y Chembe. Informe Final . Ibagué, Junio 2002. [9] LENNTECH, Water Treatment and Air Purification . Netherlands. 2005. (http://www.lenntech.com/espanol/metales%20pesados.htm) [10] BARROS M.J., RENDINA A.E., BIAGIOLI C., CATRACCHIA J.B., SAUTÚA F., IORIO A.F. Bioacumulación de Plomo por Alegrías del Hogar y Rye-grass. Química Analítica. Buenos Aires, Argentina. 2005. (http://www.educ.ar/educar/superior/biblioteca_digital/verdocbiblio.jsp?url=S_BD_SECCIONES/409.HTM&contexto=superior/biblioteca_digital/) [11] A.A.M. DAIFULLAH, B.S. GIRGIS, H.M.H. GAD., Utilization of Agro-Residues (Rice Husk) in Small Waste Water Treatment Plans. Materials Letters 57, Mayo de 2003. p. 1723– 1731. Cairo. Egipto. [12] INFO AGRO . 2005. (http://www.infoagro.com/herbaceos/forrajes/sorgo.asp) [13] FEDERACIÓN NACIONAL DE ARROCEROS, FEDEARRO Z. 2005. (http://www.fedearroz.com.co/hist.htm)
IAMB 200520 18
42
[14] MEDINA, DE TRUJILLO, YOLANDA M. Administradora finca “La Argentina”. 2005. [15] CONCEJO MUNICIPAL DE IBAGUÉ. Plan de O rdenamiento Territorial de Ibagué. Ibagué, Diciembre 23 de 2000. [16] VANEGAS GALVEZ, MARIO. Sistemas Integrados de Tratamiento y Uso de Aguas Residuales en América Latina: Realidad y Potencial, Estudio de Viabilidad Convenio IDRC – OPS/HEP/CEPIS 2000-2002. Ibagué, Tolima. 2002. [17] VANEGAS GALVEZ, MARIO. Sistemas Integrados de Tratamiento y Uso de Aguas Residuales en América Latina: Realidad y Potencial, Estudio Complementario del Caso de Ibagué-Colombia. Convenio IDRC – OPS/HEP/CEPIS. Ibagué, Tolima. 2002. [18] PIÑEROS BOTERO, SERGIO ARTURO. Campañas de Muestreo en el Río Bogotá. Comparativos Metales Pesados. Instituto para el Desarrollo Sostenible, QUINAXI. 2005. [19] MEDINA, MARIA NELLY. Morfología de la Planta de Arroz, Guía de Estudio. Centro Internacional de Agricultura Tropical, CIAT. Abril de 2005. [20] THE GREEN FACTS ORGANIZATION. Communicating Scientific Facts on Health and the Environment. 29 de Julio de 2005. (http: /www.greenfacts.org/es/glosario/abc/bioacumulacion-bioacumular.htm) [21] ENVIRONMENTAL HEALTH PERSPECTIVES SUPPLEMENTS, EHP; NATIONAL INSTITUTE OF ENVIRONMENTAL HEALTH SCIENCE, NIEHS; U.S. DEPARTMENT OF HEALTH AND HUMAN SERVICES, NATIONAL INSTITUTE OF HEALTH, NIH. Blood Lead Slope Factor Models for Adults: Comparisons of O bservations and Predictions. Volumen 106, numero S6, Diciembre de 1998. Estados Unidos. Disponible en línea. (http://ehp.niehs.nih.gov/members/1998/Suppl-6/1569-1576bowers/bowers-full.html) [22] OAK RIDGE NATIONAL LABORATORY. Chemical Radiation . Estados Unidos. 2005. (http://www.ornl.gov/sci/env_rpt/aser95/appb.htm). [23] MACHINZIE, L. DAVIS., CORNWELL, A. DAVID., Introduction to Environmental Engineering. Third Edition. P. 718 – 725. 1998. [24] DEPARTAMENTO TÉCNICO ADMINISTRATIVO DEL MEDIO AMBIENTE, DAMA. Decreto 475 de 1998, Normas Técnicas de Agua Potable . 2005. (http://200.14.206.180/php/reqlegis4.php?id=286&user=guest&str=agua%20potable&en=1) [25] AGENCIA PARA SUSTANCIAS TÓXICAS Y EL REGISTRO DE ENFERMEDADES. (ATSDR)., DEPARTAMENTO DE SALUD Y SERVICIOS HUMANOS DE LOS EE.UU., SERVICIO DE SALUD PÚBLICA. Resumen de Salud Publica, Plomo (Lead). CAS#: 7439-92-1. Octubre de 2005. (http://www.atsdr.cdc.gov/es/phs/es_phs13.html) [26] ORGANIZACIÓN PANAMERICANA DE LA SALUD. Evaluación de Riesgo para la Salud en la Población Expuesta a Metales en Bolivia. Biblioteca Virtual de Desarrollo Sostenible y Salud Ambiental, BVSDE. 1996. (http://www.bvsde.opsoms.org/tutorial/casos/caso2/evalries.html)
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43
[27] UNIVERSIDAD DE LOS ANDES., LABORATÓRIO DE INGENIERIA AMBIENTAL – CIIA., STANDAR METHODS., Método por Absorción Atómica Tradicional, procedimiento Nº 29. 2005. [28] UNIVERSIDAD DE LOS ANDES., LABORATÓRIO DE INGENIERIA AMBIENTAL – CIIA., STANDAR METHODS,. Método por Absorción Atómica Tradicional, procedimiento Nº 35. 2005. [29] UNIVERSIDAD DE LOS ANDES., LABORATÓRIO DE INGENIERIA AMBIENTAL – CIIA., STANDAR METHODS,. Método por Absorción Atómica Tradicional, procedimiento Nº 66. 2005. [30] FERNANDEZ MERCÉ. DIÁRIO DE LA SEGURIDAD ALIMENTARIA, EROSKI., Arroz Contaminado por Arsénico en Estados Unidos. Agosto de 2005. (http://www.consumaseguridad.com/web/es/investigacion/2005/08/30/19809.php) [31] MONTGOMERY, DOUGLAS C., Diseño y Análisis de Experimentos. 2ª. ed. México 2002. [32] SHELDON M. ROSS., Probabilidad y Estadística para Ingeniería y Ciencias. 2ª. ed. México. 2001.
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ANEXO S
APENDICE A: MEMO RIAS DE CALCULO S Riesgo de exposición:
1. ( ) ( ) ( ) ( )
( ) ( ) 000364.082*365*55
82*365*2*01.0=⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛=aguaCDI mg/kg*día (valor referencia)
2. ( ) ( ) ( ) ( ) ( )
( ) ( ) 000133.082*365*55
82*365*4.0*3*55400*11.05, =⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛=parrozCDI mg/kg*día (mujer)
3. ( ) ( ) ( ) ( ) ( )
( ) ( ) 000340.082*365*55
82*365*4.0*3*55400*28.06, =⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛=parrozCDI mg/kg*día (mujer)
4. ( ) ( ) ( ) ( ) ( )
( ) ( ) 000278.082*365*55
82*365*4.0*3*55400*23.07, =⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛=parrozCDI mg/kg*día (mujer)
5. ( ) ( ) ( ) ( ) ( )
( ) ( ) 000281.012*365*26
12*365*4.0*3*55400*11.05, =⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛=parrozCDI mg/kg*día (niño)
6. ( ) ( ) ( ) ( ) ( )
( ) ( ) 000716.012*365*26
12*365*4.0*3*55400*11.06, =⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛=parrozCDI mg/kg*día (niño)
7. ( ) ( ) ( ) ( ) ( )
( ) ( ) 000588.012*365*26
12*365*4.0*3*55400*11.07, =⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛=parrozCDI mg/kg*día (niño)
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Modelo estadístico lineal general:
1) Desarrollando los valores de la matriz (1), para encontrar β1, β2, y β3:
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡=
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
951.5205.262.0
7.39355.1012.3855.1015.36112.38114
3
2
1
βββ
y sacando la inversa de la matriz anterior, para luego multiplicarla vectorialmente:
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡=
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
−−
−−
3
2
1
951.5205.262.0
04.0021.041.0021.017.067.0
41.067.002.6
βββ
se obtiene que:
β1 β2 β3
-0.19 0.053 0.086
Con un error del 92 %.
Tabla de datos:
yt Xt2 (β2) Xt3 (β3) Car (mg/kg –bs) T (meses) Cs (mg/kg –bs)
0 1,5 9 0,11 1,5 11,5 0,28 4 12,3 0,23 4 5,4
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APENDICE B: FO TO GRAFIAS
Foto 1: muestreo de agua de la Q. Agua Sucia, punto 1.
Fotos 2 y 3: muestreo de agua de la Q. Agua Sucia y C. Río Combeima, 50 metros aguas abajo del punto 1.
Puntos 2 y 3.
Foto 4: cultivo de un mes y medio (arroz espigando).
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Fotos 5 y 6: muestreo de agua, suelo y grano de arroz. Puntos 4 y 5
Foto 7: Cultivo de arroz listo para recoger (se estaba recogiendo)
Fotos 8 y 9: muestreo de suelo y grano de arroz, 100 metros aguas abajo de los puntos 4 y 5. Puntos 6 y 7