Determinación de propiedades físicas y químicas de suelos con ...

Licenciada en Biología: Hilda Edith Huerta Cantera

Universidad Autónoma de Querétaro

Facultad de Ciencias Naturales Licenciatura En Biología

DETERMINACIÓN DE PROPIEDADES FÍSICAS Y QUÍMICAS DE SUELOS CON MERCURIO EN LA REGIÓN DE SAN JOAQUÍN, QRO., Y SU RELACIÓN

CON EL CRECIMIENTO BACTERIANO.

Que como parte de los requisitos para obtener el grado de:

Licenciado en Biología

Presenta: Hilda Edith Huerta Cantera

Dirigido Por:

Dr. Gilberto Hernández Silva

SINODALES Dr. Gilberto Hernández Silva Presidente Firma Dr. Juan Campos Guillen Secretario Firma

M. en C. Sara Solis Valdez Vocal Firma

M. en C. Joel Quesada Mejorada Suplente Firma

Campus Juriquilla Querétaro, Qro.

Septiembre del 2010 México.


DEDICATORIAS

A mis Padres Hilda Cantera Jiménez y Genaro

Huerta Rico,

por todo el apoyo brindado durante mi vida y

llegar a concluir este trabajo,

por estar conmigo en las buenas y en las malas en

todo momento,

por su empeño en darme siempre lo mejor.

A mis hermanas Ariana y Nancy por preocuparse

por mí y hacerme reír .


AGRADECIMIENTOS

Al Dr. Gilberto Hernández Silva por su poyo, paciencia y consejos brindados durante la realización de este trabajo.

A la Maestra Sara Solís Valdez por sus consejos y ayuda en todo momento tanto académico como moral.

A la Dra. Italia Mercado Sotelo por sus enseñanzas en el laboratorio.

Armando, por estar en estos momentos de mi vida.

Alejandro, por tu ayuda incondicional escuchándome, ayudándome cuando lo necesito.

A mis amigas Lulú, Jazmín por compartir muchos momentos buenos y otros no tan buenos.

A Fabián González Quijas, por su colaboración en el laboratorio de Edafología del Centro de Geociencias.


1. INTRODUCCIÓN 1

2. ANTECEDENTES 5

2.1 El suelo 5

2.2 Propiedades del suelo 6

2.2.1 Propiedades físicas químicas y biológicas 7

2.2.2 Textura del suelo 7

2.2.3 Porosidad 8

2.2.4 Densidad Aparente 8

2.2.5 Densidad Real 9

2.3 Propiedades químicas 9

2.3.1 pH del Suelo 9

2.3.2 Capacidad de Intercambio Catiónico 11

2.3.3 Materia orgánica 11

3. METALES PESADOS EN SUELOS 12

3.1 Concentración de mercurio en suelos y sedimentos: límites máximos permisibles 14

4. CICLO DEL MERCURIO E INTERACCIÓN BACTERIANA 15

4.1 Biosorpción de Metales 18

4.2 Caracterización de la biota del suelo 19

5. DESCRIPCIÓN DE LA ZONA DE ESTUDIO 21

5.1 Medio físico 21

5.1.1 Localización 21

5.2 Geología 22

5.2.1 Orografía

22

5.2.2 Hidrografía 23

5.2.3 Clima 23

5.2.4 Unidades y uso de suelo 24


5.3.1 Flora 24

5.3.2 Fauna 25

6. MINERÍA EN LA SIERRA GORDA 25

7. HIPÓTESIS 27

8. OBJETIVOS 28

9. MATERIALES Y MÉTODO 29

9.1 Trabajo de Campo 29

9.2 Métodos Analíticos 30

9.2.1 Conteo Bacteriano Unidades Formadoras de Colonias (UFC) 30

9.3 Método Estadístico

31

10. RESULTADOS 31

10.1 Caracterización de las muestras 31

10.2 Propiedades Químicas

32

10.2.1 Medición de pH

32

10.2.2 Materia Orgánica 32

10.2.3 Capacidad de Intercambio Catiónico 33

10.3 Propiedades Físicas 34

10.3.1 Velocidad de Infiltración y Densidad Real 34

10.3.2 Textura de Suelos 35

10.4 Propiedades Biológicas y Cantidad de Mercurio Total 35

10.4.1 Actividad Enzimática 35

10.4.2 Crecimiento Bacteriano 35

10.5 Análisis Estadísticos 37

11. DISCUSIÓN DE RESULTADOS 39

12. CONCLUSIONES 47

13. LITERATURA CITADA

49


RESUMEN El suelo desempeña funciones importantes en este planeta, actúa como medio filtrante

amortiguador y transformador; es hábitat de miles de organismos y es donde se llevan a cabo los

ciclos biogeoquímicos. El suelo puede llegar a contaminarse por la aportación de químicos, y

metales pesados debido a las actividades antropogénicas como la minería. La zona minera de la

región de San Joaquín, Querétaro ha sido explotada durante cientos de años produciendo grandes

cantidades de mercurio que han sido liberados al ambiente, convirtiéndose en un riesgo para la

salud no solo para las personas, sino también para la biota del suelo. El presente estudio consiste

en determinar la relación entre las propiedades físicas y químicas de los suelos con la

concentración de mercurio presentes en los mismos, y su influencia con el crecimiento bacteriano

edáfico. Para ello se llevó a cabo un muestreo de suelos en el municipio de San Joaquín

seleccionando 23 sitios georreferenciados. Se llevaron a cabo las siguientes determinaciones pH,

porcentaje de materia orgánica por el método de Walkley y Black (1947); Capacidad de

Intercambio Catiónico (CIC), por el método de versenato; textura por el método de Bouyoucos

(1963); velocidad de infiltración y densidad aparente siguiendo la metodología establecida en la

NOM-21-RECNAT 2000. Las propiedades biológicas determinadas fueron actividad enzimática

de la deshidrogenasa (Casida et al., 1964); crecimiento bacteriano y conteo de bacterias en medios

de cultivo Agar Luria-Bertani (LB) y en Agar Medio Mínimo (MM); se hizo un conteo de

Unidades Formadoras de Colonias (UFC) por cada muestra de suelo en los dos medios de cultivo.

Por otro lado, se llevó a cabo la determinación del contenido de mercurio total utilizando un

equipo de Espectrometría de Absorción Atómica modelo AMA 254. Los resultados para pH en

H2O muestran suelos que van de 7.5 a 8 considerándose de neutros a ligeramente básicos con

excepción del sitio 5, con 4,7. Los porcentajes de materia orgánica fueron muy variables; el valor

más bajo se encontró en el sitio 4 Santa Rita, con 0.2% de MO en comparación con la zona

arqueológica de Ranas 4 considerándose como un sitio rico con 21.9% de MO. La capacidad de

intercambio catiónico va de 7.59 a 77.97 cmol/Kg siendo de nueva cuenta el más bajo para Sta.

Rita, sitio 4 y el más alto para el sitio de Ranas 4, sitio 20. La velocidad de infiltración va de 75.1

mm/hr a 666.6 mm/hr; la densidad aparente de los suelos va de 1.7 para Toluquilla edificio 54,

sitio 23 y para Santa Rita de 3.09, sitio 4. La mayor parte de las muestras presentan una

granulometría franca, siendo solo el sitio 6 Santo Entierro y el Sitio 17 El Pacífico de textura

arcillosa. Entre las propiedades biológicas se encontró que la producción enzimática fue menor en


el sitio 19 Ranas 1 con 1.93 TPF; la producción más alta se registro para Mesa del Niño con

614.79 TPF µg/g. Los suelos con un menor número de unidades formadoras de colonias (UFC/g)

corresponde a Ranas 1, sitio 19 con 10000 UFC/g en medio de cultivo LB; en Medio Mínimo

(MM) corresponde a Ranas 4 sitio 20 con 25000 UFC/g; en el medio de cultivo MM no

aparecieron UFC en los sitios de Calabacillas sitio 3 y La Fé sitio 13. Los sitios con una gran

formación de colonias bacterianas en agar LB y en agar MM corresponden a Trincheras sitio 21

para ambos con 10000000 UFC/g y de igual manera para Mesa de Agua Fría con 10000000 UFC/g

sitio 16. El resto de los sitios muestreados presenta un moderado crecimiento de colonias

bacterianas. La concentración de mercurio total va de 0.5 mg/kg en el sitio de Santo Entierro,

4164.0 mg/kg para Azogues siendo muy variable en los 22 sitios restantes. Entre las propiedades el

suelo, las mayores correlaciones estadísticas que se encontraron fueron la densidad real con

materia orgánica (r = 0.80), densidad real con capacidad de intercambio catiónico (r = -0.77),

actividad enzimática con capacidad de intercambio catiónico (r = -0.55), materia orgánica con

capacidad de intercambio catiónico (r = 0.87) y materia orgánica con actividad enzimática (r =

0.50), todos con un P≤ 0.05). La cantidad de mercurio total y crecimiento bacteriano

aparentemente no están correlacionadas estadísticamente con las propiedades físicas y químicas

analizadas. La cantidad de mercurio total y crecimiento bacteriano aparentemente no están

correlacionadas estadísticamente con las propiedades físicas y químicas analizadas en este trabajo.

Los sitios tomados en cuenta para el muestreo son considerados como sitios contaminados, debido

a que rebasan los valores límites de Hg permisibles establecidos en la Norma Oficial Mexicana

NOM-147-SEMARNAT/SSA1-2004.

Licenciada en Biología: Hilda Edith Huerta Cantera 1

1. INTRODUCCIÓN

El suelo es un cuerpo natural, tridimensional, no consolidado, producto de la interacción de los

llamados factores formadores del suelo (clima, rocas, organismos, relieve, tiempo). Está

compuesto por sólidos (material mineral y orgánico), líquidos y gases, que se mezclan para formar

los horizontes o capas diferenciales, resultado de las adiciones, pérdidas, transferencias y

transformaciones de energía y materia a través del tiempo, y cuyo espesor puede ir desde la

superficie terrestre hasta varios metros de profundidad (Sposito, 1989 citado en Volke et al.,

2005).

El suelo desempeña funciones de gran importancia para el sustento de la vida en este planeta, es

fuente de alimentos para la producción de biomasas, actúa como medio filtrante, amortiguador y

transformador, es hábitat de miles de organismos, y el escenario donde ocurren los ciclos

biogeoquímicos. En el suelo se llevan a cabo la mayoría de las actividades humanas, sirviendo de

soporte físico y de infraestructura para la agricultura, actividades forestales, recreativas, y

agropecuarias, además la socioeconómica como vivienda, industria y carreteras (Volke et al.,

2005).

Tiene la propiedad de retener sustancias mecánicamente o fijarlas por adsorción; tiene la capacidad

de actuar como amortiguador y servir de acopio de materiales. Ambas características dependen

fuertemente del contenido de materia orgánica presente (Contreras, 2005).

Cuando la capacidad para almacenar materia se ve sobrepasada, ocurren muchos de los desastres

naturales como son las inundaciones, se impide o modifica el correcto actuar de la capacidad

tampón que presenta el suelo, convirtiéndose en un riesgo para la salud no solo de las personas,

sino también de todos los organismos que dependen y viven de él (Porta et al., 2003).

Como entidad viva, el suelo alberga organismos a los que les brinda nutrientes, sitio de desarrollo,

etc., y dentro de ellos una parte importante la constituyen los microorganismos Se consideran

microorganismos del suelo aquéllos que miden <200µm; en esta categoría se encuentran protozoos

y algunos nématodos, así como bacterias, actinomicetos, hongos y algas. Las bacterias son

organismos unicelulares cuyo tamaño no supera en general de 0.5 a 1 µm de diámetro y 2 µm de

largo; son las más numerosas en el suelo. El crecimiento microbiano más importante tiene lugar en

la superficie de las partículas del suelo, normalmente en la zona conocida como rizosfera. Se


estima que en un gramo de suelo en buen estado se puede encontrar hasta 600 millones de

bacterias, correspondiente entre 15 y 20 mil especies (Contreras, 2005).

Los protozoos son invertebrados, heterótrofos, esencialmente unicelulares de (5 a 40 Pm). Se

hallan en los horizontes de la superficie del suelo asociados a restos vegetales en descomposición.

Los hongos son heterótrofos y aerobios, desarrollan estructuras filamentosas denominadas micelios

formando largas hifas individuales de 1 a 20 μm de diámetro, lo que hace que su biomasa llegue a

ser comparable a la de las bacterias, a pesar de ser menos numerosos (Porta et al., 2003).

Dentro de los factores formadores del suelo los microorganismos juegan un papel muy importante

pues son los encargados de la fertilidad del suelo y degradación de la materia orgánica; además,

gracias al proceso de degradación, se liberan ciertos elementos esenciales para la nutrición de las

plantas; así, la fertilidad del suelo se puede ver incrementada por la presencia de azufre, fósforo, o

manganeso entre otros (Porta et al., 2003), además de ser indispensable en los ciclos

biogeoquímicos tanto del carbono, nitrógeno, mercurio como de muchos otros elementos.

Para que exista un adecuado crecimiento orgánico en el suelo, deben cumplirse ciertas condiciones

y combinarse factores diversos, cuando algunos factores importantes, como temperatura, pH

extremo, o contaminación química se imponen en un ambiente natural, la biota del suelo se ve

afectada, así como los procesos que regulan estos microorganismos ( Oliveira y Pampulha, 2006).

El suelo puede llegar a contaminarse con metales pesados, por variedades de fuentes

antropogénicas como la minería una de ellas. Varios estudios han demostrado que los parámetros

microbianos pueden ser utilizados como indicadores de cambio de condiciones de suelo causadas

por contaminación química.

Las aportaciones de contaminantes químicos a los suelos y especialmente la referida a metales

pesados, se ha asociado entre otras, a las actividades mineras, México posee una rica historia en

yacimientos minerales. La génesis del mercurio en el Municipio de San Joaquín, Qro ha sido

relacionada directamente con el magmatismo cenozoico. La mineralización se manifiesta a través

de yacimientos de tipo hidrotermal, casi, siempre en el entorno de los cuerpos intrusivos que allí

afloran. La mena de mercurio, aparece en la naturaleza como sulfuro de mercurio (HgS) o

cinabrio. Este mineral se aloja en fallas y fracturas formando vetas, de donde se deduce que la


mineralización ha sido controlada por un factor geológico de tipo tectónico-estructural. Las vetas

de cinabrio, que están encajonadas preferentemente en las formaciones carbonatadas del Cretácico

Inferior, son acompañadas por minerales de ganga como la calcita y el cuarzo, por lo que existe

también un factor geoquímico de tipo sílice-carbonato que parece controlar la mineralización del

mercurio en la región de San Joaquín (Martínez-Reyes et al., 2009).

La tradición minera en el país se remonta a la época prehispánica, con la explotación de

yacimientos ubicados principalmente en las zonas de Taxco, Pachuca, Guanajuato y Querétaro

(Cuapio et al., 2004). El distrito minero de San Joaquín, Querétaro ha sido una zona importante de

producción de mercurio durante distintas épocas. Se tienen indicios de minería incipiente durante

el periodo prehispánico evidenciado por tiros y socavones localizados al fondo de la barranca

aledaña a la zona arqueológica de Ranas, atribuidas a la cultura chichimeca serrana que fundó este

asentamiento. El mineral de mercurio que se explotaba como cinabrio era utilizado como pigmento

y como ofrenda (Cuapio et al., 2004).

En la Sierra Gorda la presencia del cinabrio y azogue (o mercurio nativo) propició que sus

habitantes desarrollaran técnicas mineras y metalúrgicas. La producción de éste en la región fue

variable durante la época prehispánica. Las minas resultaron irregulares ya que su desarrollo era

definido por la misma formación geológica; sin embargo, fueron perfectamente estables “como lo

prueba el hecho de que tantas y tantas obras mineras están aún abiertas desde hace 10, 20 o más

siglos en esta sierra”. La minería resurgió con irregularidad y muy lentamente durante el período

virreinal y alcanzó un auge muy importante aunque breve, en el tercer cuarto del siglo XX, entre

1954 y 1976 (Langenscheidt, 2006).

El impacto de la minería sobre el ambiente y la salud, se relaciona con la composición química y

concentración del mineral que se está extrayendo. En el caso del mercurio se conoce que ingresa al

suelo bajo la forma de mercurio metálico, puede llegar a oxidarse hasta la forma divalente (Hg2+),

una vez que el mercurio es oxidado interactúa con la superficie de los suelos a través de las

reacciones de adsorción, acomplejamiento entre otros, a fin de producir las diferentes especies

geoquímicas. (Carrasquero y Adams, 2003). Las especies de mercurio difieren grandemente en sus

propiedades, pero todas son tóxicas.


El mercurio es un elemento muy dañino para la salud pública y el medio ambiente; es

relativamente raro en la corteza de la tierra que es liberado por procesos naturales tales como la

erosión y vulcanismo así como por la minería (Gochfeld, 2003). Debido a la actividad

antropogénica, el mercurio puede causar deterioro en los ecosistemas, dañando las tierras de

cultivo, contaminando cuerpos de agua, así como el ingreso y la acumulación del metal en la

cadena alimenticia.

La contaminación de suelos se asocia con la entrada de sustancias que, a partir de una cierta

concentración, deben de considerarse como no deseable. El suelo puede contener una gran

variedad de elementos químicos, por lo que puede parecer difícil establecer a partir de qué

momento, un mismo elemento deja de ser beneficioso o indiferente, para pasar a tener la categoría

de contaminante. Para determinar la extensión y naturaleza de un sitio contaminado se debe

caracterizar el sitio mediante actividades de muestreo y análisis esto proveerá las bases para

adquirir la información técnica necesaria para desarrollar, proyectar, analizar y seleccionar técnicas

de limpieza más apropiadas. La caracterización se realiza en etapas, debido a que su principal

objetivo es la toma de decisiones basadas en información existente (Volke et al., 2005).

En este sentido, la caracterización de los suelos con metales pesados, resulta ser fundamental para

entender el comportamiento de los contaminantes así como la influencia que ejercen tanto en el

desarrollo del suelo como en la interacción de este recurso con otros elementos del ecosistema,

como sería la población bacteriana del suelo.

Es necesario llevar a cabo una caracterización de suelos de la región minera de San Joaquín Qro,

ya que si bien se sabe de la existencia de mercurio en estos, tanto por la formación geológica del

lugar y como por la actividad minera, las propiedades físicas y químicas de estos suelos pueden

arrojar datos importantes en cómo está afectando al ambiente, y cómo influyen estos factores en la

biota del suelo, en este caso las bacterias.


2. ANTECEDENTES

2.1 El suelo

Casi todos los suelos se forman a partir de roca (llamada roca madre) que es degradada

paulatinamente en partículas cada vez más pequeñas por procesos de intemperismo biológico,

químico y físico. Otros factores formadores del suelo son: el clima, los organismos vivos, el

relieve y el tiempo. Su acción determina la dirección, velocidad y duración de los procesos

formadores. La desintegración de la roca sólida en partículas minerales cada vez más finas y la

acumulación de materia orgánica en el suelo requieren un tiempo muy largo, por lo común de

miles de años. El suelo se forma de manera continua a medida que se va degradando la roca

madre. El espesor del suelo varía desde una película delgada hasta más de 3 metros (suelos

desarrollados) (Porta et al 2003).

El suelo está constituido por capas llamadas horizontes; el arreglo de los horizontes en el suelo se

llama perfil edáfico. Los horizontes se definen como una capa de suelo aproximadamente paralela

a la superficie, con características producidas por los procesos de formación, la textura, el espesor,

el color, la naturaleza química y la sucesión de los diferentes horizontes que caracterizan un suelo

y determinan su calidad. Los niveles que resultan de los procesos de formación de un suelo se

clasifican en seis grupos u horizontes principales O, A, E, B, C, R, los horizontes se observan en

la Figura 1 (Miller, 1994; Jaramillo, 2001 citado en Volke et al., 2005). La mayoría de los suelos

desarrollados poseen al menos los horizontes A, B, C, otros suelos no tan desarrollados carecen de

estos horizontes.


Figura 1. Esquema que muestra un perfil de suelo y los distintos horizontes que lo conforman. Modificado de enciclopedia en carta 2009 (Fuente: www.microsoft.com/spain/encarta). 2.1 Propiedades del suelo

Una propiedad física química o biológica del suelo es aquélla que caracteriza al suelo; por

ejemplo, la composición química y la estructura física del suelo están determinadas por el tipo de

material geológico del que se origina, por la cubierta vegetal, por el tiempo en que ha actuado el

interperismo (desintegración por agentes atmosféricos), por la topografía y por los cambios

artificiales resultantes de las actividades humanas a través del tiempo (Sposito 1989), citado en

Volke et al., 2005.

El horizonte B (iluvial) incluye las capas en las cuales tiene lugar la sedimentación proveniente de las capas superiores y a veces de las inferiores. Es la región de máxima acumulación de materiales como los óxidos de hierro, aluminio y de arcillas.

Horizonte O, compuesto principalmente por hojas, desechos animales, hongos y otros materiales orgánicos parcialmente descompuestos.

El horizonte A, es una mezcla porosa de materia orgánica descompuesta (humus), organismos vivos y algunas partículas minerales.

Zona de lavado infiltración: Capa mineral en la que ocurren pérdidas de arcillas, minerales y cationes por lixiviación, generándose una acumulación de arena y limo.

Material parental, capa compuesta por rocas, difícil de penetrar excepto por fracturas

Horizonte C, material parental parcialmente descompuesto, zona poco afectada por procesos pedogéneticos, compuesta por sedimentos y fragmentos de roca; presenta acumulación de sílice, carbonatos y yeso.


Las propiedades físicas de un suelo tienen mucho que ver con la capacidad que el hombre les da

para muchos usos. Las características físicas de un suelo en condiciones húmedas y secas para las

edificaciones, la capacidad de drenaje y de almacenamiento de agua, la plasticidad, la facilidad

para la penetración de las raíces, la aireación, la retención de nutrimentos de las plantas, etc. están

íntimamente conectados con la condición física del suelo (Porta et al., 2003).

2.2 Propiedades físicas

2.2.1 Textura del suelo

La textura de un suelo está determinada por las cantidades de partículas minerales inorgánicas

(medidas como porcentajes en peso) de diferentes tamaños (arena, limo y arcilla) que contiene. La

proporción y magnitud de muchas reacciones físicas, químicas y biológicas en los suelos están

gobernadas por la textura, debido a que ésta determina el tamaño de la superficie sobre la cual

ocurren las reacciones, además de la plasticidad, la permeabilidad, la facilidad para trabajar la

tierra, la sequedad, la fertilidad y la productividad que varían dependiendo de la región geográfica.

Las partículas de arena son comparativamente de tamaño grande (0.05-2mm) y, por lo tanto,

exponen una superficie pequeña comparada con la expuesta por un peso igual de partículas de

arcilla o de limo. La función que ésta tiene en las actividades físicas y químicas de un suelo es casi

insignificante, las arenas aumentan el tamaño de los espacios de los poros entre las partículas,

facilitando el movimiento del aire y del agua de drenaje. El tamaño de partícula de los limos va de

0.002 a 0.05mm, tiene una velocidad de intemperización más rápida y una liberación de

nutrimentos solubles para el crecimiento vegetal mayor que la arena. Los suelos limosos tienen

gran capacidad para retener agua disponible para el crecimiento vegetal. Las partículas de limo se

sienten suaves, semejantes a un polvo y tienen poca tendencia a reunirse o a adherirse a otras

partículas (Buckman y Brady, 1966).

El tamaño de partícula de los suelos arcillosos es menor a 0.002mm; tienen la capacidad de

retener agua contra la fuerza de gravedad. La fracción de arcilla, en la mayoría de los suelos, está

compuesta de minerales que difieren grandemente en composición y propiedades en comparación

con la arena y el limo. El componente arcilloso de un suelo es fundamental para determinar

muchas características de éste, debido a que las partículas de arcilla tienen un área superficial


mayor. Cada partícula de arcilla tiene cargas eléctricas negativas en su superficie externa que

atraen y retienen cationes de manera reversible. Muchos cationes como potasio (K+) y magnesio

(Mg), son esenciales para el crecimiento vegetal y son retenidos en el suelo por las partículas de

arcilla.

2.2.2 Porosidad

Fracción agua/gases. Los espacios o poros que hay entre partículas sólidas (orgánicas e

inorgánicas) del suelo, contienen diversas cantidades de dos componentes inorgánicos clave: el

agua y el aire. El agua es el principal componente líquido de los suelos y contiene sustancias

minerales, oxígeno (O2) y bióxido de carbono (CO2) en disolución, mientras que la fase gaseosa en

los suelos está constituida por aire. Dependiendo del contenido de humedad del suelo, los poros se

encuentran ocupados por agua o por aire (Aguilera, 1989).

2.2.3 Densidad Aparente

La densidad aparente, es la medida en peso del suelo por unidad de volumen (g/cc), se analiza con

suelos secados al aire o secados en la estufa a 110˚C. La densidad aparente está relacionada con el

peso específico de las partículas minerales y las partículas orgánicas así como por la porosidad de

los suelos. Si se considera cierto volumen de suelo en sus condiciones naturales, es evidente que

solo cierta proporción de dicho volumen está ocupada por el material del suelo (Aguilera, 1989).

El resto lo constituyen espacios intersticiales que, en condiciones ordinarias de campo, están

ocupados en parte por agua y en parte por aire. El peso de la unidad de volumen de suelo con

espacios intersticiales es lo que da la densidad aparente (Wooding, 1967).

Casi todos los suelos minerales tienen una densidad aparente que varía de 0.4 a 2.0 g/cc. La

densidad aparente es importante para estudios cuantitativos de suelo. Los resultados de las

densidades aparentes son fundamentales para calcular los movimientos de humedad, los grados de

formación de arcilla y la acumulación de los carbonatos en los perfiles de suelo, Los suelos

orgánicos tienen muy baja densidad aparente en comparación con los suelos minerales (Aguilera,

1989).


2.2.4 Densidad Real

Un medio de expresión del peso del suelo se manifiesta según la densidad de las partículas sólidas

que lo constituye. Normalmente se define como la masa (o peso) de una unidad de volumen de

sólidos del suelo y es llamada densidad de la partícula; aunque pueden observarse variaciones

considerables en la densidad de los suelos minerales, individuales; la mayor parte de los suelos

normales varían entre los límites estrechos de 2,60 a 2,7 g/cc. Debido a que la materia orgánica

pesa mucho menos que un volumen igual de sólidos minerales, la cantidad de ese constituyente en

un suelo afecta marcadamente a la densidad de partículas. Como consecuencia, los suelos

superficiales poseen generalmente una densidad de partículas más baja que la del subsuelo. La

densidad más alta en estas condiciones, suele ser de 2,4g/cc. También se le define como el peso de

un volumen conocido comparado con el peso de volumen igual de agua (Buckman y Brady,

1966).

2.3 PROPIEDADES QUÍMICAS

La química de suelos es la ciencia que estudia las propiedades químicas del suelo y de sus

componentes inorgánicos y orgánicos, así como los fenómenos a que da lugar la mezcla de esos

componentes. (Bornemisza, 1982). Algunas propiedades químicas del suelo son:

2.3.1 pH del Suelo

Una de las características del suelo más importantes es su reacción, ésta ha sido debidamente

reconocida debido a que los microorganismos y plantas superiores responden notablemente tanto a

su medio químico, como a la reacción del suelo y los factores asociados con ella. Tres condiciones

son posibles: acidez, neutralidad, y alcalinidad (Buckman y Brady, 1966).

Por lo general la acidez del suelo es común en todas las regiones donde la precipitación es alta, lo

que ocasiona la lixiviación de grandes cantidades de bases intercambiables de los niveles

superficiales de los suelos; en este caso, la solución del suelo contiene más iones hidrógeno (H+)

que oxidrilos (OH-). Los suelos alcalinos son característicos de las regiones áridas y semiáridas; la

alcalinidad se presenta cuando existe un alto grado de saturación de bases. La presencia de sales


especialmente de calcio, magnesio y sodio en formas de carbonatos da también preponderancia a

los iones (OH-) sobre los iones (H+) en la solución del suelo (Millar et al., 1971).

Existen dos grupos de factores que provocan cambios en el pH del suelo: (1) los que resultan del

aumento del hidrógeno adsorbido y (2) los que aumentan el contenido de bases adsorbidas. Uno de

los factores que provocan la acidez en el suelo es la descomposición de la materia orgánica ya que

se forman ácidos tanto orgánicos como inorgánicos; el ácido orgánico que se encuentra con mayor

frecuencia es el ácido carbónico (CO3 H2). Éste ácido remueve grandes cantidades de bases por

disolución o lixiviación. Los ácidos inorgánicos, tales como ácido sulfúrico (H2SO4) y el ácido

nítrico (HNO3), son reservorios importantes de iones H en el suelo. (Buckman y Brady, 1966).

Cualquier proceso que pueda aumentar el contenido de bases intercambiables como el Ca, Mg, K y

Na, contribuirá a la reducción de la acidez y aumento de la alcalinidad. Uno de los procesos de

formación de bases es el intemperismo ya que extraen cationes cambiables de los minerales y los

hacen aprovechables por adsorción. Otro proceso es la adición de materiales que contienen bases

tales como las calizas; las aguas de riego son otro factor ya que el agua contiene sales minerales de

diferente tipo, siendo sus cationes adsorbidos por los coloides del suelo. Las condiciones que

permiten a las bases intercambiables permanecer en el suelo aumentarán también los valores de pH

(Buchkman y Brady, 1966).

Algunas de las fluctuaciones de pH ocurren durante las diferentes estaciones del año, por ejemplo

durante el verano el pH de los suelos minerales tiende a disminuir sobre todo bajo cultivo, debido a

los ácidos producidos. En invierno y primavera se observa un aumento del pH, seguramente a

causa de las actividades bióticas. Como resultado, la influencia de la alcalinización de la solución

tenderá a aumentar el pH. Los microorganismos del suelo son influenciados por las fluctuaciones

de la reacción de la solución del suelo. Las bacterias y los actinomicetos funcionan mejor en suelos

minerales con pH intermedios y elevados, siendo su actividad muy reducida cuando el pH

desciende por debajo de 5.5. Un suelo con pH intermedio, por ejemplo de 6 a 7, es el que presenta

mejor régimen biológico, ya que las condiciones nutrientes son favorables sin ser extremas y la

asimilación del fósforo está en el máximo (Porta et al., 2003).


De acuerdo a los valores de pH la clasificación de suelos puede variar entre los expertos de la

ciencia del suelo, sin embargo, de manera general se dice que un suelo es fuertemente ácido si su

pH es menor que 5.0 lo que indica que es muy deficiente en bases; moderadamente ácido, si el

suelo tiene un pH que varía de 5.0 a 6.0, lo que indica moderada deficiencia de bases; ligeramente

ácido cuando el suelo tiene un pH menor que 7.0 pero generalmente más que 6.0; neutro debido a

que tiene un pH de aproximadamente 7.0; básico cuando el suelo tiene un pH mayor a 7.0 y

alcalino cuando el pH es mayor a 8.5 cuando esto sucede indica la presencia de sodio. Esta

clasificación del valor de pH se ve influenciado por los procesos antes mencionados (Porta et al.,

2003).

2.3.2 Capacidad de Intercambio Catiónico

La capacidad de intercambio catiónico (CIC) de una muestra de suelo o de alguno de sus

componentes, expresa: el número de moles de iones de carga positivos adsorbidos que pueden ser

intercambiados por unidad de masa seca, bajo unas condiciones dadas de temperatura, presión,

composición de la fase liquida y una relación de masa-solución dada. Un mol de carga positiva

equivale a 6.02X1023 cargas de cationes adsorbidos.

En unidades SI la CIC se expresa en centimoles de carga positiva por kilogramo, cmol(+) kg-1 o

bien cmolc kg-1. Con anterioridad se venía utilizando como unidad el meq/100g, cuyo uso se halla

todavía muy extendido. El valor numérico es el mismo con ambas unidades (Porta et al., 2003).

2.3.3 Materia orgánica

La materia orgánica del suelo constituye la fracción orgánica que incluye residuos vegetales y

animales en diferentes estados de descomposición, tejidos y células de organismos que viven en el

suelo así como sustancias producidas por los organismos del suelo. La parte más estable de esta

materia orgánica se llama humus, que se obtiene de la descomposición de la mayor parte de las

sustancias vegetales o animales añadidas al suelo. La fracción orgánica del suelo regula los

procesos químicos que allí ocurren, influye sobre las características físicas y es el centro de casi


todas las actividades biológicas en el mismo, incluyendo la microflora y la fauna (Bornemisza,

1982).

Los proceso químicos en lo que interviene la materia orgánica son:

1.- El suministro de elementos nutritivos por la mineralización en particular la liberación de

nitrógeno, fósforo, azufre y micronutrientes disponibles para las plantas.

2.- La estabilización de la acidez del suelo por su poder amortiguador.

3.- La contribución a la capacidad de cambio catiónico de los suelos, importante para los suelos de

textura arcillosa de tal capacidad de cambio y elevada retención de cationes.

4.- La regularización de los niveles de disponibilidad de nutrimentos principales y de elementos

menores mediante la formación de sustancias orgánicas que constituyen compuestos solubles, no

iónicos (complejos internos) con cationes de valencia variable, Estas sustancias llamadas

“quelatos”, móviles en el suelo, son también importantes en los procesos edafogenéticos. Se sabe

que los ácidos orgánicos del suelo influyen de manera apreciable en la solubilización y

movilización de componentes inorgánicos (Bornemisza, 1982).

5.- Los fenómenos de absorción.

La materia orgánica también afecta algunas propiedades físicas muy importantes del suelo como:

- La estructura del suelo; favoreciendo la formación de agregados individuales, reduciendo la

agregación global del suelo y disminuyendo la plasticidad del mismo.

- El uso más eficiente del agua; se sabe que la materia orgánica mejora la infiltración del

agua en el suelo (Bornemisza, 1982).

3. METALES PESADOS EN LOS SUELOS

El suelo como ya se mencionó es un recurso natural, de suma importancia del que depende el ser

humano; representa un historial casi permanente de dispersión, depósito y transformación de

elementos procedentes tanto de materiales geológicos como de actividades antropogénicas que

generan problemas del suelo o acentúan los ya existentes, como agotamiento de minerales, erosión,

salinización o adición de metales pesados; estos últimos se conocen como causantes de problemas

en las actividades agropecuarias, en la industria, en la salud pública y en las aéreas naturales

(Hernández et al., 2005).


Un metal es un elemento que es buen conductor de la electricidad, es flexible y posee brillo,

algunos metales son necesarios para los seres vivos, tales como el magnesio, cobre, manganeso,

hierro, zinc, y selenio, pero pueden llegar a ser tóxicos si rebasan ciertos límites de concentración

en el organismo. Químicamente se entiende por metal pesado aquel cuya densidad es mayor de

5g/cm3, pero la costumbre ha hecho que la connotación se emplee para aquéllos que son tóxicos y

que en realidad abarcan los grupos de transición y postransición (Cd, Cr, Cu, Ni, Pb, y Zn) al igual

que el de los metaloides (As, Hg y Se) (Jiménez, 2001).

El mercurio (Hg) es un líquido metálico 13.6 veces más denso que el agua, tiene un valor de

presión significante 1.22x10-3 mmHg a 20 °C y calor de vaporización de 14.7 cal mol-1 a 25 °C.

En la naturaleza, el Hg puede existir como metal o formando parte de compuestos orgánicos e

inorgánicos. Entre las características geoquímicas más importantes del Hg se encuentra la afinidad

para establecer uniones muy fuertes con el azufre (S) y forma compuestos organomercúricos

relativamente estables en medios acuosos. El sulfuro de mercurio (HgS), conocido como cinabrio,

es el mineral de mercurio más frecuente en la naturaleza.

Las especies de Hg inorgánico se presentan como divalente [Hg(II)], monovalente [Hg(I)] y sin

carga (Hg0, metal líquido). El Hg(II) forma complejos fuertes con el Cl- en ambiente oxidante,

intensificando la solubilidad y también muestra una alta afinidad por los sulfuros en ambientes

reductores, formando HgS insoluble. El Hg (II), pero no el Hg(I) es estable en solución acuosa a

pH neutro. El Hg(I) existe como Hg22+ en ambientes ácidos. El Hg(II) se encuentra frecuentemente

en forma gaseosa, en soluciones acuosas y forma complejos sencillos con Cl- a pH 7 produciendo

HgCl+ soluble, y HgCl2 incluso a bajas concentraciones de Cl-. A pH neutro y básico, el Hg2+

forma complejos fuertes con OH- Cl- y compuestos orgánicos, pero está presente únicamente en

cantidades traza en la mayor parte del medio ambiente (Davis et al, 1997).

El mercurio (Hg) se usa mucho en los sectores industrial, médico y agrícola. Se han registrado

más de 2000 aplicaciones distintas (Internacional Joint Comisión, 1993). En Estados Unidos se

emplea para la fabricación del cloro y sosa (28%), pilas (28%) y pinturas (12%). En Canadá, el

42% se emplea para aparatos eléctricos o industriales y el 58% para la fabricación electrolítica


(principalmente cloro y sosa). Es subproducto durante la combustión del carbón y el petróleo

(Jiménez, 2001).

En el sector industrial es utilizado para la fabricación de tubos fluorescentes y ciertos aparatos

eléctricos; en la fabricación de plásticos como catalizador, en la fabricación de espejos y acabado

de superficies, para la fabricación de conductores y baterías; en la industria farmacéutica para la

fabricación de termómetros, amalgamas, en el sector agrícola los compuestos del Hg orgánico eran

usados como fungicidas en el tratamiento de semillas.

El Hg que se encuentra en forma inorgánica, generalmente en agua potable, es deficientemente

absorbido y afecta al riñón. La forma inorgánica es como ion Hg2+, que tiene una afinidad muy

especial por enzimas y catalizadores del cuerpo humano y se sintetiza en la naturaleza, y por el

hombre, a partir de Hg inorgánico. El Hg es tóxico y no cumple con ninguna función fisiológica

útil para el hombre, destruye el tejido celular, ataca el sistema nervioso central, afecta los sentidos

y finalmente provoca la muerte. El Hg y sus compuestos inorgánicos no son rápidamente

absorbidos en el torrente sanguíneo cuando es ingerido, situación que no sucede cuando entra por

los pulmones.

Las consecuencias toxicológicas de exposición de Hg a humanos fueron ampliamente reconocidos

en los años cincuentas y sesentas en Japón e Irak. En Minamata Japón la población local sufrió

envenenamiento al consumir peces contaminados con mercurio por las descargas de este elemento

en las aguas locales. En Irak la población fue expuesta a altos niveles de Hg al consumir semillas

que habían sido tratadas con fungicidas mercuriales como conservadores. En ambos casos la forma

del mercurio no fue inorgánica (Davis et al., 1997).

3.1 Cantidad de mercurio en suelos y sedimentos límites máximos permisibles

La abundancia del mercurio en la corteza terrestre se ha reportado desde 0.08 ppm; la

concentración en suelos no contaminados llega a ser de 0.007 ppm, (Lutz, 2005).

En una revisión hecha sobre la geoquímica y bioaccesibilidad de mercurio en suelos y sedimentos

Davis et al, (1997) afirman que los niveles de Hg son generalmente <10 ng/g en materiales tales


como granito, feldespatos y arcillas mientras que, el nivel en suelos no mercurificos y sedimentos

en áreas no directamente impactadas por descargas antropogénicas o emisiones volcánicas pueden

tener un rango que va de 50 a 200 ng/g incrementándose con la proximidad a áreas urbanas.

Hernández et al mencionan (2005) que el contenido de mercurio en todas las rocas magmáticas es

muy bajo, no excediendo de 0.01μg·kg-1. En calizas y dolomitas, los rangos varían de 0.04 a 0.05

μg·kg-1; reportando una mayor concentración para rocas sedimentarias de origen terrígeno,

incluyendo sedimentos arcillosos, en particular en pizarras y esquistos ricos en materia orgánica,

de 0.20 a 0.40 μg·kg-1, además; de el contenido medio de Hg en el suelo puede ser considerado en

un rango de 50 a 300 μg·kg-1. Por consiguiente, los contenidos de Hg que sobrepasen estos valores,

pueden ser considerados como contaminación antropógenica o proceder de cualquiera otra fuente

(Kabata-Pendias y Pendias, 1992). Finnecy y Pearce (1986) establecen como concentración

máxima permisible para condiciones europeas 2.0 μg·kg-1; mientras que Page et al. (1988) sugieren

que para condiciones canadienses el límite permisible es 0.5 μg·kg-1 (Hernández et al., 2005).

Generalmente, los suelos orgánicos tienen una mayor concentración de mercurio que los suelos

minerales. Esto es debido básicamente, a la capacidad que tiene el humus de ligarse con el Hg

(Johansson et al., 1988). Datos reportados para distintos suelos en ambientes diversos señalan una

concentración media de Hg que no sobrepasa las 400 μg·kg-1. Los niveles medios más elevados se

reportaron en Histosoles de Canadá (400 μg·kg-1). En suelos inundados en Japón y Vietnam, se

reportaron para ambos suelos 350μg·kg-1. De igual manera, en suelos orgánicos y arcillosos de

Estados Unidos, las concentraciones promedio más altas se encontraron en Histosoles con un

contenido de 280 μg·kg-1 y en suelos limosos con 130 μg·kg-1. Probablemente los suelos orgánicos

y los inundados retengan una mayor cantidades de Hg (Hernández et al., 2005).

La norma oficial de México establece que la cantidad de mercurio permisible en suelo agrícola,

residencial o comercial es de 23 mg/kg; y para uso industrial es de 310 mg/Kg; el contenido limite

en agua es de 0.020 mg/L si se rebasan estas cifras se considera como sitio contaminado.

4. CICLO DEL MERCURIO E INTERACCIÓN BACTERIANA

Los elementos químicos transitan sucesivamente por los distintos compartimentos que integran el

ecosistema en el que se encuentren. Este compartimento da lugar a un ciclo cuyas características


son específicas para cada elemento. La intervención de los seres vivos en los ciclos de los distintos

elementos en la naturaleza lleva a denominarlos ciclos biogeoquímicos. En el ciclo

biogeoquímicos de un elemento, éste sufre cambios en su estado de oxidación y se mueve de un

compartimento a otro del sistema. El potencial de un ecosistema para actuar en el ciclo

biogeoquímicos depende de las características, cualitativas y cuantitativas de los microorganismos

de dicho ecosistema. Los microorganismo desempeñan un importante papel en el ciclo al degradar

y sintetizar compuestos orgánicos ya que al morir liberan la energía de sus constituyentes que

vuelve a ser disponible para el crecimiento de nuevos organismos en el sistema (Porta et al., 2003).

La causa principal de la existencia del Hg en la atmósfera son las emisiones naturales que se

derivan de la actividad volcánica y la combustión de combustibles fósiles; en suelos y sedimentos

es el intemperismo de rocas y suelos. Las entradas de Hg en el ambiente inciden en la cadena

alimenticia y por ello, actualmente es considerado como un riesgo a la salud en muchas áreas,

especialmente donde la industria es la fuente principal de contaminación de Hg. Sin embargo la

gran mayoría de los flujos de Hg son re-emisiones de la liberación de Hg a partir de fuentes

antropogénicas y depósitos transportados (Krabbenhoft et al., 2006).

El ciclo del mercurio se lleva a cabo en cuatro compartimentos conectados entre sí, (atmosférico,

terrestre, acuático y biótico) que controlan la especiación y el flujo del Hg. Éste es emitido a la

atmósfera en forma elemental (Hg0). La estimación actual de la emisión de Hg total post industrial

en la atmósfera es de cerca de 25Mmol, incluyendo mercurio de fuentes naturales y

antropogénicas; se estima que esta última fuente contribuye con cerca de un 70% del total. La vida

media del Hg en la atmósfera es de 1-1.5 años (Krabbenhoft et al., 2006). Nriagu y Pacyna (1998)

mencionan que la entrada de Hg antropogénico en el ambiente es de 6x106 Kg/año.

La estimación total de Hg producido y las descargas en el ambiente por fuentes antropogénicas y

naturales en el transcurso de la historia son impresionantes, las cifras estiman que se producen

638x106 kg de Hg y 741x106 kg de Hg es liberado a la atmósfera, así como 118x106 kg es

liberado en el agua y 806x106 Kg liberado en el suelo (Crock, 1996).


Davis et al., (1997) afirman que la especiación de Hg de fuentes antropogénicas es alrededor del

53% como Hg0, 37% como mercurio gaseoso reactivo y 10% asociado a partículas Hg.

Las emisiones de mercurio de suelos terrestres y compartimentos oceánicos son casi

exclusivamente de Hg0 con trazas de formas iónica de mercurio divalente (Hg(II)). El mercurio

elemental gaseoso tiene una alta volatilidad, baja reactividad, y baja tasa de disposición comparada

con la forma oxidada Hg (II). La transferencia de mercurio entre la atmósfera y la superficie de la

tierra es controlada por la oxidación de Hg0 y la reducción de las especies de Hg(II). Los suelos

terrestres representan un almacén muy grande de Hg; la especiación del Hg es dominada por

Hg(II). Una vez depositado, el Hg es rápidamente absorbido por las plantas y la capa de humus del

suelo y posteriormente por los constituyentes minerales. La concentración de mercurio total

encontrado en los sedimentos de humedales tiende a ser similar a aquéllos que se encuentran en las

capas de humus de suelo del bosque (Krabbenhoft et al., 2006).

El mercurio aportado al ciclo anterior por las actividades del hombre es un orden de magnitud

inferior al aportado por causas naturales. Los suelos del bosque generalmente tiene una

concentración máxima de metil mercurio en humus de <0.5 ng.g-1 y concentraciones

insignificantes en la fracción mineral. Los sedimentos en humedales pueden tener elevadas

concentraciones de metil mercurio, llegando en algunos casos a 40 ng.g-1 como una consecuencia

de tasas altas de biometilación en situ. En suelos y sedimentos el Hg probablemente está asociado

con materia orgánica y óxidos de hierro bajo condiciones oxidantes y con la materia orgánica y

sulfuros bajo condiciones reductoras. La fuerte asociación del mercurio con la materia orgánica es

debido a la gran cantidad de ésta en suelos y sedimentos. La materia orgánica interactúa con

óxidos de Fe y sulfuros, así los ciclos de oxido reducción del hierro que impacta a la materia

orgánica también impacta al Hg asociado (Krabbenhoft et al., 2006).

La evasión de Hg0 de compartimento terrestre es un importante componente del ciclo del Hg, que

es fuertemente controlado por la humedad del suelo, la luz incidental y la temperatura de suelo;

estos controles han sido demostrados para ambientes que contienen un amplio rango de

concentraciones de Hg en suelos y otros parámetros del suelo (Krabbenhoft et al., 2006).


Las bacterias se observan íntimamente involucradas en las conversiones de compuestos

inorgánicos y orgánicos del mercurio. El primer descubrimiento de tales actividades microbianas

fueron hechas por Jensen and Jernelo (citado en Lutz, 2005) quienes demostraron la producción de

metilmercurio a partir de cloruro de mercurio (HgCl2); después de este descubrimiento

establecieron que la metilación se producía por bacterias y hongos.

Las bacterias y hongos logran reducir el Hg2 a Hg0; el mercurio elemental es adsorbido por el

suelo, sedimentos y sustancia húmicas o perderse en la atmósfera. Una parte del Hg2 llega a ser

metilado a través de la acción de bacterias y hongos. Algunos de los iones de mercurio cargados

positivamente como el metilmercurio así como iones de fenilmercurio, son fijados por suelos

cargados negativamente, partículas de sedimento y por materia húmica y, en consecuencia, llegar

hacer inmovilizados. Esto explica cómo las concentraciones son mayores en el mantillo que en

subsuelo; los iones que no son fijados son diseminados con el movimiento del agua. Algunos iones

de metilmercurio se convierten en dimetilmercurio volátil, el cual escapa rápidamente de la

atmósfera, suelo y agua.

Algunas bacterias metilan el metilmercurio formando dimetilmercurio volátil; esto es una forma de

destoxificación cuando ocurre en suelos o sedimentos ya que este compuesto es insoluble en agua

y escapando a la atmósfera. Tanto el metilmercurio como el fenilmercurio son reducidos a Hg0 por

algunas bacterias. El fenilmercurio también es convertido microbianamente a difenilmercurio. Sin

embargo, esta reacción no es enzimática, puesto que los microorganismos capaces de metabolizar

el mercurio son generalmente resistentes a sus efectos tóxicos. El ciclo del mercurio en la

naturaleza está bajo la influencia de los microorganismos (Lutz, 2005).

4.1 Biosorpción de Metales

En el conjunto de los procesos biológicos del suelo, la actividad microbiana es la más destacada.

La superficie bacteriana adsorbe un gran número de metales; los grupos carboxilo y fosforilo son

importantes en la unión de metales, aunque el grupo carboxilo puede elevar el pH y el grupo amino

puede ser importante en la sorción de aniones. Las constantes de protonación y constantes de


estabilidad de metal varían ligeramente entre especies diferentes. La superficie bacteriana puede

adsorber apreciables cantidades de metales (Ahmad et al., 2005).

Ledin y colaboradores (Ahmad et al., 2005) demostraron que los microorganismos constituyen

<2% del total de masa del suelo y absorben más de 35% del agregado total de Zn, Cd, y Hg.

Similarmente se ha demostrado que la actividad microbiana en suelo reduce la disponibilidad del

Cd. Los microorganismos facilitan el transporte de metales a través de suelos arenosos por medio

de la generación de exopolisacáridos y la adsorción celular directa. La adsorción del cadmio a la

célula bacteriana facilita o inhibe el transporte del cadmio a través de la columna del suelo. Es

difícil la cuantificación completa de estos vectores de microorganismos-metal, se sabe que los

metales contaminantes alteran el metabolismo microbiano y no son bien conocidos los procesos

metabólicos que controlan la unión mineral a la superficie.

Los microorganismos del suelo pueden impactar la geoquímica del metal por una gama amplia de

mecanismos directos e indirectos. Entre los mecanismos directos se incluyen: biosorpción,

producción de agentes quelantes y alteración metabólica directa del estado de oxidación. Los

indirectos surgen de las interacciones microbiológicas con el ambiente circundante del suelo y es

mucho más difícil de cuantificar. Entre los mecanismos indirectos se incluyen: alteración del

estado de oxidación del metal por las reacciones con el Fe (II) u otro reductor generado

microbianamente, causando alteraciones químicas en la superficie de aluminosilicatos vía

reducción microbiana del Fe (III) , precipitación de carbonatos por ureolisis bacteriana, disolución

de carbonatos vía microbiana, formación de minerales del sulfuro vía microbiana, y nucleación

mineral en las superficies bacterianas (Ahmad et al., 2005).

4.2 Caracterización de la biota del suelo

La biología del suelo es un componente significativo de la calidad del suelo y juega un papel de

suma importancia en la fertilidad del suelo y en la producción primaria a través de la

descomposición de la materia orgánica y el ciclo de nutrientes. Las pruebas biológicas son una

herramienta importante para estudiar los impactos negativos de los contaminantes y para

caracterizar la composición y el funcionamiento de la biota del suelo (Mikanova, 2006).


Los bioindicadores microbianos se basan en la diversidad funcional y estructural de la comunidad

bacteriana. La diversidad funcional se define como número, tipo, actividad y tasa en los cuales un

conjunto de substratos es utilizado por una comunidad bacteriana. Entre los indicadores de

diversidad funcional, la utilización del modelo del carbono y la medida de actividades enzimáticas

expresada por la comunidad bacteriana entera, se ha sugerido como la herramienta útil para evaluar

el estado de la tierra. La diversidad estructural se define como el número de partes o elementos

dentro de un sistema, indicado por medidas tales como el número de especies, genes, comunidades

o ecosistemas. Varios índices como la riqueza de la especie, diversidad y uniformidad son

utilizados para describir la diversidad estructural de una comunidad que supervisa los cambios en

la diversidad microbiana debido a las fluctuaciones del ambiente, manejo de uso y contaminación

de la tierra. La diversidad estructural de una comunidad bacteriana es muy sensible a cambios del

medio ambiente ya que reaccionan con una alteración en su composición. En varios casos, la

variación en la población microbiana y actividad, podría funcionar también como un indicador de

cambio en la salud del suelo Avidano (2005) concluye, que el uso de distintos indicadores

biológicos, como el perfil metabólico en el suelo, el modelo de actividad enzimática, la densidad

bacteriana, la diversidad y riqueza de especies bacterianas parece ser más eficaz e informativo que

el análisis de solo parámetros.

Mikanova (2006) señala que diferentes parámetros microbianos son buenos indicadores de los

niveles de contaminación de suelos por metales pesados. La actividad enzimática puede ser un

indicador sensitivo de la actividad biológica total en un suelo.

Las enzimas pueden tener varios orígenes y son localizados en distintos componentes del suelo;

por esta razón, la actividad enzimática reacciona de diferente manera a diferentes tipos de

degradación de suelo. La actividad enzimática del suelo depende de las características físicas y

químicas del suelo y de los contaminantes tales como los metales pesados ya que estos factores

causan cambios en la actividad enzimática.

Mikanova (2006) también menciona que la biomasa microbiana puede ser usada como un

indicador de cambios en la composición de la materia orgánica.


Oliveira y Pampulha (2006) midieron como parámetros microbiológicos claves la actividad

enzimática de la deshidrogenasa que es muy sensitiva para determinar los efectos de metales

pesados en la actividad fisiológica de la biomasa microbiana del suelo. Otro parámetro es medir el

contenido de ATP y el número de bacterias aeróbicas en un cultivo, como la cantidad de unidades

formadoras de colonias; con tales parámetros, los resultados obtenidos reflejan que ciertos grupos

de microorganismos del suelo son particularmente sensitivos a una contaminación a largo plazo.

Müller et al., (2001) llevaron a cabo un estudio sobre la adaptación de comunidades bacterianas a

la contaminación del mercurio utilizando cajas llamadas Biolog micotitre (Ecoplates) en presencia

de Hg (II) y se compararon con Ecoplates libres de Hg(II). El suelo se trató con cuatro diferentes

concentraciones de mercurio. La diferencia en el perfil de utilización de sustrato, como se muestra

en el crecimiento en diferentes sustratos de carbono 31 en el Ecoplato, sugiere una adaptación de la

comunidad del suelo que se correlaciona con el nivel de exposición de mercurio en el suelo. De

forma similar, el crecimiento en platos micotitre suplementados con LB y los datos obtenidos de

un cultivo en cajas petri mostraron una mayor tolerancia de la comunidad bacteriana a mayores

niveles de mercurio en el suelo.

5. DESCRIPCIÓN FÍSICA DE LA ZONA DE ESTUDIO

5.1 Medio físico

5.1.1 Localización.

El municipio de San Joaquín se localiza al Oriente del Estado de Querétaro, entre las coordenadas

geográficas 99° 28’ y los 99° 40’ de longitud Oeste, y entre los 21° 03’ y 20 ° 52’ de latitud Norte;

la cabecera municipal se encuentra a una altura de 2422 msnm. Al norte y poniente limita con los

municipios de Atarjea, Xichú y Santa Catarina, pertenecientes al estado de Guanajuato; al oriente

por el municipio de Pinal de Amoles y al sur los municipios de Cadereyta de Montes y Tolimán.

El municipio, está conformado por 37 localidades y ocupa una superficie de 499.0 km2 el cual

representa el 7.2% del territorio estatal.


5. 2 Geología

San Joaquín se ubicaen la provincia de la Sierra Madre Oriental, dentro de la subprovincia Carso

Huasteco; se localiza en su totalidad en la porción central-norte de la entidad. Está formada

principalmente por rocas marinas de cuenca, plataforma y arrecifales; con edades desde el Jurásico

Superior (150 millones de años) al Cretácico Superior (70 millones de años). En menor proporción

por rocas ígneas extrusivas e intrusivas del Terciario (50 millones de años) y sedimentos

continentales cuaternarios (menos de un millón de años) (Gómez et al., 2002).

Estructuralmente la región se caracteriza por la presencia de grandes fallas inversas así como

pliegues anticlinales y sinclinales orientados al NW-SE los cuales afectan a las formaciones

marinas mesozoicas. Tuvieron su origen durante la Orogenia Laramide a finales del Cretácico y

principios del Paleógeno. El fallamiento y fracturamiento cenozoicos, juntamente con el activo

magmatismo de esta era geológica favorecieron la mineralización de esta parte de la Sierra Gorda,

especialmente la mineralización de mercurio en la región de San Joaquín (Martínez-Reyes et al.,

2009).

5.2.1 Orografía

San Joaquín se encuentra enclavado en la Sierra Gorda de Querétaro, entre zonas montañosas y

boscosas; por lo que su topografía es muy accidentada, con cerros que llegan a los 2680 metros de

altura y barrancas profundas de hasta 700 metros. Estas montañas siguen el alineamiento de la

Sierra Gorda que se interna al sur-oriente, tal como se observa en Gatos, Azogues, San Joaquín y

San Juan Tetla, entre otros.

Las mayores elevaciones las constituyen los cerros de Maguey Verde, Mojonero y San Antonio,

en la Tabla No. 1 se muestran las coordenadas y la altitud de estas elevaciones.


Tabla 1. Las mayores altitudes presentes en el municipio de San Joaquín Qro.

Cerro Coordenadas Altitud

Maguey Verde 99° 34’ 15” - 20° 56’ 45” 2300

Mojonero 99° 31’ 28” - 20° 56’ 08” 2340

San Antonio 99° 35’ 30” - 20° 55’ 23” 2680

5.2.2 Hidrografía

La red hidrológica municipal se encuentra dentro de la cuenca del río Moctezuma, aunque

formando parte de la subcuenca del Extórax. Desde el sur del municipio, el Arroyo Grande,

después llamado la Orduña, capta múltiples escurrimientos entre los que se encuentra el de la

Zahúrda, y el de la misma cabecera, que sale de San Joaquín con rumbo a Noreste para llegar al río

Extórax.

5.2.3 Clima

En el municipio prevalece el clima de tipo templado-húmedo con verano fresco y una temperatura

media anual de 13.6° C; siendo los meses de abril y mayo los más calurosos, con un promedio de

30° C. La precipitación pluvial anual promedio va de 600-1000 milimetros. La estación invernal se

presenta en los meses de noviembre, diciembre y enero, al cambiar la dirección de los vientos del

Norte que propician el descenso de la temperatura que, en algunos días, está por debajo de los –3°

C; ocasionando las denominadas “candelillas”. En el municipio prevalecen cuatro tipos de climas

(Tabla 2).

Tabla 2. Características de los cuatro tipos de climas presentes en el municipio de San Joaquín Querétaro. Tipo de Clima Tiempo de duración (%)

Semicálido subhúmedo, con lluvias en verano, de humedad media 19.8

Semicálido subhúmedo, con lluvias en verano, de menor humedad 34.2

Templado subhúmedo, con lluvias en verano, de mayor humedad 33.00

Templado subhúmedo, con lluvias en verano, de menor humedad 6.9


5.2.4 Unidades y Uso del Suelo.

En el municipio de San Joaquín se presentan 5 grandes grupos de suelo (Gómez et.al., 2002).

Luvisol crómico, Cambisol, Regosol, Rendzina y Litosol.

Luvisol crómico: Presentan niveles medios de fertilidad, de color rojizo, ácidos y con un

horizonte de acumulación de arcilla; son suelos delgados con un contenido de materia orgánica de

pobre a moderado.

Regosol: Suelo joven, con una capa superficial delgada de color claro y en algunas ocasiones de

color obscuro, tiene baja capacidad de retención de humedad y con fertilidad baja.

Litosol: Puede ser de color gris negruzco o amarillo rojizo, según la roca de la que se origine; es

delgado en su horizonte superficial (menos de 10 cm), arenoso o arcilloso, con alto contenido de

calcio o magnesio, pero bajo en potasio.

Rendzinas: Son suelos de pradera delgados, de color oscuro y desarrollados sobre rocas calizas

blandas, de pH neutro a alcalino (Buckman y Brady, 1966).

Cambisol: Suelos con una fertilidad elevada, se sitúan sobre materiales precámbricos.

La actividad principal en el municipio es agrícola, en la que predomina la siembra de cultivos de

temporal y en menor medida, cultivos de riego. Otro porcentaje más pequeño es utilizado para

vivienda, comercio, oficinas y espacios públicos (Gómez et al., 2002).

5.3 Flora y Fauna

5.3.1 Flora

La vegetación originaria de San Joaquín corresponde de manera predominante a matorral xerófilo,

representado principalmente por matorral submontano, bosque de encino y pinos, así como bosque

tropical caducifolio. En el municipio de San Joaquín se encuentran pinares del tipo piñonero de la

especie Pinus cembroides, así como encinos de ocho a doce metros de alto dominados por Quercus

mexicana y Quercus castanea. La principal vegetación en el 60 % de la superficie del municipio es

de tipo boscoso (Gómez et al., 2002).


5.3. 2 Fauna

Consiste en pequeñas especies como: coyote, zorra, tejón, tlacuache, ardilla, algunas de las aves

registradas en San Joaquín son: Cathrus guttatus (mirlillo solitario), Catherpes mexicanus

(Saltapared barranquero), Colibri thalassinus (Colibrí de orejas azules), Empidonax difficilis

(mosquerito barraquero).

6. MINERÍA EN LA SIERRA GORDA

En México la producción de mercurio proviene de yacimientos que se localizan principalmente en

los estados de San Luis Potosí, Querétaro y Guerrero (Martínez –Reyes et al., 2009).

El distrito minero de San Joaquín, Querétaro ha sido una zona importante de producción de

mercurio durante distintas épocas. Se tienen indicios de minería incipiente durante el periodo

prehispánico evidenciada por tiros y socavones localizados al fondo de la barranca aledaña a la

zona arqueológica de Ranas, atribuidas a la cultura serrana que fundó este asentamiento. El

mineral de mercurio que se explotaba era el cinabrio utilizado como pigmento y como ofrenda en

la región del clásico Maya (Cuapio et al., 2004).

El aprovechamiento prehispánico de la riqueza mineral de la sierra Gorda estuvo acorde con las

circunstancias particulares de cada tiempo y lugar. Así, se puede asegurar que durante la etapa

lítica (aproximadamente desde 30 000 hasta 7 000 a.C.) los habitantes de la sierra tuvieron un

mundo rústico de vida, de cazadores recolectores que aprovechaban las rocas y minerales para

producir puntas de proyectil y lascas cortantes, además de raspadores. Durante la etapa siguiente,

en los periodos Cenolítico superior y protoneolítico (entre 7000 y 2500 a.C.), afinaron sus

artefactos tallados y elaboraron “muelas” con mano, vasijas de piedra y metates, en la medida en

que se dedicaban a la agricultura, sobre todo al cultivo de maíz; además que los grupos se hacían

sedentarios. La riqueza mineral del cinabrio y azogue, presentes por muchas partes de la Sierra

Gorda, propició que sus habitantes desarrollaran precozmente las técnicas mineras y metalúrgicas.

En la Sierra Gorda el cinabrio y el azogue (o mercurio nativo) tuvieron una producción variable

durante la época prehispánica desde el siglo X d.C. Debido a su importancia regional durante


aproximadamente doce siglos de explotación, la minería merece una mención especial en la

historia prehispánica de la Sierra Gorda. Se localizaba el yacimiento con base a de indicios

superficiales y se trabajaba el acceso siguiendo los hilos de la veta, lo que configuró pasadizos,

galerías, pozos, contrapozos y aún salones cuando se daba un ensanchamiento del yacimiento. Las

minas resultaron irregulares ya que su desarrollo era definido por la misma formación geológica;

sin embargo, fueron perfectamente estables “como lo prueba el hecho de que tantas y tantas obras

mineras están aún abiertas desde hace 10, 20 o más siglos en esta sierra”. La minería resurgió con

irregularidad y muy lentamente durante el periodo virreinal y alcanzó un auge muy importante

aunque breve, en el tercer cuarto del siglo XX, entre 1954 y 1976 (Langenscheidt, 2006).

El auge minero de San Joaquín se da en la década de los 60 del siglo pasado, a pesar de las

condiciones insalubres en que laboraban los mineros, la falta de tecnología para el desarrollo de las

minas y la obtención de mercurio en hornos de retorta muy rudimentarios. En esta zona se alcanzó

a producir hasta 3.9 toneladas de mercurio semanalmente, lo que permitió que México llegara a

ocupar el cuarto lugar como productor. Quedan como evidencia las ruinas de las instalaciones

mineras. A partir de los 70´s las obras mineras se detienen debido a la baja de los precios del

mercurio provocado por las características tóxicas del elemento y a la búsqueda de sustitutos para

su aplicación industrial. Algunas minas de mercurio que se encuentran en San Joaquín son: La

Maravilla, El Otatal, La Perla, La Lana, Los Puerquitos y La Azteca (Cuapio et al., 2004).


7. HIPÓTESIS

Se asume que, debido a la presencia de innumerables minas de mercurio que se localizan en la

zona de estudio, los suelos, tendrán una correlación significativa entre algunas propiedades físicas,

químicas y biológicas de los suelos, con la concentración de mercurio total y el crecimiento

bacteriano.


8. OBJETIVOS

-Determinar la correlación entre las propiedades físicas y químicas y la cantidad de mercurio total

en suelos de San Joaquín Qro.

-Determinar si las características de estos suelos afectan el crecimiento bacteriano


9. MATERIALES Y MÉTODOS

9.1 Trabajo de campo

Se llevó a cabo un muestreo en el municipio de San Joaquín seleccionando 23 sitios

georreferenciados. Para la ubicación de estos se tomaron en cuenta las diferentes unidades de

suelo, sus distintos usos y ubicación respecto a sus actividades; la colecta de muestras se realizó

considerando un muestreo mixto, para ello se tomaron 4 submuestras de cada sitio a una

profundidad de 25cm; posteriormente se mezclaron, cuartearon y homogenizaron a fin de obtener

una muestra representativa. A continuación se muestra el mapa y una tabla con los sitios de

muestreo.

Figura 2. Mapa de los sitios muestreados en el municipio de San Joaquín Qro.


Tabla 3. Nombres de los 23 sitios de Muestreo del Municipio de San Joaquín Qro.

SITIOS MUESTREADOS

1 La Maravilla

2 La Maravilla

3 Calabacillas

4 Santa Rita

5 Vergel

6 Santo Entierro

7 Mesa del Niño

8 Lagunitas

9 Noreste Ovejas

10 La Esperanza

11 El Deconí

12 Las Ovejas

13 La Fe

14 La Fe

15 Azogues

16 Mesa de Agua Fría

17 El Pacífico

18 Zona arqueológica de Ranas I

19 Zona arqueológica de Ranas I

20 Zona arqueológica de Ranas 4

21 Trincheras

22 Zona arqueológica de Toluquilla mina II

23 Zona arqueológica de Toluquilla edificio 54


9.2 Métodos Analíticos.

Las muestras de suelos fueron secados a temperatura ambiente (22–25ºC), cuarteadas y tamizadas

con un tamiz de malla de 10 mm de abertura. Para la caracterización de estos suelos, se determinó

el pH en agua y en cloruro de potasio (KCl) mediante los métodos AS-02 y AS-04, siguiendo la

NOM-21-RECNAT 2000; porcentaje de materia orgánica por el método de Walkley y Black

(1947); Capacidad de Intercambio Catiónico CIC, por el método de versenato; textura por el

método de Bouyoucos (1963), la velocidad de infiltración y densidad aparente siguiendo de igual

manera la NOM-21-RECNAT 2000. La caracterización de propiedades biológicas abarcó la

determinación de actividad enzimática de la deshidrogenasa (Casida et al., 1964) y crecimiento

bacteriano y conteo de bacterias en medios de cultivo Agar Luria-Bertani (LB) y en Agar Medio

Mínimo (MM) y se hizo un conteo de Unidades Formadoras de Colonias (UFC) por cada muestra

de suelo en los dos medios de cultivo. Por otro lado, se llevó a cabo la determinación del contenido

de mercurio total utilizando un equipo de Espectrometría de Absorción Atómica modelo AMA

254, (Bartha et al, 2009).

9.2.1 Conteo Bacteriano, Unidades Formadoras de Colonias (UFC).

Para el Conteo Bacteriano (UFC) se pesó 1g de suelo seco tamizado, se colocó en un tubo de

ensaye y se diluyó en 9 ml de buffer Cloruro de sodio al .85% posteriormente se agitó durante 5

minutos con un vortex, se tomó un mililitro de la mezcla y se diluyó en otro tubo de ensayo con 9

ml de la solución salina y así sucesivamente hasta llegar a la dilución 10-4; de estas diluciones se

tomaron las más representivas que fueron las diluciones 10-2 y 10-3, de las cuales se tomaron 20µl

de la dilución del suelo que se colocaron en cajas petri que contiene Agar Luria- Bertani (LB) y en

Agar Medio Mínimo (MM). Las muestras se incubaron a temperatura de 27˚C durante 24 hrs. Esta

metodología se empleo para los 23 sitios de muestreo y la siembra se hizo por duplicado;

posteriormente se llevo a cabo el conteo de UFC, utilizando la siguiente fórmula:

Número de UFC g-1 de suelo = (número de colonias) (factor de dilución)

dilución inicial (ml)


9.3 Método Estadístico

Con los datos obtenidos se llevó a cabo un análisis estadístico, utilizando correlaciones y análisis

de regresión múltiple manejando el programa STATISTICA.

10. RESULTADOS

10.1 Caracterización de las muestras

En la Tabla 4 se señalan los resultados de los análisis físicos y químicos, el contenido de mercurio

total, así como el crecimiento bacteriano.


Tabla 4. Características físicas y químicas del suelo

*DR= densidad real, *VI= velocidad de infiltración, *MO = materia orgánica, *CIC= capacidad de intercambio catiónico, *Hg mercurio total, *TPF= Actividad enzimática de la deshidrogenasa* AgarLB UFC/g= unidades formadoras de colonias, * Agar MM UFC/g = unidades formadoras de colonias

Propiedades *D.R *V.I

mm/hr

*TEXTURA *pH

en

H2O

*MO

%

*Hg

Total

mg/Kg

*CIC(cmol/Kg) *µg

TPF/g

*AgarLB UFC/g

*AgarMM

UFC/g

Sitios

La Maravilla 2.35 153.8

Migajón arenoso 7.5 1.9 28.3 26.45 10.5 3x10 4 2.50x 10 4

La Maravilla 1.82 418.2

Migajón arcilloso 7.7 10.1 314.0 41.86 80.26 1.7X105 8.95x 105

Calabacillas

1.67 221.4

Migajón arcillo arenoso 7.8 14.2 336.0 57.5 202.81 1.X 105 0

Santa Rita 3.09 296.2 Franco 8.0 0.2 69.6 7.59 5.38 1.75X 105 4.50x104

Vergel 1.55 247.0 Franco 4.7 10.9 270.0 69 412.8 6.25 x 105 1.60x105

Santo Entierro 2.19 75.1 arcilloso 7.5 3.5 0.5 26.45 65.78 1.1x 105 1.10x105

Mesa del Niño

1.83 666.6

Migajón arcillo arenoso 7.5 15.9 346.0 48.3 614.79 5X104 4.15x105

Lagunitas 2.17 414.9

Migajón arcilloso 7.6 5.6 88.9 24.38 75.9 3.5X 10 4 8x104

Noreste Ovejas 1.91 290.1 Franco 7.9 5.8 66.1 24.84 126.5 1.14x106 1.78x106

La Esperanza 1.79 371.1 Franco 7.9 7.0 164.0 24.38 32.89 4 X 10 4 5.50x104

El Deconí 1.93 208.3 Franco 7.9 8.5 595.0 25.3 455.4 1X 10 5 5x104

Las Ovejas 2.04 303.0 Franco 7.8 10.3 2000.0 25.76 120.68 6.6 x 105 9.25x105

La Fé 2.16 431.2

Migajón arenoso 7.9 5.4 1448.0 28.52 144.81 4.5 x 104 0

La Fé 2.12 491.1

Migajón arenoso 7.8 3.2 687.0 17.94 51.89 2.5 X 10 5 6.5x104

Azogues 2.35 263.0

Migajón arenoso 7.5 6.7 4164.0 40.71 217.22 6 x 104 3.7x105

Mesa de Agua

Fría 2.09 133.3 Migajón arenoso 7.9 4.5 60.8 25.53 144.81 1x107 1x107

El Pacífico 1.9 200.0 arcilloso 7.7 8.1 180.0 33.81 120.68 2.05x105 3.30x105

Ranas I 1.9 638.5

Migajón arcilloso 7.7 5.8 87.3 30.13 60.34 1.07 x 104 1x105

Ranas I 2.2 206.9 Franco 7.5 3.2 54.9 20.93 1.93 1 x 104 3x104

Ranas 4 1.51 465.1 Franco 7.3 21.9 57.5 77.97 132.74 3 x 10 4 2.5x104

Trincheras 1.37 346.2 Franco 7.6 18.2 45.4 60.72 168.95 1x107 1x107

Toluquilla mina

II 2.1 471.2

Migajón arcillo arenoso 7.8 7.0 392.0 30.59 31.37 5.775x105 2.22x105

Toluquilla

edificio 54 1.7 344.8 Migajón arenoso 7.5 16.0 133.0 47.61 236.53 1.55x105 1.60x105


10.2 Propiedades Químicas

10.2.1 Medición de pH

Los valores de pH registrados señalan que las muestras van de neutras a ligeramente básicas,

siendo el Vergel (sitio 5) con un pH = 4.7 ácido, mientras que Sta. Rita (Sitio 4) fue el más básico

pH = 8.0 Figura 3.

Figura 3. Rangos de pH de los sitios de muestreo.

10.2.2 Materia orgánica

La concentración de materia orgánica en las muestras estudiadas es variable (Figura 4), de tal

manera que se encuentran sitios con una muy baja cantidad de materia orgánica (MO) como es el

caso de Santa Rita (Sitio 4) con 0.2% de MO en comparación con la zona arqueológica de Ranas 4

considerándose como un sitio rico con 21.9% de MO.


Figura 4. Porcentajes de materia orgánica obtenidos en los 23 sitios de muestreo

10.2.3 Capacidad de intercambio catiónico

La capacidad de intercambio catiónico (Figura 5), va de 7.59 a 77.97 cmol/Kg siendo de nueva

cuenta el más bajo para Sta. Rita (sitio 4) y el más alto para el sitio de Ranas 4 (sitio 20).

Figura 5. Capacidad de Intercambio Catiónico


10.3 Propiedades físicas

10.3.1 Velocidad de infiltración y densidad aparente

La velocidad de infiltración va de 75.1 mm/hr a 666.6 mm/hr, (Figura 6); la densidad aparente de

los suelos va de 1.7 para Toluquilla edificio54 (sitio 23) y para Santa Rita de 3.09 (sitio 7), Figura

7.

Figura 6. Valores de velocidad de infiltración

Figura 7. Valores de densidad aparente


10.3.2 Textura

Con lo que se refiere a la textura, la mayor parte de las muestras presentan una granulometría

franca, siendo solamente dos sitos de textura arcillosa Santo entierro (sitio 6) y El Pacifico

(sitio17).

10.4 Propiedades biologicas y cantidad de mercurio total

10.4.1 Actividad enzimática.

Respecto a la producción de TPF µg/g (Trifenil Formazan) a partir de la prueba enzimática de la

deshidrogenasa (Figura 8), se encontró que la producción enzimática en el (Sitio 19)

correspondiente a Ranas 1 fue la menor con 1.93 TPF µg/g y la producción enzimática más alta

la registra Mesa del niño con 614.79 TPF µg/g .

Figura 8. Valores de actividad enzimática

10.4.2 Crecimiento Bacteriano

Los resultados obtenidos sobre el crecimiento bacteriano provienen de dos distintos medios de

cultivo: uno, con Agar Luria-Bertani (LB) un medio rico en nutrientes y, otro con una cantidad


mínima de nutrientes, por eso el nombre de Agar Medio Mínimo (Figura 9). Estos resultados

muestran que los suelos con un menor número de unidades formadoras de colonias (UFC/g)

corresponde a Ranas I (sitio 19) con 10000 UFC/g en medio de cultivo LB y en Medio Mínimo

(MM) corresponde a Ranas 4 (sitio 20) con 25000 UFC/g; en el medio de cultivo MM no

aparecieron UFC en los sitios de Calabacillas (sitio 3) y La Fe (sitio 13). En contraste, los sitios

con una gran formación de colonias bacterianas en agar LB y en agar MM corresponden a

Trincheras (sitio 21) para ambos con 10000000 UFC/g y de igual manera para Mesa de Agua Fría

con 10000000 UFC/g (sitio 16). El resto de los sitios muestreados presenta un moderado

crecimiento de colonias bacterianas.

Figura 9. Unidades formadoras de colonias en medio LB y MM

La concentración de mercurio total va de 0.5 mg/Kg en el sitio de Santo Entierro, 4164.0 mg/Kg

para Azogues siendo muy variable en los 22 sitios restantes. (Figura 10).


Figura 10. Cantidad de Hg total (mg/ kg) presente en los 23 sitios de muestreo (escala

logarítmica)

10. 5 Análisis estadísticos

Las correlaciones estadísticas muestran que existen relaciones entre las variables físico-químicas

siendo el contenido de materia orgánica, capacidad de intercambio catiónico y actividad

enzimática las que mostraron mejor relación (MO-CIC r = 0.87 con una P ≤.05 Figura11a), (MO-

TPF r = 0.50 con una P ≤0.50 Figura10b) y (TPF –CIC r= 0.46 con una P ≤.05 Figura 12). A pesar

de que existe relación entre las variables físicas y químicas, estadísticamente no se encontró

asociación alguna con la cantidad del mercurio total; de igual manera tampoco se obtuvo una

correlación estadística entre las propiedades físicas y químicas y así como el crecimiento

bacteriano (UFC /g) y cantidad de mercurio total; tampoco hay diferencia significativa entre los

medios de cultivo.

En la Tabla 5 se muestran los valores de las correlaciones significativas. Variables tales como

textura, velocidad de infiltración y crecimiento bacteriano tanto en Agar LB como en Agar MM no

muestran relación significativa.


Tabla 5. Valores de las correlaciones significativas entre las variables físicas y químicas.

Correlaciones Propiedades Físico-químicas

Valor de correlación (r) P≤.05

D.R- MO r = -0.80

D.R- CIC r = -0.77

TPF-CIC r= 0.46

pH H2O-CIC r = -0.55

MO-CIC r = 0.87

MO-TPF r = 0.50 DR= Densidad real, MO = Materia orgánica, CIC= Capacidad de intercambio catiónico, TPF= Actividad enzimática.

(a)

MO vs. CICMO = -1.490 + .27913 * CIC

Correlation: r = .87360

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

CIC

-2

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

MO

95% confidence

(b)


MO vs. TPFMO = 5.6454 + .01813 * TPF


-100 0 100 200 300 400 500 600 700

TPF

-2

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

MO

95% confidence Figura 11. Relación entre (a) MO y CIC y (b) entre MO y TPF

TPF vs. CICTPF = 7.1299 + 4.1052 * CIC


0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

CIC

-100

0

100

200

300

400

500

600

700

TPF

95% confidence Figura 12. Relación entre TPF y CIC


11. DISCUSIÓN DE RESULTADOS

Las propiedades físicas, químicas y biológicas (Tabla 4) varían ampliamente; los valores de pH en

su mayoría son mayores de 7.0, considerándose suelos básicos ya que contienen de altas a

moderadas cantidades de CaCO3; por lo tanto, los efectos de toxicidad de los metales pesados en

estos suelos serían mínimos, tomando en cuenta que a estos valores de pH hay una baja

disponibilidad, en especial por el mercurio puesto que éste es adsorbido a pH ácidos pues la

acidificación del suelo es el factor más importante en la sorción y desorción del Hg ( Gabriel y

Williamson, 2004); la adsorción del Hg se origina debido a la remoción de los iones H+ que son

reemplazados por iones metálicos. El pH es un parámetro importante junto con las concentraciones

del ion Cl- para determinar la especiación del Hg; Jing, et al., (2007) mencionan que muchos

factores ambientales interfieren en los procesos de adsorción y desorción del Hg los cuales

incluyen la especiación del Hg, además de otros factores como el contenido de materia orgánica,

los coloides del suelo y iones inorgánicos competitivos. Por ejemplo para el Hg2+ la desorción

comienza cuando se tiene un pH 7-9 y la mayor adsorción del Hg2+ se alcanza con un pH de 4-5.

La materia orgánica de estos suelos muestra contenido muy variable debido que provienen de

diversos usos y algunos son sedimentos, terreros, suelos agrícolas, suelos forestales y suelos dentro

de sitios arqueológicos.

La textura del suelo también presenta variación, con la siguiente frecuencia: franco≥ migajón

arenoso≥ migajón arcilloso≥ migajón arcillo arenoso≥ arcilloso. Los tipos de suelos presentes en

San Joaquin son, Luvisol crómico, Cambisol, Regosol, Rendzina y Litosol.

La actividad enzimática de la deshidrogenasa al igual que las variables físicas y químicas antes

mencionadas, presenta valores diversos; sin embargo, muestra una relación significativa positiva

con el porcentaje de materia orgánica ya que el suelo es un sistema viviente donde todos los

procesos bioquímicos se basan en procesos enzimáticos.

La actividad enzimática está asociada con la distribución de la materia orgánica en el perfil de

suelo y disminuye con la profundidad, que a la vez, depende del tipo de suelo. La actividad

enzimática es independiente de la población microbiana, pero la actividad de la deshidrogenasa se

correlaciona con la liberación de CO2 y nitrificación potencial (Tabatabai, 1994).


La oxidación biológica de compuestos orgánicos es generalmente un proceso de deshidrogenación,

que remueve electrones e hidrógenos; este proceso se lleva a cabo por una clase de enzima llamada

deshidrogenasa, la cuál es específica para un sustrato (Tabatabai, 1994; Nannipieri et al.,1990). La

actividad de la deshidrogenasa depende no solo de las bacterias sino también de la actividad

metabólica total de los microorganismos del suelo; por lo tanto, tiene una correlación positiva con

la medición de la cantidad de materia orgánica total y no con las unidades formadoras de colonias.

La actividad de la deshidrogenasa frecuentemente se correlaciona con la respiración microbiana

cuando se adhiere una fuente de C exógeno al suelo. Se ha encontrado que al adherir Fe2O3, MnO2,

SO2-4, PO3-

4 y Cl- se estimula la actividad de la deshidrogenasa, mientras que el NO3-, NO2

- y Fe3-

parecen inhibir la actividad, actuando como un aceptor de electrones alternativos (Tabatabai,

1994).

Como resultado de las correlaciones realizadas, también se muestra que existe una relación

significativa entre la MO y la CIC, las cuáles varían por el tipo de suelo de cada sitio analizado,

siendo los de textura arcillosa con mayor intercambio de cationes y los de textura arenosa con

reducida capacidad de cambio y baja retención de cationes. Yuan y colaboradores (citado en

Bornemisza, 1982) informan que la proporción en que la MO contribuye a promover dicha

capacidad en un suelo varia con el tipo de suelo.

La capacidad de intercambio catiónico muestra distintos valores en los diferentes tipos de suelos,

lo cual indica que la CIC evidencia grandes diferencias de unos a otros debido al distinto origen de

la carga. Para un mismo cambiador (minerales de arcilla y materia orgánica) la amplitud del

intervalo de valores se debe a los múltiples factores que influyen en la aparición de la carga:

tamaño de las partículas, cristalinidad y tiempo de tratamiento. Para el caso de la materia orgánica

la gran disparidad de valores se debe al distinto grado de descomposición-humificación que puede

presentar. Como valor medio se suele tomar 200 cmol(+) kg1- de materia orgánica oxidable. La

CIC de un suelo variará de horizonte a horizonte y en cada uno de ellos dependerá del contenido y

tipo de minerales de arcilla y de componentes orgánicos (Porta et al., 2003).

La velocidad de infiltración para cada muestra es variada y depende del porcentaje de materia

orgánica, debido a que mejora la infiltración de agua en el suelo. La densidad real muestra una


relación negativa significativa con la MO, ya que los suelos orgánicos tienen muy baja densidad

real en comparación con los suelos minerales, debido a que la materia orgánica pesa mucho menos

que un volumen igual de sólidos minerales. (Buckman y Brady, 1966).

Con respecto al crecimiento bacteriano UFC (Unidades Formadoras de Colonias) en los dos tipos

de medio de cultivo probados, no se muestra correlación con las variables físicas y químicas ni

como con la cantidad de mercurio total. En cada sitio muestreado hay variación en el crecimiento

bacteriano y no necesariamente el sitio con mayor porcentaje de MO, presenta el mayor

crecimiento bacteriano. Las bacterias y los actinomicetos funcionan mejor en suelos minerales de

valores de pH intermedios y elevados, mostrando una actividad muy reducida cuando el pH

desciende por debajo de 5.5 (Bornemisza, 1982).

La nitrificación y la fijación del nitrógeno se produce en los suelos minerales sólo a valores de pH

por encima de 5.5; un suelo con pH intermedio, por ejemplo de 6 a 7, presenta mejor régimen

biológico, ya que las condiciones nutrientes son favorables sin ser extremas y la asimilación del

fósforo está en el máximo. (Brooke, 1995), (citado en Yuan, et al; 2006) menciona que los metales

pesados disminuyen la proporción de la biomasa microbiana). Al parecer el contenido de Hg total

encontrado en cada suelo no afecta el crecimiento bacteriano (Figura 12), esto puede deberse

posiblemente a la adaptación de los microorganismos al medio ambiente del sitio; en donde

también hay que tomar en cuenta que el origen geológico de la zona aporta mercurio a los suelos,

lo cual debe de influir en los microorganismos, debido a la formación geológica de la zona de

estudio.

La resistencia a la toxicidad de los compuestos inorgánicos de mercurio en las bacterias es

atribuible a la capacidad de formar la mercúrico reductasa y para ciertos organomercuriales la liasa

mercúrica, Sin embargo, en algunas cepas de Enterobacter aerogenes la resistencia bacteriana a

algunos organomercuriales puede deberse a la impermeabilidad de la membrana y en Clostridium

cochlearium a la metilación seguida por la precipitación con H2S generado por el organismos. Los

genes que codifican la mercúrico reductasa y la liasa mercúrica usualmente se encuentra en los

plásmidos. El gen determinante a la resistencia de mercurio en el bacilo cirio RC607 fue mapeado

por Gupta et al., 1999 citado en Lutz, (2005). Excepto en Thiobacillus ferrooxidans, los genes de


resistencia al mercurio (mer) en todas la bacterias se expresen en presencia de compuestos de

mercurio, es decir las enzimas son inducibles. Dependiendo de los organismos, la inducción de la

liasa mercúrica y la mercúrico reductasa puede ser coordinada; los dos genes están bajo un control

regulado común. En T. ferrooxidans, la resistencia mercúrica (Hgr) parece ser un rasgo

constitutivo. En un número de casos el rasgo a la resistencia al mercurio se ha encontrado que es

traspasable; es decir, el complejo del gene puede moverse a otras posiciones respecto en el mismo

u otro plásmido o el cromosoma bacteriano dentro de una célula dada. El determinante genético en

C. cochlearium para la demetilación de la precipitación de metilmercurio también se codifica en

plásmidos. Por otro lado, se han encontrado muchas bacterias grampositivas que son sensibles al

mercurio, al poseer el gen (mer A) que codifica para la enzima mercúrico reductasa. En la

naturaleza, la resistencia al mercurio la determina el plásmido, en las bacterias puede ser

transferido a las células susceptibles para hacerlas resistentes con la conjugación o la transducción

bacteriófaga entre organismos gramnegativos y con la transducción bacteriófaga entre organismos

grampositivos (Lutz, 2005).

No hay diferencia significativas en las UFC en los dos medios de cultivo, esto podría deberse a que

las UFC que se desarrollaron no necesitan de nutrimentos especiales y están adaptadas a medios

ricos y a medios minerales (Figura 13). Los resultados obtenidos muestran la importancia de llevar

a cabo la especiación química del mercurio puesto que esto influye en la resistencia de los

microorganismos al mercurio, así como, conocer las especies de cada una de las UFC de los sitios

de muestreo.


Figura 12 (a) Comparación entre UFC en Agar LB y cantitad de mercurio total

Figura 12 (b) Comparación entre UCF en agar MM y cantitad de mercurio total


Figura 13. Unidades Formadoras de Colonias en dos medios de cultivo Agar LB y Medio Mínimo Mineral (escala logarítmica).

No existe correlación entre las variables físico, químicas y la cantidad de mercurio total en los

suelos, la cantidad de mercurio presenta variación entre las muestras, rebasando todas ellas los

límites permisibles según la norma oficial en México que es de 23mg/Kg para uso agrícola,

residencial o comercial (aunque para uso industrial es de 310 mg/Kg) por arriba de tales valores se

consideran sitios contaminados con Hg, debido a la formación geológica del lugar así como la

actividad minera que existió en la zona. Como se menciono anteriormente no existe relación entre

las variables analizadas y la cantidad de mercurio total. Asimismo, es necesario conocer la

especiación del Hg pues se sabe que el contenido de pH y MO son dos de los factores más

importantes que afectan el comportamiento del Hg pues participan en la adsorción o desorción del

Hg (Gabriel y Williamson, 2004).

La adsorción de Hg a minerales y partículas orgánicas, se correlacionaron con el contenido de

materia orgánica, capacidad de intercambio catiónico y tamaño de grano, entre otras. Las

partículas coloidales y arcillosas ocupan una gran área de superficie y tienen una alta capacidad de

adsorción. En suelos, los adsorbentes orgánicos e inorgánicos para el Hg son los minerales

arcillosos, óxidos amorfos, hidroxilos, oxidrilos de Fe, y Mn; la materia orgánica es el sorbente

mas fuerte para el Hg en ambientes terrestres y acuosos (Gabriel y Williamson, 2004).


Como se mencionó los minerales arcillosos son sorbentes para el Hg; por ejemplo, la ilita tiene un

mayor adsorción del Hg a un pH de 5.8 y 6.8; en contraste las arcillas menos efectivas son la

bentoita y caolinita. La caolinita adsorbe relativamente muy poco mercurio y la bentoita

comienza a perder su capacidad de adsorción cuando desciende el pH por debajo de 7.

Conociendo la CIC se puede percatar de qué minerales está compuesto el suelo; por ejemplo, un

suelo que muestra una CIC que va de 10-40 cmol(+) kg-1 su componente es la ilita; la caolita

tiene una baja CIC de 1-10 cmol(+) kg-1 (Porta et al., 2003). La presencia de otros metales aparte

del Hg en el suelo, llega a influir en la movilidad del mismo; por ejemplo, la desorción del Hg2+ se

incrementa cuando hay adherencia del Cu2+ o Zn+ pero el Cu2+ aumenta aún más la desorción

que el Zn+. En suelos minerales el ion hidroxilo es uno de los iones más abundantes en los

sistemas naturales y pueden resultar en formas de Hg como HgOH y Hg (OH)2. El Hg forma

enlaces covalentes OH-; este complejo es sumamente estable ya que minimiza los enlaces entre la

superficie mineral (óxidos y OH-) aunque disminuye como resultado la adsorción del Hg en las

superficies minerales (Gabriel y Williamson, 2004). Estos mismos autores concluyen que en suelos

ácidos con material orgánico es más eficiente la adsorción del Hg y en suelos neutrales alcalinos

los componentes minerales son los sorbentes más efectivos.

La forma en la que un contaminante se encuentra en un suelo o sedimento va a determinar las

propiedades significativas como su toxicidad, movilidad o biodisponibilidad. El mercurio no es

una excepción, y por ello, la capacidad para reconocer diferentes especies químicas de este

elemento se ha convertido en tema “popular” estudiado por un gran número de grupos de

investigación alrededor del mundo.

Sin embargo, debe tenerse especial cuidado al utilizar el término especiación química. Según la

IUPAC, la especiación química es la clara identificación y cuantificación de las diferentes especies

químicas de un mismo elemento presentes en una muestra o matriz real. La suma de todas esas

especies debe corresponder al contenido total del elemento en la muestra estudiada (Gaona, 2004).


12. CONCLUSIONES

Se llevo a cabo la caracterización de los suelos de la región e San Joaquín, Querétaro. La mayoría

mostraron que, son suelos ligeramente básicos, con predominancia de texturas francas, migajón

arenoso y migajón arcilloso. Por razones naturales, los sitios clasificados como terreros resultaron

con contenidos bajos de materia orgánica, no así los diferentes suelos que mostraron elevados

porcentajes de materia orgánica (<6.1%), correspondientes a suelos forestales.

En términos generales, los suelos con contenidos elevados de arcilla y materia orgánica tuvieron

también alta capacidad de intercambio catiónico. Los rangos de densidad real oscilan entre los

rangos normales de acuerdo al material de origen.

Las fluctuaciones en el contenido de Hg total en los diferentes sitios muestreados, resultaron muy

grandes ya que van desde 0.5 mg kg en Santo Entierro (mina tipo Skarn) con Cd, Pb, Zn, Cu pero

no con Hg, hasta 4.164 mg kg en azogues que es una zona altamente mineralizada con Hg.

Entre las propiedades el suelo, las mayores correlaciones estadísticas que se encontraron fueron la

densidad real con materia orgánica ( r= -0.80), densidad real con capacidad de intercambio

catiónico (r = -0.77), actividad enzimática con capacidad de intercambio catiónico (r = -0.55),

materia orgánica con capacidad de intercambio catiónico (r = 0.87) y materia orgánica con

actividad enzimática (r = 0.50), todos con un P≤ 0.05).

En cuanto al crecimiento bacteriano, los sitios que resultaron con menor Unidades Formadoras de

Colonias (UFC/g) en medio LB, corresponden a los materiales muestreados dentro de los sitios

arqueológicos de Ranas; en medio mínimo corresponden a Ranas 4; en medio mínimo (MM) no

aparecieron UFC en los sitios calabacillas y La Fe. En contraste, los sitios con una gran formación

de colonias bacterianas corresponden a Trincheras y Mesa de Agua Fría. Lo anterior sugiere que

los sitios arqueológicos y los terreros no son ambientes propicios para un crecimiento bacteriano

adecuado, posiblemente a la alteración de sus condiciones naturales. En los sitios de Calabacillas y

Santa Fe no aparecieron UFC debió probablemente a la carencia absoluta de condiciones para el


crecimiento bacteriano. En contraste, los lugares con mayor formación de colonias bacterianas

resultaron ser los sitios con poca alteración de las condiciones naturales de los suelos.

La cantidad de mercurio total y crecimiento bacteriano aparentemente no están correlacionadas

estadísticamente con las propiedades físicas y químicas analizadas en este trabajo. Los sitios

tomados en cuenta para el muestreo son considerados como sitio contaminados, debido a que

rebasan los límites de Hg permisibles por la Norma Oficial Mexicana, debido en buen medida a

que se trata de una región de alta mineralización de Hg y de la actividad minera que hubo en ese

lugar.

Aunque las propiedades físicas y químicas de los suelos analizados no están relacionados

estadísticamente con el contenido de mercurio total y el crecimiento bacteriano, los resultados

obtenidos en este trabajo, sugieren restringir y adecuar algunas propiedades de los suelos así como

tomar en cuenta solo suelos agrícolas y forestales y quizás arqueológicos. La hipótesis planteada

inicialmente no fue adecuada por lo que se sugiere replantearla más adelante.


13. LITERATURA CITADA

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