Ambar Rosa Guzmán Morales:
Pavel Oriol Vázquez:
Orestes Cruz La Paz:
Ramiro Valdés Carmenate:
Pedro Antonio Valdés Hernández:
No existen conflictos de intereses entre los autores y con la institución.
La contaminación industrial de los suelos, con metales pesados afecta la inocuidad alimentaria, ambiental y por ende la salud humana, pues es una de las causas de cáncer. Sin embargo, existe un inventario florístico que reúne especies capaces de acumular en sus tejidos elevadas concentraciones de estos elementos sin mostrar signos de toxicidad, por lo tanto, pueden emplearse para mitigar este tipo de contaminación. El objetivo de este trabajo es proponer especies de plantas ruderales con fines fitorremediadores para mitigar la contaminación presente en un agroecosistema donde vierte desechos la Empresa de Cerámica Blanca “Adalberto Vidal”, en el municipio San José de las Lajas, Mayabeque. Se clasificó el suelo según las condicionales de contaminación existentes, se inventarió y clasificó la flora presente. El suelo estuvo Contaminado en Cu, Co, Zn y Pb. Se obtuvieron 79 especies botánicas, correspondientes a 34 familias reconocidas en la literatura como acumuladoras de metales pesados. Predomina
Industrial contamination of soils with heavy metals affects food safety, the environment and therefore human health, as it is one of the causes of cancer. However, there is a floristic inventory that gathers species capable of accumulating high concentrations of these elements in their tissues without showing signs of toxicity, therefore they can be used to mitigate this type of contamination. The objective of this work is to propose ruderal plant species for phytoremediation purposes to mitigate the contamination present in an agroecosystem where the White Ceramic Company "Adalberto Vidal", in the municipality of San José de las Lajas, Mayabeque. The soil was classified according to the existing pollution conditions, existing flora was inventoried and classified. The soil was classified as Contaminated in Cu, Co, Zn and Pb and in need of urgent remediation due to the concentrations of Ni and Cu; 79 botanical species were obtained, corresponding to 34 families recognized in the literature as accumulators of heavy metals.
La falta de implementación de buenas prácticas en diferentes procesos industriales, que incluye el descontrol de sus residuales, ha desembocado en la contaminación de suelos y aguas con metales como, cobre, plomo y cinc, entre otros (
Esta acumulación de contaminantes ha superado los mecanismos naturales de reciclaje y autodepuración de los sistemas receptores; por lo que las industrias y la política de los países desarrollados se han orientado para disminuir los niveles de emisión de sustancias.
De forma general, la presencia de contaminantes en el suelo se refleja de forma directa sobre la vegetación, la más frecuentemente: la acumulación de contaminantes en las plantas, sin generar daños notables en estas, coincidiendo con lo que plantean algunos autores como
Estas muestras evidentes de deterioro medioambiental, el efecto sobre la salud humana y la creciente presión social han ido creando conciencia en el hombre de la necesidad de su rehabilitación y motivando la búsqueda de soluciones para la eliminación de los contaminantes del suelo convirtiéndose en un objetivo prioritario en la mayor parte de los países industrializados.
Situación ante la cual surge como una alternativa ecológica, económica y “ambientalmente aceptable” la fitorremediación, la cual es una tecnología moderna que utiliza plantas para detoxificar ambientes contaminados con sustancias orgánicas o inorgánicas presentes en el suelo o agua y a la vez recuperar la cubierta vegetal de los suelos contaminados. En esta acción, especies con características particulares son cultivadas en el área afectada para acelerar su restauración (
Estas plantas tienen la habilidad de soportar mayores concentraciones de contaminantes orgánicos e inorgánicos como los metales pesados, tomándolos rápidamente y convirtiéndolos en metabolitos menos tóxicos (
La fitorremediación constituye un método competitivo y sencillo de limpiar las áreas contaminadas en todo el mundo. La identificación de plantas que germinan en ambientes muy contaminados presenta, frente a otros sistemas complejos de limpieza, un gran interés en la recuperación de suelos y/o aguas (
El objetivo del presente trabajo es proponer un listado de especies ruderales capaces de ser empleadas para fitorremediar áreas contaminadas con metales pesados provenientes de desechos industriales, teniendo en cuenta los niveles de contaminación presentes en el suelo donde se desarrollan.
En la
El área experimental pertenece a la Circunscripción 25 del Consejo Popular de Jamaica en el municipio San José de las Lajas y ha recibido por más de 62 años el vertimiento de desechos provenientes de la Empresa Cerámica Blanca “Adalberto Vidal” que es una fuente proveedora de metales tóxicos como el cadmio, plomo, zinc, entre otros, ya que entre sus materias primas se encuentran grandes volúmenes de todo tipo de arcillas y caolines que entre sus compuestos tienen presente estos elementos.
Se realizaron inspecciones visuales para analizar el deterioro de las condicionales del suelo, estas inspecciones se corroboraron con análisis físicos y químicos realizados al suelo durante tres muestreos en los años del 2016 al 2018.
Para el análisis del suelo, se tomaron tres puntos de muestreo por el método de las diagonales a tres distancias de la fuente de contaminación: 50 m, 100 m y 200 m y en tres profundidades: de 0 - 35 cm, de 35 - 70 cm, de 70 - 100 cm.
Para las comparaciones se ubicó un perfil patrón en la Finca “La Asunción”, ubicada en el mismo municipio, en un área no afectada por residuales, es un terreno no cultivado por más de 50 años, con una vegetación espontánea, sin posibilidades de inundación y no recibe tratamiento alguno.
Se realizaron análisis físicos y químicos: Físicos (Descripción morfológica del perfil: se realizó una calicata de 1,20 m de profundidad, se excavó de tal manera que el perfil principal quedara orientado al oeste de modo que el sol facilite la observación el mayor tiempo posible y con posterioridad se procedió a la descripción del perfil); Textura y Químicos (Na y K, Ca y Mg); pH (H2O, KCl); Materia Orgánica (%): método colorimétrico de Walkeley and Black y Contenido de metales pesados por Fluorescencia de Rayos X-Dispersiva en Energía.
Los análisis se realizaron en el Laboratorio Analítico del Departamento de Física Nuclear del InSTEC del InSTEC, empleando un detector de alta resolución de Si (Li) y una fuente radioisotópica de 238Pu de fotones de baja energía. Se utilizó una cámara de excitación de aluminio con un colimador para la radiación característica de 10 mm de diámetro y altura de porta-muestra ajustable. La mínima distancia fuente-detector es de 18 mm.
Para las determinaciones se utilizaron los siguientes materiales de referencia certificados (MRC): IAEA Soil-5 “SoilSample”, IAEA Soil-7 “SoilSample” (suministrados por la OIEA).
Se empleó un diseño de naturaleza factorial 2x2 totalmente aleatorizado, donde los factores fueron la distancia (nivel 1: 50 m, nivel 2: 100 m y nivel 3: 200 m) y la profundidad (nivel 1: 35 cm, nivel 2: 70 cm y nivel 3: 100 cm), así como su interacción y las variables respuestas las concentraciones de los metales. Para el análisis de los datos experimentales se empleó el programa estadístico STATGRAPHICS Plus para
Se establecieron tres muestreos en los años de estudio, para realizar los levantamientos florísticos, utilizando el Método aleatorio de Reconocimiento y Selección de Especies según
Además, se estimó la abundancia relativa de las especies a través del método visual.
Se seleccionó una planta de cada especie en óptimo estado fisiológico y con estructuras reproductoras, espigas en este caso, bien desarrolladas.
Se tomaron muestras vegetales a lo largo de tres líneas imaginarias paralelas a la carretera, ubicadas a los 30, 35 y 40 m de distancia, que es el punto de vertimiento de los residuales líquidos contaminados. Se seleccionaron las áreas que presentaban menor perturbación, es el lugar donde poseen suficiente madurez las espigas de las gramíneas y poder obtener una correcta identificación. En cada línea se tomaron siete muestras, separadas entre sí por 0,5 m. Esta cantidad de réplicas es el esfuerzo mínimo suficiente para lograr la máxima sensibilidad estadística, por obtenerse con esto un Grado de Libertad del Error superior a 10, considerando en este caso las restantes Fuentes de Variación como tres tratamientos y siete réplicas.
La identificación de las especies tuvo lugar en el Departamento de Botánica de la Universidad Agraria de la Habana. Se consultó a Expertos y se compararon las muestras con ejemplares de Herbario. En los casos necesarios, se detallaron caracteres con Estereoscopio y Microscopio Óptico “N-180 M”, ambos de fabricación china. Los manuales utilizados para la identificación fueron: Diccionario Botánico de Nombres Vulgares (
Para la Nomenclatura actualizada de las especies y su ubicación taxonómica en familias se utilizó:
Se determinaron estadígrafos de razón (porcentajes) a los datos obtenidos en los muestreos realizados, que se analizaron mediante la comparación de proporciones múltiples por el método Wald y se utilizó el programa
El área tiene una pendiente de entre 1-1,5 % donde diariamente son vertidos directamente los desechos de la producción de dicha Fábrica. Es un área que según estudios anteriores se considera representativa para establecer un estudio de este tipo, con una vegetación característica.
Después de una inspección visual pudo observarse que este sedimento posee una coloración gris plateado; relacionado con la fuente contaminadora, pues en la materia prima de la industria cerámica de consistencia arcillosa se encuentran metales pesados como Al, Cd, Cr, Mn, entre otros.
Según el mapa cartográfico 1:25000 (
La
Profundidad
(cm)
textura (%)
M.O.
(%)
pH
Ca2+
Mg2+
Na+
K+
CCB
Ca/Mg
H2O
KCl
CCB cmolckg-1de suelo
Suelo en estudio
0 - 35
Arena 41,32
Limo 11,5
Arcilla 47,18
3,07
7,3
6,4
29,00
6,50
0,14
0,09
35,73
4,46
35 - 70
2,7
7,7
6,5
28,50
0,60
0,18
0,12
29,40
47,50
70 - 100
6,6
7,7
6,8
55,50
2,70
0,15
0,12
58,47
20,55
Suelo patrón
0 - 35
Arena 30,82
Limo 4
Arcilla 65,18
3,9
7,1
6,2
23,5
8,5
0,21
0,94
32,94
2,76
35 - 70
2,2
7,1
5,9
16,0
11,5
0,21
0,56
28,27
1,39
70 - 100
0,6
6,9
5,4
27,5
3,0
0,21
0,43
31,14
9,16
Los resultados de pH pueden justificarse al analizar el elevado contenido de calcio (Ca) encontrado en las muestras, lo cual puede afectar la biodisponibilidad de algunos metales en el suelo. Autores como
Al valorar los contenidos de magnesio (Mg) en profundidad se detectó que hay una tendencia a la disminución, esto puede deberse a que en la mayor profundidad aparece el perfil pedogenético del suelo actuando el horizonte A como un filtro. El comportamiento del sodio (Na) y el potasio (K) es bajo y casi uniforme en todo el perfil lo que puede ser debido a la solubilidad que poseen estos cationes y del movimiento que puedan tener tanto vertical como lateralmente (
La
Letras desiguales difieren significativamente, según Duncan para valores con un 95 % de confianza Color rojo: Valores superiores a los límites permisibles según NC 27 (1999), UE (2016)
Ubicación
Profundidad
Mn2+
Co2+
Pb2+
Zn2+
Cu2+
Fe3+
Ni2+
(cm)
mg kg-1 de suelo
A 50 m de la fuente emisora
0 - 35
50c
76,5ab
42 100a
9 630a
406a
3 220c
34b
35 - 70
166b
606a
62 800a
15 400a
406a
6 627b
34b
70 -100
291a
50b
14 200b
4 550b
676a
24 027a
85b
A 100 m de la fuente emisora
0 - 35
254c
382ab
48 700a
14 200a
448a
8 180c
39b
35 - 70
1 460b
39,5a
2 800a
1 310a
615a
26 912b
83b
70 -100
2 930a
66,4b
1 930b
1 160b
145a
59 510a
184a
200 m Zona de cultivos
0 - 35
1 255c
21,7ab
297a
692a
109b
40 353c
85b
35 - 70
2 157b
33,8a
219a
377a
101b
49 231b
135ab
Coincidiendo con
Se obtuvo un inventario botánico compuesto por 79 especies de plantas pertenecientes a 34 familias, mostrando una prevalencia en las familias Poaceae, Asteraceae, Mimosaceae y Solanaceae.
En la
Todas estas especies comunes en Cuba son recomendadas en otros estudios para fitorremediar suelos (
La
Estas plantas de amplio arraigo popular, representan amenazas para la salud, por cuanto hiperacumulan elementos, que en pequeñas concentraciones son imprescindibles para el desarrollo de las especies, pero en concentraciones elevadas se consideran tóxicos alimentarios y son consumidas de forma directa por la población.
En la
Especie
Familia
N. Común
Metal que acumula
Hiperacu-
muladora
Acumu-ladora
Amaranthaceae
Bledo
Cd
0
x
Asteraceae
Romerillo
Cd
x
x
Boraginaceae
Alacrancillo
Fe
0
x
Brassicaceae
Mastuerzo
Pt
0
x
Euphorbiaceae
Higuereta
Cd, As
0
x
Euphorbiaceae
Golondrina
Pb, Zn
0
x
Euphorbiaceae
Hierba lechosa
Pb, Zn
0
x
Nyctaginaceae
Maravilla
Cd
0
x
Poaceae
Don Carlos
Pb, Zn, Cu
0
x
Pteridaceae
Helecho macho
Sb
x
0
Solanaceae
Yerba Mora
Cd
x
0
Typhaceae
Macío
Cd, Pb
0
x
En el caso, de
De las especies identificadas 3 están reportadas en la literatura que poseen características de acumulación elevada, cercana a la hiperacumulación, y estas son:
Según reporta
Lo mismo ocurre con
Toda esta variedad de especies presentes en el área permite seleccionar las que tiene posibilidades de fitorremediar el área de estudio (que coincide con
Se encontró en el área estudiada que el suelo está contaminado por Co, Zn, Cu, y Pb y sobre el mismo se desarrollan un grupo de 79 especies de plantas agrupadas en 34 familias, que no muestran evidencias de toxicidad ante la presencia de metales pesados, las cuales pudieron clasificarse en tres grupos: 84 % metal-tolerantes, 12,3 % acumuladoras y 3,7 % hiperacumuladoras por lo que se definen acciones para minimizar y/o erradicar el aumento de la contaminación del agroecosistema evaluado con el establecimiento de una política encaminada a implementar una estrategia de Fitorremediación (fitoextracción), manteniendo el suelo y/o sustrato con cobertura vegetal, favoreciendo la contención química; recomendando especies espontáneas en la zona, como Hiperacumuladoras: romerillo (