Ejercicios de Medidas de Salinidad Del Suelo

Práctica 1: Medida de la salinidad de un suelo

Fundamento

En el suelo existen diferentes componentes salinos como resultado de los procesos que tienen lugar en él.Pueden provenir de la roca madre como los cloruros, carbonatos, sulfatos, etc. Pueden ser de origen artificial,como los generados por restos de fertilizantes, o bien ser de origen natural, como los producidos por lasplantas adaptadas a vivir en condiciones de alta concentración en sales, por las aguas freáticas marinas o elagua del mar.

Las sales predominantes en los suelos son Calcio (Ca) y Sodio (Na), elementos que le aportan diferentescaracterísticas al suelo según la proporción en la que se den. En general, un suelo que contiene compuestos decalcio (junto con otras sales) suele ser bastante estable; este elemento hace el pH del suelo sea menor de 8,5,que tenga una conductividad eléctrica mayor de 4 deciSiemens/m y que sea de tipo Solonchak, con perfilesA−C, A−B−C con z y/o y en cualquier horizonte, que se presentan en zonas áridas y zonas de depresión. Eneste tipo de suelo el drenaje de sales está impedido por las propias características del suelo.

Por otro lado, un suelo que contiene compuestos de sodio en exceso, es dispersante, de estructura laminar, conpH bastante alto (se forma por procesos de alcalinización principalmente) y se da en climas áridos ysemiáridos. Es de tipo Solonetz, con un horizonte nátrico (árgico con arcillas saturadas en sodio), con un perfilA−E−Btn−C.

Se debe tener en cuenta la salinidad de un suelo, ya que las plantas que crezcan en suelos de estascaracterísticas sufrirán estrés hídrico por pérdida de agua hacia el suelo, a no ser que se trate de plantashalófitas. También porque la fertilidad del medio es baja, son suelos pobres, debido a que los nutrientes no seencuentran disponibles a pH alto.

Medida de la salinidad

A través de la conductividad eléctrica se determina la concentración de sales solubles en disolución en elsuelo. Se basa en la velocidad con la que la corriente eléctrica atraviesa una solución salina, la cual esproporcional a la concentración de sales en disolución. Hasta hace unos años se expresaba en mmhos/cm, perohoy día se expresa en deciSiemens/metro (dS/m), siendo ambas medidas equivalentes.

Para considerar si un suelo es salino o no, existen límites arbitrarios; así la Soil Taxonomy adopta el valor 2dS/m para considerar un suelo salino, ya que las propiedades quedan fuertemente influenciadas por el factorsalinidad. Por otro lado, el United States Salinity Laboratory de Riverside establece los siguientes criterios desalinidad:

Salinidad (Conductividad,(dS/m)

Suelo Elementos afectados

0−2 Normal

2−4 Ligeramente salino. Rendimiento de cultivos sensibles

4−8 Salino Rendimientos de la mayoría de los cultivos

8−16 Fuertemente salinos Sólo no se ven afectados los cultivos tolerantes

>16 Extremadamente salinosMuy pocos cultivos dan rendimiento aceptable

En general, se considera que un suelo es salino si presenta una conductividad mayor de 16 dS/m, siempre queel pH sea mayor de 8,5. Con una conductividad de 8 dS/m ya se considera un suelo con propiedades salinas.

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Cálculos

La concentración de sodio se puede medir, bien en la solución del suelo, bien en el complejo de cambio.

Contenido en Sodio: Se calcula el PSI o porcentaje de sodio intercambiable (se mide en el complejode cambio). Es el porcentaje de sodio con respecto a los demás cationes absorbidos, con ello sabemosqué cationes predominan en el complejo adsorbente. Si resulta mayor del 15 %, se considera que elsuelo puede empezar a sufrir problemas de solidificación y dispersión de arcilla.

•

[Na+]

PSI = x 100

[intercambio catiónico]

Contenido de sodio en la solución del suelo: Se denomina razón de adsorción de sodio (RAS):•

[Na+]

RAS =

[Ca++] + [Mg++]

Metodología (Se describe el procedimiento a seguir en la fotocopia adjunta).

Las muestras de suelos provienen de las Lagunas de Villafáfila (Zamora).

Para nuestras muestras tomamos 100 gr de suelo y lo mezclamos con 60 o 70 ml de agua. El proceso desaturación se realiza al contrario que de forma natural, es decir se satura en tierra y no en agua. En estamedida, contamos con la ventaja de que no se tiene en cuenta la cantidad de agua que utilicemos, ya que laconductividad será la misma.

Una vez saturada la muestra de suelo, se deja reposar. Al día siguiente se filtra la muestra con ayuda de labomba de vacío para obtener la porción de agua en la que medimos la conductividad a 25 ºC.

Material

Recipiente de plástico con tapa

Probeta de 100ml

Varilla de vidrio

Espátula

Agua destilada

Quitasato

Bomba de vacío

Embudo Buchner

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Conductímetro

Papel de filtro

Muestras de suelos

Conductímetro

(Fuente: www.net−interlab.com)

Resultados

Muestra Conductividad (dS/m) Clasificación

Laguna grande (fondo) 1 48,6 Suelo salino

Laguna grande (fondo) 2 16,6 Suelo salino

Laguna Barrillos (fondo)1 31,5 Suelo salino

Laguna Barrillos (observatorio) 2 8,9Suelo de propiedadessalinas

Conclusiones

Todas las muestras de suelo pueden considerarse salinas bajo cualquier sistema de clasificación. Destacar lamuestra Laguna Barrillos (observatorio) 2, para la que habría que analizar el pH si se requiere unaclasificación más exacta en cuanto a la salinidad de dicha muestra.

Lagunas de Villafáfila (Zamora)

(Fuente: www.adripalomares.com)

Práctica 2: Determinación de carbonatos/bicarbonatos en agua. Resultados.

(Fundamento, metodología, material utilizado y cálculos se describen en las fotocopias anteriores).

Preparación

Preparar una solución de ácido clorhídrico 0,02N a partir del producto comercial, sabiendo que en la etiquetadel mismo se lee: Pureza: 37% en peso, densidad: 1,19 gr/cm3 (o gr/ml) y pm: 36,46.

Equivalentes de soluto

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Normalidad =

1000 ml de disolución

masa HCl (puro)

Equivalentes HCl =

Peso molecular HCl

Masa HCl (puro) 1

Normalidad = = Densidad HCl (puro) ·

1000 ml · pm HCl pm HCl

Como el producto no es puro, se corrige la fórmula con el porcentaje en peso:

Normalidad = 1,19 · 37/100 · 1/36,36 = 0,012, para 1000 ml. Para 1 litro = 12 N.

Sabiendo la normalidad de la solución comercial, se averigua el volumen que se ha de tomar para elaborar unlitro de una solución 0,02 N de HCl.

V·N =V' · N' 1 L · 0,02 = V' · 12 N V' = 0,00166 L 1,66 ml.

Resultados

Muestra Color (fenolftaleína) Valoración ppm CO3 2−

Agua artificial Violeta 10,5 ml 252

Topas (SA) Incoloro 0 ml 0

Charca Violeta 2,5 ml 60

Muestra Color (verde de bromocresol)Valoración(incluida laprimera)

ml utilizados (sinvaloraciónanterior)

ppm HCO−3

Agua artificial Azul 17,5 ml (−10,5 ml) = 7 170,8

Topas (SA) Azul 7 ml (−0 ml)= 7 170,8

Charca Azul 22 ml (−2,5 ml) = 19,5 475,8

Observaciones y conclusiones

En la muestra de agua de Topas (SA), no aparece un color rosado o violeta cuando se añade fenolftaleína, porlo que no hay presencia de carbonatos. No se ha dado ningún caso en este análisis, pero si hubiera existidoalguna muestra sin bicarbonatos, una vez valorada la muestra para carbonatos, habría virado su color aamarillo.

No se ha encontrado ninguna clasificación de agua en la que se valore esta por su contenido en carbonatosaisladamente, siempre va acompañado este análisis de otros parámetros para caracterizar el agua, como el pH,concentración de Na, etc.

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Lo único que se puede deducir en base al análisis de la cantidad de bicarbonatos es que son muestras de aguadulce, cuya concentración de dichos iones varía entre 50 y 350 ppm, por regla general (Custodio, 1976).Incluso la muestra charca, presenta una concentración más elevada. Se debe tener en cuenta que los valores deHCO−3 medidos en el laboratorio suelen ser algo menores que los reales.

Si las muestras que contienen bicarbonatos además presentaran sodio, serían de mala calidad para el riego.

Teniendo en cuenta la legislación nacional actual (R.D. 1138/1990 de 14 de Septiembre) sobre la calidad delas aguas potables, se considera, para las aguas potables de consumo humano sometidas a un tratamiento deablandamiento, una concentración mínima de HCO−3 de 30 ppm. Por lo que todas las muestras se consideranaguas potables para este parámetro.

Para determinar la potabilidad haría falta analizar muchos más parámetros.

Porción de suelo con carbonatos secundarios

(Fuente: www.edafología.net)

Práctica 3: Medida de la Demanda Química de Oxígeno en agua.

Introducción

La D. Q. O. Es la demanda química de oxígeno. Es el parámetro utilizado para caracterizar la contaminaciónorgánica del agua que se mide a partir de la cantidad de oxígeno disuelto necesario para la degradaciónquímica de los contaminantes orgánicos que contiene. Se entiende como degradación química la reacción deun oxidante químico, bien dicromato potásico, bien permanganato potásico, que consume materia orgánica.

No debe confundirse con la D. B. O., que es el parámetro utilizado para caracterizar la calidad de un agua, quemide la cantidad de oxígeno necesaria para la degradación biológica de las materias orgánicas que contiene.Es un indicador del grado de contaminación orgánica del agua. La diferencia principal entre los dosparámetros es que la medida de la D. B. O. da como resultado la cantidad de materia orgánica biodegradableque contiene el agua a estudio (oxidación orgánica); y la medida de la D. Q. O. muestra la cantidad de materiaorgánica no biodegradable que presenta el agua a estudio (oxidación química).

Las unidades en las que se miden son gramos de oxígeno / metros cúbicos de agua o en el equivalentemiligramos de oxígeno / litros de agua. Por lo que sus dimensiones físicas son MASA/VOLUMEN = M/V.

g O2 mg O2

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−−−−−−−−−−− = −−−−−−−−−−

m3 H2O l H2O

Son parámetos complementarios para medir el índice de biodegradabilidad del

D. B. O.5

agua = , que toma los valores que se muestran en la tabla:

D. Q. O.

Valor Tipo de agua

Menor que 0, 2 No biodegradable

Entre 0, 2 y 0, 4 Biodegradable

Mayor que 0, 4 Muy biodegradable

(Nota: El parámetro que se incluye en el cálculo del índice de Biodegradabilidad es D. B. O.5, cuya medida setoma siguiendo unos estándares: Se deja reposar el agua 5 días, la temperatura debe ser 20 ºC, en un recipientecerrado, fuera del contacto del aire y en oscuridad).

(Principio, reactivos, procedimiento y cálculos se muestran en las fotocopias anteriores).

Resultados

Muestras Volumen gastado de Sal de MohrD.Q.O. (mg/L = ppm)

Blanco 9,90 ml 0

Agua residual (Salamanca) 8,20 ml 17,17

Topas (Salamanca) 8,00 ml 19,19

Negrilla de Palencia (Sa) 9,05 ml 8,58

Conclusiones

La muestra más contaminada por materia orgánica es el agua de Topas (Sa), ya que presenta la demandaquímica de oxígeno más alta, es decir, se necesitan 19,19 miligramos de oxígeno por cada litro de agua paradegradar la materia orgánica que contiene la muestra.

Según Custodio (1976), se pueden considerar aguas no contaminadas, las que presenten un valor para la D. Q.O. Menor de 15 ppm, por lo que la única que no estaría contaminada por materia orgánica, sería el agua deNegrilla de Palencia (Salamanca).

Práctica 4: Determinación de metales pesados en suelo

Introducción

Los metales pesados una vez depositados en el suelo, tienden a mantenerse, al menos inicialmente, en loshorizontes superficiales siendo subsiguientemente sometidos a una serie de procesos de retención semejantesa los que aparecen en suelos naturales, con la salvedad de que suelen ser incorporados en mayoresconcentraciones y bajo formas complejas muy variables dependiendo de la fuente contaminante. Entre talesprocesos cabe citarse, los relativos a precipitación como fase sólida del suelo, adsorción por coloides

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inorgánicos−arcillas, óxidos y oxihidróxidos de hierro y manganeso y sobre materia orgánica, y reacciones decomplejación con la materia orgánica del suelo.

La persistencia de estos metales pesados en los suelos es mucho mayor que en cualquier otro medio de labiosfera y la contaminación que producen resulta virtualmente permanente. Por otra parte su carácter tóxico yacumulativo ocasiona graves daños en plantas, animales y el hombre. La alta y sostenida carga decontaminantes aplicados a los suelos puede superar su capacidad de retención, fijación y adsorcióncontribuyendo a la disponibilidad de los contaminares y su translocación a las plantas o aguas subterráneas.

(Objetivo, fundamento, método y cálculos se explican en la fotocopia anterior)

Medida de la concentración de metales pesados en suelos mediante espectrofotómetro de absorción atómica.Fundamento.

Bases: El color de la muestra (absorbancia a cierta longitud de onda) es proporcional a la concentración delanalito (metal pesado) de la muestra.

•

Parámetros: Transmitancia: T = P / Po•

Absorbancia: A = Log (Po / P)

Absortividad molar (ðð: A = ð·b·C

Ley de Lambert − Beer: Log (Po / P) = ð·b·C

Siendo P la radiación emitida, Po la radiación incidente, C la concentración y b la ordenada en el origen de larecta obtenida al representar la absorbancia frente a la cantidad de metal pesado.

El aparato con el que realizamos la medida de la absorbancia es un espectrofotómetro de absorción atómica,que puede ser de doble haz de luz o de un solo haz. Consta de las siguientes partes:

Fuente de luz: Lámparas de Wolframio, nitrógeno, Deuterio...• Monocromador: prisma o redes de difracción.• Muestra: en cubeta de vidrio transparente para determinaciones en el espectro visible.• Detectores: fotomultiplicador.• Representación gráfica del espectro: clásico o de diodos en fila.•

Esquema de un Espectrofotómetro de un solo haz

Obturador Fotodetector Medidor

Fuente

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Espectrofotómetro de absorción atómica

(Fuente: hercules.cedes.es)

Resultados

Para cada elemento a analizar, se utiliza una lámpara específica y se elabora una recta de calibrado,determinada por los siguientes puntos:

ElementoLongitud deonda (nm)

Rango Punto 1 Punto 2 Punto 3

Cadmio 228,8 3 0,9 1,8 2,7

Zinc 213,9 2 0,4 0,8 1,6

Cobre 325,6 10 2 4 8

Plomo 217 30 5 10 20

Primera extracción, medidas de absorbancia obtenidas

Muestra Elemento Dilución Absorbancia Muestra Elemento Dilución Absorbancia

1 Cd 50 1,5 2 Cd 200 1,0

1 Zn 50 0,9 2 Zn 200 0,5

1 Cu 10 4,4 2 Cu 50 2,9

1 Pb 0 17,0 2 Pb 50 7,0


3 Cd 100 1,7 4 Cd 100 1,7

3 Zn 100 1,1 4 Zn 100 1,1

3 Cu 20 5,6 4 Cu 50 2,5

3 Pb 20 10,0 4 Pb 50 5,0

Segunda extracción, medidas de absorbancia obtenidas

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1 Cd 100 1,2 2 Cd 0 1,5

1 Zn 50 1,5 2 Zn 0 1,1

1 Cu 50 2,2 2 Cu 0 6,1

1 Pb 50 7,0 2 Pb 10 6,0


3 Cd 10 1,1 4 Cd 5 1,6

3 Zn 10 0,5 4 Zn 5 1,0

3 Cu 10 4,2 4 Cu 5 5,0

3 Pb 20 12,0 4 Pb 10 16,0

Cálculos de la primera extracción

Cobre Concentración (ppm) Cadmio Concentración (ppm)

Muestra 1 274 Muestra 1 487




Zinc Concentración (ppm) Plomo Concentración (ppm)





Cálculos de la segunda extracción

Cobre Concentración (ppm) Cadmio Concentración (ppm)





Zinc Concentración (ppm) Plomo Concentración (ppm)





Cálculo del porcentaje de extracción

Cobre % Cadmio % Zinc % Plomo %

Muestra 1 40,14 Muestra 1 24,64 Muestra 1 26,59 Muestra 1 33,78

Muestra 2 0 Muestra 2 0 Muestra 2 0 Muestra 2 8,74



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Conclusiones

Se observa que la muestra que más elementos adsorbe (que presenta el mayor porcentaje de extracción paratodos los elementos), es la muestra nº 1. Era lo que cabía esperar, puesto que corresponde a un horizonte Btde suelo, caracterizado por un enriquecimiento de arcilla iluvial (31,1% de arcilla). Se comprueba entonces,que los suelos arcillosos son capaces de adsorber más iones de carga positiva (como los elementos que nosocupan). Esto es debido a que las partículas de arcilla y del complejo arcilloso−húmico se encuentrancargadas negativamente. Por ello el complejo arcilloso−húmico se llama también complejo adsorbente.

Por el contrario, la muestra nº 2 presenta el menor porcentaje de extracción, debido a la poca capacidad deadsorción que presentan los perfiles del tipo C3, caracterizados por ser suelos blandos, sueltos y noedafizados, más parecido a un horizonte C, pero en transición a un horizonte R, por eso tiene un altocontenido en arena gruesa (92,6%).

De las muestras pertenecientes a un horizonte At (caracterizado por tener una acumulación de materiaorgánica sin perturbar), se puede deducir que la que más elementos pesados retiene es la nº 3, debido alcomplejo arcillo−húmico que presenta, aunque en poco porcentaje.

Es necesario tener en cuenta estos hechos en proyectos de edificación, porque según el tipo de instalación quevaya a recibir el suelo, deberá de ser unas características u otras. Por ejemplo, en el caso que nos ocupa de losmetales pesados, no se debe asentar un vertedero sobre un suelo que retenga estos elementos, pues se veránafectadas las plantas, los organismos del suelo y el agua que drene ese suelo por los metales pesados quedesprenderán los residuos almacenados.

Aunque no podamos realizar una comparación con las muestras analizadas, cabe destacar que, en lalegislación nacional actual, según el Real Decreto 1310/1990 de 29 de Octubre, se establecen como valoreslímites de contenido en metales pesados en el suelo (en mg/kg de materia seca de una muestra representativa):

Parámetros

Valores límite:

Suelos con pH menor de 7

Valores límite:

Suelos con pH mayor de 7

Cadmio

1

3,0

Cobre

50

210,0

Niquel

10

30

112,0

Plomo

50

300,0

Zinc

150

450,0

Mercurio

1

1,5

Cromo

100

150,0

BIBLIOGRAFÍA

Custodio, E.y Llamas, M. R. Hidrología subterránea. Barcelona. Omega. 1976.•

García Díaz, J. C. Y Méndez−Romero, F. Aplicación del análisis [...] regados con aguas residualesurbanas no depuradas. Universidad Politécnica de Valencia. Lleida. 2003.

•

Lara Hernández, J. M. (editor). Biosfera, ecología y evolución. (CD−ROM). Ed. Planeta. 1997.•

Metcalf&Eddy. Tratamiento y depuración de las aguas residuales. Ed. McGraw−Hill. 1996.•

AA.VV. Diccionario de la Naturaleza. Hombre, ecología y paisaje .Madrid. Ed. Espasa Calpe. 1993.•

hercules.cedex.es/equipos_ceh/ftir.htm•

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www.lenntech.com•

www.net−interlab.com/archivo_crison/conductimetros.html•

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http://www.boe.es

http://www.net-interlab.com/archivo_crison/conductimetros.html

PRÁCTICAS DE CONSERVACIÓN DE SUELOS Y AGUAS

ÍNDICE

CONTENIDO Pág.

Práctica 1: Medida de la salinidad del suelo3

Práctica 2: Determinación de carbonatos/bicarbonatos en agua7

Práctica 2: Resultados10

Práctica 3: Medida de la demanda química de oxígeno en agua12

Práctica 4: Determinación de metales pesados en suelo16

Práctica 4: Conclusiones20

Bibliografía22

Circuitoo

Referenciaa

Selector de longitud de onda

Muestra

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Documents

Ejercicios de Medidas de Salinidad Del Suelo