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www.fitoestabilizacion.cl
Fitoestabilización de Depósitos de Relaves en Chile Guía N° 1: Metodología General
Rosanna Ginocchio cea cr ig Mr Mlúrg PedRo León-Lobos i ig agrpr
INIA Ministerio de Agricultura
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Centro de Investigación Minera y Metalúrgica, CIMM Instituto de Investigaciones Agropecuarias, INIA Fitoestabilización de Depósitos Gua N° 1: Metodologa Generalde Relaves en Chile N° de Inscripción: 171.924 ISBN Obra Completa: 978-956-7226-09-2 ISBN Volumen 1: 978-956-7226-10-8 Enero de 2011 Diseño e impresión: Andros Impresores www.androsimpresores.cl
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Porque después de todo he comprendido Que lo que el árbol tiene de florido Vive de lo que tiene sepultado
Francisco Luis Bernández
Equipo profEsional
CIMM
INIA-Iniai
Elena Bustamante Isabel Camus Luz Mara de la Fuente
Jaime Cuevas Ismael Jiménez Sergio Silva
Claudia Santibáñez Yasna Silva Paola Urrestarazu
EntidadEs asociadas
SERNAGEOMIN Ministerio de Minería
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Prefacio|
stos documentos técnicos fueron generados a partir del proyecto Innova Chile de CORFO 04CR9IXD-01, titulado Uso de recursos fitogenéticos nativos para la fitoesta- bilización de depósitos de relaves en la Región de Coquimbo . El proyecto fue generado y liderado por la Unidad de Fitotoxicidad y Fitorremediación del Centro de Investigación Minera y Metalúrgica (CIMM) y coejecutado por el Centro Regional Intihuasi del Instituto de Investigaciones Agropecuarias (INIA).
E
Los documentos constituyen un aporte pionero y único para el pas, entregando directrices prácticas para la aplicación de una tecnologa sistematizada y validada para la adecuada y efectiva estabilización fsica, qumica y biológica de depósitos de relaves postoperativos y abandonados presentes en la zona norte-centro del pas, como es la fitoestabilización. Cada una de las guas contenidas en esta obra es una entidad única que puede ser consultada en forma independiente, pero todas ellas se complementan para entregar la información fundamental y necesaria para la aplicación de la tecnología de fitoestabilización en depósitos de relaves postoperativos y abandonados del pas. Es importante destacar que los principios generales de esta tecnologa también pueden ser aplicados a otros desechos mineros masivos, como botaderos de estériles y pilas de lixiviación, a suelos contaminados metales y Sin metaloides, impactados por operacionesy históricas de fundición con de minerales. embargo,como ésta los debe ser adaptada a las particularidades de estos sustratos.
La adecuada implementación de esta tecnología contribuirá a proteger la salud humana y el medio ambiente, al reducir las vas de exposición a los metales y metaloides contenidos en los desechos mineros masivos, además de permitir a las empresas mineras dar cabal cumplimiento a las nuevas regulaciones relacionadas con el cierre de faenas mineras. A su vez, esta tecnologa permitirá la rehabilitación de las áreas perturbadas, revitalizándolas y permitiendo usos posteriores. Finalmente, los editores de esta obra quieren destacar y agradecer en forma especial el importante apoyo de Anglo American y de sus profesionales, tanto en el proceso de desarrollo y de validación de la tecnología de estabilización a la realidad nacional como en la impresión de estos documentos. El interés de Anglo American por colaborar y apoyar este tipo de iniciativas ratifican el compromiso de esta compañía por desarrollar sus operaciones y la totalidad de las etapas de gestión siguiendo los más altos estándares ambientales, tanto internacionales como nacionales.
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Tabla de Contenidos 9
1. INtroduCCIóN 2. depósItos de relAves eN ChIle Norte-CeNtrAl
11
2.1. Minera metálica y depósitos de relaves
11
2.2. Caractersticas generales de los depósitos de relaves
11
2.3. Depósitos de relaves y medio ambiente
15
3. teCNologíA de fItoestAbIlIzACIóN: ANteCedeNtes geNerAles
17
3.1. Caractersticas generales de la fitoestabilización
18
3.2. Fitoestabilización versus forestación y revegetación
19
3.3. Especies vegetales para la fitoestabilización 3.3.1. Restricciones qumicas por exceso de metales 3.3.2. Restricciones climáticas sitio-especficas 3.3.3. Uso posterior o alternativas de rehabilitación
23 23 26 27
3.4. Acondicionadores para la fitoestabilización
27
4. teCNologíA de fItoestAbIlIzACIóN: depósItos de relAves
31
Etapa 1: Caracterización sitio-especfica y recursos financieros 1.1. Caracterización general del área
32 32
1.2. Caracterización del depósito de relaves 1.3. Recursos financieros disponibles 1.4. Otros aspectos relevantes Etapa 2: Materiales locales disponibles 2.1. Especies vegetales 2.2. Acondicionadores de relaves
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33 41 41 42 42 46
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Etapa 3: Ensayo piloto de fitoestabilización 3.1. Selección del sitio 3.2. Selección del diseño experimental 3.3. Establecimiento del ensayo
52 53 53 54
3.4. Monitoreo Etapa 4: Fitoestabilización a gran escala 4.1. Preparación del terreno y establecimiento de la vegetación A) Nivelación del terreno B) Descompactación del sustrato e incorporación de acondicionadores C) Obtención y preparación del material vegetal D) Riego
54 58 58 58 59 62 67
4.2. Monitoreo y manejo posterior A) Monitoreo B) Manejo posterior BIBLIOGRAFíA
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70 70 71 75
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1| Introducción a disposición de grandes volúmenes de residuos mineros sólidos en los suelos, tales como los depósitos de relaves, puede resultar en la generación de diversos impactos ambientales, particularmente cuando
L
la dispersión del material particulado fino rico en metales (ej., cobre, Cu, cinc, Zn, cadmio, Cd) y metaloides (ej., arsénico, As) hacia los suelos y cursos de agua cercanos, con los consecuentes riesgos para la salud
su disposición, manejo y abandono son inadecuados. Estos impactos varan entre la disminución en la calidad estética del paisaje, la pérdida de hábitats naturales y de terrenos con otros usos potenciales, la contaminación de los suelos y de las aguas con metales/metaloides y los efectos negativos potenciales para la salud humana, los ecosistemas y los sistemas silvoagropecuarios. La intensidad y diversidad de los impactos ambientales posibles de ocurrir a partir de
humana, los ecosistemas naturales. laEnagricultura las zonas ynorte y centro de Chile, los agentes más importantes de dispersión de los relaves han sido el colapso de los muros ante fuertes sismos, el viento (erosión eólica), las precipitaciones intensas (erosión hídrica) y el arrastre del material por los aluviones y las crecidas de los cursos de agua en los años extremadamente lluviosos (ej., años influenciados por el fenómeno El Niño-Oscilación del Sur o ENOS).
un desecho masivo dependerán, sinminero embargo, de lascualquiera características sitio-específicas del área de emplazamiento (ej. clima, topografía, cercanía a centros poblados, ecosistemas naturales y zonas silvoagropecuarias), de las características fisicoquímicas del desecho en cuestión y de las medidas de manejo utilizadas por parte del propietario del desecho minero.
En el caso de los relaves generados a
Adicionalmente, los relaves pueden sufrir transformaciones qumicas secundarias al quedar expuestos a ciertas condiciones climáticas (ej., zona altoandina de los Andes de Chile central), particularmente cuando poseen altos contenidos de sulfuros de metal como la pirita (FeS2). En estos casos, se podría producir drenaje ácido como consecuencia de la generación de ácido sulfúrico (H2SO4) a partir de la oxidación
partir de los por procesos de su concentración de minerales flotación, disposición, manejo y abandono inadecuados pueden resultar en impactos ambientales negativos de largo plazo y de gran escala espacial. Por ejemplo, cuando las superficies de los depósitos de relaves no son estabilizadas en forma adecuada pueden generarse impactos ambientales directos relacionados con
de la pirita yenelcontacto atmosférico agua de con lluviaelo oxígeno de deshielo. El drenaje ácido produce, a su vez, la lixiviación o lavado de algunos metales contenidos en los relaves a los cursos de agua, los suelos cercanos y las napas freáticas. La acidificación y enriquecimiento con metales de las aguas y los suelos afectados imponen importantes riesgos para la salud
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1| Fl dp Rl cl – G n° 1: Mlg Grl
Los efectos ambientales negativos genera-
El objetivo de esta gua metodológica es aportar con una tecnología sistematizada y validada para la adecuada estabilización física, química y biológica de los depósitos
dos impactos por los depósitos de (dispersión relaves a partir de los primarios fsica) y secundarios (transformación química) son muy difciles y costosos de remediar a posteriori . Sin embargo, estos impactos pueden ser evitados a través del establecimiento de un marco normativo adecuado por parte de los reguladores y del uso de medidas de manejo adecuadas por parte de los propietarios de los desechos mineros. Actualmente, la legislación minera
de relaves abandonados y postoperati vos presentes en la zona norte-central de Chile. Específicamente, esta guía técnica proporciona las directrices prácticas para desarrollar programas de fitoestabilización costo-efectivos y de largo plazo sobre los depósitos de relaves mineros ubicados en la zona del país con clima Mediterráneo árido y semiárido. La implementación adecuada de estos programas contribuirá a proteger la salud humana y el medio ambiente, al
chilena relacionada depósitos de relaves establece quecon estoslosresiduos deben ser depositados en tranques artificiales y considera la aplicación de medidas de rehabilitación en la etapa de cierre, las que permitan proteger la salud humana y la seguridad de las personas, además de restituir el terreno en condiciones aceptables (Decreto Supremo, D.S., Nº 132 de 2002 del Ministerio de Minería y su Reglamento asociado sobre la “Aprobación de Proyectos
reducir vías de exposición losestos metales y las metaloides contenidos aen desechos mineros masivos. A su vez, esta tecnología permitirá la rehabilitación de las áreas perturbadas asociadas a la actividad minera, revitalizándolas y permitiendo usos posteriores.
de Construcción, Operación y Cierre materializado de Diseño, los Depósitos de Relaves”
sivos (ej., botaderos de estériles, pilas de lixiviación, etc.) y a suelos contaminados con metales y metaloides. Sin embargo, ésta debe ser adaptada a las particularidades de esos sustratos.
humana, los agrosistemas y los ecosistemas naturales.
en el D.S. 248 de 2007 del Ministerio de Minera). Sin embargo, es aún limitada la disponibilidad de tecnologas de rehabilitación costo-efectivas, validadas para el país, las que permitan lograr la estabilización adecuada y en el largo plazo de los depósitos de relaves presentes en la zona con clima Mediterráneo árido y semiárido y, por ende, dar cumplimiento a las actuales normativas de cierre de depósitos de relaves.
Es importante destacar que los principios generales de esta tecnología también pueden ser aplicados a otros desechos mineros ma-
Se recomienda que los programas de fitoestabilización sean preparados e implementados por especialistas que tengan experiencia probada en el tema, de forma de adaptar este método a las condiciones locales o sitio-especficas del lugar donde será aplicado.
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2| Depósitos de Relaves en Chile norte-central
2.1. MineRía MetáLica y dePósitos de ReLaves
alta concentración de depósitos de relaves en la IV Región se explica por la mayor presencia de depósitos minerales que sólo han
L
a gran y pequeña/mediana minería han podido ser explotados mediante el trabajo sido históricamente importantes para la selectivo de pequeña escala (pequeña y meeconomía de la zona norte-centro de Chile y, diana minería) en comparación al resto del en especial, para las comunidades cercanas pas, donde predomina la gran minera. a las minas y a las plantas de procesamiento de minerales. Es as como El Salvador, A pesar que la IV Región de Coquimbo Andacollo, Punitaqui e Illapel, entre otras concentra el mayor número de depósitos localidades, surgieron como campamentos de relaves del pas, el volumen de relaves mineros debido a la explotación de mine- depositados corresponde sólo al 3% del vorales y han mantenido hasta el da de hoy lumen total (22.060.646 m3; Figura 2.1). Esto su condición de localidades mineras. se traduce en que existe un gran número de depósitos distribuidos por toda la Región, Producto de la explotación intensiva de mi- pero de tamaño más bien pequeño. Por nerales dentro de la zona norte-centro del ejemplo, el tamaño promedio de los depósitos pas, se han generado grandes volúmenes de relaves de la Región de Coquimbo es de de desechos mineros masivos en los últi- 2,1 hectáreas, con un rango entre 0,02 y 35,3 mos 150 años. Esto se debe a que por cada hectáreas, mientras que en la VI Región del tonelada del mineral extrado de la mina, Libertador Bernardo O´Higgins un solo deaproximadamente un 98-99% es descartado pósito puede cubrir 400 hectáreas y más. como desecho a lo largo del proceso de beneficio. Uno de los desechos mineros más voluminosos lo constituyen los relaves. 2.2. caRacteRísticas GeneRaLes de Por ejemplo, para 1990 el SERNAGEOMIN Los dePósitos de ReLaves había identificado unos 655 depósitos de relaves entre la II y la VII Región del pas, Los relaves, según lo define la legislación tanto abandonados como operativos, los nacional vigente (ej., Decreto Supremo, D.S. que cubran unas 8.028 hectáreas. De este Nº 248 de 2007 del Ministerio de Minería), total, un 25% y un 60% de los depósitos de corresponden a una suspensión de sólidos relaves identificados se encuentran en la III y en lquidos (pulpa), los que se generan y IV Región, respectivamente (Figura 2.1). Esta desechan en las plantas de concentración
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III
III
IV
IV
V
V
RM
RM
VI
VI
VII
VII
0
50
100
150
200
250
300
350
Número de depósitos
400
450
0
100
200
300
400
500
Volumen de relaves
(Mm3)
600
Fgr 2.1. Número de depósitos de relaves y volumen de relaves depositados por Región (Fuente: SERNAGEOMIN 1989 - 1990).
húmeda de especies minerales que experimentado una o varias etapas en han circuito de molienda fina. El vocablo se aplica también a la fracción sólida de la pulpa. En otras palabras, los relaves corresponden a mineral finamente molido (<2 mm), en solución acuosa, desde el cual no ha sido posible extraer más metal a través del proceso de concentración por flotación. Usualmente, contienen entre un 10 y 20% de los minerales de interés económico que
del Ministerio de Minería. Los depósitos de relaves usualmente se emplazan en fondos de quebradas o valles y requieren de la construcción de muros para la contención de la pulpa (Figura 2.2). Aproximadamente un 35% de los relaves corresponden al material particulado, el que se separa del agua por gravedad, decantando al fondo del tranque. De esta forma, el agua se acumula en la superficie, formando una laguna. Esta agua es denominada agua clara y, en general, es
no han podido ser recuperados desde el mineral.
procesada y reciclada dentro de la planta para los procesos de molienda.
Los relaves que salen de la planta de concentración son embancados en tranques artificiales (depósitos de relaves) cuyo diseño, construcción, operación y cierre se encuentran actualmente regulados por los D.S. Nº 132 de 2002 y Nº 248 de 2007
Una vez que los depósitos de relaves cumplen su ciclo de vida útil entran en etapa postoperativa o de cierre. Bajo las condiciones climáticas Mediterráneas áridas y semiáridas imperantes en la zona nortecentro del país, las aguas claras se evaporan
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Cubeta
Muro Muro
TRANQUE OPERATIVO
Cubeta
Muro Muro
TRANQUE POSTOPERATIVO Aguas claras
Relave fino (arcilla)
Relave grueso (arena)
Fgr 2.2. Sección típica de un depósito de relaves en etapa operativa y uno en etapa postoperativa en condiciones climáticas de tipo Mediterránea árida y semiárida.
y dejan atrás el material particulado fino (Figura 2.2). A modo de ejemplo, las características fisicoquímicas típicas de los relaves generados por la minería del cobre y oro en la Región
de Coquimbo se resumen en la Tabla 2.1. En cuanto a las características físicas, el tamaño de partícula más abundante en un relave tpico vara entre los 2 µm y los 2 mm, equivalentes a la arcilla y arena, respectivamente. Las características químicas más
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taa 2.1 Características fisicoquímicas generales de los relaves presentes en la IV Región de Coquimbo, derivados de la minería de cobre y oro
pvincia
Elqui
Limarí
Choapa
proMedIo
rav
h
Cot
Cnnid ta d ma (mg/Kg)
(%)
Cu
zn
f
Ca
txua (%)
Ce sua CIC (ms/cm 2) (mg/l) (mq/100g)
<2 50 y 2 50 y 2000 µm µm µm
Cubeta
7,14 0,21
2217
590
97112 17152
14
44
43
5,19
2927
8,69
Muro
7,30 0,15
3217
339
98083 18935
9
24
67
3,09
1710
7,20
Cubeta
7,52 0,16
3616
934
77826 12685
10
37
53
7,22
1728
6,66
Muro
7,78 0,17
4036
584
77970 14193
10
29
61
7,12
1638
6,22
Cubeta
7,46 0,40
3296
128
170356 19605
13
41
46
5,26
4268
7,81
Muro
7,71 0,27
3132
92
123167 13203
7
23
70
2,37
1538
6,01
445 107419 15962
10
33
57
5,04
2302
7,10
7,49 0,23 3252
relevantes son un pH neutro a levemente alcalino (derivado de la flotación alcalina usada comúnmente en el pas), una baja capacidad de intercambio catiónico (CIC), una alta conductividad eléctrica (CE) o salinidad, un muy bajo contenido de carbono orgánico total (COT) y altos contenidos de cobre (Cu), hierro (Fe), calcio (Ca) y sulfato (SO42-). En términos macronutricionales, los relaves son, en general, muy pobres en nitrógeno (N), fósforo (P) y potasio (K) disponibles. Por ejemplo, los contenidos de nitrógeno disponibles determinados en diversos tranques de la Región de Coquimbo,
relación con la ingesta del suelo o de agua contaminadas, el contacto directo con los suelos contaminados, la inhalación de los contaminantes adheridos al polvo del aire y la ingesta de alimentos (plantas y animales) que han acumulado contaminantes al estar expuestos al suelo o agua contaminados. En el caso de las plantas, las vías de exposición tienen relación con el aumento de metales/ metaloides en los suelos y/o en las aguas naturales y de riego.
varan entre los 4 y los 12 mg kg . El contenido de metales/metaloides de los relaves, tales como Cu (cobre), Cd (cadmio), Pb (plomo) y As (arsénico), imponen riesgos para la salud humana y el medio ambiente, a través de distintas vías de exposición. En el caso de los seres humanos y los animales, las vas posibles de exposición tienen
metaloides contenidos en los relaves implica directa y necesariamente efectosno y, por ende, riesgos ambientales. Sin duda, sin exposición no pueden existir riesgos. Sin embargo, para que la exposición sea efectiva en producir una respuesta negativa en los seres vivos, los metales/metaloides deben encontrarse en una forma reactiva biológicamente (biodisponible) y esta
-1
Es muy importante tener claridad en que la exposición de los seres vivos a los metales/
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fracción biodisponible debe encontrarse en una concentración que sea tóxica. Mayores antecedentes sobre este tema se entregan en la guía complementaria a este
tiene relación con la falta de manejo, pero también de la cercanía de los depósitos de relaves a los centros poblados, a las zonas agrícolas, a las áreas silvestres de interés y
Marco Ambiental y documento titulada . Relaves Mineros Abandonados
a los cursos de presentes en la zona norte-centro. Poragua ejemplo, la existencia de un gran número de depósitos de relaves de pequeño tamaño dispersos por toda la Región de Coquimbo, ha maximizado la superficie Regional expuesta a los relaves. La condición de minería de pequeña y mediana escala ha determinado que las plantas procesadoras de minerales se ubiquen en lugares donde disponen de recursos (agua, luz, mano de obra, alojamiento, etc.) y
2.3. dePósitos de ReLaves y Medio aMbiente El manejo histórico inadecuado de los depósitos ha determinado que los relaves puedan ser dispersados al medio por distintas fuerzas físicas, tales como las lluvias intensas, los terremotos y los vientos. Adicionalmente, los relaves pueden reaccionar con el agua y el oxígeno que infiltra el material produciendo drenaje ácido y solubilización de metales/metaloides al medio, particularmente cuando su contenido de sulfuros de metal (ej. pirita, FeS2) es elevado y las precipitaciones del lugar son altas. De esta forma, los riesgos ambientales asociados a los depósitos de relaves pueden clasificarse en las siguientes categoras: •
•
•
•
Riesgo ssmico. Riesgo hidrológico, ya sea por arrastre de los relaves, la generación de drenaje ácido y la solubilización de metales/ metaloides. Generación de polvo en suspensión en la atmósfera. Contaminación del suelo y las aguas.
accesos con ocurre relativaenfacilidad y de menory costo, como las zonas urbanas cercanas o los cauces de agua, aumentando el potencial de riesgo ambiental y para la salud humana. De esta forma, los depósitos de relaves abandonados pasaron a constituir focos potenciales de contaminación con metales del aire, los cursos de agua y los suelos aledaños, con los consecuentes problemas para la salud humana, los ecosistemas naturales y el sector agropecuario y, por ende, con importantes consecuencias socioeconómicas. Es importante destacar, sin embargo, que son escasos los estudios sistematizados y rigurosos realizados en la zona norte-centro de Chile, tendientes a evaluar cuantitativamente el grado e intensidad de dispersión de los relaves al medio y los efectos especficos de los relaves en sistemas silvestres, agropecuarios y dulceacucolas.
Es evidente que,residencial dada la importancia agrícola, ganadera, y/o ecológica de los sectores próximos a los depósitos de Consumo de agua y fallas en el sistema relaves presentes en algunos sectores de la de disposición. zona norte-central del país, y a lo crítico que resulta la contaminación del escaso recurso El riesgo ambiental de la dispersión física de hídrico y de los suelos agrícolas de la zona, los relaves y de los drenajes ácidos depende, es fundamental que los depósitos de relasin embargo, de diversos factores. El primero ves actuales y futuros sean estabilizados en •
Limitación de uso alternativo del terreno.
•
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forma efectiva, ambientalmente sustentable y con una adecuada relación costo-beneficio, tanto en el corto como en el largo plazo.
en el D.S. Nº 248 de 2007 del Ministerio de Minera. Sin embargo, aún es limitada la disponibilidad de tecnologas de rehabilitación sistematizadas y validadas para
Actualmente, nuestro país cuenta normativas que regulan el cierre de loscon depósitos de relaves, a través del D.S. Nº 132 de 2002 del Ministerio de Minería y su Reglamento asociado sobre la Aprobación de Proyectos
el país, las que permitan los propietarios de los desechos mineros alograr la estabilización adecuada y en el largo plazo de los depósitos de relaves presentes en la zona norte-central del país, de forma de dar cumplimiento a las actuales normativas de cierre de depósitos de relaves.
de Diseño, Construcción, Operación y Cierre de los Depósitos de Relaves materializado
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3| Tecnología de Fitoestabilización: Antecedentes Generales
A
ctualmente existen diversos métodos fisicoqumicos de tratamiento de sustratos enriquecidos con metales, como los depósitos de relaves, los que al ser aplicados sobre las superficies controlan o impiden la dispersión física y la reactividad química del material, posibilitando la mitigación de los riesgos ambientales potenciales de ocurrir. Algunas de estas tecnologías consisten en la cobertura de la cubeta de los depósitos de relaves con cubiertas de agua, con barreras
negativos en lasdel zonas tales como la degradación suelofuente, y la degradación o malfuncionamiento de los ecosistemas naturales impactados. Alternativamente, las coberturas de agua son cada vez más usadas en Canadá para la estabilización de los depósitos de relaves mineros por su alta efectividad, pero son impensables en climas de tipo Mediterráneo árido y semiárido como los de la zona norte-centro del país. En Chile, la estabilización de los depósitos
plásticas (geomembranas), con polmeros impermeabilizantes (vitrificación), con cemento (cementación) y con capas de rocas o de suelo (Figura 3.1).
de relaves postoperativos a través del uso de estas tecnologías fisicoquímicas tradicionales ha sido prácticamente nula, principalmente debido a los altos costos involucrados y a la inexistencia de una normativa vigente para el cierre de depósitos de relaves hasta hace muy pocos años.
Estas tecnologías tradicionales pueden, sin embargo, ser muy caras, no ser aplicables en todas las zonas climáticas, restringir las posibilidades de uso posterior al alterar las propiedades físicas, químicas y/o biológicas del sustrato y/o resultar en otros impactos ambientales. ejemplo, aunque el de coberturas dePor suelo ha mostrado seruso efectivo, la recolección de grandes cantidades de este material desde áreas silvestres o rurales no contaminadas ha resultado en la generación de otros impactos ambientales
Debido a los altos costos, se han buscado a nivel internacional métodos o tecnologías más baratas, ambientalmente más adecuadasdey uso que posterior permitan mayores posibilidades del área tratada. Dentro de los métodos emergentes y con mejor relación costo-efectividad están las tecnologías verdes, como la fitoestabilización.
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define como el uso de especies vegetales o plantas para remover contaminantes inorgánicos (como los metales y los metaloides) u orgánicos (como los aceites y las dioxinas) desde el medio ambiente o para dejarlos en formas inocuas. Las distintas tecnologías consideradas dentro de la fitorremediación se esquematizan en la Figura 3.2. La fitoestabilización es actualmente una tecnología probada y sustentada por muchos estudios exitosos realizados en depósitos de relaves y en suelos contaminados con metales en Europa, Estados Unidos, Australia, Sudáfrica y Canadá. En términos generales, la fitoestabilización se define como el uso simultáneo de plantas y de acondicionadores para estabilizar in situ contaminantes inorgánicos (metales y metaloides), presentes en un sustrato sólido como los depósitos de relaves o un suelo contaminado, al dejarlos en formas inocuas para los seres vivos (no biodisponibles).
Fgr 3.1. Cobertura de depósitos de relaves con capas de rocas y/o suelo en Canadá (foto superior), con cubiertas de agua en Canadá (foto media) y con geomembranas en la IV Región de Coquimbo (foto inferior).
3.1. caRacteRísticas GeneRaLes de La FitoestabiLización La fitoestabilización es una de varias tecnologías agrupadas bajo el concepto de fitorremediación. La fitorremediación se
En relación a los depósitos de relaves, la fitoestabilización consiste en el uso simultáneo de un tipo particular de plantas tolerantes a concentraciones elevadas de metales, denominadas metalófitas excluyentes, y de acondicionadores de sustrato adecuados para lograr la estabilización fsica, qumica y biológica de los relaves, en el marco conceptual de la rehabilitación ecológica. De esta forma, los objetivos últimos de un programa de fitoestabilización de depósitos de relaves son: •
Inmovilizar o reducir la biodisponibilidad de los metales presentes (estabilización química ). Los metales son complejados, precipitados, absorbidos y/o adsorbidos por las races de las plantas, los microorganismos asociados a las raíces de las plantas (rizósfera) y por los acondicionadores de sustrato, donde son acumulados en formas inocuas, evitando
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as los efectos tóxicos sobre otros seres vivos y el lavado de elementos tóxicos a las napas freáticas.
de uso posterior y devuelve la tierra en una condición ecológica más aceptable. La relación costo-beneficio de la fitoesta-
•
Prevenir la dispersión eólicaaledañas e hídrica del material hacia las zonas al disminuir eficientemente el potencial de erosión de los relaves (estabilización física ). •
Asegurar la autosustentabilidad del sistema vegetal recreado artificialmente, al restituir la actividad de la microbiota encargada del ciclado de los nutrientes (estabilización biológica ) y al mitigar
bilización es favorable, perovegetales requierey del uso simultáneo de especies de acondicionadores de sustrato adecuados al sitio y al objetivo general de rehabilitación del área, de forma que la estabilización sea autosustentable en el largo plazo y no produzca impactos ambientales secundarios. La relación costo-beneficio puede ser mejorada aún más utilizando plantas que tengan otros valores agregados además de estabilizar física, química y biológicamente los relaves,
los (ej., compactación aceites o fragancias o malfactores drenaje)fsicos y nutricionales (e.j., ausen-y tales servircomo comoproducir fuentes de bioenerga. cia de nitrógeno y de materia orgánica) limitantes de los relaves. Esto permite asegurar el adecuado establecimiento 3.2. FitoestabiLización veRsus y crecimiento de las plantas introduciFoRestación y ReveGetación das, tanto en el corto como en el largo plazo. A través de acciones voluntarias, algunas empresas mineras del país han aplicado las Adicionalmente, la vegetación introducida técnicas de forestación o de revegetación, sobre un depósito de relaves ayuda a reducir usadas tradicionalmente para la recuperael decrear agua una que percola a través de losvolumen relaves al demanda de agua para transpirar. La fitoestabilización también disminuye el potencial de ocurrencia de drenaje ácido, reduce la transferencia de metales a los suelos y a las napas subterráneas y evita la transferencia de los metales a los tejidos vegetales aéreos de las plantas establecidas. Evaluaciones realizadas en el extranjero
ción de suelos degradados, para de intentar estabilizar la cubeta y los taludes algunos depósitos de relaves postoperativos. Sin embargo, estas aproximaciones son conceptualmente distintas a la tecnologa de fitoestabilización. Según el Decreto Ley Nº 701 de 1974 del Ministerio de Agricultura sobre Fomento Forestal, la forestación se define como la acción de poblar, de una vez o gradualmente, con especies arbóreas o arbustivas
que carezcan de vegetación, ellas, o que,ésta esindican que la es tan efi- terrenos ciente como losfitoestabilización métodos tradicionalmente tando cubiertos de dicha usados para estabilizar fisicoquímicamente no sea susceptible de ser manejada, para sustratos enriquecidos con metales, pero es constituir una masa arbórea o arbustiva con menos costosa y es ambientalmente más fines de preservación, protección o producadecuada, por lo que permite rehabilitar ción. Por otro lado, las agencias regulatorias grandes superficies de sustrato. Además, a internacionales, como la Agencia Ambiental diferencia de los métodos tradicionales, la Europea y la Agencia de Protección fitoestabilización ampla las posibilidades Ambiental de Estados Unidos, definen a la
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revegetación como el establecimiento o el restablecimiento de plantas herbáceas, árboles y arbustos, nativos o exóticos, en un área donde la vegetación ha sido removida,
disponibles indican que en la mayoría de los casos la sobrevivencia, el estado sanitario y la velocidad de crecimiento de las plantas no son las requeridas para asegurar la ade-
alterada o dañada, con eleólica fin deeestabilizar cuada estabilidad física de los residuos en el el terreno de la erosión hdrica y mediano y largo plazo (Tabla 3.1). Muchas de recuperarlo para otros usos. veces, se han introducido especies exóticas inadecuadas para el clima Mediterráneo Aunque ambos conceptos (forestación y árido y semiárido de la zona norte-central revegetación) consideran el uso de la vege- del país, lo que ha incrementado los costos tación con el objetivo de estabilizar un suelo de mantención e imposibilitado el abandodegradado de la erosión física (estabilización no exitoso del sistema vegetal recreado, ya física), ellos no contemplan el objetivo fun- que no ha sido posible abandonar el riego. damental de la fitoestabilización que tiene Cuando se ha abandonado, las plantas no relación con la estabilización física, química han sido capaces de sobrevivir. yunbiológica de los metales contenidos en suelo contaminado o en un sustrato rico en metales, como los relaves mineros, de forma de reducir los impactos ambientales posibles de producirse en el medio. Desde la década de los ochenta, algunas empresas mineras han intentado controlar en forma voluntaria la erosión eólica e hídrica de los depósitos de relaves forestando la base de los muros y/o la superficie de la cubeta con árboles, arbustosde y/oforestación herbáceas. Por ejemplo, los intentos realizados han, generalmente, consistido en el trasplante de arbóles y/o arbustos, junto con un manejo simple del sustrato, el que puede incluir riego, incorporación mínima de materia orgánica (ej. tierra de hoja) y fertilización química temporal, particularmente en las casillas de plantación. Sin embargo, normalmente no han considerado el alto contenido de metales de los relaves como
Las forestaciones no han logrado la estabilidad química de los relaves, ya que mantienen su potencial de toxicidad por metales, tanto para las plantas introducidas como para otros organismos que entran en contacto con los relaves. En algunos casos, incluso se han potenciado otros impactos ambientales al movilizar los metales a través de las plantas introducidas a las cadenas alimenticias. Es así como se ha detectado contenidos elevados de metales en tejidos luego aéreosde (ej.algunos hojas) de las plantas introducidas años desde su establecimiento, evidenciando la falta de estabilidad química de los residuos y poniendo en riesgo de toxicidad crónica a los animales que las consumen y al resto de la cadena trófica. Finalmente, aspectos clave para el funcionamiento normal del sistema vegetal recreado, como son la descomposición de la hojarasca
un aspecto fundamental de manejo. yéstas el ciclado nutrientes, muestran no hande sido restituidas, por lo que que Normalmente se ha favorecido el uso de estas plantaciones no son autosustentables especies exóticas en lugar de las especies en el largo plazo. O sea, el sistema recreado nativas o endémicas (exclusivas) del pas. no es biológicamente estable y requiere de Aunque en algunos casos las plantas han fertilización constante. sido capaces de establecerse y de formar bosquetes que reducen los procesos ero- La falta de criterios de evaluación mínimos sivos, las escasas evaluaciones sistemáticas y adecuados para los objetivos deseados
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con estos programas de forestación, además de la ausencia de uso de metodologías de evaluación rigurosas y objetivas (estandarizadas a nivel internacional), ha llevado a
usados en el país no son equivalentes a la tecnologa de fitoestabilización que se aborda en esta gua, tanto en su concepto como en su metodología general. La
estos resultados inadecuados, sin embargo, han llegado incluso los a serque, considerados como exitosos.
fitoestabilización evita/supera todos los problemas de estabilización física, química y biológicas detectados en las experiencias de forestación/revegetación realizadas en Es claro entonces que los métodos de fores- el país y permite generar sistemas vegetación y/o revegetación usados en Chile no tales funcionales y autosustentables en el han sido adecuados para estabilizar fsica, largo plazo, lo que permite el adecuado química y biológicamente los depósitos de cierre de los depósitos de relaves postrelaves postoperativos. Adicionalmente, los operativos, sin requerimientos posteriores programas de forestación o de revegetación de mantención. taa 3.1 Forestaciones tradicionales realizadas en algunos depósitos de relaves postoperativos de la zona norte-centro de Chile y los problemas más comunes que llevan a una inadecuada estabilización física, química y biológica eabiización fíica
pbma Cíic
Cobertura vegetal alta, con adecuado Plantas con problemas de toxicidad por metales y control de la erosión eólica e hídrica de deficiencia de macronutrientes, lo que evidencia en el corto y mediano plazo, pero no inestabilidad química del sustrato y muerte de la en el largo plazo. vegetación en el mediano plazo. Plantas con exceso de metales en sus estructuras aéreas imponen problemas de toxicidad crónica y de biomagnificación en la cadena alimenticia. Esto evidencia inestabilidad química de los relaves y magnificación del problema.
Fotografía gentileza de Jorge Marín
Ausencia de degradación de la hojarasca y, por ende de ciclado de nutrientes esenciales para las plantas. No se ha logrado un sistema auto sustentable para su adecuado cierre y abandono.
Cobertura vegetal madia a baja, con inadecuado control de la erosión eólica e hídrica en el corto, mediano y largo plazo.
Plantas introducidas inadecuadas para el clima donde se emplaza el tranque de relaves. Permanecen las transformaciones químicas secundarias del relave, lo que resultará en drenaje ácido y lixiviación de metales, de darse las condiciones adecuadas.
Fotografía gentileza de Daniel Green
Fotografía gentileza de J.A. Olaeta
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3.3. esPecies veGetaLes PaRa La FitoestabiLización Las especies vegetales o plantas adecuadas para ser usadas en laser tecnologa de fitoestabilización deben seleccionadas de acuerdo a los siguientes criterios básicos: •
Las restricciones químicas sitio-específicas de los relaves de interés. Es particularmente importante la capacidad de tolerancia de las plantas seleccionadas a los altos contenidos de metales presentes en los relaves.
en el sustrato hasta 100 veces más elevadas que las plantas comunes (sensibles). Estas especies han desarrollado mecanismos biológicos que les permiten resistir concentracionespara de metales en sus tejidos que son tóxicas la mayora de las plantas. Las plantas metalófitas pueden corresponder a especies con tolerancia constitutiva a los metales (metalófitas constitutivas), o sea que todos los individuos de esa especie tienen la capacidad de tolerar altas concentraciones de metal en el sustrato, o a poblaciones de especies comunes que han desarrollado variantes genéticas tolerantes
•
Las restriccionesdel climáticas de emplazamiento depósitodeldelugar relaves de interés. La elección inadecuada de las especies vegetales a las restricciones climáticas del lugar, podra determinar costos mucho mayores debido a los altos requerimientos de mantención tanto en el corto como en el largo plazo (ej. riego). Por ello, se favorecen las especies nativas y endémicas disponibles localmente por sobre las exóticas.
al establecerse sobre desechos mineros o suelos contaminados con metales, denominadas pseudometalófitas. Por motivos de simpleza, en esta gua nos referiremos genéricamente a ellas como metalófitas, ya que ambos tipos son adecuados para los programas de fitoestabilización.
El uso posterior o alternativa de rehabilitación elegida entre las posibles para el sitio. Por ejemplo, la recuperación de una formación vegetal similar a la natural presente en el área (rehabilitación ecológica), la creación de un parque de esparcimiento o la plantación de un bosque de explotación, entre otras.
distribuirlos en forma adecuada en tejidos (Figura 3.4). Específicamente, los sus metales deben ser acumulados en los tejidos subterráneos, como las raíces, sin ser traslocados en forma importante a los tejidos aéreos, como las hojas y los tallos. O sea, deben ser plantas metalófitas excluyentes. Existe otro tipo de plantas metalófitas denominadas hiperacumuladoras, las que se caracterizan por sobre acumular metales en sus tejidos aéreos. Estas plantas son adecuadas para
3.3.1. Retriccione ml química por exceo
otras tecnologías de fitorremediación, como la fitoextracción, pero no para la fitoestabilización ya que pueden imponer problemas de transferencia y acumulación de metales en las cadenas alimenticias.
•
La tendencia internacional en las tecnologías de fitoestabilización ha sido hacia el uso de un grupo particular de plantas denominadas metalófitas (Figura 3.3). Estas plantas se caracterizan por su capacidad para tolerar concentraciones de metales biodisponibles
Las especies vegetales no sólo deben tolerar los metales presentes en altas concentraciones en los relaves, sino que deben
Finalmente, es importante destacar que una especie metalófita cualquiera es tolerante solo a algunos metales/metaloides y no a
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Fgr 3.3. Representación genérica de la distinta capacidad de respuesta a la alta biodisponibilidad de metal en el sustrato entre una planta sensible (no tolerante) y una planta metalófita (tolerante).
Figura 3.4. Representación genérica de la distinta capacidad de acumulación de metales en las hojas de las plantas metalófitas hiperacumuladoras y las metalófitas excluyentes.
otros. existen rantes No a todos los plantas metales.metalófitas Por ello estoleque debe seleccionarse especies tolerantes a los metales/metaloides más abundantes en el relave minero que se desea fitoestabilizar. El concepto de usar plantas para estabilizar sustratos contaminados con metales fue introducido por primera vez hace 300
años, peroreintroducido pasó mucho ytiempo antes en de que fuera desarrollado el ámbito de las tecnologías de fitorremediación. Esto se debió a que la identificación y evaluación de especies vegetales metalófitas fue un proceso clave pero lento, de interés principalmente en el ámbito de la bioprospección de yacimientos de minerales, más bien que al interés de las empresas
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mineras en rehabilitar sustratos enriquecidos con metales. El interés creciente por estas nuevas tecnologías de fitoestabilización ha incrementado los estudios tendientes a
También se ha identificado un número importante de especies metalófitas excluyentes de metales, principalmente en Europa, Estados Unidos, Australia y Canadá. Hoy en
identificar plantas metalófitas enelsustratos enriquecidos con metales en todo mundo, de forma de contar con las especies nativas/ endémicas adecuadas para una fitoestabilización sitio-especfica exitosa.
día existen especies comerciales de pastos metalófitos adecuados para fitoestabilizar sustratos ricos en metales en ambientes templados, tales como Agrostis tenuis variedad parys para cobre, Agrostis tenuis var. coginan para cinc y plomo, y Festuca rubra var. merlin para cinc y plomo.
La mayoría de las plantas metalófitas hiperacumuladoras descubiertas hasta ahora están restringidas a pocas regiones geográficas de mineralizaciones superficiales. Por ejemplo, plantas metalófitas hiperacumuladoras de níquel (Ni) han(serpentinos) sido identificadas en suelos ultramáficos de Nueva Caledonia, Filipinas, Brasil y Cuba, mientras que plantas metalófitas hiperacumuladoras de níquel y cinc (Ni-Zn) han sido descritas en el centro y sur de Europa y Asia Menor. Con el avance de las investigaciones se han podido identificar aproximadamente 400 especies metalófitas hiperacumuladoras de distintos metales y metaloides, las que son capaces de tolerar y acumular niveles bastante altos 3.2) de estos elementos en sus tejidos (Tabla taa 3.2 Ejemplos de especies metalófitas hiperacumuladoras identificadas en el mundo para distintos metales/metaloides y su potencial de acumulación en las hojas.
emn
eci
Cncnación fia Máxima (mg/kg)
Zn
Thlaspi caerulescens
39.600
Cu
Ipomea alpina
12.300
Ni
Phyllantus serpentinus
38.100
Co
Haumaniastrum robertii
10.200
Se
Astragalus racemosus
14.900
Mn
Alyxia rubricaulis
11.500
El conocimiento actual sobre especies vegetales chilenas metalófitas, tanto hiperacumuladoras como excluyentes, es escaso. Sin embargo, existe un gran potencial de que este tipo de especies vegetales se hayan desarrollado naturalmente en nuestro país. Esto se debería a la presencia de numerosos yacimientos de minerales a lo largo de la zona norte y central de Chile y a la alta exclusividad y aislamiento de nuestra flora. Por ejemplo, la región norte-centro de Chile (26° a 32° latitud Sur), representa una provincia metalogénica rica en yacimientos de hierro, oro, plata, cobre y manganeso, la que ha coexistido con la flora Mediterránea actual desde el Mioceno superior (23,2 millones de años antes del presente, AP) y Plioceno (5,2 millones AP), por lo que es esperable la evolución de especies y/o poblaciones (ecotipos) tolerantes a metales. Esto, particularmente debido a que la zona con clima Mediterráneo de Chile, comprendida dentro de la provincia metalogénica norte-centro del país, constituye uno de los centros mundiales de alta biodiversidad florstica, sobre la base de su exclusividad biológica. Aproximadamente el 50% de la flora vascular de Chile es endémica (única del país), debido a su aislamiento de la flora del resto del continente. Esta diversidad ha sido, sin embargo, pobremente estudiada en términos de la tolerancia a los metales/ metaloides.
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Una recopilación realizada sobre las especies metalófitas identificada en el pas indica que hasta el año 2002 sólo se habían descrito 6 especies vegetales nativas me-
poblaciones presentes en áreas prstinas, como la Reserva Natural Río Cipreses, eran sensibles a este elemento.
talófitas excluyentes para cobredey ninguna especie hiperacumuladora metales (Tabla 3.3). Las especies metalófitas descritas en Chile han sido identificadas a través de los mismos métodos biogeoqumicos utilizados en otras partes del mundo, en los cuales se infiere el estatus de la planta en base a la evaluación del contenido foliar de metales en muestras de plantas colectadas en terreno, que crecen en sustratos metalizados. Sin embargo, si los estudios
3.3.2. pf Rr lmá Cada faena minera impone limitaciones climáticas particulares para el crecimiento de las plantas. Por ello, los programas de fitoestabilización realizados en Europa, Australia, Canadá y Estados Unidos han enfatizado el uso de plantas nativas o endémicas por sobre las plantas exóticas. Sus mejores ventajas comparativas, determinadas
no son realizados en forma adecuada, las conclusiones pueden ser erradas y debidas a la contaminación externa de los tejidos vegetales con partículas de sustrato. Idealmente, se deben realizar posteriormente al estudio biogeoquímico de terreno, ensayos de laboratorio donde se evalúa la tolerancia y acumulación de metales a través de métodos estandarizados. Por ejemplo, en el caso de la metalófita Mimulus luteus variedad variegatus identificada
por su adaptación al clima del lugar, les permite lograróptima la mejor estabilización posible del sustrato de interés, con el mejor costo-beneficio. El uso de especies exóticas no apropiadas al clima del lugar que se desea estabilizar, incrementa los costos de mantención (ej., por mayor riego) y reduce el éxito de la fitoestabilización en el largo plazo al no lograrse un sistema autosustentable. Adicionalmente, el uso de especies nativas y endémicas locales evita la
en la zona de Sewell, VI Región,indicaron estudios complementarios de laboratorio que los individuos de esa población eran capaces de tolerar concentraciones elevadas de cobre en el medio de cultivo, mientras que los individuos obtenidos desde
ocurrencia problemas ambientales secundariosde nootros deseados o esperados, como la introducción de especies que puedan volverse invasoras (plagas) y que alteren la dinámica de las comunidades biológicas silvestres del lugar.
taa 3.3 Especies nativas de Chile con potencial de tolerancia a cobre, descritas al año 2002 eci Dactylium sp. Cenchrus echinatus Erygeron berterianum Mimulus luteus var variegatus Mullinum spinosum Nolana divaricata
sa
Tranque de relaves de cobre Tranque de relaves de cobre Tranque de relaves de cobre Suelos contaminados con cobre Tranque de relaves de cobre Suelos contaminados con cobre
ubicación ggáica
Planta Matta-ENAMI, III Región El Teniente, VI Región El Teniente, VI Región Sewell, VI Región El Teniente, VI Región Paposo, III Región
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3.3.3. u prr lr rl La selección de las especies vegetales que serán usadasespecífico en un programa fitoestabilización también de depende del uso posterior o de la alternativa de rehabilitación que sea definida o elegida entre las posibles al momento del cierre del depósito de relaves. La alternativa más adecuada de fitoestabilización dependerá de las potencialidades y restricciones propias del lugar de emplazamiento del depósito de relaves (ej. topografa, clima, grado de aislamiento, etc.), de los recursos
de relaves que será fitoestabilizado, es muy importante que este concuerde con el Plan de Cierre general que haya sido definido o que se defina a futuro para la planta minera en cuestión.
3.4. acondicionadoRes PaRa La FitoestabiLización Los relaves mineros constituyen un material inadecuado para el establecimiento de una cubierta vegetal por ser un material con problemas de: •
económicos para la ejecución del programadisponibles de fitoestabilización, de las posibilidades/restricciones en el ámbito de la ingeniería, de las regulaciones ambientales y mineras, y de las posibilidades/restricciones en el ámbito de la ecologa, entre las más importantes.
Para un depósito de relaves cualquiera existen distintas posibilidades de uso posterior o de rehabilitación (Figura 3.5). Por ejemplo,ser el pensado programa para de fitoestabilización puede recuperar una formación vegetal similar a la natural existente en el lugar (rehabilitación ecológica), de forma de integrar en forma armónica la cubierta vegetal establecida artificialmente sobre el depósito de relaves con su entorno; este tipo de alternativa también puede ser pensado hacia la generación de una zona de conservación, donde se ayude a la preservación de especies vegetales con problemas de botánico. conservación, puede ser un jardín Otrascomo alternativas usadas en el extranjero han sido la creación de parques de esparcimiento o la plantación de bosques de explotación para bioenergía, entre otras. Cualquiera sea el uso posterior o el objetivo de rehabilitación definido para un depósito
•
•
Fertilidad química, debido a la deficiencia de macronutrientes esenciales para las plantas, como es el nitrógeno, y a la toxicidad por exceso de metales, como el cobre y el cinc. En algunos casos también pueden existir problemas de acidez o de alcalinidad de los relaves. Fertilidad física, debido a que el tamaño homogéneo y pequeño de sus partículas genera problemas de mal drenaje y de alta compactación. Fertilidad biológica, debido a la ausencia de microorganismos que permitan el ciclado de la materia orgánica y de los nutrientes.
Todas estas caractersticas adversas deben ser evaluadas y mitigadas con acondicionadores adecuados antes de introducir las especies vegetales seleccionadas, de forma de permitir el crecimiento adecuado de las plantas y la generación de un ecosistema autosustentable, tanto en el corto como en el largo plazo. De esta forma, el uso de acondicionadores de sustrato adecuados constituye un factor crítico para la introducción exitosa y a bajo costo de la vegetación metalófita seleccionada sobre la superficie de un depósito de relaves cualquiera.
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Fgr 3.5. Ejemplos de alternativas de uso posterior y de rehabilitación para los depósitos de relaves y las faenas mineras. La alt ernati va elegid a dependerá de los rec ursos económicos dis ponibl es de las restricciones/potencialidades propias del lugar de emplazamiento y de las restricciones/potencialidades ingenieriles y ecológicas del sitio.
Por ejemplo, programas realizados en Estado Unidos y Canadá muestran que
la actividad microbiana del sustrato, restituir el ciclado de materia orgánica en el siste-
la aplicación superficial de algunos residuos orgánicos ricos en materia orgánica y nutrientes, como los biosólidos (lodos generados por las plantas purificadores de aguas servidas domiciliarias) y los desechos de las plantas de celulosa, permite disminuir la concentración de metales que lixivian al subsuelo, establecer una cubierta vegetal autosustentable, aumentar la diversidad y
ma y asegurar incluso sobrevivencia de macroinvertebrados dellasuelo, tales como las lombrices de tierra. El uso de acondicionadores convencionales (ej., cal, fertilizantes qumicos, aplicación de tierra en la zona de plantación y aplicación de estimulantes microbianos como Biosol®, Kivi PowerTM) ha mostrado ser
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insuficiente para sustentar el crecimiento de las plantas en el largo plazo, fundamentalmente por las deficiencias de carbono, nitrógeno y fósforo de los relaves, y porque
para adsorber cationes; disminuyen as la concentración de metales en el lixiviado, y la transferencia de estos elementos a las plantas, las capas profundas del suelo y las
no mitigan los problemasy físicos de los relaves (ej. compactación mal drenaje). Adicionalmente, estos acondicionadores no necesariamente disminuyen la biodisponibilidad de los metales, lo que resulta en concentraciones elevadas de metales en los tejidos vegetales aéreos de las plantas introducidas.
aguas subterráneas. La composición química de los acondicionadores orgánicos es muy diversa y vara ampliamente dependiendo de la región geográfica donde sean producidos, de la variación estacional en el material procesado y del tipo de proceso, entre otros. Por ello, estos materiales deben ser pre viamente caracterizados e incorporados en dosis y formas adecuadas, de forma de
El uso de residuos orgánicos para la fitoestabilización de relaves mineros, desechos
mineros masivos suelos contaminados asegurarPor el establecimiento crecimiento con metales es, siny embargo, una práctica vegetal. ejemplo, el alto ycontenido de conocida en Estados Unidos, Australia y sales de algunos biosólidos puede limitar el Canadá, con casos exitosos de más de 25 establecimiento de la vegetación si éstos se años. Los residuos orgánicos más usados aplican en dosis excesivas. Aunque algunos son los biosólidos, o lodos generados por biosólidos poseen concentraciones elevalas plantas de tratamiento de aguas servidas das de metales, estos tienen solubilidades domiciliarias, los desechos de la industria muy bajas, más bajas que una cantidad maderera (aserrín, chips, ramillas, etc.), equivalente de metal total agregada como diversos residuos generados por las acti- sal al suelo, debido a la alta capacidad de vidades agropecuarias (guanos, purines, intercambio catiónico de la materia orgáalperujo y orujos) yde loscelulosa residuosy de las plantas productoras papel. Estos materiales, solos o mezclados, pueden ayudar a mejorar la textura de los relaves, la estabilidad del agregado, la capacidad de retención de agua, el aporte de nutrientes esenciales para las plantas, el aporte de carbono que permite el desarrollo de la microflora del sustrato encargada del ciclado de la materia orgánica y de los nutrientes esenciales para la vida vegetal, y reducir
nica, por lolaque no están biodisponibles. Esto evita transferencia de metales a los tejidos vegetales, particularmente a los tejidos aéreos, reduciendo la posibilidad de biomagnificación de los metales en la cadena alimenticia.
la biodisponibilidad de lalosmateria metalesorgánica debido a la alta capacidad de
Relaves en Chile: Aplicación Sustentable de . Acondicionadores
Información más detallada sobre los acondicionadores de relaves se entrega en la guía complementaria a este documento, titulada Fitoestabilización de Depósitos de
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4| Tecnología de Fitoestabilización: Depósitos de relaves
L
abilización ejecuciónsobre de ununprograma biológicade efectiva y en el largo depósitode defitoestarelaves química plazo dely depósito relaves. abandonado o postoperativo determinado consiste en la aplicación de un procedi- A continuación se describen cada una de miento sistematizado, de cuatro etapas las etapas involucradas en un programa de consecutivas, las que deben ser ejecutadas en forma rigurosa y adecuada de forma de lograr la fitoestabilización costo-efectiva y ETAPA 1 en el largo plazo (Figura 4.1). - Caracterización sitio-específica
La primera etapa involucra la caracterización sitio-específica tanto del depósito de relaves como del lugar de emplazamiento, además de la determinación de los recursos financieros que estarán disponibles para la ejecución del programa de fitoestabilización. Esta información permite definir el objetivo final de la rehabilitación o el uso posterior que se le dará al área. Posteriormente, se identifican las especies vegetales y los acondicionadores de relaves más adecuados a los objetivos de rehabilitación definidoslos y aque losdeben recursos financieros disponibles, ser probados y afinados a través de un ensayo piloto de fitoestabilización de pequeña escala. Los mejores resultados obtenidos en el ensayo piloto de fitoestabilización son finalmente replicados a gran escala, de forma de lograr la estabilización física,
• Ambiental (topografía, microclima, uso del suelo, etc.) • Paisaje • Relaves (caracterización fisicoquímica)
- Recursos económicos disponibles
Definición del uso posterior para el área ETAPA 2 - Materiales localmente disponibles • Especies vegetales (nativas y endémicas) • Acondicionadores (orgánicos y/o inorgánicos)
Definición ensayo piloto ETAPA 3 - Ensayo piloto de fitoestabilización
Definición del programa de fitoestabilización ETAPA 4 - Fitoestabilización de gran escala
Fgr 4.1. Etapas fundamentales para la fitoestabilización costo-efectiva de un depósito de relaves.
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1| Fl dp Rl cl – G n° 1: Mlg Grl
fitoestabilización de depósitos de relaves, con énfasis en la zona norte-centro de Chile y considerando la Región de Coquimbo como un área referencial. Sin embargo,
1.1. crr grl l r:
los aspectos descritos esta guía pueden generales ser aplicados a otrasenzonas geográficas de Chile y a otros desechos mineros masivos.
relaves. Esta información es fundamental para determinar las restricciones y potencialidades del lugar y, por ende, poder definir las mejores opciones de rehabilitación o de uso posterior (Figura 4.2). Esta información debe incluir:
etaPa 1: caRacteRización sitio-esPecíFica y RecuRsos FinancieRos
Proporciona la información base sobre el área de emplazamiento del depósito de
•
El primer paso fundamental para lograr la fitoestabilización costo-efectivaesdeestaun depósito de relaves determinado blecer las características sitio-específicas tanto de los relaves como del área de emplazamiento del depósito. Mientras mayor sea el conocimiento de las potencialidades y restricciones del área de trabajo y de su entorno, más apropiada será la definición del programa de rehabilitación que lleve a la fitoestabilización efectiva y en el largo plazo de los relaves. Adicionalmente, es muy tener claridad desdelos el inicioimportante de la planificación cuáles serán recursos financieros que estarán disponibles para el programa de fitoestabilización. Por ejemplo, algunos depósitos de relaves se encuentran en lugares remotos o aislados, lo que hace difcil su estabilización. Otros disponen de recursos financieros mnimos para su estabilización o poseen una superficie tan grande que esto los hace logística y económicamente difíciles de estabilizar. La caracterización sitio-específica o evaluación de sitio debe ser realizada a partir de visitas a terreno y de la recolección de información disponible en distintas fuentes de información local, regional y/o nacional. Involucra, al menos, los aspectos que se indican a continuación.
Historia del sitio: esta información es muy importante para determinar aquellos factores que no son visibles o evidenciables a partir de una inspección visual del área, pero que pueden influir en la definición del objetivo de rehabilitación y/o en la ejecución de un programa de fitoestabilización. Aspectos importantes de la historia del sitio son la frecuencia de ocurrencia de fenómenos naturales (aluviones, terremotos, lluvias intensas, etc.), la intensidad y tipo de ganadera extensiva y la presencia de herbívoros silvestres (ej., conejos, liebres, roedores), entre otros.
•
•
Historia de la planta minera y del depósito de relaves: es importante conocer información básica sobre el tipo de planta minera (grande, mediana o pequeña), su estado actual y futuro, los procesos productivos involucrados, el tipo de construcción utilizado para el depósito de relaves de interés y su tiempo de abandono, entre otros.
Topografía: el grado de complejidad física área deimportantes emplazamiento también puededel imponer restricciones para la ejecución de un programa de fitoestabilización; por ello deben determinarse las pendientes del sitio y otros parámetros topográficos relevantes.
•
Características hidrológicas: la ubicación y tipo de cuerpos de agua superficiales
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y de las napas subterráneas puede ser útil para diseñar el plan de rehabilitación más adecuado a las condiciones del sitio, ya que determinan la disponibilidad de
área, su estado actual de conservación y representatividad permite determinar el tipo de formación vegetal que puede ser interesante o importante de
agua y los riesgos potenciales de contaminación de las aguas por lixiviación de elementos no deseados.
potenciar a través de un programa de fitoestabilización. •
•
Microclima: se debe recolectar información sobre, al menos, las precipitaciones y las temperaturas promedio mensuales (máxima, media y mínima), de forma de determinar las potencialidades y las restricciones al crecimiento de la vegetación, así como el momento adecuado
para las actividades de siembra y/o plantación. Esta información, si no está disponible localmente, puede obtenerse de la Dirección Meteorológica de Chile o de las bases de información disponibles a nivel regional y/o nacional. •
Cercanía y tamaño de centros poblados: la existencia de centros poblados en las cercanas del depósito de relaves es un factor importante para la definición del objetivo finalvegetal de rehabilitación, ya que la formación generada debe ser ambientalmente segura para la salud humana.
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Usos del suelo, actuales y potenciales: el conocer los planos reguladores existentes o los usos históricos y potenciales para el área, permiten acotar y armonizar los posibles usos finales del área. Grado de aislamiento o de accesibilidad: esta información es muy importante para determinar la facilidad o complejidad del programa de rehabilitación y los costos involucrados. Formaciones vegetales naturales existentes: el determinar el o los tipos de formaciones vegetales presentes en el
Tipo y calidad del paisaje: a través de una evolución general se puede determinar la calidad visual y la fragilidad del paisaje, los que constituyen aspectos fundamentales para aportar en la sustentabilidad social y ambiental del área.
1.2. rl: crr l p Se deben determinar las principales características ambientales del depósito de relaves, tales como la ubicación (fondo de valle, quebrada, etc.), exposición a la radicación solar, heterogeneidad u homogeneidad microclimática, el grado de colonización espontánea por parte de la vegetación silvestre o la existencia de programas de manejo previos, entrerealizar otros factores. Adicionalmente, se deben caracterizaciones geotécnicas, hidrológicas y fisicoqumicas detalladas de los relaves. De esta forma, se determinará la heterogeneidad o la homogeneidad espacial de los factores ambientales, fsicos y qumicos, y las potencialidades y/o restricciones de las distintas áreas del depósito de relaves de forma de definir un programa de fitoestabilización adecuado y detallado. Dentro de los parámetros geotécnicos de interés está el grado de compactación de los relaves. El grado de compactación en profundidad puede ser estimado a través de distintas metodologías aplicadas in situ, tales como los ensayos de penetración realizados a través de CPT portátiles o de equipos PANDA ( Pénétromètre Automatique
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Fgr 4.2. El objetivo final de rehabilitación a través de un programa de fitoestabilización dependerá, entre otros factores, del lugar de emplazamiento del depósito de relaves. De arriba hacia abajo se muestra un depósito ubicado muy cerca de una zona definida como prioritaria de conservación por su flora y fauna; un depósito emplazado en una zona agrícola; un depósito que quedó inmerso en una zona urbana; y un depósito ubicado en un área silvestre.
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Numérique Dynamique Asisté ) . Dentro
de los parámetros hidrológicos relevantes está la tasa de infiltración y de escorrenta superficial, entre otros. Las caractersticas fisicoquímicas que determinadas en el básicas depósito dedeben relavesserson: •
•
La cantidad total y soluble de metales y metaloides, tales como Cu, Pb, Zn, As, para determinar el potencial de toxicidad de estos elementos. El pH, para determinar el estado actual de acidez, neutralidad o alcalinidad.
fsicas del sustrato, tales como la compactación, drenaje y aireación. Es importante que los muestreos en terreno se realicen utilizando en protocolos convenientes y estandarizados, las épocas del año más adecuadas para los distintos parámetros de interés, debido a que se requiere conocer el grado de heterogeneidad espacial de los distintos parámetros. En el caso de los análisis in situ y/o ex situ de muestras colectadas en terreno, es importante que estos sean realizados usando metodologías estandarizadas, avaladas inter-
•
El contenidolade carbonato calcio, para determinar capacidad dede neutralización de ácido. •
•
•
•
•
•
El contenido de materia orgánica (MO) o de carbono orgánico total (COT). El contenido de macronutrientes totales y disponibles (contenido total de N, P y K; contenido disponible de NH4, NO3 y PO4).
nacionalmente, por personal ycapacitado en laboratorios especializados certificados,y que utilicen procedimientos estándares de análisis, de forma de obtener resultados confiables. Finalmente, es también importante realizar una evaluación paisajística del depósito de relaves de interés y del área de emplazamiento de éste, de forma de determinar el grado de degradación del paisaje y las po-
La capacidad de intercambio catiónico, para determinar la capacidad de retener
tencialidades de rehabilitación del lugar. A partir de esta evaluación sitio-especfica detallada, será entonces posible identificar las potencialidades y las restricciones más importantes del depósito de relaves de interés, para el establecimiento y desarrollo de una cubierta vegetal autosustentable en el largo plazo. Las limitaciones más comunes de los relaves para el establecimiento de una cubierta vegetal autosustentable a
nutrientes, potasio, capacidad para resistir ej. cambios en yel lapH.
través un programa de fitoestabilización son lasdesiguientes:
La conductividad eléctrica (CE) o salinidad, para conocer el contenido de sales solubles.
A)
Los contenidos de microelementos esenciales, como Cu, B y Mo. Algunos metales como el Cu, son necesarios en concentraciones muy bajas para el crecimiento satisfactorio de la planta, pero en concentraciones muy elevadas son tóxicos para las plantas.
La textura y densidad aparente del relave, ya que influyen sobre las propiedades
Limitaciones microclimáticas
Dependiendo de la ubicación geográfica dentro de la zona norte-central de Chile y de la interacción de algunos factores climáticos con caractersticas fsicas propias de cada
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depósito de relaves, las principales limitaciones microclimáticas para el establecimiento de una cubierta vegetal son:
las plantas, en forma directa afectando la germinación o provocando la desecación de las plántulas; o bien en forma indirecta, incrementando la concentración de sales o
Temperatura del sustrato. Un puede relave abandonado oexcesiva postoperativo ya seco alcanzar temperaturas superficiales por sobre los 50º C en un día cálido de verano, lo cual afecta negativamente la sobrevivencia y el crecimiento de las plantas que se intenten introducir. La temperatura de un sustrato es afectada por la pendiente, la exposición geográfica, el color, el tipo de sustrato (granulometría), el contenido de humedad y la presencia de vegetación preexistente.
iones tóxicos en las capas superficiales de los relaves. Altas temperaturas y evapotranspiración estivales. Las altas temperaturas que se
alcanzan en los meses cálidos de verano determinan una importante evaporación de agua desde el sustrato. Estos factores limitan el establecimiento y el crecimiento de la vegetación en esa época del año.
intensos. Los relaves secos Por ejemplo, sustratos son más estables a loslos cambios dehúmedos temperatura que Vientos ser fácilmente transportados por elpueden viento, los sustratos secos; los sustratos arenosos los que en ocasiones pueden formar vercon buen drenaje se calientan y se enfrían daderas tormentas de arenas en el área de más rápidamente que los de textura más emplazamiento del depósito de relaves. Por fina; una ladera de orientación norte recibe otra parte, los vientos intensos pueden desuna carga diaria de radiación solar mayor arraigar las plántulas o destruir los bancos que una ladera orientada al sur; un relave de semillas establecidos sobre los relaves. de color más oscuro alcanzará temperaturas Además, los vientos intensos resultan en máximas diarias mayores que un relave de un incremento de la evapotranspiración color claro; los relaves oscuros absorben y en una subsiguiente desecación de las
más rápido calor yque consecuentemente se secan los más claros, pero una excesiva reflexión desde la superficie de estos puede provocar efectos nocivos sobre las plantas jóvenes. Escasas precipitaciones. Un adecuado nivel
de humedad es esencial para el desarrollo de las plantas debido a que el agua constituye hasta un 95% del tejido vegetal. El agua es necesaria para distintas actividades fisiológicas las plantas, como desde la fotosíntesis, eldetransporte de tales nutrientes el sustrato al interior de las raíces, la movilización de nutrientes y otros compuestos entre las distintas estructuras vegetales, y la regulación de la temperatura interna de la planta, entre otros. La escasez de agua en los climas áridos y semiáridos es uno de los factores más limitantes para el desarrollo de
plantas. (B)
Limitaciones físicas
Para que un suelo sustente una cobertura vegetal y una comunidad microbiana saludables, éste debe ser capaz de mantener una cantidad suficiente de oxígeno cuando está húmedo y mantener una cantidad suficiente de agua durante los perodos secos. Textura. granulometría pro-y medio de La lostextura relaves ovaría entre arenosa
franco arenosa (Tabla 2.1), lo que influye sobre la mayoría de sus propiedades físicas y qumicas. Sin embargo, existen algunos depósitos de relaves o sectores dentro de un tranque, como la cola, con material muy fino en sus cubetas, muy parecidos a las arcillas. Los sustratos arenosos, con
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tamaños de partculas homogéneos, carecen de estructura y tienen grandes espacios porosos que permiten una buena aireación y una rápida infiltración del agua; sin em-
Esto le confiere al suelo buenas condiciones de porosidad, aireación y drenaje. Debido a los bajos contenidos de materia orgánica y de microorganismos en los
bargo, la retención de agua es escasa, ypor relaves, éstos agregación lo que tienden a secarse rápidamente, el mínima de laspresentan partículasuna y una estrucflujo rápido de agua reduce el contenido tura pobre. Por ello, son fácilmente de nutrientes. En contraste, los sustratos erosionables. más bien arcillosos tienen partculas muy pequeñas, con un reducido espacio poroso Densidad. Un suelo bien estructurado, con y una aireación pobre. Estos sustratos tien- un alto contenido de materia orgánica, preden a ser densos, con una alta proporción senta una densidad aparente que puede ser de agua, la cual se encuentra fuertemente menor a 1 g cm-3, mientras que en capas ligada a las partículas y por lo tanto, no está de relaves extremadamente compactadas disponible para las plantas. Sin embargo, se han registrado valores de hasta 3 g cm-3. presentan mayor árealessuperficial por unidad de una peso, lo cual confiere una mayor cantidad de sitios para la adsorción e intercambio de nutrientes para las plantas. Si el sustrato presenta una proporción excesiva de partculas de un solo tamaño, afectará adversamente sus propiedades como medio de crecimiento para las plantas. la zona norte-centro presentan contenidos
Sin embargo, la densidad común dentro de los relaves generalmente se encuentra del rango de los suelos normales de 1 a 1,5 g cm-3. La densidad de los relaves tiene efectos significativos sobre la infiltración de agua y su almacenamiento. La infiltración se reduce en pendientes pronunciadas y en materiales compactados. Además, se reduce cuando las sales se encuentran precipitadas en la capa superficial, tal como ocurre en relaves con un alto contenido de pirita,
de materiaque orgánica entreprácticamente 0,4% y 3,7%, mientras los relaves carecen de este componente, al mostrar contenidos normalmente mucho menores al 0,4% (Tabla 2.1). Además de aportar nutrientes, la materia orgánica contribuye a mejorar las propiedades físicas de un sustrato, tales como la cohesividad del material particulado, la capacidad de retención de agua, la tasa de infiltración, el grado de compactación y la densidad aparente,
donde los generan procesoshidróxidos de meteorización oxidación de hierro.y La tasa de infiltración de agua en un suelo arable de buena calidad es de 200 mm h-1 o más, mientras que sobre los relaves mineros puede ser tan baja como 9 mm h -1. Existen zonas de los depósitos de relaves con densidades altas como para contener espacios de poro suficientes para permitir que el oxígeno difunda y lo mantenga bien aireado o como para que el agua pueda
entre otros. resulta Por lo en tanto, su ausencia en los relaves efectos deletéreos para las plantas.
percolar; de infiltraciónenesestos baja,sustratos, por lo quelaelcapacidad agua tiende a escurrir superficialmente, generando estrés hídrico o falta de agua para las plantas. En estos relaves densos, las raíces no pueden desarrollarse adecuadamente, por lo que las plantas tienen problemas de anclaje y no existen microhábitats adecuados para la microbiota.
Materia orgánica. Los suelos naturales de
Agregación y estructura. Un suelo nor-
malmente presenta partículas de variados tamaños, las cuales se agregan como resultado de la presencia de materia orgánica y de la actividad de los microorganismos.
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tancias asociados a los residuos mineros
14, siendo 7 un valor neutro. Los valores superiores se consideran alcalinos y los valores inferiores ácidos. El crecimiento normal de las plantas se establece en un
que puedendel provocar para los organismos suelo ytoxicidad las plantas están el sulfato y los metales tales como cobre, cinc, cadmio, mercurio, plomo, arsénico, antimonio, selenio y níquel, entre otros. Por ejemplo, los relaves generados por la minería del cobre y/o del oro muestran contenidos elevados de algunos metales como cobre y cinc y de sulfato (Tabla 2.1). Sin embargo, es importante enfatizar que los metales sólo producen toxicidad para
rango de apH 5 a 7.severamente Un pH menor 5 y superior 7,5delimita el aestablecimiento y desarrollo de la vegetación y restringe la actividad microbiana. Los valores extremos de pH afectan la solubilidad de ciertos metales tóxicos y afectan adversamente la disponibilidad y la capacidad de retención de nutrientes vegetales. Los relaves presentan, en promedio, valores de pH neutros o ligeramente alcalinos. Sin embargo, algunos relaves antiguos pueden
(C) Limitaciones químicas Toxicidad. Entre los elementos y sus-
debido ocurrencia de los organismos del suelo y las plantas cuando se encuentran biodisponibles y en volverse procesos ácidos oxidativos y dea la hidrólisis, alcanconcentraciones elevadas (ver Captulo 2, zando valores inferiores a 4. Los efectos de sección 2.4 de la guía complementaria a la alcalinidad pueden producir deficiencia este documento titulada Marco Ambiental de fósforo y ciertos micronutrientes tales como hierro, manganeso, magnesio y boro. y Relaves Mineros Abandonados ). Es difícil evaluar la toxicidad de un relave debido a Además, puede producir la volatilización que, generalmente, existen varios metales del nitrógeno que se encuentra en forma asociados y la interacción entre ellos puede de amonio, reduciendo la disponibilidad magnificar el problema potencial (efectos de este macronutriente vegetal. Otro efecto sinérgicos). Por ejemplo, las combinaciones de la alcalinidad es el incremento de la de en solución tales como cinc,metales cobre/cinc, y cobre/cadmio, sonníquel/ mucho más tóxicas que sus toxicidades individuales. Por otra parte, la presencia de fosfatos o calcio puede reducir la toxicidad de plomo, cinc y cobre (efectos antagónicos). La concentración tóxica de un metal en particular no se puede definir en forma absoluta, debido a la gran variedad de factores que intervienen. Cada caso particular debe ser evaluado en función del clima, propiedades
solubilidad de metaloides tal como elácidas arsénico. En contraste, las condiciones provocan que la mayoría de los metales se encuentren solubles y por lo tanto biodisponibles, lo cual puede afectar adversamente el crecimiento vegetal y la actividad de los microorganismos. Un pH muy ácido puede generar la inactivación de numerosas enzimas y restringir la absorción de sales minerales y agua por las raíces. Cuando el pH disminuye por debajo de 4 se produce
físicas dematerial, los residuos, la embargo, composición química del etc. Sin el rango de concentraciones de elementos en suelos normales y las toxicidades relativas para las plantas de los metales individuales permitiría identificar problemas potenciales.
una concentración excesiva de aluminio manganeso y un déficit de fósforo, ya quey los iones de hierro se combinan con los fosfatos y forman un compuesto insoluble inaccesible a las plantas. Además, la reducción de la actividad microbiana genera que los niveles de nitrógeno y otros elementos sean muy bajos, lo cual conduce a una considerable deficiencia de nutrientes.
Acidez y alcalinidad. El pH de un suelo
o sustrato se mide en una escala de 0 a
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Déficit de nutrientes. Los relaves generalmen-
te presentan deficiencias de los nutrientes esenciales para las plantas. Por ejemplo, los contenidos de nitrógeno disponibles deter-
de sales resultante del reciclaje de las aguas en los depósitos de relaves. Otros factores que determinan una elevada salinidad son la presencia en forma natural de sales en los
minados en diversos la Región de Coquimbo varan tranques entre losde 4 mg kg -1 y los 12 mg kg-1. En los relaves, los niveles de nitrógeno, fósforo y en algunas ocasiones de potasio, son inadecuados. Sin embargo, las concentraciones de los micronutrientes, generalmente son satisfactorias. El restablecimiento de un ciclo biológico activo de nutrientes, fundamentalmente de nitrógeno, es clave para lograr una fitoestabilización exitosa sobre un depósito de relaves. El po-
residuos, en zonasen áridas y semiáridas se tiendenque a acumular la superficie. Un exceso de sales solubles incrementa la presión osmótica de los relaves, con lo cual se reduce la disponibilidad de agua que pueden absorber las raíces de las plantas. El resultado es equivalente a una sequa; las plantas mueren y las semillas no pueden germinar. El daño por salinidad es mayor durante la etapa de germinación y de establecimiento inicial de la semilla. En climas húmedos, con
tencial de unnutrientes residuo minero para sobre retenerlasy suministrar adsorbidos partículas puede ser evaluado midiendo la capacidad de intercambio catiónico (CIC). La CIC es una medida de los sitios cargados negativamente, que son capaces de retener los iones con carga positiva, como por ejemplo amonio y potasio. Muchos de estos cationes son importantes para la nutrición de las plantas. La escasez de materia orgánica y de arcillas minerales, las cuales en un suelo
abundantes precipitaciones, las sales a lixiviar (lavarse). Sin embargo, si tienden la evaporación excede a las precipitaciones, como ocurre en las zonas áridas y semiáridas, se produce una migración ascendente de sales solubles, lo cual aumenta la salinidad de las capas superiores de los relaves. En relaves con buen drenaje en zonas húmedas es poco probable que presenten problemas de salinidad. La salinidad se mide en términos de la conductividad eléctrica (CE) que presenta
normal proporcionan sitios de intercambio acuoso denormal la muestra de plantas, relaves. que sirven para almacenar nutrientes, re- un Paraextracto el crecimiento de las sulta en una baja habilidad para retener y los relaves deben presentar un valor de CE suministrar nutrientes para el crecimiento inferior a 4 dS m-1. Sin embargo, en algunos vegetal. La CIC de un suelo rico en humus relaves se han reportado conductividades de puede ser tan alta como 300 meq 100 g -1, hasta 15 dS m-1. mientras que los relaves de la Región de Coquimbo presentan valores promedios D) Limitaciones microbiológicas entre 6 y 9 meq 100 g -1 (ver Tabla 2.1); en forma comparativa, los suelos de la Región Microbiota. La mayora de las transformade Coquimbo presentan valores promedio ciones que ocurren durante el reciclado -1
entre 12 y 15 meq 100 g . Salinidad. Un exceso de salinidad, generalmente, se debe a la presencia de sales de calcio, magnesio y sodio, las que forman principalmente sulfatos y cloruros, los cuales se pueden acumular en los relaves en concentraciones tóxicas para las plantas. Una salinidad elevada puede generarse por la concentración
de los nutrientes partir de la materia orgánica que se vaa incorporando en un suelo cualquiera son realizadas principal o totalmente por microorganismos. Si no fuera por la actividad de las bacterias y de los hongos, muchos ciclos de elementos serían alterados drásticamente y se reduciría la productividad y la sustentabilidad de los ecosistemas. Los relaves mineros poseen
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Fgr 4.3. Limitaciones de los relaves para la fitoestabilización. Depositación superficial de sales (superior izquierda); viento excesivo (superior derecha); baja humedad superficial (inferior izquierda); alta compactación (inferior derecha), lo que dificulta la infiltración y facilita la escorrentía superficial.
muy poca actividad y biomasa microbiana, por lo que es imposible pensar en rehabilitar una formación vegetal funcional y autosustentable sin restituir este componente vivo del suelo. Por ejemplo, mientras que en suelos naturales de la Región de Coquimbo la biomasa microbiana varía entre 96 y 118
mapa ambiental y edáfico del depósito de relaves facilitará la definición del tipo de vegetación y de acondicionadores más apropiados para ser usados en los distintos sectores identificados. En este sentido, no es posible definir y aplicar un programa de fitoestabilización homogéneo y único
µg carbono de la biomasa microbiana porde gramo de suelo, en los relaves vara entre 5 y 40 µg de carbono de la biomasa microbiana por gramo de relaves.
sobre un depósito demuros relaves.y sus Por distintas ejemplo, la pendiente de los exposiciones a la radiación solar los hacen sustratos de mayor heterogeneidad microclimática y topográfica que la cubeta; sin embargo, la textura de los relaves embancados puede variar en forma importante de un sector a otro, como entre los muros y la cubeta (Figura 4.4).
En general, una o varias de estas limitaciones varían en cuanto a su magnitud en distintos sectores de un depósito de relaves, por lo que la generación de un
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Figura 4.4. Heterogeneidad ambiental y del sustrato en un depósito de relaves de la Región de Coquimbo. En rojo se indican las áreas con alta pendiente, alta radiación solar y textura gruesa; en azul se indican las áreas con alta pendiente, baja radiación solar y textura gruesa; en verde se indican las áreas planas, con
mediana radiación solar y textura fina.
1.3. Rr fr pl: Para un depósito de relaves cualquiera existen diversas posibilidades de uso posterior o de rehabilitación (Figura 3.5). Por ejemplo, el programa de fitoestabilización puede ser diseñado para recuperar una formación vegetal similar a la natural existente en el lugar (rehabilitación ecológica), para integrar en forma armónica la cubierta vegetal establecida artificialmente sobre el depósito de relaves con su entorno; este tipo de alternativa también puede ser pensada hacia la generación de una zona de conservación, donde se enfatice la preservación de especies vegetales con problemas de conservación, como puede ser un jardn botánico. Otras alternativas usadas en el extranjero han sido la creación de parques de esparcimiento o la plantación de bosques de explotación para bioenerga, entre otras. La alternativa de rehabilitación que sea finalmente elegida dependerá de las restricciones y potencialidades ingenieriles y ecológicas del depósito de relaves, de
las restricciones y potencialidades sociales propias del lugar de emplazamiento del depósito de relaves, pero también de los recursos financieros disponibles. Por ello, es fundamental discutir en etapas tempranas sobre los recursos financieros que estarán disponibles para la ejecución de un programa de fitoestabilización. De esta forma, se puede lograr un equilibrio entre los recursos disponibles y la alternativa de fitoestabilización más adecuada a las condiciones del sitio.
1.4. or p rl: Cualquiera sea el uso posterior o el objetivo de rehabilitación definido para el depósito de relaves que será fitoestabilizado, es muy importante que este concuerde con las regulaciones mineras vigentes y con el Plan de Cierre general que haya sido definido o que se defina a futuro para la planta minera. De no existir un Plan de Cierre, será entonces muy importante discutir con los profesionales de la empresa sobre la relevancia de generar planes de cierre armónicos y con un objetivo final común.
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La opinión de las comunidades cercanas, cuando estas existen, también es muy importante para la definición del uso posterior o del objetivo final de la rehabilitación.
y endémicas), adaptadas al clima y a las acondiciones ambientales sitio-específicas, como acondicionadores de relaves disponibles localmente. De esta forma, la Etapa 2
La experienciay internacional enfatiza la consideración el involucramiento de las comunidades cercanas desde las etapas iniciales de definición de los programas de rehabilitación, tanto de depósitos de relaves como de las plantas mineras. Es muy importante conocer qué es lo que los lugareños esperan o desean para el área, de forma de optar por una alternativa de rehabilitación consensuada, la que será aceptada y apoyada por las comunidades locales y la
del definir programa de fitoestabilización en e identificar las especiesconsiste vegetales y los acondicionadores de relaves más apropiados para las distintas áreas microambientales identificadas en el depósito de relaves que se desea fitoestabilizar.
2.1. ep gl: Las especies vegetales adecuadas para la fitoestabilización de los depósitos de rela-
en lacon zonalos norte-centro del básicos país deben que podrá el ves futuro. De aportarles esta forma,sustentabilidad el involucrar en a las cumplir tres criterios de comunidades locales en la planificación y selección indicados en la sección 3.3 del en la ejecución del proyecto, enmarca al Captulo 3. Cuando el objetivo final o el programa de fitoestabilización en un con- uso posterior del área es la recuperación de cepto de sustentabilidad empresarial social una formación vegetal similar a la natural y ambiental moderno e innovativo, el que presente en el área (rehabilitación ecológica; va más allá del solo cumplimiento de las Figura 4.3, fotografía inferior), entonces, normativas vigentes en el pas. las especies vegetales que cumplen mejor con los criterios básicos de selección son Toda la información colectada debe ser las especies nativas y endémicas. finalmente sistematizada y utilizada para decidir la alternativa de rehabilitación más adecuada al sito; o sea, la alternativa que armonice mejor con los distintos aspectos considerados: ecológicos, sociales, ingenieriles y financieros, entre otros.
etaPa 2: MateRiaLes LocaLes disPonibLes A de la1 evaluación sitio realizada enpartir la Etapa es posible de identificar las limitaciones sitio-específicas más relevantes para el establecimiento de una formación vegetal adecuada y autosustentable en el largo plazo sobre el depósito de relaves de interés. Una forma costo-efectiva de enfrentar estas restricciones es utilizar tanto especies vegetales locales (nativas
La vegetación propia de la zona norte-centro del país es compatible con las limitaciones ambientales locales, particularmente con la baja disponibilidad de agua, las altas temperaturas y radiación estivales y la baja disponibilidad de nutrientes en el suelo (Figura 4.3). Por ello, estas especies requerirán poco riego y aportes de nutrientes. De esta forma, no se requerirá de un manejo intenso y de largo plazo. Adicionalmente,
deberán elegirse las especies vegetales adecuadas a las distintas zonas microambientales definidas sobre el depósito de relaves a fitoestabilizar. Por ejemplo, las áreas con mayor exposición a la radiación solar requerirán de especies más tolerantes a las altas temperaturas y al estrés hdrico que las áreas con menor exposición a la radiación solar (Figura 4.4).
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Cuando exista una alta biodisponibilidad de metales en los relaves de interés, lo que pueda imponer problemas de toxicidad para las plantas, será entonces importante
dispersión y presentar una alta capacidad para tolerar medios alterados, donde las condiciones microclimáticas y edáficas son muy limitantes. El establecimiento de estas
seleccionar metalófitas (ver secciónespecies 3.3 del Capítulo 3 deexcluyentes esta guía). Como se verá en la sección siguiente, también es posible disminuir la toxicidad por metales con la ayuda de acondicionadores de sustrato apropiados; en estos casos, será posible permitir el establecimiento de una di versidad mayor de especies vegetales nativas y endémicas, incluyendo aquellas sensibles al exceso de metales. En cualquier caso, la mejor alternativa dependerá del sitio a tratar,
especies pioneras contribuye a proporcionar adecuada y rápida estabilidad a los relaves a un bajo costo. Adicionalmente, estas especies mejoran las condiciones del sitio, permitiendo el establecimiento posterior de otras especies vegetales con mayores requerimientos microclimáticos y edáficos. Adicionalmente, una vez que se ha establecido el primer grupo de especies, otras especies vegetales y animales silvestres podrán colonizar espontáneamente el área,
de disponibles y del objetivo finallosderecursos rehabilitación establecido.
aumentando la biodiversidad del lugar. En algunos casos, puede ser importante introducir en las etapas tempranas de fitoestabilización algunas especies nativas y endémicas de la familia de las leguminosas, las cuales tienen la habilidad de fijar nitrógeno atmosférico mediante la asociación simbiótica con bacterias fijadoras de nitrógeno en nódulos de las raíces. De esta forma, el nitrógeno se vuelve disponible
Actualmente, se dispone de información sobre las especies colonizadoras espontáneas de depósitos de relaves de oro y/o de cobre en la Región de Coquimbo (especies pioneras) y el grado de tolerancia y de acumulación de cobre para un número importante de ellas. Específicamente, se han identificado 106 especies vegetales colonizadoras de depósitos de relaves, 67% deespontáneas las cuales son nativas y endémicas y 33% son introducidas o exóticas. Adicionalmente, se dispone actualmente de 31 especies metalófitas excluyentes para cobre en la Región (Figura 4.5). El detalle de esta información puede encontrarse en la gua complementaria a este documento titulada Flora y Vegetación Asociada a los Relaves Mineros Abandonados de la Región de Coquimbo.
para deaplicar las plantas. Esto reducelalaasimilación necesidad de fertilizantes nitrogenados. Estas especies pueden llegar a acumular hasta 100 kg de nitrógeno por hectárea y año. Las bacterias Rhizobium son sensibles al pH y no sobreviven en sustratos ácidos (pH < 5), por lo que esta variable debe verificarse. Adicionalmente, puede ser adecuado introducir en las etapas tempranas de fitoestabilización arbustos nativos que sean capaces de realizar levantamiento hi-
Dentro de las especies nativas y endémicas, aquellas que son normalmente capaces de invadir terrenos abiertos y alterados, denominadas especies pioneras, son las más adecuadas para las etapas iniciales de fitoestabilización. Estas especies se caracterizan por producir una gran cantidad de semillas con una alta capacidad de
dráulico, o sea, arbustos queaños en ladeestación seca (verano-otoño) y en los escasas precipitaciones, activan un mecanismo de transporte nocturno de agua por las raíces, desde estratos profundos y húmedos a estratos superficiales y secos del suelo, donde se produce su almacenamiento. De esta forma, las especies arbustivas que realizan levantamiento hidráulico podrían actuar como
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Haplopappus multifolius
Malesherbia paniculata
Baccharis linearis
Muehlenbeckia hastulata
Baccharis paniculata
Fgr 4.5. Ejemplos de especies metalófitas a cobre identificadas en la Región de Coquimbo.
nodrizas, aumentando la sobrevivencia de las plántulas introducidas en etapas posteriores, bajo su dosel, durante los meses más secos. Por otro lado, las plantas que realizan levantamiento hidráulico también podran aumentar la sobrevivencia de verano en las
endémica en programas de fitoestabilización en la zona norte-centro del pas están las siguientes:
especies con más sistema radicular superficial. Información detallada sobre este tipo de arbustos puede encontrarse en la gua de Flora y Vegetación Asociada a los Relaves Mineros Abandonados , complementaria a este documento.
disponibles en el comercio y menos en grandes cantidades.
Dentro de las limitaciones existentes actualmente para el uso de la vegetación nativa y
•
•
Los propágulos (semillas, bulbos, plántulas) generalmente no se encuentran
La recolección y germinación de las especies nativas debe realizarse como una actividad más del programa de fitoestabilización y estas actividades requieren de un conocimiento especializado y de fondos adicionales para la recolección
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de semillas y la propagación masiva de las especies leñosas. •
Se desconoce la capacidad de tolerancia metales y de traslocación decantidad metales a las estructuras aéreas de una importante de especies características de la región. Por ello, se debe seguir investigando sobre la capacidad de la flora regional para tolerar y acumular diversos metales que pueden encontrarse en altas concentraciones (biodisponibles) en los relaves mineros.
Las plantas exóticas, o sea, aquellas es-
•
El objetivo final de rehabilitación es un sistema vegetal que será manejado permanentemente, tal como un parque de esparcimiento o una plantación de
explotación. Es fundamental que las especies vegetales que sean usadas en programas de fitoestabilización de depósitos de relaves en la zona norte-centro del pas permitan la estabilización fsica, qumica y biológica adecuada de los relaves. Sin embargo, dependiendo de las potencialidades de uso posterior que sean identificadas para un depósito de relaves en particular, las espe-
pecies vegetales que se encuentran de su área de distribución original ofuera pas de origen, no son las más adecuadas para los programas de fitoestabilización, ya que aunque provengan de zonas climáticas similares, pueden transformarse en plagas. Existen numerosos ejemplos de ecosistemas que han sido dañados debido a la introducción de plantas exóticas. Por ello, en la mayora de los casos es recomendable fitoestabilizar con especies nativas
cies vegetales endémicas podrían entregar algúnnativas valor yagregado adicional, de forma de aumentar la sustentabilidad social y ambiental del área rehabilitada, además de permitir el cumplimiento de las normativas vigentes sobre cierre de depósitos de relaves.
yción endémicas. otra parte, introducde estas Por especies podríala deteriorar la calidad visual del paisaje. Por lo tanto, la introducción de especies exóticas debe ser muy restringida y podría ser aceptable cuando las especies presentan algunas de las siguientes caractersticas:
programas fitoestabilización de depósitos de relaves de abandonados, aportaría a superar el alto nivel de pobreza rural regional. Por otra parte, dentro de la sustentabilidad ambiental, el uso de especies nativas y endémicas en categora de conservación en los programas de fitoestabilización podra aportar en la conservación de los recursos naturales nacionales. Adicionalmente, la recuperación de ambientes naturales degradados permitiría aportar en la conservación
•
Han sido previamente introducidas (tiempo histórico) y son tan comunes en el área que su uso actual no creará un riesgo ecológico nuevo (especies naturalizadas).
•
Son incapaces de propagarse efectivamente en forma natural, ya que constituyen variedades estériles o dependen del cultivo y propagación por parte del hombre.
Dentro de la sustentabilidad social, el uso de especies nativas y endémicas que entreguen algún valor agregado por su cultivo en los
de sistemas naturales en la detención de los la desertificación. Eny estos casos, es importante conocer cuáles son los usos potenciales que han sido descritos para la flora colonizadora espontánea de los depósitos de relaves abandonados y cuál es la categora de conservación de las especies identificadas.
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2.2. ar rl: La fitoestabilización consiste en el establecimiento de una formación vegetal para cubrir
como la materia orgánica, los fosfatos y el óxido de hierro. La incorporación de los acondicionadores
efectivamente la superficie de un depósitoa de relaves (cubeta y taludes), adaptada las condiciones sitio-especficas. Los rela ves frecuentemente imponen importantes limitaciones fsicas, qumicas y biológicas, tal como se indicó en la sección 3.4 del Capítulo 3 y en la sección del 4.1.2 del Capítulo 4, las que deben ser mitigadas antes del establecimiento de la vegetación seleccionada (Figura 4.3).
tiene por objetivo lograr un balance adecuado e integral en los relaves, eliminando las limitaciones fsicas, qumicas y biológicas existentes. Por ejemplo, lograr un balance adecuado en las concentraciones de metales es esencial, dado que muchos de los metales presentes pueden ser tóxicos en altas concentraciones. Sin embargo, reducir en exceso sus concentraciones puede llevar a nuevos problemas; por ejemplo, las deficiencias de Zn, Cu, Mn y otros metales
Existen acondicionadores de sustrato, losdistintos que permiten mejorar algunas o varias de las limitaciones físicas, químicas y/o biológicas de los relaves. En las Tablas 4.1 y 4.2 se indican distintos tipos de limitaciones y las soluciones posibles, mientras que en la Tabla 4.3 se indican los distintos tipos de acondicionadores de relaves que pueden encontrarse en la zona norte-centro, con énfasis en la Región de Coquimbo, y sus características más impor-
que son disminuir micronutrientes esenciales también pueden la fertilidad del suelo. Las deficiencias en P y N limitan el crecimiento, por lo que es fundamental mantener niveles suficientes o lábiles de N, P y K para las especies de interés, en base a evaluaciones del suelo natural y de información sobre los requerimientos nutricionales de las especies vegetales que se introducirá. Adicionalmente, relaciones adecuadas entre el Ca y el Mg y entre el C y el N son requeridas por las
Información tantes. detallada puede encontrarse en la guía más complementaria a este documento titulada Aplicación Sustentable de Acondicionadores .
Muchas de las soluciones a los problemas indicados en la Tabla 4.1 incluyen aumento del pH, adición de materia orgánica, fosfato o adsorbentes, labranza y otras alternativas de manejo. La Tabla 4.3 enumera los acondicionadores que pueden
plantas. regla, la relación debería estar en Como el rango 15-40:1, siendoC:N la relación óptima 20-30:1, mientras que la relación Ca:Mg ideal no es mayor de 20:1. Relaciones C:N mayores llevan a la inmovilización del N en los microorganismos del suelo, limitando su disponibilidad para las plantas. En el caso de las relaciones C:N más bajas, el N se encontrará en exceso, lo que puede llevar al lavado de N en el perfil del suelo, con la consecuente contaminación de las
ser usados para ajustar aumentar la materia orgánica, y actuarpH, como quelantes o adsorbentes de metales y metaloides presentes en altas concentraciones biodisponibles. Los adsorbentes son un subgrupo de acondicionadores que tienen propiedades químicas adecuadas para reducir la solubilidad y la biodisponibilidad de distintos elementos (metales y metaloides),
napas subterráneas. En los desechos mineros masivos, como los relaves, la presencia de metales es polimetálica. O sea, diversos metales generalmente coocurren, encontrándose algunos en concentraciones mayores que otros. Por ejemplo, Cu, Pb y Zn se encuentran comúnmente en forma conjunta en los minerales sulfurados,
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taa 4.1 Tipos de problemas químicos, físicos y microbiológicos de los relaves que pueden ser mitigados con el uso de distintos acondicionadores de sustrato.
limiación
ec
sción
Alta concentración de metales (Al, Cu, Zn, Mn, Ni, Pb)
Fitotoxicidad y toxicidad para la General: microbiota. Aumentar el pH hasta neutralidad (7,0) con cal u otra fuente de Ca altamente soluble. Específica: – Cu, Ni, Zn, agregar MO, fosfato y/o adsorbentes (ej. óxidos de manganeso y hierro) – Pb: en ausencia de As aumentar el pH sobre 6,6; en presencia de As aumentar el pH a 5,5 o 6,5, agregar fosfato y óxido de hierro.
Alto contenido de As y/o Se
Toxicidad para el hombre y los Agregar MO y ajustar el pH a valores entre 5,5 animales. y 6,5
Al to co nt en id o de Bo ra to y Fitotoxicidad. Molibdenosis en alteración General: Molibdeno de la relación Cu:Mo (Cu:Mo > 2:1 para Acidificar a pH entre 5,5 y 6,0 ganado y > 5:1 para ovejas). Específica: – Borato: agregar óxido de hierro – Molibdeno: agregar Cu si se altera la relación Cu:Mo. Alto contenido de sulfato
Fitotoxicidad.
Regar abundantemente el sustrato para lavar el exceso a las napas profundas.
Acidez o pH bajo (< 5,5)
Fitotoxicidad y toxicidad para la Agregar cal u otro acondicionador alcalino; microbiota. agregar MO.
Alcalinidad o alto pH (> 8,0)
Problemas nutricionales para las Agregar un acondicionador ácido como ácido
Alta salinidad o CE
plantas. Fitotoxicidad, estrés hídrico, desbalance en la absorción de nutrientes.
sulfúrico o azufre, agregar MO. Regar abundantemente con agua blanda o no salina. La incorporación de MO puede ayudar al mejorar el drenaje.
Alto contenido de sodio
Fitotoxicidad.
Agregar algún material rico en Ca:Mg; agregar MO.
Alta agregación
Problemas de enraizamiento y de re- Agregar MO y yeso (sulfato de calcio). tención de agua.
Alta densidad
Problemas de enraizamiento y de Agregar MO y arar a profundidad; incorporar infiltración. desechos mineros estériles gruesos (marinas o ripios de lixiviación) y MO.
Textura inadecuada
Problemas de retención de agua y de compactación.
Modificar con suelo mineral, incorporar desechos mineros estériles (marinas o ripios de lixiviación) o agregar MO.
Alta proporción Ca:Mg (rango adecuado 20:1)
Deficiencia de Mg en las plantas.
Agregar Mg.
Alta proporción C:N (rango adecuado 15-40:1)
Limita la disponibilidad de nitrato para Agregar N o acondicionadores ricos en N (guanos, las plantas y por ende el crecimiento. biosólidos). Continúa en página siguiente
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Continuación tabla 4.1
limiación
ec
sción
Baja proporción C:N
Lixiviación de N.
Agregar carbono de celulosa (aserrín, chips de madera).
Bajo contenido de MO
Carencia de macronutrientes y de un Agregar un acondicionador rico en MO hasta agente agregante e hidratante en el niveles cercanos al 5% (peso seco), cuidando la sustrato. proporción C:N de éste.
Alto contenido de P
Lixiviación de P; reduce la fitodisponi- Agregar Al o Fe para acidificar el sustrato o Ca bilidad de Cu, Cd, Zn, Pb. para que los sustratos alcalinos quelen el P
Bajo contenido de N
Limita el crecimiento.
Agregar N (inorgánico u orgánico) o acondicionadores ricos en MO y alto N.
Bajo contenido de P
Limita el crecimiento.
Agregar P o acondicionadores orgánicos ricos en P.
Deficiencia de Mn
Limita el crecimiento.
Agregar Mn o disminuir el pH bajo 6,0.
Microbiota escasa
Limita la degradación de la MO y el Agregar una fuente natural de MO (guanos, ciclado de nutrientes. compost, biosólidos) o suelo de escarpe.
taa 4.2 Tipos de problemas microclimáticos y las soluciones posibles limiación
ec
sción
Excesiva temperatura del sustrato
Limitación del establecimiento y Agregar MO, colocar mallas para reducir la crecimiento. radiación solar directa o establecer plantas pioneras nodrizas.
Excesiva sequedad
Limitación del establecimiento y Agregar MO, implementar un sistema de crecimiento. riego para las etapas iniciales, seleccionar especies arbustivas/arbóreas con sistemas radicales profundos.
Vientos intensos
Eliminación de las semillas y desecación excesiva de las plantas.
Establecimiento de cortavientos (naturales o mecánicos), generar microtopografía, usar geles estabilizadores de superficie al momento de la siembra.
pudiendo encontrarse también As y Mo. De lograr un equilibrio global adecuado. Por esta forma, la solución más adecuada para ejemplo, un relave donde coocurren el Cu todos ellos debe ser determinada y aplicada. y As puede ser acondicionado con fosfato Algunas veces, las soluciones pueden ser (P), lo que reduce la biodisponibilidad del antagónicas o contradictorias. En estos casos, Cu; sin embargo, esto aumenta la solubise debe proceder con el objetivo básico de lidad del As. En un caso como éste, si los
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niveles de Cu son los más relevantes y los de As son relativamente bajos, entonces la solución preferida sería la adición de P. Cuando las concentraciones de ambos
de formaciones vegetales funcionales y autosustentables al restaurar la actividad microbiana del sustrato, balancear el pH, incorporar MO, aumentar la retención de
elementos sonpor altasotra y por ende riesgosas, se debe optar solución, tal como agregar óxidos de hierro en forma de polvo fino, como ferridrita o compost de biosólidos con contenidos altos de hierro, los que son efectivos para ambos elementos.
agua y reducir la compactación, entre otros beneficios. Estos sistemas rehabilitados permiten la reducción de la erosión de los contaminantes por el viento y la lluvia. Sin embargo, el uso adecuado de los acondicionadores se basa en la caracterización apropiada de ellos y del sustrato en el que serán aplicados.
La Tabla 4.3 enumera distintos acondicionadores que pueden encontrarse dentro de la zona norte-centro del país, junto con su disponibilidad, usos, aceptación pública,
A)
Dosis de aplicación
ventajas y desventajas. El tipo, mezcla ycostos, cantidad de acondicionadores requeridos variará de sitio en sitio, en respuesta a los factores limitantes específicos del relave de interés de fitoestabilizar y el tipo de vegetación deseada. Por ello, el primer y más esencial paso de cualquier estrategia de acondicionamiento es la realización de una evaluación detallada de las condiciones sitio-especficas del relave y conocer el rango de condiciones apropiadas que
Las dosis apropiadasespecíficas de aplicación de las limitaciones que dependen deben ser abordadas y de las características propias de los acondicionadores que serán utilizados. Sin embargo, existen distintas aproximaciones para determinar la dosis de aplicación más adecuada para los acondicionadores.
se alcanzar paraelegidas. la introducción las desea especies vegetales También de es importante considerar el uso posterior que se desea lograr con la fitoestabilización, para la elección de los acondicionadores y las estrategias de remediación más adecuadas. Adicionalmente, es esencial que los potenciales acondicionadores sean cuidadosamente caracterizados en cuanto a sus propiedades físicas, químicas y microbiológicas, antes de ser usados.
Por ejemplo, se puede contenido de materia orgánica del usar sueloellocal como referencia para el sitio bajo manejo. Si se sigue esta aproximación, es importante tener presente que una fracción importante de la MO aplicada se descompondrá en dióxido de carbono (CO2) y agua en un período de tiempo relativamente corto (ej. durante el primer año de aplicación). Por ello, si el suelo natural posee un 2% de MO, entonces se sugiere duplicar la adición a un 4% como
Los acondicionadores apropiados pueden ser orgánicos (ej., compost), inorgánicos (ej., neutralizantes) o mezclas (ej. biosólidos estabilizados con cal). Cuando se aplican en forma adecuada, los acondicionadores son benéficos para eliminar las vías de exposición al reducir la fitotoxicidad. Adicionalmente, permiten el restablecimiento
una forma de compensar la descomposición inicial rápida. La velocidad de descomposición depende, sin embargo, del tipo de MO aplicada. Específicamente, depende de la proporción C:N y del tipo de compuesto que debe ser degradado. Por ejemplo, un alto contenido de carbono como lignina o lignocelulosa (ej., madera) determina una descomposición muy lenta mientras que
Una aproximación es tomar como referencia un suelo local, saludable, y usar sus parámetros fisicoquímicos como objetivos-meta.
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un alto contenido de fuentes carbonadas como azúcares y almidones determina una degradación muy rápida (ej., desechos de pulpas de frutas). Por otra parte, si se
decidida en forma cualitativa más bien que cuantitativa. Este es el caso, por ejemplo, de los acondicionadores que se usan para aumentar la cantidad de MO del sustrato
incorpora unaa dosis orgánica muy superior la de de los materia suelos aledaños, es probable que el sistema presente problemas de invasión de malezas y especies oportunistas, en desmedro de las especies nativas y endémicas. Otra dificultad que podría presentarse al aplicar dosis elevadas de la enmienda orgánica es la lixiviación de contaminantes hacia las aguas subterráneas tales como: nitratos, metales pesados, etc. Es por ello que las tasas de aplicación de
de forma éste. de mejorar las propiedades físicas
enmienda orgánica deben determinarse mediante evaluaciones previas de los materiales y de ensayos piloto.
incorporación otras variables. excesiva de metales, entre
Otra aproximación es revisar las dosis de aplicación que han sido usadas en sitios similares. Por ejemplo, en sitios donde se ha realizado minería de carbón se ha podido realizar una rehabilitación exitosa con una aplicación de biosólidos en dosis de 22 a 100 toneladas por hectárea (base
Finalmente, existen en algunos casos normativas que regulan las dosis máximas de aplicación de algunos materiales, tales como los biosólidos, las que aseguran la protección del suelo o sustrato a tratar; por ejemplo, la normativa para la aplicación de biosólidos en Chile controla la ocurrencia de lavado excesivo de N en los suelos y la
Es importante destacar que se requieren dosis de aplicación mayores cuando se desea reconstruir un suelo a partir de materiales minerales, como los desechos mineros, en lugar de mejorar un suelo que ha sido degradado. En el caso de la reconstrucción de un suelo, es importante incorporar una mezcla de materiales ricos
seca). Suelos contaminados con metales N y materiales ricos para aportar reducir la el han sido rehabilitados con la aplicación de en potencial de lavado deen N,Cpero mezclas de biosólidos y cal, a una dosis de cantidad adecuada de MO. En general, se biosólidos de 25 a 100 toneladas por hectá- recomienda una relación C:N entre 20:1 y rea y más. En ambos casos, los principales 40:1 en el acondicionador, pero contenidos impedimentos para el establecimiento de la mayores de C pueden ser viables en algunos vegetación han sido las propiedades físicas escenarios. Consideraciones operacionales inadecuadas y la pobreza nutricional de los y de presupuesto pueden ser a menudo sustratos. factores limitantes en la determinación de las dosis apropiadas. Una tercera aproximación consiste en usar protocolos decal laboratorio. Porácido ejemplo, la aplicación de a un sustrato se determina a través de protocolos de laboratorio que permiten calcular la relación ácido-base del sustrato; esta información junto con el pH final deseado, permiten estimar la dosis adecuada de adición de cal. En otros casos, la cantidad de acondicionadores a agregar a un sustrato de interés puede ser
B)
Consideraciones públicas
Se deben considerar al momento de la planificación e implementación de los programas de fitoestabilización aquellos temas relacionados con las comunidades locales o que están cerca del sitio de interés y donde los acondicionadores de sustrato serán aplicados.
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Consideración pública. Se debe considerar
una comunicación bidireccional; o sea, se debe comunicar e informar a los profesionales de la empresa en cuestión sobre los
el transporte y los aspectos de almacenaje in situ. Aunque los costos pueden variar grandemente, el costo de transporte del material es el que generalmente más abulta
planes dellosproyecto y se ydebe solicitar el presupuesto paraenunsíproyecto escuchar comentarios opiniones pory Aún si el material está librecualquiera. de costo, parte de la comunidad sobre los planes del los otros costos asociados, como el transproyecto. Este punto es muy importante porte, el esparcimiento y la incorporación, cuando el proyecto de fitoestabilización se se mantienen. llevará a cabo en terrenos privados, cuando el proyecto tiene un gran impacto en la comunidad, cuando la preocupación por la etaPa 3: salud y el medio ambiente es alta, cuando ensayo PiLoto de FitoestabiLización los costos y la complejidad del proyecto son altos y cuando el uso final del sitio es un Debido a que los proyectos de fitoestabilizatema de preocupación de la comunidad. Olor. Las emisiones de olor pueden ser la principal causa de insatisfacción pública para un proyecto de fitoestabilización con algunos tipos de acondicionadores orgánicos, tales como los biosólidos y guanos. La selección de los acondicionadores debera considerar el potencial de generación de olores de los materiales. El manejo de los olores, incluyendo el uso de materiales bien
ción frecuentemente visualizan para sitios de alta preocupaciónsepara las comunidades y los reguladores, y a que el manejo del proyecto debería realizarse según los estándares de prueba más altos al seleccionar las especies vegetales y los acondicionadores más apropiados para el tratamiento in situ, las instancias demostrativas deberían ser garantizadas. Los ensayos pilotos o demostrativos, en los cuales se utilizan distintos tipos de acondicionadores y de especies vegetales,
estabilizados, el evitar la aplicación en condiciones de vientos que favorezcan el transporte de malos olores hacia las comunidades, el evitar el almacenaje de los acondicionadores por períodos largos de tiempo, el reducir su visibilidad, el maximizar la distancia entre el área de almacenamiento y las comunidades y el entrenamiento del equipo humano para identificar y manejar los olores, deberían ser aspectos de alta consideración a lo largo del proyecto cuando se usan acondicionadores
son muy útilesmás paraadecuados identificar cuál es el o los tratamientos de ser usados en un sitio similar y/o a mayor escala.
que generan olor.
función las condiciones especficas del sitio. El de monitoreo temporal del ensayo piloto permite verificar los tratamientos en los que se ha logrado una cobertura y riqueza vegetal adecuada, en que el sistema construido es químicamente seguro para el medio ambiente (sin lavado de N o metales y sin transferencia de metales a través de las cadenas tróficas) y que es autosustentable
C)
Costos
Entre los factores más relevantes en la determinación de los costos de usar un acondicionador cualquiera en la fitoestabilización de un depósito de relaves de interés están el volumen requerido, su disponibilidad,
El ensayo piloto permite demostrar la factibilidad práctica, técnica, logística y social para implementar un programa de fitoestabilización en un depósito de relaves especfico y, además, permite detectar las principales deficiencias, sus posibles soluciones y las estrategias más adecuadas, en
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(parámetros microbiológicos). De esta forma, la realización de ensayos piloto permite evitar problemas no previstos antes de la ejecución del programa de fitoestabilización
posteriormente en el lugar, o bien, especies indicadoras (de prueba) de algún parámetro ambiental, las cuales deben ser de rápido crecimiento (ej. Lolium perenne
a gran escala, optimizando así el uso de los recursos financieros a futuro.
o ballica). La información reunida a partir de la evaluación del sitio, particularmente de la caracterización de los relaves, se utiliza para escoger los tratamientos (acondicionadores solos o en mezclas) que se evaluarán. Debe prestarse especial atención a las propiedades fsicas, qumicas y microbiológicas del sustrato que se pretende mejorar. Adicionalmente, debe evaluarse
Los ensayos preliminares para evaluar el establecimiento y el crecimiento de las especies vegetales seleccionadas bajo distintas formas de acondicionamiento de los relaves, constituyen una herramienta simple y útil para detectar posibles toxicidades y deficiencias. Estos ensayos permiten evaluar la idoneidad de un determinado sustrato para sustentar el crecimiento vegetal y pueden serLos llevados cabo en parcelas experimentales. experi-a mentos de invernadero son adecuados para ensayos de corto plazo, cuando se requieren resultados en forma rápida y bajo condiciones controladas; mientras que los ensayos en terreno reflejan las influencias climáticas reales y las relaciones sustrato/planta que se presentaran en el sitio que se va a rehabilitar.
3.1. sl l : Para efectos de determinar los lugares de instalación de él o los ensayos piloto se deben considerar aspectos ecológicos, logsticos y de representatividad. Por otro lado, el o los lugares seleccionados deben ser de fácil acceso, tanto para facilitar las faenas de instalación como de mantención y monitoreo de las experiencias. Si el depósito de relaves es muy heterogéneo, se debe considerar el establecimiento de varios ensayos pilotoesa de variabilidad pequeña escala, de tomar forma de integrar para decisiones adecuadas para el programa de fitoestabilización de gran escala. 3.2. selección del dieño experimental:
Las especies vegetales escogidas deben corresponder a aquellas que se utilizarán
la dinámica de los metales en el sistema relave-planta generado, de forma de verificar el traspaso de metales a las partes aéreas de la vegetación. Es necesario replicar cada tratamiento al menos tres veces y estos deben ser dispuestos aleatoriamente dentro del área seleccionada, para minimizar los efectos de otras variables, como por ejemplo variaciones en la temperatura o los gradientes de luz y el viento o los anegamientos. La aleatorización y replicación de los tratamientos son siempre esenciales para evitar el sesgo en los resultados. Para obtener resultados confiables es esencial escoger un diseño experimental adecuado. En la Figura 4.6 se presentan diversos diseños, de los cuales, el diseño en bloques al azar es generalmente el más utilizado. Cada parcela experimental debe tener dimensiones de 5 m x 5 m o más en las pruebas de terreno. Dependiendo de la presencia de ganado en el sector y de otros animales silvestres herbívoros, el sitio escogido para el ensayo piloto debera ser cercado, de manera de evitar el ingreso de animales y de personas ajenas a la instalación.
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Cuadrado latino, cada fila contiene todos los tratamientos. Las variaciones Al azar , adecuado
en la fertilidad o en la toxicidad en
sólo para ensayos en invernadero.
cualquier dirección del relave no reduce la precisión experimental.
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En bloques azar , los bloques pueden estar juntos oalespaciados. Los bloques se deben disponer a lo largo de gradientes ambientales. Con este diseño, los resultados son más representativos del sitio completo, que si se utilizara un solo bloque.
En bloques al azar con arreglo de parcelas divididas. Útil cuando se tienen muchos tratamientos. Por ejemplo, cada cuadrante es subdividido, para aplicar distintos tratamientos.
Fgr 4.6. Diseños experimentales comúnmente utilizados para ensayos piloto de fitoestabilización de desechos mineros masivos o suelos contaminados con metales.
3.3. elm l :
3.4. Mr:
Una vez diseñado el ensayo piloto y decididas las especies vegetales y los
Es fundamental verificar si las especies vegetales establecidas y los acondicionadores
acondicionadores serán evaluados, debe planificarse laque ejecución del ensayo piloto, de forma de lograr un establecimiento adecuado y lo más realista posible. El establecimiento debe ser bien planificado y ejecutado, de forma que los resultados sean confiables y representativos para un trabajo posterior a gran escala espacial (Figura 4.7).
de sustrato aplicados comportan de laa forma esperada (Figurase4.8), en relación sus beneficios (acondicionadores) y a su capacidad de establecimiento y crecimiento (especies vegetales). Por ejemplo, es importante verificar si los acondicionadores aplicados reducen la biodisponibilidad de los metales presentes y/o aportan los nutrientes y la microbiota adecuada al sustrato
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Figura 4.7. Establecimiento de un ensayo piloto de fitoestabilización sobre un depósito de relaves postoperativo con distintos acondicionadores y especies vegetales (herbáceas y leñosas), para escoger el o los tratamientos más adecuados para abatir las limitaciones físicas, químicas y microbiológicas detectadas y posibilitar el buen establecimiento y crecimiento de la vegetación seleccionada para el programa de fitoestabilización.
y a las especies vegetales. Aunque esto incrementa los costos del proyecto, es de suma importancia verificar la evolución del sitio en el corto y mediano plazo (3-5 años), de forma de asegurar la consecución de los objetivos planteados. Esta es la única forma de establecer la metodología de trabajo que
será más adecuada de aplicar a gran escala y que generará sistemas seguros para la salud humana y el medio ambiente. Los criterios más adecuados y mínimos de monitoreo cuantitativo de los programas de fitoestabilización dependerán de cada
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sitio y del programa propuesto, pero es importante el uso de protocolos y métodos estándares que cumplan con los criterios internacionales de aseguramiento y control de calidad; esta es la única en que los resultados obtenidos seanforma consistentes y permitan la comparación entre sitios y/o entre tratamientos. Existen diferentes protocolos técnicos estandarizados que deben ser usados para el monitoreo de distintas variables, tanto vegetales como microbiológicas y de la fisicoqumica del sustrato, descritos y disponibles en variadas agencias reguladoras del mundo (ej. U.S. EPA, USDA) y organizaciones dedicadas a la generación for de estándares ( International Organization Stardardization, ISO). En la Tabla 4.4 se indican distintas variables y parámetros que deberían ser monitoreadas en un ensayo piloto. Es importante realizar una evaluación temporal objetiva de los diferentes componentes, de forma de conocer la evolución temporal de los distintos tratamientos ensayados y de determinar sus grados de funcionalidad
Fgr 4.8. Monitoreo de un ensayo piloto de fitoestabilización sobre un depósito de relaves postoperativo con distintos acond icionad ores y es pe ci es ve ge ta le s (h er bá ce as y le ño sas ), para contar con información si st ematizada y válida que permita escoger el o los tratamientos más adecuados para abatir las limitaciones físicas, químicas y microbiológicas detectadas y posibilitar el buen establecimiento y crecimiento de la vegetación seleccionada para el programa de fitoestabilización.
yrelevantes autosustentabilidad. se enumeranLos en laparámetros Tabla 4.4 ymás las metodologías específicas asociadas a ellos dependerán de las condiciones de sitio y de la tecnología disponible. Sin embargo, es importante enfatizar que las metodologas usadas cumplan con los criterios internacionales de aseguramiento y control de calidad. Adicionalmente, es importante enfatizar que los valores objetivo esperados para cada parámetro evaluado pueden variar de un sitio rehabilitado a otro o de un tratamiento experimental a otro, dependiendo del tipo de vegetación que se ha introducido, de la incorporación de los acondicionadores y del manejo del sitio, entre otras. La duración del plan de monitoreo del programa de fitoestabilización ejecutado depende de las caractersticas especficas del sitio de
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trabajo, tales como su ubicación, uso final y monitorear un ensayo de fitoestabilización recursos económicos disponibles, entre otros; realizado a una escala espacial más amplia sin embargo, para asegurar el éxito del pro- o en sectores distintos de un tranque (cubeta grama de fitoestabilización, es fundamental versus muros o taludes). En el caso de las la programación ejecución de unplazo plan de monitoreo en yellacorto y mediano (3 a 5 años). Adicionalmente, la frecuencia de monitoreo dependerá de si se está ejecutando un ensayo piloto inicial, que permita afinar el programa de fitoestabilización que se ejecutará a mayor escala, o si se desea
parcelasmonitoreos de experimentación, es adecuado realizar quincenales durante los tres primeros meses después de la incorporación de los acondicionadores de sustrato y del establecimiento inicial de la vegetación, seguidos por monitoreos estacionales, realizados en las épocas o estaciones apropiadas del año.
taa 4.4. Componentes con sus variables y parámetros que deberían ser monitoreados en un ensayo piloto de fitoestabilización
Cmnn
Sustratos
vaiab
Geotécnicas & hidrológicas
Químicas
Herbáceas & pastos
Abundancia Riqueza Estado nutricional
Leñosas
Establecimiento Crecimiento Estado nutricional
Microbiota
Presencia Actividad
paám
tmaia a mición
Textura Compactación Tasa de infiltración Capacidad de retención de agua Estabilidad de los agregados Flujo estacional del agua pH Conductividad eléctrica (CE) o salinidad Contenido de materia orgánica (MO)
Inicio y anual Inicio y anual Inicio y anual Inicio y anual Inicio y anual Inicio y anual Inicio y anual Inicio y anual Inicio y anual
Capacidad dePintercambio catiónico (CIC) Fertilidad (N, y K disponibles) Contenidos totales de C y N Relación C:N Metales totales Metales solubles (en agua de poro)
Inicio Inicio yy anual anual Inicio y anual Inicio y anual Inicio y anual Inicio y anual
Cobertura aérea Cobertura y profundidad de las raíces Número de especies Contenido de N foliar Contenido de metales foliar Sobrevivencia Diámetro a los 5 cm de altura Altura del vástago Profundidad de las raíces Contenido de N foliar Contenido de metales foliar Tasa de respiración Carbono de la biomasa microbiana Tasa de mineralización de carbono Degradación de hojarasca
Anual Anual Anual Anual Anual Anual Anual Anual Anual Anual Anual Inicio y anual Inicio y anual Inicio y anual Cada 6 meses o anual
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A partir de la información obtenida de él o los ensayos piloto de fitoestabilización se podrá decidir y definir el plan de trabajo más adecuado para los distintos sectores del depósito
a gran escala, que permita la estabilización de toda la superficie de un depósito de relaves (cubeta y muros o taludes).
de relaves de interés. O sea, los resultados del ensayo piloto permitirán definir el programa de fitoestabilización a gran escala con su ingeniera de detalle y costos asociados.
4.1. Prpr lg: rr lm l
etaPa 4: FitoestabiLización a GRan escaLa La logística y los requerimientos de un programa de fitoestabilización a gran escala son, sin a los involucradosduda, en la mayores ejecucióny distintos de un ensayo piloto de pequeña o mediana escala. En esta sección se abordan los aspectos relacionados con la ejecución de un programa de fitoestabilización
Antes de realizar la siembra o plantación sobre un depósito de relaves es muchas veces necesario realizar distintos preparativos para crear un ambiente o superficie favorable para la germinación y el establecimiento de las plantas y para construir el paisaje que se desea rehabilitar. Por ejemplo, algunas veces es necesario nivelar o reperfilar la superficie, para luego incorporar los acondicionadores adecuados a las distintas áreas del depósito de relaves (Figura 4.9). Debe tenerse claro que cada sitio posee caractersticas sitio-especficas únicas que determinarán los manejos más adecuados al lugar y a los objetivos de rehabilitación (uso posterior) definidos para el programa de fitoestabilización. A continuación se describen las etapas generales para la preparación del terreno. A)
Nivelación del terreno
Un aspecto importante durante la preparación del terreno es la integración de la morfología o la topografía del depósito de relaves con en el paisaje circundante y con el objetivo final de fitoestabilización definido. Es importante que esta actividad se enmarque dentro de las regulaciones vigentes la ingeniera de diseño asegurenyladeestabilidad estructural del que depósito de relaves en el largo plazo. Figura 4.9. Superficies inadecuadas deben ser niveladas o perfiladas en etapas tempranas y según el paisaje que se desea rehabilitar a partir de la ejecución del programa de fitoestabilización a gran escala.
En zonas con superficies suaves y moderadas, es decir con pendientes menores a 20º, las labores de preparación del terreno consistirán en la eliminación de grietas profundas, la remoción de desechos y en la generación
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de la microtopografía y de los componentes paisajísticos deseados (ej., incorporación de rocas y generación de una topografía ondulada para enriquecer el paisaje). El acceso
siguiente es la descompactación del sustrato y la incorporación de los acondicionadores que permitirán abatir las condiciones limitantes identificadas para el sitio en cuestión.
Usualmente son varios por los factores limitantes de la maquinaria pesada estas superficies no presenta dificultad. Sinaembargo, pueden que deben superarse, lo que el uso de existir épocas del año más adecuadas que mezclas de acondicionadores puede ser más otras para la ejecución de estas actividades, apropiado que el uso de acondicionadores ya sea porque los relaves están saturados aislados. Adicionalmente, distintas áreas de agua o porque están demasiado secos y del depósito pueden presentar variadas el movimiento del material generará mucho limitaciones para el establecimiento de la polvo hacia la atmósfera. vegetación, por lo que se deberá trabajar cada zona en forma separada y con los En zonas con taludes escarpados o pendientes acondicionadores adecuados. mayores a 20º, como algunos muros de los depósitos de relaves, dificultan jos de adecuación delseterreno. En los estetrabatipo de superficies puede ser necesario adoptar medidas estructurales de corrección o de protección para solucionar los problemas de erosión o de inestabilidad que normalmente se presentan y que algunas veces hacen técnicamente inviable la implantación de una cubierta vegetal a partir de los métodos tradicionales. La remodelación consiste en el movimiento de sustratos, ya sean relaves
Existen aspectos de logsticayque son muydiversos importantes de considerar de evaluar cuando se utilizan acondicionadores orgánicos y/o inorgánicos para la rehabilitación in situ y a gran escala, tales como la disponibilidad, el transporte, el almacenamiento y el mezclado. Estos aspectos deben evaluarse antes de la ejecución del programa de fitoestabilización a gran escala, de forma de tener clara la logstica involucrada con el uso de los acondicionadores de interés
u otros materiales como o estériles, para reducir el grado demarinas pendiente y conseguir superficies que favorezcan posibles tratamientos posteriores. Alternativamente, la construcción de terrazas puede permitir un mejor control de la escorrentía superficial y, por ende, de la erosión. Estas son, sin embargo, medidas correctivas costosas y en muchas ocasiones de difícil ejecución por el necesario empleo de maquinaria pesada y el difícil acceso a las zonas a remodelar. Estas
para los relaves que serán trabajados. Disponibilidad. La disponibilidad de los acondicionadores tanto orgánicos como inorgánicos puede variar de localidad en localidad, por lo que es muy importante determinar cuáles de ellos están disponibles en las cantidades requeridas y cuáles son sus características específicas, de forma de definir una buena estrategia de uso.
acciones ser evaluadas en cuanto a los beneficiosdeben obtenidos, la estabilidad estructural lograda y los costos asociados.
La logística Transporte. de transporte de los acondicionadores (identificación de fuentes
B)
Descompactación del sustrato e incor poración de los acondicionadores
Una vez que se ha perfilado el depósito de relaves al objetivo de rehabilitación, la etapa
y costos de despacho) debe ser considerada en las etapas tempranas de planificación de un programa de fitoestabilización a gran escala. El transporte en camiones de los acondicionadores al sitio del proyecto requiere de buenas vías de acceso, las que incluyan caminos despejados durante los
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periodos de despacho, caminos y puentes dimensionados al peso de los camiones y sitios con áreas adecuadas de descarga, convenientemente niveladas y firmes. Otras
para un sustrato de pH y textura óptimos, o una mezcla adecuada a un sustrato de pH ácido y con un balance deseado de C:N de forma de reducir los riesgos de lavado
consideraciones específicas incluir la necesidad de una balanza pueden adecuada para pesar los camiones, para controlar la dosificación que será efectivamente aplicada en terreno. Se puede requerir, en algunos casos, de camiones especializados para el transporte de acondicionadores que son altamente higroscópicos (tienen alto contenido de agua), son cáusticos o tienen otras características especiales. Esto puede resultar en un mayor costo de transporte.
de N. En de estos casos, puedeadecuado ser necesario disponer equipamiento para preparar la mezcla. Dos aproximaciones básicas son el mezclado in situ, sobre la superficie que será acondicionada, o el mezclado previo ex situ, en un lugar apropiado, para luego ser trasladada al sitio de interés. En ambos casos se requiere, sin embargo, equipamiento de gran escala. Cuando se preparan mezclas, se debe evitar la sobremezcla, ya que se puede alterar algunas de
Una distancia adecuada la fuentepara del acondicionador y el sitio entre del proyecto, el transporte con camiones, normalmente varía entre los 50 y los 100 kilómetros. Para distancias mayores, el costo de transporte puede ser demasiado alto.
las propiedades físicas y/o químicassededebe los acondicionadores. Adicionalmente, realizar un chequeo permanente de que la calidad de la mezcla se ajusta a lo deseado y que la proporción de los materiales se ajusta a la definida.
Almacenamiento. A menudo es necesario
Aplicación. Para algunos acondicionadores
el apilamiento temporal de los acondicionadores antes de su aplicación al relave. Sin embargo, la estabilidad del acondicio-
pueden existir normativas que restringen su aplicación in situ, como es el caso de los biosólidos. Otra restricción deriva de
nador es fundamental para la planificación topografía lugar; específicamente, la adecuada del almacenamiento in situ. Por la pendiente deldel lugar es clave para la selecejemplo, la exposición a la lluvia durante ción de los acondicionadores y su forma el almacenamiento puede afectar las pro- de aplicación, ya que la topografa puede piedades del acondicionador antes de ser restringir el ingreso de maquinaria pesada. usado. Otros materiales son biológicamente Por ejemplo, la mezcla de biosólidos y ceniactivos, y sus propiedades nutricionales o zas muestra una cementación parcial al ser de olor pueden cambiar al ser almacenados. aplicada en laderas cercanas a 1:1 (100%) Algunos materiales pueden ser trabajados y, por ende, es altamente resistente al moen el área de almacenamiento, como por vimiento y a la erosión. Adicionalmente, ejemplo, algunos de los materiales pueden la planificación del proyecto debe reflejar situ, de forma de obtener ser comportados el producto finalindeseado. Mezclado. Los acondicionadores individua-
les pueden ser combinados con otros para producir características óptimas para la rehabilitación de un sitio particular. Por ejemplo, el objetivo puede ser producir una mezcla con un contenido completo de nutrientes
las variaciones y sus potenciales impactos estacionales adversos para el uso de los acondicionadores. Por ejemplo, la manejabilidad del material y la trabajabilidad del sustrato pueden ser inadecuadas en la época de lluvias, mientras que la siembra en verano puede ser inadecuada por la escasez de lluvias y las altas temperaturas. El contenido de humedad del acondicionador
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(comúnmente reportada como porcentaje de sólidos en los biosólidos y como porcentaje de humedad en el caso de los guanos) es la caracterstica principal que dicta los
procedimientos el tiempo de aplicación. Por ejemplo, losyrangos tpicos de sólidos contenidos en los biosólidos aplicados in situ van desde lodos líquidos con 2-8% de sólidos, los que pueden ser fácilmente bombeados, a biosólidos semisólidos con 8-18% de sólidos, los que también pueden ser bombeados (aunque en forma menos eficiente que los biosólidos líquidos), y lodos sólidos con 20-40% de sólidos, los que pueden ser esparcidos con carros similares adepositados los esparcidores o simplemente sobrede el guano sustrato.
que el material puede quedar expuesto a procesos erosivos. •
Para que se produzcan los procesos de adsorciónyy reducir complejación de los metales solubles, as la biodisponibilidad de ellos, es necesario maximizar la superficie de contacto entre el acondicionador y los relaves. Por ende, mezclar los relaves con el o los acondicionadores favorecerá los procesos de inmovilización de los metales.
Sin embargo, en algunos casos es más adecuado aplicar el o los acondicionadores
Básicamente, existen dos formas de aplicación de los acondicionadores: depositando el o los materiales sobre la superficie de los relaves o bien incorporándolos a los relaves. Los resultados de diversas investigaciones señalan que la estrategia más recomendable es incorporar los acondicionadores, mezclándolo con los primeros 15-20 cm de los relaves. Esto es
sobre el relave, ya seadel porlugar las restricciones topográficas propias (ej., muros o taludes) o por requerimientos intrínsecos del acondicionador. Por ejemplo, en el caso de los suelos de escarpe, es fundamental su aplicación superficial, de forma que el banco de semillas contenido pueda germinar en forma adecuada. En el caso de los taludes con fuertes pendientes es imposible pensar en el mezclado de los acondicionadores con el relave debido a la imposibilidad de
particularmente posible en las superficies topografías suaves. Se recomienda aplicarcon el material de esta forma, particularmente en el caso de los acondicionadores orgánicos, por las siguientes razones:
introducir pesada en el sitio. En estos casos,maquinaria la aplicación superficial con los métodos y equipamientos disponibles para la aplicación a distancia (ej., hidrosiembra), es la única alternativa.
La densidad de los acondicionadores orgánicos es baja (< 0,9 g cm-3); por lo tanto, si se aplican secos sobre la superficie de los depósitos de relaves en lugares ventosos, el material será transportado
La aplicación de la mayora de los acondicionadores requiere de la utilización de maquinaria pesada. Esto se debe, por una parte, a los grandes volúmenes de acondicionadores que deben ser movilizados y a las
fácilmente fuera del sitio. Al aplicar el material orgánico en la superficie, las races de las plantas establecidas tienden a desarrollarse en la capa orgánica sin traspasar hacia la capa de relaves subyacente, existiendo una escasa conexión de los materiales en la interfase enmienda/relave, por lo
grandes superficies relaves involucradas, pero también a lasde caractersticas propias de algunos acondicionadores. Por ejemplo, la alta densidad de los acondicionadores inorgánicos (ej. 1,2 a 1,9 g mL-1 para los suelos de escarpe y ripios de lixiviación) y el alto porcentaje de sólidos contenidos en algunos acondicionadores orgánicos, son las principales caractersticas que determinan
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el tipo de maquinaria requerida y los procedimientos de aplicación. Los materiales orgánicos que contienen 2 - 20% de sólidos pueden ser bombeados con un carro espar-
distintas características de crecimiento que las especies locales. Si existe dificultad para obtener semillas comerciales o por motivos de interés de conservación de la diversidad
cidorun de20% guano, mientras que lospueden materiales con o más de sólidos ser depositados con un camión tolva.
genética área,desde debenfuentes entonces obtenerse las del semillas naturales locales, a través de colectas programadas, realizadas en terreno bajo la supervisión de un experto. Debe escogerse el material a partir de plantas que se encuentren en buen estado de salud y en el período adecuado, de forma que estén maduras y secas. Las semillas húmedas rápidamente dejan de ser viables durante el almacenaje y están más propensas a la infección por hongos.
Una vez que el o los acondicionadores se encuentran esparcidos sobre la superficie de los relaves, éstos deben ser mezclados con los primeros 15 a 20 cm de profundidad de los relaves, para lo cual se puede utilizar un arado de disco. La incorporación de los acondicionadores orgánicos debe realizarse antes posible, para evitar la pérdida dellomaterial por la erosión eólica, la volatilización del nitrógeno o el lavado por la escorrenta superficial. C)
Obtención y preparación del material vegetal
Existen distintas actividades relacionadas con la obtención y preparación del material vegetal que ha sido definido el programa de fitoestabilización de para un depósito de relaves de interés de rehabilitar a gran escala. Estas actividades se describen bre vemente a continuación. Información más detallada puede encontrarse en la gua de Propagación de Plantas complementaria a este documento. Colecta de semillas. Cuando sea posible,
es recomendable comprar las semillas disponibles en elson comercio local. Lastesteadas semillas comerciales rigurosamente en relación a la germinación y la pureza. Los costos, generalmente, se compensan con los resultados obtenidos. Sin embargo, debe tenerse presente que las plantas pro venientes de semillas comerciales podran no ser del mismo genotipo representado en el área de trabajo o podrían tener
Para colectar las semillas se debe tener claro el período adecuado de colecta, el cual puede variar considerablemente de un año a otro, dependiendo de las condiciones climáticas. Las semillas deben dejarse en la planta el tiempo suficiente para que alcancen la maduración, pero debe prevenirse que estas caigan prematuramente de la planta. La recolección de semillas inmaduras resulta en una baja viabilidad o perodo de vida latente de ladesemilla. Paradealgunas el período colección semillasespecies, es muy limitado. Idealmente, la colecta de semillas debe realizarse con el tiempo suficiente para obtener el volumen requerido para cubrir toda la superficie del depósito de relaves. En este sentido, pueden requerirse varias temporadas o años de colección de semillas para obtener el volumen total requerido. Alternativamente, se puede planificar el trabajo de preparación del sustrato y de siembra en etapas consecutivas, de forma de no agotar o acabar con el banco de semillas disponibles en el área de emplazamiento del depósito de relaves. Almacenamiento de las semillas. El alma-
cenamiento adecuado de las semillas es un
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paso fundamental en el proceso de obtención de los propágalos requeridos, de forma de garantizar la viabilidad de las semillas desde que son colectadas hasta el momento
Propagación por siembra. La siembra con-
en que serán utilizadas para la siembraex(herbáceas y pastos) o la propagación situ (leñosas). Las semillas viables son aquellas semillas que están vivas y son capaces de germinar al sacarse del almacenamiento. La duración del almacenamiento es variable y depende de muchos factores, dentro de los cuales los más importantes tienen relación con las caractersticas propias de la semilla y con las condiciones ambientales, tales como la temperatura y la humedad.
siste en acondicionados depositar sobre lalassuperficie relaves semillas de los las especies seleccionadas (Figura 4.10). Las especies que generalmente se propagan por este medio son las herbáceas y los pastos, aunque también pueden sembrarse semillas de árboles y arbustos. La siembra se realiza sobre superficies más o menos extensas y tiene como objetivo prioritario implantar una cubierta vegetal de bajo crecimiento, pero densa, capaz de proteger a los relaves
En por cada un 1% en general, la humedad de lareducción semilla seendobla la vida de ésta y por cada reducción de 5 ºC en la temperatura de almacenamiento, la semilla dobla su vida. Si el contenido de humedad en la semilla es lo suficientemente alto (sobre el 30%), una semilla latente (en dormancia) germinará. Las semillas deben ser secadas lo antes posible a un contenido de humedad por debajo del 10% y deben ser almacenadas a este contenido de hume-
de los procesos erosivos y de otrosde factores limitantes para el establecimiento otras especies vegetales, tales como las temperaturas extremas y la escorrenta superficial. Un aspecto fundamental en el momento de la siembra es la colocación de la semilla en el sustrato a la profundidad adecuada para su germinación y establecimiento. La profundidad óptima de siembra difiere entre especies pero, en general, mientras más pequeña es la semilla más superficial debe
durante el perodo de dormancia, ya que demorarán más tiempo en germinar.
dad todo el tiempo, de manera de evitarlas la semilla ser la siembra; mientras más es la más profunda debe sergrande su siembra. proliferación de hongos que destruyan semillas. Es recomendable secar las semillas En general, la siembra a una profundidad con aire tibio y seco a una temperatura que de un centmetro es la óptima para la mano exceda los 30-35 ºC. Por ningún motivo yoría de especies nativas y endémicas. Los se deben secar las semillas directamente dos tipos de siembra posibles de usar en al sol. un depósito de relaves son la siembra en surcos y al voleo (Tabla 4.5). Tratamiento de las semillas. Para una germinación adecuada es muchas veces necesario Siembra en surcos: Este tipo de siembra aplicar un tratamiento pregerminativo a las consiste en la utilización de un dispositivo •
semillas. El pretratamiento requerido puede variar entre especies vegetales, por lo que es muy importante conocer esta información antes de preparar las mezclas de semillas, de forma de aplicar los tratamientos adecuados a cada especie. Las semillas pueden sembrarse sin un pretratamiento, pero esto aumenta el riesgo de daño, depredación o su traslado a otros sitios por animales
que colocaen la el semilla a una específica sustrato. La profundidad localización de la semilla en los relaves debera optimizar su potencial para el contacto con el agua. Por lo tanto, la profundidad de siembra variará con la capacidad de retención de agua, la textura de los relaves, la exposición del sitio y otros aspectos que influyen en la humedad del sustrato.
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Los surcos deberan colocarse a mayor profundidad en relaves arenosos, ligeros o con exposición solar directa. En relaves de textura más fina, en condiciones de
sobre la superficie, es necesario cubrirla posteriormente con una capa del mismo sustrato. La siembra al voleo es el método de siembra más comúnmente utilizado
humedad o menor exposición solar, los surcosalta deben realizarse a menores profundidades. Este tipo de siembra se utiliza normalmente para especies leñosas (árboles y arbustos).
para rehabilitar grandes superficies de residuos mineros. Este tipo de siembra se utiliza normalmente para especies herbáceas y pastos.
Siembra al voleo: Se considera siembra al voleo a cualquier método de dispersión de las semillas a distancia sobre la superficie de interés, ya sea en forma manual o con la utilización de maquina-
Otros aspectos fundamentales de la propagación por siembra son la época de siembra y la dosis de siembra. En el caso de la época de siembra, esta debe realizarse inmediatamente antes del periodo de mayor precipitación. La época especfica de siembra variará según
ria comoa es de laqueda hidrosiembra. Debido queellacaso semilla expuesta
el geográfico de y ellaaño (seco o lluvioso),lugar dependiendo distribución de la
•
taa 4.5 Características más importantes de la siembra en surcos y al voleo paám
simba n c
simba a
Pendiente
Menor a 15º.
No se puede efectuar en pendientes superiores a 20º.
Pluviometría
Importante, requiere de sustratos bastante húmedos, pero no saturados de agua.
Crítica. Es fundamental realizarla en la estación templada, con suficientes lluvias.
Pedregosidad
Libre de rocas y piedras.
Compactación
Ligeramente aceptable.
Inaceptable.
Dosis de siembra
Baja.
Alta.
Distribución de las semillas
Uniforme, en hileras.
Aleatoria.
Establecimiento de las semillas
Muy efectiva.
Resultados variables.
Equipamiento
Tradicional.
Método manual o mecánico.
Costo
En general es de bajo precio.
Muy barato.
Crítica; fisuras y grietas en las piedras permiten que las semillas se introduzcan y puedan encontrar mejores condiciones microclimáticas para germinar.
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Fgr 4.10. Sistemas de siembra adecuados para distintas superficies. En taludes escarpados (superior izquierda), la hidrosiembra es una opción adecuada, mientras que en las cubetas (superior derecha) la siembra al voleo o en surcos (inferior derecha) son opciones adecuadas.
precipitación en el área. En general, para la Región de Coquimbo y la zona norte-central de Chile, los pastos germinan en invierno mientras que las herbáceas y leñosas lo hacen a comienzos de la primavera. La época de verano es demasiado seca y cálida como para promover la germinación.
El tipo de especie vegetal: si se van a sembrar semillas de árboles o de especies nodrizas, entonces las dosis deben ser mucho menores (< 25 kg ha -1, dependiendo del peso de la semilla). Si se van a sembrar mezclas de pastos, las dosis deben ser de 25-200 kg ha -1.
•
•
En programas de fitoestabilización residuos mineros, como los depósitos de de relaves, las dosis de siembra utilizadas son mucho más altas que las utilizadas para suelos agrcolas o suelos silvestres normales, de manera de compensar las menores tasas de germinación debidas a las condiciones limitantes de estos sustratos. La dosis de siembra debe determinarse en función de:
La viabilidad de las semillas:
de las semillas y su habilidad la pureza para germinar son siempre inferiores al 100%. Si la pureza es de 90% y la germinación de 80%, el porcentaje de Semillas Puras Vivas (SPV) equivale a:
90 x 80 = 72% = 720 g kg-1 de semillas comerciales 100
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El método de aplicación: si se incorporan las semillas mediante labranza, se requiere un mnimo de 5.000 SPV m -2, si las semillas se incorporan mediante
Propagación vegetativa. Existen muchas
hidrosiembra un mínimo de 8.000 SPV se m-2requiere para compensar las pérdidas por desecación o dispersión por el viento. Si la dosis de semillas es demasiado alta, puede producirse una severa competencia de las plántulas, con una consecuente reducción de la supervivencia de éstas.
estacas. Laseobtención de método estacas costoso comercialmente considera un de propagación. Para la mayoría de las especies vegetales nativas y endémicas se desconoce su capacidad de propagación vegetativa. Sin embargo, diversas especies de cacatéceas columnares, como los copaos y quiscos, son normalmente propagados a través de secciones de columnas. Esta es una costumbre muy extendida dentro de la Región de Coquimbo, ya que permite
•
Las condiciones del sitio: en los sitios con condiciones hostiles, tóxicas, expuestas al
•
sol ubicadas en fuertesdependientes, se debeo aumentar las dosis siembra para compensar la posible pérdida de semillas. Es útil considerar que la mayoría de las mezclas de pastos contienen 1.000 semillas por gramo, por lo que 50 kg ha -1 de una mezcla de pastos resultará en una cobertura de 5.000 semillas m-2 o bien 1 semilla por cada 2 cm2. Los inconvenientes o desventajas la propagación por siembra se resumendeen: •
•
Se requieren grandes cantidades de semilla para compensar las pérdidas causadas por la depredación de los animales, las condiciones climáticas y edáficas adversas y el crecimiento de maleza competidora. En la siembra, y concretamente si se efectúa al voleo, es difcil predecir priori” cuál será la distribución final de “a la vegetación; las semillas “caen” sobre la superficie del sustrato de forma aleatoria. También se suelen obtener densidades irregulares.
•
La siembra al voleo y en surcos es más exigente que la plantación en cuanto a condiciones climáticas y de sustrato.
especies que no se propagan fácilmente mediante siembra directa, pero pueden hacerse enraizar a partir de esquejes o
construir cercos vivos o corrales para el ganado caprino. Transplante. Todas las plantas leñosas pueden ser propagadas ex situ y trasplanta-
das al lugar definitivo de plantación. Estas se desarrollan en un área protegida o cerrada y cuando alcanzan un tamaño predeterminado son aclimatadas para su plantación al lugar definitivo. La época de plantación depende de las condiciones climáticas de la zona (pluviosidad, vientos adominantes, etc.) y del tipo de vegetación trasplantar. Lo fundamental es efectuar el trasplante durante el período de reposo vegetativo de las plantas. Éste período suele coincidir con los meses más fros de invierno, pero evitando la época de las heladas. El trasplante sólo podrá realizarse en invierno, si se protegen las plantas durante los días de heladas intensas. Por el contrario, durante el verano tampoco es conveniente trasplantar, a menos que sea factible efectuar riegos periódicos y seguidos. La densidad y forma de la plantación depende objetivo de rehabilitación, del uso propuesto y de las exigencias de la propia especie. Siempre debe considerarse el entorno natural donde se integrará la zona a rehabilitar y tomar como modelo de plantación las formaciones vegetales próximas. No se recomienda
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trasplantar en hilera, salvo que sea para generar un plantación comercial. D)
Riego
áreas que reciben precipitaciones anuales de 250 mm o inferiores. Adicionalmente, el riego debe considerarse en áreas que tienen precipitaciones limitadas durante la época
El riego es un tratamiento costoso a grandes escalas espaciales, particularmente en los ambientes Mediterráneos de tipo árido y semiárido de la zona norte-centro del país y en las zonas aisladas y sin cursos de agua cercanos (ambientes de secano). El riego no debe considerarse como una práctica de largo plazo, sino más bien como una medida temporal para mejorar la germinación y el establecimiento de las plantas nativas
de crecimiento o en añosdesecos, a fin de ayudar al establecimiento las plantas. La cantidad de agua de riego aplicada debe ser suficiente para permitir el establecimiento de la vegetación nativa y endémica.
yla endémicas. Idealmente, el desarrollo sustentabilidad de la formación vegetaly rehabilitada deben llevarse a cabo bajo las condiciones climáticas naturales del lugar, con apoyo de riego sólo al inicio.
en Estos eventos que ocurren cada 5 a 7 inglés. años permiten la ocurrencia de mayores precipitaciones, las que contribuyen mayoritariamente a la regeneración de la vegetación (Figura 4.11). Los eventos ENSO pueden ser actualmente predichos en forma bastante precisa. Por ende, los años ENSO podrían ser aprovechados para las etapas iniciales de establecimiento de la vegetación en terreno de los programas de fitoestabilización. Mayores antecedentes sobre el clima y de la Región
Diversos factores determinan la necesidad de riego y la cantidad de agua que debe ser aplicada en un programa de riego. En general, el uso del riego para el establecimiento inicial de la vegetación es imprescindible en
En cuanto a las limitaciones hídricas regionales, es importante considerar que éstas son liberadas temporalmente por los años infrecuentes asociados a la ocurrencia del fenómeno El Niño-Oscilación del Sur o ENSO en sus siglas
Fgr 4.11. Cambios dramáticos en el desarrollo y regeneración natural de la vegetación en un área de secano de la Región de Coquimbo durante un año seco (izquierda) y un año lluvioso (derecha) debido a la ocurrencia del fenómeno El Niño-Oscilación del Sur o ENSO. El establecimiento de la vegetación sobre un depósito de relaves manejado a gran escala a través de un programa de fitoestabilización sería más adecuado y menos costoso realizarlo en un año con alta ocurrencia de lluvias, como en los años ENSO. Fotografías gentileza de Alex Cea Villablanca.
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de Coquimbo, como caso ejemplificador, se entregan en la gua complementaria a este documento titulada Marco Ambiental y Relaves Mineros Abandonados.
establecimiento de las especies nativas y endémicas de interés, ya que son menos competitivas. Adicionalmente, el crecimiento demasiado rápido de las plantas
Con respecto a la herbivora y la presión humana, algunos experimentos de exclusión han mostrado una gran recuperación de los estratos herbáceos y arbustivos, demostrando de este modo el efecto negativo de estas presiones sobre la vegetación nativa. Si se suprime temporalmente la herbivora y además se aprovecha el efecto beneficioso de las lluvias en los años con ocurrencia de ENSO, se aumentarían significativamente las
leñosas puede llevar la formación de maderas blandas, lo aque redunda en poca resistencia a los vientos naturales, con la consecuente pérdida de plantas en las épocas ventosas del año. Además, si se aplica el riego frecuentemente y en pequeñas cantidades es muy probable que las plantas establecidas desarrollen sistemas radicales de baja densidad y escasa profundidad. Estas plantas no serán capaces de sobrevivir durante
posibilidades de éxito un programa de fitoestabilización. Esto en reducira la dependencia y los costos asociados a mantener riego constante durante la etapa inicial de establecimiento de la vegetación, especialmente en ambientes de secano.
periodos extensos sequía después de eliminar el riego;deeste tipo de riego puede, además, redundar en la salinización del sustrato (Figura 4.12), con los consecuentes efectos negativos para la vegetación que se intenta establecer. El riego se debe efectuar en las primeras horas de la mañana o las últimas horas de la tarde y nunca coincidiendo con das de fuertes vientos, para evitar una evaporación intensa del agua. Finalmente,
Prácticas de riego. Las dosis especficas de
riego y la frecuencia de aplicación del agua dependerán del microclima, la profundidad de las aguas subterráneas, las características del sustrato, la densidaddedeagua vegetación deseada, los requerimientos por parte de las especies vegetales y el uso de acondicionadores de sustrato que ayuden a retener por más tiempo la humedad, entre otros. •
Cuando el riego no se realiza en forma adecuada se pueden presentar efectos negativos en lugar de positivos. Por ejemplo, si se aplica un exceso de agua de riego, la formación vegetal será más productiva que bajo laspor condiciones normales de pluviometría, lo que podría producirse una regresión de la vegetación cuando se elimine el riego, particularmente si coincide con un año de sequía. Adicionalmente, si se aplica un exceso de agua, se estimulará el crecimiento de las plantas de crecimiento rápido, como las malezas, lo cual podría obstaculizar el
si la calidad agua de riegodenosales es la adecuada (ej.,del altos contenidos o de metales) el crecimiento de las plantas será afectado negativamente, ya sea por toxicidad directa o por toxicidad indirecta debida a la salinización del sustrato. •
Cuando el riego se efectúa apropiadamente, se mejora y se reduce el tiempo de establecimiento de la vegetación, se mejora el control de la erosión y se extiende el periodo de plantación. las plantas establecidas serán másAdemás, vigorosas y menos susceptibles a las presiones ambientales durante las primeras etapas del establecimiento.
Sistemas de riego. Básicamente, existen dos
sistemas de riego automatizados disponibles para la rehabilitación a gran escala de
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depósitos de relaves (Tabla 4.6). El primero es el riego por aspersión y el segundo es el riego por goteo (Figura 4.13). El riego por aspersión utiliza cabezales de aspersión por
requerimientos de mantención son mayores. Cuando no es posible instalar un sistema de riego automatizado, una alternativa es realizar el riego en forma manual, mediante camiones
impacto aplican uniformemente el aguaa ycisterna o aljibe equipados sobre la que tierra. Este método es adaptable manguera (Figura 4.13). con motobomba una topografa irregular; el agua y algunos fertilizantes pueden ser aplicados simultáneamente; se requiere mínima filtración de agua; el equipo tiene larga vida y el mantenimiento es mnimo, pero el costo de instalación es alto. El riego por goteo es la aplicación de agua a través de un sistema de presión y de bajo volumen. El agua gotea sobre la superficie del terreno a través de pequeños emisores o aberturas la tubera plástica. Esta técnica aplica elenagua en áreas muy localizadas, específicamente donde se están estableciendo los arbustos y los árboles. Esta alternativa de riego utiliza menos agua que el riego por aspersión, pero las desventajas son que requiere agua altamente filtrada, el tiempo de vida del equipo es limitado y los
Figura 4.12. Salinización superficial de un depósito de relaves por riego inadecuado (alta frecuencia de riego y poco volumen). Fotografía gentileza de José Antonio Olaeta
Fgr 4.13. Sistemas de riego automatizados por aspersión izquierda) y por goteo (superior derecha) y(superior riego manual con camión aljibe equipado con motobomba y manguera (inferior).
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4.2. Mr mj prr
o la transferencia de metales a través de las tramas tróficas o alimenticias.
Las prácticas de monitoreo y de manejo de mediano y largo plazo deben considerarse como una parte yintegral del programa de fitoestabilización deben planificarse desde un comienzo. Una vez que se ha establecido la cobertura vegetal estabilizadora de corto plazo debe comenzar a operar el plan de monitoreo y las prácticas de manejo de mediano y largo plazo.
El plan de monitoreo consiste en un progra-
Es necesario monitorear: (1) la adecuada
ma preestablecido de inspecciones visuales periódicas y de evaluaciones cuantitativas temporales de distintos parámetros del sistema fitoestabilizado. Los parámetros y variables a monitorear son las mismas indicadas en la Tabla 4.5 para los ensayos pilotos de fitoestabilización. En el caso de proyectos realizados a gran escala superficial, es recomendable realizar monitoreos quincenales durante los 3 primeros meses después de la incorporación de los acondi-
fertilidad del sistema, (2) autosustentable la evolución haciay una formación vegetal (3) la estabilidad química del sistema construido, de forma de evitar la ocurrencia de problemas ambientales secundarios tales como la generación de ácido, la liberación de metales tóxicos, la acumulación de sales
cionadores sustrato y del establecimiento inicial de ladevegetación, seguidos por monitoreos dos veces al año, coincidiendo con el inicio y término de la estación de crecimiento de las plantas; o sea, con las estaciones climáticas más influyentes para la vegetación y la actividad biológica en
A)
Monitoreo
taa 4.6 Ventajas y desventajas de las técnicas de riego automatizadas posibles de utilizar en programas de fitoestabilización a gran escala de depósitos de relaves sima ig
Goteo
Aspersión
vnaja
dnaja
– Se usa 1/3 de agua menos que el riego por aspersión. – La evaporación de agua es mínima. – Produce el lavado de sales en las zonas con alto contenido en carbonato de calcio (CaCO3).
– La efectividad del sistema está condicionada a la calidad del agua (sedimentos, sales, etc.). – Necesidad de mantenimientos periódicos. – Sistema poco móvil. – Corta vida de los equipos de riego. – Uso limitado en zonas de alta densidad de plantación. – Sistema costoso.
– Sistema flexible y móvil: se puede colocar donde se requiera. – La vida media del equipo es más larga que la del sistema por goteo. – Requiere menor mantenimiento. – Sistema más económico. – No está limitado por la densidad de plantación.
– El agua se evapora más fácilmente. – Se necesitan grandes cantidades de agua. – Se debe aplicar con mayor frecuencia, lo que puede resultar en la salinización del sustrato.
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general. Por ejemplo, en ambientes con clima Mediterráneo árido y semiárido como la zona norte-centro de Chile, estos dos monitoreos deben realizarse a comienzos
del sitio rehabilitado, tales como ubicación, uso final del sitio y recursos económicos disponibles, entre otros; sin embargo, para asegurar el éxito del programa de fitoesta-
de otoño y a fines de la primavera. La inspección visual periódica del sitio fitoestabilizado permite la identificación rápida de posibles alteraciones del sistema construido artificialmente. Por ejemplo, la identificación de zonas despobladas (sin vegetación), el decaimiento progresivo de la vegetación, la ocurrencia de malformaciones foliares y la presencia de especies no deseadas, son síntomas visuales evidentes de alteraciones. En
programación ybilización, ejecuciónesdefundamental un plan de la monitoreo en el corto, mediano y largo plazo. Como antecedente general, es recomendable realizar monitoreos quincenales durante los 3 primeros meses después de la incorporación de los acondicionadores de sustrato y del establecimiento inicial de la vegetación, seguidos por monitoreos dos veces al año, coincidiendo con el inicio y término de la estación de crecimiento de las plantas; o sea,
estos casos es necesario realizar estudio más detallado de las zonas con un problema, el que determine sus causas y permita as tomar medidas correctivas.
con más influyentes paralas la estaciones vegetaciónclimáticas y la actividad biológica en general. Por ejemplo, en ambientes con clima Mediterráneo semiárido como la zona centro-norte de Chile, estos dos monitoreos deben realizarse a comienzos de otoño y a fines de la primavera (Tabla 4.5).
Las evaluaciones cuantitativas temporales permiten verificar en forma objetiva la evolución del sistema construido artificialmente hacia los objetivos definidos de manera inicial y detectar temprana y oportunamente cualquier problema que aparezca
B)
Manejo posterior
Los principios básicos de la rehabilitación
secundariamente, yalimitantes sea por laidentificados reaparición de aquellos factores inicialmente en el sitio o por la aparición de efectos no deseados que no fueron considerados originalmente en el programa de fitoestabilización, tales como la presencia de animales herbívoros, la aparición de plagas y la movilización de metales desde el sustrato a napas profundas o a los tejidos aéreos de la vegetación establecida en el sitio rehabilitado. Las evaluaciones cuantita-
de formaciones vegetales artificiales ason través programas de fitoestabilización los mismos principios básicos de las sucesiones ecológicas o de los procesos naturales que permiten la recuperación de un ecosistema preexistente en un área que ha sufrido una perturbación.
tivas involucran la toma de muestras desde las zonas rehabilitadas, tanto del sustrato como de la vegetación, y el análisis de ellas según los criterios de evaluación definidos a priori (Tabla 4.4).
tintos los ecosistemas presentes (Figuragrados 4.14). Cuando la degradación in volucra sólo a las comunidades biológicas dejando el suelo inalterado, como en el caso de los incendios, hablamos de procesos sucesionales secundarios. Sin embargo, cuando la alteración es total, incluyendo las comunidades biológicas y al suelo o al medio físico, como en una barrida de lava
La duración del plan de monitoreo del programa de fitoestabilización ejecutado depende de las caractersticas especficas
Las perturbaciones sobre ecosistemas naturales, tales como el volcanismo o los incendios, pueden degradar en dis-
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o después de la depositación de estériles mineros, donde el sustrato incorporado es prácticamente equivalente a la roca madre o a un material estéril que no constituye
desde un sistema simple a uno estructural y funcionalmente complejo, qué factores restringen o facilitan el proceso de recambio temporal de especies, cuáles son las reglas
un suelo, entonces hablamos procesos sucesionales primarios (Figurade 4.14).
ensamblado y los procesos de formación de suelo involucrados, constituyen aspectos claves para el éxito de los programas de rehabilitación de depósitos de relaves.
La recuperación natural de áreas perturbadas a través de procesos sucesionales primarios o secundarios es muy lenta y puede tomar entre cientos y miles de años (Figura 4.14). Este proceso es muy complejo e involucra procesos de formación de suelo (en el caso de las sucesiones primarias) y de entrada y reemplazo de las especies biológicas a
Una vez que se ha reconstruido artificialmente una formación vegetal inicial, en el corto plazo, será importante introducir nuevas especies leñosas en el mediano plazo, adecuadas a las nuevas condiciones microambientales generadas, tales como especies tolerantes a
través de estrictas reglas de ensamblado de especies y grupos de especies en una escala temporal. A lo largo de la sucesión se van produciendo cambios microclimáticos y edáficos que determinan cuáles especies ingresan primero y cuáles después al sistema en recuperación. O sea, existen reglas de ensamblado, las que dependen de los requerimientos ambientales de las distintas especies vegetales y de los cambios microambientales que se van sucediendo en el
la sombra. este caso, es importante considerar los En efectos y rendimientos a corto, medio, y largo plazo en la valoración de las especies alternativas que son seleccionadas. Las prácticas de manejo posterior, con la introducción de especies vegetales secundarias, permite aumentar la biodiversidad vegetal y la complejidad ecológica del sistema recreado artificialmente. En otras palabras, es importante que el sistema rehabilitado a través del programa de fitoestabilización tienda a
tiempo. De esta forma, a medida el tiempo transcurre, el ecosistema se vaque complejizando y enriqueciéndose en términos de la diversidad biológica representada.
la máxima diversidad biológica, actividad complejidad de organización compatible cony los objetivos propuestos. Adicionalmente, se deben aplicar principios de optimización amplios que tiendan a lograr:
En el caso de la rehabilitación realizada a través de programas de fitoestabilización lo que se pretende es la recuperación artificial de una formación vegetal similar a la natural existente en el área, pero en perodos de tiempo mucho menores (ej., décadas), de forma de lograr lalos rápida estabilización del sitio, deteniendo procesos de degradación ambiental, tales como pérdida de la vegetación, erosión del suelo por el viento o la lluvia, y reduciendo los riesgos ambientales asociados a la dispersión de los metales contenidos en los relaves, entre otros. Por ello, el conocer qué determina el desarrollo de un ecosistema natural determinado,
•
•
La mayor supervivencia y sustentabilidad de la vegetación en el tiempo. La más alta capacidad de amortiguación de la vegetación y del sustrato, de forma de asegurarrobusta la rehabilitación de una formación vegetal (poco frágil) y que permite una disminución efectiva de los riesgos ambientales de los relaves postoperativos.
En el mediano y largo plazo, será fundamental contar con las herramientas adecuadas para evaluar objetivamente el grado de éxito logrado. La apreciación observacional o a ojo
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PERTURBACIÓN
Acopio de estériles
Volcanismo
SUCESIÓN PRIMARIA Eliminación del suelo y de toda la comunidad biológica SUCESIÓN SECUNDARIA Eliminación de parte o toda la comunidad biológica
Incendios Construcción de caminos
Volcanismo
Colonización
Especies Pioneras
100 – 1000 años
Vegetación de Transición
Vegetación Madura
perturbaciones producidas por fenómenos naturales o antrópicos resultan en cambios Fgr 4.14.enLas importantes los ecosistemas naturales, gatillando fenómenos sucesionales o de recuperación ya sea primarios
o secundarios. Los procesos sucesionales o de recuperación natural del ecosistema toman normalmente entre siglos y milenios y consisten en la colonización inicial por especies pioneras, altamente tolerantes a las condiciones iniciales del sitio. Estas especies generan cambios microambientales, los que permiten la entrada de otras especies al sistema. Así, el sistema va evolucionando lentamente hacia el ecosistema preexistente en el área impactada.
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desnudo no es suficiente ni apropiada para evaluar si tanto la estructura como la función de un ecosistema han sido restablecidas a los niveles deseados. Es así como se han propuesto aevaluación nivel internacional criterios básicos de del éxitocinco de un programa de rehabilitación de un ecosistema silvestre: •
•
•
•
Sustentabilidad. El sistema creado ¿es capaz de perpetuarse a s mismo o requiere de mantención al largo plazo? Invasibilidad. El sistema creado ¿es capaz de resistir la invasión de especies exóticas o introducidas? Productividad neta. El sistema creado ¿es igualmente productivo que un ecosistema natural? Retención de nutrientes. El sistema creado ¿pierde más o menos nutrientes que un sistema natural o está en equilibrio?
•
Interacciones bióticas. ¿Se han restituido las especies claves que aseguren la estructura y funcionalidad del ecosistema que se deseaba construir, tales como presencia de polinizadores y de microbiota descomponedora?
Finalmente, es importante tener siempre presente que los fallos en el logro de los objetivos establecidos inicialmente se deben principalmente a la inestabilidad creada ya sea por la generación de estructuras ecológicamente inadecuadas o por los fenómenos adversos inesperados o impredecibles. Cuando se trabaja en sistemas naturales abiertos, no existen siempre imprevistos o situaciones controlables, por lo que es fundamental considerar desde el inicio del proyecto un capital de riesgo que permita mantener una alta adaptabilidad técnica y económica en el manejo, tanto en el corto como en el mediano y largo plazo.
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