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Fundada en 1962

SOC

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D GEOLOGICA DE CH

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la serena octubre 2015

Análisis geoquímico de suelos derivados de granodioritas en los valles de Casablanca y Santa Cruz Pamela Castillo1*, Brian Townley1, Muriel Contreras1-2, Sofía López1, Eduardo Cortés1. 1 Departamento de Geología, Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas, Universidad de Chile. 2 Departamento de Ciencias de la Tierra, Facultad de Ciencias Químicas, Universidad de Concepción. * email: pcastillolagos@gmail.com Resumen. Los suelos de las viñas estudiadas en los valles vitícolas de Casablanca y Santa Cruz, se caracterizan por presentar un material parental petrográficamente similar, que corresponde a una granodiorita de biotita y hornblenda. La geoquímica de estos suelos propone la oportunidad para comparar la distribución de distintos grupos de elementos (tierras raras, nutrientes y metales), así como también determinar cualitativa y cuantitativamente la influencia de la geoquímica del material parental en la química de los suelos y en la biodisponibilidad de nutrientes para las plantas. Los perfiles de suelo fueron caracterizados a partir de 24 calicatas y el muestreo se realiza en los horizontes A, B y C. Las muestras se analizan por medio de una digestión fuerte para determinar la química total del suelo y una digestión débil para medir los elementos biodisponibles. Los resultados indican que existe una relación entre la geoquímica del material parental y la química de los suelos, reconociéndose además la influencia de la formación de minerales secundarios (óxidos de Fe y arcillas) en la biodisponibilidad de algunos elementos (tierras raras livianas, Fe y Al). Palabras Claves: suelos, geoquímica, biodisponibilidad,

valles vitícolas, viticultura. 1 Introducción La relación entre geología y viticultura es un área de estudio incipiente que ha cobrado interés en la medida que desde el mundo vitícola se han interesado en entender y conocer el entorno en el cual las viñas están inmersas. Desde las ciencias agronómicas numerosos estudios se han enfocado principalmente en aspectos climáticos y en las propiedades del suelo (Vaudour y Shaw, 2005). A pesar de que a nivel internacional, desde los últimos 25 años, se han llevado a cabo variados trabajos de “geología y viticultura” (Ejs. Mackenzie y Christy, 2005; Huggett, 2006; Maltman, 2008; Mann et al., 2012), en Chile estos estudios han sido puntuales (Ej. Poblete et al, 2007) o limitados a intereses particulares de la industria vitícola. En esta ausencia de estudios que se enfoquen en las particularidades geológicas, pedológicas, paleoclimáticas y climáticas de nuestro territorio, el proyecto “Influencias geológicas, mineralógicas y geoquímicas del cultivo de la vid en Chile”, pretende abarcar la relación geología y viticultura a variadas escalas y desde diferentes aproximaciones. Particularmente, este trabajo presenta los resultados geoquímicos preliminares al analizar dos viñas

con un material parental similar, correspondientes a las granodioritas jurásicas en una viña ubicada en el Valle de Casablanca (Viña norte) y a las granodioritas cretácicas de una viña en el sector de Santa Cruz (Viña sur, Fig. 1).

Figura 1. Ubicación áreas de estudio.

2 Metodología 2.1 Plan de muestreo En cada viña se muestrean dos cuarteles que poseen un material parental diferente en textura o granulometría, escogiendo un cuartel con desarrollo de suelo in situ sobre granodiorita y otro cuartel cuyo suelo se ha formado sobre depósitos semiconsolidados, compuestos por material monomíctico que ha sido erosionado y transportado desde las granodioritas que afloran en las montañas del entorno. En cada viña se realizaron 12 calicatas de 0.8 a 1.5 m de profundidad, en ellas se describieron 24 perfiles de suelo delimitando y clasificando los horizontes A, B o C, según el caso particular de cada perfil. En cada calicata se muestrean tres horizontes de suelo. En los perfiles A y B se obtienen dos tipos de muestras de suelo, con el objetivo de analizarlo mediante metodologías de digestión diferentes: una digestión total para determinar la composición de la fracción mineral de suelo y una digestión débil, para reconocer los elementos que están biodisponibles para las plantas. 2.2 Metodología de muestreo Los terrenos se realizaron en el verano de 2015, durante enero en la Viña norte y febrero en la Viña sur.

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Para el análisis químico de la fracción mineral se recolectan tres muestras desde los distintos horizontes determinados en cada perfil de suelo. La profundidad de colección varía entre 7 a 24 cm para la muestra superficial (mayoritariamente correspondiente al horizonte A), 23 a 65 cm para la muestra intermedia (generalmente, horizonte B) y entre 50 a 112 cm para la muestra en profundidad (que varía entre horizontes C o B). Para esta muestra se toman incrementos desde todo el horizonte, obteniendo unos 3 kg de suelo, sin discriminar la presencia de clastos mayores. Para el análisis de elementos biodisponibles se toma una muestra superficial, entre 10 a 20 cm de profundidad, y una muestra en el horizonte B, colectada específicamente en los sectores en que se reconoce la mayor concentración de raíces. Las muestras se tamizan con un colador plástico para remover clastos o materia orgánica no descompuesta de tamaño mayor a 2 mm, obteniendo así la fracción más fina del suelo en una muestra de aproximadamente 1 kg. 2.3 Metodología analítica El análisis de la fracción mineral del suelo o química total se realiza a partir de un secado de la muestra de suelo a 60°C, homogenización y cuarteo hasta 250 gr de material, el cual se pulveriza hasta menos de 75 micrones (<200 mallas), para obtener 30 gr de muestra final. Esta fracción es enviada al Laboratorio Bureau-Veritas en Vancouver, en donde se realiza digestión por fusión de mataborato y tetraborato de litio para análisis de óxidos mayores, elementos trazas y tierras raras (REE), además de una digestión en agua regia para medir la concentración de metales, ambas lecturas se realizan por ICP-MS. Para el análisis de elementos biodisponibles se utiliza la técnica MMI (Mann et al., 1998; 2012) la cual recoge por medio de ligandos orgánicos, solamente a los iones adsorbidos a las partículas del suelo, de una manera no selectiva, es decir que no ataca a una fase mineral particular (Mann, 2010). La lectura de elementos mayores, trazas, REE y metales se realiza también por ICP-MS. 2.4 Análisis de datos En este trabajo se revisan tres grupos de elementos en ambas viñas: a) REE: utilizando a estos elementos como trazadores del material parental y para evaluar su posible fraccionamiento en procesos pedogenéticos; b) Macro y micronutrientes: para determinar la influencia del material parental en la biodisponibilidad de nutrientes y c) Metales pesados: con el objetivo de revisar eventuales procesos de contaminación del suelo y toxicidad para las plantas. Los datos se analizan mediante gráficos multielemento, normalizados con respecto al promedio de elementos trazas en suelos a nivel global (Nkp, Kabata-Pendias, 2011) y según el promedio de óxidos mayores en suelos de Estados Unidos (Nsb, Shackelette y Boergen, 1985).

3 Geografía y geología áreas de estudio 3.1 Viña norte La viña se localiza en la región de Valparaíso (Fig. 1), específicamente en el valle de Casablanca, ubicado en la vertiente occidental de la Cordillera de la Costa. En el área se reconoce un clima mediterráneo semiárido con fuerte influencia marina. El promedio de precipitaciones anuales es 450 mm, las que ocurren principalmente en invierno, la temperatura es moderada por las neblinas matinales (Nahrwold, 2014) con una media anual de 13,6°C. En esta viña se analizan los cuarteles denominados “piedemonte” y “cerro”. El cuartel “piedemonte”, con una superficie aproximada de 4,1 ha, se emplaza sobre depósitos de remoción de masa antiguos los que presentan un alto grado de consolidación (reconocido en las calicatas 2, 3 y 4) y sobre depósitos coluviales semiconsolidados (característico de las calicatas 1, 5 y 6). Los sedimentos y clastos que conforman ambos depósitos son monomícticos y provienen de la erosión de los cerros adyacentes, cuya litología corresponde a una granodiorita de biotita ± hornblenda que es cortada por numerosos diques aplíticos de turmalina (Contreras et al., 2015). El cuartel “cerro” posee alrededor de 3,8 ha y corresponde a un pequeño cerro de 10 a 15 m de altura. El suelo de este cuartel se desarrolla in-situ sobre la roca (granodiorita antes descrita) y particularmente el perfil de suelo de la calicata 9 se forma sobre un dique aplítico de 1 a 1,5 m de espesor y de rumbo NW-SE. 3.2 Viña sur Esta viña se ubica en la localidad de Santa Cruz perteneciente a la VI Región del Libertador Bernardo O’Higgins (Fig. 1). Geográficamente, este sector se encuentra delimitado al oriente, norte y occidente por el Cordón Tagua-Tagua de la Cordillera de la Costa y al sur por el río Tinguiririca. Domina un clima mediterráneo subhúmedo, con veranos prolongados de carácter seco y caluroso (14,7°C de media anual), con inviernos moderadamente lluviosos, en donde las precipitaciones alcanzan uno 600 mm anuales y se concentran durante los meses de mayo a agosto (Nahrwold, 2014). Los cuarteles estudiados en la Viña sur corresponden a un sector de aproximadamente 4,3 ha, denominado “isla” el cual se encuentra demarcado por dos quebradas y cuyos depósitos tienen un origen aluvial monomíctico, compuesto por la erosión de una granodiorita de biotita y hornblenda (Contreras et al., 2015). Por otra parte, se analiza el cuartel denominado “pendiente” que corresponden a tres calicatas distribuidas en un cuartel de ~1 ha, en que se reconoce el desarrollo de suelo in situ sobre la granodiorita en una pendiente fuerte, mayor a 8°.

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AT 4 Impacto de las GeocIencIas en la socIedad

4 Resultados y discusiones A partir de los gráficos multielemento (Figs. 2-4) se comparan las concentraciones de química total (líneas roja, naranja, violeta y rosada) y elementos biodisponibles (líneas azul, celeste, verde y amarillo) para los suelos diferenciados según el material parental (roca o depósitos semiconsolidados). Las líneas descritas corresponden a la concentración promedio de las muestras de suelo. 4.1 Distribución de REE En los gráficos 2A y 2B se observa la distribución de las REE para la Viña norte (líneas roja, naranja, azul y celeste) y para la Viña sur (líneas violeta, rosada, verde y amarillo).

Figura 2. Gráfico multielemento con distribución de REE.

A partir de la figura 2A se destaca un mayor contenido de REE para los suelos de la Viña norte. En cuanto a la relación entre tierras raras pesadas (HREE) y livianas (LREE), los suelos de la Viña norte están enriquecidos en HREE, mientras que los de la Viña sur están enriquecidos en LREE. Esto sería coherente con la mineralogía del material parental, que para el caso de las granodioritas del norte, el análisis petrográfico (Contreras et al. 2005) indica la presencia de zircón como mineral accesorio, mientras que para las granodioritas del sur se reconoce epidota. Estos minerales se encuentran enriquecidos en HREE y LREE, respectivamente (Tyler, 2004). En cuanto de los suelos formados sobre depósitos semiconsolidados se observa que en la Viña norte el contenido de REE (línea naranja) son más bajas que para el suelo derivado de roca, no obstante, siguen el mismo

patrón. Al contrario en la Viña sur, la distribución de REE en los suelos generados sobre depósitos (línea rosada) es inversa a la que siguen los suelos desarrollados in-situ, con empobrecimiento en LREE y enriquecimiento en HREE. Esto puede deberse a procesos de fraccionamiento de REE durante la erosión y transporte del material, o bien, durante los procesos pedogenéticos. Para la distribución de REE biodisponibles (Fig. 2B), se observa en general un patrón de empobrecimiento en LREE en relación a una distribución más constante para las HREE. Esto puede deberse a la retención de LREE por fases como óxidos de Fe y arcillas (Compton et al., 2003). 4.2 Distribución de Nutrientes Se han seleccionado 11 elementos que corresponden a los micronutrientes analizados en este trabajo y que están en las uvas en una concentración superior a 1 ppm (Larcher y Nicolini, 2008). Mediante química total, en la Viña sur prácticamente no se detectan diferencias entre los suelos derivados desde roca o depósitos (líneas violeta y rosada), no obstante, los elementos biodisponibles (líneas verde y amarilla) muestran una mayor concentración relativa para Cu, Fe, K, P y Al en los suelos desarrollados sobre depósitos (Fig. 3).

Figura 3. Gráfico multielemento con distribución de Nutrientes. Por su parte, en la Viña norte, se observa que los suelos formados sobre depósitos (línea naranja) tienen una anomalía de contraste negativa de Cu en relación a los suelos desarrollados sobre roca (línea roja). Para los elementos biodisponibles se reconoce un comportamiento bastante coherente entre ambos tipos de suelos, con un leve enriquecimiento en P, Zn y K, para los suelos derivados de depósitos (línea celeste) y un leve enriquecimiento en Mg, Cu y Ca para suelos in-situ (línea azul, Fig. 3). En relación a los contenidos de nutrientes se observan contenidos relativamente coherentes en ambas viñas, tanto para química total como para elementos biodisponibles, lo cual podría indicar que un material parental de litología similar podría determinar la química de los suelos. Ahora bien, al comparar la distribución de la química total versus los nutrientes biodisponibles es interesante notar que elementos como Fe, Al, Rb y ±K poseen una concentración baja (en relación a otros nutrientes), lo que podría

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explicarse por la formación de óxidos de Fe y arcillas, que “secuestran” a estos elementos en fases estables del suelo, reduciendo así su disponibilidad como nutrientes. 4.3 Distribución de Metales Este apartado considera metales pesados y metaloides, aun cuando algunos corresponden a micronutrientes. Para la Viña norte se reconoce un alto enriquecimiento en Au y menor en Mo, Sb, As y Pb en los suelos derivados de depósitos (línea naranja) comparados con los suelos desarrollados desde roca (línea roja, Fig. 4). Por su parte, estos últimos se encuentran más enriquecidos en metales como Cu y Sn (Fig. 4). Para el caso de los metales biodisponibles su distribución es similar para ambos suelos (líneas azul y celeste), aunque los suelos in-situ están levemente enriquecidos en As, Sb, Cu y Au, con respecto a los suelos dispuestos sobre depósitos (Fig. 4).

Figura 4. Gráfico multielemento con distribución de Metales.

En la Viña sur se observa un enriquecimiento importante de metales como Hg, As, Sb y un enriquecimiento menor en Cu, Mo y Au, en los suelos formados desde depósitos semiconsolidados (línea rosada) en relación a los suelos derivados de roca (línea violeta, Fig. 4). La concentración promedio de Hg es mayor a la media global de suelos (Kabata-Pendias, 2011) y ocurren algunos valores para Au también por sobre esta referencia. Finalmente, a excepción de Mo, los metales biodisponibles son siempre mayores en los suelos derivados de depósitos (línea amarilla) que en aquellos desarrollados sobre roca (línea verde, Fig. 4). 5 Conclusiones La comparación geoquímica de suelos derivados desde un material parental similar (granodiorita de biotita y hornblenda) ha permitido obtener resultados preliminares que caracterizan a los tipos de suelos de las viñas. A partir de la distribución de REE se observan algunas diferencias en los suelos desarrollados in-situ sobre roca, las que pueden estar reflejando la mineralogía particular de ambas granodioritas. Por otra parte, los patrones de distribución de REE biodisponibles pueden indicar la retención de LREE por fases como óxidos de Fe y arcillas. Esto mismo puede determinarse al analizar los nutrientes biodisponibles en donde los elementos Fe y Al presentan concentraciones muy bajas, en relación a los otros

nutrientes. Además, la distribución coherente y la concentración de química total de nutrientes denotan una importante influencia de la geoquímica del material parental en la química de los suelos. Por su parte, la concentración de metales en los suelos muestra diferencias puntuales en relación a los suelos derivados desde roca o desde depósitos, aunque en general se observan patrones similares para suelos de una misma viña. Finalmente la alta biodisponibilidad de elementos como Hg y Cd en suelos, plantea una problemática que debe ser estudiada con mayor profundidad. Agradecimientos Este trabajo se ha financiado por el Proyecto CORFO-INNOVA 12CTI-16778 del Consorcio I+D Vinos de Chile. Referencias Compton, J.; White, R.; Smith, M. 2003. Rare earth element behavior

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