Prácticas Agronómicas para la Remediación de Suelos Contaminados con Metales Pesados

Ing. Agr. MSci. Marta S. Zubillaga Facultad de Agronomía UBA

Metales pesados „ Densidad

> 6 gcm3

Contaminación ambiental Toxicidad Ecotoxicidad

ELEMENTOS TRAZA ESENCIALES Actualmente la Organización Mundial de la Salud considera los siguientes elementos como esenciales para la salud humana:

zinc, „ Hierro, „ cobre, „ cromo, „ yodo, „ cobalto, „

molibdeno y „ selenio „ silicio „ Manganeso „ Níquel „ Boro „ vanadio „

Funciones „ B,

Cu, Zn, Fe, Mn, Mo, Zn esenciales para la nutrición de plantas

„ Cu,

Co, Fe, As, Mn, Mo, Zn, Cr, F, Ni, Se, Sn y V esenciales en la nutrición animal

Metales Pesados Tóxicos „ „ „ „ „ „ „ „

As Arsénico Cd Cadmio Pb Plomo Hg Mercurio Tl Talio U Uranio No se les conoce función específica Originan problemas de salud cuando entran en la cadena alimenticia

Metales pesados en suelo „ Derivados

de los procesos de meteorización del material parental

„ Provenientes

de procesos de contaminación

Fuentes antropogénicas de contaminación •Fertilizantes y enmiendas •Agua de riego •Residuos animales y barros cloacales •Pesticidas y otros químicos

Contaminación del suelos

•Industria, Minería, Trafico Contaminación de aguas subterráneas

„

El escurrimiento y lixiviación desde sitios contaminados conlleva a un incremento en la concentración de metales en las aguas superficiales y subterráneas.

„

Por otra parte, altas concentraciones de elementos traza en suelos puede conducir a suelos improductivos a causa de su fitotoxicidad y puede causar bioacumulación en animales y humanos (Abdel-Sahab et al. 1994)

Biodisponibilidad

Indicador clave de riesgos potenciales que posee el contaminante, tanto ambientalmente como para la salud humana

Existen diferencias en el comportamiento de los diferentes elementos traza en el suelo y su rol en las plantas y animales. „ Cadmio

móviles

y el cinc son relativamente

„ Plomo

y el cobre presentan mayor inmovilidad en suelos (Nissen, Lepp 1997; Watson et al. 1999)

Diversos estudios han mostrado un alto grado de retención y baja solubilidad de los metales en el suelo, afectada por parámetros del suelo tales como:

pH, ‹concentración del metal, ‹capacidad de intercambio aniónico ‹contenido de materia orgánica ‹mineralogía del suelo

‹

(Martí (Martínez, Motto 2000; Kookana, Kookana, Naidu 2001; Zhu 2000).

REMEDIACIÓN Remoción de contaminantes del medio ambiente - suelo, aguas subterráneas, sedimento o aguas superficiales- para la protección general de la salud humana y del ambiente, o de tierras provistas para el desarrollo de la agricultura o esparcimiento.

REMEDIACION INMOVILIZACIÓN DE METALES FITOREMEDIACIÓN

INMOVILIZACIÓN DE METALES „

Contenido de materia orgánica del suelo es el componente mas importante para la retención de iones metálicos traza, afectando por lo tanto su absorción por la planta y su posterior transferencia a humanos y animales.

„

Precisamente, como una alternativa de disposición de los residuos o también con la intención de remediar sitios contaminados o incrementar la fertilidad de los suelos, diversos materiales orgánicos han sido aplicados a ellos en forma de compost o residuos.

„

Diversas investigaciones aportan que incorporaciones de materiales orgánicos compostados puede actuar movilizando a los elementos traza, siendo un factor promotor de la absorción de metales por las plantas y contaminación de las capas de agua subterráneas

„

Este efecto puede deberse al incremento de ligandos orgánicos solubles en el suelo a través de la aplicación de compost (Kaschl et al. 2001)

Efecto de diferentes enmiendas sobre las limitaciones de lixiviación

Concentracion de Cd en lixiviados de suelos enmendados con diferentes niveles de enmiendas. GWC: compost de residuos verdes SC: compost de aguas residuales B= bentonita, Z= Zeolita

A mayores concentraciones de compost < cc en lixiviados. La aplicación de B y Z tuvo mayor repercusión cuando se adicionó a compost de biosólidos René van Herwijnen, 2007

Cd y Zn intercambiable durante la incubación con diferentes enmiendas Zn intercambiable 60

ug g-1

50 40 30 20 10 0

Cd intercambiable 0

14

28

42 tiempo de incubación

Suelo sin compost Suelo + Compost 3 + Ca Suelo + Ca

6

ug g-1

5 4 3 2 1 0 0

Zubillaga et al., 2006

14

28

42

FITORREMEDIACIÓN Conjunto de métodos para degradar, asimilar, metabolizar o detoxificar metales pesados, por medio de la utilización de plantas que tengan la capacidad fisiológica y bioquímica para absorber, retener degradar o transformar dichas sustancias a formas menos tóxicas.

Mecanismos de la fitoremediación ‹Fitoestabilización

‹Fitoacumulación

‹Fitovolatilización

Mecanismos de fitoremediación mediante la absorción de metales

Fitoestabilización Las raíces de las plantas absorben, precipitan y concentran metales pesados

Lolium perenne L

Especies de plantas establecidas en las pruebas de campo con Fitoestabilización de suelos contaminados con metales (Mench, 2003) Especies de Plantas

Sitios

Agrostis castellana, Agrostis delicatula Holcus lanatus, Cytisus striatus, Lotus corniculatus, Poa compressa, Agrostis gigantea Poa pratensis, Phleum pratense, Festuca arundinacea, Festuca rubra Agrostis capillaris, F. rubra

Jales, Portugal Copper Cliff, Canada MaatheideLommel, Belgium

Fitoacumulación Las plantas tolerantes, absorben y translocan metales a parte aérea. Se usan para reducir la movilidad de los mismos y evitar el pasaje a napas subterráneas o al aire.

Fitovolatilización: Las plantas absorben los metales pesados y los liberan a la atmósfera con la transpiración

Contaminantes como el Mercurio, selenio

Efecto de la Fitoestabilización y Fitoacumulación

Parte vegetal aérea= fitoacumula Raíz= fitoestabiliza

Ensayo con Festuca arundinacea Cátedra de Fertilidad y Fertilizantes FAUBA

2º Time - Total Cd

EFECTO DE LA FITORREMEDIACION Y LA APLICACIÓN DE ENMIENDA ORGÁNICA EN LA MOVILIDAD DE METALES PESADOS EN EL PERFIL DE UN SUELO CONTAMINADO

suelo

10

ug g-1

8 6 4 2 0 A Control Plant

Bt

BC

Pb-DTPA

Column Compost Compost-Plant

7 6 5 4

ab

2º muestreo a

c b

3 2 1 0

a

A

Zubillaga et al., 2006

a

a

a

Bt

a

b

b

BC

Control Compost Planta Comp-Planta

Zubillaga et al., 2006

b

HEAVY METAL MOBILITY IN POLLUTED SOILS: EFFECT OF DIFFERENT TREATMENTS

0

0.25

0.5

0.75

mg

Zn

1

„

Para los cuatro metales analizados y todos los tratamientos, el mismo patrón de lixiviación, con mayor masa de metales pesados en el horizonte A.

„

El horizonte Bt, con 62.9% arcilla, presenta una barrera al pasaje de metales. Los minerales de arcilla juegan un rol en la inmovilización de metales pesados a través del efecto de complejación superficial debido a su alta superficie específica

„

El contenido de HM del horizonte contaminado del suelo superó los límites establecidos por regulaciones internacionales. No obstante, las concentraciones de dichos metales en los lixiviados de los distintos horizontes mostraron que rara vez superan los límites establecidos en aguas para distintos usos.

0 10 cm

20 30 40 50

Control

Compost

Plant

Compost+Plant

Zubillaga et al., 2006

Netherlands

Acumulacion de MP en suelos agricolas y riesgo de incrementar la lixiviacion La disminucion en el tiempo es debido a restricciones de uso de diversos insumos, a pesar de ello la acumulacion de HM en suelos superficiales continúa.

Lixiviación desde fuentes agrícolas

La lixiviacion presentada esta fuertemente relacionada con el escurrimiento subsuperficial afectado especialmente por la aplicación de estiércol, efecto redox y la retención y liberación de metales desde sedimentos Schipper et al.,2008

Platas utilizadas con fines de remediación

Hiperacumuladoras : Thlaspi caerulescens (1865) Más de 400 especies del genero Thlaspi „ Naturalmente endémicas de los sitios metalíferos : „ Acumulan los metales en sus partes aéreas „ > 1% de metal en la materia seca „ Cd, Co, Cr, Cu, Mn, Ni, Pb, Zn, As, Se… „

Fotos : C. Schwartz

Thlaspi caerulescens, Zn, Cd, Pb

Número de plantas hiperacumuladoras identificadas (Fuente: Baker, 1995)

Metal

Concentración en las hojas (%MS)

Cadmio Cobalto Cobre Níquel Plomo Manganeso Zinc

> 0 .01 > 0.1 > 0.1 > 0.1 > 0.1 >1 >1

Número Número de especies de Familias

2 26 24 >300 5 8 18

1 12 11 35 3 5 5

Fitoextracción = reducción del riesgo

No acumulador

? Hiperacumulador pool no fitodisponible

pools disponibles

cantidad removida por fitoextracción

Ventajas „

Tecnología in situ,

„

Solución de tratamiento definitivo (fitoextracción)

„

Mantiene y aumenta la fertilidad de los suelos

„

Método extensivo (grandes surperficies)

„

Posible reciclaje de los metales

„

Aceptada socialmente

„

Bajos costos

Consideraciones finales „

La aplicación conjunta de Técnicas de remediación pueden tener un efecto sinérgico en la remediación de suelos.

„

Así el incremento de la biodisponibilidad de metales acelera los tiempos y la eficiencia de la fitoremediacion

MUCHAS GRACIAS