DETERMINACIÓN ELECTROQUÍMICA DE PLOMO Y CADMIO EN AGUAS SUPERFICIALES

Claudia Macías Socha¹

Mauricio García Colmenares²

Patricia Chaparro S.³

Recibido el 9 de junio de 2015, aprobado el 7 de marzo de 2016 y actualizado el 7 de diciembre de 2016

DOI: 10.17151/luaz.2017.44.3

RESUMEN

El método voltametría de onda cuadrada (OSWV) fue validado para la cuantificación de Cd²⁺ y Pb²⁺ en aguas superficiales. El estudio fue realizado usando solución Britton-Robinson como electrolito de soporte a pH 4,8, carbón vítreo como electrodo de trabajo, Ag/AgCl como electrodo de referencia y platino como electrodo auxiliar. La técnica presenta un límite de detección 211 µg/L para Pb y 268 µg/L para Cd. La aplicación de la técnica voltamétrica OSWV fue realizada en aguas de la quebrada Las Torres del sector Parque Industrial en Sogamoso (Colombia), hallando una concentración de: Pb²+ 0,750±0,067 mg/L y Cd²+ 0,570±0,071 mg/L, los cuales sobrepasan los límites máximos establecidos por las normas nacionales (Decreto 4728/2010) e internacionales vigentes para aguas residuales. Los resultados fueron contrastados por el método de referencia espectrofotometría de absorción atómica aceptado como referencia, permitiendo deducir que el método electroquímico genera resultados con un nivel de confianza del 95%.

PALABRAS CLAVE

Voltametría, carbón vítreo, metales pesados, voltagrama.

ELECTROCHEMICAL DETERMINATION OF LEAD AND CADMIUM IN SURFACE WATER

ABSTRACT

The square wave electrochemical voltammetry method (OSWV) to quantification of cadmium and lead in surface waters was validated. It used a Britton-Robinson buffer as solution supporting electrolyte to pH 4.8, working electrode glassy carbon, Ag/AgCl as reference electrode and platinum as counter electrode. The limit of detection determined was 211 µg/L for Pb and 268 µg/L for Cd. The application of voltammetric technique OSWV was performed in waters of the creek Towers Industrial Park Sector in Sogamoso (Colombia). The ions concentration in the samples analyzed was 0.750±0.067 mg/L for Pb²+ and 0.570±0.071 mg/L for Cd²+, exceeding the national and international standards limits for wastewater. The results obtained by voltammetry were compared with atomic absorption method spectrophotometer traditionally accepted, allowing deducing that the voltammetric method generates results with a confidence level of 95%.

KEY WORDS

Voltammetry, vitreous carbon, heavy metals, voltammogram.

INTRODUCCIÓN

La Organización Mundial de la Salud (OMS) y la Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura (FAO) reconocen la vulnerabilidad del recurso hídrico en lugares donde persiste la contaminación por metales pesados, así como el impacto negativo de las actividades antropogénicas (OMS, 2008). Una de las causas que contribuyen a la polución de las fuentes hídricas por metales pesados es el material particulado y la descarga de lixiviados industriales, siendo estos un riesgo para el medio ambiente, las actividades agropecuarias y la seguridad alimentaria de las regiones y/o sitios aledaños. Los metales pesados son especies químicas no degradables, por tanto, se consideran contaminantes estables y persistentes al ser depositados al medio ambiente. Esto ocasiona alteraciones en los diferentes ecosistemas e incrementa su solubilidad llegando a reducir la calidad de vida de los seres vivos (Del Toro, González, Bravo & Mollineda, 2010; Madero & Marrugo, 2011).

Sogamoso cuenta con una riqueza hídrica considerable, con afluentes como la quebrada Las Torres, una de las quebradas más importantes que recoge los vertimientos de explotaciones minera de Morcá, y la Zona del Corredor Industrial destacándose la producción siderúrgica y cementera, que por su cercanía a dicha quebrada intervienen al generar diferentes tipos de contaminación. Su trayectoria es de oriente a occidente. En la parte alta sus aguas son utilizadas para consumo humano, regadío y abrevadero de animales, en la parte baja para la industria ladrillera, y en la parte media recibe vertimientos de la minería del carbón y las aguas servidas de la comunidad aledaña. En general, está quebrada es de alta vulnerabilidad a la contaminación, por su cercanía a la zona industrial, generando un alto grado de peligrosidad a quien use dicha agua de la quebrada (Identidad Geográfica, 2015).

Los metales, como el plomo (Pb) y el cadmio (Cd), deben su toxicidad a la fuerte afinidad de sus cationes por el azufre, así como hacia los grupos sulfhidrilo, -SH, los cuales están presentes comúnmente en las enzimas que controlan la velocidad de las reacciones metabólicas (Ruiz, 2012). El Pb en el organismo humano puede causar lesiones al sistema urinario, nervioso, reproductor e inmunológico (EPA, 2012), y el Cd puede acumularse en los riñones, donde afecta el mecanismo de filtración causando la excreción de proteínas esenciales y azúcares del cuerpo y el consecuente daño de los riñones, también genera daño en el sistema nervioso central, inmune, y posible daño en el ADN o desarrollo de cáncer (Boguszewska & Pasternak, 2004; Lenntech, 2015). Así, el Cd y el Pb son reconocidos como tóxicos acumulativos y su concentración en aguas de consumo humano según la EPA no puede ser superior de 0,005 mg/L Cd, 0,015 mg/L Pb (EPA, 2012).

Para la determinación de metales pesados a niveles de trazas en el medio ambiente se han desarrollado métodos altamente sensibles y selectivos, entre los que se encuentran la Espectrometría de Masas con Plasma de Acoplamiento Inductivo (ICP-MS), Espectrometría de Fluorescencia de rayos X (XRF) y Espectrometría de Absorción Atómica (AAS) (Ewing, 1997). Sin embargo, el análisis implica tiempos largos, instrumentos sofisticados y costosos, y mantenimiento de alto costo. En contraste, el método electroquímico es una alternativa de amplio espectro, económica, versátil y amigable con el ambiente. Estos métodos son una opción para el análisis de trazas de metales pesados, aniones, sulfuros, nitritos, nitratos y otros compuestos orgánicos en aguas, alimentos, productos químicos y baños galvánicos a niveles de ppt, ppb y ppm. El Cd y el Pb han sido determinados en agua potable por voltametría de redisolución con modificación de electrodos (Buica, Ungureanu, Birzan, Razus & Mandoc, 2013), reportes de desarrollo y validación de un método voltamperométrico para determinar estaño total en agua (Espinoza & Alvarado, 2008), técnicas matemáticas aplicadas a la resolución de señales electroquímicas del sistema Pb (ii) / Tl (i) (Palacios, 2000).

El objeto del estudio fue validar y cuantificar Pb y Cd presentes en las aguas de la quebrada Las Torres (Sogamoso, Colombia) mediante la técnica de voltametría de onda cuadrada, usando electrodo carbón vítreo como electrodo de trabajo, el cual ofrece ventajas como mayor rango de potenciales positivos y negativos de trabajo, es más amigable con el entorno natural al no generar residuos, a diferencia del electrodo de gota de mercurio que se oxida a potenciales positivos y genera residuos peligrosos para el analista y el entorno natural. El trabajo permite demostrar que este método es sencillo y eficaz para la determinación de metales pesados.

MATERIALES Y MÉTODOS

Materiales

Reactivos

Todos los reactivos empleados fueron de grado analítico (RA): hidróxido de sodio (NaOH 99%), ácido bórico (H₃BO₃ 99%), ácido fosfórico (H₃PO₄ 85%) y cloruro de sodio (NaCl 99%) de Merck, ácido acético glacial (CH₃COOH 99,8%) y ácido nítrico (HNO₃ 65%) de Panreac, soluciones estándar de 1000 mg/L de Cd y Pb marca J.T. Baker. El agua utilizada para preparación de reactivos y purgas de materiales fue desionizada con una conductividad menor de 0,3 μS (Sistema Millipore).

Equipos

Se verificaron las condiciones óptimas de funcionamiento de los equipos necesarios para la validación del método, dentro de los que se encuentran: polarógrafo BAS CV 50W equipado con un analizador voltamperométrico y un electrodo de carbono vítreo BASI MF-2070 como electrodo de trabajo, electrodo de referencia Ag/AgCl BASI MF-2052 y un electrodo auxiliar de platino BASI MW-1032, balanza analítica Aventure Ohaus, micropipeta Boeco de 10-100 uL y pH-metro Sartorius Scohott CG 842.

Preparación de soluciones

Se empleó una solución Buffer Britton-Robinson a pH 4,8. Se prepararon soluciones stock en agua desionizada de Pb y Cd de 100 y 30 µg/L. La curva de calibración (0,3-1,5 µg/L) se construyó con adiciones de 35-100 µL de las soluciones estándar a un volumen final de 7 ml.

Métodos

Limpieza de sistema de electrodos

Se realizó con ácido nítrico al 10%, seguido de una limpieza electroquímica con cloruro de sodio saturado en modo de voltametría cíclica de 2000 a - 2000 mV durante cinco ciclos, finalmente se enjuagó con agua desionizada.

Validación de la técnica voltamétrica OSWV

Se seleccionaron las condiciones instrumentales óptimas para el desarrollo del método como potencial inicial, potencial final, desoxigenación de la muestra, tiempo de quietud, sensibilidad, amplitud y frecuencia de onda y rango de potencial. Se determinaron los principales atributos del método de validación: límite de detección (DL), límite de cuantificación (QL), precisión, exactitud, rango útil, sensibilidad e incertidumbre.

Comparación de resultados de voltametría de onda cuadrada frente al método espectrofotométrico de absorción atómica

Se comparó el método voltamétrico validado con el método de referencia (espectrofotometría de absorción atómica EAA) llevando a cabo un análisis de un estándar de 2 ppm y dos muestras naturales (contramuestras) en un espectrofotómetro de llama de acetileno-aire (marca Shimadzu) con previa digestión húmeda de la muestra según método SM 3111B y SM 3030E.

Cuantificación de Pb y Cd en muestras de agua natural

Para la selección de las muestras de agua natural para el estudio se realizó un muestreo aleatorio, simple, durante los meses de agosto a noviembre de 2013 de acuerdo con un diseño experimental que cubría la totalidad del afluente quebrada Las Torres del sector Parque Industrial de Sogamoso, que recibe vertimientos de las diversas actividades empresariales. Para la medida voltamétrica se mezclaron 3 ml de muestra previamente filtrada a través de un papel de fibra de vidrio de 47 mm y tamaño de poro de 1 µmm, 0,5 µg/L de Cd y Pb y 4 ml de la solución electrolítica, se ajustó a pH 4,8. La mezcla obtenida se transfirió a la celda polarográfica, se programó el equipo según la optimización previa de los parámetros y se procedió a la medición.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Parámetros técnicos

Respuesta señal del equipo

Con el objeto de conocer si el blanco seleccionado interfería con la técnica de análisis se realizó un barrido exploratorio por voltametría cíclica, seleccionando un rango de - 1000 a - 200 mV (Figura 1a), no se presentó señal. La voltametría cíclica indica de forma precisa los potenciales de electroactividad de una especie química y la reversibilidad de la reacción redox que pueden presentar, es decir, si sufre un proceso de reducción y oxidación. Con el rango de potencial seleccionado se analizó un estándar de Cd y Pb para conocer su potencial de electroactividad, los metales presentaron señales a - 762 y - 542 mV, respectivamente; el voltagrama indica que los dos metales presentan reacciones reversibles (Figura 1b). Con el rango de potencial de trabajo seleccionado se evaluó la respuesta del equipo por la técnica de análisis seleccionada por su alta sensibilidad y velocidad de análisis: voltametría de onda cuadrada, se verificó que el blanco no presentara interferencia con la medida voltamétrica (Figura 1c), y se analizó un estándar de los dos metales, los cuales presentaron señales en potenciales de reducción en - 762 mV para Cd y - 542 mV para Pb (Figura 1d).

Determinación de los parámetros para la ejecución de la medida voltamétrica

El solvente seleccionado fue agua desionizada, se empleó como electrolito de soporte buffer Britton-Robinson (B-R) a pH 4,8. Se desarrollaron ensayos consecutivos en los cuales se modificaron y optimizaron los siguientes parámetros del equipo: desoxigenación de la muestra: 5 minutos, potencial inicial: - 1000 mV, potencial final: - 200 mV, sensibilidad: 10 µA/V, frecuencia: 15 Hz, tiempo de quietud: 5 segundos, resistencia: 54 Ohm, amplitud de la onda cuadrada: 20 mV, muestreo: 256 mV.

Selección de la curva de calibración

Se graficó la corriente generada (amperios) en función de la concentración (µg/L), obteniendo la curva correspondiente de calibración (Figura 2).

Validación del método para cuantificación de Pb y Cd

Atributos del método

Los atributos del método de cuantificación de Pb²⁺ y Cd²⁺ por voltametría de onda cuadrada obtenidos se resumen en la Tabla 1.

Se determinó que las respuestas de los estándares y las muestras naturales más solución estándar en los 6 ensayos realizados por los dos analistas en el proceso de validación no presentaron variaciones significativas (Figura 3). 

Las medidas realizadas en las muestras naturales más adicionado (MA), presentaron mayor dispersión que los estándares de cada metal, debido posiblemente a que estas concentraciones son mayores que los estándares evaluados, sin embargo, no se presentaron diferencias significativas en los ensayos realizados por los dos analistas, datos verificados por el Análisis de Varianza, en los 6 ensayos el valor F calculado fue inferior al valor F crítico, criterio de aceptación a un nivel de confiabilidad del 95%.

En la Tabla 2 se presentan los resultados obtenidos por el método validado analíticamente (voltamétrico) comparado con el método de referencia (Espectrofotometría de absorción atómica). Se observa que las concentraciones de Cd y Pb, cuantificadas en las tres muestras por voltametría de onda cuadrada, son superiores a las del método de referencia. Esta diferencia se evaluó por medio de un análisis de varianza de un factor (Tabla 3). El análisis indicó que no se presentó diferencia significativa en la concentración de los estándares de Cd y Pb determinados por las dos técnicas de análisis. El valor F calculado fue inferior al valor F crítico de aceptación. El análisis fue realizado con un nivel de confiabilidad del 95%, correspondiente al método voltamétrico.

Determinación cuantitativa de Cd y Pb en agua natural

Una vez validado el método voltamétrico se procedió a su aplicación en aguas naturales. El agua analizada se tomó del afluente quebrada las Torres del sector Parque Industrial de Sogamoso que recibe vertimientos de la actividad minera de la vereda Morcá, del municipio de Sogamoso (Boyacá).

Para la medición se adicionó en la celda electroquímica 4 mL de la solución  electrolítica Britton-Robinson y 3 mL de muestra natural con adición de estándar 0,5 mg/L de Cd y Pb. La concentración de cada metal fue evaluada en aguas provenientes del afluente quebrada Las Torres del sector Parque Industrial de Sogamoso, durante los meses de agosto a septiembre, con un total de 50 muestras analizadas, los datos obtenidos en promedio fueron 0,500-0,570 mg/L para Cd y 0,698-0,750 mg/L para Pb, con una desviación estándar de ± 0,071 y ± 0,067, respectivamente. Se observó que los resultados obtenidos sobrepasan los niveles de concentración máximos permitidos en el recurso agua por las normas vigentes: Agua uso agrícola, según Decreto 1594/84 (Pb²⁺: 0,05 mg/L, Cd²⁺: 0,01 mg/L) (MinAgricultura, 1984) y (Pb²⁺: 0,015 mg/L y  Cd²⁺: 0,005 mg/L) (EPA, 2016).

Se compararon los valores del límite máximo residual MRL de los dos metales estudiados con los datos obtenidos en las muestras de agua, encontrándose que sobrepasan estos límites. Teniendo en cuenta que el agua de este afluente es empleada para uso agrícola, y que no se encuentran reportes de control de contaminantes por entes gubernamentales, los valores obtenidos permiten inferir que existe un riesgo inminente de contaminación por Cd y Pb en los productos agrícolas regados con esta agua, los cuales pueden causar problemas de salubridad al consumidor final, con mayor peligro para la población infantil en la cual el MRL en alimentos para niños es 10 veces menor que el aceptado para adultos (Li et al., 2009).

Los metales pesados son especies químicas no degradables, por tanto, se consideran contaminantes estables y persistentes al ser depositados al medio ambiente. Esto ocasiona alteraciones en los diferentes ecosistemas e incrementa su solubilidad llegando a reducir la calidad de vida de los seres vivos (Del Toro et al., 2010; Madero & Marrugo, 2011).

La cercanía de zonas industriales con corrientes hídricas está generando residualidad peligrosa de ciertos metales entre ellos el Cd y el Pb, clasificados en las categorías toxicológicas I, estos metales son acumulativos y pueden causar lesiones al sistema urinario, nervioso, reproductor e inmunológico (Soto, Lozano, Barbarín & Alcalá, 2004; Instituto Nacional de Salud, 2014).

El monitoreo de metales pesados en alimentos es de crucial importancia para determinar el grado de exposición de una población y prevenir las posibles consecuencias toxicológicas a largo plazo, y el cambio en las prácticas culturales y la responsabilidad con el entorno natural (Yacomelo, 2014).

CONCLUSIÓN

Los atributos del método analítico voltamétrico para la cuantificación de Cd y Pb en agua natural demuestran que los resultados obtenidos son válidos y confiables. La concentración del estándar de los metales determinada por la técnica de análisis no presentó diferencia significativa. El valor F calculado fue inferior al valor F crítico de aceptación. El contenido de Pb y Cd cuantificado en agua de la quebrada las Torres del sector Parque Industrial de Sogamoso supera los niveles máximos permitidos de LMR establecidos por las normas vigentes: Decreto 1594/84 (Ministerio de Agricultura, 1984), y la tabla  regulada de contaminantes en agua potable. (EPA, 2016). El análisis fue realizado con un nivel de confiabilidad del 94,5% para Cd y 92% para Pb.

AGRADECIMIENTOS

Los autores agradecen el apoyo por la financiación a la Dirección de Investigaciones de la Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia.

REFERENCIAS

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• Ruiz, S. (2012). Tratamiento de muestra en la determinación de plomo en agua del río Natividad, Oxaca. (Tesis de licenciatura). Universidad de la Sierra Juárez, Ixtlán de Juárez, Oaxaca, México.
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• Yacomelo, M. J. (2014). Riesgo toxicológico en personas expuestas, a suelos y vegetales, con posibles concentraciones de metales pesados, en el sur del Atlántico, Colombia. (Tesis de maestría). Universidad Nacional, Medellín, Colombia.

1. Químico. Estudiante de Maestría en Química. Escuela de Posgrados. Facultad de Ciencias.  Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia - Grupo de Investigación en Química Ambiental. Tunja, Colombia. This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.     Código Orcid:  0000-0002-3267-0768

2. Químico de Alimentos. Estudiante de Maestría en Química. Escuela de Posgrados. Facultad de Ciencias. Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia - Grupo de Investigación en Química Ambiental. Tunja, This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.  Código Orcid: 0000-0003-0047-281X.

3. Magister en Ciencia y Tecnología de Alimentos. Docente. Escuela de Ciencias Químicas. Facultad de Ciencias. Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia - Grupo de Investigación en Química Ambiental. Tunja, Colombia. patricia.chaparro.uptc.edu.co   Código Orcid:  0000-0002-0560-3076

Para citar este artículo: Macías Socha, C., García Colmenares, M., & Chaparro S., P. (2016). Determinación electroquímica de plomo y cadmio en aguas superficiales. Luna Azul, 42, x-x. DOI: 10.17151/luaz.2017.44.3

Recuperado de http://200.21.104.25/lunazul/index.php?option=com_content&view=article&id=218

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ECOLOGÍA Y SEXO

Mariana Velásquez Mejía

Profesional en Filosofía y Letras.

Magíster en Ecología Humana y Saberes Ambientales.

Contacto: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.

Recibido el 17 de agosto de 2016, aprobado el 20 de octubre de 2016 y actualizado el 6 de diciembre de 2016

DOI: 10.17151/luaz.2017.44.1

La presente editorial pretende abordar las reflexiones filosóficas derivadas del trabajo de grado Singularidad lésbica y posicionamiento ecológico (Velásquez-Mejía, 2016) desarrollado en la Maestría en Ecología Humana y Saberes Ambientales de la Universidad de Caldas, por lo que se retoman algunos fragmentos del trabajo en aras de extraer para el presente texto el quid de la relación entre ecología y sexo. El escrito recoge las principales cuestiones novedosas que emergen de la necesidad de repensar la sexualidad en el contexto de la crisis ecológica. 

La complejidad del asunto

Actualmente estamos siendo partícipes de lo que se ha denominado “La crisis ecológica”. Diferentes autores¹ (incluso en editoriales que ha publicado la revista Luna Azul en números anteriores), la han definido, caracterizado y han mostrado sus diversas manifestaciones, señalando las consecuencias actuales y esbozando la gravedad de las consecuencias futuras.

La palabra ‘crisis’, por definición, significa un problema, conflicto o situación delicada. Cuando algo, alguien, un ello o un nosotros está en crisis, se puede decir que se encuentra en una situación límite, una tensión o una distancia relativa cercana a un umbral que anuncia un cambio, puede ser éste un suicidio, una guerra, un genocidio, una revolución o una extinción, por mencionar algunos posibles ejemplos².

Cuando hablamos de crisis ecológica, ¿a qué problema, conflicto o situación delicada nos enfrentamos? ¿Cuál es la situación límite? ¿De qué tipo de umbral estamos hablando? ¿Cuáles son los posibles escenarios hacia donde se dirige el cambio? Éstas y otras cuestiones deben ser abordadas por la filosofía del siglo XXI. 

Esta crisis sin precedentes a la que nos enfrentamos actualmente se la denomina ‘ecológica’ y con ello se está queriendo decir al menos las siguientes cosas:

1.         Como su nombre lo indica, refiere como campo material e histórico a los ecosistemas, cuyo lenguaje se expresa en términos de flujos de materia y energía. Un ecosistema comprende todos los organismos que lo habitan, así como el total de las relaciones que se dan entre lo vivo y no vivo como parte del engranaje metabólico del fenómeno vida, esto es, del conjunto estructurado de ecosistemas;

2.         El conjunto estructurado de ecosistemas que interactúan de forma compleja es llamado biosfera, por lo tanto la crisis tiene un carácter global ya que, literalmente, la biosfera es un barniz de materia en crecimiento y mutua interacción que envuelve la tierra (Margulis & Sagan, 1996);

3.         En este sentido, se dice de la crisis que es ecológica en la medida en que los seres humanos estamos alterando los ciclos biogeoquímicos del planeta Tierra y estamos modificando profundamente el ritmo de los flujos de materia y energía que se dan dentro y entre los ecosistemas de forma natural y espontánea, comprometiendo la biodiversidad así como la capacidad de millones de seres humanos y de otras especies de aprovisionarse del oikos;

4.         Lo anterior, lejos de amenazar el fenómeno vida, pone en riesgo la capacidad de aprovisionamiento que tenemos los seres humanos de los ecosistemas que, lo suficientemente alterados, pueden comprometer las condiciones físicas, químicas y materiales de las que depende completamente nuestra existencia como especie.

5.         Por sus características y orígenes, se puede decir de la crisis que es capitalista, esto es, una situación generada y exacerbada por el sistema de producción y consumo basado en la acumulación, la competencia, la maximización del beneficio y la expansión. Por sus dimensiones, la crisis ecológica es una crisis civilizatoria, esto es, que está en juego la humanidad en su conjunto, la especie Homo sapiens sapiens y miles de especies animales con las que compartimos un pasado evolutivo y un nicho común.

Los problemas de la crisis ecológica como crisis civilizatoria, parafraseando a Riechmann (2005), son: creciente alteración de la biosfera y degradación de muchos ecosistemas; rápido empobrecimiento de la biosfera; uso de armas de destrucción masiva; nuclearización; ensanchamiento de las desigualdades sociales a escala mundial; extensión incontrolable de ciudades; desarraigo y aculturación de masas; subalimentación crónica de una sexta parte de la humanidad, malnutrición de la mitad, persistencia de enfermedades evitables; crisis del “Estado de bienestar”; burocratización de la sociedad y pérdida de control de la gente sobre sus propias vidas; desempleo, subempleo y empleo precario; fragmentación de la clase trabajadora; destrucción de los vínculos sociales, alienación y crisis de personalidad; y malestar cultural.

El siglo XX puede ser descrito como el siglo de la muerte. Las dos guerras mundiales, la posterior tensión de la Guerra Fría, las dictaduras militares en América Latina, el Holocausto nazi, así como los cientos de guerras civiles que se dieron en este periodo son muestra de ello. La producción en serie de la muerte en el siglo XX dejó un saldo de millones de muertos en todo el mundo.

Dichos acontecimientos condujeron a una crisis del humanismo moderno y, sobre todo, socavaron las bases sobre las cuales se había construido el ideal de hombre moderno, en el que no sólo no cabían los Homo sapiens en su conjunto, sino que excluía radicalmente a la naturaleza en sus consideraciones éticas y políticas, de allí que los genocidios y los ecocidios sean expresiones de una misma crisis: la ecológica.

Las situaciones límite o los umbrales se expresan en diferentes dimensiones y escalas de cada uno de los problemas, generando conflictos específicos dentro de la sociedad que, entretejidos directa o indirectamente, se refuerzan. No obstante, existe un umbral que se atisba no muy lejos en el tiempo y es que nos estamos debatiendo entre el ser y el no ser de nuestra especie, asunto novedoso al que nos enfrentamos con esta crisis sui géneris que obliga a redirigir la mirada hacia al menos la principal característica de la vida que el humanismo moderno dejó por fuera: la diversidad. Afortunadamente los estragos que nuestra especie causa en el planeta Tierra no comprometen la unidad, la continuidad y la completud, que son las otras tres características del fenómeno vida. 

La diversidad

Una de las características de la vida es la diversidad, sin ésta los ecosistemas serían más simples y con ello más vulnerables; la diversidad es una condición sine qua non del fenómeno vida, por lo tanto, se encuentra presente en las diferentes escalas en las que se replica el fenómeno: desde las bacterias hasta ecosistemas completos; esto es, la biodiversidad es una condición presente dentro de los ecosistemas y entre los ecosistemas, dentro de las especies y entre las especies.  

Con sus miles de millones de años de evolución, los ecosistemas tienden hacia estados de mayor complejidad y diversidad, ¡tanto que los dinosaurios y mamíferos grandes como nosotros prosperamos! Eso sólo pudo haber sido gracias a la diversificación de la vida (con sus cinco extinciones masivas en los últimos 600 millones de años). En palabras de Riechmann (2005): “La biodiversidad es el ‘seguro de vida’ de la Vida”.

La biodiversidad es fundamental porque los elementos que constituyen la diversidad biológica de un área son los reguladores naturales de los flujos de energía y materia. En estos términos, mayor diversidad se traduce en mayor capacidad de autorregulación del ecosistema y generación de estabilidad. Los ecosistemas más simplificados son los más vulnerables, por lo tanto los ecosistemas más biodiversos responden mejor a las perturbaciones, se adaptan mejor a los cambios y están en capacidad de hacer frente a las crisis (Riechmann, 2005). 

La diversidad genética presente dentro de nuestra especie es un hecho biológico y por tanto natural, lo que no es natural son las discriminaciones de ‘razas’ que, por cierto, no existen. La diversificación genética de nuestra especie constituye una característica crucial para que los seres humanos podamos habitar los diferentes ecosistemas que nos albergan, por lo tanto fue un producto de la adaptación de la humanidad a una multiplicidad de hábitats desde hace 60 mil años, cuando los Homo sapiens idénticos a nosotros salieron del continente africano, apropiándose de diferentes hábitats.

El color de la piel, de los ojos y muchas de nuestras características fenotípicas son el producto de la adaptación de nuestros antepasados a forzamientos externos; ser negro, blanco, indígena o mestizo no es una cuestión de superioridad o inferioridad, sino de adaptación y supervivencia: “Por ejemplo, quienes migraron muy al norte del ecuador desarrollaron una piel más clara que les permitía sintetizar la vitamina D bajo una luz solar menos directa. Sin embargo, históricamente, todos somos africanos.” (Mayers, 2000)

No existe una cultura, una etnia o un sexo ‘mejor’ que los otros, existen relaciones de ecodependencia a partir de la diferencia y la diversidad; no respetar y promover ambas conlleva a una sociedad más simplificada y menos capaz de hacer frente a las crisis. Lo anterior hace de la diversidad entre los seres humanos una condición de bienestar social, lo que no es natural son los genocidios que en nombre de la “purificación racial” y del sexismo se han llevado a cabo en el mundo.

La diversidad sexual es una expresión de la biodiversidad y como tal, también ha sido socavada por el capitalismo erigido por el pensamiento hegemónico de la modernidad que produce y reproduce la crisis ecológica. Como la biodiversidad debe ser entendida también entre las especies y teniendo en cuenta que es en virtud del sexo que somos individuos únicos, se presenta la necesidad de abordar la sexualidad humana bajo una perspectiva menos antropocéntrica y que permita comprender cómo nuestros cuerpos sexuados, estas formas temporales de materia y energía a las que les ponemos nombres propios, interactúan en el ecosistema con los otros individuos de nuestra especie y de otras especies, así como con todo lo otro “no vivo”.

Nuestros cuerpos llevan una carga evolutiva insoslayable y el sexo, que no se remiten únicamente a la genitalidad, cumple un rol termodinámico innegable, por lo tanto es en esencia un asunto ecológico.

El sexo revisitado desde el concepto de diversidad: biodiversidad sexual

En virtud del sexo, cada uno de nosotros es una entidad que no sólo vive, respira y piensa, sino que constituye una mezcla única de genes provenientes de fuentes separadas; en pocas palabras un individuo único. La evolución del sexo fue la mayor contribución a la individualidad que el mundo ha contemplado.

Margulis y Sagan (1996)

Los seres humanos somos uno de los millones de extensiones de la vida. Nuestros cuerpos mortales están trágicamente sometidos a las leyes de la física, de la química, de la biología, así todavía no sepamos todas las leyes o no seamos conscientes de ellas. Somos eficientes medios de transporte para trasladar genes que sobrevivirán (o no) en las generaciones futuras (sí, los hijos de sus hijos y de los míos) (Dawkins, 1993). Somos seres limitados por condiciones internas y externas que de una u otra forma se reflejan en el comportamiento de nuestros cuerpos que ansiosamente buscan comida y sexo. Nuestros cuerpos perecen como parte del engranaje del flujo de energía y materiales que requiere la autopoyesis para el mantenimiento de la vida. La muerte está íntimamente relacionada con la evolución. Pero no todas las noticias son desalentadoras, la inevitabilidad de la muerte nos ha sido recompensada con el sexo.

A pesar de la mortalidad que recibimos en herencia por nuestra condición de criaturas que se reproducen sexualmente, el sexo es magnífico. Nos da placer y produce niños –el futuro de la humanidad-. Sin el acto sexual de nuestros padres, ninguno de nosotros estaría aquí. En virtud del sexo, cada uno de nosotros es una entidad que no sólo vive, respira y piensa, sino que constituye una mezcla única de genes provenientes de fuentes separadas; en pocas palabras, un individuo único. La evolución del sexo fue la mayor contribución a la individualidad que el mundo ha contemplado. Aunque no representa lo mismo para todos los organismos, a los animales el sexo nos liga a lugares y tiempos remotos, pues lo requerimos para reproducirnos. La repetición química implicada en la reproducción, por su parte, satisface una función de disipación de energía y degradación material en un cosmos constreñido –desde nuestra perspectiva animal- por el flujo unidireccional del tiempo (Margulis y Sagan, 1996).

Desde antes de nacer nuestra naturaleza humana es sexuada. La sexualidad se comienza a desarrollar desde el momento mismo del nacimiento que, si lo pensamos bien, fue producto del deseo, el erotismo y la actividad sexual de nuestros padres, abuelos, bisabuelos… de nuestros antepasados en África; el sexo nos liga con nuestro pasado y con el futuro, las generaciones por venir. El deseo sexual, la sensualidad, el erotismo y las emociones le dan sentido a la razón que sólo pudo ser posible dentro de los afectos. Al Homo sapiens sapiens lo mueve el deseo, una pulsión, un Eros primordial.

El sexo tiene que ver con la reproducción y esta con las generaciones futuras. En esta medida, el sexo tiene que ver con la continuidad de la especie que es justo la situación problema que está en el corazón de la crisis, por lo tanto es necesario reapropiarnos de nuestra sexualidad y desde allí poder responder de nuevo a aspectos como la homosexualidad, la promiscuidad, la infidelidad, los celos, el amor, la familia, el cuerpo, la reproducción, y con ello nuestro fugaz paso por el planeta Tierra.

Tal vez si nos entendemos más como seres sexuales que como seres racionales, podremos dar con las respuestas que necesitamos para enfrentar los retos que nos impone semejante crisis.

Bibliografía

Dawkins, R. (1993). El gen egoísta. Las bases biológicas de nuestra conducta. Barcelona: Salvat Editores.

Margulis, L., y Sagan, D. (1998). ¿Qué es el sexo? Barcelona: Tusquets Editores.

Margulis, L., y Sagan, D. (1996). ¿Qué es la Vida? Barcelona: Tusquets Editores.

Mayers, D. G. (2000). Psicología social. 8ª edición. Bogotá : McGraw-Hill.

Riechmann, J. (2005). Todos los animales somos hermanos. Madrid: Catarata.

Riechmann, J. (2005). Un mundo vulnerable. Ensayos sobre ecología, ética y tecnociencia. Madrid: Los libros de la catarata.

Velásquez-Mejía, M. (2016). Singularidad lésbica y posicionamiento ecológico (Tesis para obtener el título de Magíster. Inédito). Universidad de Caldas: Manizales - Colombia.

1. Entre ellos Boaventura de Sousa Santos, Nicolás Martín Sosa, Jorge Riechmann, entre otros.

2. La humanidad ha pasado por muchos tipos de crisis: se habla de crisis económicas, sociales, políticas, culturales, etc. Cada crisis tiene unas dimensiones, una escala, unos alcances y, en esta medida, diferentes formas en las que puede resolverse cualquiera sea el resultado. Cabe señalar que las crisis no sólo son asuntos humanos, existen situaciones críticas, como situaciones límite o umbrales, en todo el fenómeno vida, en el Universo.

Para citar este artículo: Velásquez-Mejía, M. (2017). Ecología y sexo (editorial). Revista Luna Azul, 44, xx-xx. DOI: 10.17151/luaz.2017.44.1. Recuperado de http://200.21.104.25/lunazul/index.php?option=com_content&view=article&id=216

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SUSTENTABILIDAD Y VARIABILIDAD CLIMÁTICA: ACCIONES AGROECOLÓGICAS PARTICIPATIVAS DE ADAPTACIÓN Y RESILIENCIA SOCIOECOLÓGICA EN LA REGIÓN ALTO-ANDINA COLOMBIANA¹

Álvaro Acevedo-Osorio²

Arlex Angarita Leiton³

Mónica Viviana León Durán⁴

Karen Lorena Franco Quiroga⁵

Recibido el 17 de mayo de 2015, aprobado el 29 de octubre de 2015 y actualizado el 6 de diciembre de 2016

DOI: 10.17151/luaz.2017.44.2

RESUMEN

La variabilidad climática constituye en la actualidad uno de los principales factores de riesgo para la agricultura y la seguridad alimentaria mundial. Los ecosistemas más vulnerables en Colombia son los que se ubican en la zona alto-andina donde miles de familias campesinas se dedican a la agricultura en pequeña escala. Los programas enfocados a adaptar la agricultura a la variabilidad climática no se apoyan suficientemente en el conocimiento local ni motivan a las comunidades para la acción. Esta investigación propuso un análisis de la relación entre sustentabilidad y adaptación a la variabilidad climática, reconociendo de manera participativa los principales factores de riesgo para la sustentabilidad de la agricultura a partir de indicadores y analizando la efectividad de planes de mejora en la capacidad adaptativa de la agricultura alto-andina. Se desarrolló como un estudio de caso con 13 productores familiares vinculados a la Asociación Red Agroecológica Campesina de Subachoque, en 3 fases: a) creación de un marco de análisis sobre los principales factores de riesgo para la agricultura; b) evaluación de la sustentabilidad a partir de indicadores propios y c) implementación de planes para aumentar la capacidad adaptativa de la agricultura. La evaluación realizada en dos momentos diferentes demostró mejora en los 9 indicadores generados, de forma que la implementación de las acciones para mejorar la sustentabilidad influyeron positivamente sobre la capacidad de las fincas para adaptarse a los riesgos de la variabilidad climática. Las estrategias agroecológicas implementadas mejoraron la resiliencia socioecológica de los agroecosistemas manejados por agricultores familiares, aumentando la posibilidad de que respondan mejor ante cualquier escenario de cambio ambiental.

PALABRAS CLAVE

Sustentabilidad, adaptación de la agricultura, variabilidad climática, agroecología.

SUSTENTABILITY AND CLIMATE VARIABILITY: PARTICIPATORY AGROECOLOGYCAL ACTIONS TO ADAPTATION AND SOCIO-ECOLOGICAL REESILIENCE IN THE COLOMBIAN HIGH- ANDEAN REGION

ABSTRACT

Climate variability constitutes actually one of the main risks to agriculture and food security in the world. The most vulnerable ecosystems in Colombia are located in the high region of the Andeans where thousands of families farming lives from agriculture in small scale. The programs aimed to adapt the agriculture to climate variability do not take into account the local knowledge; neither motivates communities to action. This research proposed an analysis of the relationship between sustainability and agricultural adaptation to climate variability in a participatory way, recognizing the main risk factors to agriculture sustainability using indicators and analyzing the effectiveness of improving plans to the agricultural adaptation capacity in the high-Andeans. It was developed as a study case with 13 farmers linked to the Agro-ecological Farming Net Association of Subachoque. 3 phases were developed: a) the creation of a framework regarding the main the risks factors to the agriculture; b) sustainability appraisal based on own indicators and c) implementation of plans to increase the agricultural adaptation capacity. The appraisal developed in 2 different moments showed improving in the 9 indicators suggesting that the implementation of actions to the sustainability of farming positively influenced on the farms capacity to face the risks of the climate variability. The agro-ecological strategies implemented, improving the socio-ecological resilience of agro-ecosystems managed by family farmers, increasing the possibility that they better responding to any scenario of environmental change.

KEY WORDS

Sustentability, agricultural adaptation, climate variability, agroecology.

INTRODUCCIÓN

El cambio climático global expresado en la variabilidad climática local y regional, constituye en la actualidad uno de los principales factores de riesgo para la agricultura y la seguridad alimentaria mundial. Diversos estudios predicen que la temperatura global se incrementará entre 1,4-5,8 grados centígrados, mientras que la precipitación decrecerá cerca de 20% en el próximo siglo afectando seriamente las regiones áridas y semiáridas del mundo; como consecuencia habrá una sustancial reducción de agua dulce y en la producción agrícola hacia finales del siglo XXI (Misra, 2014).

El Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático (IPCC, 2007) estima que los principales riesgos asociados al cambio climático en los países andinos son el estrés de agua, la pérdida de biodiversidad y una mayor frecuencia de eventos hidrometereológicos extremos. En Colombia los ecosistemas más vulnerables son los que se ubican en las zonas altas de las cordilleras de los Andes (Boshell, 2010) donde miles de familias campesinas se dedican a una agricultura de pequeña escala.

Los efectos de la variabilidad climática serán especialmente severos en comunidades rurales de países menos desarrollados cuyos ingresos dependen fundamentalmente de la agricultura, además de estar técnica y financieramente menos dotados para adaptarse a situaciones cambiantes (Seaman, Sawdon, Acidri & Petty, 2014). Se estima que el 47% de las áreas de economía campesina en Colombia podrían recibir alto y muy alto impacto por reducciones de lluvia en el período 2011 a 2040 (PNUD Colombia, 2011), situación especialmente delicada para el país si se tiene en cuenta que la agricultura campesina es responsable del 60% de la producción agrícola nacional con el 62% del área agrícola total; así mismo, los campesinos tienen el 70% de los predios dedicados a la ganadería y el 14% del hato nacional (Forero, 2010).

Dos alternativas básicas se emplean para enfrentar los efectos del cambio climático que representan respuestas basadas en constantes ajustes socioambientales (Lahsen et al., 2010; Zimmerer, 2010): la adaptación busca, mediante una respuesta intuitiva (Meinke et al., 2009), fortalecer capacidades para que los agricultores convivan con las diversas manifestaciones de variabilidad climática; lluvias excesivas, sequías intensas o fuertes huracanes; por su parte, la mitigación tiene una perspectiva de largo plazo y busca disminuir las causas del cambio climático a través del rediseño de los sistemas productivos y sus correspondientes cadenas de distribución y consumo de alimentos para disminuir las tasas de emisión de Gases de Efecto Invernadero (GEI) y aumentar significativamente la captura del carbono (Zimmerer, 2010; Ríos, Miranda & Vargas, 2011).

Los impactos de la variabilidad climática tienen características locales y, por lo tanto, no hay una estrategia de adaptación de la agricultura que sea única o aplicable en diversas escalas territoriales. En ese sentido, se debe evaluar la vulnerabilidad de cada sistema de producción en función de la amenaza, teniendo en cuenta que si el sistema de producción está bien adaptado ante la variabilidad natural del clima, hay una alta probabilidad de que responda bien ante cualquier escenario de cambio ambiental. Por consiguiente, en agricultura es más factible la reducción de la vulnerabilidad que la reducción de la amenaza (mitigación), para una adecuada adaptación ante la variabilidad climática (Boshel, 2010).

Los estudios relacionados a la variabilidad climática siguen dos tendencias generales, los que se enfocan en diagnosticar el impacto potencial y las consecuencias futuras evaluando distintas estrategias de adaptación mediante modelos de simulación (Crane, Roncoli & Hoogenboom, 2011), y los que evalúan en campo diversas estrategias adaptativas para enfrentar las contingencias del clima y minimizar los riesgos afianzados en condiciones reales de las comunidades rurales.

Los estudios a partir de modelos de simulación no son adecuados para abordar los análisis de alternativas frente a la variabilidad climática, por cuanto aíslan los factores sociales que la pueden determinar, mientras que el enfoque de adaptación centrado en la comunidad (Crane et al., 2011) permite comprender la racionalidad de las comunidades rurales para hacer frente a la crisis climática que les afecta.

En general, los programas relacionados con la adaptación no toman en cuenta el punto de vista de los agricultores (Seidl, Morales, Arriola, & Evangelista, 2011), siendo escasos los esquemas de evaluación que se apoyen en el conocimiento local o que motiven a las comunidades locales para la acción (Rogé & Astier, 2013).

El presente estudio propuso un análisis de la relación entre sustentabilidad y adaptación a la variabilidad climática mediante un estudio de caso que buscó reconocer de manera participativa los principales factores de riesgo para la agricultura, evaluar la sustentabilidad y capacidad adaptativa a partir de indicadores y analizar la efectividad de planes de mejora en la capacidad adaptativa de la agricultura alto-andina en una asociación de productores agroecológicos en Subachoque (Cundinamarca, Colombia).

Agroecología, sustentabilidad y resiliencia socioecológica

No existe una sola definición de agroecología. Se pueden identificar al menos dos grandes tendencias (Acevedo & Angarita, 2013). La corriente ecologista la entiende como una ciencia creada para comprender, desde el punto de vista ecológico, las relaciones que se establecen entre los componentes de un agroecosistema, se centra en el estudio de las interacciones entre el medio natural y la producción agropecuaria (Altieri, 1995; Gliessman, 2002). La segunda corriente, basada en el enfoque de sustentabilidad, aborda la agroecología como un enfoque interdisciplinario para una agricultura sustentable; reconoce el aporte social y cultural de los agricultores tradicionales y se sustenta en el aporte del conocimiento tradicional preindustrial para la construcción de una agricultura que asegure tanto el cuidado ambiental como la justicia social y viabilidad económica (Guzmán, González & Sevilla, 2000; Sevilla-Guzmán, 2006).

Diversos estudios plantean que la combinación de prácticas tradicionales de los sistemas de manejo y estrategias agroecológicas puede constituir una ruta factible para incrementar la productividad, la sostenibilidad y la resiliencia de los sistemas socioecológicos (Altieri & Nicholls, 2013).

Por sistema socioecológico se entiende a aquel conformado en la interacción sociedad-naturaleza (Anderies, Janssen & Ostrom, 2004). Un sistema socioecológico es sustentable cuando alcanza un estado socialmente deseable y ecológicamente posible y es insustentable si sufre un cambio que genera un estado socialmente indeseable prolongado o tiende a agotar la capacidad de carga de los ecosistemas de los que depende (Salas-Zapata, Ríos-Osorio & Álvarez-Del Castillo, 2012). La capacidad adaptativa en un sistema socioecológico implica un balance o ajuste entre las actividades humanas y las dinámicas de los ecosistemas de manera que no se generen transformaciones que lleven al sufrimiento humano prolongado (Anderies et al., 2004; Salas-Zapata et al., 2012). En tanto enfoque metodológico y conceptual para alcanzar una forma de agricultura sustentable, la agroecología propende por mejorar la resiliencia socioecológica en los agroecosistemas (Ríos-Osorio, Salas-Zapata & Espinosa-Alzate, 2013).

La resiliencia se refiere la capacidad del sistema de retornar a un estado de equilibrio o mantener el potencial productivo después de sufrir perturbaciones graves (Masera, Astier & López-Ridaura, 1999); por ejemplo, perturbaciones ambientales como huracanes, incendios o inundaciones; perturbaciones económicas, como caídas drásticas de los precios del mercado o pérdida de mercados. Un sistemas socioecológico puede sobreponerse de dichas alteraciones y encontrar diferentes puntos de equilibrio reorganizándose a partir de cambios adaptativos (Ríos-Osorio et al., 2013).

Si bien las estrategias agroecológicas aumentan la resiliencia ecológica de los sistemas agrícolas, estas por sí solas no son suficientes para alcanzar la sustentabilidad; se hace necesario potenciar al mismo tiempo la resiliencia social, es decir, la capacidad de las comunidades para adaptarse frente a alteraciones causantes de estrés, sean sociales, políticas o ambientales (Altieri & Nicholls, 2013).

METODOLOGÍA

El estudio fue desarrollado con 13 productores familiares vinculados a la Asociación Red Agroecológica Campesina (ARAC) de Subachoque, Cundinamarca, localizada en la región alto-andina colombiana a 2800 msnm de altura, con 13,5°C de temperatura y una precipitación de 865 mm en promedio, zona de vida clasificada como Bosque Húmedo Montano (Holdrige, 1987).

La ARAC busca el buen vivir de sus integrantes mediante la aplicación de prácticas agroecológicas de producción, así como estrategias que fortalezcan sus redes familiares y comunitarias en armonía con el medio ambiente (Acevedo & Angarita, 2013). Los agricultores asociados a la ARAC se dedican hace 3 años a la producción agroecológica de hortalizas, frutos y derivados lácteos para su mercadeo en Bogotá, ubicado a 45 kilómetros de distancia (Tabla 1).

La investigación se desarrolló como estudio de caso en 3 fases: a) creación de un marco de análisis sobre los principales factores de riesgo para la agricultura (2012); b) evaluación de la sustentabilidad (y capacidad adaptativa) a partir de indicadores propios (2013) y c) implementación de plan de mejoras de la capacidad adaptativa de la agricultura (2013-2014).

Esta investigación dio continuidad a una anterior desarrollada por los investigadores en la misma asociación (Acevedo & Angarita, 2013). El procedimiento metodológico se basó en las metodologías de marcos de análisis FESLM de la FAO (Smyth & Dumanski, 1993); el marco teórico para la definición de indicadores de sustentabilidad del IICA-GTZ (Hünnemeyer, De Camino & Müller, 1997) y el MESMIS creado por el grupo GIRA (Masera et al., 1999).

A partir de la consideración de que tanto la vulnerabilidad como las respuestas adaptativas están vinculadas a múltiples factores socioeconómicos, político-institucionales, tecnológicos o ambientales y no solo a la variabilidad climática (Altieri, 2013), el marco de análisis y los indicadores construidos en el presente estudio tomaron como referencia la sustentabilidad y capacidad adaptativa como los referentes conceptuales.

Los indicadores propuestos fueron de tipo cuali-cuantitativo y para la evaluación fue construida una escala a partir de Lovell et al. (2010) que estandariza las variables asignando una valoración entre +2 y -2 para determinar si la contribución del indicador a la sustentabilidad y adaptabilidad del agroecosistema es positiva o negativa para la característica que está describiendo.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

El marco de análisis para detectar riesgos para la sustentabilidad y adaptabilidad de los sistemas productivos de la ARAC ordenó los riesgos percibidos por los propios agricultores en una matriz de doble entrada con 5 dimensiones y 5 atributos del sistema productivo (Tabla 2). Los principales riesgos señalados en lo productivo se refieren a la baja productividad de las fincas, el uso de agroquímicos que aún persiste en varias fincas a pesar del cometido organizacional del no uso de estos insumos, y la debilidad en la planificación de la producción que hace frágil la presencia en los mercados de manera permanente.

En lo ambiental se destacan riesgos referidos a la calidad de los suelos, tanto por su baja fertilidad, sus bajos contenidos de materia orgánica como por los procesos erosivos que reducen la producción. La pérdida de semillas propias y alta dependencia de semillas certificadas del mercado convencional para la producción hortícola así como la escasez del recurso agua para la producción agropecuaria.

Los riesgos socioculturales se centran en bajo nivel de autosuficiencia alimentaria por una producción más enfocada al mercado, baja participación en las actividades de la asociación por parte de algunos de sus miembros, poca capacitación e investigación para la innovación productiva y baja incidencia ante consumidores externos.

Finalmente, en la dimensión financiera los agricultores resaltan como los principales riesgos la baja rentabilidad de su actividad productiva, presencia no constante en el mercado con los productos ofertados por la deficiencia en la planificación de las siembras de manera coordinada entre los asociados, así como la necesidad de ampliar el mercado para algunos de estos productos más abundantes.

La totalidad de dimensiones y atributos representadas en la matriz, quedaron relacionados en uno o varios de los riesgos mencionados, se percibe cómo unos riesgos están relacionados con otros, por ejemplo la baja fertilidad del suelo tiene incidencia en la baja productividad y baja rentabilidad; la dificultad en la planificación de la producción incide en la oferta no permanente de productos para el mercado, o la poca investigación e innovación tecnológica en la persistencia del uso de algunos agroquímicos. También, es importante resaltar que los riesgos no son diagnosticados solo para una dimensión, sino que además se entretejen en las cinco dimensiones del estudio, corroborando la necesidad de que estos análisis se hagan desde un enfoque complejo y multidimensional ya que la vulnerabilidad de la agricultura depende tanto del desarrollo del capital natural como del social (Altieri & Nicholls, 2013).

La construcción del marco de análisis para detectar riesgos para la sustentabilidad y adaptabilidad de los sistemas productivos constituye sin duda el paso más importante del proceso metodológico participativo; un marco de análisis puede ayudar a definir los mayores riesgos para que los propios agricultores puedan trabajar sobre ellos de manera prioritaria, así, los conceptos de sustentabilidad y adaptabilidad se construyen a nivel local desde los puntos de vista, aspiraciones y necesidades de los actores locales; esto ratifica la idea de que es imprescindible construir marcos de análisis específicos para cada contexto socioeconómico específico (Kumaraswamy, 2012).

Aunque muchas metodologías de evaluación de sustentabilidad se basan en diversos indicadores sugeridos al azar, muchas veces por actores externos a la comunidad; evaluar el estado del sistema productivo implica mucho más que construir listados de indicadores (Masera et al., 1999); en tal sentido, cobra importancia el uso de marcos de análisis (Smyth & Dumanski, 1993; Hünnemeyer et al., 1997; Masera et al., 1999) como sustento para la construcción de indicadores coherentes.

Con la priorización de los riesgos detectados por los agricultores se determinó un conjunto de 9 indicadores apropiados a las condiciones de la agricultura practicada por socios de la ARAC. Este conjunto de indicadores representa los aspectos más relevantes para mejorar la sustentabilidad y adaptabilidad de los sistemas de manejo, reduciendo la vulnerabilidad frente a la variabilidad climática y otros factores que pudieran alterar la estabilidad del sistema productivo.

La Tabla 3 muestra los resultados de dos evaluaciones de los sistemas productivos a partir de los 9 indicadores realizados. Los valores positivos denotan indicadores que aportan a la sustentabilidad y adaptabilidad de la agricultura, mientras que los valores negativos indican afectación a las mismas. A partir de los resultados de la primera evaluación, se adelantaron acciones en cada finca que condujeran a un mejor desempeño de los indicadores para las evaluaciones posteriores; la segunda evaluación da cuenta de las variaciones generadas por la implementación de los planes de acción en cada finca en un lapso de un año.

El manejo del agua constituye una de las más importantes acciones adaptativas para enfrentar riesgos del cambio climático, especialmente cuando se trata de sequías prolongadas. En el caso de Subachoque esta condición es especialmente importante dada la baja precipitación y la necesidad permanente de irrigación a cultivos hortícolas que son altamente dependientes de humedad superficial. El indicador pasó de un estado de afectación a la sustentabilidad y adaptabilidad del sistema a uno de contribución leve. Las acciones desarrolladas para su mejoramiento incluyen sistemas de irrigación en pequeña escala, adecuación de reservorios de agua y descontaminación de aguas grises.

La transición del uso de semillas certificadas a semillas locales adaptadas a las condiciones de la región, constituye uno de los principales obstáculos para la implementación de la propuesta agroecológica en la ARAC. Un cambio importante se ha generado con la introducción a la rutina productiva de especies mejor adaptadas como el yacón (Smallanthus sonchifolius) y un proceso de adaptación de semillas que anteriormente no se producían en la zona como cilantro (Coriandrum sativum), papa (Solanum tuberosum), espinaca (Spinacia oleracea) y algunas lechugas (Lactuca sativa). Aunque la dependencia de semillas externas sigue siendo predominante, este fue uno de los indicadores que marcó una mejora estadísticamente representativa respecto a la primera evaluación.

La arborización constituye una de las propuestas importantes para fortalecer la biodiversidad funcional de los sistemas de cultivo (Altieri & Nicholls, 2007) en las fincas de la ARAC. Especies como el trompeto (Bocconia frutescens), acacia negra (Gleditsia triacanthos), arboloco (Smallanthus pyramidalis), aliso (Alnus acuminata), sauco (Sambucus nigra), entre otras propios de la zona alto-andina, permiten generar interacciones importantes entre los diversos componentes del agroecosistema incentivándose servicios ambientales importantes como la activación de la biología del suelo, el ciclo de nutrientes, la acción natural de predadores sobre parásitos de los cultivos, entre otras. El interés por la arborización está fundamentado en la conveniencia de complejizar la estructura del agroecosistema ya que una estructura simplificada lo hace más vulnerable a un evento de variación climática (Altieri & Nicholls, 2007; Rogé & Astier, 2013).

Aunque la arborización fue propuesta en este estudio como indicador adaptativo al cambio climático, futuros estudios deben integrar el análisis de la mitigación al cambio climático que genera esta acción por la captura de carbono tanto en la materia orgánica que se almacena en el suelo como en la masa arbórea (Hernández et al., 2011); el análisis debería contabilizar la cantidad de carbono total que estos sistemas agroecológicos diversificados pueden capturar y almacenar por largos períodos de tiempo, reduciendo la cantidad de carbono liberado a la atmósfera causante del calentamiento global (Molinet, Álvarez, González, Damas & Ruiz, 2011).

En cuanto al indicador de estabilidad y fertilidad del suelo, los agricultores dieron prioridad a las prácticas dirigidas a conservar el suelo y mejorar su fertilidad previendo la erosión. Las acciones adelantadas incluyeron capacitación en campo e implementación de prácticas como conservación de suelos de ladera, uso del agronivel para trazos en curvas a nivel, adecuación de terrazas, labranza mínima y labranza cero, elaboración de abonos orgánicos tipo compostaje y cultivos de microrganismos locales para favorecer el proceso de descomposición aeróbica de la materia orgánica; todas estas prácticas de fácil comprensión y aplicación por parte de los agricultores.

El indicador de rentabilidad demostró un incremento, resultado del efecto sinérgico de los indicadores ya analizados que condujeron en su totalidad a un mejor desempeño ambiental y productivo del sistema (resiliencia ecológica); sin embargo, la rentabilidad no hubiera mejorado sin una mejora en la resiliencia social como se detallará en los indicadores siguientes.

La participación y trabajo en red constituyen indicadores enfocados hacia la resiliencia social (Altieri & Nicholls, 2013). La ARAC fue creada por iniciativa de los propios agricultores que, interesados en generar una mejor relación con la naturaleza así como mejores condiciones de vida para sus familias y la comunidad, iniciaron un proceso organizativo que se ha mantenido por más de 3 años. Parte de su interés es un liderazgo compartido que asegure la continuidad de su misión organizativa a futuro, prioridad que queda expresada en este indicador que promueve la participación activa y genuina de todos los asociados en las actividades productivas, formativas, de comercio e integración que promueve la ARAC. Esta resiliencia social expresada en el trabajo constante por fortalecer su organización, contribuye al mismo tiempo con la resiliencia de los agroecosistemas (Altieri & Nicholls, 2013) en el sentido de que tanto los análisis de riesgos como la generación de mejores estrategias adaptativas, se facilitan y fortalecen en el trabajo colectivo.

La investigación local constituye uno de los efectos importantes del trabajo en red. Para los socios de la ARAC investigar significa poner los conocimientos de cada actor al servicio de los demás; construir juntos mejores alternativas productivas frente a los problemas que detectan e innovar juntos a partir de sus propias experiencias. Diversas iniciativas en investigación campesina para la adaptación de la agricultura a la variabilidad climática han demostrado su efectividad para el diseño, construcción, implementación y evaluación de tecnologías locales mediante metodologías participativas. En Cuba, los Centros Locales de Innovación Agropecuaria constituyen una de estas iniciativas a escala local que integran agricultores y técnicos trabajando juntos para enfrentar la vulnerabilidad de la agricultura (Miranda, Sánchez, Sánchez, Lamela & Álvarez, 2011). Los procesos en desarrollo de integración de conocimiento científico integrado al local facilitan grupos de aprendizaje así como el apoyo a la generación de capacidades comunitarias para prepararse hacia la adaptación de la agricultura (Kettle et al., 2014).

Nuevos retos de investigación asociados a la variabilidad climática incluyen la generación de alternativas frente a la aparición de nuevas plagas y enfermedades, manifestación de otras ocasionales que se convierten en habituales, incremento de arvenses, reducción de reguladores naturales y disminución de la efectividad de métodos convencionales de control, etc. (Vázquez, 2011).

El indicador de planificación de la finca responde a la necesidad de regular las funciones ambientales y productivas del sistema optimizando el potencial que tiene y atendiendo a la necesidad de proteger áreas desgastadas o relictos ecosistémicos de importancia estratégica para la unidad productiva; pero al mismo tiempo, la planificación tiene el objetivo de responder oportunamente a la demanda del mercado coordinando las aspiraciones y posibilidades de cada socio de la ARAC para el mercadeo de sus productos.

El último indicador, mercadeo justo, refiere al fortalecimiento de la relación directa entre productores de la ARAC y consumidores de una red creada en Bogotá que adquiere los productos agroecológicos bajo la modalidad de canasta semanal con productos de cosecha. Para atender a esta demanda creciente y mantener el vínculo de confianza entre los productores y consumidores, la ARAC trabaja en la generación de un Sistema Participativo de Garantía (SGP) (Cuéllar & Calle, 2009) que permita obviar la certificación de tercera parte a partir de un esquema de control basado en la confianza con participación de consumidores y productores. La estrategia no solo permite condiciones ventajosas para los productores que reciben mejores pagas por sus productos, sino también para los consumidores que reciben productos agroecológicos a precios justos y apoyan la gestión ambiental y social de la ARAC.

En términos de adaptabilidad, la necesidad de sostener este mercado regional motiva a una mejor planificación de la producción, ya que la falta de planificación colectiva de las fincas constituye una de las dificultades importantes para sostener esta demanda del mercado; pero al mismo tiempo, sostener la producción implica reducir los factores que atentan contra su estabilidad, lo que conduce a la implementación de estrategias tecnológicas que reduzcan la condición de vulnerabilidad del sistema. El indicador de mercado justo puede ser analizado también como un indicador de mitigación al cambio climático, en el sentido de que la relación de mercado directo entre productos y consumidores en un mercado local, reduce la emisión de gases generados por el transporte de alimentos a largas distancias.

En general, los valores promedios para los indicadores se incrementan en la totalidad de los indicadores entre la primera y segunda evaluación destacándose los indicadores semillas propias, estabilidad y fertilidad del suelo, investigación campesina, planificación de la finca, rentabilidad y mercadeo justo con diferencia estadísticamente significativa, concluyéndose que la implementación de las acciones para mejorar la sustentabilidad influyó directamente sobre los aspectos que mejoran la capacidad de las fincas para adaptarse a los riesgos de la variabilidad climática, especialmente a nivel de suelos, así como mejora en la competitividad de la agricultura, por el mejoramiento que se evidencia en la rentabilidad de la actividad productiva.

Los indicadores de conservación de agua, arborización y participación en red, mostraron mejoras en los promedios globales para la totalidad de las fincas, pero estos aumentos no son aún consistentes en la totalidad de las mismas como para demostrar diferencia estadística, por lo que se requiere afianzar el seguimiento e implementación de prácticas para mejorar la adaptabilidad de los sistemas en estos indicadores precisos, sin descuidar los demás.

En la medida en que los riesgos detectados en la primera fase del estudio se relacionan de manera complementaria entre ellos aumentando la vulnerabilidad, en este mismo grado los indicadores se complementan unos a otros generando sinergias que mejoran la capacidad adaptativa y sustentabilidad del sistema productivo; por ejemplo, la conservación del agua y el mejoramiento en la estabilidad y fertilidad del suelo mejoran la producción, sostienen el mercado y generan mayor rentabilidad para el productor; la participación en red mejora en la planificación colectiva de las siembras y promueve la investigación local; esta, a su vez, mejora la producción y rentabilidad.

La mejora en los indicadores conduce a un mayor estado de adaptabilidad y sustentabilidad del sistema productivo disminuyendo su vulnerabilidad; esto, a nivel de finca, representa también una mejora importante en su desempeño global que se evidencia en los resultados de la evaluación de adaptabilidad y sustentabilidad para las fincas (Tabla 4). Los valores fueron obtenidos como promedio ponderado a partir de coeficientes para cada indicador construidos con participación de los agricultores, en el entendido de que no todos los indicadores tienen el mismo peso o incidencia sobre el grado de adaptabilidad o sustentabilidad global de la finca (Sarandón & Flores, 2009).

Aunque todas las fincas evidencian mejora en los valores de los indicadores, se destacan las fincas El Tablón, Buena Vista, La Acacia y Almaguer con los mayores niveles de aumento de la adaptabilidad y sustentabilidad; los menores valores fueron para las fincas Serranías, Los Laureles y El Porvenir con mejoras inferiores a 0,5 en promedio y para las cuales se deben afinar los planes de mejoramiento.

Los resultados de muchos estudios validan y realzan la importancia del trabajo agroecológico realizado por los campesinos, por su eficacia en la construcción de la resiliencia del agroecosistema (Henao, 2013). A nivel técnico la agroecología se basa en estrategias que estimulan la agrobiodiversidad, cierran los ciclos de nutrientes, promueven la autonomía de insumos utilizando recursos locales, conservan las características fisicoquímicas y biológicas de los suelos, reducen la erosión al emplear coberturas vivas, aprovechan las fuentes de energía renovable, integran ganadería-agricultura y producción forestal, consumen menos combustibles fósiles, entre otras (Valdés & Vargas, 2011; Márquez & Funes-Monzote, 2013); a nivel sociocultural la agroecología propende por realzar el conocimiento local y tradicional, las relaciones basadas en la equidad de género, la participación y organización, la vinculación de toda la familia al sistema productivo democratizando las decisiones, etc. Por este conjunto de estrategias se corrobora que uno de los propósitos esenciales de la agroecología es justamente incidir sobre los procesos de cambio adaptativo en sistemas socioecológicos (Ríos-Osorio et al., 2013).

Resiliencia, vulnerabilidad y adaptación

Los resultados de la valoración de los indicadores en la ARAC demuestran cómo se han generado respuestas adaptativas para hacer frente a adversidades como la variabilidad climática reduciendo la vulnerabilidad. Altieri & Nicholls (2013) resaltan cómo los agricultores por ellos mismos pueden incidir amentando su capacidad de reacción para desplegar mecanismos agroecológicos que mejoran su resiliencia y les permitan resistir y recuperarse de los eventos climáticos; tanto las estrategias técnicas como las sociales, constituyen elementos clave de la resiliencia.

La resiliencia socioecológica constituye, entonces, un concepto apropiado para entender la sostenibilidad de un agroecosistema; a través de este se puede explicar la forma como colectivos humanos logran adaptar sus sistemas productivos a las características del entorno natural y a las aspiraciones socioculturales de la comunidad (Ríos-Osorio et al., 2013).

Salas-Zapata et al. (2012) diferencian dos respuestas adaptativas posibles en un sistema afectado por una perturbación fuerte: la adaptación y la transformación. En el primer caso el sistema se reorganiza conservando los procesos esenciales y las interacciones entre sus componentes, así como sus mecanismos de control [Holling (1973), Kinzig et al. (2006) y Walker et al. (2006) citados en Salas-Zapata et al. (2012)]; en el segundo cambian su estructura, funciones, interacciones y mecanismos de control. La adaptación por la vía de estrategias agroecológicas restablece interacciones naturales planta-animal, suelo-microorganismos, predador-presa, microrganismo-planta, agricultor-cultivo; cultura-paisaje, finca-comunidad, etc., estabilizando el funcionamiento global del sistema. Esta capacidad de reajustarse adaptativamente a las dinámicas del entorno social y ecológico es la que ha permitido a los productores agroecológicos satisfacer sus necesidades y mejorar sus condiciones de vida; condición propia de los agroecosistemas sustentables.

Los campesinos han sido capaces históricamente de afrontar, resistir y recuperarse de fenómenos externos que atentan contra la estabilidad de sus sistemas productivos incluidos eventos climáticos extremos; las fincas agroecológicas evidencian un enorme potencial para aumentar la resiliencia frente a adversidades; potencial que debe ser reconocido y promovido localmente en términos de políticas públicas.

CONCLUSIONES

La construcción participativa de marcos de análisis de riesgos frente a la variabilidad climática a partir de un enfoque multidimensional, permite establecer indicadores locales consistentes con la situación real, empoderando a los actores locales para reconocer su grado de vulnerabilidad e implementar estrategias de adaptación de sus sistemas productivos. Mientras los riesgos para el sistema productivo se relacionan de manera complementaria aumentando la vulnerabilidad, los indicadores de sustentabilidad se complementan unos a otros de manera sinérgica mejorando su capacidad adaptativa.

La aplicación de un enfoque adaptativo centrado en la comunidad manifestado en la construcción y valoración de los indicadores, incrementó los niveles de sustentabilidad y adaptabilidad, de forma que la implementación de las acciones de mejora influyó positivamente sobre la capacidad de los sistemas socioecológicos para adaptarse a los riesgos de la variabilidad climática.

Las estrategias agroecológicas implementadas como acciones de mejora, incrementaron la resiliencia socioecológica de los agroecosistemas manejados por agricultores familiares asociados a la Red Agroecológica Campesina de Subachoque (Cundinamarca), aumentando la posibilidad de que respondan mejor ante cualquier escenario de cambio ambiental futuro.

AGRADECIMIENTOS

A la Facultad de Ingeniería y a la División de Investigaciones de UNIMINUTO, por el apoyo recibido para el desarrollo de este trabajo. A los miembros de la Asociación Red Agroecológica Campesina por su disposición para el trabajo cooperativo.

POTENCIAL CONFLICTO DE INTERESES

Los autores manifiestan que no existe conflicto de intereses alguno respecto al presente artículo.

FUENTES DE FINANCIACIÓN

El proyecto de investigación fue financiado por la División de Investigaciones del Sistema Universitario UNIMINUTO, Bogotá.

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1. Investigación desarrollada en el marco del proyecto: Promoción de estrategias agroecológicas para mejorar la resiliencia de la agricultura altoandina frente al cambio climático en el municipio de Subachoque - Cundinamarca - C113-74, con el apoyo de la División de Investigaciones del Sistema Universitario UNIMINUTO.

2. PhD Agroecología. Máster en Agroecología y Desarrollo Rural Sostenible. Profesor e investigador del programa Ingeniería Agroecológica, Corporación Universitaria Minuto de Dios, UNIMINUTO. Bogotá, Colombia. This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.

3. Magíster en Educación. Profesor e investigador del programa Ingeniería Agroecológica, Corporación Universitaria Minuto de Dios, UNIMINUTO. Bogotá, Colombia. This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.

4. Ingeniera en Agroecología. Corporación Universitaria Minuto de Dios, UNIMINUTO. Bogotá, Colombia. This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.

5. Ingeniera en Agroecología. Corporación Universitaria Minuto de Dios, UNIMINUTO. Bogotá, Colombia. This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.

Para citar este artículo: Acevedo-Osorio, Á., Angarita Leiton, A., León Durán, M. V., & Franco Quiroga, K. L. (2017). Sustentabilidad y variabilidad climática: acciones agroecológicas participativas de adaptación y resiliencia socioecológica en la región alto-andina colombiana. Luna Azul, 44, x-x. DOI: 10.17151/luaz.2017.44.2. Recuperado de http://200.21.104.25/lunazul/index.php?option=com_content&view=article&id=217

Esta obra está bajo una Licencia de Creative Commons Reconocimiento CC BY 

EVALUACIÓN DE LAS PROPIEDADES FÍSICAS Y QUÍMICAS DE RESIDUOS SÓLIDOS ORGÁNICOS A EMPLEARSE EN LA ELABORACIÓN DE PAPEL

Krystle Danitza González Velandia¹

Dayra Daza Rey²

Paola Andrea Caballero Amado³

Chadae Martínez González⁴

Recibido el 23 de febrero de 2015, aprobado el 29 de octubre de 2015 y actualizado el 25 de mayo de 2016

DOI: 10.17151/luaz.2016.43.21

RESUMEN

La producción de papel está soportada principalmente en la madera debido a su alto contenido de celulosa. Sin embargo, actualmente se buscan fuentes alternativas que desestimulen el uso de este recurso favoreciendo la protección de los bosques. La celulosa también está presente en las especies vegetales que hacen parte del consumo humano y, por lo tanto, los residuos orgánicos podrían convertirse en materia prima para la fabricación de papel. En Colombia más del 60% de los residuos que se generan son de carácter orgánico y muy pocos se están aprovechando. Esta investigación se centró en evaluar el contenido de celulosa en diferentes residuos sólidos orgánicos. También, se evaluaron otras propiedades químicas como contenido de hemicelulosa y lignina, y propiedades físicas como densidad, contenido de humedad, entre otros, ya que estas propiedades condicionan los procesos de producción de papel y son importantes para conocer la viabilidad de uso y la estrategia de la extracción de la celulosa. 21 residuos sólidos fueron analizados a través de pruebas de laboratorio basadas en las normas ASTM y TAPPI y se encontró que 9 de estos tienen un alto contenido de celulosa. Tomando en cuenta todos los demás análisis se concluyó que varios residuos tienen alto potencial para ser usados en la producción de papel. El uso de residuos sólidos, además de ser una solución que promueve la protección de los bosques, se puede convertir en una alternativa para el manejo de residuos sólidos en Colombia.

PALABRAS CLAVE

Celulosa, lignina, papel, residuos orgánicos.

EVALUATION OF THE PHYSICAL AND CHEMICAL PROPERTIES OF ORGANIC SOLID WASTE FOR USE IN THE PREPARATION OF PAPER

ABSTRACT

Paper production is supported mainly by the wood due to its high content of cellulose. However, alternative sources that discourage the use of this resource and promoteprotection of forests are currently sough. The cellulose is also present in plants that are part of human consumption and therefore organic waste could become raw material for papermaking. In Colombia more than 60% of waste that is generated is organic and very few are reused. This research focused on evaluating the content of cellulose in several solid organic waste. Other chemical properties as hemicellulose and lignin content, and physical properties such as density, humidity, among others, were also evaluated because these properties determine the process of paper production and are important to know the feasibility to use and the strategy to extract the cellulose. 21 solid waste were analyzed by laboratory tests based on the ASTM and TAPPI standards and it was found that 9 of these solids have high cellulose content. Taking in account all the other analyses, we concluded that various solid residues have high potential to be used in the production of paper. The use of solid waste could be a solution that promotes the protection of forests and it would become in an alternative for solid waste management in Colombia.

KEY WORDS

Cellulose, lignin, paper, organic waste.

INTRODUCCIÓN

Dentro de las actividades humanas que están afectando negativamente el ambiente, una de las principales es la asociada al manejo y disposición de residuos sólidos. En el caso de Bogotá, diariamente se generan entre 6000 y 10000 toneladas de residuos que se disponen en el Relleno Sanitario Doña Juana, de los cuales aproximadamente el 60% son residuos orgánicos (Hernández, 2010; UAESP, 2011). Paralela a esta situación, la industria papelera requiere de grandes cantidades de agua y recursos forestales para la producción de papel, debido a que la madera contiene celulosa, fibra con la que se forman las láminas de papel. Se están buscando fuentes alternativas a la madera como la caña de azúcar para disminuir los impactos ambientales, pero la celulosa también se encuentra presente en muchos residuos orgánicos, por lo que esta investigación se centró en determinar las características físicas y químicas de algunos residuos orgánicos para identificar cuáles tienen propiedades para usarse como pulpa de papel. En esta investigación experimental se evaluaron las propiedades relevantes necesarias para la producción de papel como contenidos de humedad, solubilidad en agua caliente y fría, densidades, volumen y las más importantes que determinan su utilidad para la industria como los contenidos de holocelulosa, celulosa y lignina. Esta publicación está estructurada en cinco partes, inicialmente se muestran los antecedentes de usos y evaluaciones de materiales para su uso en la elaboración de papel, los conceptos básicos usados en la industria papelera, la metodología usada y, finalmente, se presentan los resultados obtenidos concluyendo que residuos de los evaluados podrían ser potencialmente usados para la producción de papel.

Antecedentes en el uso de materiales alternativos para producir papel

La extracción de fibras para hacer papel a partir de fuentes no leñosas no es nueva, a nivel mundial y nacional se han adelantado diferentes estudios sobre fuentes alternativas a la madera como el vástago de plátano, la cabuya, el cáñamo y el algodón, donde se han obtenido resultados satisfactorios utilizando fibras vegetales como pulpa (Peña & González, 2002; Aguilar, Ramírez & Malagón, 2007).

Dentro de las investigaciones realizadas, Chiluiza & Hernández (2009) evaluaron las propiedades físicas y químicas de la Guadua angustifoliainvolucrando dos tipos de parámetros: aspectos apreciables a simple vista y medidos con facilidad, como diámetro, grosor y densidad; y aspectos evaluados en laboratorio como contenido de humedad y la caracterización química, basados en las normas de la Asociación Técnica de la Industria de Pulpa y Papel de Estados Unidos, encontrando en este producto un alto potencial para la industria del papel. En el caso de cítricos por las grandes cantidades de residuos que se generan se han buscado alternativas, un ejemplo en el estudio de Vargas & Pinoargote (2001) donde se encontró que el papel es una alternativa para aprovechamiento, y aunque en este caso no se puede hablar de la sustitución de pulpa en un 100%, pues a partir de procesos químicos y mecánicos se concluyó que podía ser viable en un 50% (relación 50% fruta: 50% papel de reciclaje) la sustitución de pulpa.

La caña de azúcar y el bagazo de maíz son las primeras materias primas utilizadas para la preparación alternativa de pulpa para papel. Se han realizado diferentes estudios para determinar sus contenidos de celulosa, lignina y cenizas para evaluar la pureza de la pulpa, y se ha encontrado que el trabajo con estos residuos requiere de más trabajo para la pulverización y blanqueo lo que es importante en el proceso de industrialización (Prado-Martínez et al., 2012). En el caso de otras fibras fibras no leñosas, Aguilar et al. (2007) concluyeron que cada residuo tiene un comportamiento específico y que, además de considerar el contenido de celulosa, es indispensable considerar otras propiedades. Otros análisis realizados en Colombia se han centrado en la piña y en los residuos de plátano. Hernández (2008) evaluó dos especies de piña (Ananas comosus L. Merr.) y obtuvo como resultado que este papel hecho con la fibra de la corona del fruta puede ser utilizado para muchas funciones por su comportamiento y contenidos de celulosa. Mazzeo, León, Mejía, Guerrero & Botero (2010) realizaron una caracterización fisicoquímica a los residuos de plátano y para proponer alternativas de aprovechamiento como la obtención de papel a partir del pseudotallo. Todos estos estudios demuestran la importancia de caracterizar física y químicamente los residuos para conocer su potencial y porque de estas características depende el proceso productivo.

Propiedades físicas y químicas del papel

El papiro fue el origen del uso de papel para facilitar la comunicación y la transmisión de conocimiento, este se componía de láminas del tallo, extraídas, desplegadas y aplanadas. En otras culturas, como las asiáticas, se utilizaba la piel seca de ovejas, cerdos, cabras, entre otras (Bacigalup L.,  Martino, A. y  Soca, A. (2010)).

La estructura básica del papel es un entramado de fibras de celulosa (un polisacárido con 600 a 1000 unidades de sacarosa) unidas mediante enlaces de hidrógeno. Una vez separadas del resto de componentes no celulósicos mediante el proceso de elaboración de la pasta de papel, estas fibras tienen alta resistencia a la tracción, absorben los aditivos empleados para transformar la pasta en papel y cartón, y son flexibles, químicamente estables y blancas. Esos componentes no celulósicos son, en el caso de la madera, principalmente hemicelulosas (con 15 a 90 unidades iguales de sacarosa), ligninas (altamente polimerizadas y complejas, actúan como aglutinante de las fibras), extractos (grasas, ceras, alcoholes, fenoles, ácidos aromáticos, aceites esenciales, oleorresinas, esteroles, alcaloides) (Keefe & Teschke, 1995).

Para la elaboración del papel es determinante conocer las propiedades físicas y químicas de la materia prima a usar, ya que de estas depende directamente la calidad del papel y se establece toda la línea de producción. Dentro de las propiedades físicas que se evalúan comúnmente se encuentran el volumen, tamaño, densidad real y aparente, en el caso de los residuos el grado de madurez, el contenido de humedad y la resistencia, entre otros. Las propiedades químicas son aún más importantes, pues determinan la calidad de las fibras, es decir la resistencia a la tracción, flexibilidad, la estabilidad, la adhesión, el color, absorción de los aditivos empleados para transformar la pasta en papel y cartón (Keefe & Teschke, 1995; Villaseñor, 2000; Revista Ambientum, 2002). Dentro de las propiedades que se evalúan en la pulpa de papel están la celulosa, la hemicelulosa que rodea los filamentos de la celulosa y ayuda en la formación de microfibrillas, es decir funcionan como material de soporte en la pared celular, la holocelulosa que representa la fracción total de polisacáridos, es decir, celulosa + hemicelulosa, la lignina que es una sustancia natural que hace parte de la pared celular de muchas células vegetales, les da dureza y resistencia pero en el caso del papel se busca eliminarla para facilitar la adhesión de las fibras (Revista Ambientum, 2002). En la Tabla 1 se muestran los resultados de evaluaciones químicas:

La Tabla 1 presenta los contenidos de celulosa, siendo las maderas las que presentan contenidos más altos, pero indicando que también hay contenidos significativos en otros materiales.

Residuos orgánicos

Un residuo es cualquier objeto resultante del consumo o uso de un bien en actividades que son susceptibles de aprovechamiento (Decreto 1713 de 2002) (República de Colombia, 2002). Cuando se habla de residuos orgánicos se hace referencia a aquellos residuos que provienen de restos de productos de origen orgánico, y se pueden degradar o desintegrar rápidamente, transformándose en otro tipo de materia orgánica, como los restos de comida, frutas, verduras, huevos, entre otros (UAESP, 2011). Los residuos orgánicos se pueden clasificar según su naturaleza y/o característica física (Jaramillo & Zapata, 2008) en residuos de alimentos, estiércol, restos vegetales, papel y cartón, cuero, plásticos biodegradables. Al hablar de residuos orgánicos por su origen y contenido es importante identificar las propiedades biológicas (Jaramillo & Zapata, 2008) como constituyentes solubles en agua, tales como azúcares, féculas, aminoácidos y diversos ácidos orgánicos, hemicelulosa, celulosa, grasas, aceites y ceras, lignina, lignocelulosa, proteínas, y los componentes orgánicos pueden ser convertidos biológicamente en gases y sólidos orgánicos relativamente inertes.

METODOLOGÍA

La investigación inició con la selección de 21 residuos, con la recolección y preparación de las muestras representativas; de cada residuo se recolectaron 1000 g para hacer pruebas físicas y químicas. Se inició con las evaluación de las propiedades físicas, dentro de las propiedades evaluadas están el tamaño calculando tres dimensiones: medida longitudinal (a), diámetro transversal mayor (b) y profundidad (c); se evaluó la forma, es decir, a qué figura geométrica se asemeja, se determinó la densidad real a través de la relación entre masa y volumen real, el volumen real se calculó por medio del método de desplazamiento de agua en una probeta graduada (principio de Arquímedes), se evaluó la estabilidad para indicar si los residuos mantienen una forma o se deshacen fácilmente, y contenido de humedad calculando la relación entre la cantidad de agua que posee cada residuos y su masa seca, se utilizó el método de la estufa calculándolo a través de la fórmula: %CH = (Peso del agua contenida en la muestra/peso de la masa seca)*100. Cada una de estas pruebas se repitió seis veces para cada uno de los residuos.

La siguiente etapa de la investigación se centró en evaluar las propiedades químicas que, para el caso de la industria, son determinantes en la elaboración de papel; para la evaluación de estas propiedades se prepararon las muestras, cada muestra fue molida con una picadora y se sometió a un proceso de secado natural por una semana, se trituró y luego se tamizó. Una vez listo el material se utilizó el procedimiento para liberar la muestra de extractivos (componentes solubles en solventes neutros que puedan interferir con algunos análisis químicos posteriores) siguiendo la norma TAPPI 204 (Technical Association of Pulp and Paper Industry – Muestra libre de extractivos), una vez listas las muestras se procedió a evaluar la solubilidad en agua caliente a 95°C siguiendo el procedimiento de la norma TAPPI T 207 om-93, la solubilidad en agua a temperatura ambiente siguiendo la metodología de la norma TAPPI T 207 om-93. Luego se procedió a estimar el contenido de holocelulosa mediante el método de ASTM D-1104 donde por cada muestra se pesan 2 g de muestra libre de extractivos, se colocan en un frasco de 250 ml y se añade 150 ml de agua, 0,2 ml de ácido acético y 1 g de clorito sódico, se coloca en un baño de agua a 70-80°C y cada hora durante 5 horas se añaden 0,22 ml e ácido acético muy frío y 1 g de clorito de sodio; pasadas las cinco horas se coloca en baño de hielo hasta que alcance 10°C, se filtra el contenido del frasco, se lava con 500 ml de agua fría y se secan los crisoles a 105°C hasta peso constante.

Una vez lista la muestra de holocelulosa es posible determinar el contenido de celulosa, en este caso se siguió el procedimiento de la norma ASTM 1695-77, para esta prueba se toman 2 g de holocelulosa y se agregan 10 ml de hidróxido de sodio al 17,5% a una temperatura constante de 20°C en un baño termorregulador, después de 2 min se agregan 5 ml de solución de hidróxido de sodio en intervalos de 5 min hasta completar 25 ml de hidróxido de sodio incluyendo la cantidad inicial, luego se mezcla a 20°C durante 30 min, hasta completar 45 min y se agregan 33 ml de agua destilada a 20°C y se deja reposar 1 hora antes de filtrar con crisoles lavando con agua destilada. A la celulosa recogida en el crisol se le agregan 15 ml de ácido acético al 10%  y luego se retira el ácido dejando la muestra levemente cubierta por 3 min, luego se seca en el crisol y se determina el peso de la celulosa. Por último se evaluó la lignina insoluble en ácido, se siguió el procedimiento de la norma TAPPI T222 os-74.

Finalmente, con los datos de las propiedades físicas y químicas, se procedió a hacer el respectivo análisis estadístico estimando la media, la desviación estándar para determinar el intervalo de confianza, es decir, un rango de valores en el cual se encuentra el verdadero valor del parámetro, con una probabilidad determinada. Como para este caso se tiene un tamaño de muestra pequeña se procedió a estimar el intervalo de confianza utilizando la distribución de Student t, para un nivel de confianza del 95% a través de la siguiente educación:

siendo:

X = media muestral.

t = valor de t que corresponde al intervalo de confianza.

S = desviación estándar de la muestra.

n = tamaño de la muestra.

Con los intervalos de confianza se seleccionaron los datos que estaban en los rangos y con esta información se procedió a identificar qué residuos tienen potencial para utilizarse como pulpa de papel y qué características especiales se deben tener en cuenta para el proceso de producción de papel.

RESULTADOS Y ANÁLISIS

Los residuos recolectados y seleccionados fueron: capacho de uchuva (Physalis peruviana), tallos de rosa, tallos de clavel, residuos del rábano (Raphanus sativus L.), corona de la piña (Ananas comosus L. Merr.), hoja de la tusa del maíz (Zea mays), pétalos de crisantemo (Chrysanthemum L.), cáscara de naranja (Citrus sinensis), de piña (Ananas comosus L. Merr.), de maracuyá (Passiflora edulis), de lulo (Solanum quitoense), de mango (Mangifera indica), de tomate de árbol (Cyphomandra betacea), de limón (Citrus limon L.), bagazo de maíz (Zea mays), hoja de cebolla larga (Allium fistulosum), tallos de girasol (Helianthus annuus), pétalos de rosas, pellejo de yuca (Manihot esculenta), bagazo de plátano (Musa paradisiaca L.), tallos de clavel (Dianthus caryophyllus), pasto seco (Pennisetum clandestinum). Estos se recolectaron en las plazas de mercado, fruterías y en cultivos aledaños a la ciudad de Bogotá D.C. A cada uno de los residuos se le realizó un análisis físico con 6 repeticiones para caracterizar su estado físico. En la Tabla 2 se muestran los resultados obtenidos.

Ciertos residuos se presentan en forma alargada, como el caso de tallos de rosa, de clavel, de girasol, cáscara de limón, de tomate de árbol, de maíz, hoja de cebolla larga, pellejo de yuca, bagazo de plátano, pasto seco. Y otro grupo de residuos, que no presentan una forma específica como la cáscara de mango, corona de la piña, cáscara de piña, de maracuyá, de naranja, residuos de rábano, hoja de la tusa de maíz, tienen tamaños mayores a 5 cm.

Algunos residuos presentan bajos valores de densidad aparente, es decir, poco peso con relación a su volumen, como es el caso del capacho de uchuva, pétalos de crisantemo, cáscara de piña, cáscara de lulo, cáscara de tomate de árbol, tallos de girasol, pétalos de rosas, pellejo de yuca y bagazo de plátano. A diferencia de otros que presentaron altos valores de densidad aparente como cáscara de mango, tallos de rosa, tallos de clavel, residuos del rábano, corona de la piña.

Al comparar la densidad real con la aparente hay residuos que presentan más diferencias entre estas como capacho de uchuva, residuos del rábano, corona de la piña, hoja de la tusa del maíz y hoja de cebolla larga, es decir que en condiciones normales hay presencia de espacios vacíos entre residuo y residuo, lo que influiría en aspectos como el transporte porque pocas cantidades ocuparían grandes espacios o se requeriría hacer adecuaciones como compactar.

Los contenidos de humedad en su mayoría se encuentran por encima del 60% debido a que en general se consumen frescos, pero para el caso de la industria del papel altos contenidos de humedad indican alta presencia de agua y menos de fibra que es lo que más interesa en la industria y que, además, influye en el proceso de degradación del residuo y su ablandamiento.

Después de realizar las pruebas físicas se procedió al cálculo de propiedades químicas que para el caso son las más relevantes. Para cada una de las propiedades se realizaron 6 pruebas por cada producto, se identificaron los intervalos de confianza para un nivel de confianza del 95% y se verificó que los valores medios se encontraran dentro del rango, obteniendo:

Hay residuos que tienen potencial para la producción de papel como es el caso de vástago de plátano, pellejo de yuca, los tallos de rosa, clavel, girasol, de maíz, la cáscara de mango y de tomate de árbol con valores de celulosa por encima del 40%. Es decir que en general los tallos tienen altos contenidos de celulosa, lo que coincide con otras investigaciones como las de Klass (1998), Sun & Cheng (2002) y Balat (2011) (citados en Suesca, 2012), donde se reportan valores por encima del 40%, es decir que estas fibras están en valores cercanos a maderas blandas y duras.

Algunos residuos presentan valores de celulosa por debajo del 40% como es el caso del pasto seco, residuos del rábano, pétalos de crisantemo, cáscara de limón, de maracuyá, de naranja, hoja de la tusa del maíz, entre otros. Que en el caso de los cítricos coincide con los resultados de Sánchez et al. (2014) en cáscara de naranja con valores por debajo de 30% en contenidos de celulosa, de igual forma pasa con la hoja de tusa con apenas 8% en contraste con el estudio de Villalobos & Sánchez (2010), donde plantean valores ente 18 y 40 y en el caso de pasto con valores por debajo de 30%.

Otro resultado importante a considerar es la lignina porque es necesario reducirla en el proceso de elaboración de papel para que las fibras se puedan adherir y formar la hoja, para eliminarla se necesitan procesos químicos más especializados, en esta caso se puede observar que hay residuos con contenidos de celulosa por encima del 40% pero también con porcentaje de contenido de lignina por encima del 30% como los tallos de maíz, de rosa, de clavel, cáscara de mango, de tomate de árbol, de piña, y de lulo que presentan valores que coinciden con autores como Klass (1998), Sun & Cheng (2002) y Balat (2011) (citados en Suesca, 2012), donde reportan valores de lignina para clavel de 25% y para cáscara de mango de 30 a 40%, lo que demandaría procesos químicos para retirar la lignina que entrarían a generar mayores impactos sobre el medio ambiente y mayores controles.

El porcentaje de solubilidad en agua caliente y fría influye en el proceso productivo del papel porque hay residuos que se deshacen y facilitan la preparación de la pulpa, como hay residuos en los que hay necesidad de aplicar calor y si este no es suficiente se emplean procesos mecánicos y químicos para deshacer la fibra. Dentro de las fibras con porcentajes de solubilidad en agua fría (18°C) entre 30-40% están los pétalos de crisantemo, cáscara de mango, de lulo, de piña, y de maracuyá asociado a que estos residuos contienen altos porcentajes de pulpa de fruta y por su naturaleza blanda. Estos mismos residuos presentan solubilidad en agua caliente (95°C) entre 40-60% sumándose también la corona de la piña, pétalos de crisantemo, pasto seco, corona de la piña, hoja de cebolla larga, cáscara de maracuyá, pétalos de rosas, cáscara de tomate árbol, cáscara de piña. A diferencia residuos como los tallos de clavel, de maíz y de vástago de plátano con contenidos de celulosa por encima del 40%, presentan valores de solubilidad por debajo del 15%, es decir que no se disuelven tan fácilmente lo que combinado con los contenidos de lignina va a determinar un proceso productivo más especializado que con otras fibras, pero con buenos rendimientos con relación a la materia seca.

CONCLUSIONES

La caracterización química reveló que los contenidos de celulosa de algunos residuos orgánicos como vástago de plátano, pellejo de yuca, los tallos de rosa, clavel, girasol, de maíz, la cáscara de mango y de tomate de árbol, los convierten en materia prima viable para la producción de papel, remplazando materiales como la madera y podrían convertirse en una solución para los diferentes problemas que se atraviesan con la disposición final de los residuos y para las grandes cantidades generadas en ciudades como la de Bogotá.

No todos los residuos orgánicos son favorables para la obtención de pulpa para papel, de 21 residuos analizados alrededor de 10 tienen contenidos de celulosa por encima del 44% y 11 no serían potencialmente aprovechables para este proceso, por lo que es importante continuar con más procesos de investigación en búsqueda de su aprovechamiento.

Aunque el contenido de celulosa es un factor determinante para el uso de los residuos orgánicos en la producción de papel, no es la única propiedad que se debe considerar. El proceso productivo depende de otras propiedades como la solubilidad en agua, los contenidos de lignina, la consistencia de los residuos que podrían generar la necesidad de más procesos mecánicos o químicos. Lo importante es desarrollar procesos limpios, al alcance de todas las comunidades, y según las propiedades físicas obtenidas es posible desarrollar estos procesos porque hay residuos que no tienen tan altos contenidos de lignina, como los tallos, cáscaras de frutas, corona de la piña, y para los cuales no es difícil la extracción de la celulosa.

La caracterización física mostró que un aspecto que puede dificultar el aprovechamiento de estos residuos para la elaboración de papel son los altos contenidos de humedad que facilitan el rápido deterioro de los residuos vegetales, por eso las propuestas que se generen deben pensarse en aprovechar el residuo lo más rápido posible, pero en el caso de la producción de papel estos altos contenidos de agua pueden ser un beneficio ya que todo el proceso de producción del papel se desarrolla en presencia de agua. Otra ventaja del uso de los residuos es que estos se muestran en tamaños pequeños lo que facilita los procesos mecánicos de extracción de fibra.

POTENCIAL CONFLICTO DE INTERESES

El presente artículo resultado de un proceso de investigación no presenta conflicto de intereses en la realización de la investigación.

FUENTES DE FINANCIACIÓN

Este proyecto fue financiado por la Dirección de Investigaciones y la Facultad de Ingeniería de la Corporación Universitaria Minuto de Dios.

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1. Magíster en Gestión Ambiental y Desarrollo Sostenible. Docente de la Facultad de Ingeniería, Corporación Universitaria Minuto de Dios. Bogotá, Colombia. This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.. ORCID: 0000-0002-6982-2569

2. Estudiante de Ingeniería Agroecológica. Corporación Universitaria Minuto de Dios. Bogotá, Colombia. This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.. ORCID: 0000-0002-2710-231

3. Estudiante de Ingeniería Agroecológica. Corporación Universitaria Minuto de Dios. Bogotá, Colombia. This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.. ORCID: 0000-0002-7504-082

4. Estudiante de Ingeniería Agroecológica. Corporación Universitaria Minuto de Dios. Bogotá, Colombia. This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.. ORCID: 0000-0002-9243-4206

Para citar este artículo: González Velandia, K. D., Daza Rey, D., Caballero Amado, P. A., & Martínez González, C. (2016). Evaluación de las propiedades físicas y químicas de residuos sólidos orgánicos a emplearse en la elaboración de papel. Revista Luna Azul, 43, x-x. Recuperado de http://200.21.104.25/lunazul/index.php?option=com_content&view=article&id=210

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