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Introducción
Como consecuencia de las actividades industriales se generan algunos subproductos como aguas residuales y lodos o sólidos, que tienen la posibilidad de ser utilizados en la práctica agrícola como mejoradores de suelo o fuente de nutrimentos minerales (Castro et al., 2007; Barbarick et al., 2012). Un lodo residual es una materia orgánica húmeda con cierta cantidad de aditivos, entre los cuales hay algunos componentes de interés y otros cuya presencia es indeseable por su posibilidad de contaminación (Ortiz-Hernández et al., 1995; Datta y Yung, 2005). Las características físicas y químicas de los lodos varían en función de su origen: urbano o industrial y del tipo de procesos al que son sometidos (Cooper, 2005).
Un manejo adecuado de los lodos industriales o municipales puede beneficiar la calidad del suelo debido a la incorporación de elementos nutritivos y materia orgánica (Castro et al., 2007). Sin embargo, el manejo inadecuado de los residuos constituye una fuente de problemas ambientales, como la contaminación de suelos, aguas subterráneas, la emisión de gases perjudiciales, humos y malos olores (Esteller, 2002), además los lodos pueden contener metales pesados, materia fecal y contaminantes orgánicos (Datta y Young, 2005).
La posibilidad de contaminar suelos y aguas subterráneas constituye su principal limitante, de ahí que su uso deba acompañarse de una adecuada planeación y supervisión (Otero et al., 1996). Por razones prácticas y económicas la aplicación de lodos residuales es una práctica habitual en países desarrollados (Ottaviani et al., 1991; Mendoza et al., 2010). Entre los efectos positivos que proporciona la incorporación de lodos industriales a los suelos, se citan, mayor estabilidad de los agregados, elevación de la capacidad del intercambio catiónico, y del nivel de fertilidad y del contenido de materia orgánica, además de la mejora de la retención hídrica (Alloway y Jackson, 1990).
Los lodos se han utilizado en la silvicultura para incrementar la productividad forestal, reforestar y estabilizar áreas deforestadas o perturbadas por la minería, la construcción, los incendios, el sobrepastoreo, erosión u otros factores (Brown et al., 2003). Asimismo, la aplicación de lodos en cultivos, ha mostrado efectos positivos en Pinus douglasiana y maíz (Salcedo et al., 2007) y tomate rojo Narváez et al. (2013). Con base en los resultados positivos obtenidos en los estudios anteriormente citados, el uso de los lodos industriales textiles se podría ampliar a especies ornamentales y en particular ornamentales de maceta.
En el norte de México, se reportan 62 plantas de tratamiento de agua residual, que produjeron alrededor de 475 000 t de lodo residual (95 000 t en base seca), las cuales pudieran utilizarse como fertilizante en cultivos industriales y forrajeros en alrededor de 10 000 ha (Uribe, 2001). Sin embargo, antes de aplicar los lodos, ya sea que provengan de descargas municipales o industriales, deben probarse en cuanto a su efecto en las plantas, ya que pueden ser fuente de transferencia de metales pesados, productos químicos diversos y microorganismos patógenos a los productos cosechados (Otero et al., 1996; Paré et al., 1999; Dubka y Miller, 1999). Por lo anterior el objetivo del presente trabajo fue, verificar la factibilidad del uso de lodos industriales en el proceso de producción de hortensias (Hydrangea macrophylla L.), documentando la concentración de los lodos en el sustrato para obtener un adecuado crecimiento, morfología y concentración de minerales en las plantas.
Materiales y métodos
Obtención y análisis de los lodos industriales
Los lodos utilizados fueron de la empresa fabricante de mezclilla: Fábrica la Estrella S. A de C. V de Parras de la Fuente, Coahuila, México. Se obtuvieron del filtrado y prensado de los sólidos acarreados en el agua de desecho del proceso industrial. Los lodos o sólidos cuentan con certificado de no peligrosidad en base al análisis de CRETIB (corrosividad, reactividad, explosidad, toxicidad, inflamabilidad y biológico-infeccioso) de la Ley General de Equilibrio Ecológico y Protección al Ambiente de la SEMARNAT (SEMARNAT, 2014).
Para verificar y documentar la presencia y concentración de coliformes fecales, Salmonella spp., huevos de helmintos y elementos: arsénico, cadmio, cromo, cobre, plomo, mercurio, níquel y zinc, el lodo fue analizado en el laboratorio Intertek Testing Services de México, S. A de C. V., acreditado para la Norma Oficial Mexicana NOM-004SEMARNAT-2002 (SEMARNAT, 2003). Adicionalmente, se determinaron las características físicas, la salinidad, sodicidad y fertilidad según la Norma Oficial Mexicana NOM-021-RECNAT-2000. (SEMARNAT, 2002).
Material vegetal
Se utilizaron estacas enraizadas la planta ornamental hortensia (Hydrangea macrophylla L.) var. Blue Fantasy.
Sitio de investigación
El estudio se realizó, en un invernadero semicircular con control de temperatura del Departamento de Horticultura, de la Universidad Autónoma Agraria Antonio Narro, en Buenavista, Saltillo, Coahuila, México ubicado a una latitud norte de 25º y 23’ y longitud oeste 101º 02’, con una altitud de 1 743 msnm.
Diseño de tratamientos y experimental
Usando turba ácida (Peatmoss®) como base, se establecieron cuatro tratamientos con diferentes concentraciones de lodo: 0%, 10%, 20%, 30% (v/v). Una vez que se obtuvieron las mezclas, se colocaron en contenedores o macetas de 2 L, con un esqueje de hortensia enraizado. Las macetas se colocaron al azar en el invernadero. Se utilizaron 15 repeticiones por tratamiento y cada repetición fue una maceta. Para el riego y nutrición se utilizó la solución de Steiner (Steiner, 1961) al 50% de la plantación hasta la aparición del botón floral y al 75% después del botón floral hasta la cosecha de la flor.
Variables evaluadas
Conductividad eléctrica y pH en el lixiviado. Para verificar el efecto de la inclusión de los lodos industriales sobre los lixiviados en cada tratamiento, se hicieron cinco muestreos a los 15, 30, 45, 60 y 75 días después del trasplante, para ello se colocó un recipiente plástico debajo de las macetas, tres por cada tratamiento, la muestra se colectó por la mañana, en la cual se le midió el pH y la conductividad eléctrica con un potenciómetro marca HANNA modelo Combo HI98120.
Altura de la planta y diámetro de inflorescencia. Las evaluaciones se hicieron a los 118 días después de instalado el experimento, cuando las plantas estaban en floración. La altura de la planta fue medida de la base de la planta hasta el ápice floral y el diámetro de la inflorescencia se midió mediante una proyección longitudinal-trasversal, es decir, se hicieron dos mediciones en forma de cruz con ejes norte-sur y este-oeste por cada inflorescencia y se obtuvo la media.
Concentración de nutrimentos en la planta. Una vez cosechadas las plantas se separaron hojas, tallos flores y raíz y se colocaron en una estufa de aire forzado 72 horas a 70 °C; posteriormente se realizó un análisis de la concentración de K, Mg, Ca, Fe, Mn, Cu, Zn y Na en cada uno de los órganos muestreados usando un espectrofotómetro de absorción atómica marca Varían modelo AA-1275 (Fick et al., 1976). El nitrógeno total fue medido con el método del micro Kjelhdal (AOAC, 1980a), y el fósforo por el método espectrofotométrico (AOAC, 1980b).
Concentración de clorofila en el tejido foliar. Se determinó por el método espectrofotométrico (Harborne, 1973), a 660 y 642 nm, en un espectrofotómetro de absorción marca Baush & Lomb, modelo Spectronic 21.
Resultados y discusión
Análisis del lodo industrial
Análisis microbiológico. El lodo utilizado para este estudio fue clasificado como tipo A, por su bajo contenido de coliformes fecales, ausencia de Salmonella y huevos de helminto (Cuadro 1). Siendo posible su uso con fines agrícolas. Asimismo, es posible su manipulación directa sin riesgo para hombre y las plantas, de acuerdo a la norma oficial mexicana NOM-004SEMARNAT-2002 (SEMARNAT, 2003).
NMP= Número más probable; ND= No detectado; HH= Huevos de helminto.
Cuadro 1 Análisis microbiológico del lodo industrial textil, de la fábrica La Estrella S. A. de C. V. de Parras de la Fuente, Coahuila, México.
Análisis de metales pesados y metaloides. Los resultados del análisis (Cuadro 2), clasificaron a estos lodos como excelentes de acuerdo a la NOM-004-SEMARNAT-2002 (SEMARNAT, 2003), dado que su concentración está muy por debajo del límite máximo permisible. El manejo de estos lodos no implica ningún riesgo.
ND = No detectado.
Cuadro 2 Contenido de metales pesados en el lodo industrial textil, de la fábrica La Estrella S.A de C.V de Parras de la Fuente, Coahuila, México.
Análisis físico, de salinidad y sodicidad de los lodos. Los resultados de los análisis indican que son de textura franco arcillosa, densidad aparente de 0.74 g cm-3, contenido de materia orgánica 2.16%, carbonatos 8.98% y una retención de humedad a capacidad de campo de 30.45%. Con relación a la salinidad, los lodos tienen una conductividad eléctrica extremadamente alta y pH alcalino de acuerdo a la NOM021-RECNAT-2000 (SEMARNAT, 2002). Valores altos de sulfatos, bicarbonatos y cloruros, sin presencia de carbonatos, medio en potasio, alto calcio, magnesio y sodio, (Richards, 1980) (Cuadro 3). Dado el alto contenido de sales en los lodos fue necesario utilizarlos en mezcla con turba ácida 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).
Cuadro 3 Análisis de salinidad y sodicidad en extracto de saturación del lodo industrial textil, de la Fábrica La Estrella S. A. de C. V. de Parras de la Fuente, Coahuila, México.
Análisis de fertilidad. La concentración de elementos minerales en el lodo textil, 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 (SEMARNAT, 2002) (Cuadro 4). El contenido de minerales en los lodos no indica la posibilidad de restricción para el crecimiento de las plantas, por excesiva concentración de los elementos. Además, al mezclar los lodos al sustrato en concentraciones menores a 25% (Benavides-Mendoza et al., 2007), el contenido de minerales disminuye, quedando en rangos bajos o muy bajos.
pH y conductividad eléctrica (CE) del agua lixiviada
La inclusión de los lodos en el sustrato, aumentó el pH y CE del agua lixiviada o solución nutritiva (Cuadro 5). Al aplicar un análisis de correlación, se observó que existe una relación directamente proporcional entre el porcentaje de inclusión de lodos al sustrato y el incremento del pH (r= 0.74) y la CE (r= 0.76) en el lixiviado o solución nutritiva. El pH alcalino en el sustrato disminuye la disponibilidad de los nutrimentos y el aumento de CE está relacionada con el alto contenido de sales en el sustrato, que provienen de los productos usados para aplicar y fijar los colores en los productos textiles (Benavides-Mendoza et al., 2007).
Variables morfológicas
La inclusión de lodos en el sustrato, afectó la altura de la planta y el diámetro de la inflorescencia (Cuadro 6). La reducción en el crecimiento de la planta y la inflorescencia, pudo relacionarse al aumento en la CE, generada por la adición del lodo. Este efecto es tangible al verificarse que las concentraciones de 20% y 30% aumentaron la CE de los lixiviados a 4.52 y 4.36 dS m-1 respectivamente, mientras que el testigo fue de 2.16 dS m-1. Los valores de CE superiores a 4 mS cm-1 reducen el crecimiento y la producción de plantas sensibles (Maiti y Benavides, 2002) y en particular las ornamentales, ya sea leñosas (Valdez- Aguilar et al, 2011), o herbáceas como ranúnculos (Valdez- Aguilar et al., 2009b) , lisianthus (López-Pérez et al., 2014; Valdez- Aguilar et al, 2013) y cempazuchitl (Valdez- Aguilar et al, 2009a); además, las plantas ornamentales semileñosas como la hortensia, son más susceptibles a la salinidad que las herbáceas (Cabrera, 1999).
Medias con distintas letras son diferentes estadísticamente (Tukey p ≤ 0.05).
Cuadro 6 Media y desviación estándar de la altura de planta y diámetro de la inflorescencia de hortensia, cultivada en sustrato de turba ácida y lodo industrial textil a diferentes concentraciones.
Sin embargo, en otros estudios se encontró que la adición de lodos al suelo o al sustrato, tuvieron un efecto positivo en el crecimiento de Lilium sp (Torres-González et al., 2011), lechuga (Vaca et al., 2004), alfalfa (Uribe et al., 2001) y maíz (Salcedo et al., 2007). Las diferentes respuestas de las plantas, están relacionadas las características físicas y químicas de los lodos y estas varían en función de su origen: urbano o industrial y del tipo de procesos al que son sometidos (Cooper, 2005).
Absorción de nutrimentos minerales
Macronutrimentos. El N, Mg y Ca, no mostraron diferencia entre los tratamientos para los diferentes órganos de la planta, lo mismo ocurrió para el K en las hojas, mientras que este último elevó su concentración en la inflorescencia y los tallos. En cuanto al P, este mostró tendencia negativa en los tallos y la raíz respecto a la concentración del lodo, mientras que el la inflorescencia y las hojas mostró un ligero incremento en 10% de lodo (Cuadro 7). Mills y Benton (1996), reportan que el contenido porcentual recomendado de macronutrimentos en hojas de H. macrophyla es: N 2.24 - 5.6, P 0.25 - 0.7, K 2.2 - 7.8, Ca 0.6 - 2 y Mg 0.22 - 0.6.
Medias con distintas letras son diferentes estadísticamente (Tukey p ≤ 0.05). CV = Coeficiente de variación. Para fósforo no hubo repeticiones por lo cual no se realizó análisis estadístico.
Cuadro 7 Concentración de macronutrimentos en los diferentes órganos de hortensia cultivada en turba ácida y lodo industrial textil a diferentes concentraciones.
De acuerdo al contenido de nutrimentos recomendado por Mills y Benton (1996) y las concentraciones observadas en este estudio, las plantas estuvieron en el rango de suficiencia a excepción del potasio que presentó valores por debajo del nivel recomendado. Aún y cuando el potasio en general fue bajo, la mayor concentración se encontró en las inflorescencias, hojas y tallos, pero en la raíz no se observó efecto. En el tallo el contenido de potasio aumentó de forma proporcional a la concentración de lodos en el sustrato, lo cual, parece indicar que el lodo promueve la absorción de potasio, aun y cuando, en estudios anteriores se reportan contenidos bajos de potasio en este tipo de lodos (Narváez et al., 2013). Asimismo, los reportes en la literatura muestran que los lodos afectan de forma diferente a la absorción de nutrimentos por las plantas, por ejemplo, se reporta que la adición de lodos disminuyó la concentración de Ca en hojas de tabaco (Kabata y Pendias, 1992) y en frutos de tomate (Narvaéz-Ortiz et al., 2013).
Micronutrimentos. La respuesta en la concentración de los microelementos fue variable según el órgano analizado. En la raíz y el tallo, el Fe aumentó en la concentración de lodo al 20%, los otros nutrimentos fueron iguales al testigo. En las hojas e inflorescencias el Na y Zn no mostraron diferencias contra el testigo, mientras que el Cu se elevó en todos los tratamientos de lodo industrial. Mills y Benton (1996) reportan que el contenido adecuado de micronutrimentos en mg kg-1 para H. macrophyla es: Fe 50 - 300, Mn 38-300, Cu 1 - 25, Zn 20 - 200 y de acuerdo a los resultados de este estudio el contenido de micronutrimentos se encontró en el rango de suficiencia. Si bien se menciona que los lodos constituyen una fuente de nutrimentos minerales (Castro et al., 2007; Barbarick et al., 2012), al observar la concentración de micronutrimentos en el lodo textil, no parece haber relación entre estos y el obtenido en los diferentes tejidos de la planta. Por lo cual es posible que el requerimiento de micronutrientes haya sido aportado por la solución nutritiva Steiner (Steiner, 1961), evitando la expresión del aporte de nutrientes del sustrato (Cuadro 8).
Medias con distintas letras son diferentes estadísticamente (Tukey p ≤ 0.05). CV = Coeficiente de variación. Para fósforo no hubo repeticiones por lo cual no se realizó análisis estadístico.
Cuadro 8 Concentración de micronutrimentos en los diferentes órganos de hortensia cultivada en turba ácida y lodo industrial textil a diferentes concentraciones.
Contenido de clorofila
La inclusión de lodo industrial textil en el sustrato no causó cambios en la concentración de clorofila (Cuadro 9). El contenido de clorofila es un indicador de la actividad fotosintética de las plantas (De Jong et al. 1984), y está relacionado al contenido de nutrimentos y las condiciones medio ambientales de luz y temperatura (Salisbury y Ross, 2000). El experimento se realizó en invernadero donde las condiciones de temperatura, radiación y humedad relativa fueron las mismas para todos los tratamientos y se pudo verificar que la concentración de nutrimentos en la planta estuvo en el rango de suficiencia. Lo anterior sugiere que el contenido de clorofila en las plantas, estuvo más relacionado a la concentración de nutrimentos y las condiciones ambientales, que a la CE y pH del sustrato. Adicionalmente, se encontró que el contenido de clorofila total en hojas de hortensia, fue similar al reportado en hojas de naranjo (Reyes-Santamarina et al., 2000) e inferior al evaluado en hojas de tomate (Rodríguez et al., 1998).
Conclusiones
La incorporación de lodos a más de 10% incrementa la conductividad eléctrica y pH de los efluentes y disminuye el desarrollo del cultivo. En la producción de hortensia en maceta la aplicación de 10% de lodo como complemento al sustrato favorece el desarrollo del cultivo y aumenta el contenido de K total.
Es factible el uso de los lodos en concentraciones bajas para sistemas de producción de esta ornamental.
