Lowering the Toxicity of Cd to Theobroma cacao Using Soil Amendments Based on Commercial Charcoal and Lime

Abstract

La contaminación por cadmio en el suelo, el agua y los alimentos se ha convertido en un problema mundial desde la revolución industrial y agrícola de años pasados. Este es un metal altamente tóxico con grandes consecuencias para la salud humana y animal. Diferentes fuentes naturales y antropogénicas son responsables de la liberación de Cd en el suelo que finalmente conduce a la cadena alimentaria. En el mercado internacional del cacao, las regulaciones técnicas que pueden existir para la comercialización de un productos son determinantes para las ventas. La Unión Europea ha fijado límites de detección del Cd en los subproductos del cacao, lo que supone que los productores del grano deben seguirlas para su correcta comercialización. El Cd persiste en el suelo por tiempo prolongado debido a su máxima pérdida microbiana y química. Existen varias técnicas físicas, químicas o biológicas que son útiles para disminuir el riesgo de Cd en la cadena alimentaria. Entre ellos, la movilización in situ con enmiendas orgánicas, inorgánicas o de arcillas que sirven para remediar los sitios contaminados de Cd. La cal y el biocarbón son enmiendas de uso común para mejorar los suelos contaminados de Cd. En el siguiente estudio se determinó la eficiencia de las enmiendas y la caracterización del carbón vegetal comercial, previamente aplicando 0,774 g de nitratro de Cd tetrahidrato, 160 g carbón y cal 16,7 g por cada unidad experimental, con lo cual se logró disminuir las concentraciones de Cd, siendo el mejor el tratamiento cal + carbón vegetal comercial (suelo 35 mg/kg Cd y en la planta no se detectó Cd), seguidamente el tratamiento cal (raíces 13 mg/kg Cd, suelo 28,7 mg/kg Cd y en las diferentes partes de la planta no se detectó Cd) y finalmente el tratamiento de carbón que mostró menor eficiencia (hojas 20,4 mg/kg Cd, tallo 46,6 mg/kg Cd y raíz 108 mg/kg Cd, incluyendo el suelo 18,1 mg/kg Cd). Por otra parte, el carbón vegetal presentó características amorfas, cristalinas, poros, macroporos y microporos que ayudan con la adsorción de cadmio en el suelo.

Carbonaceous and calcareous materials are commonly used as amendments to decrease the Cd mobility in contaminated soils. This study evaluated the effect of amendments applied to cocoa seedlings in the greenhouse, considering the mobilization of soil cadmium toward the seedlings as the main response. The experimental conditions considered soil artificially contaminated with Cd at a concentration of 50 mg Cd kg−1 and applications of amendments in different treatments with the presence of charcoal dust and calcium carbonate. The charcoal was characterized by microscopy and by adsorption tests, and it proved to be a material with macropores, with a maximum capacity of 8.06 mg Cd g−1 and favorable kinetic behavior according to the adjustment of the data obtained to the pseudo-second-order model. The results also showed that the application of liming decreased the mobility of Cd toward the seedlings, with the liming combined with charcoal leading to the absence of Cd in the cocoa seedlings, considering a residual concentration of Cd in the soil of 35 mg Cd kg−1. The results, although limited to a small scale, demonstrated the possibility of applying low-cost and easy-to-handle amendments for the control of Cd in cocoa plantations.