SILICIO COMO DEPRESOR DEL ALUMINIO SOLUBLE EN EL SUELO

 

Basado en los informes del ensayo técnico realizado por CEPA en el Fundo Tegualda (Región de Los Lagos) para el cultivo de Raps (Brassica Napus), se evalúan las dos hipótesis sobre el impacto de la aplicación de ZumSil (ácido monosilícico al 24%).

Jacques Phillippes Truan Laffont

Licenciado En Agronomía (UACH)

Ingeniero Agrónomo (UACH)

Diplomado en Gestión de Empresas (UAutonoma)

Lider Ambiental (U Mayor)

INTRODUCCIÓN

Los sistemas agrícolas de la Macrozona Sur de Chile, específicamente en las regiones de La Araucanía, Los Ríos y Los Lagos, se desarrollan sobre sustratos edáficos condicionados por su origen volcánico. Entre estos se encuentran los suelos derivados de cenizas (Trumaos), clasificados como Andisoles o Inceptisoles, y los situados en sectores de lomajes, clasificados como Ultisoles. La principal limitación geoquímica de estas clasificaciones radica en su acidez crónica. Cuando el pH del suelo desciende, aumenta drásticamente la solubilización y disponibilidad de cationes metálicos fitotóxicos, siendo el Aluminio soluble (Al3+) el principal factor limitante para el crecimiento vegetal en la zona, seguido por el manganeso y el hierro. Mientras que en muchas praderas del sur la saturación de aluminio se sitúa en torno al 25%, el umbral óptimo agronómico para la mayoría de los cultivos exige no superar el 5%.

Para hacer frente a esta barrera toxicológica en la producción de cultivos exigentes como el Raps (Brassica napus), la investigación agronómica ha validado el uso de fertilizantes a base de silicio soluble, específicamente el ácido monosilícico (Si (OH)4) comercializado como ZumSil. A nivel fisiológico y edáfico, el silicio reduce la toxicidad del aluminio mediante la formación de complejos silicato-hidrógeno-aluminosos no tóxicos (aluminosilictos), deteniendo su interferencia y mejorando tanto la estructura de la rizosfera como la disponibilidad interna de nutrientes. El presente informe evalúa el impacto real de la incorporación presiembra de este acondicionador sobre las propiedades químicas superficiales y profundas de un predio comercial.

RESUMEN

El estudio se llevó a cabo en el Fundo Tegualda, comuna de Fresia, Región de Los Lagos, durante la temporada agrícola 2018-2019, bajo un cultivo comercial de Raps. Se evaluó un área de 50 hectáreas tratada con una dosis presiembra de 2 litros de ZumSil por hectárea mediante aplicación por barra. El monitoreo químico se ejecutó a través de 5 muestras georreferenciadas tomadas en dos estratos de profundidad: de 0-20 cm y de 20-40 cm, analizadas antes de la siembra (mayo de 2018) y tras la cosecha (marzo de 2019) en el Laboratorio de Suelos de la Universidad Austral de Chile.

Los resultados globales demostraron que la aplicación de ZumSil redujo de forma significativa los niveles de Aluminio extractable (con disminuciones de entre el 20% y el 57% con respecto al original), disminuyó el Aluminio intercambiable en los primeros 20 cm en un promedio del 51% y redujo la saturación de aluminio en la capa superficial en un promedio del 33%. Paralelamente, se observó un incremento generalizado en el Calcio intercambiable (promedio de 24% en los primeros 40 cm) y en el Magnesio intercambiable, lo que impulsó al alza la Suma de Bases (SB) y la Capacidad de Intercambio Catiónico Efectiva (CICE). Por el contrario, se constató una acidificación neta marginal de 0,05 unidades de pH y una marcada reducción en los niveles de Azufre disponible en el perfil evaluado.

1. PRESENTACIÓN Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS

1.1. Presentación de Datos Analíticos

A continuación, se presentan los resultados analíticos recopilados por punto de muestreo georreferenciado y estrato de profundidad durante las dos etapas de control (2018 vs. 2019):

Tabla 1. Análisis Químico Comparativo - Muestras 594 y 595

       

                              

Tabla 2. Análisis Químico Comparativo - Muestra 596

Tabla 3. Análisis Químico Comparativo - Muestras 597 y 598

1.2. Discusión de los Componentes Principales.

Dinámica del pH y Acidez del Suelo. A nivel global, el pH medido en agua para el perfil de 0-40 cm experimentó una reducción promedio de 0,05 puntos. Un suelo con valores de pH ≤ 5,5 es limitante, restringiendo el rendimiento potencial de los raps debido a deficiencias inducidas en la asimilación de macronutrientes (N, P, K, Ca, Mg) y ciertos micronutrientes (B, Zn, Mo). En el Fundo Tegualda, todas las muestras iniciales y finales se mantuvieron en un rango ácido. Dado que el raps posee un mínimo crítico de pH en Ultisoles de entre 4,95 y 5,7, esta persistencia ácida obliga a ajustar al alza la fertilización tradicional o bien implementar enmiendas alcalinizantes basadas en carbonatos o bicarbonatos (CaCO3, Mg2O), complementadas con fuentes nitrogenadas nítricas o de baja acidez residual.

1.2.1    Mitigación de la Toxicidad por Aluminio

El impacto más sobresaliente de la adición de ZumSil residió en su potente efecto bloqueador sobre el aluminio en sus diferentes fracciones:

• Aluminio Extractable: La aplicación redujo consistentemente este indicador en todo el perfil (0-40 cm), logrando disminuciones sustanciales de entre un 20% y un 57% frente a los valores testigo de 2018.

• Aluminio Intercambiable: En el estrato superior (0-20 cm), el tratamiento redujo esta variable en un promedio del 51%. Únicamente la muestra 596 mostró un patrón de incremento atípico (+22,37% en superficie y +34,41% en profundidad). En contraste, los puntos 597 y 598 evidenciaron caídas drásticas de hasta un 95,11% y 60,98% en la capa arable, respectivamente.

• Saturación de Aluminio: En los primeros 20 cm, se observó una contracción promedio del 33% en la saturación de este metal. Destacan los puntos 595, 597 y 598, que bajaron a porcentajes de saturación del 3,0%, 5,4% y 4,1%, logrando posicionarse muy cerca o bajo el umbral crítico técnico del 5% requerido para el óptimo desarrollo radicular.

Este comportamiento responde directamente a las propiedades moleculares del ácido monosilícico soluble, el cual reacciona con el Al3+ fitotóxico en la solución del suelo para estructurar aluminosilicatos amorfos insolubles y estables, inmovilizando el metal pesado y reduciendo su absorción por las raíces.

1.2.2    Comportamiento de Cationes Intercambiables, SB y CICE

La inmovilización del aluminio libre generó una liberación de sitios de intercambio en las arcillas y coloides del suelo. Como consecuencia directa, el Calcio (Ca) intercambiable en el perfil de 0-40 cm se incrementó en un promedio del 24%, con alzas individuales notables como el +56,25% reportado en la profundidad de la muestra 598. Asimismo, el Magnesio (Mg) intercambiable aumentó de forma generalizada en casi todo el perfil analizado.

Este reabastecimiento catiónico provocó un aumento coordinado de la Suma de Bases (SB) y de la Capacidad de Intercambio Catiónico Efectiva (CICE). Este incremento en la CICE y la SB asegura una mayor disponibilidad y estabilidad de nutrientes esenciales en la rizosfera de la planta, optimizando la nutrición mineral del raps durante etapas críticas del rendimiento (como la floración).

1.2.3    Evolución del Fósforo y el Potasio Asimilables

• Fósforo Olsen: Las mediciones reflejaron variaciones muy dispares, registrando desde caídas del 54,42% hasta incrementos superiores al 133% (Muestra 597, 0-20 cm). No obstante, desde una perspectiva estrictamente técnica, el análisis de P por el método de Olsen merece un análisis más riguroso en perfiles con este nivel de acidez. 

• Potasio Intercambiable: No se detectaron alteraciones estocásticas de gran magnitud, manteniéndose valores relativamente estables o con ligeras mermas superficiales. La concentración general demostró que la base de fertilización potásica provista en el predio fue adecuada, exceptuando la zona correspondiente a la muestra 595, donde se detectó un suministro levemente deficitario.

1.2.4    Disminución del Azufre Disponible

Un hallazgo crítico fue la contracción sistemática y significativa en los niveles de Azufre disponible dentro del perfil edáfico de 0-40 cm. Las causas probables asociadas a este fenómeno agronómico se concentran en tres factores concurrentes:

1. Lixiviación: Lavado intensivo del anión sulfato hacia horizontes más profundos inducido por regímenes de alta pluviosidad local.

2. Subfertilización: Aporte de azufre insuficiente en el programa de fertilización inicial para cubrir las altas tasas de extracción del cultivo.

3. Mayor demanda fisiológica: Dado que el uso de silicio estimula un incremento en el rendimiento y la síntesis de aceite en las semillas de oleaginosas, la planta demandó y absorbió una mayor tasa de azufre desde la solución del suelo para completar sus procesos metabólicos.

CONCLUSIONES.

1. Alta Eficacia Correctora de Aluminio: La aplicación de 2 L/ha de ZumSil demostró una alta competencia para neutralizar las fracciones tóxicas de aluminio en la capa arable (0-20 cm). Esto permitió reducir la saturación de Al hasta niveles cercanos o inferiores al umbral crítico del 5% en la mayoría de los sectores del predio.

2. Acondicionamiento del Complejo de Cambio: El tratamiento favoreció de forma directa el incremento de los contenidos de Calcio y Magnesio intercambiables, traduciéndose en una mejora de la fertilidad potencial reflejada en el aumento sistemático de la Suma de Bases y la CICE.

3. Mantenimiento de Limitantes de pH: A pesar de la efectiva inmovilización química del aluminio, el tratamiento con ácido monosilícico no ejerce un efecto enmienda sustancial sobre el pH del suelo, el cual se mantuvo en niveles ácidos críticos (menor 5,5). Esto ratifica la necesidad de integrar este manejo con enmiendas calcáreas tradicionales.

4. Alerta en el Suministro de Azufre: Se constató un agotamiento drástico del Azufre disponible al término del ciclo agrícola. Este fenómeno obliga a reestructurar los programas de fertilización venideros, incrementando las unidades de este elemento y restringiendo el uso de fuentes excesivamente acidificantes.

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• Laboratorio de Suelos de Agronomía. (2018-2019). Informes de Análisis Químico de Suelos: Fundo Tegualda (Temporada Raps 2018-2019). Facultad de Ciencias Agrarias, Universidad Austral de Chile, Valdivia.

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REMEDIACIÓN BIOLÓGICA DE AGUAS SERVIDAS - PLANTA DE TRATAMIENTO (PTAR) PERQUENCO

 

INFORME TÉCNICO DE EVALUACIÓN EXPERIMENTAL

REMEDIACIÓN BIOLÓGICA DE AGUAS SERVIDAS - PLANTA DE TRATAMIENTO (PTAR) PERQUENCO

Jacque Phillippes Truan Laffont

Diplomado En Ciencias Agrarias UACH

Ingeniero Agrónomo UACH

Diplomado Gestion de Empresas UA

Lider Ambiental U Mayor

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1. INTRODUCCIÓN Y ANTECEDENTES

La Planta de Tratamiento de Aguas Servidas (PTAR) de la comuna de Perquenco, Región de La Araucanía, opera mediante un sistema extensivo natural compuesto por dos piscinas decantadoras simples que funcionan de manera conjunta. Cada unidad posee una superficie perimetral de 279 metros y un área de espejo de agua de 3.900 m², con una profundidad útil de 1,5 metros. Esto define un volumen operativo total simultáneo de 5.850 m³. El sistema cuenta con filtros de rejilla para la separación física de sólidos mayores, pero carece de sistemas de aireación mecánica forzada en las lagunas.

Planteamiento del Problema

De acuerdo con los monitoreos del Departamento de Medio Ambiente, Aseo y Ornato, la infraestructura remueve adecuadamente la mayoría de los parámetros normativos, a excepción de la carga microbiológica. El método actual de desinfección consiste en la aplicación gravitacional de Hipoclorito de Sodio directamente en la línea de descarga al cuerpo receptor (Estero Perquenco). Al carecer de una cámara de contacto con un tiempo de exposición adecuado, la acción biocida del cloro es insuficiente, provocando que el efluente final supere sistemáticamente los 1.000 NMP/100 mL de Coliformes Fecales, alcanzando valores reales de 3.000 NMP/100 mL. Esta condición infringe de forma directa los límites máximos permitidos por la Tabla N° 1 del Decreto Supremo 90 (DS 90/2000) para la descarga de residuos líquidos a aguas continentales superficiales, limitando el uso del agua para fines agrícolas o recreacionales seguros.

Con el objetivo de mitigar esta problemática, se propuso evaluar una alternativa biológica mediante la aplicación de un complejo patentado de bacterias benéficas (aeróbicas, facultativas y quimioautótrofas) y sinergistas microbianos dirigidos, con una concentración mínima garantizada de 2.5x10^9 UFC/gr, dosificado en tabletas sólidas de 68 gramos.

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2. DISEÑO EXPERIMENTAL

La investigación se estructuró en dos fases metodológicas consecutivas para evaluar las variables organolépticas (cualitativas) y analíticas de laboratorio (cuantitativas).

2.1. Fase I: Ensayo Cualitativo (Prueba de Factibilidad Organoléptica)

• Unidad Experimental: Un contenedor controlado con un volumen de 100 litros de agua servida cruda extraída directamente de las lagunas de la PTAR.

• Tratamiento: Aplicación de una dosis de choque concentrada equivalente a 16 g/m³ del complejo bacteriano.

• Variables de Control: Color, olor, transparencia y comportamiento de sólidos en suspensión.

• Cronograma de Monitoreo: Evaluaciones organolépticas directas realizadas en el Día 0 (22/12/2023), Día 2 (23/12/2023) y Día 10 (01/01/2024).

2.2. Fase II: Ensayo Cuantitativo (Evaluación de Dosis y Parámetros Fisicoquímicos)

• Unidades Experimentales: Cuatro contenedores independientes con capacidad de 100 litros cada uno, cargados de forma homogénea con agua residual de la planta.

• Muestreo: Toma de muestras de tipo puntual ejecutada el 3 de marzo de 2024. Las muestras se enviaron bajo estricta cadena de resguardo al laboratorio certificado Hidrolab (Región Metropolitana), siendo recepcionadas el 4 de marzo y analizadas entre el 4 y el 6 de marzo de 2024.

• Bloques de Tratamiento Evaluados:

  • T0 (Testigo / Control): Agua puntual de la descarga real de la PTAR hacia el Estero Perquenco (tratada bajo el esquema convencional de Hipoclorito de Sodio, sin bacterias).

  • T1 (Dosis Alta): Agua residual inoculada con una dosificación de 1,5 g/m³ de tabletas bacterianas.

  • T2 (Dosis Óptima Teórica): Agua residual inoculada con una dosificación de 1,0 g/m³ de tabletas bacterianas.

  • T3 (Cultivo de Microorganismos): Agua residual inoculada con un cultivo bacteriológico líquido directo de CEPA base.

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3. RESULTADOS DE PROPIEDADES CUALITATIVAS

El seguimiento organoléptico durante los 10 días de la Fase I evidenció una evolución favorable del ecosistema microbiano:

• Día 0 (22/12/2023): El agua presentaba un aspecto turbio y lodoso, con una coloración grisácea oscura característica del estancamiento anaeróbico de aguas cloacales domésticas. Se constató la emanación de olores sépticos intensos (compuestos sulfurados).

• Día 2 (23/12/2023): Inicio de la colonización bacteriana activa. Se observó una disminución gradual de la intensidad del mal olor y los primeros indicios de clarificación coloidal.

• Día 10 (01/01/2024): Remediación cualitativa completa. El líquido evacuado no presentó olor ofensivo y alcanzó un estado transparente. Físicamente se detectó una clara separación de fases: el fondo del contenedor exhibió la precipitación compacta de sólidos correspondientes a materia orgánica digerida por el complejo microbiano, mientras que en la superficie únicamente se visualizaron restos orgánicos inertes flotantes derivados de poblaciones de algas neutralizadas.

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4. RESULTADOS DE PROPIEDADES CUANTITATIVAS

Los análisis químicos y microbiológicos realizados por el laboratorio de control ambiental arrojaron los siguientes resultados para cada bloque experimental evaluado:

Tabla 1: Matriz de Resultados Analíticos (Laboratorio Hidrolab)

Parámetro / Ensayo	T0: Control (Descarga Estero)	T1: Bacterias (1,5 g/m³)	T2: Bacterias (1,0 g/m³)	T3: Cultivo Microorganismos	Límite Máximo DS 90 (Tabla 1)
Conductividad Eléctrica (µS/cm)	430	850	453	322	No regulado
DBO₅ (mg/L)	8,17	74,80	57,70	26,20	35,00
DQO (mg/L)	17,20	618,00	287,00	55,40	No regulado*
Coliformes Fecales (NMP/100 mL)	3.000	< 2,0	< 2,0	< 2,0	1.000

*Nota: El DS 90 regula de manera general el parámetro DQO según el cuerpo receptor específico; para descargas superficiales continentales el foco normativo prioritario se centra en la DBO₅ y los sólidos suspendidos.

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5. ANÁLISIS PARAMÉTRICO Y GRÁFICOS VISUALES

5.1. Abatimiento de Coliformes Fecales (Microbiología)

El análisis microbiológico demuestra la alta efectividad del complejo de bacterias aplicadas. Mientras el testigo (T0) con Hipoclorito incumple la normativa vigente registrando 3.000 NMP/100 mL, todos los tratamientos biológicos (T1, T2 y T3) redujeron la carga bacteriana a niveles indetectables (< 2,0 NMP/100 mL), logrando una eficiencia de remoción del 99,93% y un cumplimiento pleno de las exigencias del DS 90.

Gráfico 1: Concentración de Coliformes Fecales (NMP/100 mL)
Norma Máxima DS 90: 1.000 NMP/100 mL

T0 (Control con Cloro) | ════════════════════════════════════════ 3.000 (INCUMPLE)
T1 (Bacterias 1.5 g/m³)| < 2.0 (CUMPLE)
T2 (Bacterias 1.0 g/m³)| < 2.0 (CUMPLE)
T3 (Cultivo CEPA)      | < 2.0 (CUMPLE)
                       +---------------------------------------+
                       0                                      3.000

5.2. Comportamiento de la DBO₅ y DQO (Carga Orgánica Dinámica)

Se evidencia un comportamiento inversamente proporcional entre el testigo y los tratamientos biológicos a los 10 días de muestreo. En T0, los valores reflejan agua estabilizada de manera pasiva en la superficie de la laguna DBO5 = 8,17 mg/L); sin embargo, con la inoculación bacteriana en T2 y T1, la DBO₅ y la DQO aumentan drásticamente en función directa de la dosis aplicada (T1 = 74,8 mg DBO₅/L).

Este fenómeno responde a una fase logarítmica de multiplicación microbiana. Las bacterias inoculadas son heterótrofas activas que atacan hidrocarburos, compuestos nitrogenados, fosfatos y lignina insolubles presentes en el agua y lodos. Al digerirlos y pasarlos a la columna de agua, la demanda respiratoria y química de oxígeno se incrementa temporalmente. Los 10 días establecidos para el ensayo resultaron insuficientes para observar la estabilización total y el declive poblacional bacteriano tras completar la degradación del sustrato.

Gráfico 2: Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO₅ en mg/L)
Límite Máximo DS 90: 35 mg/L

T0 (Control con Cloro) | ═══ 8.17
T1 (Bacterias 1.5 g/m³)| ════════════════════════════════════════ 74.80 (Fase Activa)
T2 (Bacterias 1.0 g/m³)| ══════════════════════════════ 57.70
T3 (Cultivo CEPA)      | ════════════ 26.20
                       +---------------------------------------+
                       0                                       75 mg/L

Gráfico 3: Demanda Química de Oxígeno (DQO en mg/L)

T0 (Control con Cloro) | ═ 17.20
T1 (Bacterias 1.5 g/m³)| ════════════════════════════════════════ 618.00
T2 (Bacterias 1.0 g/m³)| ═══════════════════ 287.00
T3 (Cultivo CEPA)      | ═══ 55.40
                       +---------------------------------------+
                       0                                       650 mg/L

5.3. Conductividad Eléctrica (µS/cm)

El cultivo líquido (T3) generó la mayor tasa de clarificación iónica bajando la conductividad a 322 (µS/cm) frente al control. En contraparte, las formulaciones en tableta sólida provocaron un incremento (T2 = 453 (µS/cm) y T1 = 850 (µS/cm). Este aumento confirma la solubilización y el desdoblamiento de sales moleculares complejas en iones simples biodegradables debido al metabolismo del complejo microbiano aplicado.

Gráfico 4: Conductividad Eléctrica (uS/cm)

T0 (Control con Cloro) | ════════════════════ 430
T1 (Bacterias 1.5 g/m³)| ════════════════════════════════════════ 850
T2 (Bacterias 1.0 g/m³)| ═════════════════════ 453
T3 (Cultivo CEPA)      | ═══════════════ 322
                       +---------------------------------------+
                       0                                       900 uS/cm

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6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES OPERATIVAS

1. Alta Eficiencia Microbiológica: El complejo biológico ensayado demostró ser una solución robusta y definitiva para corregir la deficiencia histórica de la PTAR Perquenco sobre la carga de Coliformes Fecales. Logró abatir los recuentos a niveles prácticamente nulos (< 2,0 NMP/100 mL), superando con creces la cloración deficiente actual.

2. Determinación de la Dosis Óptima: Se establece que la dosificación de 1,0 g/m³ (Tratamiento T2) es la alternativa técnico-económica más eficiente para su implementación en la planta a escala real. Ofrece un equilibrio óptimo entre remoción microbiológica total, control de sólidos disueltos y evita la saturación metabólica evidenciada en T1 (1,5g/m³), donde el exceso de biomasa generó un incremento crítico en las demandas de oxígeno dentro de un sistema que carece de aireación.

3. Anomalía en Dosis Alta (T1): El comportamiento atípico detectado en T1 se atribuye a un fenómeno de sobrepoblación bacteriana o a una potencial interferencia externa en el contenedor piloto. Se ratifica que un incremento desmedido en la dosificación biológica sin un soporte de oxígeno disuelto ralentiza la fase de estabilización del agua.

4. Recomendaciones para Implementación en Planta:

   • Inoculación: Diseñar un plan de aplicación dosificado de tabletas bacterianas directamente en las zonas de intercomunicación subsuperficial y marcos partidores de las dos piscinas decantadoras de 3.900 m².

   • Optimización Hidráulica: Dado que el tratamiento incrementa de manera transitoria la DBO₅ y la DQO durante la digestión de la materia orgánica, se recomienda extender el tiempo de retención hidráulica antes del vertido final al estero Perquenco, o bien evaluar la instalación estratégica de aireadores flotantes de baja potencia para acelerar el decaimiento de la biomasa remanente y asegurar que todos los parámetros fisicoquímicos se viertan por debajo de las exigencias del DS 90.

   • Continuidad de Ensayos: Se sugiere repetir de manera complementaria el monitoreo cuantitativo de la dosificación alta (1,5 g/m³) extendiendo el horizonte de evaluación a 20 o 30 días, lo que permitirá graficar la curva completa de estabilización y caída de la materia orgánica metabolizada.