Contaminación en suelos y Fitorremediación. Ejemplo de La Bahía de Portmán Pedro Cano Estudiante de Ciencias Ambientales. Universitat de València [email protected]

RESUMEN Debido a la actividad humana, los suelos están expuestos a contaminantes, que afectan a la composición del suelo. En la actualidad existen varios métodos para la extracción de estos contaminantes, siendo el más viable desde el punto de vista ambiental la Fitorremediación, la cual utiliza plantas para extraer contaminantes, quedando éstos en los tejidos vegetales. El objetivo de este artículo es detallar las limitaciones que tienen esta técnica y sus ventajas. Para ello, y a partir de la revisión bibliográfica, se presentan varios casos de aplicación del método, con especial referencia a la Bahía de Portman, término municipal de La Unión, provincia de Murcia. Para aplicar la fitorremediación se estudia la zona midiendo algunos de los parámetros fisicoquímicos afectados por determinados contaminantes para ver que planta fitorremediadora se adaptaría más a estas condiciones de entre las tres plantas posibles que resisten las áridas condiciones atmosféricas de esta región. Los resultados indican qué contaminantes afectan más a las plantas y que plantas soportaran mejor las duras condiciones de los suelos contaminados. Se concluye que la planta fitorremediadora mejor adaptada al sudeste peninsular para eliminar contaminantes Salicornia ramosissima. Palabras clave: Contaminación, Suelos, Fitorremediación, Biorremediación, Recuperación.

INTRODUCCIÓN El contenido de metales pesados en el suelo debería ser únicamente función de la composición del material original y de los procesos edafogenéticos. Pero la actividad humana incrementa el contenido de estos metales en el suelo en cantidades considerables, siendo esta, sin duda, la causa más frecuente de las concentraciones tóxicas. Por ello, se considera que existe contaminación del suelo cuando la composición del mismo se desvía de su composición “normal”, denominada nivel o fondo biogeoquímico. Los metales pesados en el suelo suponen un riesgo por: su lixiviación hacia aguas superficiales y subterráneas, su absorción por las plantas, y finalmente, su paso a la cadena trófica. Las actividades humanas que han ejercido un efecto considerable en la concentración y movilidad de los metales en suelos son (Doménech, 1995): 1) Productos químicos agrícolas y lodos residuales. 2) Actividades de minería y fundición: Extracción de las menas, el procesado preliminar, la evacuación de los residuos y transporte de los productos semiprocesados. 3) Generación de electricidad y otras actividades industriales: La combustión de carbón es una de las principales fuentes de deposición de metales en suelos. 4) Residuos domésticos: Aproximadamente el 10% de la basura está compuesta de metales. Uno de los problemas ambientales más serios de las sociedades modernas es cómo deshacerse de este volumen de basuras. Las dos alternativas son enterrar o incinerar. El enterramiento puede contaminar las aguas subterráneas, mientras que la incineración puede contaminar la atmósfera al liberar algunos de los metales volátiles. En la actualidad existen varios métodos para la extracción de estos contaminantes, siendo el más viable, desde el punto de vista ecológico, el método de la 191

Fitorremediación. Ésta, se define como el uso de plantas verdes para eliminar los contaminantes del entorno o para reducir su peligrosidad (Salt et al., 1998). Estas fitotecnologías se pueden aplicar tanto a contaminantes orgánicos como inorgánicos, presentes en sustratos sólidos, líquidos o en el aire. Se distinguen varios tipos de fitorremediación: - La Fitoextracción es el uso de plantas acumuladoras de elementos tóxicos o compuestos orgánicos para retirarlos del suelo mediante su absorción y concentración en las partes cosechables (Jian et al., 1997; Dushenkov 2003). - La Fitoestabilizació, es el uso de plantas para reducir la biodisponibilidad de los contaminantes en el entorno, mejorando las propiedades físicas y químicas del medio. - La Fitoinmovilización consiste en el uso de las raíces de las plantas para la fijación o inmovilización de los contaminantes en el suelo. Junto con la anterior son técnicas de contención. - La Fitovolatilización es el uso de plantas para eliminar los contaminantes del medio mediante su volatilización, y para eliminar contaminantes del aire (Nuñez et al., 2004). - La Fitodegradación es el uso de plantas y microorganismos asociados para degradar contaminantes orgánicos (Newman et al., 1999; Kassel et al., 2002). - La Rizofiltración consiste en el uso de raíces para absorber y adsorber contaminantes del agua y de otros efluentes acuosos. La fitorremediación, por sí misma, muestra una serie de limitaciones, tales como: la localización del contaminante cercano a la rizosfera, las condiciones físicas y químicas del suelo (tales como el pH, la salinidad y el contenido de nutrientes, que pueden limitar el crecimiento vegetal), la concentración del contaminante (que debe estar dentro de los límites tolerables para la planta), riesgos de lixiviación de los contaminantes más móviles, y accesibilidad a la zona contaminada. Por lo tanto, estas tecnologías son especialmente útiles para su aplicación en grandes superficies, con contaminantes relativamente inmóviles o con niveles de contaminación bajos, y deben considerarse procesos de recuperación a largo plazo. La aparición de la fitorremediación enseguida tuvo eco entre los investigadores europeos y, fruto de ello, surgieron varias iniciativas y proyectos, entre los cuales destacan la creación de redes científicas específicas, como: PHYTONET (Marmiroli y Monciardini, 1999), y las acciones COST 837 (1993-2003) y 859 (en vigor hasta 2009) (Vanek y Schwitzguébel, 2003). El objetivo de este artículo es detallar las limitaciones y ventajas que tiene la Fitorremediación. A través de la revisión bibliográfica de los estudio de la Bahía de Portman se muestran los últimos resultados en la fijación de los metales por las plantas.

EXPERIMENTAL Se ha efectuado una revisión bibliográfica de los principales contaminantes del suelo por acción antrópica. Además, se ha estudiado la eficiencia de la fitorremediación en publicaciones especializadas en las que se explica en qué consiste, las aplicaciones que tiene, y algunos ejemplos prácticos de casos en los que se ha aplicado la fitorremediación.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN 1.- Los metales pesados en el Sistema Terrestre. Nragu (1986) estimó que la cantidad anual de vertidos de metales en suelos ascendía a unos 5 mil billones de Kg. Estos procedían de cenizas de combustión (74 %), desechos urbanos (9%), de la Turba (6%), de residuos procedentes de la industria metalúrgica (6%), de Residuos de materia orgánica (3%) y de fertilizantes (2%) (Figura 1).

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Metales y su contribución a la contaminacion de los suelos 6%

3% 2% Cenizas de combustión

6% Desechos urbanos Turba

9%

Residuos metalurgia

74%

Residuos materia orgánica Fertilizantes

Figura 1. Balance de la cantidad anual de vertidos de metales en suelos (Casas, 1998) Estos metales pesados incorporados al suelo pueden seguir cuatro vías diferentes pueden quedar retenidos en el suelo, ya sea disueltos en la solución del suelo o bien fijados por procesos de adsorción, complejación y precipitación; pueden ser absorbidos por las plantas y así incorporarse a las cadenas tróficas; pueden pasar a la atmósfera por volatilización o pueden movilizarse a las aguas superficiales o subterráneas como se describe en la figura 2 (adaptado de Calvo Anta, 1997).

Figura 2.Caminos que siguen los metales pesados al entrar en contacto con el suelo.

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Estos metales pesados ponen en riesgo la calidad y funcionalidad del suelo. Los riesgos producidos son función de la toxicidad y del carácter acumulativo de cada elemento. De entre los iones metálicos más tóxicos cabe destacar el Cd y Hg (cadmio y mercurio). El primero se encuentra en forma catiónica y sus propiedades se asemejan a las del ión calcio. Su interacción con los constituyentes edáficos es más fuerte que la de este último. Debido a su extrema toxicidad, cualquier vertido en el suelo da lugar a situaciones muy problemáticas (Juan Arturo, 2001). El mercurio en el suelo se presenta, en principio, precipitado como hidróxido Hg(OH)2. No obstante, en medios no muy oxidantes el Hg (II), puede reducirse a Hg (I) y después a mercurio metálico, el cual es muy volátil y puede difundirse fácilmente por los poros del suelo. La sensibilidad de los suelos a la agresión de los agentes contaminantes va a ser muy distinto dependiendo de una serie de características edáficas, como son: pH, Textura, Estructura, Mineralogía de las arcillas, Materia Orgánica, Capacidad de cambio, Condiciones redox, Óxidos e hidróxidos de Fe y Mn, Carbonatos, Salinidad, etc, (Casas, 1998). Una planta fitorremediadora realiza la función de limpieza de contaminantes siguiendo tres fases: absorción, excreción y desintoxicación de contaminantes. - La absorción de contaminantes se realiza a través de las raíces y las hojas mediante los estomas y la cutícula de la epidermis (Watt y Evans 1999). Esta absorción ocurre en la rizodermis de las raíces jóvenes, que absorben los compuestos por ósmosis dependiendo de factores externos como la temperatura y el pH del suelo. - Los contaminantes que se absorben por las raíces, se excretan vía hojas (fitovolatilización). Cuando las concentraciones de los contaminantes son elevadas, solo pequeñas fracciones (menos del 5 %) se excretan sin cambios en su estructura química. - La desintoxicación de los compuestos orgánicos se lleva a cabo por la vía de la mineralización hasta dióxido de carbono.

2.- La Bahía de Portmán Un ejemplo del uso de la fitorremediacion lo encontramos en Cartagena, concretamente en la Bahía de Portmán, dónde se ha llevado a cabo uno de los trabajos más interesantes. La sierra de Cartagena–La Unión es una de las zonas más importantes del territorio español en cuanto a actividad minera. En el siglo XX, se produjo una importante actividad minera que se tradujo en vertidos de estériles, escombros y otros productos contaminantes al mar. Entre 1957 y 1987 se produjeron grandes cantidades de escombros minerales que fueron vertidos a la Bahía de Portmán, calculándose unas 315 millones de toneladas de estériles minerales vertidos en total. Estos estériles procedían del lavadero de flotación diferencial “Roberto”. En 1977 se conoce con precisión la concentración de los estériles minerales vertidos, la cual se caracterizaban por una alta concentración en metales pesados (cadmio y plomo) y otros productos contaminantes utilizados en el lavado del mineral (sulfato de cobre, cianuro sódico, sulfato de cinc, ácido sulfúrico, etc.). En 1988 la empresa Peñarroya vendió los terrenos, mientras la nueva empresa que adquirió los derechos de estos terrenos exigió fondos públicos para la recuperación de los mismos. El objetivo final de esta recuperación es la recalificación de los terrenos como urbanos.

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Figura 2. Fotografía del lavadero de flotación diferencial “Roberto”, desde el cual se realizaban los vertidos a la bahía (al fondo de la imagen).

Se ha revisado el experimento realizado en la zona, en el distrito minero de Cartagena-La Unión en el año 2001, con el fin de conocer la viabilidad de la recuperción de estos espacios degradados (Ramos Castellanos et al., 2002). En la primera mitad de dicho año, se realizó un muestreo de los pantanos o balsas de estériles de esta zona. Se escogieron tres zonas representativas: - Zona A: Bahía de Portmán. Tenía una profundidad de 20 metros y estaba colmatada de estériles procedentes del cercano lavadero Roberto. - Zona B: Entorno del pantano de Belleza. Esta zona estaba afectada por materiales procedentes de un lavadero y una pequeña fundición. - Zona C: Pantano del Lirio. Se trataba de un pantano de estériles con un depósito de estériles de 750000 m3. En cada una de estas tres zonas fueron establecidas parcelas de 64 m2 y de cada parcela se tomaron muestras de suelo y de plantas, incluyendo el correspondiente suelo rizosférico de cada planta. Las plantas que se utilizaron en este experimento fueron las que colonizaron la zona de forma natural. En la zona A se utilizaron las siguientes especies: Phragmites australis, Sarcocornia fruticosa y Salicornia ramosissima. En la zona B Piptatherum miliaceum, Helychrisum decumbens y Lygeum spartum; Y en la zona C Zygophyllum fabago. Los métodos que se utilizaron en el experimento fueron: - Para las muestras de suelo: Se calculó el carbonato cálcico equivalente, se obtuvieron los valores de pH, se calculó la conductividad eléctrica del extracto 1:1, se analizó la granulometría dispersando los agregados con hexametafosfato sódico, se calcularon los contenidos de Pb, Cu y Zn asimilables, - Para las muestras de tejido vegetal: Se calculó la concentración de Pb, Cu y Z en la materia vegetal. De los resultados se deduce que, en las tres zonas, la vegetación que se use para la fitorremediación debe de estar adaptada a la existencia de texturas arenosas, que se caracterizan por retener poca cantidad de agua y, debido a que estamos en una zona con una precipitación media anual que ronda los 300 mm, esto tiene una importancia trascendental, ya que la vegetación debe de estar adaptada al estrés hídrico. En la zona A se debe tener en cuenta la alta salinidad que posee, ya que esta propiedad, junto con la anterior, impone límites para la correcta selección de plantas para esta zona.

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Zona A Hor. Superior Hor. Inferior Phragmites australis Sarcocornia fruticosa Salicornia ramosissima Zona B Parcela de estudio Piptatherum miliaceum Helychrisum decumbens Lygeum spartum Zona C Parcela de estudio Zygophyllum fabago

Textura

pH agua

KCl

C.E. dS/m

CaCO3

Franca Arenosa Franca Franca Franca

7,1 7,7 7,4 7,3 6,8

7,0 7,3 7,3 7,2 6,5

53,6 6,4 36,0 50,1 88,1

0,0 0,0 0,0 0,0 0,0

Franco – arenosa Franco – arenosa

4,1 5,1

3,7 4,7

5,7 3,4

0,0 0,0

Franco – arenosa

6,6

6,3

2,9

0,0

Franco – arenosa

3,7

3,2

2,8

0,0

Franco – arenosa Franco - arenosa

7,4 7,5

7,3 7,3

3,4 4,3

5,8 4,2

Tabla 1. Propiedades físico - químicas del suelo obtenidas a través de los análisis realizados sobre las muestras de suelo de los vértices de la parcela y el suelo rizosférico. (Ramos Castellanos et al., 2002)

En la zona B hay que contar con los valores bajos de pH dominantes en esta zona, que en algunos casos rozan e incluso superan el valor de pH 4. Esta característica también es importante para seleccionar un tipo de plantas que estén adaptados a estos valores de pH, ya que a valores muy bajos de pH la disponibilidad de ciertos metales es elevad y puede ser tóxica para cierto tipo de plantas que no estén adaptadas (tabla 1). Por otra parte, si analizamos las concentraciones de metales pesados en el suelo que estén bioasimilables, observamos que la zona que posee una mayor concentración absoluta de Pb es la zona B, siendo la zona A la que posee una menor concentración absoluta de Pb. Por lo que respecta al Cu, la mayor concentración se da en la zona A, seguida de la zona B y C respectivamente. Por último, la zona con mayor concentración de Zn es la zona A, mientras que la zona B es la que posee la menor concentración de Zn (ver tabla 2). Por último, se analizarán las concentraciones de los metales que han absorbido las plantas y que han pasado a sus tejidos. (mg/kg)Æ Zona A Phragmites australis Sarcocornia fruticosa Salicornia ramosissima Zona B Piptatherum miliaceum Helychrisum decumbens Lygeum spartum Zona C Zygophyllum fabago

Parte aérea Pb Cu Zn

Parte radicular Pb Cu Zn

5,8 14,5 39,3

5,7 8,3 22,8

20,8 67,5 218,3

6,7 17,8 -

5,2 9,5 -

40,3 95,8 -

5,7

3,0

10,5

332,7

7,3

187,5

44,2

10,0

113,7

24,8

5,8

49,8

25,0

6,0

17,2

16,8

3,7

33,5

59,2

16,7

755,0

81,7

10,83

525,7

Tabla 2. Concentraciones de metales en los tejidos de las plantas analizadas. (Ramos Castellanos et al., 2002)

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Figura 3. Zygophyllum fabago es un planta herbácea con gran capacidad de asimilar metales pesados, en especial Zn (Foto Facilitada por el Sr. Angel Lorenzo).

De los resultados analizados en el apartado anterior, se concluye que: - La planta más adecuada para tratamientos de fitorremediación en zonas salinas y de terrenos de granulometría arenosa, es decir, zonas cercanas al mar, es Salicornia ramosissima. - Para suelos con una granulometría más o menos franca y con valores de pH ácidos a muy ácidos, las plantas más adecuadas para fitorremediación serían Piptatherum miliaceum y Helychrisum decumbens. - Para suelos con granulometría franca y valores de pH alrededor de 7, la planta más adecuada para tratamientos de fitorremediación sería Zygophyllum fabago. 3.- Azcalcollar El ejemplo de Aznalcollar es fruto de un vertido de lodo pirítico procedente de la mina de Aznalcollar en 1998 afectó a 4286 ha de suelo de los que el 59,7% eran suelos agrícolas. Los principales elementos responsables de la contaminación fueron As, Cd, Cu, Pb y Zn, junto con la acidificación de los suelos causada por la oxidación de los sulfuros metálicos. Este caso dramático de contaminación supuso un extraordinario movimiento de la comunidad científica española y extranjera, que permitió poner en práctica técnicas biológicas de recuperación basadas en el uso de plantas (Fitorremediación), que permitiera el desarrollo del plan del Corredor Verde del Guadiamar por la junta de Andalucía (Ecosistemas, art. 483) 4.- Chernóbyl A raíz del accidente de la central nuclear de Chernóbyl el año 1986, la zona quedó contaminada con sustancias radiactivas. Esto motivó la instalación de un ensayo donde se cultivaron girasoles en las pequeñas lagunas cercanas a la zona del desastre. Esta medida logró reducir hasta en un 90% el Cesio 137 y el Estancio 90 durante un periodo de dos semanas (Ecosistemas, art.490)

5.- Chile Respecto a la fitorremediación en Chile, cabe señalar que existen condiciones favorables para el desarrollo de varias especies. Ejemplo de Puchuncaví, proyecto realizado por la universidad Católica de Valparaíso, y busca revertir el daño del suelo y recuperar la capacidad productiva de la tierra. (Ecosistemas, art.490).

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CONCLUSIONES A pesar de las limitaciones con las que cuentan las técnicas de fitorremediación, también cuentan con las siguientes ventajas: (i) se pueden realizar in situ, (ii) permiten su aplicación (tanto a suelos como a aguas) sólo requieren prácticas agronómicas convencionales, (iii) actúan positivamente sobre el suelo mejorando sus propiedades físicas y químicas, y (iv) son medioambientalmente aceptables, debido a que se basan en la formación de una cubierta vegetal. Estas técnicas de fitorremediación son una de las prácticas más eficientes de las que se pueden aplicar para extraer metales pesados del suelo y tienen efectos positivos para el medio ambiente, de manera que promoviendo estas técnicas, se podría revertir el daño del suelo contaminado por metales pesados.

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