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Equipamiento Científico para la investigación - UNSA
EQUIPAMIENTO DE LABORATORIOS PARA INVESTIGACIÓN, 2018-2
Equipamiento de un laboratorio para la investigación de Isotopos Estables de C, N, O, H en la evaluación y monitoreo de riesgos ambientales en suelos, aguas y plantas de la Región Arequipa

Martin Juan Carlos Villalta Soto; Tania Mery Quispe Carrizales; Jean Pierre Llerena Madariaga; Maria Ofelia Guillen Zevallos; Juan Andres Lopa Bolivar

Objetivo

Equipar un laboratorio de investigación con equipos de alta precisión para el análisis de isótopos estables y nutrientes, considerando: Un equipo Láser (LWI) para isótopos H y O en agua, un espectrómetro de masas para relaciones de isótopos estables (IRMS) y abundancia elemental e isotópica de H, N, O, S y C en tejidos de plantas, suelos, líquidos, partículas atmosféricas, sólidos minerales y tejido animal, un analizador de nutrientes, una microbalanza, un liofilizador, un molino de bolas y horno.

Resumen:

Los usos del monitoreo de las proporciones de isótopos estables son enormes, ellos son fundamentales en hidrología, agricultura, ciencia de los ecosistemas, y muchos otros campos. La Universidad Nacional de San Agustín no tiene capacidad para el monitoreo de la proporción de isótopos estables, y numerosos proyectos en el Instituto Nexus dependen de que tales mediciones se realicen. Se propone implementar un laboratorio de medición de isótopos estables de vanguardia en la Universidad Nacional de San Agustín que formará un enlace analítico con los laboratorios clave en la Universidad de Purdue. Los técnicos y docentes de Purdue expertos en geoquímica, hidrología y ecología de istopos estables capacitarán al soporte técnico de UNSA en la operación y aplicación a través de un programa de visitas académicas a ser implementadas en el Instituto Nexus Arequipa. El laboratorio analítico propuesto tendrá una capacidad instrumental muy similar a la de los laboratorios Purdue (https://www.eaps.purdue.edu/psi/). Tal instalación ayudará a elevar en la UNSA el liderazgo científico en la ciencia de los ecosistemas y en muchos aspectos de la ciencia de la sostenibilidad. Las variaciones de las proporciones de los isótopos estables de C, N, H, O, y S son utilizadas por laboratorios de ciencias ambientales de vanguardia en todo el mundo para comprender los procesos físicos y biológicos que rigen los sistemas terrestres. Las diferencias en las proporciones de deuterio e hidrógeno muestran patrones consistentes en todo el mundo y memorizan la influencia de la evaporación, la fuente de agua, la precipitación y la temperatura atmosférica (IAEA; De Vries, 2001). Adicionalmente mediciones isotópicas en aguas subterráneas pueden revelar la proporción relativa de la contribución del agua de lluvia y del derretimiento de los glaciares al almacen de agua subterránea. Se ha descubierto recientemente que la proporción de isótopos estables en ríos y precipitaciones en Perú tiene aplicaciones en la fuente de agua de las corrientes, pozos profundos y sistemas agrícolas (Bershaw et al., 2016). Estos enfoques pueden ser usados para determinar la variabilidad en la disponibilidad del agua del suelo para las plantas (IAEA). Tales enfoques son usados en todo el mundo para distribuir los recursos hídricos. La proporción relativa de 15N y 14N y 17O, 16O, 18O en nitrato en los ríos y el agua del suelo puede determinar la proporción relativa de fuentes de nitrógeno (tales como fertilizantes, N orgánico del suelo, contaminación atmosférica, desechos de animales) al ecosistema. Los enfoques multi-isótopos han sido usados para rastrear la escorrentía agrícola y los desechos de los sistemas fluviales en todo el mundo (Kendal et al., 2008; Liu et al., 2013; Hale et al., 2014). En casos como los de Perú y Chile, la composición de isótopos de N y O en nitratos del suelo del desierto han sido instrumentos en la determinación del nitrato de altura del desierto de Atacama (Michalski et al., 2004). La proporción relativa de isótopos 13C y 12C en el tejido foliar de cultivos y plantas puede informar sobre el estrés hídrico y la gestión a realizarse en ambientes con limitada disponibilidad de agua (Condon etal., 2002; Lucas et al., 2013; Obdiegwu, 2015; Ellesworth and Cousins, 2016), proporcionando información de como los diferentes tipos de cultivo construyen los bloques de materia orgánica del suelo en suelos erosionado, permitiendo determinar el aporte en la fuente de deshechos de biomasa de los ríos y corrientes debidos a la erosión (Dalzell et al., 2005; 2007). Los isótopos estables de C han sido recientemente utilizados para investigar el rol de la hidrología y la altitud en la distribución de diferentes mecanismos fotosintéticos en plantas de Perú (Szpak et al., 2013).

Palabras clave

no aplica

Problema central

La población de Arequipa enfrenta muchos desafíos para el uso sostenible del suelo y los recursos hídricos; incluyendo, la contaminación del agua y el suelo por actividades de extracción de recursos minerales del pasado y del presente, gestión deficiente del suelo y el agua en el contexto de la reciente intensificación agrícola, desertificación de las tierras altas debido al pastoreo excesivo y abandono de los andenes, exposición de depósitos de minerales tóxicos debido al retroceso glacial, disminución del hielo glacial, derretimiento por calentamiento climático; cambios en los patrones de precipitación. Para tener una población y una economía próspera y saludable; Arequipa y Perú en su conjunto deben superar estos desafíos a través de nuevas perspectivas en educación e investigación de vanguardia, desarrollo y aplicación de nuevas tecnologías sostenibles para la producción agrícola y extracción de recursos naturales, y la utilización estrategias de gestión. La biogeoquímica de isótopos estables es un campo de investigación interdisciplinaria que se enfoca en comprender las complejas relaciones entre los procesos físicos y biológicos que controlan la salud y el uso sostenible de nuestros sistemas de suelo, agua, aire y plantas. Dependiendo de la aplicación específica, combina principios de ciencia de sistemas de tierra, ecología, geología, hidrología, microbiología y química atmosférica con el monitoreo y experimentación detallados de los sistemas de la tierra usando la instrumentación para monitorear la relación de isótopos estable (espectrometría de masas conjuntamente con la basada en láser). El principio básico en su núcleo es que las variaciones en los isótopos estables de H, O, C, N y S se pueden utilizar para comprender los procesos físicos y biológicos que rigen los sistemas terrestres (Valley y Cole 2001; de Vries 2001; Dawson et al. al., 2002). Perú es una tierra de extremos geográficos, climáticos y poblacionales con necesidades y desafíos muy distintos y se necesitan datos sobre el estado ambiental y los procesos fundamentales que controlan la dinámica del agua, el suelo y la atmósfera para permitir decisiones de gestión y de políticas basadas en datos. Aunque Perú posee el 71 por ciento de los glaciares montañosos tropicales del mundo, se estima una reducción del 25% en la masa glacial (Stark et al., 2002), lo que ha afectado la disponibilidad de agua de deshielo, es importante considerar que la región costera desértica del Pacífico sur, que alberga aproximadamente 16 millones de casi 30 millones de peruanos tiene una agro economía de rápido crecimiento que depende del riego, y solo tiene el 2 % de los recursos hídricos del país. Perú alberga abundantes recursos genéticos de cultivos con una diversidad de papas y granos como el amaranto, la quinua y la chía. Estos recursos agrícolas tienen un gran potencial de crecimiento económico para Arequipa y Perú, pero el deterioro del suelo y el agua debido a malas prácticas agrícolas y la contaminación por metales de la extracción y la erosión reciente de depósitos minerales también ha creado una crisis de agua y seguridad alimentaria en algunas regiones que causa un riesgo significativo para la salud y un impacto negativo en la agro economía de Arequipa (ECLAC, 2016). La región de Arequipa en Perú necesita un laboratorio especializado de instrumentación biogeoquímica dedicado a la investigación de isótopos estables, que utiliza herramientas de medición y monitoro de vanguardia y sea capaz de evaluar aspectos críticos de la fuente, la calidad y los procesos que suceden en el suelo, el agua componentes atmosféricos y tejidos vegetales. Existen pocas herramientas más adecuadas para abordar estos impactos ambientales y de manejo de la tierra que la espectroscopía de monitoreo de isótopos estables. Se propone el establecimiento del Laboratorio de Investigación de Isótopos Estables de la UNSA mediante la compra de sistemas de análisis de isótopos de vanguardia.

Hipótesis planteada

no aplica

Resultados esperados

Implementacion de un laboratorio para la investigación de isótopos estables con equipos que permitan la evaluación de riesgos
ambientales y nutrientes en suelos, agua y plantas de la región Arequipa.

Impactos esperados

La UNSA tendrá la oportunidad de ser un programa líder en el Perú en la evaluación de isótopos en ecología y
biogeoquímica.
No existe una instalación de isótopos estables en la Universidad Nacional de San Agustín dedicada al análisis específico
del agua, suelo y plantas. Esta ausencia limita la capacidad de los científicos del suelo, agrónomos, hidrólogos e
ingenieros ambientales de la UNSA para realizar evaluaciones ambientales básicas como las fuentes de materia orgánica
que se acumulan en el suelo, la capacidad de rastrear la dinámica del agua en el suelo en las cuencas hidrográficas para
el conocimiento agronómicamente esencial, como la eficiencia del uso de agua y nitrógeno en los sistemas de cultivo en
el Perú.