Si bien existen soluciones para la capa superficial del relave, es preciso correlacionar esta alternativa con la posible eliminación o control de los

Transcripción

1 1. INTRODUCCIÓN La conservación del medio ambiente es una actividad primordial que brinda la posibilidad, entre otras cosas, de mejorar la calidad de vida de los pobladores de las zonas mineras, en la que se debe buscar una convivencia con el ecosistema. Es por este motivo que algunas empresas nacionales, como Minera Las Cenizas de Cabildo, Disputada Las Condes, ENAMI y CODELCO pertenecientes tanto a la mediana minería como a la gran minería, han tomado conciencia sobre la importancia de la conservación del medio ambiente y, más allá de los aspectos estrictamente legales, han desarrollado planes de rehabilitación para sus tranques de relaves, aunque en Chile no existe todavía una legislación que norme el cierre de faenas al término de su explotación (ENAMI, 2001). La elaboración de un plan de rehabilitación por parte de las empresas mineras, ha dejado de ser una opción voluntaria en algunos proyectos y ha pasado a ser una exigencia de los organismos relacionados con los proyectos mineros, a través de la promulgación de la Ley de Bases de Medio Ambiente (Ley Nº 19300) (MENA, 1996). Al terminar una operación minera, uno de los temas más importantes en los planes de rehabilitación, es considerar los posibles impactos ambientales que se pueden producir a futuro debido a los desechos mineros (relaves, desmonte y otros) (COTORAS, 1996).

2 2 Este problema cobra importancia al considerar que, por la magnitud de los procesos mineros, los depósitos son masivos (miles a millones de toneladas). En Chile se estima que se encuentran cerca de 900 depósitos de relaves al año 2000 y entre 700 a 800 están abandonados y la mayoría están concentrados entre la III y V región (GREEN, 2001). Estos relaves se convierten en pasivos ambientales que por su tamaño es imposible su remoción o eliminación. Una vez insertos en el paisaje hay que convivir con ellos y, en el mejor de los casos, intentar recuperarlos del abandono. TROEH, HOBBS y DONAHUE (1999) indican que la vegetación es una de las alternativas de recuperación, ya que ésta realiza un control de la erosión tanto eólica como hídrica de la capa superficial de los tranques de relave. Por otro lado, señalan que la falta de cohesión de las partículas del sustrato del relave y su exposición directa al viento genera graves problemas de arrastre derivando en contaminación principalmente de metales pesados, lo cual puede disminuirse con la protección del sustrato frente al agua de lluvia o viento. Así mismo, señalan que lo más efectivo para reducir el efecto del viento, es cubrir el suelo con una cubierta vegetal o una carpeta de residuos forestales o agrícolas. Complementando lo anterior, KOBISCH (1993) afirma que la vegetación limita la acción erosiva de la lluvia sobre el suelo, interceptando la lluvia y disminuyendo la velocidad con la que llega al sustrato. Para lograr este efecto de protección importa la densidad como la calidad de la cubierta. Si bien existen soluciones para la capa superficial del relave, es preciso correlacionar esta alternativa con la posible eliminación o control de los

3 3 desechos de metales pesados que persisten tanto en esta capa como en la más interna. Para esto, se plantea la alternativa de una cubierta vegetal que sea absorbedora de ellos. Por lo tanto, surge con esta investigación la necesidad de evaluar diferentes especies vegetales, cuyo comportamiento signifique una alternativa de recuperación de estos depósitos de relave, persiguiendo los siguientes objetivos: Objetivo general Evaluar el comportamiento de crecimiento (diámetro de tronco y altura total) que presentan cuatro especies vegetales, establecidas en material de relave minero. Objetivos específicos Cuantificar el comportamiento de las concentraciones de algunos macronutrientes (Nitrógeno disponible (N), Fósforo disponible (P), Potasio de intercambio (K), Calcio (Ca) y Magnesio (Mg)) y algunos micronutrientes (Boro (B), Hierro (Fe), Manganeso (Mn), Zinc (Zn) y Cobre (Cu)) en forma estacional presentes en el material de relave. Comparar las concentraciones de algunos metales pesados (Cadmio (Cd), Cromo (Cr), Níquel (Ni) y Plomo (Pb)) presentes en el tranque de relave antes de la plantación y después de un año y tres meses de establecidas las plantas. Identificar las especies vegetales que presenten un desarrollo vegetativo y de crecimiento aceptables en condiciones de material de relave.

4 4 2. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA 2.1. Aspectos generales de los relaves mineros: Los relaves mineros corresponden al residuo del proceso de obtención de minerales en la industria minera. A grandes rasgos, este proceso cuenta con la molienda de la roca con mineral, adición de agua de 60% a 80% aproximadamente, adición de reactivos de flotación y espumantes, inyección de aire para generación de burbujas, extracción del mineral flotante y la eliminación de la pulpa remanente denominada relave (GREEN, 2001). La pulpa residual o relave es canalizada hasta un sector de acopio permanente mediante tuberías o canaletas. El depósito queda confinado mediante muros (embalses de relave) o se aprovechan formas favorables de la topografía. El proceso natural de estabilización de un depósito de relave considera en primer término, la pérdida paulatina de humedad de las arenas, permitiendo con esto, un tranque relativamente firme y seco. Todo el proceso de desecación puede tomar varios años dependiendo de las condiciones ambientales en donde se inserta el tranque de relave (GREEN, 2001) Características físicas y químicas de un tranque de relave: Generalmente las faenas mineras tienden a ubicarse en condiciones ambientales extremas, situaciones de alta cordillera y de aridez en que las restricciones por temperatura y precipitaciones son evidentes en la vegetación. Por otro lado, el medio en que debe desarrollarse la vegetación

5 5 es un sustrato completamente alterado en el que las propiedades físicas, de fertilidad y toxicidad son determinantes (GREEN, 2001). El suelo es un cuerpo natural, que ocupa un espacio tridimensional, producto de la transformación del material originario (material parental) a través de procesos destructivos y de síntesis. Cada suelo puede considerarse como un individuo, que forma parte de un universo, con características únicas, producto de una determinada combinación de factores de formación (HONORATO, 2000). En un primer momento, el material de relave no puede llamarse suelo por no contar con las propiedades que caracterizan a estos últimos. Sin embargo, una vez establecidas las plantas, pasan a formar un sustrato que sirve de sostén para la vegetación que eventualmente podría evolucionar a suelo. Es por este motivo que se analizarán sus propiedades considerándolas como tal Propiedades físicas Una de las propiedades físicas más importantes es la textura, que es una expresión cualitativa y cuantitativa del tamaño de las partículas. Cualitativa porque se refiere al comportamiento que resulta del tamaño y de la naturaleza de los constituyentes del suelo, y cuantitativa por ser una expresión porcentual. Se refiere a la proporción relativa en peso de los diferentes tamaños de partículas existentes en él, expresada como porcentaje de la fracción mineral (HONORATO, 2000).

6 6 Generalmente, el sustrato del relave corresponde a suelos gruesos o de textura arenosa, los cuales presentan baja retención de humedad aún con un buen aporte hídrico (GREEN, 2001). Por otro lado, la estructura corresponde a la forma en que se agrupan las partículas elementales (arena, limo y arcilla) en agregados. Estos agregados tienen propiedades diferentes de las de una masa igual de partículas elementales sin agregación (HONORATO, 2000). En el sustrato de relave, esta propiedad no se presenta, por lo que se considera un suelo sin estructura. Esta característica la proporciona el origen del material y la alta concentración de sodio presente en el sustrato que actúa como un elemento dispersante de las partículas (HONORATO, 2000) Propiedades químicas Fertilidad La fertilidad depende de los contenidos de macronutrientes como Nitrógeno (N), Fósforo (P), Magnesio (Mg), Calcio (Ca) y Potasio (K), y de micronutrientes como Zinc (Zn), Cobre (Cu), Hierro (Fe), Manganeso (Mn), Boro (B), y Molibdeno (Mo). También es importante la presencia de bacterias y hongos saprófitos (ALWAY, 1940). El material original que antecede al relave proviene generalmente de zonas donde la población vegetal y la actividad microbiana son muy escasas o nulas. El proceso de extracción del mineral, que cuenta con la adición de reactivos de flotación y espumantes, ocasiona lavados de macro y

7 7 micronutrientes, lo cual se traduce en un sustrato de muy baja fertilidad (COTORAS, 1996) Toxicidad La toxicidad del relave influye en forma negativa al desarrollo de las especies que pueden establecerse en el depósito (regeneración natural o reforestación), retardando o eliminando un desarrollo inicial. Generalmente la toxicidad está dada por tres componentes: - Metales pesados - ph - Salinidad (CE) Respecto a la presencia de metales pesados, la toxicidad está dada por las concentraciones de estos elementos. Los metales con mayor probabilidad de encontrarse en un relave corresponden a: Hierro (Fe), Molibdeno (Mo), Cadmio (Cd), Cromo, (Cr), Níquel (Ni), Plomo (Pb) y Cobre (Cu). Algunos de estos elementos corresponden a micronutrientes para las plantas, por lo que son necesarios en cantidades muy pequeñas. A pesar de que las concentraciones umbrales varían, se puede asumir que concentraciones totales por sobre 0,1% para elementos individuales son tóxicas. Sin embargo, por la experiencia en ensayos realizados en suelos agrícolas con aguas con contenidos de metales pesados, aún más importante que la concentración de elementos totales es la concentración de elementos solubles (aprovechables para las plantas), los que empíricamente corresponden hasta un 10% de las concentraciones totales (GREEN, 2001). El ph determina la liberación o precipitación de ciertos elementos, es en este sentido que la fracción soluble de los metales pesados cobra importancia, así

8 8 por ejemplo a un ph ácido se liberan iones metálicos de hierro, cobre, zinc o plomo y se precipita el molibdeno. Esto quiere decir que a una misma concentración de elementos totales puede generarse un proceso de fitotoxicidad a un ph bajo que aumente la fracción soluble de estos metales. El cambio de ph en un tranque de relave puede originarse principalmente por los contenidos de pirita. En general, el proceso productivo de cobre es alcalino o básico, generando un sustrato de relave con un ph relativamente neutro (ENAMI, 2001). La salinidad del sustrato también influye en el desarrollo de la vegetación, este parámetro se mide a través de la conductividad eléctrica (CE), la cual determina el gradiente osmótico a través del cual la planta puede absorber agua y nutrientes. Si la salinidad es muy elevada (sobre 4 mmhos/cm a 25 ºC) se produce una deshidratación en la vegetación (GREEN, 2001). En el caso de relaves de zonas áridas y semiáridas no se produce la oxidación, por lo cual no hay acidificación del sustrato, manteniendo altos contenidos de salinidad o sodicidad (TROEH, HOBBS y DONAHUE, 1999) Emplazamiento del tranque de relave Planta Manuel Antonio Matta: En general, la zona se caracteriza por una fisiografía abrupta de grandes y cambiantes pendientes precordilleranas y valles de conformación hídrica. En este conjunto de quebradas cercanas al río Copiapó se inserta el tranque (ENAMI, 2001). La zona de Copiapó se caracteriza por registros de lluvias más bien bajos clasificados como semi-desértico. La región se encuentra bajo la marcada influencia del Anticiclón Subtropical del Pacífico Sur, por lo cual se da una

9 9 escasez en el paso de perturbaciones como frentes de mal tiempo, lo que implica una mínima presencia de precipitaciones. La media anual está alrededor de 24 mm, con fluctuaciones de 4 a 39 mm. Las temperaturas fluctúan entre un mínimo de 3,5 ºC hasta 35 ºC con temperaturas medias de 20,4 ºC en enero y 11,4 ºC en julio (DIRECCIÓN METEOROLÓGICA DE CHILE, 1996). El sistema hídrico del valle de Copiapó se origina en Las Juntas, lugar donde confluyen los ríos Pulido y Jorquera. Unos 2,5 kilómetros más abajo se une un tercer cauce denominado Manflas. Desde Las Juntas hasta el mar, el río Copiapó alcanza a cruzar 162 Km de distancia, siendo en términos de uso poblacional mucho más importante su acuífero subterráneo, cuyo volumen de agua total se estima en millones de mt 3. La cuenca de Copiapó es el primer valle transversal, sometiendo a las capas más bajas de la tropósfera a un continuo encajonamiento de acuerdo a las características topográficas de la zona (DIRECCIÓN GENERAL DE AGUAS DEL MINISTERIO DE OBRAS PÚBLICAS, 2003) Estabilización de un tranque de relave: Para estabilizar un tranque se consideran principalmente tres métodos no excluyentes: enrocado, estabilización química y revegetación (LAMBERT et al., 1999). En cuanto al plan de revegetación, la necesidad de cubierta vegetal tiene como objeto, no solamente el control de la erosión, el favorecimiento de la fauna y/o establecimiento del equilibrio, sino también la integración del espacio utilizado por la estructura en el paisaje (LAMBERT et al., 1999).

10 10 Por el contrario, la desprotección del suelo permite el paso del viento a gran velocidad ocasionando el desprendimiento, transporte y deposición del material suelo. En el caso de la lluvia, la pérdida de material se produce por arrastre, generando grietas que dificultan la utilización de la superficie y posibilitan la contaminación de los causes de ríos por metales pesados (TROEH, HOBBS y DONAHUE, 1999) Etapas generales de revegetación Según GREEN (2001), al considerar la revegetación dentro de un plan de recuperación de un depósito minero, se deberán seguir ciertas etapas generales como son: - Estudio de las condiciones anteriores al impacto ambiental En el diseño de una explotación minera se deberían estudiar las características del clima, suelo y vegetación nativa del lugar para poder tener la información necesaria en la recuperación final. - Estudio de las condiciones ambientales existentes Realización de un completo estudio de clima, suelo y factores ambientales limitantes modificados por la explotación minera. - Elaboración de un sistema de plantación Se debe considerar desde la obtención de la semilla o plantín hasta la instalación del sistema de riego. Este sistema sigue los patrones generales de reforestación de zonas degradadas considerando los factores críticos de crecimiento de la vegetación en el caso de una explotación minera.

11 11 - Programas de monitoreos El diagnóstico de sobrevivencia y desarrollo debe realizarse al menos un año después de la plantación, cuando cada especie haya pasado por las cuatro estaciones climáticas. Se deben monitorear parámetros edáficos como la humedad del suelo, ph, nutrientes y la exploración de las raíces fuera de la casilla Macronutrientes: Nitrógeno El nitrógeno es un nutriente esencial para el crecimiento de los vegetales, ya que es un constituyente de todas las proteínas. Es absorbido por las raíces generalmente bajo las formas de NO - 3 y NH + 4. Su asimilación se diferencia en el hecho de que el ión nitrato se encuentra disuelto en la solución del suelo, mientras que gran parte del ión amonio está adsorbido sobre las superficies de las arcillas (DORRONSORO, 2004) Fósforo Después del nitrógeno, es el segundo elemento en importancia para el crecimiento de las plantas. El fósforo se encuentra en el suelo de diferentes formas químicas, es así como encontramos fósforo disponible, fósforo inorgánico y fósforo orgánico, con una relación de 1 : 71 : 51 respectivamente (THOMPSON, 1980). El fósforo es absorbido en su mayor parte en forma de ión monovalente H 2 PO 4, conocido generalmente como fosfato (THOMPSON, 1980).

12 Potasio El potasio es uno de los tres cationes principales que utilizan las plantas, se encuentra en abundancia en los suelos y presenta una alta movilidad tanto dentro de la planta como en el suelo (PINEDA, 2000). La abundancia de este elemento se explica por la resistencia que presentan los minerales que contienen potasio a la meteorización, impidiendo con esto la lixiviación, logrando que los horizontes más superficiales contengan más potasio que el material primario (THOMPSON, 1980) Calcio El calcio se utiliza en enmiendas para mejorar la estructura del suelo, más que como fertilizante. Las aplicaciones de calcio al suelo con productos tales como CaCO 3, CaO o Ca(OH) 2 tienen dos efectos. Primero, proporcionar Ca 2+ y, segundo inducir un aumento de ph debido a la reacción alcalina de dichos compuestos (THOMPSON, 1980). Las principales funciones del calcio dentro de la planta es su participación en la permeabilidad e integridad de la membrana celular, procesos de maduración y calidad de frutos (THOMPSON, 1980). No se ha descrito toxicidad causada por elevadas concentraciones de calcio. Eventualmente, el daño lo causaría el aumento de ph a especies sensibles a ello y no a la presencia de este elemento (THOMPSON, 1980). Un bajo contenido de calcio se traduce en una disminución del ph y pérdida de estructura de las partículas de suelo (GARCÍA, 2001).

13 Magnesio El rol más importante lo juega el Mg 2+ como cofactor en casi todos los sistemas enzimáticos donde intervienen reacciones de fosforilación (transporte de energía). El magnesio forma un puente entre la estructura pirofosfórica del ATP o ADP (THOMPSON, 1980). No se ha descrito toxicidad por elevadas concentraciones de magnesio y las deficiencias se muestran en una clorosis intervenal en la lámina de la hoja (THOMPSON, 1980) Micronutrientes: Los micronutrientes son elementos indispensables para el normal desarrollo de las plantas, pero se encuentran presentes en proporciones muy pequeñas en los tejidos biológicos (LOUE, 1988). Las fases solubles de los micronutrientes se pueden encontrar en forma iónica o quelatada, para poder ser absorbibles por las plantas (GARCÍA, 2001). Los micronutrientes de la solución del suelo se pueden inmovilizar por complejación con sustancias húmicas insolubles o a través de la fijación sobre las superficies de los minerales de la arcilla o de los óxidos (GARCÍA, 2001).

14 Zinc LOUÉ (1988) indica que el contenido medio de Zinc en la corteza terrestre bordea los 70 ppm. En el tranque de relave su concentración fluctúa entre 5 y 10 ppm, siendo este valor indicativo de una deficiencia de este elemento, lo que se traduce en una alteración en el normal desarrollo de crecimiento Manganeso El manganeso tiene importantes funciones en el metabolismo de las plantas, particularmente en la activación de diferentes enzimas, síntesis de la clorofila, fotosíntesis, reducción de nitratos y síntesis de aminoácidos y proteínas (LOUE, 1988) Hierro El hierro se encuentra a disposición de las raíces bajo formas de Fe 2+, Fe 3+ y quelatado. Las raíces lo absorben bajo la forma de Fe 2+ o en una cierta medida bajo forma quelatada. La absorción de Fe inorgánico está, por lo tanto, ligada a la capacidad que tienen las raíces de reducir el ph y reducir el Fe 3+ a Fe 2+ (MARSCHNER, 1974) Boro El boro se encuentra en la solución del suelo como anión boratado B(OH) - 4 o como ácido bórico no disociado H 3 BO 3, siendo este último la forma en que es absorbido por las plantas (LOUE, 1988).

15 15 Uno de los principales factores que determina la asimilación del boro en los suelos es el ph, siendo menor su disponibilidad a ph mayores a 7 (GUPTA, 1981). Lo anterior evidencia una deficiencia tanto en la concentración total como en la fracción disponible presente en el tranque de relave Cobre Las formas más comunes de encontrar el cobre en el suelo es como ión divalente Cu 2+ o como uno de sus numerosos compuestos estables (LOUE, 1988). LOUE (1988) indica que la influencia del ph es en efecto muy importante para la asimilación del cobre. A ph sobre 7 se reduce la disponibilidad de este elemento Metales pesados: En el suelo existen unos elementos minoritarios que se encuentran en muy bajas concentraciones y, al evolucionar la vida adaptándose a estas disponibilidades, ha ocurrido que las concentraciones más altas de estos elementos se han vuelto tóxicas para los organismos. Dentro de este grupo de elementos son muy abundantes los denominados metales pesados (DORRONSORO, 2004). Se considera metal pesado a aquel elemento que tiene una densidad igual o superior a 5 gr/cm 3 cuando está en forma elemental, o cuyo número atómico es superior a 20 (excluyendo a los metales alcalinos y alcalino-térreos). Su presencia en la corteza terrestre es inferior al 0,1% y casi siempre menor del 0,01% (DORRONSORO, 2004).

16 16 Algunos de estos metales pesados no tienen una función biológica conocida, y su presencia en determinadas cantidades en seres vivos, lleva consigo disfunciones en el funcionamiento normal de sus organismos (DORRONSORO, 2004).

17 17 3. MATERIALES Y MÉTODOS 3.1. Lugar del experimento: El lugar de desarrollo del experimento fue en la Planta Manuel Antonio Matta Ruiz, perteneciente a la Empresa Nacional de Minería (ENAMI), ubicada a 10 km al noroeste de la ciudad de Copiapó, en la III Región de Atacama, 27º 21 latitud S y 70º 20 longitud O. El tranque donde se realizó el estudio, correspondió al denominado tranque Nº1 de la planta Manuel Antonio Matta Ruiz. Cabe destacar que la homogeneidad del sustrato era muy alta, ya que provenía de un proceso de iguales características donde se extrajeron los mismos elementos. Este tranque se encuentra actualmente en la etapa de cierre y estabilización, es decir, no recibe aportes de pulpa residual (Figura 1). Como zona testigo se utilizó una área aledaña al tranque de propiedad de la misma empresa, cuya influencia climática era la misma que la del tranque de relave. Esta zona se encontraba libre de la adición de material de relave sobre su superficie (Figura 2).

18 FIGURA 1. Tranque de relave Nº1 Planta Manuel Antonio Matta (ENAMI), Copiapó, III Región. 18

19 FIGURA 2. Zona testigo (Área aledaña al tranque de relave), Copiapó, III Región. 19

20 Elección de las especies: La elección de las especies para el estudio, se basó en cuatro factores analizados en forma conjunta: - Condiciones climáticas del lugar de emplazamiento del tranque de relave. - Resultados exitosos en proyectos de similares características. - Disponibilidad de las especies en el mercado. - Capacidad de desarrollo en condiciones edafoclimáticas similares en forma natural. Bajo estas condiciones, las especies seleccionadas fueron: Albizia (Albizia lophanta), Aromo australiano (Acacia melanoxylon), Aromo azul (Acacia saligna), y Granado (Punica granatus) (Figura 3). La condición inicial de las plantas antes de ser establecidas era de similares características, ya que provenían de un mismo vivero y tenían el mismo tiempo de crecimiento Establecimiento de las plantas: Para el establecimiento de las plantas, se construyeron parcelas que albergaron nueve individuos de la misma especie cada una, en un marco de plantación de 3 m entrehilera y 3 m sobrehilera, a su vez, cada parcela tuvo cuatro repeticiones, obteniendo así un total de16 parcelas por especie.

21 21 Albizia (Albizia lophanta) Aromo australiano (Acacia melanoxylon) Aromo azul (Acacia saligna) Granado (Punica granatus) FIGURA 3. Especies vegetales seleccionadas para el establecimiento en tranque de relave y testigo.

22 22 Las parcelas fueron localizadas en sectores topográficos de iguales características y su disposición fue de forma completamente al azar. El mismo procedimiento y número de parcelas se realizó en la zona denominada testigo Labores culturales: Las especies establecidas contaron con un sistema de riego presurizado, donde se utilizó como emisor un gotero de 4 lt/hr de caudal de entrega. El tiempo y frecuencia de riego fueron similares para todas las especies (Cuadro 1). CUADRO 1. Tiempo y frecuencia de riego para el tranque de relave y la zona testigo. MES FRECUENCIA TIEMPO (Horas) Enero Todos los días 2 Febrero Todos los días 2 Marzo Todos los días 2 Abril Todos los días 1 Mayo Día por medio 1 Junio Día por medio 1 Julio Día por medio 1 Agosto Día por medio 1 Septiembre Todos los días 1 Octubre Todos los días 2 Noviembre Todos los días 2 Diciembre Todos los días 2

23 23 En cuanto a la labor de fertilización, no se consideró la adición de ningún tipo de fertilizante. Esta determinación se sustentó en que la recuperación de estas zonas debía ser lo menos intensiva posible. Para la formación estructural de las especies se utilizó un tutor de madera adosado al tronco, y cuando fue necesario, se realizó una mínima poda formativa Ensayo 1: Evaluación del comportamiento de crecimiento: Con el fin de evaluar el comportamiento de crecimiento de las especies, se identificó y marcó un individuo en cada parcela, obteniendo así un total de cuatro plantas por especie. El mismo procedimiento se realizó en la zona denominada testigo. Para conocer el diámetro del tronco se procedió a medir la zona basal de cada planta expresando los valores en milímetros, utilizando para ello un pie de metro. Junto con esto, se midió la altura total de la planta, la cual se obtuvo desde la zona basal del tronco hasta la altura máxima alcanzada por el eje principal de la planta, utilizando para ello una huincha de medir y los resultados se expresaron en centímetros. Las mediciones se realizaron en forma estacional a partir de otoño del 2002 y finalizando en primavera del 2003.

24 24 Los resultados se analizaron con un diseño estadístico completamente al azar, considerando un error del 5 %. Y ij = µ + T i + ε ji Donde: Y ij : variable respuesta (diámetro de tronco, altura total) µ : media general T i : i-ésimo tratamiento ε ji : Error experimental ~ N (0 ; σ 2 ) 3.6. Ensayo 2: Evolución de las concentraciones de macro y micronutrientes presentes en el material de relave y la zona testigo: Para conocer la evolución de las concentraciones de macro y micronutrientes, se tomaron muestras de sustrato de aproximadamente un kilo y a una profundidad de 20 a 30 cm de forma estacional a partir de otoño del 2002, y finalizando en primavera del Esta toma de muestras se realizó colectando submuestras de la zona donde se encontraban las raíces de las plantas en estudio y realizando posteriormente una mezcla de ellas. Este procedimiento se utilizó tanto para el tranque de relave como para la zona testigo. Las muestras se analizaron en el Laboratorio de Suelos de la Facultad de Agronomía, perteneciente a la Pontificia Universidad Católica de Valparaíso. Para la determinación de los macronutrientes (nitrógeno, fósforo y potasio) se utilizó la metodología de Olsen.

25 25 Para determinar los micronutrientes (calcio, magnesio, zinc, manganeso, hierro, cobre, boro y sodio) se utilizó espectroscopía de absorción atómica Ensayo 3: Comparación de las concentraciones de algunos metales pesados: Antes de realizar la plantación (invierno 2002), se tomaron cuatro muestras del sustrato del tranque de relave, de las cuales se obtuvieron las concentraciones de algunos metales pesados como cadmio, cromo, níquel y plomo presentes en él. Las muestras se obtuvieron desde una profundidad de 20 a 30 cm y con un peso aproximado de un kilo. Estas muestras se analizaron en el laboratorio de la Facultad de Agronomía de la Pontificia Universidad Católica de Valparaíso utilizando la metodología de Olsen. Las fracciones de cadmio, cromo, níquel y plomo se extrajeron mediante digestión de ácido nítrico y ebullición con ácido clorhídrico, obteniendo los niveles a través de espectrofotometría atómica de llama (SOON Y ABBOUD, 1993). Una vez establecidas las especies, y con un tiempo de desarrollo de un año y tres meses (primavera 2003), se procedió a tomar muestras de suelo de la zona ocupada por las raíces de cada especie, considerando esta zona de 20 a 30 cm de profundidad y con un radio de 30 cm a partir del tronco. Las muestras tuvieron un peso aproximado de un kilogramo. Estas muestras consistieron en cuatro repeticiones para cada especie (Figura 4).

26 26 Albizia (Albizia lophanta) Aromo australiano (Acacia melanoxylon) Aromo azul (Acacia saligna) Granado (Punica granatus) FIGURA 4. Toma de muestras de sustrato en el tranque de relave.

27 27 El laboratorio donde se realizó el análisis y la metodología es el mismo que el anterior. Los resultados se analizaron con un diseño estadístico completamente al azar, considerando un error del 5 %. Y ij = µ + T i + ε ji Donde: Y ij : variable respuesta (diámetro de tronco, altura total) µ : media general T i : i-ésimo tratamiento ε ji : Error experimental ~ N (0 ; σ 2 ) 3.8. Metodología para la identificación de las especies con mejores resultados: Una vez realizados los análisis, se identificaron dentro de las especies estudiadas aquellas que no se vieron influenciadas en su crecimiento, por encontrarse establecidas en material de relave, y que tuvieron la capacidad de extraer metales pesados del sustrato que los sostenía.

28 28 4. PRESENTACIÓN Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS 4.1. Ensayo 1: Evaluación del comportamiento de crecimiento: Los resultados obtenidos en forma estacional a partir de otoño del 2002 hasta primavera del 2003, tanto del diámetro basal del tronco como de la altura total de la planta, se analizaron de forma separada para cada especie, ya que presentan diferentes comportamientos de crecimiento. Para el análisis se consideró el diámetro de tronco y la altura total de la planta en el momento de la plantación y después de un año y tres meses de establecidas éstas Albizia (Albizia lophanta) Del análisis al diámetro de tronco y a la altura total de la planta, se determinó con un error del 5%, que no existen diferencias significativas entre los tratamientos en lo que respecta al grosor del tronco. Sin embargo, sí existen diferencias entre los tratamientos de la altura total de la planta (Cuadro 2). CUADRO 2. Diámetro de tronco y altura total promedio de la especie Albizia (Albizia lophanta), establecida en tranque de relave y testigo. Tipo de suelo Diámetro de tronco (mm) Altura total (cm) Testigo 46,6 a 253,3 b Tranque de relave 25,0 a 154,7 a * Letras distintas en cada columna indican diferencias significativas. Las plantas establecidas en el tranque de relave, tuvieron un menor desarrollo en altura que las plantas ubicadas en la zona testigo, aún cuando

29 29 los diámetros de los troncos fueran estadísticamente iguales en ambas zonas. La evolución del crecimiento se presenta en las Figuras 5 y 6. Las figuras 5 y 6 muestran una condición inicial de las plantas, en lo que respecta al diámetro basal del tronco y su altura total de similares características. Su desarrollo posterior, muestra una tasa de crecimiento constante para ambas variables en toda la duración del ensayo, pero siendo más alta numéricamente para las especies establecidas en la zona testigo, lo que se refleja en el crecimiento mayor y más rápido de las plantas. Cabe señalar que la evolución de crecimiento no sufre detención en las estaciones más frías como otoño e invierno, esto se debe principalmente a que las condiciones climáticas de la zona no presentaron grandes diferencias entre ellas, permitiendo un crecimiento constante a través de todo el año Aromo australiano (Acacia melanoxylon) Del análisis al diámetro de tronco y a la altura total de la planta, se determinó con un error del 5%, que no existen diferencias significativas entre los tratamientos en lo que respecta al grosor del tronco y la altura total de la planta (Cuadro 3). CUADRO 3. Diámetro y altura promedio de la especie Aromo australiano (Acacia melanoxylon), establecida en tranque de relave y testigo. Tipo de suelo Diámetro de tronco (mm) Altura total (cm) Testigo 29,6 a 179,0 a Tranque de relave 24,0 a 162,8 a * Letras distintas en cada columna indican diferencias significativas.

30 30 Albizia tranque de relave Albizia testigo Milímetros INV 02 PRI 02 VER 03 OTO 03 INV 03 PRI 03 Estaciones FIGURA 5. Evolución estacional del crecimiento del diámetro basal del tronco de la especie Albizia (Albizia lophanta), establecida en tranque de relave y testigo. Albizia tranque de relave Albizia testigo Centímetros INV 02 PRI 02 VER 03 OTO 03 INV 03 PRI 03 Estaciones FIGURA 6. Evolución estacional de la altura total de crecimiento de la especie Albizia (Albizia lophanta), establecida en tranque de relave y testigo.

31 31 Las plantas de Aromo australiano establecidas en el tranque de relave, no tuvieron ninguna diferencia estadística en su desarrollo de crecimiento, tanto en lo que respecta al diámetro de tronco como a su altura total comparadas con las establecidas en la zona testigo. La evolución del crecimiento se presenta en las Figuras 7 y 8. Las figuras 7 y 8 muestran curvas de evolución de crecimiento muy similares para las plantas establecidas en el tranque de relave y en la zona testigo, tanto para el diámetro del tronco como para la altura total de la planta. Lo que refleja una posible capacidad de esta especie a tolerar en mayor grado las condiciones edáficas adversas presentes en el tranque de relave comparadas con las de la zona testigo. Por otro lado, la pendiente de la curva para ambas variables muestra un aumento en la estación primaveral indicando con ello un mayor desarrollo en esta época, lo que podría atribuirse a una mayor sensibilidad a los cambios climáticos Aromo azul (Acacia saligna) Del análisis al diámetro de tronco y a la altura total de la planta, se determinó con un error del 5%, que no existen diferencias significativas entre los tratamientos en lo que respecta al grosor del tronco. En cambio, sí existen diferencias entre los tratamientos de la altura total de la planta (Cuadro 4).

32 32 Aromo aust. tranque de relave Aromo aust. testigo Milímetros INV 02 PRI 02 VER 03 OTO 03 INV 03 PRI 03 Estaciones. FIGURA 7. Evolución estacional del crecimiento del diámetro basal del tronco de la especie Aromo australiano (Acacia melanoxylon), establecida en tranque de relave y testigo. Aromo aust. tranque de relave Aromo aust. testigo Centímetros INV 02 PRI 02 VER 03 OTO 03 INV 03 PRI 03 Estaciones FIGURA 8. Evolución estacional de la altura total de crecimiento de la especie Aromo australiano (Acacia melanoxylon), establecida en tranque de relave y testigo.

33 33 CUADRO 4. Diámetro y altura promedio de la especie Aromo azul (Acacia saligna), establecida en tranque de relave y testigo. Tipo de suelo Diámetro de tronco (mm) Altura total (cm) Testigo 58,5 a 240,3 b Tranque de relave 38,0 a 155,3 a * Letras distintas en cada columna indican diferencias significativas. Las plantas establecidas en el tranque de relave tuvieron un menor desarrollo en altura que las plantas ubicadas en la zona testigo, aún cuando los diámetros de los troncos fueran estadísticamente iguales en ambas zonas. La evolución del crecimiento se presenta en las Figuras 9 y 10. Al inicio de la plantación, las plantas estudiadas tenían en promedio la misma altura e igual diámetro de tronco. Su desarrollo posterior no mostró mayor influencia estacional, además para ambos tratamientos el crecimiento fue mayor en la zona testigo que en el tranque de relave. Sin embargo, estadísticamente sólo hubo diferencias en la altura total de la planta, siendo mayor en la zona testigo y permaneciendo el diámetro basal estadísticamente igual para ambas zonas. Un crecimiento mayor en altura puede ser explicado por las diferencias nutricionales presentes en los sustratos, así como la presencia de elementos tóxicos para esta especie. Otro elemento que pudiese haber afectado el crecimiento es la presencia de viento en la zona del tranque de relave que fue siempre mayor comparada con el de la zona testigo.

34 34 Aromo azul tranque de relave Aromo azul testigo Milímetros INV 02 PRI 02 VER 03 OTO 03 INV 03 PRI 03 Estaciones FIGURA 9. Evolución estacional del crecimiento del diámetro basal del tronco de la especie Aromo azul (Acacia saligna), establecida en tranque de relave y testigo. Aromo azul tranque de relave Aromo azul testigo Centímetros INV 02 PRI 02 VER 03 OTO 03 INV 03 PRI 03 Estaciones FIGURA 10. Evolución estacional de la altura total de crecimiento de la especie Aromo azul (Acacia saligna), establecida en tranque de relave y testigo.

35 Granado (Punica granatus) Del análisis al diámetro de tronco y a la altura total de la planta, se determinó con un error del 5%, que no existen diferencias significativas entre los tratamientos en lo que respecta al grosor del tronco y la altura total de la planta (Cuadro 5). CUADRO 5. Diámetro y altura promedio de la especie Granado (Punica granatus), establecida en tranque de relave y testigo. Tipo de suelo Diámetro de tronco (mm) Altura total (cm) Testigo 18,5 a 102,0 a Tranque de relave 16,3 a 95,4 a * Letras distintas en cada columna indican diferencias significativas. Las plantas establecidas en el tranque de relave no tuvieron ninguna diferencia en su desarrollo de crecimiento comparadas con las establecidas en la zona testigo. La evolución del crecimiento se presenta en las Figuras 11 y 12. Las figuras 11 y 12 muestran evolución de crecimiento muy similares para las plantas establecidas en el tranque de relave y en la zona testigo, tanto para el diámetro de tronco como para la altura total de la planta. Esta similitud de crecimientos da a conocer que esta especie no mostró sensibilidad a las condiciones edáficas de los sustratos, considerando sólo el periodo de estudio (un año y tres meses). Por otro lado, la posibilidad de que el viento redujera el crecimiento de las plantas no es factible, ya que por las características de la especie, las plantas sólo alcanzaron una altura aproximada de un metro.

36 36 Granado tranque de relave Granado Testigo Milímetros INV 02 PRI 02 VER 03 OTO 03 INV 03 PRI 03 Estaciones FIGURA 11. Evolución estacional del crecimiento del diámetro basal del tronco de la especie Granado (Punica granatus), establecida en tranque de relave y testigo. Granado tranque de relave Granado testigo Centímetros INV 02 PRI 02 VER 03 OTO 03 INV 03 PRI 03 Estaciones FIGURA 12. Evolución estacional de la altura total de crecimiento de la especie Granado (Punica granatus), establecida en tranque de relave y testigo.

37 Resultados de la evolución estacional de algunos macro y micronutrientes: Macronutrientes Nitrógeno disponible Las concentraciones obtenidas mediante los análisis estacionales se presentan en la Figura 13. La figura 13 muestra que las concentraciones de nitrógeno disponible en el tranque de relave se mantuvieron constantes en el tiempo de estudio. PINEDA (2000) indica que el N asimilable procede de diversas fuentes y una de ellas es la amonificación, la cual mediante el proceso de descomposición de la materia orgánica pasa a la forma amoniacal NH + 4, encontrándose esta última disponible para las plantas. Sin embargo, THOMPSON (1980) dice que este proceso sólo se desarrolla si las condiciones son favorables al desarrollo de los microorganismos, es decir, humedad, suelo templado, un nivel adecuado de nutrientes y presencia de materia orgánica. En el tranque de relave, las plantas establecidas otorgaban una fuente natural de aporte de materia orgánica, como lo son las hojas y restos de corteza que las especies desprendían. Sin embargo, esta materia orgánica no sufría descomposición, debido a la ausencia de microorganismos heterótrofos y las condiciones desfavorables para este proceso.

38 38 Nitrógeno disp. Tranque de relave Nitrógeno disp. testigo mg/kg INV 02 PRI 02 VER 03 OTO 03 INV 03 PRI 03 Estaciones FIGURA 13. Evolución de las concentraciones de nitrógeno disponible, presentes en el suelo del tranque de relave y testigo medidas en forma estacional.

39 39 GARCÍA (2001) indica que el contenido de nitrógeno en los suelos varía en un amplio espectro, pero valores normales para la zona donde se encuentran las raíces son del orden de 0,2 a 0,7%. La zona denominada testigo tuvo un incremento estacional de la concentración de nitrógeno, alcanzando un valor máximo en primavera del 2003 de 57 mg/kg, lo que es equivalente a %. Si bien los valores están muy por debajo de valores considerados normales, se pudo apreciar un aumento significativo y constante a través del tiempo gracias a la descomposición de materia orgánica Fósforo disponible Las concentraciones de fósforo estacionales se presentan en la Figura 14. Las concentraciones de fósforo disponible presentes en el tranque de relave muestran valores muy bajos y constantes en el tiempo. La absorción de este nutriente está íntimamente ligada con la concentración de otros iones. Es así, como una elevada cantidad de nitratos disminuye la absorción de fósforo por las plantas y una elevada concentración de sulfatos produce un efecto similar, pero no tan notable. Este fenómeno se debe a la competencia que se establece entre los aniones (GARCÍA, 2001). La alta concentración de iones hidrógeno que presenta el tranque de relave, produce que se formen sales de Ca insolubles, debido a la no disponibilidad del fósforo, e incluso formar apatito que es un compuesto muy insoluble, lo que ocasiona que aún habiendo fósforo en el sustrato, éste no está disponible.

40 40 Fósforo disp. Tranque de relave Fósforo disp. testigo mg/kg INV 02 PRI 02 VER 03 OTO 03 INV 03 PRI 03 Estaciones FIGURA 14: Evolución de las concentraciones de fósforo disponible presentes en el suelo del tranque de relave y testigo medidas en forma estacional.

41 41 El área testigo mostró siempre valores más elevados que el tranque de relave, aún cuando su valor más alto es de %, muy por debajo de una concentración normal 0.15% (THOMPSON, 1980) Potasio de intercambio La evolución de las concentraciones de potasio se presenta en la Figura 15. El potasio es absorbido en forma de ión K +, aún cuando el contenido de potasio en el suelo se exprese de forma K 2 O (GARCÍA, 2001). Los resultados graficados muestran curvas de evolución de similares características presentes en el tranque de relave y en el testigo. Sin embargo, los valores se encuentran muy por debajo de lo normal. THOMPSON (1980) señala que la concentración normal de un suelo es de 1.58 % en comparación con el área de estudio que es de 0.02 %. La presencia natural de potasio en el suelo está determinada en gran medida por el contenido en los minerales de la roca madre y su liberación a través de los procesos de meteorización. Es por esto, que las concentraciones son muy similares en el tranque de relave y en la zona testigo, debido a la ausencia de aporte externo en el proceso. La pobreza de potasio de intercambio en las áreas de estudio, puede ser explicada por la textura arenosa del sustrato, que fomenta la lixiviación de la fracción soluble a una tasa mayor que la aportada por el material parental.

42 42 Potasio de Inter. Tranque de relave Potasio de Inter. Testigo mg/kg INV 02 PRI 02 VER 03 OTO 03 INV 03 PRI 03 Estaciones FIGURA 15: Evolución de las concentraciones de potasio de intercambio presentes en el suelo del tranque de relave y testigo medidas en forma estacional.

43 Calcio Las concentraciones obtenidas mediante los análisis estacionales se presentan en la Figura 16. La evolución de las concentraciones de calcio en ambas zonas no tuvo mayor significancia, aún cuando en la zona testigo los valores se mantuvieron generalmente más elevados que en el tranque de relave. La intemperización de minerales cálcicos depende en gran medida de la presencia de iones H + en el suelo, los cuales se presentan en gran cantidad tanto en el tranque de relave como en la zona testigo, lo que origina una fuente de calcio constante y abundante para las dos condiciones Magnesio Las concentraciones obtenidas mediante los análisis estacionales se presentan en la Figura 17. El magnesio presente en las áreas de estudio tuvo un comportamiento de evolución en el tiempo de similares características en cuanto a su concentración se refiere. Esta condición puede ser explicada por la acción del ph, que impide la disponibilidad de este elemento, y por el escaso aporte obtenido de la degradación de la materia orgánica.

44 44 Calcio Tranque de relave Calcio Testigo cmol+/kg INV 02 PRI 02 VER 03 OTO 03 INV 03 PRI 03 Estaciones FIGURA 16: Evolución de las concentraciones de calcio presentes en el suelo del tranque de relave y testigo medidas en forma estaional.

45 45 Magnesio Tranque de relave Magnesio Testigo 3,0 2,5 cmol+/kg 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 INV 02 PRI 02 VER 03 OTO 03 INV 03 PRI 03 Estaciones FIGURA 17: Evolución de las concentraciones de magnesio presentes en el suelo del tranque de relave y testigo medidas de forma estacional.

46 Micronutrientes El comportamiento de absorción de los micronutrientes se ve ampliamente afectado por el ph en que se encuentra el material de relave (Figura 18), el cual permite la solubilidad o inmovilidad de estos elementos (GARCÍA, 2001). Una característica común de todos los micronutrientes es el hecho de que, a partir de una determinada concentración, una vez superado el rango óptimo, toda cantidad adicional se vuelve tóxica para las plantas, incluso llegando a un rango en el cual la concentración es letal (GARCÍA, 2001). Las concentraciones de los microelementos medidas en el tranque de relave no sufrieron mayores alteraciones en el tiempo (Figura 19) Zinc Las concentraciones obtenidas mediante los análisis estacionales se presentan en la figura 20. Las deficiencias de Zn se encuentran en los suelos con ph elevado o sobre suelos que han sido fuertemente encalados. Además los suelos calizos están más sujetos a la deficiencia de Zn, debido a la muy baja solubilidad de los complejos Zn en suelos con presencia de carbonatos.

47 ph INV 02 PRI 02 VER 03 OTO 03 INV 03 PRI 03 Estaciones FIGURA 18. Curva estacional de evolución de ph medidas en el sustrato presente en el tranque de relave.

48 48 Zinc Manganeso Fierro Boro Cobre mg/kg INV 02 PRI 02 VER 03 OTO 03 INV 03 PRI 03 Estaciones FIGURA 19: Evolución de las concentraciones de micronutrientes presentes en sustrato del tranque de relave medidas de forma estacional.

49 49 Zinc Tranque de relave Zinc Testigo mg/kg INV 02 PRI 02 VER 03 OTO 03 INV 03 PRI 03 Estaciones FIGURA 20: Evolución de las concentraciones de Zinc presentes en el suelo del tranque de relave y testigo medidas en forma estacional.

50 50 En el comienzo del ensayo, las concentraciones de zinc presentes en el suelo del tranque de relave y la zona testigo eran de similares magnitudes, para luego mostrar un importante aumento en la zona testigo. Esto se debió probablemente a la mejora en la actividad microbiana producto de la incorporación de especies vegetales al sustrato, hecho que no ocurrió en el tranque de relave por ser éste un material prácticamente sin actividad degradativa Manganeso Las concentraciones obtenidas mediante los análisis estacionales se presentan en la Figura 21. La concentración de manganeso medida en el tranque de relave y en la zona testigo, mostró magnitudes y comportamiento de evolución de similares características, atribuyendo esta conducta a la acción del ph y al nulo aporte de este elemento en forma de materia orgánica por parte de las plantas. LOUE (1988) sostiene que las deficiencias de manganeso se observan generalmente en suelos con ph básico. Si consideramos que la zona en estudio mantiene un ph de 7,5 a 8 y con contenidos de manganeso considerados déficit, esto se traduce en una alteración en el normal desarrollo de la planta por deficiencia de este elemento Hierro Las concentraciones obtenidas mediante los análisis estacionales se presentan en la Figura 22.

51 51 Manganeso Tranque de relave Manganeso Testigo mg/kg INV 02 PRI 02 VER 03 OTO 03 INV 03 PRI 03 Estaciones FIGURA 21: Evolución de las concentraciones de Manganeso presentes en el suelo del tranque de relave y testigo medidas en forma estacional.

52 52 Fierro Tranque de relave Fierro Testigo mg/kg INV 02 PRI 02 VER 03 OTO 03 INV 03 PRI 03 Estaciones FIGURA 22: Evolución de las concentraciones de Hierro presentes en el suelo del tranque de relave y testigo medidas en forma estacional.

53 53 Las concentraciones medidas en el ensayo arrojaron deficiencias para la zona testigo y valores considerados normales para el tranque de relave. Esta situación se puede explicar por la extracción de elementos de interés para la minería en el sustrato de relave, otorgando así una mayor concentración de Fe en el sustrato final. Otro punto a destacar es el alza notoria presentada por ambas curvas en verano y otoño del La razón más probable de este hecho es el aporte hídrico constante que recibió el sustrato en esa época, que de forma natural no lo tendría, ocasionando una lixiviación de elementos antagonistas. A pesar de que el tranque de relave contiene niveles adecuados de Fe, su absorción se ve limitada por los altos valores de ph que presenta Boro Las concentraciones obtenidas mediante los análisis estacionales se presentan en la Figura 23. La Figura 23 muestra deficiencias de boro en los dos tipos de sustratos durante toda la duración del ensayo, siendo notoriamente más bajo en el tranque de relave. Una vez más, el ph es un factor determinante para la cantidad y disponibilidad de boro en el suelo. Es así como, suelos con ph más altos tienden a tener menos boro en su concentración total como en la fracción disponible.

54 54 Boro Tranque de relave Boro Testigo mg/kg INV 02 PRI 02 VER 03 OTO 03 INV 03 PRI 03 Estaciones FIGURA 23: Evolución de las concentraciones de Boro presentes en el suelo del tranque de relave y testigo medidas en forma estacional.