Efectividad del lodo textil en la producción y composición química del fruto de tomate*

Textile sludge effectiveness on the production and chemical composition of tomato fruit

Willian Alfredo Narváez-Ortiz¹, Adalberto Benavides-Mendoza^1§, Valentín Robledo-Torres¹ y Rosalinda Mendoza-Villarreal¹

¹ Departamento de Horticultura, Universidad Autónoma Agraria Antonio Narro, Buenavista, Saltillo, Coahuila, C. P. 25315, México. (williamnarvaezo@hotmail.com), (varoto@prodigy.net.mx), (rosalindamendoza@hotmail.com). ^§Autor para correspondencia: abenmen@uaaan.mx.

*Recibido: mayo de 2012
Aceptado: enero de 2013

Resumen

El objetivo de este trabajo fue determinar el efecto de lodos residuales textiles aplicados en un sustrato de peat moss y perlita sobre la producción y composición química del fruto del tomate (Solanum lycopersicum). Los lodos fueron caracterizados con la NOM-004-SEMARNAT-2002 y NOM-021-RECNAT-2000. Tomate de la variedad Rio Grande, fue trasplantado a macetas de plástico de 14 litros con sustrato de peat moss y perlita (70:30 en volumen) en donde se añadió y mezcló el lodo textil en concentraciones de 0, 5, 10, 15 y 20% con base en volumen. La nutrición se hizo con la solución Steiner. Los lodos mostraron características adecuadas para su uso agrícola según la NOM-004-SEMARNAT-2002. La producción de frutos no fue modificada por la aplicación de los lodos textiles. La concentración de elementos minerales en los frutos aumentó en un 0.14% para el Na y en 15 y 223 mg kg^-1 para el Zn y Fe, respectivamente. En cambio para el K disminuyó en 0.58% al igual que para el Mn con un valor menor en 22 mg kg^-1. El contenido de N, P, Ca, Mg y Cu no mostró cambios significativos. El pH de los frutos no varió por efecto de los tratamientos, mientras que la vitamina C y los sólidos solubles totales mostraron un incremento hasta de 36% y hasta de 52%, respectivamente, en los tratamientos con lodos, efecto atribuido a la aportación de sales solubles de los lodos. No se encontró evidencia de transferencia de metales pesados y coliformes fecales del lodo textil a los frutos más allá de los valores permitidos por las normas ambientales y de salud. En cambio si se detectó la presencia de huevos de helmintos en valor mayor al permitido por la norma en los frutos de plantas tratadas con la mayor concentración de lodos.

Palabras clave: fertilizantes, biosólidos, residuos industriales, cadmio, níquel.

Abstract

The aim of this study was to determine the effect of textile sludge applied on a substrate of peat moss and perlite on production and chemical composition of tomato fruit (Solanum lycopersicum). The sludge was characterized with the NOM-004-SEMARNAT-2002 and NOM-021-2000-RECNAT. Tomato of the variety Río Grande was transplanted into 14 liter plastic-pots with peat moss and perlite (70:30 by volume) in which was added and mixed textile sludge in concentrations of 0, 5, 10, 15 and 20% based on the volume. Nutrition was made with the Steiner solution. The sludge showed characteristics suitable for agricultural use by NOM-004-SEMARNAT-2002. Fruit production was not modified by the application of textile sludge. The concentration of mineral elements in the fruits increased by 0.14% for Na and 15 and 223 mg kg^-1 for Zn and Fe, respectively. On the other hand, K decreased by 0.58% as well as for Mn with a value smaller of 22 mg kg^-1. The content of N, P, Ca, Mg and Cu showed no significant changes at all. The pH of the fruits do not vary by effect of the treatments, while vitamin C and total soluble solids showed an increase up to 36% and 52%, respectively, in the sludge treatments an effect attributed to the contribution of the sludge´s soluble salts. There was no evidence of transferring of heavy metals and fecal coliform of the textile sludge to the fruits beyond those permitted by the environmental and health standards. However, we detected the presence of helminth eggs in higher values than those allowed by the standard in the fruits of plants treated with the highest concentration of sludge.

Introducción

El aumento en la generación de lodos residuales vuelve más difícil encontrar sitios para el confinamiento de estos materiales (Mectalf & Eddy, 1995). Si bien la disposición adecuada de los lodos recibe gran atención (Campos-Medina et al., 2011), otras alternativas como su aprovechamiento agrícola pueden ser opciones atractivas (Benavides-Mendoza et al., 2007). Sin embargo, es necesario tomar en cuenta que los lodos pueden aportar metales pesados (Walter et al., 2002) y microorganismos patógenos a los suelos y plantas en donde se aplican (Miralles et al., 2002).

La estabilización de los biosólidos municipales y de los lodos industriales es una alternativa para mitigar los inconvenientes antes mencionados además de evitar la presencia de malos olores (Aravena et al., 2007). En el caso específico de los lodos textiles se esperan menos problemas de los malos olores, carga microbiológica patogénica o contenido de metales pesados (Benavides-Mendoza et al., 2007), por ello es posible plantear el uso de estos lodos en crudo, es decir, sin tratamiento previo, disminuyendo el costo asociado al compostado u otros tratamientos lo cual facilitaría el uso agrícola.

En la actualidad se dispone de poca información sobre el uso agrícola de los lodos crudos, por lo que los objetivos de este trabajo fueron determinar si la aplicación de lodos textiles crudos al sustrato origina cambios negativos en la producción y composición química de fruto de plantas de tomate y si, por otra parte, si el fruto cosechado presenta transferencia de metales pesados o patógenos por parte del lodo, bajo la hipótesis que los lodos crudos sea una fuente positiva de fertilizantes.

Materiales y métodos

El experimento se llevo a cabo en un invernadero de la Universidad Autónoma Agraria Antonio Narro, ubicada en Saltillo, Coahuila, México, en la latitud Norte de 25º 23'y longitud Oeste 101º 02', con una altitud de 1 743 msnm. Se usaron lodos textiles de la empresa Fábrica La Estrella, S.A. de C.V. productora de mezclilla, ubicada en el municipio de Parras de la Fuente, Coahuila. Los lodos crudos fueron colectados del centro de confinamiento de la empresa y se analizaron en el laboratorio Intertek Testing Services de México, S. A de C. V. acreditado para la NOM-004-SEMARNAT-2002 para verificar la presencia de coliformes fecales, Salmonella spp, huevos de helmintos, metales pesados y metaloides arsénico, cadmio, cromo, cobre, plomo, mercurio, níquel y zinc. Adicionalmente se determinó la salinidad, sodicidad, las características físicas y de fertilidad según la NOM-021-RECNAT-2000. Los lodos fueron mezclados con sustrato de peat moss y perlita (70:30 en volumen) en concentraciones de 0, 5, 10, 15 y 20% en volumen. Las mezclas fueron colocadas en macetas plásticas color negro de 14 L.

Como material biológico se utilizó tomate (Solanumlycopersicum) de la variedad "Rio Grande" que fue sembrado en charolas de 200 cavidades utilizando como sustrato peatmoss y perlita (70:30). 30 días después de la siembra las plántulas fueron trasplantadas a las macetas que contenían las mezclas de sustrato y lodo. Para la nutrición del cultivo se aplicó solución nutritiva Steiner (Steiner, 1961) al 25, 30, 50, 75 y 100% de acuerdo a la etapa de crecimiento, mediante un sistema de riego por goteo con un gasto de 4 litros por hora. Los lixiviados de los sustratos se monitorearon cada ocho días durante el transcurso del cultivo y se les determino el pH y la conductividad eléctrica con un potenciómetro de la marca HANNA modelo–COMBO. La producción de fruto por planta fue determinada utilizando los frutos de los primeros cinco cortes cuando estos presentaron más del 90% de la superficie de color rojo, denominada etapa seis (USDA, 1997). En los frutos del tercer corte (97 ddt), cuarto corte (104 ddt) y quinto corte (114 ddt), en la etapa seis - rojo (USDA, 1997) se midió el contenido de vitamina C usando el método volumétrico de la AOAC (1990). En un macerado de los mismos frutos se determinó el pH con un potenciómetro de la marca HANNA modelo COMBO y el contenido de sólidos solubles totales con un refractómetro pocket PAL-1. El contenido de minerales fue determinado en frutos obtenidos en los mismos cortes antes mencionados. Para la determinación del nitrógeno total se usó el método del micro Kjelhdal (AOAC, 1980a), mientras que para el fósforo se utilizó un método colorimétrico (AOAC, 1980b), el potasio, calcio, magnesio, sodio, hierro, manganeso, cobre y zinc se determinaron por medio de un espectrofotómetro de absorción atómica de la marca Varían AA-1275 (Fick et al., 1976). El diseño experimental utilizado fue completamente al azar con 15 repeticiones siendo la unidad experimental una maceta con una planta, sobre los datos se realizaron análisis de varianza y pruebas de Tukey (p=0.05), en el Statistical Analysis System versión 9,0 (SAS, 2001).

Resultados y discusión

Análisis microbiológico del lodo textil. El lodo textil mostró 2.7x10³ coliformes fecales por gramo de peso seco. Según la NOM-004-SEMARNAT-2002 fue categorizado como tipo C siendo posible su uso con fines agrícolas. Salmonella spp. se marcó como ausente y el contenido de huevos de helminto (0.5 por gramo en base seca) fue mucho menor al límite indicado por la norma (<1HH/gST).

Análisis de metales pesados y fisicoquímico del lodo industrial textil. Según la NOM-004-SEMARNAT-2002 los lodos textiles se clasificaron como excelentes porque en todos los casos los metales pesados y metaloides estuvieron por debajo de los límites máximos permisibles (Cuadro 1).

Análisis físico del lodo textil. El lodo textil presentó una textura franco arcilloso, con una densidad aparente 1.052 g cm^-1 y un 58% de porosidad. El lodo presentó un contenido 4.69% de materia orgánica y un 3% de carbonatos.

Análisis de salinidad y sodicidad en extracto de saturación de los lodos textiles. Los lodos presentaron una conductividad eléctrica extremadamente alta y pH alcalino (NOM-021-RECNAT-2000). Valores altos de cloruros y bicarbonatos, moderadamente bajos los sulfatos, muy bajo potasio, una presencia media de sodio y sin presencia de carbonatos (Richards, 1980) (Cuadro 2). Precisamente por el gran aporte salino de los lodos fue necesario utilizarlos en mezcla con peat moss para diluir las sales presentes. Estudios anteriores indicaron que el máximo contenido de lodos textiles en base a volumen es de 25% (Benavides-Mendoza et al., 2007).

Análisis de fertilidad del lodo textil. Las concentración de elementos minerales se encontraron muy bajas y moderadamente bajas para el N, P y S. Mientras que para el Ca, Zn, Fe y Mg presentaron valores muy altos (NOM-021-RECNAT-2000) (Cuadro 3).

Análisis fisicoquímico de los lixiviados. Estos presentaron valores altos de pH y C.E. en presencia de lodos (Cuadro 4). La C.E. aumentó al subir la concentración de lodo textil. Las sales presentes en los lodos provienen de los productos usados para aplicar y fijar los colores en los productos textiles. (Benavides-Mendoza et al., 2007).

Producción de fruto. La aplicación de los lodos textiles en el sustrato de crecimiento no causó modificaciones significativas en la producción de fruto (Cuadro 5), indicando que la salinidad aportada por los lodos no impactó la capacidad productiva. Resultados similares fueron obtenidos por Beltrán-Rodríguez et al. (2000). Si bien la adición de los lodos puede aumentar los costos de producción, sería necesario verificar a largo plazo el impacto sobre el costo del volumen de sustrato que se sustituye por el lodo textil. Igualmente puede considerarse el valor por lo pronto no tangible del uso agrícola de los lodos al disminuir su potencial efecto contaminante, además de aprovechar algunas de sus propiedades físicas y químicas para mejorar las propiedades del suelo (Andrade etal., 2000; Illera et al. 2001).

Contenido de minerales en el fruto. Los resultados de minerales en el fruto se muestran en el Cuadro 6. El N, P, Ca, Mg y Cu no sufrieron variaciones asociadas con la aplicación de los lodos. La única excepción se presentó con la concentración de Ca en el quinto corte en donde este elemento disminuyó en los tratamientos de mayor concentración de lodos. Los valores bajos de Ca en los frutos se asocian normalmente a condiciones de estrés (Saure, 2001). No se detectó correlación entre las concentraciones de Ca y las de K y Na, lo que parece eliminar la opción de competencia entre cationes por lo posiblemente se trate de un estrés inducido por la salinidad (Niedziella et al., 1993). El Na, Zn y Fe mostraron tendencia a incrementarse en presencia de los lodos. La concentración de Na en los frutos depende directamente de la cantidad de sodio en la solución nutritiva (Dorai et al., 2001). El caso del Fe puede suponerse que la absorción se viera aumentada por la materia orgánica del lodo (Romheld and Nikolic, 2007), mientras que la mayor concentración de Zn se observa en condiciones de salinidad, al parecer para promover mayor actividad enzimática antioxidante (Tavallali et al., 2010). Por su parte el K y Mn se acumularon en menor cuantía en los tratamientos con lodos. Es posible que la disminución en el K se deba a la competencia con Mg (Merhaut, 2007), elemento aportado en gran cantidad por los lodos. En cuanto al Mn se ha reportado que su acumulación en los tejidos disminuye en condiciones de salinidad (Aktas et al., 2005). Si bien se menciona que los lodos constituyen una fuente de macro y micronutrimentos (Ortiz-Hernández et al., 1995), al verificar los resultados del contenido de minerales en el lodo textil, no parece haber correlación entre estos y lo obtenido en los frutos. Es posible que esto de deba por una parte a que las plantas recibieron aportes de minerales de una solución nutritiva, no requiriendo exclusivamente de los minerales del lodo para la absorción de nutrientes y, por otro lado, al hecho de que los nutrimentos minerales de los lodos se liberen lentamente o estén poco disponibles (Henry et al., 1999; Cogger et al., 2004), o bien que su concentración sea baja como normalmente ocurre para el N (Roberts et al., 1988) y el K (Ozores-Hampton et al., 2005).

Contenido de vitamina C en frutos. Sólo en uno de los cortes se presentaron diferencias significativas en el contenido de vitamina C en los tratamientos con lodos (Figura 1). Las plantas tienen la habilidad para acumular antioxidantes como la vitamina C y los ácidos orgánicos en presencia de salinidad (Krauss et al., 2006), se esperaría por ello que en todos los cortes se tuviera mayor contenido de vitamina C. Sin embargo, la respuesta también es dependiente de otros factores como la temperatura y la irradiancia (Lee and Kader, 2000; Fanasca et al., 2007; Toor et al., 2006), lo cual pudiera explicar la ausencia de diferencias en los otros cortes.

pH en frutos. No se encontraron diferencias estadísticamente significativas entre los tratamientos. El valor más alto se observó en el tratamiento al 20% de lodo textil con un pH de 4.68 y el más bajo en el tratamiento 5% con un pH de 4.13. Resultados similares fueron obtenidos usando aguas residuales en la producción de tomate (Traka-Mavrona et al., 1998; Al-Lahhamo et al., 2003). Los valores de pH del fruto se encontraron dentro de los estándares publicados (Cantwell, 2006).

Sólidos solubles totales en frutos. Se encontraron diferencias significativas tanto para el tercero como el cuarto corte obteniendo el porcentaje más alto de sólidos solubles con el tratamiento al 20% de lodo textil. Es muy posible que este efecto esté dado por la salinidad aportada por los lodos, ya que se sabe que la conductividad eléctrica de la solución presenta un impacto positivo sobre los sólidos solubles en el fruto (Mitchell et al., 1991; Katerji et al., 1998; Dorai et al., 2001). Resultados similares obtuvieron Utria et al. (2008) al aplicar biosólidos, aumentando el contenido de sólidos solubles en frutos de tomate.

La teoría más aceptada sobre ello indica que las sales inducen un déficit de agua y estrés oxidativo que da lugar a la síntesis de osmolitos entre los que se encuentran los azúcares solubles como la sacarosa y otros compuestos como la prolina y la betaína (Larcher, 2001; Willadino y Cámara 2004). Cabe mencionar que los porcentajes de sólidos solubles totales están dentro de los rangos reportados para los frutos de tomate que van de 3.5 a 7.0 °Brix (Cantwell, 2006).

En todos los frutos analizados se encontró Salmonella, a pesar de que el análisis del lodo y del agua de riego mostró ausencia de la misma, los resultados apuntan a la posibilidad de una fuente de contaminación externa a los lodos ya que las esporas de estas bacterias son transportadas por el aire y pueden alojarse en los puntos de entrada de las plantas que incluyen estomas, hidatodos, nectarios, lenticelas, radículas en germinación y áreas emergentes de las raíces laterales (Hallmann et al., 1997; Huang, 1986; Sturz et al., 2000).

Los análisis de metales pesados en los frutos de tomate resultaron en que el testigo y el tratamiento al 5% de lodo textil presentaron contenidos altos de Cd (Codex 1995). Los valores de 42.5 y 27.5 mg kg^-1, respectivamente, son inclusive mayores a los encontrados en experimentos con aplicación controlada de CdCl (Grãtao et al., 2008). La presencia de Cd en los frutos del tratamiento testigo indica una posible fuente externa de contaminación (Benavides et al., 2005).

En el caso de los tratamientos con lodos la presencia de Cd solo fue detectable en el tratamiento con 5% de lodo. Puede suponerse que al aumentar la cantidad de lodo aplicado en los sustratos se originó un antagonismo entre la salinidad y la absorción de Cd (Khoshgoftar et al., 2004); del mismo modo Prieto-Mendez et al. (2009) señalaron que la absorción del Cd se relaciona negativamente con la de Mn y Zn, este último elemento se ve absorbido en mayor cantidad al aumentar la concentración de los lodos. El Ni apareció como detectable en los tratamientos al 5, 15 y 20% de lodo textil con un rango de concentración entre 32 y 61 mg kg^-1, reportados como valores normales (Brown, 2007), sin mostrar asociación con la concentración del lodo en el sustrato. Para el caso de As, Cr, Cu, Pb y Hg no hubo presencia detectable de estos metales en los frutos.

Conclusiones

La aplicación de lodos industriales textiles crudos al sustrato no provocó efectos estadísticamente diferentes en el rendimiento de fruto y en el contenido de minerales de los mismos.

La vitamina C en frutos presento un incremento estadísticamente significativo al aplicar lodos industriales textiles al 10%, el pH de los frutos no se ven modificados por la presencia de lodos textiles y el contenido de sólidos solubles totales del fruto se incrementaron significativamente al aplicar un 20% de lodo industrial al sustrato.

No se encontró evidencia de transferencia de metales pesados por parte de los lodos textiles.

Se observó presencia de coliformes fecales y salmonella por debajo del límite permisible en los frutos de tomate tanto en los tratamientos testigo como en los tratamientos con lodos.

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