Caracterización geoquímica y geofísica de suelos agrícolas en el área de Cerrito Blanco, Matehuala, San Luis Potosí

Abstract

"El ejido de Cerrito Blanco, perteneciente al municipio de Matehuala, S.L.P., cuenta con una zona agrícola de 70 hectáreas, las cuales, de acuerdo a estudios previos, reportan que han sido irrigadas por largo tiempo con agua contaminada con arsénico, con valores de hasta 17.78 mg Kg-1. El cual excede 148 veces lo máximo permisible de acuerdo a la norma mexicana. Como consecuencia de una constante irrigación, en la zona agrícola se han reportado concentraciones en suelo de hasta 172.00 mg Kg-1. La falta de información y la carencia de otras fuentes de agua libre de arsénico han permitido que la población local se encuentre expuesta a este tipo de contaminación. Tomando en cuenta estos antecedentes, se planteó como objetivo general de este estudio determinar la distribución espacial de arsénico total en la zona agrícola del ejido Cerrito Blanco y analizar la calidad de los suelos en el sitio de estudio a partir de análisis en muestras de suelo colectadas; así como estimar la conductividad hidráulica de los suelos agrícolas y su relación con la migración de los contaminantes a lo largo de la columna de suelo. Para llevar a cabo este estudio se analizaron 14 muestras de suelo superficial y 11 columnas, a las cuales se les determinó de acuerdo a la NOM-021-SEMARNAT-2000; fosforo aprovechable, carbonatos totales, materia orgánica, cationes intercambiables, micro y macronutrientes, nitrógeno disponible, pH, salinidad, conductividad hidráulica, textura. Además, se determinó arsénico total mediante digestión ácida de elementos totales y arsénico soluble mediante agua de equilibrio el cual fue cuantificado mediante ICP-OES y Fluorescencia de rayos X. La mineralogía fue determinada mediante difracción de rayos X. La resistividad eléctrica del suelo y su humedad fueron medidas in situ de manera simultánea utilizando el método de perfilaje eléctrico y un medidor de humedad relativa del suelo, respectivamente. A los datos obtenidos se les realizó un análisis estadístico multivariante, el cual constó de una matriz de correlación de Pearson, análisis de componentes principales (PCA), análisis clúster e índice de calidad de suelo (ICS). Los resultados obtenidos evidencian que los suelos presentan condiciones favorables para el desarrollo de las plantas de acuerdo al ICS, en el cual se clasifica el suelo con una calidad media. De acuerdo a la correlación estadísticas de las muestras se logró identificar dos grupos, el primero con predominancia en calcita y con tamaños de partículas arcillosa (< 2.0 µm) y el segundo grupo con presencia de yeso y con tamaño de partículas de limos (< 60.0 µm). Lo que respecta al arsénico, los resultados permiten determinar que toda la zona agrícola se encuentra enriquecida de arsénico, con valores de hasta 185 mg Kg-1 el cual excede 8 veces lo permitido. A pesar de la baja conductividad hidráulica del suelo agrícola (predominantemente muy baja), el arsénico es transportado a lo largo del perfil del suelo, presentando concentraciones de hasta 94.29 mg Kg-1 a 60 cm de profundidad. Esta migración vertical del arsénico es debido a la alta solubilidad que presenta llegando a ser en la zona del orden del 10 % del arsénico total, siendo que la textura fina presente permite que el agua contaminada llegue a tener mayor interacción con el suelo, permitiendo la lixiviación del arsénico."

"The common Cerrito Blanco, belonging to the municipality of Matehuala, SLP, has an agricultural area of 70 hectares, which, according to previous studies, report that they have been irrigated for a long time with water contaminated with arsenic, with values up to 17.78 mg Kg-1 . Which exceeds 148 times the maximum allowable according to the Mexican norm. As a result of constant irrigation, soil concentrations of up to 172.00 mg Kg-1 have been reported in the agricultural zone. The lack of information and the lack of other sources of arsenic-free water have allowed the local population to be exposed to this type of contamination. Taking this background into account, the general objective of this study was to determine the spatial distribution of total arsenic in the agricultural area of the common Cerrito Blanco and to analyze the quality of the soils at the study site based on analyzes of soil samples collected; as well as estimating the hydraulic conductivity of agricultural soils and their relation to the migration of pollutants along the soil column. To carry out this study, 14 surface soil samples and 11 columns were analyzed, which were determined according to NOM-021-SEMARNAT-2000; usable phosphorus, total carbonates, organic matter, interchangeable cations, micro and macronutrients, available nitrogen, pH, salinity, hydraulic conductivity, texture. In addition, total arsenic was determined by acid digestion of total elements and soluble arsenic by equilibrium water, which was quantified by ICP-OES and X-ray fluorescence. The mineralogy was determined by X-ray diffraction. The electrical resistivity of the soil and its moisture were measured in situ simultaneously using the electrical logging method and a relative humidity meter of the soil, respectively. The data obtained were subjected to a multivariate statistical analysis, which consisted of a Pearson correlation matrix, principal component analysis (PCA), cluster analysis and soil quality index (SCI). The results obtained show that the soils have favorable conditions for the development of the plants according to the ICS, in which the soil with an average quality is classified. According to the statistical correlation of the samples, it was possible to identify two groups, the first with predominance in calcite and with clay particle sizes (<2.0 μm) and the second group with presence of gypsum and with particle size of limes (<60.0 μm). Regarding arsenic, the results allow to determine that the entire agricultural area is enriched with arsenic, with values of up to 185 mg Kg-1 which exceeds 8 times what is allowed. Despite the low hydraulic conductivity of agricultural soil (predominantly very low), arsenic is transported along the soil profile, presenting concentrations of up to 94.29 mg Kg-1 at 60 cm depth. This vertical migration of arsenic is due to the high solubility that it has been reaching in the area of the order of 10% of the total arsenic, being that the fine texture present allows the contaminated water to have greater interaction with the soil, allowing the leaching of arsenic."