ARTÍCULOS

 

La hidrosiembra, técnica de bioingeniería para la restauración de suelos
producto de actividades mineras: experiencia en el proyecto minero mirador,
Zamora Chinchipe - Ecuador.

 

The hydroseember, bio-engineering technique for the restoration of soils
produced from mining activities: experience in the mirador mining project,
Zamora Chinchipe - Ecuador.

 

 

M. Sc. Ing. Juan Romero Cando^*, Armando Rivera Carrión^**
*EcuaCorriente, Zamora Chichipe - Ecuador juanromero@gmail.com
^**EcuaCorriente, Zamora Chichipe - Ecuador Jailaf_cruz@hotmail.com
Artículo recibido: 04-03-2020 Artículo aceptado: 27-04-2020

 

 

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Resumen

La extracción de mineral en el proyecto Mirador se realizará mediante el método de explotación a cielo abierto y requiere construir un sinnúmero de facilidades principales como: vías, accesos, campamentos, plataformas, diques, banda transportadora de material, canales de manejo de agua y más facilidades; esto implica la remoción de grandes cantidades de suelo, y posteriormente la adecuación en escombreras estabilizadas con técnicas de restauración ambiental. Mirador se encuentra en la zona tropical con un promedio de precipitación de 2500 mm anual, lo cual en suelos desprotegidos de vegetación genera erosión y sedimentación de los cuerpos de agua. A la vez, el proyecto que se desarrolla desde la cota 796 hasta la cota 1657, presenta dos ecosistemas naturales, el bosque húmedo piemontano y el bosque húmedo montano bajo, ambos representan decenas de especies florísticas que se desarrollan por sucesión natural.Controlar la erosión con las especies de flora nativas es un reto que es analizado muy cuidadosamente, así como la tecnología a utilizar, la selección de especies apropiadas para cada tipo de ecosistema y el tipo de suelo son parte del proceso investigativo del presente documento.

Palabras clave: Hidrosiembra, especies nativas, restauración ecológica, suelo orgánico, mulch.

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Abstract

The extraction of mineral in the Mirador project will be carried out using the open-pit method and requires the construction of a number of main facilities such as roads, camps, platforms, dams, material conveyor belt, water management channels, that means moving soil and placing it in pre-defined slag heaps. Mirador is located in the tropical zone of Ecuador with an average annual precipitation of 2500 mm, which in unprotected soils of vegetation generates erosion and sedimentation of bodies of water. At the same time, the Project that develops from level 796 to level 1657 has two natural ecosystems, the humid piedmont forest, and the humid montane low forest, with dozens of floristic species that grow naturally. Control erosion with native flora species becomes a challenge that must be studied good carefully, the variables to be considered as the technology to be used, the appropriate species for each type of ecosystem and soil type are part, of the research process of the present document.

Keywords: Hydroseeding, native species, ecological restoration, organic soil, mulch.

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1. INTRODUCCIÓN

EcuaCorriente S.A., es una empresa minera de explotación de minerales metálicos a cielo abierto, realiza los trabajos de construcción de facilidades de mina al Sur del Ecuador, en la provincia de Zamora Chinchipe, en las estribaciones de la Cordillera Cóndor Mirador. Está rodeada por una exuberante vegetación, y dos ríos principales: el Wawayme y el Tundayme. El proyecto se desarrolla desde la cota 796 m.s.n.m. hasta la cota 1657 m.s.n.m., en la cual se encuentra dos tipos de formaciones boscosas, el bosque húmedo piemontano, y el bosque húmedo montano bajo; posee precipitaciones promedio anuales de 2500 mm y temperatura promedio anual de 21,8°C.

La construcción de todas las facilidades de mina involucra el retiro de la capa superficial de suelo, lo cual concatenado con las altas precipitaciones generan altos índices de erosión, esta situación, en nuestro caso es controlado con la revegetación en áreas de difícil acceso o de gran pendiente mediante el uso de la técnica hidrosiembra, que es una principal técnica de restauración ambiental rápida y eficaz, los resultados aseguran condiciones favorables para una rápida germinación, sumado a los múltiples beneficios que brinda la vegetación desarrollada como son: la limitación de la erodabilidad, disminución de la velocidad del agua sobre el suelo, formación de una red interna de sostenimiento por las raíces de las plantas, absorción de la humedad del suelo para incorporar en su sistema vascular y realizar la fase de fotosíntesis.

En el proyecto Mirador se ha intervenido un total de 1714 hectáreas, incluyendo 40 km de vías: como política empresarial el medio ambiente debe estar presente permanentemente en todos los procesos de planeamiento, proyección, construcción y explotación. En cada fase las decisiones a tomar son distintas, pero indispensables para poder realizar correctamente la fase siguiente. La gestión ambiental de las obras, es imprescindible para alcanzar los objetivos del proyecto de una manera eficaz, cuidando en aplicar las medidas ambientales en el momento oportuno, en cumplimiento al Plan de Manejo Ambiental que corresponde y normativa ambiental vigente de Ecuador, razón por la cual 1'700.000 metros cuadrados de áreas intervenidas que han sido revegetadas con la técnica de hidrosiembra, método aplicado por ECSA por primera vez en Ecuador para la revegetación de áreas intervenidas en proyectos mineros.

 

2. ANTECEDENTES.

En el franqueo de vías y más construcciones civiles para el desarrollo de un proyecto y en climas de alta pluviosidad; donde se identifica la existencia de desprendimientos, o se estime que pueden llegar a producirse, se procede a evaluar la posibilidad de afección y se presentan opciones de estabilización para protección de estos sitios físicos, así como la forma de ejecución y los condicionantes necesarios para mejorar su composición ambiental.

En la ingeniería de construcción existen una serie de soluciones estructurales tipo, de estabilizaciones, pero siempre se partirá de remodelaciones de la geometría de los taludes que disminuyan la pendiente y/o de la longitud de la ladera, tales como: descabezado de taludes, retiro de materiales inestables, tendido o perfilado de taludes, banqueo de taludes, que deben ser acompañadas de técnicas ambientales adicionales. En el año 2015 se empiezan los trabajos de construcción de las facilidades de mina, entre ellas vías, campamentos, plataformas para la trituración de la roca de mena, canales de coronación para desviar las aguas que corren hacia las escombreras, áreas de polvorín, planta de explosivos, planta de beneficio, entre otras. Los factores asociados entre movimiento de tierra, con pendientes pronunciadas, y precipitaciones elevadas generan un impacto negativo al ambiente por la generación de sedimentos que son acarreados hacia los cuerpos de agua naturales que alimentan los ríos Wawayme y Tundayme. La estabilización de estas áreas refiere a un conjunto de métodos combinando ángulos de inclinación de los taludes, bermas y escalonamientos con cunetas de coronación y cunetas entre bermas, asociados con vegetación nativa, constituyendo éste último un método preventivo y correctivo de problemas por erosión.

En nuestro caso una técnica innovadora de estabilización de taludes y protección ambiental son las actividades de revegetación con hidrosiembra, recomendadas para taludes con diferentes inclinaciones. Esta técnica implica el uso de materiales biodegradables denominado mulch, fertilizante, agua y semillas nativas. El uso de plantas como material para estabilizar el suelo está frecuentemente asociado al empleo demateriales secundarios, cuya finalidad es ayudar a establecer unas condiciones físicas en las primeras fases de la implantación, cuando todavía el material vegetal no tiene prácticamente efectividad.

Un factor importante para la restauración del suelo por la técnica hidrosiembra, son acciones que contrastan con el paisaje, formados con materiales de la zona, duraderos, rápidos, eficaces y de bajos costos de ejecución y mantenimiento. A partir del estudio de los factores ambientales se establecieron las características de los tratamientos a diseñar, y, sobre todo, del tipo de vegetación a implantar.

La identificación de los mejores tratamientos de rehabilitación ambiental se planifican en el momento de los diseños, y se implementan desde el primer momento de la construcción, por ello desde el año 2015 EcuaCorriente viene desarrollando varias investigaciones para determinar in situ las especies que mejor se adapten a los distintos tipos de suelo desnudo o desprotegido, obteniendo alternativas innovadoras que han permitido resultados efectivos en laprotección de las áreas intervenidas con pendientes de difícil acceso.

 

3. METODOLOGÍA Y RESULTADOS

Como queda dicho una buena práctica de bioingeniería es la vegetación sobre los taludes estabilizados y firmes, con técnicas necesarias que han permitido la estabilización, protección, restauración y conservación de los suelos, especialmente en taludes que pueden presentar procesos de erosión, en el cual la degradación sobrepasa el umbral de rehabilitación natural y el nivel de infiltración es prácticamente nulo. (Aguirre et al, 2015)

Para lograr establecer la vegetación a ser sembrada sobre los taludes, en el proyecto Mirador se procedió a la identificación de especies vegetales que están desarrollándose a través de procesos naturales, denominados también como sucesión. Las especies identificadas como apropiadas para la restauración de zonas intervenidas dentro del proyecto Mirador se presentan en el Cuadro 1.

Las características de los suelos donde se desarrolla la vegetación son de origen residual y aluvial, de granulometrías finas, de potencias mayores a los 2,50 m. En las muestras analizadas, que se localizaron en el área de influencia directa predominan limos arcillosos MH de alta plasticidad, limos arenosos ML y arenas limosas.

Estos suelos se caracterizan por su baja densidad natural, por lo que representan una alta potencialidad a la erosión; tienen un alto potencial a la expansión y contracción; son suelos poco compactos, de estructura masiva, de dureza media a baja. De acuerdo a Cardno Entrix (2014) una propiedad interesante es su baja permeabilidad.

Naturalmente existen concentraciones de pH que están por debajo del rango establecido como límite en la legislación ecuatoriana, con valores inferiores a 6. Los datos históricos muestran varios parámetros fuera de los límites establecidos por la legislación ecuatoriana, los valores de cobre, molibdeno, vanadio son mayores al valor de la norma; en algunos puntos de muestreo también se ha detectado valores anómalos de arsénico, bario, boro, cobre, molibdeno, plomo y selenio.

3.1 SELECCIÓN DE LA ESPECIE.

La región sur del Ecuador es importante biológicamente, debido a factores intrínsecos asociados a la ubicación en los Andes tropicales que condiciona una variada topografía, diversidad climática y presencia de la depresión de Huancabamba. (Aguirre Z, et al, 2015)

De acuerdo a Aguirre Z (2015) la Región Sur del Ecuador es una zona biológicamente diversa y exuberante. La identificación y selección correcta de las especies es fundamental en el proceso de hidrosiembra para asegurar la protección de taludes y mejoramiento paisajístico amigable con la construcción de facilidades para la explotación y procesamiento del mineral cobre.

Esta importancia biológica conlleva a realizar esfuerzos para técnicamente tomar acciones, las cuales desde el año 2015 se inició con estudios realizados en el Vivero Forestal Mirador, posteriormente se definió que las especies Cyperus luzulae y Cyperus odorata L., conocidas como Coquito, son las más adecuadas para restaurar las áreas intervenidas, estas por la abundante cantidad de semillas que se encuentran en el sector, durante todo el año y por la presencia de raíces fibrosas en forma de cabellera que son eficaces para desarrollarse en suelos erosionados.

Para efectos del presente estudio se utilizó semillas de Cyperus luzulae, con el propósito de determinar el porcentaje de germinación en un tiempo de prueba, para ello se diseñó 24 cuadrantes de 47 cm de largo x 30 cm de ancho con sustrato en mezclas de suelo orgánico con arena fina en proporción 3-1, recolectado dentro de la superficie del proyecto Mirador. La siembra se realizó al voleo en cada cuadrante con un peso de 0,625 gr por cada cuadrante, lo que resulta un total de 5000 semillas.

El inicio de la germinación se obtuvo a partir del día 9, logrando una cobertura promedio de los cuadrantes del 5,21%, sin embargo, a partir de la cuarta semana se apreció una mayor cobertura promedio llegando al 72,92%. Entre la semana 8 y 9 se observó la mortalidad de algunas plantas por secamiento foliar, sin embargo, a partir de la semana 10 nuevamente empezó a aumentar la cobertura de los cuadrantes evaluados. En la figura 2, se aprecia el crecimiento del Cyperus luzulae.

3.2. DETERMINACIÓN DE LOS NUTRIENTES DEL SUELO.

Los árboles y cualquier tipo de vegetación pueden capturar y almacenar carbono atmosférico y liberar humedad del suelo transpirándola a la atmósfera, influenciando fuertemente por el clima (Covey el al 2012). El proyecto Mirador al estar ubicado en una zona tropical tiene bosques, los mismos que contienen cerca del 40% del carbono de la biósfera terrestre; es decir, 428 Gt de carbono, de las cuales el 58% se encuentran en la vegetación, el 41% en el suelo y el 1% en la hojarasca. (Aguirre et al, 2015)

Este almacenamiento de carbono aporta a los nutrientes del suelo; el 86,5% de cobertura vegetal en el estudio de germinación del Cyperus sp, sobre el promedio de cada uno de los cuadrantes de evaluación, fue caracterizado también por los nutrientes encontrados en el suelo, en el cual se pudo determinar que:

•  El crecimiento de Cyperus se realizó en un pH ácido,

•  Los macronutrientes están presentes en el suelo con altos contenidos de nitrógeno (N), bajo contenido de fósforo (P) y medio contenido de potasio (K)

•  Al presentarse un suelo con pH ácido, se confirma bajos contenidos de calcio (Ca) y magnesio (Mg), y altos contenidos de hierro (Fe) y Cobre (Cu).

Los datos de los nutrientes caracterizados fueron los siguientes:

a. GERMINACIÓN DE Cyperus luzulae EN TALUDES DEL PROYECTO.

Para lograr los mejores objetivos de germinación de las semillas, EcuaCorriente S.A. posee un sistema tecnológico innovador para recuperar áreas intervenidas: que consiste en la proyección sobre el terreno de una mezcla acuosa de semillas, mulch, fertilizantes y sustancias adherentes. De fácil aplicación a gran escala porque se realiza con medios mecánicos especializados(hidrosembradora) dotados de equipos de bombeo.

Una vez realizada la mezcla de estos cuatro insumos se lanza directamente sobre el talud desnudo, la cual queda adherida al mismo con una imagen paisajística de coloración verde, empezando la foto degradación de las fibras orgánicas a los 7 días promedio; posterior a lo cual empieza la germinación de las semillas sobre la superficie.

Los principales objetivos de este método son: el control y prevención de la erosión y la restauración del paisaje. La hidrosiembra como método estabilizan el terreno, sobretodo en superficies de elevada pendiente con ángulos superiores a(1V: 1H) o terrenos pobres con muy bajas concentraciones de materia orgánica y elementos nutritivos, poco consolidados o inaccesibles a la maquinaria de siembra habitual.

Después de los estudios de investigación en condiciones controladas en el Vivero Forestal, fue necesario mantener registros de germinación de las semillas directamente sobre el talud y con los insumos propios para la hidrosembradora. Para esta actividad se revegetó con el método de hidrosiembra tres sitios en una zona del proyecto, y se seleccionó un metro cuadrado de cada sitio al cual se lo evaluó durante los primeros 30 días. En el siguiente gráfico se aprecia la evaluación que se realizó en tres puntos de la vía, en la cual se aplicó tres tratamientos diferentes:

1.  Talud bien reconformado con aplicación de 360 gr de semilla de Cyperus sp en 500 m.
2.  Talud bien reconformado con aplicación de 500 gr de semilla de Cyperus luzulae., en 500 m².
3.  Talud bien reconformado con aplicación de 830 gr de semilla de Cyperus luzulae, en 500 m².

Una vez conocido que la semilla de Cyperus luzulae, en condiciones controladas en el Vivero empezó a germinar al día 9, fue preciso determinar el comportamiento de las mismas en el talud y con los insumos detallados de la hidrosiembra. El comienzo de la germinación fue a partir del día 19 y 20 en los tres puntos monitoreados.

Los resultados de germinación no presentaban diferencias significativas, sin embargo, a partir de la novena semana estuvieron directamente relacionados al número de semillas colocadas con la hidrosiembra; es decir, a mayor número de semillas colocadas en la hidrosiembra, mayor número de semillas germinaron, por lo cual el tercer sitio de la vía 1, presentó mayor cantidad de cobertura vegetal con Cyperus luzulae.

La foto degradación del mulch (figura 7) es variable en cada sitio evaluado, ya que está directamente relacionado a la cantidad de luz solar a la cual está expuesto; sin embargo, de acuerdo a la evaluación realizada el inicio de degradación empezó a los 7 días para estos tres puntos de muestreo. No obstante, con la germinación de las semillas se logró nuevamente cubrir el talud con tonalidad verde por su buen desarrollo. En la siguiente figura se aprecia la coloración que se forma con la foto degradación del "mulch".

b. PRUEBAS DE REVEGETACIÓN EN LA ESCOMBRERA DE ESTÉRILES DE MINA.

Los suelos están conformados por tres niveles de horizontes: A, B, C, siendo el A el suelo superficial que contiene la mayor cantidad de suelo orgánico, y microorganismos benéficos para el establecimiento de la vegetación, el horizonte B conformado por una mezcla de arcillas y roca meteorizada, y el Horizonte C conformado por la roca madre, la cual es triturada producto de los trabajos de voladura en el destape de la mina.

Estos suelos de los horizontes B y C presentan condiciones con bajos contenidos de nutrientes, lo cual dificulta actividades efectivas de revegetación; por ello se realizó pruebas de germinación y crecimiento de vegetación, utilizando semillas de Brachiaria decumbens y Cyperus luzulae, directamente sobre la superficie de los taludes de la escombrera de estériles de mina.

Se establecieron dos tratamientos: suelo orgánico en una capa no mayor a 10 cm de espesor; y mulch X9000 en base de celulosa, con una capa también no mayor de 10 cm. El diseño de las parcelas se realizó de la siguiente manera:

• Suelo orgánico: Dos parcelas de 5x5 m, dos parcelas de 5x5 m cubierto con una biomanta verde de una capacidad de resistencia máxima de 4 KN/m, estas cuatro parcelas en una pendiente de 45°. Una parcela de 2x2 m en un sitio plano.

• Mulch: Tres parcelas de 5x5 m, en una pendiente de 45°. Dos parcelas de 5x2 m en un sitio plano.

La manta biodegradable se colocó únicamente en el suelo orgánico para analizar diferencias de germinación y crecimiento de las semillas producto del escurrimiento del suelo en altas precipitaciones; a diferencia del Mulch que viene incorporado con un adherente.

Las variables evaluadas durante los 8 meses son: altura de las plantas y nuevas especies producto de la regeneración natural. Los resultados son los siguientes:

En la figura 10 se observa únicamente la altura de Brachiaria decumbens, la cual alcanzó un promedio máximo en la parcela Nro. 1 de 52,6 cm, y la altura promedio mínima de 10,4 cm en la parcela 10. El crecimiento de la especie Cyperus luzulae fue mínima, por lo cual no está considerado en el presente análisis.

La parcela Nro 5 presenta una altura promedio máxima de 37,9 cm de Brachiaria decumbens, mientras que la altura mínima promedio se presentó en la parcela 7 con 6 cm. De igual manera el crecimiento del Cyperus luzulae fue mínimo por lo cual no se consideró en el presente análisis.

Se aprecia el crecimiento de Brachiaria decumbens, a los tres meses de realizada la siembra, se observa un mayor crecimiento y cobertura en las parcelas que tiene suelo orgánico. En los 8 meses de evaluación se detectó crecimiento de las especies Brachiaria decumbens, Cyperus luzulae. Al realizar las mediciones de altura la especie Brachiaria presentó mayor crecimiento que Cyperus. Además, se observó la aparición de nuevas especies producto de la regeneración natural, estas especies son helechos, Desmodium, Phytolaca y Baccharis sp. En las siguientes fotografías se observa el estado de las mismas:

Las parcelas con suelo orgánico presentan plantas de Brachiaria decumbens mucho más altas, permitiendo tener un sistema radicular más extenso, cumplen satisfactoriamente con el proceso de fotosíntesis y por lo tanto absorben más humedad del suelo, permitiendo de esta manera mejorar la estabilización de los taludes de la escombrera de mina.

Los 10 cm de suelo colocado han sido suficientes para obtener una vegetación sobre el suelo de mina y el desarrollo de nuevas especies que se asocian a través de un proceso de regeneración natural. Los 10 cm de mulch para cada parcela están permitiendo el crecimiento de nuevas especies y presentan un desarrollo eficaz de Brachiaria decumbens en corto tiempo.

 

CONCLUSIONES.

1. En procesos de restauración ambiental, la identificación apropiada de las especies florísticas para cada sitio intervenido es fundamental, con ello se puede lograr buenos resultados de hidrosiembra.

2. Es preciso conocer las propiedades del suelo para un excelente desarrollo de la especie seleccionada.

3. La mezcla de mulch, fertilizante, agua y semillas debe realizarse de acuerdo a la realidad de cada zona; teniendo en cuenta factores externos como precipitación, temperatura y tipo de suelo; y factores internos relacionados a la viabilidad de la semilla para germinar.

4. La especie Cyperus luzulae se desarrolla bien en suelos con pH ácido, para la presente investigación de 4,75.

5. La especie Brachiaria decumbens presenta un buen crecimiento y cobertura, tanto con suelo orgánico como con mulch.

6. En suelo orgánico Brachiaria decumbens tiene un mayor crecimiento en altura con relación al mulch.

7. Entre las ventajas que se ha experimentado con este método, es que, la vegetación se establece un 20-25 % más rápido que con cualquier otra alternativa mecánica o siembra manual, donde las semillas y abonos se distribuyen de forma manual.

8. Por el sistema montañoso abrupto los cortes en taludes son de gran tamaño, en temas de revegetación con este método se pueden alcanzar grandes alturas en taludes difícilmente asequibles.

9. No se presenta diferencia en la germinación de semillas con la colocación de mantas biodegradables.

10. Cada suelo presenta propiedades distintas en cada área, es así que, para taludes de vías caracterizados por arcillas, la técnica de hidrosiembra ha sido muy efectiva con el conjunto de semillas sembradas; mientras que en zonas de los horizontes B y C, es necesario la incorporación de una capa orgánica para mejorar el crecimiento de la vegetación.

 

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