Evaluación de la fitotoxicidad en suelos contaminados por metales pesados en pasivos ambientales minero-metalúrgicos

Ricardo Ernesto Somohano Gamboa (2013)

El impacto ambiental de las actividades minero-metalúrgicas está relacionado con su naturaleza extractiva y los residuos que producen. Los estudios sobre los efectos negativos de estas actividades humanas son de mayor interés debido a las graves consecuencias ambientales y los riesgos que pueden representar para la salud humana. A lo largo de su historia, estas actividades han dejado una huella evidente, como es el abandono de residuos, cuyos vestigios son conocidos como pasivos ambientales, que en la mayoría de los casos representan un riesgo permanente y potencial para la salud humana, el ecosistema y recursos naturales circundantes y la propiedad. Entre los pasivos ambientales de las actividades minero-metalúrgicas, resaltan los impactos por contaminación de suelos con Elementos Potencialmente Tóxicos (EPT) como son As, Pb, Cd, Hg, entre otros. Las posibles consecuencias de la presencia de EPT en suelo pueden ser variadas, pero sin duda los efectos adversos que pueden causar en especies vegetales es de especial relevancia por ser éstas la base de la productividad de los ecosistemas, por lo que cualquier posible efecto repercutiría en todos los niveles tróficos, además de que los EPT podrían transferirse a los consumidores. Los posibles efectos fitotóxicos por EPT pueden ser genotóxicos, fisiológicos y/o morfológicos los cuales pueden manifestarse mediante la disminución de la productividad, de la reproducción o mortalidad de las plantas. Para evaluar los posibles efectos fitotóxicos por exposición a suelos contaminados con EPT se han desarrollado diversas metodologías entre las que se encuentran los bioensayos, en los cuales se utilizan bioindicadores (especies vegetales sensibles) que presentan efectos causados por contaminantes presentes en suelo, agua o aire. La normativa nacional que establece los criterios de remediación de suelos contaminados con EPT (NOM-147-SEMARNAT/SSA1-2004) señala que para aquellos sitios donde no exista población humana expuesta, se requerirá determinar la vulnerabilidad de especies vegetales o animales ante la exposición a suelos contaminados con EPT, no obstante, esta normativa carece de lineamientos específicos para evaluar la vulnerabilidad a esta exposición. Por ello, con el propósito de contribuir en la evaluación de los potenciales efectos en la vegetación expuesta a suelos contaminados en pasivos ambientales minero-metalúrgicos, en esta investigación se estableció como objetivo diseñar y aplicar un modelo de análisis ambiental para determinar los efectos fitotóxicos generados por la fracción soluble de EPT presentes en suelos cercanos a un pasivo ambiental minero-metalúrgicos en el bioindicador Tradescantia clon 4430 a través de la determinación de parámetros de genotoxicidad y de efectos fisiológicos. La metodología desarrollada consistió primeramente en la obtención de muestras de suelo en el área circundante a un depósito de residuos metalúrgicos abandonados en la localidad Las Cuatas, en la región de Fresnillo, Zacatecas, en donde previamente se reportaron altas concentraciones de plomo, arsénico, cadmio y mercurio. El muestreo consistió en la selección de seis puntos de muestreo en áreas agrícolas y áreas sin aparente uso de suelo, para la obtención de suelo superficial (0-25 cm) que se consideró representativo de la capa donde ocurre la exposición de las raíces de especies herbáceas y arbustivas. Además, en cada punto de muestreo de suelo superficial, se obtuvo un núcleo de suelo hasta de un metro de profundidad, el cual se dividió en secciones de 25 cm para determinar la distribución de EPT con respecto a la profundidad. Los análisis químicos de las muestras de suelo consistieron en la determinación de la concentración total recuperable de 18 EPT por la técnica de Espectrometría de Masas con fuente de Plasma Acoplado Inductivamente (ICP-MS), además se determinó la fracción soluble de los mismos EPT mediante extracciones con agua meteórica simulada, según establece la NOM-147-SEMARNAT/SSA1-2004. Posteriormente, se evaluó la fitotoxicidad de la fracción soluble de EPT mediante la exposición del bioindicador Tradescantia clon 4430 aplicando dos técnicas diferentes, la primera consistió en la que establece la metodología estandarizada para la determinación de efectos genotóxicos que consiste en la inmersión de cortes de tallos directamente en el extracto que contenía la fracción soluble de EPT (Bioensayo 1), mientras que la segunda consistió en la exposición de las plantas a través de la raíz mediante riegos periódicos con el mismo extracto (Bioensayo 2). Los biomarcadores de efecto evaluados para ambos bioensayos consistieron en la determinación de micronúcleos (MCN) en células reproductivas como biomarcador de daño genotóxico, y en la determinación de la concentración de pigmentos fotosintéticos y mediciones de la conductancia estomática, como biomarcadores de efectos fisiológicos. Los resultados de la concentración total de EPT confirmaron que el suelo del sitio de estudio se encuentra contaminado por EPT, particularmente por As, Hg y Pb los cuales superaron los límites dictados por la NOM-147-SEMARNAT/SSA1-2004, como consecuencia del inadecuado manejo y disposición de los residuos que ahí se localizan y que ha tenido como resultado su dispersión por transporte fluvial y eólico hacia los suelos circundantes, incluyendo suelos de uso agrícola y de uso forestal. No obstante que ninguno de los EPT superó su respectiva concentración de referencia soluble que establece la NOM-147-SEMARNAT/SSA1-2004, en los bioensayos realizados con el bioindicador Tradescantia clon 4430, fue posible observar respuestas genotóxicas y fisiológicas de acuerdo a los biomarcadores de efecto evaluados. Los resultados de MCN, pigmentos fotosintéticos y conductancia estomática, como biomarcadores de estrés fitotóxico, mostraron significancia estadística con respecto a los controles negativos, cuando el bioindicador se expuso a la fracción soluble de EPT de los sitios de muestreo 2CF y 6CF, los cuales correspondieron a los suelos con las mayores concentraciones de EPT solubles. Por lo tanto, se demostró la capacidad de las fracciones solubles de EPT para causar efectos fitotóxicos, sugiriendo que aún cuando las concentraciones solubles de EPT no superan los criterios establecidos en la normativa nacional, pueden representar riesgos ecológicos por afectación a especies vegetales sensibles, por lo que en la caracterización de pasivos ambientales minero-metalúrgicos, sería recomendable incluir la evaluación de la fitotoxicidad de la fracción soluble de EPT mediante modelos similares al que aquí se propone. Con respecto al modelo experimental que se utilizó para evaluar los efectos genotóxicos por MCN de las fracciones solubles de EPT, se puede considerar como una herramienta confiable y de fácil aplicación, ya que el bioindicador Tradescantia clon 4430, demostró ser suficientemente sensible para responder a las variaciones típicas de concentración y movilidad en suelos contaminados por fuentes minero-metalúrgicas. No obstante, en el caso de los otros biomarcadores propuestos, será necesario continuar con la estandarización de las técnicas para la determinación de pigmentos fotosintéticos y de la conductancia estomática.

Tesis de maestría

CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA