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Extracción secuencial de Níquel, Cromo y Zinc enun suelo de la Cuenca del Lago de Valencia y

su acumulación en plantas de sorgo

Sequential extraction of Nickel, Chromium and Zinc ina soil of the Valencia Lake basin and its

accumulation in sorghum plants

M. Barrios S. y S. Longa M.

Departamento de Agronomía, Facultad de Agronomía, UniversidadCentral de Venezuela Maracay 2101

Resumen

Se realizó un ensayo en invernadero a fin de determinar las diferentesformas químicas de Ni, Cr y Zn en un suelo cultivado con sorgo, 35 días despuésde la siembra (dds). Las fracciones químicas de estos metales fueron caracteri-zadas a través de un proceso de extracción secuencial en cinco fases. Se aplica-ron al suelo tres dosis de cada elemento (D0, D1 y D2). Los resultados mostra-ron que la fracción asociada a óxidos de Fe y Mn fue mayoritaria para Ni y Zna D1 y D2, mientras que en Cr predominaron formas asociadas a la fracciónsoluble. A D0, la fracción más abundante de Cr y Zn fue la residual, mientrasque el Ni se asoció a óxidos de Fe y Mn. En este suelo predominan las fraccionesde Ni y Zn asociadas a óxidos de Fe y Mn, seguida por la fracción asociada amateria orgánica. Cuando estos metales fueron determinados en la planta, lamayor acumulación ocurrió en las raíces. La mayor producción de materia seca(hojas y raíces) se obtuvo a la D1 en los tratamientos con Zn y Cr, mientras quepara Ni fue mayor a la D0. Se observaron síntomas de toxicidad por Cr y unadisminución significativa del rendimiento en materia seca (tallos + hojas). Conrespecto al Ni, a la D2 las hojas presentaron clorosis intervenal localizada y laproducción de materia seca de raíces se redujo. En los tratamientos con Zn nose observaron síntomas de toxicidad en la planta. Se obtuvieron mayores valo-res de altura de planta a ambas dosis de Ni y la longitud promedio de raíces fuemayor a la dosis más baja de Cr.Palabras clave: Lago de Valencia, extracción secuencial, níquel, cromo, zinc,sorgo.

Recibido el 18-1-2006 Aceptado el 10-7-2006Autor de correspondencia e-mail: barriosm@agr.ucv.ve; soledadlonga@hotmail.com

Barrios et al.

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Abstract

Different chemical forms of Ni, Cr and Zn were determined in a soilcultivated with sorghum, 35 days after planting. The chemical fractions of themetals were characterized by sequential extraction analysis in five steps. Threerates of each metal were applied to soil (D0, D1 and D2). Results showed thatNi and Zn appeared as forms mainly associated with the Fe and Mn oxides atrates D1 and D2, while Cr resulted mainly associated with the exchangeablefraction. At rate D0, the most abundant fraction of Cr and Zn was the residualone, while Ni appeared mainly associated with Fe and Mn oxides. It seems inthis soil there is a predominance of Ni and Zn fractions associated to Fe and Mnoxides, followed by the fraction associated to organic matter. When these metalswere determined in plants, the highest concentration was found in roots. Thehighest production of dry matter, both leaves and roots, was found at the lowestrate (D1) for Zn and Cr treatments, while for Ni, it was higher at D0. Wereobserved Cr toxicity symptoms and a significant decrease in dry matter yield.In Ni treatments, leaves showed interveinal chlorosis and dry matter productionof roots decreased. In Zn treatments it wasn’t observed toxicity symptoms inplants. The highest height plant values were found at both rates of Ni (D1 andD2) and root length was higher at the lowest rate of Cr (D2).Key words: Valencia Lake, sequential extraction, Nickel, Chromium, Zinc,Sorghum.

Introducción

La composición mineral y mecá-nica del suelo tiene un gran efectosobre los metales pesados; particular-mente las asociaciones con las distin-tas fases y componentes del suelo,parecen ser fundamentales en su com-portamiento. La composición de me-tales pesados en los suelos está rela-tivamente bien establecida, aunqueexisten discrepancias en cuanto a losresultados analíticos, especialmenteen lo que respecta a las medicionesde cantidades muy pequeñas. Cono-cer la distribución de estos elementosentre los componentes del suelo y laforma química en la cual se presen-tan (especiación) es importante paradeterminar su efecto. Las cantidades

Introduction

The soil mineral and mechaniccomposition have a high effect on theheavy metals; particularly theassociations with different phases andsoil components. seems to be funda-mental in its behavior. Compositionof heavy metals in soils is relativelywell established even there arediscrepancies respect to the analyticalresults, specially in relation tomeasurements of very littlequantities. To know the distributionof this elements between the soilcomponents and the chemical form inwhich they are present (speciation) isimportant for determining its effect.The total quantities presents in soildo not represent an adequate

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totales presentes en el suelo no repre-sentan una medida adecuada de lapotencial toxicidad de un determina-do metal (4, 10, 11), su especiaciónquímica va a influir no solo en su dis-ponibilidad (según esté disuelto,adsorbido, ligado o precipitado) sinotambién en su grado de toxicidad.

Venezuela ha experimentado enlas últimas tres décadas un importan-te crecimiento poblacional, especial-mente en la región centro-norte-cos-tera. La Cuenca del Lago de Valenciaha sido una de las zonas más seria-mente afectadas por la actividad hu-mana: desarrollo de áreas industria-les y actividades agrícolas, conjunta-mente a la descarga de desechos sóli-dos y líquidos no tratados, que hanafectado tanto las aguas como los sue-los de la cuenca (15) (16). El estudiode los efectos de la contaminación pormetales pesados sobre los organismosvivos, se facilita a través del uso deplantas indicadoras, ya que ellas cons-tituyen sistemas abiertos y represen-tan el primer eslabón en las cadenastróficas de los ecosistemas. En el pre-sente trabajo se utilizó la planta desorgo como biomonitor de la acción delos metales Ni, Cr y Zn sobre su pro-ductividad, evaluando además algu-nos efectos tóxicos sobre lamorfofisiología de la planta.

En este estudio se analizan loscontenidos totales de Ni, Cr y Zn, suespeciación en la fase sólida y las re-laciones de estos elementos con otroscomponentes del suelo, además se es-tudian las relaciones entre los conte-nidos totales de estos metales y el cre-cimiento de plantas de sorgo, 35 díasdespués de la siembra.

measurement of the potential toxicityof a determined metal (4, 10, 11); itschemical speciation influencing notonly in its availability (depending onbe dissolved, adsorbed, linked orprecipitated) but also in its toxicitydegree.

In the last three decades, Vene-zuela has experimented a greatpopulation growing, specially in thenorth-cost region. Valencia Lakebasin have been one of the moreaffected regions by the humanactivity: developing of industrial areasand agricultural activities, in additionto the discharge of solid and liquidwastes without any treatment, whichhave affected not only waters but alsobasin soils (15) (16). The study of theeffects of pollution by heavy metalson the live organisms is facilitatethrough the use of indicators plants,since they constitute open systemsand represent the first link in thethrophic chains of ecosystems.Sorghum plant was used in this worklike biomonitor of the metals Ni, Crand Zn action on its productivity byalso evaluating some toxic effects onthe plant morphophysiology.

In this study the total contentsof Ni, Cr and Zn are analyzed. iIsspeciation in the solid phase and therelationships of these elements withother soil components besides therelationships of the total contents ofthese metals with sorghum plantgrowing, 35 days after planting.

Materials and methods

Simple superficial samples (0-20cm) were taken from a Mollic

Barrios et al.

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Materiales y métodos

Se tomaron muestras superficia-les simples (0-20 cm) del suelo Mollicustifluvent (con las característicasgenerales mostradas en el cuadro 1)en un área de una hectárea, localiza-da en la Estación ExperimentalSamán Mocho, ubicada en la zona deinfluencia de la Cuenca del Lago deValencia (10 05' 58'’ N; 67 51' 40'’ E)(figura 1). Esta zona está caracteri-zada por una fuerte antropización,dada la proximidad de zonas indus-triales y la utilización, durante mu-chos años de estos suelos, con finesagrícolas. El suelo triturado, tamiza-do y mezclado, fue colocado en bolsasde polietileno negro sobre platos delixiviación, en el invernadero. Se uti-lizó un diseño de bloques al azar con5 repeticiones. Los elementos evalua-dos fueron Ni, Cr y Zn, a dos dosiscada uno (D1 y D2), más un testigo(D0). En el cuadro 2 se muestran lasdosis aplicadas, las cuales se seleccio-naron en función de los valores críti-cos de suficiencia y toxicidad paracultivos agronómicos reportados en laliteratura (2, 5, 10, 19). Las dosis fue-ron agregadas al suelo en las bolsasantes de la siembra del cultivo.

Cada unidad experimental estu-vo constituida por 5 bolsas. Se sem-braron 6 semillas por bolsa y se reali-zó un entresaque a los 15 dds, dejan-do 2 plantas por bolsa. Las muestrasde suelo y de planta se tomaron 35dds. El suelo fue guardado en bolsasplásticas y las plantas fueron separa-das e identificadas por órganos y tra-tamientos para su posterior análisisen el laboratorio.

ustifluvent soil (with generalcharacteristics showed in table 1) inan area of one hectare located in theExperimental Station "Saman Mocho"located in the influence region of theValencia Lake basin (10 05' 58'’ N; 6751' 40'’ E) (figure 1). This region ischaracterized by a stronganthropization, because the proximityof industrial regions and theutilization during many years of thesesoils with agricultural purposes. Thegrind, sieve and mixed soil was placedin black polyethylene bags onlixiviation plates in the greenhouse.A split plot design with fivereplications was used. The evaluatedelements were Ni, Cr and Zn, at twodoses each one (D1 and D2), besides acontrol (D0). In table 2 the dosesapplied are shown which were chosenas a function of critical values ofsufficiency and toxicity foragronomical cultures reported inliterature (2, 5, 10, 19). Doses wereadded to soil in bags before cropplanting.

Each experimental unit wasformed by five bags, six seeds wereplanted by bag, and a picking out wasmade on day 15 days after planting,by leaving 2 plants by bag. The soiland plant samples were taken 35 daysafter planting. Soil was kept in plasticbags and plants were separated andidentified by organs and treatmentsfor its subsequent analysis in lab.

Determination and analysis ofsoil sample

The following analyticaldeterminations were accomplished:pH in water and in KCl; N soilsolution 1:2,5; electric conductivity

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Cuadro 1. Propiedades físico químicas del suelo bajo estudio.

Table 1. Physical and chemical properties of the studied soil.

Arcilla Limo Arena Textura pH en CE Materia CaCO3(%) (%) (%) agua (dS/m) orgánica (%)

1:1 (%)

19,2 28 52,8 Fa 7,53 1,23 5,53 30Contenidos totales (mg.kg-1) en el suelo P K Na Ca

87 70 54 2034Mg Ni Cr Zn176 1,09 0,44 7,83

Figura 1. Ubicación relativa del área de estudio (Fuente cartográfica:Servicio Autónomo de Geografía y Cartografía Nacional).

Figure 1. Relative location of the study area (Chartographic source:Autonomous Service of National Geography andChartography).

Determinación y análisis de lasmuestras de suelo

En este suelo se realizaron lassiguientes determinaciones analíti-cas: pH en agua y en KCl; N (relaciónsuelo-solución 1:2,5); conductividadeléctrica (relación suelo-solución 1:5);análisis mecánico (método deBoyoucos); carbonatos totales (me-

soil solution 1:5; mechanic analysis(Boyoucos method); total carbonates(through acid neutralization); cationexchange capacity; Fe and Mn oxides(6); organic matter; total nitrogen(Kjeldhal modified) and changeablebases (ammonium acetate). Themethodology used is describe in theSoils and Plants Analysis Methods

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diante neutralización ácida); capaci-dad de cambio total; óxidos de Fe yMn (6); materia orgánica; nitrógenototal (Kjeldhal modificado) y basescambiables (acetato de amonio). Seutilizó la metodología descrita en losMétodos de Análisis de Suelos y Plan-tas utilizados en el Laboratorio Ge-neral del Instituto de Edafología, Fa-cultad de Agronomía, UCV(7).

Para la determinación de loscontenidos de Ni, Cr y Zn en el suelo,se pesaron 0,5 g de muestra en unbeaker, se le agregaron 5 mL de HNO3y se colocó en una plancha de calen-tamiento (hasta formar una pasta). Sedejó enfriar. Se le agregaron 5 mL deagua destilada y 10 ml de HClO4 (ca-lentando hasta formar humus amari-llo intenso). Se centrifugó para seranalizado en absorción atómica (17).

El fraccionamiento de los ele-mentos se efectuó mediante un pro-cedimiento de extracción secuencialen 5 fases: soluble y/o de cambio, aso-ciada a carbonatos y/o extraíble a pH5, asociada a oxihidróxidos de Fe yMn, asociada a materia orgánica y

Cuadro 2. Tratamientos y dosis de Ni, Cr y Zn aplicados al suelo bajoestudio.

Table 2. Treatments and doses of Ni, Cr and Zn applied to the studiedsoil.

Dosis Tratamientos(mg.kg-1)

Níquel Cromo Zinc Testigo

1 2 3 4 5 630 90 30 60 15 30 0

Fuente Sulfato de Níquel Trióxido de Cromo Acetato de Zinc(NiSO4x6H2O) (CrO3(VI)) (ZnCH3CO(2)x2H2O) -

used in the General Laboratory of theInstitute of Edaphology. AgronomyFaculty. UCV(7).

For determining contents of Ni,Cr and Zn in soil, 0,5 g of sample wereweighted in a beaker; 5 ml of HNO3were added and it was placed on aheating griddle (until forming a pas-te). It left getting cold, 5 ml of distilledwater and 10 ml of HClO4 were added(by heating until forming intenseyellow humus). It was centrifuged forbeing analyzed on the atomicabsorption (17).

The elements fractioning wasmade through a sequential extractionprocedure in 5 phases: soluble and/orof change, associated to carbonateand/or extractable to pH 5, associatedto oxihydroxides of Fe and Mn,associated to organic matter and re-sidual, based on method proposed byTessier et al. (18) and modified byCala et al. (4). Experimental resultsshow that standard deviation of thisprocedure of sequential extraction isgenerally better than ±10%, so itsprecision is satisfactory (18). The ex-

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residual, basado en el método pro-puesto por Tessier et al., (18) y modi-ficado por Cala et al. (4). Resultadosexperimentales demuestran que ladesviación estándar de este procedi-miento de extracción secuencial esgeneralmente mejor que ±10%, por loque su precisión es satisfactoria (18).Las condiciones experimentales seresumen en el cuadro 3. Las concen-traciones de Ni, Cr y Zn fueron deter-minadas en todos los extractos porespectrofotometría de absorción ató-mica (Perkin Helmer Modelo 3110).

Determinación y análisis de lasmuestras de plantas

Se tomaron dos plantas por tra-tamiento, las cuales fueron separadase identificadas por órganos (raíces,tallos y hojas) y por tratamientos.Luego se lavaron con agua destiladaestéril para eliminar restos de impu-rezas y de suelo. Se secaron en unaestufa a 75ºC y se determinaron lospesos secos de raíces, tallos y hojas.Estas muestras fueron maceradaspara luego ser colocadas en un diges-tor y ser analizadas porespectrofotometría de absorción ató-mica (3).

Para determinar el contenido deCr, Ni y Zn en el tejido vegetal, se uti-lizó el método de oxidación a alta tem-peratura (cenizas) (3): se pesó 1 g demuestra seca en un crisol de porcela-na, incinerándolo en una mufla a500ºC por 2 horas. Luego se agregóagua destilada (10 mL) y de 3 a 4 mLde HNO3, se evaporó en un plato decalentamiento a 100-120ºC y se disol-vieron las cenizas con HCl a un volu-men de 15 mL. El análisis se realizópor espectrofotometría de absorciónatómica.

perimental conditions aresummarized in table 3.Concentrations of Ni, Cr and Zn weredetermined in all the extracts byspectrophotometry of atomicabsorption (Perkin Helmer Model3110).

Determination and analysis ofthe plants samples

Two plants were taken bytreatment which were separated andidentified by organs (roots, stems andleaves) and by treatment then, theywere washed with sterile and distilledwater for eliminating any rest ofimpurity and soil. They were dried ina gas heater to 75ºC and dry weightsof roots, stems and leaves weredetermined. These samples weremacerated and then placed in adigester for being analyzed byspectrophotometry of atomicabsorption (3).

For determining content of Cr,Ni and Zn in vegetal tissue. it wasused the oxidation method al hightemperature (ashes) (3) was used: 1 gof dry sample which was weighed ina porcelain crucible; then, it wasincinerated in a muffle furnace at500ºC by two hours. Then it wasadded 10 mL of distilled water plus 3to 4 mL of HNO3 , was evaporated ina heating plate to 100-120ºC andashes were dissolved with HCl to avolume of 15 mL. Analysis wasaccomplished throughspectrophotometry of atomicabsorption.

Statistical analysisEach response variable was

submitted to analysis of variance andtest of multiple ranks of Duncanbesides of determining correlations

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Análisis EstadísticoCada variable de respuesta fue

sometida a análisis de varianza yprueba de rangos múltiples deDuncan. Además se determinaron lascorrelaciones entre formas químicasde Ni, Cr y Zn y algunas característi-cas del suelo. Se utilizó el análisis dela varianza para relacionar los meta-les con las variables de planta.

Resultados y discusión

La caracterización de las diferen-tes formas químicas de Ni, Cr y Znañadidos al suelo, se llevó a cabo 35días después de la siembra del cultivo.

Contenidos totales de Ni, Cr yZn en el suelo

Las concentraciones totales deNi, Cr y Zn obtenidas en el suelo através del procedimiento de extrac-ción secuencial, se muestran en elcuadro 4. Los valores obtenidos seencuentran dentro de los intervalosde variación citados para suelos delmundo (11, 13), con excepción del Cr,cuya concentración estuvo por debajode los valores promedio.

Extracción secuencial de Ni, Cry Zn 35 dds

Los resultados muestran quecon la aplicación de este método elmetal menos extraído fue el Cr (1,72a 27,64%) aún cuando la distribuciónde este elemento en las diferentesfracciones indica una mayor asocia-ción del metal a formas móviles y dis-ponibles, tanto a la D1 como a la D2(figuras 2, 3 y 4). Esto pudiera estarrelacionado con las cantidades signi-ficativas de Cr asociadas además aóxidos de Fe y Mn. La presencia decompuestos de Mn pudiera tener el

between chemical forms of Ni, Cr andZn and some characteristics of soil.The analysis of variance was used forrelating metals with plant variables.

Results and discussion

The characterization of thedifferent chemical forms of Ni, Cr andZn added to soil was made 35 daysafter planting.

Total contents of Ni, Cr and Znin soil

The total concentrations of Ni,Cr and Zn obtained in soil throughsequential extraction procedure areshown in table 4. The values obtainedare inside the intervals of variationcited for soils of the world (11, 13) withexception of Cr whose concentrationwas below of mean values.

Sequential extraction of Ni, Crand Zn 35 days after planting.

Results shown that with theapplication of this method, the metalless extracted was Cr (1.72 to 27.64%)even when distribution of this elementin the different fractions shows amajor association of this metal tomobile and available forms (figures 2,3 and 4). This could be related withsignificant quantities of Cr associatedto oxides of Fe and Mn. The Mncompounds presence could have theeffect of oxidize the Cr III in the soil,which is insoluble, to forms moreavailable for plants (13). On the otherhand, soils have a high probability oftransforming Cr III to Cr VI, solubleand toxic (8). The pH of the soil andredox conditions also influence on theCr solubility. specially at alkaline pH,at which Cr is highly mobile (20).These two oxidation states (Cr III and

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Cuadro 4. Contenidos totales de Ni, Cr y Zn, a las dosis 0, 1 y 2, extraídosen las distintas fracciones de suelo.

Table 4. Total contents of Ni, Cr and Zn, to the doses of 0.1 and 2,extracted in different soil fractions.

Repet. Trat. F1 F2 F3 F4 F5 Total

(mg.kg-1)

NíquelD0 0 0 0,89 0,84 0,49 2,23

1 D1 0,21 0,77 3,80 2,86 0,63 8,27D2 1,58 1,94 19,5 16,32 3,84 47,34

D0 0 0,07 0,97 0,89 1,03 2,962 D1 0,77 2,04 8,10 5,89 1,92 18,72

D2 1,94 5,85 21,09 16,09 5,28 50,25

D0 0 0 0,85 0,88 0,88 2,613 D1 0,31 1,77 8,44 5,59 1,81 17,92

D2 0,64 4,70 20,76 13,66 4,39 44,15

D0 0 0 0,85 0,86 0,50 2,244 D1 0,21 0,73 3,38 2,80 0,60 7,72

D2 1,54 6,10 20,0 16,27 3,79 47,7

D0 0 0,02 0,81 0,79 0,50 2,125 D1 0,19 0,76 3,74 2,80 0,61 8,10

D2 1,55 6,17 19,05 16,40 3,78 46,95

CromoD0 0,43 0.26 0,08 0,21 0,74 1,72

1 D1 5,69 0,98 3,01 4,37 0,86 14,91D2 9,17 1,86 3,15 4,00 1,08 19,26

D0 0,43 0,27 0,05 0,24 1,22 2,212 D1 3,66 0,81 1,92 3,02 0,95 10,36

D2 8,78 3,18 4,89 6,30 1,24 24,39

D0 0,39 0,30 0,09 0,20 1,09 2,073 D1 5,00 2,05 3,19 3,52 1,21 14,97

D2 9,14 5,02 5,94 6,58 0,96 27,64

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Cuadro 4. Contenidos totales de Ni, Cr y Zn, a las dosis 0, 1 y 2, extraídosen las distintas fracciones de suelo (Continuación).

Table 4. Total contents of Ni, Cr and Zn, to the doses of 0.1 and 2,extracted in different soil fractions (Continuation).

Repet. Trat. F1 F2 F3 F4 F5 Total

(mg.kg-1)

CromoD0 0,50 0,25 0,07 0,24 0,79 1,85

4 D1 3,69 0,99 2,97 4,35 0,85 12,85D2 9,15 1,85 3,17 3,96 1,10 19,23

D0 0,44 0,29 0,09 0,23 0,73 1,785 D1 3,68 0,95 2,70 4,15 0,85 12,3

D2 8,88 1,84 3,05 4,32 1,11 19,2

ZincD0 0,10 0,48 2,78 1,10 11,8 16,26

1 D1 0,51 8,04 15,2 13,15 7,27 44,17D2 0,91 15,52 19,15 27,85 7,35 70,26

D0 0,12 0,45 2,84 1,19 12,00 16,62 D1 0,55 6,44 8,56 2,93 11,50 29,98

D2 1,09 12,16 14,96 4,72 11,17 44,10

D0 0,11 0,40 2.68 1,15 12,20 16,543 D1 0,69 15,62 12,9 3,00 1,70 33,91

D2 0,87 17,07 14,9 3,60 12,20 48,64

D0 0,11 0,50 2,88 1,09 11,80 16,384 D1 0,51 7,68 15,68 12,90 7,25 44,02

D2 0,93 15,55 18,52 28,35 7,28 70,63

D0 0,12 0,39 2,88 1,13 11,00 15,525 D1 0,51 7,68 15,75 12,95 7,28 44,17

D2 0,88 15,6 21,1 27,35 7,28 72,21

efecto de oxidar el Cr III en el suelo,el cual es insoluble, a formas más dis-ponibles para las plantas (13). Porotra parte, los suelos tienen una gran

Cr VI) are easily Interconvertible andthis depends on pH of theenvironment, presence of aerobic andanaerobic conditions and

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Figura 2. Distribución del níquel en las diferentes fracciones químicas.

Figure 2. Níckel distribution in the different chemical fractions.

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Figura 3. Distribución del cromo en las diferentes fracciones químicas.

Figure 3. Chrome distribution in the different chemical fractions.

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Figura 4. Distribución del zinc en las diferentes fracciones químicas.

Figure 4. Zinc distribution in the different chemical fractions.

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probabilidad de transformar el Cr IIIa Cr VI, soluble y tóxico (8). El pH delsuelo y las condiciones redox tambiéninfluyen en la solubilidad del Cr, es-pecialmente a pHs alcalinos, a los cua-les el Cr es altamente móvil (20). Es-tos dos estados de oxidación (Cr III yCr VI) son fácilmenteinterconvertibles y esto va a depen-der del pH del medio, de la presenciade condiciones aerobias o anaerobiasy de la temperatura (8). A la D0 hubopredominio de formas asociadas a lafracción residual, lo que indicaría quela mayor parte del Cr en este sueloestá asociado a formas no intercam-biables o no disponibles. En el cuadro5 se aprecian correlaciones significa-tivas (P≤0,05) entre el Cr y los óxidosde Fe y Mn. El Zn obtuvo los valoresmás altos de extracción (15,52 a72,21%) y el Ni obtuvo valores inter-medios (2,12 a 50, 25%) (cuadro 4). ElNi y el Zn se asociaronmayoritariamente a sólidos solublesdel suelo, probablemente como conse-cuencia de la prevalencia de estos óxi-dos en el suelo analizado. Esta mayorabundancia de óxidos de Fe y Mn pu-diera propiciar competencia con otroscomponentes del sistema en la reten-ción de estos metales (11). La mayorafinidad relativa del Ni y el Zn porsólidos reactivos del suelo, tales comomateria orgánica y óxidos de Fe y Mn,demuestran una mayor efectividad deestos compuestos en la retención deelementos traza. El Zn asociado a car-bonatos también es significativo y esposible que de esta fracción proven-gan las cantidades de Zn extraídas(figuras 2, 3 y 4). En el cuadro 5 seobserva además la relación negativaentre los contenidos de óxidos de Fe y

temperature (8). At D0 there waspredominance of forms associated toresidual fraction that would indicatethe high part of Cr in this soil isassociated to forms no exchangeableor not available. In table 5 significantcorrelations (P≤0.05) are observedbetween Cr and oxides of Fe and Mn.Zn obtained the higher extractionvalues (15.52 to 72.21%) and Niobtained intermediate values (2.12 to50.25%) (table 4). Ni and Zn wereassociated principally to soluble solidsin soil, probable as a consequence ofa prevalence of these oxides in theanalyzed soil. The high abundance ofFe and Mn oxides could causecompetence with other components ofthe system in retention of thesemetals (11). The high relative affinityof Ni and Zn to reactive solids of soil.such as organic matter and Fe and Mnoxides show a high effectiveness ofthese compounds in the retention ofthese metals. Zn associated tocarbonates is also significant and itis possible that from this fraction co-mes the quantities of Zn extracted (fi-gures 2. 3 and 4). In table 5 it is alsoobserved the negative relationshipbetween contents of Fe oxides and allthe fractions of Ni, Cr (except F5) andZn. which could indicate that Fe oxi-des in this soil have a tendency to formmore stable links with these metalsby adsorption phenomenon of specifictype (11). A negative relationship isalso appreciate between Mn oxidesand eall the fractions, except the re-sidual one; this would indicate a highassociation of Cr with these oxidesconsidered traditionally like retainersof this metals (11) and which the onesthey for links of some stability. It has

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todas las fracciones de Ni, Cr (excep-to la F5) y Zn, lo que pudiera indicarque los óxidos de Fe en este suelo tien-den a formar uniones más estables conestos metales por fenómenos deadsorción de tipo específico (11). Seaprecia también una relación negati-va entre los óxidos de Mn y todas lasfracciones, excepto la residual; estoindicaría una mayor asociación del Crcon estos óxidos, considerados tradi-

Cuadro 5. Coeficientes de correlación entre las formas de Ni, Cr y Zn ycontenidos de óxidos de Fe y Mn (mg.kg-1) y materia orgánica(%) en el suelo, a los 35 días después de la siembra.

Table 5. Correlation coefficients between forms of Cr and Zn andcontents of Fe and Mn oxides (mg.kg-1) and organic matter(%) in soil at 35 days after planting.

Formas químicas Óx-Fe Óx-Mn Materia orgánica

Ni (mg.kg-1) -0,64** - -Cambio (F1) -0,67** - -Carbonatos (F2) -0,70** - -Óxidos Fe y Mn (F3) -0,68** - 0,50*Materia orgánica (F4) -0,60* - -Residual (F5) -0,96** - -Total 0,90**Cr (mg-kg-1) -0,84** -Cambio (F1) -0,61* -0,65** -Carbonatos (F2) -086** -0,58* -Óx Fe y Mn (F3) -0,91** -0,60* 0,51*Materia orgánica (F4) - -0,58* -Residual (F5) 0,80** - -Total 0,69**Zn (mg.kg-1) -0,79** -Cambio (F1) -0,83** - -Carbonatos (F2) -0,86** - -Óx Fe y Mn (F3) -0,57* - 0,51*Materia orgánica (F4) -0,74** - -Residual (F5) 0,82** - -Total 0,89**

*P<0,05; **P<0,01; -: No significativo

been showed that Cr of soil occurs likeCr III inside of crystal clear structuresor mixed forms of Cr III and oxides ofFe III (13). The total values of Ni, Crand Zn as much as its differentchemical forms (except for the resi-dual fraction of Cr) show highlysignificant correlations with oxides ofFe (P≤0.01). Also, it can beappreciated that organic matter playsin this soil a more limited role on

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cionalmente como secuestradores deelementos traza (11) y con los cualestambién forman uniones de cierta es-tabilidad. Se ha demostrado que el Crdel suelo ocurre principalmente comoCr III dentro de estructuras cristali-nas o formas mezcladas de Cr III yóxidos de Fe III (13). Tanto los valo-res totales de Ni, Cr y Zn como susdistintas formas químicas (excepto lafracción residual de Cr) presentancorrelaciones altamente significativascon los óxidos de Fe (P≤0,01). Tam-bién se puede apreciar que la mate-ria orgánica desempeña en este sueloun papel más limitado en la retenciónde estos metales traza ya que solo pre-senta relación significativa (P≤0,05)con las fracciones de Cr, Ni y Znespecíficamente asociadas a este com-ponente. Resultados similares fueronobtenidos por Graña et al (11).

Metales en la plantaLa mayor acumulación de Ni, Cr

y Zn se encontró en las raíces, en com-paración con los tallos y las hojas(P≤0,05). Resultados similares fueronencontrados por Ahumada et al. (1)en raíces de celery y lechuga y porHernández-Herrera et al. (12). En elcaso de Zn los contenidos en las raí-ces fueron mayores a la dosis más baja(D1) (P≤0,05) (figura 5). Esto podríarelacionarse con una rápida respues-ta inicial de la planta a los primeros15 mg.kg-1 aplicados y a las cantida-des iniciales, relativamente altas, deZn en el suelo (7,83 mg.kg-1). La ma-yor producción de materia seca en lostratamientos con Zn, se obtuvo igual-mente a la D1 (P≤0,05) (figura 6). Esprobable que el Zn del suelo no hayaestado completamente retenido en loscomponentes minerales y haya pasa-

retention of these metals since onlyshows a significant relationship(P≤0.05) with fractions of Cr, Ni andZn specifically associated to thiscompound. Similar results wereobtained by Graña et al. (11).

Metals in plantThe high accumulation of Ni, Cr

and Zn was found in roots incomparison with stems and leaves(P≤0.05). Similar results were found byAhumada et al. (1) in celery and lettuceroots, and by Hernandez-Herrera et al.(12). In the case of Zn contents in rootswere superior at the lower dose (D1)(P≤0.05) (figure 5). This could be relatedto a rapid initial response of plant atthe first 15 mg.kg-1 applied and to theinitial quantities. relatively higher ofZn in soil (7.83 mg.kg-1). The higherproduction of dry matter in treatmentswith Zn was also obtained at D1(P≤0.05) (figure 6). It is probably thatsoil Zn has not been totally retained inthe mineral compounds and went to theaerial part of the plant (9). The highestmean plant height was observed incontrol treament (D0) (P≤0.05) (figure7). It is possible that the initial Zn ofsoil has been enough for supplyingrequirements of plant and startingfrom 15 mg.kg-1 appeared toxicitiesproblems to element. The roots meanlength was less in control treatmentand significant differences wereestablished between D1 and D2 (figu-re 8). Marschner (14) pointed out thatthis element in high concentrationsaffects soil fertility and crop yieldwherefore root shows a high growingand nutrients retention which afterwill be transported to the aerial partof plant. Cr and Ni were accumulatedin roots at the lower dose. High

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Figura 5. Relación entre el Zn total absorbido por la planta y el aplicadoal suelo.

Figure 5. Relationship between the total Zn absorbed by plant andapplied to soil.

Figura 6. Relación entre la producción de materia seca y el Zn aplicadoal suelo.

Figure 6. Relationship between dry matter production and the Znapplied to soil.

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do a la parte aérea de la planta (9).La mayor altura promedio de plantasse observó en el testigo (D0) (P≤0,05)(figura 7). Es posible que el Zn inicialdel suelo haya sido suficiente parasuplir los requerimientos de la plan-ta y que a partir de 15 mg/kg se ha-yan presentado problemas de toxici-dad al elemento. La longitud prome-dio de raíces fue menor en el testigo yno se establecieron diferencias signi-ficativas entre la D1 y la D2 (figura8). Marschner (14) señala que esteelemento en altas concentracionesafecta la fertilidad del suelo y el ren-dimiento del cultivo, por lo que la raízpresenta un mayor crecimiento y re-tención de nutrientes que luego serántrasladados hacia la parte aérea dela planta. El Cr y el Ni se acumula-ron mayormente en las raíces a ladosis más baja. Las altas concentra-ciones de estos elementos crean pro-

Figura 7. Relación entre la altura de la planta y el Zn, Cr y Ni aplicadosal suelo.

Figure 7. Relationship between the plant height and Zn, Cr and Niapplied to soil.

concentrations of these elements cau-ses toxicity problems which aretraduced in decreasing of grow anddry matter productions plants in Crtreatment, present red coloration andburnt leaves, besides a great rootselongation (figures 9, 10, 11 and 13).

Conclusions

In this soil are predominant thefractions of Ni, Cr and Zn associatedto Fe and Mn oxides at the three dosesapplied, followed by the fractionassociated to the organic matter. Inrespect to Cr and Zn, the forms thatcan be easily bioavailable (theexchangeable and the associated tocarbonates) represent between 40 and25% respectively of the total extractedmetals; this indicate that metals inthis forms can be absorbed by plantswith risk of being transferred through

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blemas de toxicidad que se traducenen disminución del crecimiento y laproducción de materia seca; en el casodel Cr hay la aparición de coloracionesrojizas y quemado de las hojas y unamayor elongación de las raíces (figu-ras 9, 10, 11 y 12).

Figura 8. Relación entre la longitud promedio de las raíces y el Zn, Cry Ni aplicados al suelo.

Figure 8. Relationship between mean lenght of roots and the Zn, Crand Ni applied to soil.

Figura 9. Relación entre el Cr total absorbido por la planta y el Craplicado al suelo.

Figure 9. Relationship between the total Cr absorbed by plant and Crapplied to soil.

the food chain as far as to the humanbeings.

Since the prevailing form of Niand Zn is the associated to Fe and Mnoxides, this would indicate that thisfraction could be a reserve of heavymetals that would be released when a

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Figura 10. Relación entre la producción de materia seca y el Cr aplicadoal suelo.

Figure 10. Relationship between the dry matter production and theCr applied to soil.

Figura 11. Relación entre el Ni total absorbido por la planta y el Niaplicado al suelo.

Figure 11. Relationship between the total Ni absorbed by plant andthe Ni applied to soil.

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Conclusiones

En este suelo predominan lasfracciones de Ni, Cr y Zn asociadas aóxidos de Fe y Mn, a las tres dosisaplicadas, seguidas por la fracciónasociada a materia orgánica. En elcaso del Cr y el Zn, las formas quepueden ser más fácilmentebiodisponibles (la intercambiable y laasociada a carbonatos) representanentre 40 y 25% respectivamente deltotal extraído de estos metales; estoindica que los metales en estas for-mas pueden ser absorbidos por lasplantas, con el riesgo de ser transfe-ridos a través de la cadena alimenti-cia, hasta los seres humanos.

Ya que la forma prevaleciente deNi y Zn es la asociada a óxidos de Fey Mn, esto indica que esta fracciónpuede ser reservorio de metales pe-sados que serían liberados al haber

Figura 12. Relación entre la producción de materia seca y el Ni aplicadoal suelo.

Figure 12. Relationship between the dry matter production and the Niapplied to soil.

change in the redox conditions occurand become bioavailable. Cr shows atendency toward forms of high labilitysince contents of this metal are higherin fractions 1 to 4 whereas forms moreretained (occluded in silicate nets) arelower. Significant differences were notfound for Cr associated to residualforms and it shows a high tendency ofassociation with fractions 1, 3 and 4.

Metals in plant are speciallyaccumulated in the root zone.Likewise, dry matter production wasseriously affected in Cr treatmentsand less affected in Ni treatments; inthe last ones it was observed tannedroots, typical symptom of Ni toxicity.The plants height was lower in Crtreatments whereas in the case of Niand Zn, significant differences werenot found for this variable to any ofdoses applied. The roots elongationwas significantly high Cr treatments

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un cambio en las condiciones de óxi-do-reducción y pasar a serbiodisponibles. El Cr muestra unatendencia hacia formas de mayor la-bilidad, ya que los contenidos de estemetal son superiores en las fraccio-nes 1 a 4, mientras que las formas másretenidas (ocluidas en redes desilicatos) son menores. No se encon-traron diferencias significativasestadísticamente para el Cr asociadoa las formas residuales y muestra unamayor tendencia de asociación con lasfracciones 1, 3 y 4.

Los metales en la planta ocurrenprincipalmente en la zona radical.Igualmente, la producción de materiaseca se vio afectada severamente enlos tratamientos con Cr y menos enlos tratamientos con Ni; en estos últi-mos se apreció bronceado de las raí-ces, síntoma específico de toxicidad alelemento. La altura de plantas fuemenor en los tratamientos con Cr,mientras que en el caso de Ni y Zn nose encontraron diferencias significa-tivas para esta variable, a ninguna delas dosis aplicadas. La elongación delas raíces fue significativamente ma-yor en los tratamientos con Cr, y nose apreciaron diferencias en esta va-riable para el Ni y el Zn.

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