Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias Vol. 33, No. 1, January-March, 2024, ISSN: 2071-0054
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ORIGINAL ARTICLE

Analysis of an agricultural soil contaminated by cobalt, lead and zinc

 

iDAmbar Rosa Guzmán-MoralesIUniversidad Agraria de La Habana (UNAH), San José de las Lajas, Mayabeque, Cuba.

iDDeborah González-VieraIIInstituto Nacional de Ciencias Agrícolas (INCA), San José de las Lajas, Mayabeque, Cuba.

iDOrestes Cruz-La PazIUniversidad Agraria de La Habana (UNAH), San José de las Lajas, Mayabeque, Cuba.

iDRamiro Valdés-CarmenateIUniversidad Agraria de La Habana (UNAH), San José de las Lajas, Mayabeque, Cuba.

iDPedro Antonio Valdés-HernándezIUniversidad Agraria de La Habana (UNAH), San José de las Lajas, Mayabeque, Cuba.

iDSaturnina Mesa-RebatoIUniversidad Agraria de La Habana (UNAH), San José de las Lajas, Mayabeque, Cuba.

iDMayra Arteaga-BarruetaIUniversidad Agraria de La Habana (UNAH), San José de las Lajas, Mayabeque, Cuba.


IUniversidad Agraria de La Habana (UNAH), San José de las Lajas, Mayabeque, Cuba.

IIInstituto Nacional de Ciencias Agrícolas (INCA), San José de las Lajas, Mayabeque, Cuba.

 

*Author for correspondence: Ambar Rosa Guzmán-Morales, e-mail: ambar@unah.edu.cu

ABSTRACT

In current agriculture it is necessary to control the safety of the food that is produced, for this it is vital to take into account the levels of contamination caused by heavy metals. One aspect to consider is the study of soil quality to preserve or improve its productivity, in order to guarantee environmental protection, human health and food safety. Trace elements in high concentrations in soils are food toxins with negative effects on health that manifest themselves in the long term as a result of the consumption of contaminated food and water. The objective of this work is: to study mathematical models to predict the behavior of cobalt, lead and zinc concentrations in agricultural soil, adjacent to the dumping of industrial waste in the San José de las Lajas municipality. For this, the concentration data of heavy metals cobalt (Co), lead (Pb) and zinc (Zn) were taken from the year 2005 to the year 2018 to predict their behavior from the use of statistical-mathematical tools until the year 2034. It was obtained that, according to the mathematical models obtained, these soils should not be used to grow vegetables for consumption, at least until 10 years after this investigation.

Keywords
Phytoremediation, Food Safety, Toxic

Received: 14/5/2023; Accepted: 09/12/2023

Ambar Rosa Guzmán-Morales. Dr.C., Prof. Auxiliar, Universidad Agraria de La Habana, Facultad de Agronomía, Grupo Científico FITOPLANT, San José de las Lajas, Mayabeque, Cuba, e-mail: ambar@unah.edu.cu

Deborah González-Viera. Dr.C., Inv. Auxiliar, Departamento Manejo de Agroecosistemas Sostenibles, Instituto Nacional de Ciencias Agrícolas. Carretera a Tapaste km 3.5 Gaveta Postal 1, CP 32 700. San José de las Lajas, Mayabeque. Cuba. Tel: (53) 47 86 1273. e-mail: deborah@inca.edu.cu

Orestes Cruz-La Paz. Dr.C., Prof. Titular, Universidad Agraria de La Habana, Facultad de Agronomía, Grupo Científico FITOPLANT, San José de las Lajas, Mayabeque, Cuba, e-mail: orestes@unah.edu.cu

Ramiro Valdés-Carmenate. Dr.C., Prof. Titular, Universidad Agraria de La Habana, Facultad de Agronomía, Grupo Científico FITOPLANT, San José de las Lajas, Mayabeque, Cuba, e-mail: ramiro@unah.edu.cu

Pedro Antonio Valdés-Hernández. Dr.C., Profesor Titular, Universidad Agraria de La Habana, Facultad de Ciencias Técnicas, Autopista Nacional km 23 ½, Carretera de Tapaste, San José de las Lajas, Mayabeque, Cuba, e-mail: : pppvaldes1968@gmail.com

Saturnina Mesa-Rebato. Dr.C., Prof. Titular, Universidad Agraria de La Habana, Facultad de Agronomía, San José de las Lajas, Mayabeque, Cuba, e-mail: satur@unah.edu.cu

Mayra Arteaga-Barrueta. Dr.C., Profesor Titular, Universidad Agraria de La Habana, Facultad de Agronomía, Departamento de Química, San José de las Lajas, Mayabeque, Cuba, e-mail: mayra@unah.edu.cu

The authors of this work declare no conflict of interests.

AUTHOR CONTRIBUTIONS: Conceptualization: A. Gusmán. Data curation: A. Gusmán, D. González. Formal Analysis: A. Gusmán, D. González. Investigation: A. Gusmán, D. González, O. Cruz, R. Valdés, P. Valdés, S. Mesa, M. Arteaga. Methodology: A. Gusmán. Supervision: O. Cruz, D. González. Validation: A. Gusmán. Writing - original draft: A. Gusmán, D. González, P. Valdés. Writing - review & editingt: A. Gusmán, R. Valdés S. Mesa, M. Arteaga.

The mention of trademarks of specific equipment, instruments or materials is for identification purposes, there being no promotional commitment in relation to them, neither by the authors nor by the publisher.

CONTENT

INTRODUCTION

 

The environmental problem is without a doubt one of the most important problems affecting 21st century society according to CEPAL (2017CEPAL, N.: Informe anual sobre el progreso y los desafíos regionales de la Agenda 2030 para el Desarrollo Sostenible en América Latina y el Caribe, Inst. CEPAL, Comisión Económica para América Latina y el Caribe, Santiago de Chile, Chile, publisher: CEPAL, 2017.; 2021)CEPAL, N.: Cuarto informe sobre el progreso y los desafíos regionales de la Agenda 2030 para el Desarrollo Sostenible en América Latina y el Caribe, [en línea], Inst. CEPAL, Comisión Económica para América Latina y el Caribe, Santiago de Chile, Chile, 2021, Disponible en:https://foroalc2030.Cepal.org/2021/es/.. The existence of environmental impacts has caused the destruction of soils available for agricultural activities.

All of this could compromise several of the Millennium Development Goals of the United Nations Organization and the National Economic and Social Development Plan until 2030 (PNDES 2030) to comply with the process of updating the economic and social model in Cuba, moving through the path of sustainable development, integrating its three dimensions: economic, social and environmental (INV-Cuba, 2021INV-CUBA: I Informe nacional Voluntario, CUBA 2021. Agenda 2030_NNUU, INV-Cuba, 124pp., 2021.).

Therefore, the Cuban State has established in the guidelines of the Economic and Social Policy of the Party and the Revolution according to Gaceta Oficial de la República de Cuba (2017GACETA OFICIAL DE LA REPÚBLICA DE CUBA: Lineamientos de la Política Económica y Social del Partido y la Revolución. Ley 124 de 2017 de Asamblea Nacional del Poder Popular, Ley 124 de 2017 de Asamblea Nacional del Poder Popular, Gaceta Oficial No. 51, ISSN: 1682-7511, La Habana, Cuba, 2017.; 2020)GACETA OFICIAL DE LA REPÚBLICA DE CUBA: Inocuidad de los Alimentaria, Inst. Ministerio de Justicia. Gaceta Oficial No. 76 ordinaria, 30 de octubre de 2020, Decreto Ley 9/2020 “Inocuidad de los Alimentaria” (GOC-2020-675-076) ISSN 1682-7511, La Habana, Cuba, 2020., that civil society in general assumes the will to undertake actions that promote and guarantee food safety, respecting the environment.

The achievement of these objectives is influenced by the development of certain industrial activities that constitute a risk of environmental contamination, not only due to atmospheric emissions but also to poor waste management, which can cause leaks of components that accumulate in the ground and as a consequence, a "contaminated soil" may appear (Goya-Heredia et al., 2020GOYA-HEREDIA, A.; ZAFRA-MEJÍA, C.A.; RODRÍGUEZ-MIRANDA, J.P.: “Tendencias metodológicas en la evaluación del grado de contaminación y de riesgos por metales pesados presentes en sedimentos viales urbanos”, Revista UIS Ingenierías, 19(4): 133-148, 2020, ISSN: 2145-8456.).

The use of wastewater in agriculture provides benefits as a source of fertilizers for crops, but without prior treatment, it causes negative effects, which generate an impact on land use, agricultural production and human health, although its Negative effects on health manifest themselves in the long term (Doležalová-Weissmannová et al., 2019DOLEŽALOVÁ-WEISSMANNOVÁ, H.; MIHOČOVÁ, S.; CHOVANEC, P.; ARISTA-CORTES, J.: “Potential ecological risk and human health risk assessment of heavy metal pollution in industrial affected soils by coal mining and metallurgy in Ostrava, Czech Republic”, International Journal of Environmental Research and Public Health, 16(22): 44-95, 2019, ISSN: 1660-4601.).

To solve these problems that arise, there are treatment techniques based on the ability of different organisms to degrade, extract or immobilize contaminants from water or soil. These techniques are called Bioremediation and as a particular case when using different plants, Phytoremediation (Ardizzi, 2018ARDIZZI, M.G.: La biorremediación aplicada a la rehabilitación de suelos contaminados con hidrocarburos, Editores: Lucrecia Brutti-Marcelo Beltrán-Inés García de Salamone ed., 137 p., 2018.).

The concern about having guaranteed food led man to propagate any plant species in agricultural areas close to industrialized or contaminated areas that, according to Guzmán et al. (2019)GUZMÁN, M.A.; CRUZ, O.; VALDÉS, R.: “Efectos de la contaminación por metales pesados en un suelo con uso agrícola. RCTA Vol. 28(1): enero-febrero-marzo, 2019 Formato papel: ISSN 1010-2760. Versión en soporte elect”, Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, 28(1), 2019, ISSN: 1010-2760, e-ISSN: 2071-0054., is a global reality and Cuba is no exception, so it is important to study the toxic effects that different groups of pollutants produce in the food chain.

The need to develop and apply methodologies that allow risk analysis to be carried out with the highest degree of precision possible is therefore established.

Despite everything stated, there are areas in Cuba where for various reasons the environmental security that is needed is not met and the accumulated experience does not take into account what is related to the soils destined for agricultural production. By taking on the challenge, the Faculty of Agronomy-UNAH continues research related to the problems of heavy metal contamination in vulnerable agroecosystems (Valdés-Carmenate et al., 2017VALDÉS- CARMENATE, R.; BENAVIDES, O.; BALBÍN-ARIAS, M.I.; GURIDI-IZQUIERDO, F.; GUZMÁN-MORALES, A.R.; MESA-PÉREZ, M.A.; MILANÉS-ALARCÓN, F.; KAEMMERER, M.; SÁNCHEZ, J.M.: “Fitogestión (FITOG-MP): tecnología para recuperar áreas contaminadas con metales pesados”, Anuario Ciencia en la UNAH, 15(1), 2017.; Guzmán-Morales et al., 2021GUZMÁN-MORALES, A.R.; ORIOL-VÁZQUEZ, P.; CRUZ LA PAZ-, O.; ALLEN, R.G.; VALDÉS-HERNÁNDEZ, P.: “Fitotecnología para la recuperación de agroecosistemas contaminados con metales pesados por desechos industriales”, Centro Agrícola, 48(3): 43-52, 2021, ISSN: 0253-5785.).

The present work proposes: to study mathematical models to predict the behavior of cobalt, lead and zinc concentrations in an agricultural soil, adjacent to the dumping of industrial waste in the municipality of San José de las Lajas.

MATERIALS AND METHODS

 

The experimental site corresponds to an agricultural area, located 200 m away from the source of contamination (Empresa Cerámica Sanving S.A.) at 22º57'49.66'' N, 82º10'13.02'' W and 22º58'7.95'' N, 82º10' 13.60'' W, according to the North Cuba coordinate system, and adjacent to the waste dumping (GEOCUBA, 2018GEOCUBA: Municipio San José de la Lajas. Infraestructura de Datos Espaciales de la República de Cuba, [en línea], Inst. GEOCUBA, La Habana, Cuba, 2018, Disponible en:http://www.iderc.co.cu/phpGeodic.). It belongs to farmers who participate in the Urban, Suburban and Family Agriculture Program, of the Jamaica Popular Council, San José de las Lajas municipality, Mayabeque (Figure 1), in a soil classified as Leached Yellowish Ferralitic, according to Hernández et al. (2015)HERNÁNDEZ, J.; PÉREZ, J.; BOSCH, I.; CASTRO, S.: Clasificación de los suelos de Cuba 2015, Ed. Ediciones INCA, San José de las Lajas, Mayabeque, Cuba, 93 p., 2015, ISBN: 978-959-7023-77-7.. The crop plots produce vegetables such as: lettuce, tomato and cabbage.

FIGURE 1.  Location of the experimental research area.

Study of heavy metal content in soil

 

The series of data corresponding to the values of 42 concentration samples of the heavy metals Co, Pb and Zn was taken, from the year 2005 to the year 2018, from the studies carried out by the FITOPLANT Scientific group of the Faculty of UNAH Agronomy. The values were compared with the maximum permissible limits and dangerous levels for soil and plants, proposed by Fadigas et al. (2006)FADIGAS, F. de J.; SOBRINHO, N.M.B.; MAZUR, N.; CUNHA DOS ANJOS, L.H.: “Estimation of reference values for cadmium, cobalt, chromium, copper, nickel, lead, and zinc in Brazilian soils”, Communications in soil science and plant analysis, 37(7-8): 945-959, 2006, ISSN: 0010-3624. and Kabata-Pendias (2010)KABATA-PENDIAS, A.: “Trace Elements in Soils and Plants”, En: Ed. CRC Press, 4.a ed., p. 407, 2010, DOI: http://dx.doi.org/10.1201/b10158, ISBN: 978-1-4200-9368-1..

Mathematical analysis to estimate decontamination in the study area by Co, Pb and Zn

 

Taking into account the concentration of the major elements found in the soil analyzes (Co, Pb and Zn) according to Guzmán-Morales et al. (2021)GUZMÁN-MORALES, A.R.; ORIOL-VÁZQUEZ, P.; CRUZ LA PAZ-, O.; ALLEN, R.G.; VALDÉS-HERNÁNDEZ, P.: “Fitotecnología para la recuperación de agroecosistemas contaminados con metales pesados por desechos industriales”, Centro Agrícola, 48(3): 43-52, 2021, ISSN: 0253-5785., we proceeded to predict the time in which this soil could be decontaminated.

To characterize the behavior of the concentrations and analysis of possible decontamination, the data were tabulated in the Microsoft Excel 2003 program. Next, simple linear regression was performed with the STATGRAPHICS Centurium XVIII program (STATGRAPHICS, 2018). The estimation was carried out using the interpolation method with linear equation Y = a+bx according to del Valle-Moreno et al. (2022)DEL VALLE-MORENO, J.; GONZÁLEZ-VIERA, D.; RAFAEL-PEÑA, L.; SÁNCHEZ-ALTUNAGA, O.R.; DELGADO-TORRES, C.: “Efecto de las variables climáticas sobre el rendimiento agrícola del arroz (Oryza sativa L.)”, Ingeniería Agrícola, 12(1): 29-33, 2022, ISSN: 2306-1545, E-ISSN-2227-8761. where “Y” corresponded to the concentration of each variable and “X” years analyzed. At the same time, the behavior and trend for each case was analyzed. In addition, the averages of the annual concentrations were analyzed with respect to the Reference Values and Upper Permissible Limit.

The statistical processing for the prediction of contamination consisted of the calculation of the confidence intervals of the means by treatments of the variables evaluated, for a confidence level of 99 %. The calculated and predicted values were taken into account to prepare the prediction graphs, combining the statistical program STATGRAPHICS Plus for Windows 5.1 and the Excel program, taking into account the equations obtained from the models, predicting until the year 2034.

Economic evaluation of contamination with heavy metals in the studied area

 

A comparison was made of the yields of vegetables produced in the agricultural area, in the winter campaign of 2020, with data from 2018. For this, the values of planted area (SS), price of the product and others were kept fixed. expenses, making calculations in Cuban pesos (CUP) and based on direct sowing technologies in production, according to Trujillo et al. (2007)TRUJILLO, C.; CUESTA, E.; DÍAZ, I.; PÉREZ, R.: “Economía Agrícola para las carreras de Agronomía e Ingeniería Agropecuaria”, Editorial Félix Varela. La Habana. Cuba, 2010., the yield data (kg ha-1) were provided by the producer of the area and for the costs the information from the Accounting and Prices Directorate of the Minag-Cuba (2011)MINAG-CUBA: Productos de hortalizas. Manual de fichas de costos tecnológicos para la elaboración del Plan 2012 de la Economía., Inst. Ministerio de la Agricultura, Dirección de Contabilidad y Precios, La Habana, Cuba, 66 p., 2011. was used.

Statistical processing of primary data

 

For the analysis of the variables under study in all cases, descriptive statistics were used that included measures of central tendency and measures of dispersion. Similarly, Analysis of variance was used to compare means and multiple comparison tests (Duncan) if necessary, a 99 % confidence level was assumed. For the organization and processing of the information, the Microsoft Office 2010 Excel program was used and STATGRAPHICS Plus version 5.1 was used as statistical software.

RESULTS AND DISCUSSION

 

It was obtained that the MP concentrations in the contaminated soil samples are much higher than those determined in the standard soil, which is presented in Table 1.

TABLE 1.  Concentration of Co, Pb and Zn in the soil used for growing lettuce, cabbage and tomato under production conditions.
Sample Co ± std Pb ± std Zn± std
mg/kg-1
Pattern 15± 4 90± 27 117± 40
Contaminated 20± 38 173± 31 415± 24
VRα 9 85 140
VIα 240 530 720
LSPb 50 100 300
CTc 25 13 70

a- Reference (VR) and Intervention Values (VI) of Dutch Standards.

b- Upper Permissible Limit in soils.

c- Values reported for the Earth's Crust.

The decreasing order that follows in contamination contributions is Zn ˃ Pb ˃ Co, with values of 298, 83 and 36 units of differences respectively between the contaminated soil and the standard soil, which in each case exceed the reference value and for the cases of lead and zinc concentrations also exceed the upper permissible limit, reported by Guzmán-Morales et al. (2021)GUZMÁN-MORALES, A.R.; ORIOL-VÁZQUEZ, P.; CRUZ LA PAZ-, O.; ALLEN, R.G.; VALDÉS-HERNÁNDEZ, P.: “Fitotecnología para la recuperación de agroecosistemas contaminados con metales pesados por desechos industriales”, Centro Agrícola, 48(3): 43-52, 2021, ISSN: 0253-5785. as a soil moderately contaminated by these elements as reported in the Dutch Soil Standards (Swartjes, 1999 cited by (Guzmán et al., 2019GUZMÁN, M.A.; CRUZ, O.; VALDÉS, R.: “Efectos de la contaminación por metales pesados en un suelo con uso agrícola. RCTA Vol. 28(1): enero-febrero-marzo, 2019 Formato papel: ISSN 1010-2760. Versión en soporte elect”, Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, 28(1), 2019, ISSN: 1010-2760, e-ISSN: 2071-0054.).

The analysis of this situation that occurs in the area is important, because it shows the concentration of elements present in these soils despite the distance they are from the source of contamination, which corroborates the results of previous works that analyze the agroecosystem according to Guzmán-Morales et al. (2021)GUZMÁN-MORALES, A.R.; ORIOL-VÁZQUEZ, P.; CRUZ LA PAZ-, O.; ALLEN, R.G.; VALDÉS-HERNÁNDEZ, P.: “Fitotecnología para la recuperación de agroecosistemas contaminados con metales pesados por desechos industriales”, Centro Agrícola, 48(3): 43-52, 2021, ISSN: 0253-5785. where it was proposed that the elements detected as contaminants directly related to the waste from the Cerámica Blanca Company increase in depth and distance.

All these results have a chemical-biological influence on the crops that are produced in these areas since, as can be seen, the values affect the safety of the foods that are produced in these areas Muñiz et al. (2015)MUÑIZ, O.; RODRÍGUEZ, M.; MONTERO, A.; ÁLVAREZ, J.E.; AGUIAR, A.; ARAUJO DO NASCIMENTO, C.: “El níquel en suelos y plantas de Cuba”, Cultivos Tropicales, 36(5 Esp.), 2015.; Gaceta Oficial de la República de Cuba (2020)GACETA OFICIAL DE LA REPÚBLICA DE CUBA: Inocuidad de los Alimentaria, Inst. Ministerio de Justicia. Gaceta Oficial No. 76 ordinaria, 30 de octubre de 2020, Decreto Ley 9/2020 “Inocuidad de los Alimentaria” (GOC-2020-675-076) ISSN 1682-7511, La Habana, Cuba, 2020. property that takes interest in local food security, in addition to ratifying the importance of these studies because under normal conditions these elements are essential for the growth and development of crops.

Analysis of statistical-mathematical models for the description of decontamination in the study area

 

Figure 2 presents the mathematical statistical models for predicting the minimum time necessary for the recovery of contaminated soil or the possible decrease in PM concentrations under the study conditions presented. To achieve this, it is necessary for the company to regulate its waste discharges abroad, taking the necessary measures to meet that objective.

FIGURE 2.  Mathematical models adjusted for the prediction of metals have decontamination in the study area. Trend lines (blue color), Reference value (pink color), Upper permissible limits (red color) at 99% confidence level (a-Cobalt, b-Lead and c-Zinc).

The results obtained for Co and Zn, along with Pb, characterize the area as moderately contaminated and these first two metals have already been decreasing in content since 2019, however, Pb does not begin until after 2025. to decrease below the permissible limits and the intervention values that identify the negative actions of these elements on human health.

In the case of Pb, its decrease depends on the productive volume of the company, since this element is found mainly in the pigments that affect the coloring of the finish of the sanitary articles that are produced (information obtained according to a report from the Company valued as a source of pollution INV-Cuba (2021)INV-CUBA: I Informe nacional Voluntario, CUBA 2021. Agenda 2030_NNUU, INV-Cuba, 124pp., 2021., which are mostly white, which also agrees with what was reported by Alarcón et al. (2015)ALARCÓN, S.O.A.; GRANA, S.A.L.; CARMENATE, V.R.; GOICOCHEA, B.C.A.: “Contaminación con metales pesados alrededor de la Empresa de Cerámica Blanca “Adalberto Vidal”, San José de las Lajas. Percepción del riesgo”, Revista de Gestión del Conocimiento y el Desarrollo Local, 2(1): 62-67, 2015, ISSN: 2707-8973..

Based on all this analysis carried out, it can be concluded that these areas dedicated to vegetable crops must remain for at least 10 years without being used for these purposes, because their use threatens the food security of the locality by producing non-safe vegetables. according to Decree Law No.9 (2020) (Gaceta Oficial de la República de Cuba, 2020GACETA OFICIAL DE LA REPÚBLICA DE CUBA: Inocuidad de los Alimentaria, Inst. Ministerio de Justicia. Gaceta Oficial No. 76 ordinaria, 30 de octubre de 2020, Decreto Ley 9/2020 “Inocuidad de los Alimentaria” (GOC-2020-675-076) ISSN 1682-7511, La Habana, Cuba, 2020.).

The above must be taken into account since, according to Alloway (2012ALLOWAY, B.J.: Heavy metals in soils: trace metals and metalloids in soils and their bioavailability, Ed. Springer Science & Business Media, vol. 22, 2012, ISBN: 94-007-4470-6.; 2013)ALLOWAY, B.J.: “Heavy Metals in Soils”, En: Ed. Springer Netherlands, 3.a ed., Netherlands, p. 613, 2013, DOI: http://dx.doi.org/10.1007/978-94-007-4470-7, ISBN: 978-94-007-4469-1., one of the most serious problems presented by contamination by heavy metals is their half-life, which ranges from 15-5,900 years depending on the metal. This author suggests that, for example, in the case of lead (Pb) it ranges between 310 to 1,500 years; therefore, the effects due to accumulation are more drastic than those produced by pollution caused at a specific moment.

Economic assessment of the impacts of PM contamination on vegetable yields in the agricultural area

 

From the analysis presented, the environmental value of the damage is estimated in monetary terms.

Table 2 presents the results of the yields obtained in two crop production campaigns and the losses obtained due to the presence of heavy metals in the area are assessed.

TABLE 2.  Comparison of vegetable yields in 2018 and 2020 in the cultivated area near the Cerámica Blanca Company.
Crops Agricultural yields (kg/ha-1) Price ($/kg-1) Comercial production ($/ha-1) Lost ($/ha-1)
2018 2020 2018 2020
Tomato 12 500 10 000 17 212 500 170 000 42 500
Cabbage 16 500 12 500 7 115 500 87 500 28 000
Lettuce 6 500 5 000 7 45 500 35 000 10 500
Total 373 500 292 500 81 000

The greatest productive losses between the years evaluated were in the cultivation of cabbage, with a difference of 4,000 kg ha-1, followed by tomato and lettuce, influencing their economic losses.

The yield losses may be given because although the MPs evaluated are essential microelements for plants according to Aminiyan-Mirzaei et al. (2018)AMINIYAN-MIRZAEI, M.; BAALOUSHA, M.; MOUSAVI, R.; AMINIYAN-MIRZAEI, F.; CANCHIGNIA MARTÍNEZ, H.; HEYDARIYAN, A.: “The ecological risk, source identification, and pollution assessment of heavy metals in road dust: a case study in Rafsanjan, SE Iran”, Environmental Science and Pollution Research, 25(14): 13382-13395, 2018, ISSN: 0944-1344., it is known that in high concentrations they can cause a reduction in root growth and in the frequency of mitotic cells, a decrease in the length of its roots and biomass, without showing signs of visible toxicity. This situation agrees with Malpeli (2018MALPELI, A.: “Contribución de la dieta a la exposición al plomo de niños de 1 a 7 años en La Plata”, Encuentro de Centros Propios y Asociados de la CIC, 1, 2018, Disponible en:https://digital.cic.gba.gob.ar/handle/11746/8689 ), who states that hyperaccumulator plants generally have low biomass because they use more energy in the mechanisms necessary to adapt to the high concentrations of metal in their tissues.

If in 2020 the producer presented losses estimated at 81,000 $/ha-1, it could be inferred that by 2028 the losses will reach approximately a total value that is equivalent to approximately 147,272 $/ha-1 in each campaign, as proposed by Coronel & Marcelo (2018CORONEL, S.; MARCELO, O.: Determinación de metales pesados y pérdidas poscosecha en dos hortalizas de consumo directo brócoli (Brassica oleracea Italica) y cebolla blanca (Allium fistulosum), UCE, Bachelor’s thesis, Quito, Ecuador, publisher: Quito: UCE, 2018.) working with two vegetables for direct consumption, broccoli and white onion.

However, this economic analysis, more than the monetary losses, which are important for the owners, insists on the fact of the concern that local authorities must have, since this plot, like many others according to ONEI-Mayabeque-Cuba (2019)ONEI-MAYABEQUE, CUBA: Anuario Estadístico de Cuba, Anuario Estadístico de Mayabeque 2018, [en línea], Inst. Oficina Municipal de estadística e información en Mayabeque, 2012-2018, San José de las Lajas, Mayabeque, Cuba, 2019, Disponible en:http://www.one.cu/aed2018/., has due authorization by the Delegation of Urban Agriculture and the Councils of Municipal Administrations Alarcón et al. (2015)ALARCÓN, S.O.A.; GRANA, S.A.L.; CARMENATE, V.R.; GOICOCHEA, B.C.A.: “Contaminación con metales pesados alrededor de la Empresa de Cerámica Blanca “Adalberto Vidal”, San José de las Lajas. Percepción del riesgo”, Revista de Gestión del Conocimiento y el Desarrollo Local, 2(1): 62-67, 2015, ISSN: 2707-8973.; NC 493 (2015)NC 493: 2015: Contaminantes metálicos en alimentos-Regulaciones sanitarias, Inst. Oficina Nacional de Normalización, Norma Cubana, La Habana, Cuba, 2015., for the marketing of surplus products from the plot, at the points of sale established for this purpose.

Consequently, the excessive accumulation of heavy metals in soils leads to a high absorption of them in crops, more accentuated in vegetable crops and therefore affects the safety and quality of food according to FAO-OMS (2010FAO-OMS: Codex Alimentarius Commission on contaminants in foods, [en línea], Inst. Food and Agriculture Organization of the Unite World Health Organization, Twelfth Session Report, Utrecht, The Netherlands, 169 p., 2010, Disponible en:https://goo.gl/XqGcyo.; Soto-Benavente et al. (2020)SOTO-BENAVENTE, M.; RODRIGUEZ-ACHATA, L.; OLIVERA, M.; AROSTEGUI SANCHEZ, V.; COLINA NANO, C.; GARATE QUISPE, J.: “Riesgos para la salud por metales pesados en productos agrícolas cultivados en áreas abandonadas por la minería aurífera en la Amazonía peruana”, Scientia Agropecuaria, 11(1): 49-59, 2020, ISSN: 2077-9917., and its consumption can cause the ingestion of toxic substances in the human body to not manifest immediately, but over several years depending on the exposure Díaz-García & Almeida-Maldonado (2018)DÍAZ-GARCÍA, J.D.; ALMEIDA-MALDONADO, E.: “Daño renal asociado a metales pesados: trabajo de revisión”, Revista Colombiana de Nefrología, 5(1): 43-53, 2018, ISSN: 2500-5006, DOI: http://dx.doi.org/10.22265/acnef.5.2.254., so it is would be failing to comply with Decree Law No. 9 (2020)GACETA OFICIAL DE LA REPÚBLICA DE CUBA: Inocuidad de los Alimentaria, Inst. Ministerio de Justicia. Gaceta Oficial No. 76 ordinaria, 30 de octubre de 2020, Decreto Ley 9/2020 “Inocuidad de los Alimentaria” (GOC-2020-675-076) ISSN 1682-7511, La Habana, Cuba, 2020. according to the Gaceta Oficial de la República de Cuba (2020)GACETA OFICIAL DE LA REPÚBLICA DE CUBA: Inocuidad de los Alimentaria, Inst. Ministerio de Justicia. Gaceta Oficial No. 76 ordinaria, 30 de octubre de 2020, Decreto Ley 9/2020 “Inocuidad de los Alimentaria” (GOC-2020-675-076) ISSN 1682-7511, La Habana, Cuba, 2020. on food safety.

Therefore, it is considered that the evaluation of the risk of transfer of contaminants to the food chain, their accumulation in agricultural fruit and the toxic effects on animal and human health should constitute one of the objectives to be prioritized by the Ministry of Health. Agriculture and other OACE entities (MINSAP, MINDUS, MINEM) for decision making according to Alarcón et al. (2015)ALARCÓN, S.O.A.; GRANA, S.A.L.; CARMENATE, V.R.; GOICOCHEA, B.C.A.: “Contaminación con metales pesados alrededor de la Empresa de Cerámica Blanca “Adalberto Vidal”, San José de las Lajas. Percepción del riesgo”, Revista de Gestión del Conocimiento y el Desarrollo Local, 2(1): 62-67, 2015, ISSN: 2707-8973.; NC 493 (2015)NC 493: 2015: Contaminantes metálicos en alimentos-Regulaciones sanitarias, Inst. Oficina Nacional de Normalización, Norma Cubana, La Habana, Cuba, 2015.; since there are still agricultural areas close to polluting sources that constitute a threat to food security, due to insufficient treatment of waste the soil and accumulate in plants and organic tissues (Valdés- Carmenate et al., 2017VALDÉS- CARMENATE, R.; BENAVIDES, O.; BALBÍN-ARIAS, M.I.; GURIDI-IZQUIERDO, F.; GUZMÁN-MORALES, A.R.; MESA-PÉREZ, M.A.; MILANÉS-ALARCÓN, F.; KAEMMERER, M.; SÁNCHEZ, J.M.: “Fitogestión (FITOG-MP): tecnología para recuperar áreas contaminadas con metales pesados”, Anuario Ciencia en la UNAH, 15(1), 2017.; Bünemann et al., 2018BÜNEMANN, E.K.; BONGIORNO, G.; BAI, Z.; CREAMER, R.E.; DE DEYN, G.; DE GOEDE, R.; FLESKENS, L.; GEISSEN, V.; KUYPER, T.; MÄDER, P.: “Soil quality-A critical review”, Soil biology and biochemistry, 120: 105-125, 2018, ISSN: 0038-0717.).

CONCLUSIONS

 

The inclusion of mathematical models in pollution studies made it possible to evaluate agricultural areas contaminated with heavy metals and define the moment from which the soils could be suitable for agricultural production for consumption, showing that they should not be used for commercial purposes. agricultural (at least to grow vegetables) in the next 10 years.

The economic valuation related to the agricultural yield of crops showed that producers can have losses of approximately 147,272 $/ha-1 in each campaign.

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Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias Vol. 33, No. 1, January-March, 2024, ISSN: 2071-0054
 
ARTÍCULO ORIGINAL

Análisis de un suelo agrícola contaminado por cobalto, plomo y zinc

 

iDAmbar Rosa Guzmán-Morales*✉:ambar@unah.edu.cuIUniversidad Agraria de La Habana (UNAH), San José de las Lajas, Mayabeque, Cuba.

iDDeborah González-VieraIIInstituto Nacional de Ciencias Agrícolas (INCA), San José de las Lajas, Mayabeque, Cuba.

iDOrestes Cruz-La PazIUniversidad Agraria de La Habana (UNAH), San José de las Lajas, Mayabeque, Cuba.

iDRamiro Valdés-CarmenateIUniversidad Agraria de La Habana (UNAH), San José de las Lajas, Mayabeque, Cuba.

iDPedro Antonio Valdés-HernándezIUniversidad Agraria de La Habana (UNAH), San José de las Lajas, Mayabeque, Cuba.

iDSaturnina Mesa-RebatoIUniversidad Agraria de La Habana (UNAH), San José de las Lajas, Mayabeque, Cuba.

iDMayra Arteaga-BarruetaIUniversidad Agraria de La Habana (UNAH), San José de las Lajas, Mayabeque, Cuba.


IUniversidad Agraria de La Habana (UNAH), San José de las Lajas, Mayabeque, Cuba.

IIInstituto Nacional de Ciencias Agrícolas (INCA), San José de las Lajas, Mayabeque, Cuba.

 

*Autora para correspondencia: Ambar Rosa Guzmán-Morales, e-mail: ambar@unah.edu.cu

RESUMEN

En la agricultura actual es necesario controlar la inocuidad de los alimentos que se producen, para ello es vital tener en cuenta los niveles de contaminación que provocan los metales pesados. Un aspecto a considerar es el estudio de calidad del suelo para conservar o mejorar su productividad, de forma que se garantice la protección ambiental, la salud humana y la seguridad alimentaria. Elementos traza en concentraciones elevadas en suelos son tóxicos alimentarios con efectos negativos sobre la salud que se manifiestan a largo plazo como resultado del consumo de aguas y alimentos contaminados. El presente trabajo plantea como objetivo: estudiar modelos matemáticos para predecir el comportamiento de las concentraciones de cobalto, plomo y zinc en un suelo agrícola, aledaño al vertimiento de residuos industriales en el municipio San José de las Lajas. Para ello se tomaron los datos de concentración de metales pesados cobalto (Co), plomo (Pb) y zinc (Zn) desde el año 2005 al año 2018 para predecir su comportamiento a partir del uso de herramientas estadístico-matemáticas hasta el año 2034. Se obtuvo que, según los modelos matemáticos obtenidos, estos suelos no deban emplearse para cultivar hortalizas con objeto de consumo, al menos hasta 10 años después de esta investigación.

Palabras clave: 
fitorremediación, inocuidad alimentaria, tóxicos

INTRODUCCIÓN

 

El problema ambiental es sin duda alguna, uno de los más importantes que afectan a la sociedad del siglo XXI según CEPAL (2017CEPAL, N.: Informe anual sobre el progreso y los desafíos regionales de la Agenda 2030 para el Desarrollo Sostenible en América Latina y el Caribe, Inst. CEPAL, Comisión Económica para América Latina y el Caribe, Santiago de Chile, Chile, publisher: CEPAL, 2017.; 2021)CEPAL, N.: Cuarto informe sobre el progreso y los desafíos regionales de la Agenda 2030 para el Desarrollo Sostenible en América Latina y el Caribe, [en línea], Inst. CEPAL, Comisión Económica para América Latina y el Caribe, Santiago de Chile, Chile, 2021, Disponible en:https://foroalc2030.Cepal.org/2021/es/.. La existencia de impactos ambientales ha provocado la destrucción de suelos disponibles para actividades agrícolas.

Todo ello podría comprometer varios de objetivos de Desarrollo del Milenio de la Organización de Naciones Unidas y el Plan Nacional de Desarrollo Económico y Social hasta el 2030 (PNDES 2030) para dar cumplimiento al proceso de actualización del modelo económico y social en Cuba, transitando por el camino del desarrollo sostenible, integrando sus tres dimensiones: la económica, la social y la ambiental (INV-Cuba, 2021INV-CUBA: I Informe nacional Voluntario, CUBA 2021. Agenda 2030_NNUU, INV-Cuba, 124pp., 2021.).

Por lo tanto, el Estado cubano ha establecido en los lineamientos de la Política Económica y Social del Partido y la Revolución según la Gaceta Oficial de la República de Cuba (2017GACETA OFICIAL DE LA REPÚBLICA DE CUBA: Lineamientos de la Política Económica y Social del Partido y la Revolución. Ley 124 de 2017 de Asamblea Nacional del Poder Popular, Ley 124 de 2017 de Asamblea Nacional del Poder Popular, Gaceta Oficial No. 51, ISSN: 1682-7511, La Habana, Cuba, 2017.; 2020)GACETA OFICIAL DE LA REPÚBLICA DE CUBA: Inocuidad de los Alimentaria, Inst. Ministerio de Justicia. Gaceta Oficial No. 76 ordinaria, 30 de octubre de 2020, Decreto Ley 9/2020 “Inocuidad de los Alimentaria” (GOC-2020-675-076) ISSN 1682-7511, La Habana, Cuba, 2020., que la sociedad civil en general, asuma la voluntad para emprender acciones que fomenten y garanticen la seguridad alimentaria, respetando al medio ambiente.

En el logro de estos objetivos está influyendo el desarrollo de determinadas actividades industriales que constituyen un riesgo de contaminación ambiental, no solo debido a las emisiones atmosféricas sino también al mal manejo de los residuos, que pueden ocasionar fugas de componentes que se acumulan en el suelo y como consecuencia, puede aparecer un "suelo contaminado" (Goya-Heredia et al., 2020GOYA-HEREDIA, A.; ZAFRA-MEJÍA, C.A.; RODRÍGUEZ-MIRANDA, J.P.: “Tendencias metodológicas en la evaluación del grado de contaminación y de riesgos por metales pesados presentes en sedimentos viales urbanos”, Revista UIS Ingenierías, 19(4): 133-148, 2020, ISSN: 2145-8456.).

Al uso en la agricultura de las aguas residuales se le confieren beneficios como fuente de fertilizantes para los cultivos, pero sin previo tratamiento, origina efectos negativos, que generan un impacto para el uso del suelo, la producción agrícola y la salud humana, aunque sus efectos negativos sobre la salud se manifiestan a largo plazo (Doležalová-Weissmannová et al., 2019DOLEŽALOVÁ-WEISSMANNOVÁ, H.; MIHOČOVÁ, S.; CHOVANEC, P.; ARISTA-CORTES, J.: “Potential ecological risk and human health risk assessment of heavy metal pollution in industrial affected soils by coal mining and metallurgy in Ostrava, Czech Republic”, International Journal of Environmental Research and Public Health, 16(22): 44-95, 2019, ISSN: 1660-4601.).

Para resolver estos problemas que se presentan, existen técnicas de tratamiento basadas en la capacidad de diferentes organismos para degradar, extraer o inmovilizar los contaminantes del agua o el suelo. Estas técnicas se denominan Biorremediación y como caso particular al emplear diferentes plantas, Fitorremediación (Ardizzi, 2018ARDIZZI, M.G.: La biorremediación aplicada a la rehabilitación de suelos contaminados con hidrocarburos, Editores: Lucrecia Brutti-Marcelo Beltrán-Inés García de Salamone ed., 137 p., 2018.).

La preocupación por tener garantizada la alimentación llevó al hombre a propagar cualquier especie vegetal, en zonas agrícolas cercanas a áreas industrializadas o contaminadas que según Guzmán et al. (2019)GUZMÁN, M.A.; CRUZ, O.; VALDÉS, R.: “Efectos de la contaminación por metales pesados en un suelo con uso agrícola. RCTA Vol. 28(1): enero-febrero-marzo, 2019 Formato papel: ISSN 1010-2760. Versión en soporte elect”, Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, 28(1), 2019, ISSN: 1010-2760, e-ISSN: 2071-0054., es una realidad mundial y Cuba no es una excepción, por lo que es importante estudiar los efectos tóxicos que los diferentes grupos de contaminantes producen en la cadena trófica.

Se establece pues, la necesidad de desarrollar y aplicar metodologías que permitan llevar a cabo, con el mayor grado de precisión posible, el análisis de riesgos.

A pesar de todo lo planteado, existen en Cuba zonas donde por razones diversas no se cumple con la seguridad ambiental que se necesita y la experiencia acumulada no tiene en cuanta lo relativo a los suelos destinados la producción agrícola. Al asumir el reto, la Facultad Agronomía-UNAH, continua las investigaciones relacionadas con los problemas de contaminación por metales pesados en agroecosistemas vulnerables (Valdés- Carmenate et al., 2017VALDÉS- CARMENATE, R.; BENAVIDES, O.; BALBÍN-ARIAS, M.I.; GURIDI-IZQUIERDO, F.; GUZMÁN-MORALES, A.R.; MESA-PÉREZ, M.A.; MILANÉS-ALARCÓN, F.; KAEMMERER, M.; SÁNCHEZ, J.M.: “Fitogestión (FITOG-MP): tecnología para recuperar áreas contaminadas con metales pesados”, Anuario Ciencia en la UNAH, 15(1), 2017.; Guzmán-Morales et al., 2021GUZMÁN-MORALES, A.R.; ORIOL-VÁZQUEZ, P.; CRUZ LA PAZ-, O.; ALLEN, R.G.; VALDÉS-HERNÁNDEZ, P.: “Fitotecnología para la recuperación de agroecosistemas contaminados con metales pesados por desechos industriales”, Centro Agrícola, 48(3): 43-52, 2021, ISSN: 0253-5785.).

En el presente trabajo se propone: estudiar modelos matemáticos para predecir el comportamiento de las concentraciones de cobalto, plomo y zinc en un suelo agrícola, aledaño al vertimiento de residuos industriales en el municipio San José de las Lajas.

MATERIALES Y MÉTODOS

 

El sitio experimental corresponde a un área agrícola, ubicada a 200 m de distancia de la fuente de contaminación (Empresa Cerámica Sanving S.A.) en 22º57’49.66’’ N, 82º10’13.02’’ W y 22º58’7.95’’ N, 82º10’13.60’’ W, según sistema de coordenadas Cuba Norte, y aledaña al vertimiento de los residuales (GEOCUBA, 2018GEOCUBA: Municipio San José de la Lajas. Infraestructura de Datos Espaciales de la República de Cuba, [en línea], Inst. GEOCUBA, La Habana, Cuba, 2018, Disponible en:http://www.iderc.co.cu/phpGeodic.). La misma pertenece a agricultores que participan en el Programa de la Agricultura Urbana, Suburbana y Familiar, del Consejo Popular Jamaica, municipio San José de las Lajas, Mayabeque (Figura 1), en un suelo clasificado como Ferralítico Amarillento Lixiviado, según Hernández et al. (2015)HERNÁNDEZ, J.; PÉREZ, J.; BOSCH, I.; CASTRO, S.: Clasificación de los suelos de Cuba 2015, Ed. Ediciones INCA, San José de las Lajas, Mayabeque, Cuba, 93 p., 2015, ISBN: 978-959-7023-77-7.. Las parcelas de cultivos producen hortalizas como: lechuga, tomate y col.

FIGURA 1.  Ubicación del área experimental de la investigación.

Estudio de los contenidos de metales pesados en el suelo

 

Se tomó la serie de datos que corresponden a los valores de 42 muestras de concentración de los metales pesados Co, Pb y Zn, desde el año 2005 hasta el año 2018, a partir de los estudios realizados por el grupo Científico FITOPLANT de la Facultad de Agronomía de la UNAH. Los valores fueron comparados con los límites máximos permisibles y los niveles peligrosos para suelo y plantas, propuesto por Fadigas et al. (2006)FADIGAS, F. de J.; SOBRINHO, N.M.B.; MAZUR, N.; CUNHA DOS ANJOS, L.H.: “Estimation of reference values for cadmium, cobalt, chromium, copper, nickel, lead, and zinc in Brazilian soils”, Communications in soil science and plant analysis, 37(7-8): 945-959, 2006, ISSN: 0010-3624. y Kabata-Pendias (2010)KABATA-PENDIAS, A.: “Trace Elements in Soils and Plants”, En: Ed. CRC Press, 4.a ed., p. 407, 2010, DOI: http://dx.doi.org/10.1201/b10158, ISBN: 978-1-4200-9368-1..

Análisis matemático para estimar la descontaminación en el área de estudio por Co, Pb y Zn

 

Teniendo en cuenta la concentración de los elementos mayoritarios encontrados en los análisis de suelo (Co, Pb y Zn) Guzmán-Morales et al. (2021)GUZMÁN-MORALES, A.R.; ORIOL-VÁZQUEZ, P.; CRUZ LA PAZ-, O.; ALLEN, R.G.; VALDÉS-HERNÁNDEZ, P.: “Fitotecnología para la recuperación de agroecosistemas contaminados con metales pesados por desechos industriales”, Centro Agrícola, 48(3): 43-52, 2021, ISSN: 0253-5785., se procedió a realizar la predicción del tiempo en que se pudiera descontaminar este suelo.

Para caracterizar el comportamiento de las concentraciones y análisis de la posible descontaminación, los datos fueron tabulados en el programa Microsoft Excel 2003. A continuación, se realizó la regresión lineal simple con el programa STATGRAPHICS Centurium XVIII. La estimación se ejecutó por el método de interpolación con ecuación lineal Y = a+bx según del Valle-Moreno et al. (2022)DEL VALLE-MORENO, J.; GONZÁLEZ-VIERA, D.; RAFAEL-PEÑA, L.; SÁNCHEZ-ALTUNAGA, O.R.; DELGADO-TORRES, C.: “Efecto de las variables climáticas sobre el rendimiento agrícola del arroz (Oryza sativa L.)”, Ingeniería Agrícola, 12(1): 29-33, 2022, ISSN: 2306-1545, E-ISSN-2227-8761., donde “Y” correspondió a la concentración de cada variable y “X” años analizados. Paralelamente, se analizó el comportamiento y tendencia para cada caso. Además, las medias de las concentraciones anuales fueron analizadas respecto a los Valores de Referencia y Límite Superior Permisible

El procesamiento estadístico para la predicción de la contaminación consistió en el cálculo de los intervalos de confianza de las medias por tratamientos de las variables evaluadas, para un nivel de confianza del 99 %. Se tuvo en cuenta los valores calculados y predichos para confeccionar los gráficos de predicción, combinando el programa estadístico STATGRAPHICS Plus para Windows 5.1 y el programa Excel, teniendo en cuenta las ecuaciones obtenidas de los modelos, prediciendo hasta el año 2034.

Evaluación económica por contaminación con metales pesados en el área estudiada

 

Se realizó una comparación de los rendimientos de hortalizas producidas en el área agrícola, en la campaña de invierno del año 2020, con datos del año 2018. Para ello, se mantuvo fijo los valores de superficie sembrada (SS), precio del producto y otros gastos, realizando los cálculos sobre pesos cubanos (CUP) y en base a tecnologías de siembra directa en la producción, según Trujillo et al. (2010)TRUJILLO, C.; CUESTA, E.; DÍAZ, I.; PÉREZ, R.: “Economía Agrícola para las carreras de Agronomía e Ingeniería Agropecuaria”, Editorial Félix Varela. La Habana. Cuba, 2010., los datos del rendimiento (kg ha-1) fueron cedidos por el productor del área y para los costos se empleó la información de la Dirección de Contabilidad y Precios del Minag-Cuba (2011)MINAG-CUBA: Productos de hortalizas. Manual de fichas de costos tecnológicos para la elaboración del Plan 2012 de la Economía., Inst. Ministerio de la Agricultura, Dirección de Contabilidad y Precios, La Habana, Cuba, 66 p., 2011..

Procesamiento estadístico de los datos primarios

 

Para el análisis de las variables en estudio en todos los casos, se utilizó una estadística descriptiva que incluyó medidas de tendencia central y medidas de dispersión. De igual forma se utilizó Análisis de varianza para la comparación de medias y dócimas de comparación múltiple (Duncan) en caso necesario, se asumió un 99 % de nivel de confianza. Para la organización y procesamiento de la información se utilizó el programa Excel de Microsoft office 2010 y como software estadístico el STATGRAPHICS Plus versión 5.1.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

 

Se obtuvo que las concentraciones de MP en las muestras de suelo contaminado es muy superior a la determinada en el suelo patrón, lo cual se presenta en la Tabla 1.

TABLA 1.  Concentración de Co, Pb y Zn en el suelo utilizado para el cultivo de la lechuga, col y tomate en condiciones de producción.
Muestras Co ± std Pb ± std Zn± std
mg/kg-1
Patrón 15± 4 90± 27 117± 40
Contaminado 20± 38 173± 31 415± 24
VRα 9 85 140
VIα 240 530 720
LSPb 50 100 300
CTc 25 13 70

a-Valores de Referencia (VR) y de Intervención (VI) de las Normas Holandesas.

b- Límite Superior Permisible en suelos.

Valores reportados para la Corteza Terrestre.

El orden decreciente que sigue en aportes de contaminación es Zn ˃ Pb ˃ Co, con valores de 298, 83 y 36 unidades de diferencias respectivamente entre el suelo contaminado y el suelo patrón, los cuales superan en cada caso el valor de referencia y para los casos de las concentraciones de plomo y zinc, también superan el límite superior permisible, reportado por Guzmán-Morales et al. (2021)GUZMÁN-MORALES, A.R.; ORIOL-VÁZQUEZ, P.; CRUZ LA PAZ-, O.; ALLEN, R.G.; VALDÉS-HERNÁNDEZ, P.: “Fitotecnología para la recuperación de agroecosistemas contaminados con metales pesados por desechos industriales”, Centro Agrícola, 48(3): 43-52, 2021, ISSN: 0253-5785. como un suelo medianamente contaminado por estos elementos según se reportan en la Normas Holandesas de suelos Swartjes (1999) citado por (Guzmán et al., 2019GUZMÁN, M.A.; CRUZ, O.; VALDÉS, R.: “Efectos de la contaminación por metales pesados en un suelo con uso agrícola. RCTA Vol. 28(1): enero-febrero-marzo, 2019 Formato papel: ISSN 1010-2760. Versión en soporte elect”, Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, 28(1), 2019, ISSN: 1010-2760, e-ISSN: 2071-0054.).

Es importante el análisis de esta situación que se presenta en el área, porque ello evidencia la concentración de elementos presentes en estos suelos a pesar de la distancia a la que se encuentran de la fuente de contaminación, lo que corrobora los resultados de trabajos anteriores que analizan el agroecosistema según Guzmán-Morales et al. (2021)GUZMÁN-MORALES, A.R.; ORIOL-VÁZQUEZ, P.; CRUZ LA PAZ-, O.; ALLEN, R.G.; VALDÉS-HERNÁNDEZ, P.: “Fitotecnología para la recuperación de agroecosistemas contaminados con metales pesados por desechos industriales”, Centro Agrícola, 48(3): 43-52, 2021, ISSN: 0253-5785. donde se planteaba que los elementos detectados como contaminantes relacionados directamente con los desechos provenientes de la Empresa Cerámica Blanca, aumentan en profundidad y distancia.

Todos estos resultados tienen una influencia química-biológica sobre los cultivos que se producen en estas áreas ya que como se puede comprobar los valores inciden en la inocuidad de los alimentos que en estas áreas se producen Muñiz et al. (2015)MUÑIZ, O.; RODRÍGUEZ, M.; MONTERO, A.; ÁLVAREZ, J.E.; AGUIAR, A.; ARAUJO DO NASCIMENTO, C.: “El níquel en suelos y plantas de Cuba”, Cultivos Tropicales, 36(5 Esp.), 2015.; Gaceta Oficial de la República de Cuba (2020)GACETA OFICIAL DE LA REPÚBLICA DE CUBA: Inocuidad de los Alimentaria, Inst. Ministerio de Justicia. Gaceta Oficial No. 76 ordinaria, 30 de octubre de 2020, Decreto Ley 9/2020 “Inocuidad de los Alimentaria” (GOC-2020-675-076) ISSN 1682-7511, La Habana, Cuba, 2020. propiedad que toma interés en la seguridad alimentaria local, además de ratificar la importancia de estos estudios porque en condiciones normales estos elementos son esenciales para el crecimiento y desarrollo de los cultivos.

Análisis de los modelos estadísticos-matemáticos para la descripción de la descontaminación en el área de estudio

 

En la Figura 2 se presentan los modelos estadísticos matemáticos para la predicción del tiempo mínimo necesario para la recuperación del suelo contaminado o la posible disminución de las concentraciones de MP bajo las condiciones de estudio presentadas. Para ello es necesario, que la empresa regule sus descargas de residuales al exterior, tomando las medidas necesarias con vista a cumplir ese objetivo.

FIGURA 2.  Modelos matemáticos ajustados para la predicción de la descontaminación por MP en el área en estudio. Líneas de tendencia (color azul), Valor de referencia (color rosado), Límites superior permisible (color rojo) al 99 % del nivel de confianza (a-Cobalto, b-Plomo y c-Zinc).

Lo resultados que se obtienen para el Co y el Zn, junto con el Pb caracterizan al área como medianamente contaminada y estos dos primeros metales ya están desde el año 2019 disminuyendo sus contenidos, sin embargo, el Pb no es hasta después del año 2025 que comienza a disminuir por debajo de los límites permisibles y los valores de intervención que identifican las acciones negativas de estos elementos sobre la salud humana.

En el caso del Pb, su disminución está en dependencia del volumen productivo de la empresa, ya que este elemento se encuentra mayoritariamente en los pigmentos que inciden en la coloración del acabado de los artículos sanitarios, que se producen (información obtenida según reporte de la empresa valorada como fuente de contaminación INV-Cuba (2021)INV-CUBA: I Informe nacional Voluntario, CUBA 2021. Agenda 2030_NNUU, INV-Cuba, 124pp., 2021., que en su mayoría son de color blanco, lo que concuerda, además, con lo reportado por Alarcón et al. (2015)ALARCÓN, S.O.A.; GRANA, S.A.L.; CARMENATE, V.R.; GOICOCHEA, B.C.A.: “Contaminación con metales pesados alrededor de la Empresa de Cerámica Blanca “Adalberto Vidal”, San José de las Lajas. Percepción del riesgo”, Revista de Gestión del Conocimiento y el Desarrollo Local, 2(1): 62-67, 2015, ISSN: 2707-8973..

Por todo este análisis realizado se puede concluir que estas zonas dedicadas a cultivos de hortalizas, deben permanecer al menos de 10 años sin ser utilizadas con estos fines, debido a que su uso atenta contra la seguridad alimentaria de la localidad por producir vegetales no inocuos, según el Decreto Ley No.9 (2020) (Gaceta Oficial de la República de Cuba, 2020GACETA OFICIAL DE LA REPÚBLICA DE CUBA: Inocuidad de los Alimentaria, Inst. Ministerio de Justicia. Gaceta Oficial No. 76 ordinaria, 30 de octubre de 2020, Decreto Ley 9/2020 “Inocuidad de los Alimentaria” (GOC-2020-675-076) ISSN 1682-7511, La Habana, Cuba, 2020.).

Lo expuesto se debe tener en cuenta ya que, según Alloway (2012ALLOWAY, B.J.: Heavy metals in soils: trace metals and metalloids in soils and their bioavailability, Ed. Springer Science & Business Media, vol. 22, 2012, ISBN: 94-007-4470-6.; 2013)ALLOWAY, B.J.: “Heavy Metals in Soils”, En: Ed. Springer Netherlands, 3.a ed., Netherlands, p. 613, 2013, DOI: http://dx.doi.org/10.1007/978-94-007-4470-7, ISBN: 978-94-007-4469-1., uno de los problemas más graves que presenta la contaminación por metales pesados es el tiempo de vida media de los mismos, que va desde 15-5 900 años dependiendo del metal. Este autor plantea que por ejemplo para el caso del plomo (Pb) oscila entre 310 a 1 500 años; por lo que los efectos por acumulación son más drásticos que los producidos por la contaminación ocasionada en un momento puntual.

Valoración económica de los impactos por contaminación con MP en los rendimientos de hortalizas en el área agrícola

 

A partir del análisis presentado se estima el valor ambiental del daño en términos monetarios.

En la Tabla 2 se presentan los resultados de los rendimientos obtenidos en dos campañas de producción de los cultivos y se valoran las pérdidas obtenidas por la presencia de los metales pesados en el área.

TABLA 2.  Comparación de los rendimientos de hortalizas en el año 2018 y 2020 en el área cultivada próxima a la Empresa Cerámica Blanca.
Cultivos Rendimiento (kg/ha-1) Precio ($/kg-1) Producción Mercantil ($/ha-1) Pérdida ($/ha-1)
2018 2020 2018 2020
Tomate 12 500 10 000 17 212 500 170 000 42 500
Col 16 500 12 500 7 115 500 87 500 28 000
Lechuga 6 500 5 000 7 45 500 35 000 10 500
Total 373 500 292 500 81 000

Las mayores pérdidas productivas entre los años evaluados fueron en el cultivo de la col, con 4 000 kg ha-1 de diferencia, seguida del tomate y la lechuga, incidiendo esto en sus pérdidas económicas.

Las pérdidas del rendimiento, pueden estar dadas porque, aunque los MP evaluados son microelementos esenciales para las plantas según Aminiyan-Mirzaei et al. (2018)AMINIYAN-MIRZAEI, M.; BAALOUSHA, M.; MOUSAVI, R.; AMINIYAN-MIRZAEI, F.; CANCHIGNIA MARTÍNEZ, H.; HEYDARIYAN, A.: “The ecological risk, source identification, and pollution assessment of heavy metals in road dust: a case study in Rafsanjan, SE Iran”, Environmental Science and Pollution Research, 25(14): 13382-13395, 2018, ISSN: 0944-1344., se conoce que en concentraciones elevadas pueden causar reducción en el crecimiento radicular y en la frecuencia de células mitóticas, una disminución en la longitud de sus raíces y de la biomasa, sin mostrar signos de toxicidad visible. Esta situación concuerda con Malpeli (2018)MALPELI, A.: “Contribución de la dieta a la exposición al plomo de niños de 1 a 7 años en La Plata”, Encuentro de Centros Propios y Asociados de la CIC, 1, 2018, Disponible en:https://digital.cic.gba.gob.ar/handle/11746/8689 , quien plantea que las plantas hiperacumuladoras generalmente tienen poca biomasa debido a que ellas utilizan más energía en los mecanismos necesarios para adaptarse a las altas concentraciones de metal en sus tejidos.

Si en el año 2020 el productor presentó pérdidas estimadas en 81 000 $/ha-1, pudiera inferirse que para el año 2028 las pérdidas alcanzarán aproximadamente un valor total que equivale a 147 272 $/ha-1 aproximadamente en cada campaña, como plantean Coronel y Marcelo (2018)CORONEL, S.; MARCELO, O.: Determinación de metales pesados y pérdidas poscosecha en dos hortalizas de consumo directo brócoli (Brassica oleracea Italica) y cebolla blanca (Allium fistulosum), UCE, Bachelor’s thesis, Quito, Ecuador, publisher: Quito: UCE, 2018. trabajando con dos hortalizas de consumo directo, brócoli y cebolla blanca.

Sin embargo, este análisis económico, más que las pérdidas monetarias, que son importantes para los propietarios, insiste en el hecho de la preocupación que las autoridades locales deben tener, ya que esta parcela como muchas otras según ONEI-Mayabeque-Cuba (2019)ONEI-MAYABEQUE, CUBA: Anuario Estadístico de Cuba, Anuario Estadístico de Mayabeque 2018, [en línea], Inst. Oficina Municipal de estadística e información en Mayabeque, 2012-2018, San José de las Lajas, Mayabeque, Cuba, 2019, Disponible en:http://www.one.cu/aed2018/., tienen la debida autorización por la Delegación de Agricultura Urbana y los Consejos de las Administraciones Municipales Alarcón et al. (2015)ALARCÓN, S.O.A.; GRANA, S.A.L.; CARMENATE, V.R.; GOICOCHEA, B.C.A.: “Contaminación con metales pesados alrededor de la Empresa de Cerámica Blanca “Adalberto Vidal”, San José de las Lajas. Percepción del riesgo”, Revista de Gestión del Conocimiento y el Desarrollo Local, 2(1): 62-67, 2015, ISSN: 2707-8973.; NC 493 (2015)NC 493: 2015: Contaminantes metálicos en alimentos-Regulaciones sanitarias, Inst. Oficina Nacional de Normalización, Norma Cubana, La Habana, Cuba, 2015., para la comercialización de los productos excedentes de la parcela, en los puntos de venta establecidos para ello.

En consecuencia, la excesiva acumulación de metales pesados en los suelos, conlleva una elevada absorción de los mismos en los cultivos, más acentuado en los cultivos de hortalizas y por lo tanto afecta la seguridad y calidad de los alimentos según FAO-OMS (2010FAO-OMS: Codex Alimentarius Commission on contaminants in foods, [en línea], Inst. Food and Agriculture Organization of the Unite World Health Organization, Twelfth Session Report, Utrecht, The Netherlands, 169 p., 2010, Disponible en:https://goo.gl/XqGcyo.; Soto-Benavente et al. (2020)SOTO-BENAVENTE, M.; RODRIGUEZ-ACHATA, L.; OLIVERA, M.; AROSTEGUI SANCHEZ, V.; COLINA NANO, C.; GARATE QUISPE, J.: “Riesgos para la salud por metales pesados en productos agrícolas cultivados en áreas abandonadas por la minería aurífera en la Amazonía peruana”, Scientia Agropecuaria, 11(1): 49-59, 2020, ISSN: 2077-9917., y su consumo puede provocar que la ingesta de sustancias tóxicas en el cuerpo humano, no se manifiesten inmediatamente, pero si en varios años dependiendo de la exposición Díaz-García & Almeida-Maldonado (2018)DÍAZ-GARCÍA, J.D.; ALMEIDA-MALDONADO, E.: “Daño renal asociado a metales pesados: trabajo de revisión”, Revista Colombiana de Nefrología, 5(1): 43-53, 2018, ISSN: 2500-5006, DOI: http://dx.doi.org/10.22265/acnef.5.2.254., por lo que se estaría incurriendo en incumplir con el Decreto Ley No. 9 (2020)GACETA OFICIAL DE LA REPÚBLICA DE CUBA: Inocuidad de los Alimentaria, Inst. Ministerio de Justicia. Gaceta Oficial No. 76 ordinaria, 30 de octubre de 2020, Decreto Ley 9/2020 “Inocuidad de los Alimentaria” (GOC-2020-675-076) ISSN 1682-7511, La Habana, Cuba, 2020. según la Gaceta Oficial de la República de Cuba (2020)GACETA OFICIAL DE LA REPÚBLICA DE CUBA: Inocuidad de los Alimentaria, Inst. Ministerio de Justicia. Gaceta Oficial No. 76 ordinaria, 30 de octubre de 2020, Decreto Ley 9/2020 “Inocuidad de los Alimentaria” (GOC-2020-675-076) ISSN 1682-7511, La Habana, Cuba, 2020. sobre la inocuidad de los alimentos.

Por lo tanto se considera, que la evaluación del riesgo de transferencia de contaminantes a la cadena trófica, su acumulación en el fruto agrícola y los efectos tóxicos sobre la salud animal y humana, debe constituir uno de los objetivos a priorizar por el Ministerio de la Agricultura y otras entidades de la OACE (MINSAP, MINDUS, MINEM) para la toma de decisiones según Alarcón et al. (2015ALARCÓN, S.O.A.; GRANA, S.A.L.; CARMENATE, V.R.; GOICOCHEA, B.C.A.: “Contaminación con metales pesados alrededor de la Empresa de Cerámica Blanca “Adalberto Vidal”, San José de las Lajas. Percepción del riesgo”, Revista de Gestión del Conocimiento y el Desarrollo Local, 2(1): 62-67, 2015, ISSN: 2707-8973.); NC 493 (2015)NC 493: 2015: Contaminantes metálicos en alimentos-Regulaciones sanitarias, Inst. Oficina Nacional de Normalización, Norma Cubana, La Habana, Cuba, 2015.; ya que aún existen zonas agrícolas cercanas a fuentes contaminantes que constituyen una amenaza para la seguridad alimentaria, debido a la insuficiencia en el tratamiento de los residuales que llegan a las aguas subterráneas o por el abandono de metales tóxicos en el ambiente que contaminan el suelo y se acumulan en las plantas y los tejidos orgánicos (Valdés- Carmenate et al., 2017VALDÉS- CARMENATE, R.; BENAVIDES, O.; BALBÍN-ARIAS, M.I.; GURIDI-IZQUIERDO, F.; GUZMÁN-MORALES, A.R.; MESA-PÉREZ, M.A.; MILANÉS-ALARCÓN, F.; KAEMMERER, M.; SÁNCHEZ, J.M.: “Fitogestión (FITOG-MP): tecnología para recuperar áreas contaminadas con metales pesados”, Anuario Ciencia en la UNAH, 15(1), 2017.; Bünemann et al., 2018BÜNEMANN, E.K.; BONGIORNO, G.; BAI, Z.; CREAMER, R.E.; DE DEYN, G.; DE GOEDE, R.; FLESKENS, L.; GEISSEN, V.; KUYPER, T.; MÄDER, P.: “Soil quality-A critical review”, Soil biology and biochemistry, 120: 105-125, 2018, ISSN: 0038-0717.).

CONCLUSIONES

 

La inclusión de los modelos matemáticos en estudios de contaminación, permitió evaluar áreas agrícolas contaminadas con metales pesados y definir el momento a partir del cual los suelos pudieran estar aptos para la producción agrícola con objeto de consumo, evidenciándose que los mismos no deben emplearse con fines agrícolas (al menos para cultivar hortalizas) en los próximos 10 años.

La valoración económica relacionada con el rendimiento agrícola de los cultivos, evidenció que los productores pueden llegar a tener pérdidas de aproximadamente 147 272 $/ha-1 en cada campaña.