1
UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍN DE AREQUIPA
FACULTAD DE INGENIERÍA DE PROCESOS
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA AMBIENTAL
“REMEDIACIÓN DE SUELOS CONTAMINADOS CON PLOMO
(Pb) MEDIANTE EL EMPLEO DE GIRASOL (Helianthus annuus)
Y ESTIÉRCOL DE LOMBRIZ ROJA (Eisenia foetida) EN
CONDICIONES CONTROLADAS ”
Tesis presentada por la Bachiller
SHADAI EMILY
FEBRES FLORES
Para optar el título profesional de
INGENIERA AMBIENTAL.
Asesor:
Dr. Guido Juan Sarmiento Sarmiento
AREQUIPA - PERÚ
2019
2
JURADO DICTAMINADOR
Luis Alberto Alvarez Soto
Presidente
Juan Manuel Jara Gonzales Juan Carlos Licona Paniagua
Integrante Secretario
3
AGRADECIMIENTOS
Agradezco a Dios por bendecirme con la vida, por guiarme a lo largo de mi existencia, ser el ente
donde me sostuve cuando quise renunciar, por darme la fortaleza en aquellos momentos de
dificultad y de debilidad.
Gracias a mis padres: John y Matilde; por ser los principales promotores de mis sueños, por confiar
y creer en mi, en mis expectativas, por los consejos, valores y principios que me han inculcado.
Agradezco a todos los docentes de la Escuela Profesional de Ingeniería Ambiental de la
Universidad Nacional San Agustín Arequipa, por haber compartido sus conocimientos a lo largo
de la preparación de mi profesión, de manera especial, al Ing. Guido Sarmiento, asesor del
proyecto de tesis quien ha guiado con su paciencia, y su rectitud como docente.
DEDICATORIA
La presente tesis es dedicada principalmente a Dios, por ser el inspirador y el principal proveedor
de fuerza para continuar en este proceso de obtener uno de los anhelos más deseados.
A mis padres, por su amor, trabajo y sacrificio en todos estos anos, gracias a ustedes he logrado
llegar hasta aquí y convertirme en lo que soy. Es un orgullo y privilegio ser su hija.
A mis hermanos, tías y abuelos por estar siempre presentes, acompanandome y por el apoyo moral,
que me brindaron a lo largo de esta etapa.
A todas las personas que me han apoyado y han hecho que el desarrollo de la presente tesis se
realice con éxito.
4
ÍNDICE
CONTENIDO: PAGINA:
RELACIÓN DE CUADROS 6
RELACIÓN DE FIGURAS 8
RESUMEN 10
ABSTRACT 12
CAPITULO I: GENERALIDADES 14
INTRODUCCIÓN 14
ANTECEDENTES 15
HIPÓTESIS 18
OBJETIVOS 18
CAPITULO II: REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA 19
2.1 CONTAMINACIÓN DE SUELOS 19
2.1.1 Generalidades 19
2.1.2 Contaminación por elementos pesados 20
2.1.3 Contaminación de suelos por plomo 22
2.1.4 Contaminación por plomo en el cuerpo humano 25
2.2 REMEDIACIÓN DE SUELOS CONTAMINADOS 30
2.2.1 Generalidades 30
2.2.2 Tecnologías de remediación de suelos contaminados 31
2.2.3 Fitorremediación de suelos contaminados 33
2.2.4 Biorremediación de suelos contaminados 37
5
CAPITULO III: MATERIAL Y METODOS 40
3.1 DESCRIPCION DE LAS CONDICIONES EXPERIMENTALES 40
3.2 SECUENCIA DE LA INVESTIGACIÓN 41
3.3 MATERIALES 42
3.4 MÉTODO 43
3.5 TRATAMIENTOS Y DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN 45
3.5.1 Tratamientos estudiados en la investigación 45
3.5.2 Diseño experimental y análisis estadístico 46
3.5.3 Disposición de tratamientos 47
3.6 EVALUACIONES 48
3.6.1 Previo al proceso de remediación 48
3.6.2 Durante el proceso de remediación 49
CAPITULO IV: RESULTADOS Y DISCUSION 52
4.1 PREVIO AL PROCESO DE REMEDIACIÓN 52
4.1.1 Germinación de semillas de girasol 52
4.1.2 Fitotoxicidad en semillas de girasol 53
4.1.3 Análisis de suelo 56
4.1.4 Análisis de estiércol de lombriz 58
4.1 DURANTE EL PROCESO DE REMEDIACIÓN 59
4.1.1 Determinación de plomo no remediado y remediado en el suelo 59
4.2.2 Determinación de plomo en drenaje 65
4.2.3 Plomo en plantas de girasol; factor de bioconcentración y traslocación
de plomo 67
6
4.2.4 Tamaño de plantas de girasol (parte aérea) 73
4.2.5 Tamaño de raíces de girasol 75
4.2.6 pH del suelo 78
4.2.7 Análisis edafológico final del suelo 80
CAPITULO V: CONCLUSIONES 82
CAPITULO VI: RECOMENDACIONES 83
CAPITULO VII: BIBLIOGRAFIA 84
ANEXOS 89
7
RELACIÓN DE CUADROS
Cuadros: Página
Cuadro 1: Tratamientos propuestos para la investigación. Arequipa. 2019. 45
Cuadro 2: Estructura del ANVA. 47
Cuadro 3: Resultados de la prueba de germinación de semillas de girasol.
Arequipa. 2019.
53
Cuadro 4: Resultados de la prueba de fitotoxicidad en semillas de girasol por
aplicación de 35 ppm de plomo. Arequipa. 2019.
54
Cuadro 5: Resultados de la prueba de fitotoxicidad en semillas de girasol por
aplicación de 70 ppm de plomo. Arequipa. 2019.
54
Cuadro 6: Resultados de la prueba de fitotoxicidad en semillas de girasol por
aplicación de 105 ppm de plomo. Arequipa. 2019.
55
Cuadro 7: Resultados de análisis de suelo empleado en el proceso de
remediación. Arequipa. 2019.
56
Cuadro 8: Resultados de estiércol de lombriz empleado en el proceso de
remediación. Arequipa. 2019.
59
Cuadro 9: Resultados del contenido de plomo no remediado (ppm) en el suelo
al final del proceso de remediación. Arequipa. 2019.
60
Cuadro 10: Resultados del contenido de plomo remediado (ppm) en el suelo
al final del proceso de remediación. Arequipa. 2019.
61
Cuadro 11: Resultados de eficiencia de remediación de plomo para cada
tratamiento evaluado al final del proceso de remediación. Arequipa. 2019.
61
Cuadro 12: Resultados del contenido de plomo (ppm) en el
drenaje recolectado al final del proceso de remediación.
Arequipa. 2019.
66
Cuadro 13: Resultados del contenido de plomo (ppm) en plantas de girasol de
los tratamientos T1 y T3 evaluado a 70 días de la instalación de la
investigación. Arequipa. 2019.
67
8
Cuadro 14: Resultados del contenido de plomo (ppm) en plantas de girasol de
los tratamientos T1 y T3 evaluado a 90 días de la instalación de la
investigación. Arequipa. 2019.
67
Cuadro 15: Resultados del factor de bioconcentración (FB) de la parte aérea
de plantas de girasol para los tratamientos T1 y T3 evaluado a 100 días de la
instalación de la investigación. Arequipa. 2019.
70
Cuadro 16: Resultados del factor de bioconcentración (FB) de raices de
plantas de girasol para los tratamientos T1 y T3 evaluado a 100 días de la
instalación de la investigación. Arequipa. 2019.
70
Cuadro 17: Resultados del factor de traslocación (FT) en plantas de girasol
para los tratamientos T1 y T3 evaluado a 100 días de la instalación de la
investigación. Arequipa. 2019.
71
Cuadro 18: Tamaño de plantas de girasol (cm) a 30 días de la instalación de la
investigación para los tratamientos T1 y T3. Arequipa. 2019.
73
Cuadro 19: Tamaño de plantas de girasol (cm) a 70 días de la instalación de la
investigación para los tratamientos T1 y T3. Arequipa. 2019.
73
Cuadro 20: Tamaño de plantas de girasol (cm) a 100 días de la instalación de
la investigación para los tratamientos T1 y T3. Arequipa. 2019.
74
Cuadro 21: Tamaño de raíces de plantas de girasol (cm) a 100 días de la
instalación de la investigación para los tratamientos T1 y T3. Arequipa. 2019.
76
Cuadro 22: Resultados de pH del suelo al final del proceso de remediación.
Arequipa. 2019.
79
Cuadro 23: Análisis edafológico final del suelo correspondiente al
tratamiento T2 luego del proceso de remediación. Arequipa. 2019.
81
9
RELACIÓN DE FIGURAS
Figuras: Página
Figura 1: Compartimentalización de los metales pesados en el suelo (Fuente:
López Arias & Grau Corbí, 2004; citado por Diez, 2008).
22
Figura 2: Ciclo biogeoquímico del Plomo (Fuente: Autor desconocido) 27
Figura 3: Toxicocinética del Plomo (Fuente: Autor desconocido) 29
Figura 4: Vías de exposición y distribución del plomo en el organismo humano
(Fuente: Valdivia, 2005)
30
Figura 5: Clasificación de tecnologías de remediación de sitios contaminados.
(Fuente: Alcaino,2012)
32
Figura 6: Principales tecnologías de remediación aplicada en suelos clasificado
según el tipo de tratamiento. (Fuente: Alcaino, 2012)
33
Figura 7: Mecanismos involucrados en la tecnología de la fitorremediación
(Fuente:Tangahu et al, 2011; citado por Martinez, 2018).
35
Figura 8: Descripción de tratamientos estudiados en la investigación. Arequipa.
2019.
46
Figura 9: disposición de tratamientos estudiados en la investigación. Arequipa.
2019.
47
Figura 10: Resultados del proceso de remediación de suelos contaminados con
plomo por cada tratamiento evaluado. Arequipa.2019.
63
Figura 11: Porcentaje de plomo remediado y no remediado (final) por cada
tratamiento evaluado. Arequipa.2019.
65
Figura 12: Evolución del tamaño de plantas de girasol (parte aérea) expresado en
centímetros durante el proceso de remediación para los tratamientos T1 y T3.
75
Figura 13: Tamaño de plantas de girasol (parte aérea) y de raíces evaluado al final
del proceso del proceso de remediación para los tratamientos T1 y T3.
77
Figura 14: Modelo de correlación lineal entre el plomo remediado y el pH del
suelo.
80
10
RESUMEN
La contaminación por plomo es un problema ambiental que debe ser gestionado ambientalmente
mediante tecnologías de remediación adecuadas a fin de reducir su impacto negativo en los
componentes ambientales, especialmente en el recurso suelo.
Los objetivos de la investigación fueron determinar el tratamiento más efectivo en la remediación
de suelos contaminados con plomo (Pb); determinar la concentración de plomo (Pb) en el suelo y
sus principales propiedades edáficas en el mejor tratamiento y precisar el comportamiento de la
planta de girasol en el proceso de remediación.
Para la ejecución del estudio se recopilo el material necesario y se instaló en ambientes del
invernadero de propagación de plantas cultivadas de la Facultad de Agronomía de la UNSA, en
Arequipa, Perú. Las condiciones de cuidado y tratamiento fueron controladas, a fin de contar con
resultados comparativos de acuerdo con los análisis ejecutados a lo largo de la invetsigación.
Para el desarrollo de la investigación, se evaluaron 4 tratamientos, los que consistieron en:
- Tratamiento T1: Suelo contaminado con Pb + estiércol de lombriz + girasol;
- Tratamiento T2: Suelo contaminado con Pb + estiércol de lombriz;
- Tratamiento T3: Suelo contaminado con Pb + girasol;
- Tratamiento T4: Suelo contaminado con Pb.
Del análisis, procesamiento de datos y gestión de resultados, se obtuvo que el tratamiento T2 logró
la mayor remoción de plomo del suelo contaminado con una eficiencia del 81,21 %.
11
Este resultado presenta diferencia estadística significativa en relación a los tratamientos T1, T4 y
T3. Aunque todos los tratamientos remediaron el plomo (Pb) por debajo del ECA nacional
(Estándares de Calidad Ambiental) para suelos agrícolas (70 ppm Pb).
El T2 logró remediar el nivel inicial de plomo (Pb) de 121,05 ppm hasta 22,75 ppm logrando una
remoción de 98,30 ppm; este tratamiento también incrementó el contenido de la materia orgánica,
la capacidad de intercambio catiónico, pH y los niveles de N, P y K en el suelo sometido al proceso
de remediación.
Considerando el factor de traslocación de plomo (FT), la planta de girasol en presencia de estiércol
de lombriz (T1: Suelo contaminado con Pb + estiércol de lombriz + girasol) se comportan como
planta exclusora (FT < 1) favoreciendo el mecanismo de estabilización de plomo (Pb); sin embargo,
en ausencia de estiércol de lombriz (T3: Suelo contaminado con Pb + girasol) se comporta como
planta acumuladora (FT >1) favoreciendo el mecanismo de fitoextracción de plomo (Pb).
Cada uno de los tratamientos aplicados han sido analizados en las mismas condiciones, con el
objeto de determinar el tratamiento con mayor eficiencia y presentar resultados óptimos y
comparables.
Palabras clave: Remediación; plomo (Pb), girasol, estiércol de lombriz.
12
ABSTRACT
Lead contamination is an environmental problem that must be managed environmentally through
appropriate remediation technologies in order to reduce its negative impact on environmental
components, especially on the soil resource.
The objectives of the research were to determine the most effective treatment in the remediation of
soils contaminated with lead (Pb); determine the concentration of lead (Pb) in the soil and its main
edaphic properties in the best treatment and specify the behavior of the sunflower plant in the
remediation process.
For the execution of the study, the necessary material was collected and installed in the greenhouse
for the propagation of cultivated plants of the Faculty of Agronomy of the UNSA, in Arequipa,
Peru. The conditions of care and treatment were controlled, in order to have comparative results
according to the analyzes carried out throughout the investigation.
For the development of the research, 4 treatments were evaluated, which consisted of:
- Treatment T1: Soil contaminated with Pb + earthworm manure + sunflower;
- Treatment T2: Soil contaminated with Pb + worm manure;
- Treatment T3: Soil contaminated with Pb + sunflower;
- Treatment T4: Soil contaminated with Pb.
From the analysis, data processing and results management, it was obtained that the T2 treatment
achieved the highest removal of lead from the contaminated soil with an efficiency of 81.21%.
13
This result presents a statistically significant difference in relation to treatments T1, T4 and T3.
Although all treatments remedied lead (Pb) below the national ECA (Environmental Quality
Standards) for agricultural soils (70 ppm Pb).
The T2 managed to remedy the initial level of lead (Pb) from 121.05 ppm to 22.75 ppm, achieving
a removal of 98.30 ppm; This treatment also increased the content of organic matter, the cation
exchange capacity, pH and the levels of N, P and K in the soil subjected to the remediation process.
Considering the lead translocation factor (FT), the sunflower plant in the presence of worm manure
(T1: Soil contaminated with Pb + earthworm manure + sunflower) behave as an exclusion plant
(FT <1) favoring the stabilization mechanism lead (Pb); However, in the absence of worm manure
(T3: Soil contaminated with Pb + sunflower) it behaves as an accumulator plant (FT> 1) favoring
the mechanism of lead phytoextraction (Pb).
Each of the applied treatments have been analyzed under the same conditions, in order to determine
the treatment with greater efficiency and present optimal and comparable results.
Keywords: Remediation; lead, sunflower, worm manure.
14
CAPÍTULO I
GENERALIDADES
INTRODUCCIÓN
Actualmente en varias ciudades de Latinoamérica entre ellas Arequipa, el desarrollo de actividades
industriales así como la gran actividad del parque automotor debido al uso de gasolina de bajo
octanaje con contenido de plomo emiten gases tóxicos que polucionan la atmósfera; estos gases
con partículas de plomo se precipitan en los suelos generando un problema potencial de
contaminación con plomo el mismo que debe ser gestionado ambientalmente mediante tecnologías
de remediación adecuadas a fin de reducir el impacto negativo en las propiedades del recurso suelo
y su entorno.
El plomo es un elemento que se concentra en el suelo y que en niveles por encima de los E.C.A.
(Estándares de calidad ambiental) se convierten en perjudiciales para este recurso logrando su
degradación con diversos impactos negativos en el entorno. La principal vía de biodisponibilidad
son el suelo y el polvo, donde se concentra y por medio del cual ingresa a los organismos. La mala
gestión de actividades y procesos que generan materiales con plomo ha sido causante de numerosos
problemas ambientales en todo el mundo; sin embargo, no todo el plomo del suelo presenta el
mismo grado de movilidad o biodisponibilidad. La distribución química del plomo en el suelo
depende del pH, de la mineralogía, textura, materia orgánica, así como de la naturaleza de los
compuestos de plomo contaminantes.
15
El problema de contaminación por plomo se biomagnifica cuando este precipita en suelos agrícolas
debido a que podría contaminar las especies vegetales cultivadas con riesgos en la salud de la
población que consume alimentos procedentes de dichos terrenos.
La investigación se justifica debido a que el interés de la presente investigación es desarrollar
tecnologías de remediación efectivas y además accesibles a las condiciones de nuestro país con el
propósito de atenuar el impacto negativo de la concentración de plomo en suelos con aptitud
agrícola; en este contexto la fitorremediación con especies vegetales cultivables como el girasol y
el uso de estiércol de lombriz se convierten en una alternativa viable a ser estudiada con el propósito
de definir su eficiencia remediadora en condiciones controladas.
ANTECEDENTES
Estudios anteriores realizados, presentan la ejecución de diferentes pruebas relacionadas a la
remediación de suelos contaminados con metales pesados, mediante el empleo de diferentes
especies biológicas. Ibarra et al (2017); reportan una investigación realizada con el objetivo de
reducir la cantidad de plomo en los suelos contaminados por medio de la planta de girasol
Helianthus annuus L, para crecer, absorber y acumular metales pesados como el plomo en sus
tejidos, se instaló el proyecto en un lugar adecuado, que duró 60 días. Se utilizó el diseño estadístico
completamente al azar, con tres repeticiones. Las muestras de suelos fueron tomadas en los relaves
de la Unidad Minera Graciela del sector Corcona con acondicionadores: humus de lombriz, aserrín
y sustrato (suelo contaminado); y como planta fitoextractora, el girasol Helianthus annuus L.
16
Los resultados arrojaron que la aplicación de Suelo contaminado más aserrín obtuvo un mayor
crecimiento en altura. Además, el tratamiento de suelo contaminado más humus extrajo y acumulo
mayor cantidad de metal pesado Pb, en comparación con los demás tratamientos. Esto confirma
que la planta de girasol es un buen fitoextractor por haber acumulado plomo de 1116.67mgPb/Kg
de suelo.
Chico – Ruiz, et al (2012); seleccionó plántulas de “girasol” con características semejantes, se
transplantaron a macetas de tecnopor de 1,5 kg de capacidad y cada una contenía 50% de arena
gruesa y 50% de arena fina. En cada maceta se colocaron 3 plántulas y en total fueron 20 plantas
por tratamiento. Las plántulas de 20 días de crecimiento fueron sometidas a los siguientes
tratamientos: 100 µM Pb/L, 200 µM Pb/L, 300 µM Pb/L, 400 µM Pb/L, 500 µM Pb/L. Al término
del experimento, las plantas fueron separadas en parte aérea y radicular y se procesaron para
determinar la concentración de plomo en estos tejidos. Además, se tomaron medidas de longitud
de raíz (en centímetros), tallo (en centímetros), peso fresco (en gramos) y peso seco (en gramos)
de la raíz y el tallo, respectivamente. Cada alteración morfológica fue anotada (clorosis,
quemaduras, deformación de hojas, etc). Se concluye que la longitud de la raíz no se ve afectada
por la concentración de plomo y la mayor concentración se da en las raíces secundarias y son
capaces de tolerar concentraciones de 500 mg/l de plomo. López, et al (2006); publicó un trabajo
de investigación con el objetivo de recuperar un suelo contaminado con plomo (Pb), en cuatro áreas
de 1.25 m-3 de suelo con 750 mg de Pb por kg-1 de suelo y cuatro con 1000 mg kg-1 de plomo
(Pb), se agregaron 10.4 mg L-1 de agua de ácidos fúlvicos extraídos de una composta (AFM), 0.6
mL L-1 de K-tionic (K) (ácidos fúlvicos comerciales) y 1 mg L-1 de DTPA (agente quelatante
sintético) y se sembraron 41 plantas/m-2 de girasol ornamental (GO) del híbrido “sunbrigth”.
17
Se midió la altura de planta (AP), el diámetro del tallo (DT), diámetro externo (DEC) e interno del
capítulo floral (DIC), días a cosecha (DC) y la cantidad de plomo en la planta (tejido vegetal de
tallo, follaje y capítulo). No hay efecto estadístico significativo de los tratamientos en la AP y el
DT, mientras que en el DEC, DIC y DC, el efecto estadístico fue altamente significativo y al
adicionar los AFM al suelo contaminado con 1000 mg de Pb por kg-1 de suelo, el girasol extrajo
1.3 kg de Pb ha-1, lo que representó 85.7 % más que el girasol producido en el suelo contaminado
con 750 mg de Pb por kg-1 de suelo y la aplicación del K (0.7 kg de Pb ha-1). Con el uso de los
AFM y el GO, es posible recuperar suelos contaminados con plomo, pero en función del tiempo.
Vargas (2013); evaluó la capacidad fitoextractora del girasol al inocularlo con Rizophagus
intraradices, que fueron sembradas en macetas con una mezcla de suelo y agrolita v/v 1:1,
contaminado artificialmente con 0, 400, 800 y 1000 mg·kg-1 de Pb y 0, 37, 60 y 120 mg·kg-1 de
Cd. Para cada tratamiento se colocaron, bajo condiciones de invernadero, 2 semillas por maceta
con 5 repeticiones. La germinación promedio del girasol fue de 56 al 64% en Pb y del 48 al 60%
en Cd, el porcentaje de colonización micorrízica fue del 50 al 76% en Cd y del 42 al 60% en Pb.
Las concentraciones de Pb y Cd en raíz, parte aérea y flor, se determinaron en un espectrofotómetro
de absorción atómica. Los resultados demuestran que la adición de micorrizas arbusculares
presentó diferencias estadísticas significativas (α< 0.005) con respecto al tratamiento no
micorrizado de Pb en las distintas partes de la planta. En el caso del Cd no se presentan diferencias
estadísticas significativas para ninguna parte de la planta. Estos resultados demuestran que el
girasol tiene capacidad fitoextractora para el Pb, y en presencia de Cd presenta malformaciones a
nivel de flor. La semilla de girasol tiene la capacidad de germinar a elevadas concentraciones de
Pb y Cd, la adición de micorrizas arbusculares es una alternativa biológica en la fitoextracción de
suelos contaminados por Pb.
18
HIPÓTESIS
La hipótesis planteada para la investigación fue:
“La utilización de girasol (Helianthus annuus) y estiércol de lombriz (Eisenia foetida) como una
alternativa de remediación permitirá disminuir el nivel de plomo en suelos contaminados por este
elemento”.
OBJETIVOS:
Los objetivos: General y específicos planteados en la investigación fueron:
GENERAL:
Evaluar la capacidad remediadora del girasol (Helianthus annuus) y estiércol de lombriz (Eisenia
foetida) en suelos contaminados con plomo.
ESPECIFICOS:
- Determinar el tratamiento más efectivo en la remediación de suelos contaminados con plomo.
- Determinar la concentración de plomo en el suelo y sus principales propiedades edáficas
luego del proceso de remediación en el mejor tratamiento.
- Precisar el comportamiento de la planta de girasol en el proceso de remediación del suelo
contaminado con plomo.
19
CAPÍTULO II
REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA
2.1 CONTAMINACIÓN DE SUELOS
2.1.1 Generalidades
El suelo se forma por la interacción de los sistemas atmósfera, hidrósfera y biósfera sobre la
superficie de la geósfera, ocupa la interfase entre la geósfera y los demás sistemas, en la llamada
zona crítica (Galán, Romero; 2008), la parte más dinámica de la superficie de la tierra.
La meteorización química y mecánica de las rocas y la influencia de ciertos procesos
microbiológicos producen el suelo. La meteorización está controlada esencialmente por la energía
solar, que regula el ciclo del agua y alimenta los sistemas vivientes, y por circunstancias locales
favorables (como la topografía) y propiedades intrínsecas de las rocas (permeabilidad,
alterabilidad). Después de un largo periodo de meteorización, y bajo condiciones climáticas
estables, el suelo puede alcanzar su equilibrio. Pero cuando uno de los parámetros del sistema varía,
el equilibrio se rompe. La interacción con el hombre, un componente singular de la biosfera, puede
romper también el equilibrio, debido a su uso (agricultura, industria, minería, ganadería, etc.). Este
tipo de modificación negativa del suelo se denomina normalmente degradación (Galán, Romero;
2008).
La presencia en los suelos de concentraciones nocivas de algunos elementos químicos y
compuestos (contaminantes) es un tipo especial de degradación que se denomina contaminación.
20
El contaminante está siempre en concentraciones mayores de las habituales (anomalías) y en
general tiene un efecto adverso sobre algunos organismos. Por su origen puede ser geogénico o
antropogénico. Los primeros pueden proceder de la propia roca madre en la que se formó el suelo,
de la actividad volcánica o del lixiviado de mineralizaciones. Por el contrario, los antropogénicos
se producen por los residuos peligrosos derivados de actividades industriales, agrícolas, mineras,
etc. y de los residuos sólidos urbanos. Desde un punto de vista legal, los contaminantes
antropogénicos son los verdaderos contaminantes (Galán, Romero; 2008).
2.1.2 Contaminación por elementos pesados
Se consideran como metales pesados el plomo cadmio, cromo, mercurio, zinc, cobre, plata y
arsénico, constituyen un grupo de gran importancia, ya que algunos son esenciales para las células,
pero en altas concentraciones pueden resultar tóxicos para los seres vivos, tales como humanos,
organismos del suelo, plantas y animales (Sierra, 2006).
Los metales pesados contribuyen fuertemente a la contaminación ambiental, la cantidad de metales
disponibles en el suelo está en función del pH, el contenido de arcillas, contenido de materia
orgánica, la capacidad de intercambio catiónico y otras propiedades que las hacen únicas en
términos de manejo de la contaminación (Sierra, 2006).
Los metales tienden a acumularse en la superficie del suelo quedando accesibles al consumo de las
raíces de los cultivos (Puga et al. 2006); las plantas cultivadas en suelos contaminados absorben en
general más oligoelementos y la concentración de éstos en los tejidos vegetales está a menudo
directamente relacionada con su abundancia en los suelos, y especialmente en la solución húmeda
(Puga et al. 2006).
21
Puga et al. (2006) menciona que excesivas concentraciones de metales en el suelo podrían impactar
la calidad de los alimentos, la seguridad de la producción de cultivos y la salud del medio ambiente,
ya que estos se mueven a través de la cadena alimenticia vía consumo de plantas por animales y
estos a su vez por humanos.
Los contaminantes pueden abandonar un suelo por volatilización, disolución, lixiviado o erosión,
y pasar a los organismos cuando pueden ser asimilables (bioasimilables), lo que normalmente
ocurre cuando se encuentran en forma más o menos soluble. En concreto, la posibilidad de que un
elemento (contaminante o no) quede libre y pase a disolución en un suelo se llama disponibilidad.
La biodisponibilidad sería el grado de libertad en que se encuentra un elemento o compuesto de
una fuente potencial para ser capturado por un organismo (ingerido o adsorbido) (Galán, Romero,
2008).
Normalmente sólo una fracción pequeña de una sustancia potencialmente contaminante de un
medio es biodisponible. Su efecto suele ser negativo, pero también puede ser indiferente para un
organismo específico (Galán, Romero, 2008).
En general, los metales pesados incorporados al suelo pueden seguir cuatro diferentes vías: quedan
retenidos en el suelo, ya sea disueltos en la fase acuosa del suelo, ocupando sitios de intercambio
o específicamente adsorbidos sobre constituyentes inorgánicos del suelo, asociados con la materia
orgánica del suelo y/o precipitados como sólidos puros o mixtos; pueden ser absorbidos por las
plantas y así incorporarse a las cadenas tróficas; pasan a la atmósfera por volatilización y se
movilizan a las aguas superficiales o subterráneas (Sierra, 2006).
22
Figura 1: Compartimentalización de los metales pesados en el suelo (Fuente: López Arias
& Grau Corbí, 2004; citado por Diez, 2008).
Los factores que influyen en la movilización de metales pesados en el suelo son características del
suelo: pH, potencial redox, composición iónica de la solución del suelo, capacidad de intercambio
(catiónico y/o aniónico), presencia de carbonatos, materia orgánica, textura, entre otras. La
naturaleza de la contaminación y el origen de los metales y formas de deposición y condiciones
medio ambientales producen acidificación, cambios en las condiciones redox, variación de
temperatura y humedad en los suelos (Peña, Beltrán; 2012)
2.1.3 Contaminación de suelos por plomo
El plomo es un contaminante mayor en el ambiente y que genera gran preocupación para la salud
humana y los ecosistemas debido a que por peso molecular tiende acumularse en suelos,
sedimentos y cuerpos de agua en forma rápida (Chávez, 2014) y a permanecer en el ambiente como
un contaminante atmosférico.
23
El suelo es contaminado con plomo principalmente por depósito de partículas del aire y por agua
contaminada por actividades industriales, asimismo, el desgate de las pinturas con plomo de las
casas contaminan los suelos; los plaguicidas con contenido de plomo (arseniato de plomo),
contaminan los suelos, especialmente los suelos agrícolas. Las concentraciones normales en el
suelo no contaminado están entre 5 – 25 mg/kg. En áreas contaminadas se pueden encontrar en el
suelo concentraciones de hasta 8 g/kg. A distancias de 1 hasta 25 metros de las vías de tránsito más
importantes, las concentraciones de plomo en los suelos pueden llegar hasta los 2 000 mg/kg. En
los suelos colindantes a fundiciones se han medido concentraciones de plomo tan altas como 60
000 mg/kg. En los suelos urbanos, el plomo se encuentra como una mezcla de polvo, restos de
pintura y partículas atmosféricas con plomo que se sedimentan en el suelo. Puesto que el plomo no
se disipa, se biodegrada o decae, cuando se deposita en el suelo puede ser una fuente de exposición
a largo plazo. El plomo queda inmóvil en el componente orgánico del suelo, quedando retenido en
las capas superiores (2 cm – 5 cm) de los suelos no alterados o en las capas más profundas cuando
se ha removido (Robles; 2009)
El plomo (Pb) se considera un contaminante ecotoxicológico ya que su uso provoca contaminación
ambiental y exposición en humanos. La principal vía de biodisponibilidad son el suelo y el polvo,
donde se concentra y por medio del cual ingresa a los organismos. El manejo inadecuado de
materiales con plomo ha sido causante de numerosos problemas ambientales en todo el mundo; sin
embargo, no todo el plomo del suelo presenta el mismo grado de movilidad o biodisponibilidad.
La distribución química del plomo en el suelo depende del pH, de la mineralogía, textura, materia
orgánica, así como de la naturaleza de los compuestos de plomo contaminantes. El suelo es uno de
los mayores reservorios en los cuales se acumula la contaminación ambiental (Sierra, 2006).
24
Más del 90% de la contaminación ambiental producida es retenida en las partículas de suelo y
cerca del 9% es interceptada en los sedimentos acuáticos. Particularmente, la contaminación de un
suelo contaminado con Pb es de preocupación ya que éste presenta un alto tiempo de residencia en
el suelo, estableciéndose un equilibrio dinámico con la hidrosfera, atmósfera y biosfera y de esta
forma alterando el ecosistema, incluyendo al ser humano (Sierra, 2006).
En el suelo, el plomo se encuentra principalmente en forma de Pb+2, también es conocido su estado
de oxidación +4. No realiza un papel esencial en las plantas; la absorción, en caso de presentarse,
es de un modo pasivo, la tasa de absorción se reduce al aumentar el pH (PbCO3 es insoluble) y por
bajas temperaturas. El Pb a pesar de ser soluble en el suelo, es absorbido principalmente por los
pelos de las raíces, y es almacenado en un grado considerable en las paredes celulares, esta
absorción varía significativamente en relación con la concentración presente en los suelos, así como
por las varias formas en que el Pb se presenta. La absorción vegetal de este metal se da
principalmente por la vía estomática.
En suelos contaminados por plomo, este generalmente se localiza en la zona más superficial debido
a que en esta zona se acumula la materia orgánica con la cual forma quelatos (Callirgos, 2014).
Es importante señalar que el plomo presente en el aire se deposita en los suelos; el plomo está
presente en diversas actividades industriales ya sea como componente de la materia prima, como
en el caso de las industrias de baterías, antidetonantes para gasolina, municiones y pigmentos para
pintura o como parte de los subproductos del proceso, como es el caso de la imprenta y de
soldadura; algunos cultivos cercanos a zonas de alto tránsito de vehículos pueden acumular plomo
atmosférico (Oriundo, Robles; 2009).
25
2.1.4 Contaminación por plomo en el cuerpo humano
El plomo es un contaminante de la atmósfera, hidrósfera y la edafósfera, llega a los suelos a partir
de residuos industriales, de la minería, de la deposición atmosférica y a partir de la roca madre, si
presenta este compuesto; el suelo puede inmovilizarlo gracias a la materia orgánica y la arcilla,
pero si hay pH acido el Pb es móvil y será tomado por las plantas. El Pb entra en el cuerpo humano
por ingestión directa, por inhalación de polvo o por la cadena alimentaria. En el organismo se
acumula principalmente en el tejido óseo, pero también en el hígado, medula renal y eritrocitos. Su
principal vía de eliminación es la orina, aunque también lo hará por las heces, sudor, leche materna.
La intoxicación por este metal afecta al sistema hematopoyético produciendo anemia, al SNC
produciendo encefalopatías y en casos extremos puede producir la muerte (Barrio, 2008).
La manera en la que ingresa este metal al cuerpo, en el caso de los humanos, es por medio de
diversas vías tales como la inhalación de aire con partículas de plomo o el consumo de agua y
alimentos contaminados. Según estudios, se ha determinado que los síntomas de una exposición a
plomo varían desde ligeros dolores de cabeza, irritabilidad y dolor abdominal hasta síntomas
relacionados con el sistema nervioso (Chávez, 2014). Lo más preocupante es que los efectos de la
exposición al plomo son visibles tanto a largo como a corto plazo, y no es necesaria la exposición
a muy elevadas concentraciones para presentar síntomas. Así, por ejemplo, se ha demostrado que
una larga exposición a metales pesados en bajas concentraciones tiene una relación a la generación
de tumoraciones cancerígenas, siendo el cáncer al pulmón y al estómago los más reportados
(Chávez, 2014).
26
Es muy mencionada la disminución de la capacidad intelectual en niños debido a la exposición
prolongada a plomo (Chávez, 2014), así como desordenes neuropsiquiátricos como deficiencia de
atención y comportamiento antisocial (Chávez, 2014).
Así mismo, se ha asociado la reducción de la capacidad reproductiva a la exposición a plomo
(Chávez, 2014), así como otras enfermedades del tipo cardiovascular en adultos (Chávez, 2014).
La intoxicación por plomo se conocía antiguamente con el nombre de “Saturnismo” y en la
actualidad por “Plumbosis”. La Conferencia Americana de Higienistas Industriales (ACGIH) ha
clasificado a los compuestos de Pb2+ como productos cancerígenos para los humanos. Estos
compuestos entran en el cuerpo humano o bien por vía respiratoria o bien por la ingesta de agua o
alimentos.
De todo el plomo que se inhala se absorbe entre el 30 y el 50%, y entre el 5 y el 15% del que se
ingiere. Las cantidades absorbidas dependen de diferentes factores, tamaño de las partículas, edad
de la persona y estado nutricional de la misma, entre otros. El plomo que no se absorbe se elimina
por la orina, los excrementos, el sudor, los cabellos y la leche materna. Una vez absorbido éste
puede tardar más de 20 años en ser eliminado y si se supera una cierta cantidad nunca se elimina
totalmente, por lo que degenera en una enfermedad crónica que puede llevar al paciente a terminar
en coma y al final morir.
Los síntomas principales cuando hay una intoxicación son: dolor de cabeza, náuseas, cansancio,
dolor articular que pueden ir acompañadas de vómitos, estreñimiento y gusto metálico. Al ser unos
síntomas muy corrientes a veces es difícil diagnosticar la enfermedad.
27
Figura 2: Ciclo biogeoquímico del Plomo (Fuente: Autor desconocido)
Vías de absorción: El plomo puede ingresar al organismo por tres vías:
• Respiratoria.
• Digestiva.
• Dérmica o cutánea
El plomo inorgánico solo puede acceder por las dos primeras y no puede ser metabolizado por el
organismo, mientras que el plomo orgánico puede penetrar por cualquiera. Por la piel la entrada
del plomo inorgánico es mínima, pero el plomo orgánico pasa a través de los folículos pilosos,
glándulas sebáceas y sudoríparas directo al torrente sanguíneo.
28
El plomo que se absorbe por vía respiratoria es cercano al 40 % depositado en los pulmones, se
encuentra en sangre circulándose alrededor de 50 h, pasándose un porcentaje a tejidos, o es
eliminado (Fig. 2), aunque cierta cantidad de absorción puede llevarse a cabo en las vías aéreas
superiores, la porción más relevante tiene lugar en las vías respiratorias inferiores, a nivel de
alvéolo, a través de la circulación pulmonar.
El grado de absorción de esta vía depende de la concentración ambiental, del tiempo de exposición,
de la forma física de la porción de polvo o tamaño de la partícula respirable, es por lo general
inferior a 5 µm, y de factores personales como la edad, la frecuencia y volumen respiratorio.
En cuanto a la vía digestiva se refiere, cuando las partículas de polvo son ingeridas directo a través
de las manos, alimentos, bebidas o cigarrillos que proviene de la contaminación ambiental, el
plomo se fija en la saliva y se traga, seguido por el tracto digestivo y se debe al ingreso por la
comida, bebidas o la tierra; es estimado que los niños de 2 a 3 años ingieren alrededor de 100 mg
de tierra por día.
Esta vía depende del estado físico y químico del metal, el transito gastrointestinal, la edad, estado
fisiológico, estado nutricional, deficiencias de los niveles de calcio, hierro, fósforo o zinc, si existe
niveles altos de grasa en la dieta, la absorción puede ser mayor, ingesta inadecuada de calorías,
presencia de estómago vacío o ayuno prolongado y factores genéticos del individuo.
Como se ilustra de forma general en la Figura 3, la exposición al plomo tiene lugar a través de tres
rutas principales: puede ser inhalado y absorbido por completo a través del sistema respiratorio;
puede ser ingerido y absorbido por el tracto gastrointestinal o puede ser por absorción percutánea
que se genera al tener contacto con la piel (Nordberg, 2001).
29
Figura 3: Toxicocinética del Plomo (Fuente: Autor desconocido)
Una vez en el cuerpo, el plomo no se metaboliza, sino que se absorbe activamente, pero la velocidad
de absorción depende de su forma, tamaño, las características fisiológicas de la persona expuesta
(edad y estado nutricional) e higiene; es decir, hay mayor absorción de plomo cuando la partícula
es pequeña, si la persona presenta deficiencia de hierro o calcio, si hay ingesta de grasa o calorías,
si está en condiciones de ayuno y si se trata de un niño (Valdivia, 2005).
30
Figura 4: Vías de exposición y distribución del plomo en el organismo humano (Fuente: Valdivia,
2005)
2.2 REMEDIACIÓN DE SUELOS CONTAMINADOS
2.2.1 Generalidades
La remediación de un sitio contaminado es la ejecución de las acciones a las que se someten los
sitios contaminados para eliminar o reducir los contaminantes hasta un nivel seguro para la salud
y el ambiente o prevenir su dispersión en el ambiente sin modificarlos, de conformidad con lo que
establece el marco jurídico vigente. En este sentido puede decirse que son todas las acciones que
tienen la finalidad de lograr la “limpieza” de un sitio que presenta residuos peligrosos o suelos
contaminados, también pueden ser acciones que estén encaminadas a reducir los riesgos o evitar la
exposición de las personas a los contaminantes.
31
Esto último puede ocurrir cuando la resolución de un problema de contaminación es tan compleja
y los costos de la eliminación de los contaminantes tan altos que no es posible efectuar la
remediación. En esos casos se opta cuando no existe otra alternativa viable por realizar acciones
que eviten la exposición de los seres humanos a los contaminantes (Sedas, Ruíz; 2012).
Las opciones de remediación para sitios contaminados dependen de cuatro consideraciones
generales: a) El tipo de contaminante y sus características físicas y químicas determinan si un sitio
requiere ser remediado y la manera en la que el contaminante debe tratarse; b) La localización y
las características del sitio, así como el uso del suelo, c) Las características naturales de los suelos,
sedimentos y cuerpos de agua, y d) Las capacidades de las tecnologías de remediación (Mallea,
2010).
2.2.2 Tecnologías de remediación de suelos contaminados
En la actualidad se dispone de un amplio abanico de tecnologías de recuperación de suelos
contaminados con metales pesados, algunas de aplicación habitual y otras todavía en fase
experimental. Todas ellas están diseñadas para aislar o eliminar las sustancias contaminantes
alterando su estructura química mediante procesos generalmente fisicoquímicos, térmicos o
biológicos (Diez, 2008).
Existe una gran variedad de tecnologías de remediación, las cuales se pueden clasificar bajo
distintos criterios: objetivo de la remediación, lugar en que se aplica el proceso de remediación y
tipo de tratamiento utilizado. Además de los criterios anteriores, también pueden clasificarse en
base al grado de desarrollo técnico en el que se encuentran (Alcaino, 2012).
32
Figura 5: Clasificación de tecnologías de remediación de sitios contaminados.
(Fuente: Alcaino,2012)
En términos generales las tecnologías de remediación de suelos y/o aguas subterráneas abarcan
todas aquellas operaciones que tienen por objetivo reducir la toxicidad, movilidad o concentración
del contaminante presente en el medio, mediante la alteración de la composición de la sustancia
peligrosa o del medio, a través de acciones químicas, físicas o biológicas.
La elección de cada tecnología depende de las características del suelo y del contaminante, de la
eficacia esperada y por supuesto de la factibilidad técnico-económica y el tiempo requerido para
su ejecución (Alcaino, 2012).
33
Figura 6: Principales tecnologías de remediación aplicada en suelos clasificado según el tipo de
tratamiento. (Fuente: Alcaino, 2012)
2.2.3 Fitorremediación de suelos contaminados
La fitorremediación es un proceso que utiliza plantas para remover, transferir, estabilizar,
concentrar y/o destruir contaminantes (orgánicos e inorgánicos) en suelos, lodos y sedimentos, y
puede aplicarse tanto in situ como ex situ. Los mecanismos de fitorremediación incluyen la
rizodegradación, la fitoextracción, la fitodegradación y la fitoestabilización (Callirgos, 2014). En
contraste con otras tecnologías, es poco costosa, estéticamente agradable y requiere de pocos
recursos (Callirgos, 2014).
34
En estudios recientes se ha demostrado que la fitorremediación es una solución prometedora para
la limpieza de sitios contaminados por una variedad de metales, aunque también tiene una serie de
limitaciones (SSierra, 2006), además, es un proceso de descontaminación que involucra el empleo
de plantas que pueden remover, transferir, estabilizar, descomponer y/o degradar contaminantes de
suelo, sedimentos y agua, como solventes, plaguicidas, hidrocarburos poliaromáticos, metales
pesados, explosivos, elementos radiactivos, fertilizantes, para hacerlos más biodisponibles para la
planta (Sierra, 2006). Las plantas pueden efectuar el proceso de fitorremediación mediante los
siguientes mecanismos:
(Chávez, 2014).
- Fitoextracción: uso de plantas acumuladoras de elementos tóxicos o compuestos orgánicos
para retirarlos del suelo mediante su absorción y concentración en las partes cosechables.
- Fitoestabilización: uso de plantas para reducir la biodisponibilidad de los contaminantes en
el entorno, alterando su composición a formas más estables.
- Fitoinmovilización: uso de las raíces de las plantas para la fijación o inmovilización de los
contaminantes en el suelo. Junto con la técnica anterior se les denomina de contención.
- Fitovolatilización: uso de plantas para eliminar los contaminantes del medio mediante su
volatilización.
- Fitodegradación: uso de plantas y microorganismos asociados para degradar contaminantes
orgánicos.
- Rizofiltración: uso de raíces para absorber y adsorber contaminantes del agua y de otros
efluentes acuosos.
35
El girasol (Helianthus annuus L.) es la especie que absorbe los metales pesados en mayor cantidad
acumulándose más en sus raíces que en sus brotes si se cosecha la biomasa entera de la planta, por
lo que se considera una planta hiperacumuladora favorable en la fitoextracción de Cd, Zn, Pb y
elementos radiactivos (Sierra, 2006).
Figura 7: Mecanismos involucrados en la tecnología de la fitorremediación
(Fuente:Tangahu et al, 2011; citado por Martinez, 2018).
Según Martinez (2018) explican que existen ciertos factores que permiten conocer la capacidad
que tienen las plantas para absorber y traslocar metales del suelo a la parte aérea, estos son:
a) Factor de bioconcentración (BCF).
También conocido como Índice de bioconcentración (BF), Coeficiente de absorción biológica
(BAC), Coeficiente de transferencia (TC), Factor de concentración (Cf) o Coeficiente de
bioacumulación (BAC); se utiliza para medir la capacidad de captación de un metal por una planta
(raíz y parte aérea) con relación a su concentración en el suelo.
36
Para las plantas, el BCF se utiliza como una medida de la eficiencia de acumulación de metales en
biomasa, donde valores mayores a 1 indican que las especies son potencialmente
hiperacumuladora (Martinez, 2018) y aquellas especies exclusoras poseen BCF menores que 1,
tanto menor es cuanto mayor es su capacidad de exclusión.
Existen dos factores de bioconcentración que mencionamos a continuación:
- Factor de bioconcentración en la raíz de la planta: También conocida como Factor de
concentración biológica (BCF) o Root accumulation factor (RAF). Se calcula como la relación
entre la concentración de metales en la raíz de la planta respecto a la concentración de metales en
el suelo.
- Factor de bioconcentración en la parte aérea de la planta: Conocida como Factor de
bioacumulación (BAF), Coeficiente de acumulación biológica (BAC), Factor de remediación (RC)
o Shoot accumulation factor (SAF). Es la proporción del elemento contenido en la parte aérea de
la planta con respecto al suelo.
b) Factor de traslocación (TF).
Es el cociente entre la concentración del metal en los órganos aéreos y raíz. Factores de
translocación mayores a 1 sugieren gran capacidad para transportar metales desde las raíces a los
vástagos, explicada en su mayor parte por eficientes sistemas de transporte de metales y,
probablemente, por secuestro de metales en las vacuolas de las hojas y en el apoplasto. Las plantas
hiperacumuladoras se caracterizan por una relación concentración de metal parte aérea /
concentración de metal raíz, mayor a 1.
37
En cambio, las plantas no acumuladoras tienen una más alta concentración de metal en raíces que
en hojas y tallos. Un valor del Factor de Traslocación mayor a 1 indica una eficiente translocación
del metal a brotes, por lo que la planta puede usarse con fines de fitoextracción. Si, por el contrario,
dicho valor es menor a 1, la translocación del metal es baja, por lo que éste es retenido
principalmente en las raíces y puede usarse para fitoestabilización.
2.2.4 Bioremediación de suelos contaminados
El concepto de biorremediación se utiliza para describir una variedad de sistemas que utilizan
organismos vivos (plantas, hongos, bacterias, entre otros) para remover (extraer), degradar
(biodegradar), o transformar (biotransformar) compuestos orgánicos tóxicos en productos
metabólicos menos tóxicos o inócuos (Velázco, Volke, 2008).
La Biorremediación es cualquier proceso que utiliza organismos vivos como microorganismos,
hongos y plantas, por medio de agentes o compuestos derivados de cualquiera de ellos, para
retornar un medio ambiente alterado por contaminantes a su condición natural ya sea en el suelo o
en las aguas (Ramirez; 2012).
La Biorremediación en suelos es empleada para atacar o sustraer agentes contaminantes específicos
del suelo, se realiza por medio de degradación o transformación de diferentes compuestos nocivos
en otros de menor toxicidad o materia orgánica en descomposición. Estas degradaciones o cambios
ocurren usualmente en la naturaleza y una adecuada manipulación de los sistemas biológicos puede
aumentar la velocidad de cambio o degradación (Trujillo, Ramirez; 2012).
38
La EPA define biorremediación como la manipulación de sistemas biológicos para efectuar
cambios en el ambiente.
La biorremediación surge como una rama de la biotecnología que busca resolver los problemas de
contaminación mediante el diseño de microorganismos capaces de degradar compuestos que
provocan desequilibrios en el medio ambiente (Bonilla, 2013).
El proceso de biorremediación dependiendo del medio que se utilice para la descontaminación del
suelo puede clasificarse en:
• Fitorremediación: Uso de plantas verdes para remover, contener o neutralizar compuestos
orgánicos y metales pesados.
• Biorremediación animal: Uso de animales que tienen la capacidad de desarrollarse en
medios altamente contaminados.
• Biorremediación microbiana: Uso de bacterias acumuladoras como hongos, algas,
cianobacterias y actinomicetos (Bonilla, 2013).
Entre las ventajas que presenta la biorremediación sobre los métodos fisicoquímicos tradicionales
para el tratamiento de sitios contaminados, se encuentran:
1. Disminución del costo de operación.
2. Los contaminantes son destruidos o transformados y normalmente no se requiere de un
tratamiento adicional.
3. La remediación se puede llevar a cabo en el mismo lugar (in situ) o ex situ en biorreactores
(Bonilla, 2013).
39
La importancia de agregar humus de lombriz en un proceso de biorremediación de suelos
contaminados con plomo radica principalmente a que actúa como acondicionador de suelos para
facilitar la extracción del contaminante.
La afirmación descrita líneas arriba, se sustenta en los resultados obtenidos por Buendía et al
(2014) quienes encontraron que en el suelo donde no se agregó ningún acondicionador, los
resultados de extracción de plomo por plantas de girasol fueron similares con los suelos tratados
con aserrín de bolaina y suelos tratados con perlita, debido probablemente a que no hubo influencia
de acondicionadores orgánicos, puesto que esta materia orgánica de alguna manera puede bloquear
la disponibilidad del plomo en el suelo o tener una influencia por efecto de mineralización y
facilitar la pérdida del Pb por lixiviación.
Asimismo, de la ejecución de esta investigación, en el suelo contaminado donde se adicionó solo
humus de lombriz, la fitoextraccion de plomo fue la más baja, debido a que la materia orgánica
tuvo influencias bloqueadoras de la disponibilidad de Pb en el suelo. Sin embargo, cuando a los
tratamientos se les añadió humus de lombriz más aserrín de bolaina o humus de lombriz más perlita,
la extracción del plomo fue mayor (26,99 y 26,90 ppm respectivamente).
De lo descrito, se puede considerar que la biorremediación es una tecnología óptima para la
recuperación de suelos impactados, su uso cada vez, es tema de mayor investigación y aplicación
en el Perú y diferentes partes del mundo.
40
CAPÍTULO III
MATERIAL Y METODOS
3.1 DESCRIPCIÓN DE LAS CONDICIONES EXPERIMENTALES
- Localización:
La investigación se desarrolló en el invernadero de propagación de plantas cultivadas de la
Facultad de Agronomía de la UNSA. Con la siguiente ubicación:
Ubicación política:
Departamento: Arequipa
Provincia: Arequipa
Distrito: Arequipa
Coordenadas UTM :
Zona: 19
Este: 229246.
Norte: 8185249
Altitud: 2360 m.s.n.m.
- Tipo de investigación:
El tipo de investigación es experimental; al respecto Rojas (2002) indica que el método
experimental llamado también de comprobación de hipótesis causales; es un método de
investigación donde se aplica estímulos (X) a “sujetos o unidades experimentales (UE)”; se
observa la reacción (Y) y se registra el resultado u observación (O); se establecen la relación
causa-efecto. Anexo 1 (Análisis de Varianza)
41
- Alcance de la investigación:
La investigación se realizó en condiciones controladas y se empleó suelos de terrenos con
aptitud agrícola siendo necesario validar la mejor tecnología resultante en la investigación en
condiciones in situ para remediar suelos contaminados con plomo.
3.2 SECUENCIA DE LA INVESTIGACIÓN:
La presente investigación tuvo la siguiente secuencia:
SI
NO
Recopilación de
información
Acopio de insumos y materiales
Desarrollo prueba de germinación
y fitotoxicidad
¿Germinaron las semillas?
Instalación de experimento e incorporación de
tratamientos
Evaluaciones en suelo y planta fitoremediadora
Envío muestras laboratorio
Análisis resultados laboratorio de muestras: suelo y planta
Sistematización y análisis de datos
Interpretación, discusión de
resultados
Presentación de
informe final
42
3.3 MATERIALES
Materiales para prueba de germinación
- Bandejas de plástico
- Algodón
- Semillas de girasol
- Aspersores
- H2O destilada
- Nitrato de plomo: Pb (NO3)2.
- Solución de 35 ppm de Plomo
- Solución de 70 ppm de Plomo
- Solución de 105 ppm de Plomo
- Cámara fotográfica
- Cuaderno de apuntes
- Lapiceros
Materiales para experimentación en invernadero
- Pala
- Saco
- GPS
- Cámara fotográfica
- Papel
43
- Plumón
- Humus (Estiércol de lombriz)
- Suelo
- Semilla de Girasol
- Solución de 105 ppm de Plomo
- Balanza
- Regadera
- Maceteros
- Depósitos para colección de agua de riego
- Probeta
- Cinta Métrica
- Regla
- Agua
3.4 MÉTODO
• En condiciones controladas (Invernadero):
- Previamente se realizó una prueba de viabilidad de semilla de girasol; también una prueba
de fitotoxicidad de plomo para plántulas de girasol.
- La prueba de fitotoxicidad de plomo consistió en el siguiente procedimiento:
• En bandejas de plástico se colocó 10 semillas de girasol al cual se aplicó
paulatinamente disoluciones de Pb (NO3)2 como fuente de plomo (105 ppm; 70
ppm; 35 ppm).
44
• Los niveles de plomo utilizados están relacionados con los Estándares de calidad
ambiental para suelos agrícolas establecidos en la normativa peruana (D.S. Nro
011-2017-MINAM).
• Se verificó la germinación de plántulas de girasol para definir la dosis de Pb a ser
considerada para la investigación principal.
- Para la instalación del presente trabajo en invernadero se empleó 12 depósitos (baldes -
maceteros) con 5 kg de suelo agrícola cada uno; todos los tratamientos fueron
contaminados con diluciones con plomo en forma de nitrato de plomo Pb(NO3)2 en las
dosis resultante de la prueba de fitotoxicidad (105 ppm Pb).
- El suelo expuesto a remediación se recolectó en terrenos cercanos a una zona de la vía de
evitamiento de Arequipa (Coordenadas UTM WGS-84; Norte: 8188920; Este: 223859)
muy cercano a la pista de tránsito vehicular.
- La dilución con contenido de plomo (105 ppm Pb) se aplicó mediante el riego y luego se
sembró semillas de girasol para evaluar su eficiencia fitorremediadora a través del análisis
foliar correspondiente.
- La incorporación de estiércol de lombriz en los tratamientos fue en un nivel equivalente a
0,25 kg por cada uno (5 % en base a peso de suelo agrícola).
- Durante el desarrollo de la investigación se aplicó riego localizado a cada macetero para
que la plántula de girasol pueda ejercer su acción remediadora.
- En cada tratamiento se instaló un recipiente para colectar lixiviados del drenaje.
45
• En laboratorio:
- Se realizó un análisis de suelos previo a la instalación de tratamientos (Plomo total; Materia
orgánica, pH, salinidad, CIC, textura, N, P, K).
- Durante el experimento se realizaron determinaciones de plomo en el suelo y la planta de
girasol.
3.5 TRATAMIENTOS Y DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN
3.5.1 Tratamientos estudiados en la investigación:
Cuadro 1: Tratamientos propuestos para la investigación. Arequipa. 2019.
TRATAMIENTOS DESCRIPCIÓN* CÓDIGO DE
IDENTIFICACIÓN
T1 Suelo contaminado con Pb + estiércol de
lombriz + girasol
SPbELG
T2 Suelo contaminado con Pb + estiércol de
lombriz
SPbEL
T3 Suelo contaminado con Pb + girasol SPbG
T4 Suelo contaminado con Pb SPb
46
DESCRIPCIÓN DE TRATAMIENTOS:
- SC : Suelo contaminado: 5 kg. Suelo + 105 ppm Pb
- EL : Estiércol de lombriz: 0,25 kg
- G : Girasol: 3 semillas.
Figura 8: Descripción de tratamientos estudiados en la investigación. Arequipa. 2019.
3.5.2 Diseño experimental y análisis estadístico:
- El diseño estadístico a utilizado en este presente trabajo fue un DCA (Diseño Completo al
Azar), con 3 repeticiones por tratamiento.
- También se realizó determinaciones sobre coeficiente de regresión, coeficiente de
intersección y coeficiente de determinación para las variables dependientes e independientes.
(Anexo 1 - Análisis de Varianza)
Variables dependientes: Niveles de Plomo en suelo. Variables independientes: Especie
vegetal fitorremediadora (Girasol) y estiércol de lombriz. Variables Ambientales: Suelo:
materia orgánica, pH, salinidad, CIC, textura, N, P, K.
47
- Cuadro 2: Estructura del ANVA. (Anexo 1 – Análisis de Varianza)
3.5.3 Disposición de tratamientos
Figura 9: disposición de tratamientos estudiados en la investigación.
Arequipa.2019.
Factores de variabilidad Grados de libertad
Repeticiones 2
Tratamiento 3
Error 6
Total 11
48
3.6 EVALUACIONES
3.6.1 Previo al proceso de remediación:
- Prueba de germinación de semillas: Se realizó en el Laboratorio de gestión agroambiental
de la Facultad de Agronomía – UNSA para determinar la viabilidad de las semillas de
girasol, se colocó 10 semillas de girasol sobre una bandeja con papel absorbente y se regó
con agua, se evaluó 3 repeticiones; fue registrado el número de semillas germinadas al
periodo de 10 días y los resultados se expresan en porcentaje de semillas germinadas.
- Prueba de fitotoxicidad en semillas: Se efectuó en el Laboratorio de gestión agroambiental
de la Facultad de Agronomía - UNSA a fin de verificar la toxicidad de semillas de girasol
al ser regadas con soluciones de Pb equivalente a 35 ppm; 70 ppm y 105 ppm siendo el
propósito definir la concentración de Pb más apropiada para agregar a los tratamientos de
invernadero.
- Se colocó 10 semillas de girasol sobre una bandeja con papel absorbente y se regó con
disoluciones de plomo respectivas, se evaluó 3 repeticiones por cada concentración de Pb
aplicado; se registró el número de semillas germinadas al periodo de 10 días y los resultados
se expresan en porcentaje de semillas germinadas. Además, se precisa que en la evaluación
a los 15 días todas las semillas germinaron en las tres soluciones de plomo.
49
- Análisis de suelo: Para la determinación de Pb, la muestra representativa fue enviada al
Laboratorio de Investigación y Servicios (LABINVSERV) de la UNSA; la detección de
plomo se efectuó mediante el método de absorción atómica; en cambio para determinar las
propiedades complementarias otra muestra se envió al Laboratorio de análisis de suelos,
aguas y semillas de la Estación experimental agraria (EEA -INIA) – Arequipa.
- Análisis de estiércol de lombriz: Este análisis se realizó en el Laboratorio de análisis de
suelos, aguas y semillas de la Estación experimental agraria (EEA -INIA) – Arequipa en
una muestra representativa de estiércol de lombriz (“Humus de lombriz”).
3.6.2 Durante el proceso de remediación:
- Determinación de plomo en el suelo: La determinación de plomo en el suelo se realizó en
el Laboratorio de Investigación y Servicios (LABINVSERV) de la UNSA mediante el
método de absorción atómica; para su análisis se tomó una muestra de suelo de cada
tratamiento y por cada repetición al final del proceso de remediación los datos se expresan
en partes por millón (ppm) y corresponden al PLOMO NO REMEDIADO (remanente que
queda en el suelo luego del proceso de remediación).
También se calculó el valor de PLOMO REMEDIADO en ppm (Plomo remediado = Plomo
inicial – plomo no remediado).
50
- Determinación de plomo en drenaje: La determinación de plomo en el drenaje recolectado
se realizó en el Laboratorio de Investigación y Servicios (LABINVSERV) de la UNSA
mediante el método de absorción atómica; su análisis se efectuó uno por cada tratamiento
en muestras recolectadas al final del proceso de remediación los datos se expresan en partes
por millón (ppm).
- Determinación de plomo en la planta de girasol: Se determinó en una muestra de toda la
planta de girasol en los tratamientos que incluyen plantas de girasol (T1 y T3) esta
evaluación se desarrolló en dos momentos a 70 días y 90 días la instalación de la
investigación.
- También se realizó el análisis de plomo en otras muestras separadas de raíces y parte aérea
(tallos y hojas) de girasol al final de proceso de remediación (100 días de la instalación). El
análisis se realizó en el Laboratorio de Investigación y Servicios (LABINVSERV) de la
UNSA mediante el método de absorción atómica los datos se expresan en partes por millón
(ppm).
- A partir de los datos obtenidos en el anterior ítem, se calculó el FACTOR DE
BIOCONCENTRACIÓN que resulta de la relación que existe entre el contenido de plomo
en las raíces así como en la parte área de la planta de girasol respecto al contenido Pb del
suelo. Mientras que el FACTOR DE TRASLOCACIÓN se calculó de la relación entre el
contenido de Pb en parte aérea respecto al contenido de las raíces de la planta de girasol.
51
El estudio culminó a los 100 días de la instalación del experimento a este periodo de tiempo
la planta de girasol aun no desarrolló la inflorescencia.
- Determinación del tamaño de planta de girasol: Los registros se tomaron a 30, 70 y 100
días de la instalación del experimento (siembra) en los tratamientos que incluyen plantas
de girasol (T1 y T3) los resultados se expresan en centímetros y resultan de medir desde el
cuello de planta hasta el ápice de crecimiento (punta de crecimiento).
- Determinación del tamaño de raíz de girasol: Se evaluó a 100 días de la instalación del
experimento (siembra) en los tratamientos que incluyen plantas de girasol (T1 y T3) los
resultados se expresan en centímetros; al ser una raíz tipo pivotante se midió desde el cuello
de planta hasta la parte más profunda o punta de crecimiento radicular.
- Análisis de pH de suelo: Este análisis se realizó mediante un potenciómetro digital (Hanna
instruments: pH/EC/TDS; modelo: HI98129) en muestras de cada unidad experimental; los
datos se tomaron luego de pesar 100 gr de muestra de suelo y adicionar 100 ml de agua
destilada para dejarlas en reposo durante 5 minutos y proceder a la lectura correspondiente.
- Análisis edafológico completo de suelo: Este análisis se realizó solo para el tratamiento T2
por ser el más eficiente en la remediación de plomo. El análisis se realizó en el Laboratorio
de análisis de suelos, aguas y semillas de la Estación experimental agraria (EEA -INIA) –
Arequipa.
52
CAPÍTULO IV
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
4.1 PREVIO AL PROCESO DE REMEDIACIÓN
4.1.1 Germinación de semillas de girasol:
El cuadro 3 presenta resultados de la prueba de germinación de semillas de girasol realizado previo
al proceso de remediación de suelos contaminados con plomo,el objetivo de esta prueba fue
determinar la viabilidad de la semilla para germinar y continuar con la sucesión natural de etapas
del crecimiento y desarrollo de la planta.
Los resultados obtenidos indican que la semilla de girasol empleada en la investigación tiene buen
poder de germinación que asegura su viabilidad una vez sembrada.
La germinación se inicia con la entrada de agua en la semilla (imbibición) y finaliza con el
comienzo de la elongación de la radícula, en condiciones de laboratorio la posterior rotura de las
cubiertas seminales por la radícula es el hecho que se utiliza para considerar que la germinación ha
tenido lugar (Pita, Pérez, 1998).
Este criterio fue tomado en cuenta para establecer el logro de la germinación en plantas de girasol
el mismo que ocurrio a 10 días de haber instalado la prueba de germinación.
53
Cuadro 3: Resultados de la prueba de germinación de semillas de girasol. Arequipa. 2019.
Repeticiones Número de semillas
germinadas (Unid)
Porcentaje de germinación (%)
R1 10 100 %
R2 9 90 %
R3 10 100 %
Promedio 9.6 96.7 %
Desviación estándar 0.471 -
4.1.2 Fitotoxicidad en semillas de girasol
Los cuadros 4, 5 y 6 ofrecen resultados de la prueba de fitotoxicidad realizado en semillas de girasol
esta prueba tuvo como propósito determinar la tolerancia de las semillas de girasol al ser tratadas
con 3 niveles de plomo ( 35, 70 y 105 ppm respectivamente); la tolerancia a estos niveles de plomo
aplicados se determinó mediante la capacidad de las semillas para germinar.
Los resultados muestran que las semillas de girasol sometidos a la prueba de fitotoxicidad presentan
buen porcentaje de germinación inclusive en el nivel mas elevado de plomo (105 ppm) logrando
un 90% de germinación valorado a 10 días.
54
Cuadro 4: Resultados de la prueba de fitotoxicidad en semillas de girasol por aplicación de 35
ppm de plomo. Arequipa. 2019.
Repeticiones Número de semillas germinadas
con 35 ppm de Pb (Unid)
Porcentaje de germinación
(%)
R1 9 90 %
R2 8 80 %
R3 9 90 %
Promedio 8.7 86.6 %
Desviación estándar 0.471 -
Cuadro 5: Resultados de la prueba de fitotoxicidad en semillas de girasol por aplicación de 70
ppm de plomo. Arequipa. 2019.
Repeticiones Número de semillas germinadas
con 70 ppm de Pb (Unid)
Porcentaje de germinación
(%)
R1 8 80 %
R2 9 90 %
R3 9 90 %
Promedio 8.7 86.6 %
Desviación estándar 0.471 -
55
Cuadro 6: Resultados de la prueba de fitotoxicidad en semillas de girasol por aplicación de 105
ppm de plomo. Arequipa. 2019.
Repeticiones Número de semillas germinadas con
105 ppm de Pb (Unid)
Porcentaje de
germinación (%)
R1 9 90 %
R2 8 80 %
R3 10 100 %
Promedio 9 90 %
Desviación estándar 0.816 -
A los 15 días en todos los casos se logró un 100 % de germinación; estos resultados permitieron
elegir la dosis de plomo a aplicar (105 ppm de Pb) a fin de ser sometido a un proceso de remediación
tal como se planteó en la investigación. En resumen, en la prueba de fitotoxicidad de semillas de
girasol se demostró que estas semillas pueden tolerar inclusive una concentración de 105 ppm de
Pb no afectando su germinación.
Al respecto Chico - Ruiz et al (2012) reportan que algunas especies pertenecientes a las Asteraceas
toleran altos niveles de metales pesados en comparación con otros grupos taxonómicos y se les ha
propuesto como especies fitorremediadoras siendo la más importante Helianthus annuus (girasol),
la cual posee una facilidad de manejo en su cultivo y se adapta fácilmente a un amplio intervalo en
la variación de temperatura; señalan que las raíces de girasol son capaces de tolerar concentraciones
de 500 mg/l de plomo.
56
Los mecanismos de fitotoxicidad por plomo se relacionan con cambios en la permeabilidad de las
membranas celulares, reacciones de grupos sulfihidrilo (- SH) con cationes y con la afinidad para
reaccionar con grupos fosfato y grupos activos de ADP o ATP. Este autor afirma que la toxicidad
que causa el plomo hacia una especie de planta varía en función de su genotipo, así como de las
condiciones experimentales a las que éstas son sometidas (Chico – Ruiz et al, 2012).
4.1.3 Análisis de suelo
Según el reporte de análisis de suelo mostrado en el cuadro 7; el suelo utilizado en la investigación
presenta un contenido de plomo total de 16,05 ppm como valor de fondo a este valor se le agregó
mediante una solución una cantidad de 105 ppm que sumado al valor de fondo hacen una
concentración de plomo de 121,05 ppm que supera el ECA nacional establecido para suelos de
zonas agrícolas que es de 70 ppm (DS No011-2017-MINAM).
Cuadro 7: Resultados de análisis de suelo empleado en el proceso de remediación. Arequipa.
2019.
DETERMINACIÓN UNIDADES VALOR
Pb total ppm 16.05
Textura - Franco arenoso
Materia orgánica % 3.91
pH - 6.78
C.E. mS/cm 0.23
CIC meq/100 gr 9.720
N % 0.20
P ppm 130.17
K ppm 212.48
57
Según el análisis el suelo es de textura franco-arenosa que podría facilitar la lixiviación de
elementos contenidos en el suelo en caso sea descontrolado y exagerado el volumen de agua
aplicado para el riego de la planta de girasol.
La presencia de materia orgánica es moderada se requiere incorporaciones mayores de fuentes de
materia orgánica para viabilizar un proceso de remediación efectiva de plomo en estos suelos por
lo que se optó por aplicaciones asociadas de estiércol de lombriz (“Humus de lombriz”) en alguno
de los tratamientos a fin de verificar su eficiencia de remediación de plomo.
El pH inicial del suelo es 6.78 (casi cercano a la neutralidad); el suelo no presenta problemas de
salinidad; la capacidad de intercambio catiónico (CIC) es deficiente. Los niveles de nitrógeno son
deficientes, en cambio los valores de fósforo y potasio están relativamente moderados para asegurar
un buen crecimiento de la planta fitorremediadora (girasol).
Sobre las propiedades del suelo y su relación con la contaminación por elementos pesados Galán
et al (2008) señalan que el suelo actúa en general como una barrera protectora de otros medios
más sensibles (hidrológicos y biológicos), filtrando, descomponiendo, neutralizando o
almacenando contaminantes y evitando en gran parte su biodisponibilidad, esta capacidad
depuradora de un suelo depende de los contenidos en materia orgánica, carbonatos y oxihidróxidos
de hierro y manganeso, de la proporción y tipo de minerales de la arcilla, de la capacidad de cambio
catiónico del suelo, del pH y Eh, textura, permeabilidad y actividad microbiana; por tanto, para
cada situación, el poder depurador de un suelo tiene un límite, cuando se superan esos límites para
una o varias sustancias, el suelo funciona como contaminado y es fuente de contaminantes.
58
4.1.4 Análisis de estiércol de lombriz
Según datos ofrecidos en el cuadro 8, el estiércol de lombriz (“humus de lombriz”) empleado en la
investigación ofrece un buen contenido de materia orgánica (20,63 %) que seguramente debió
favorecer el proceso de remediación de plomo en el suelo; además muestra una relación baja entre
carbono y nitrógeno valor que determina una facilidad en el proceso subsecuente de humificación
del medio.
Debe precisarse que en esta investigación el estiércol de lombriz es utilizado como una fuente de
materia orgánica para mejorar la remediación de plomo del suelo.
La materia orgánica humificada en el suelo puede adsorber y/o retener elementos pesados en el
complejo arcillo húmico de esta manera limitar su lixiviación hacia estratos inferiores donde podría
contaminar aguas del subterráneas.
La materia orgánica procedente del estiércol de lombriz; es uno de los constituyentes del suelo con
mayor capacidad de intercambio catiónico debido a la carga negativa de su superficie generada por
grupos funcionales de tipo fenólico, carboxílico y alcohólico; por ello, tiene gran incidencia en la
reactividad del suelo y, por tanto, en las propiedades químicas (Rábago, 2011); la complejidad
química de los compuestos orgánicos hace muy difícil identificar el mecanismo de interacción con
los metales pesados (Rábago, 2011). La capacidad de intercambio catiónico que presenta el humus
de lombriz es elevada (54,738 meq/100gr) y está relacionado directamente al buen contenido de
materia orgánica que posee el estiércol de lombriz, la capacidad de intercambio catiónico favorece
el movimiento de iones entre la solución suelo y el complejo arcillo húmico, esta condición
favorece el intercambio de elementos pesados y viabiliza el proceso de remediación.
59
También el estiércol de lombriz contiene buenos aportes de nutrientes (N, P, K) en beneficio de la
planta remediadora, pero presenta alta salinidad que es perjudicial para girasol.
Cuadro 8: Resultados de estiércol de lombriz empleado en el proceso de remediación. Arequipa.
2019.
DETERMINACIÓN UNIDADES VALOR
Materia orgánica % 20.63
C/N - 10/1
pH - 7.94
C.E. mS/cm 20.13
CIC meq/100 gr 54.738
N % 1.46
P ppm 1720.00
K ppm 15433.94
4.2 DURANTE EL PROCESO DE REMEDIACIÓN
4.2.1 Determinación de plomo no remediado y remediado en el suelo:
Se determinó el efecto de la remediación de suelos contaminados con plomo mediante el empleo
de girasol y estiércol de lombriz en condiciones controladas; los registros del nivel de plomo
remediado y no remediado correspondiente a cada tratamiento se presentan en los anexos.
El análisis de varianza para estas evaluaciones reporta diferencias estadísticas significativas entre
tratamientos para plomo remediado y plomo no remediado.
60
El coeficiente de variabilidad para plomo no remediado (plomo al final del proceso de
remediación) es de 7,16 %; mientras que el coeficiente de variabilidad para plomo remediado fue
de 2,20 % estos coeficientes de variabilidad son admisibles para investigaciones en condiciones
controladas debido a que asignan representatividad a los registros obtenidos.
El cuadro 9 reporta una diferencia estadística significativa entre tratamientos al ser sometidos a la
prueba de tukey, se evidencia que el tratamiento T2 presenta el menor nivel de plomo no remediado
(plomo en el suelo luego del proceso de remediación); este comportamiento concuerda con el valor
de plomo remediado el mismo que según el cuadro 10 es mayor para el tratamiento T2 por lo que
se deduce que este tratamiento respondió mejor comparativamente respecto a los demás
tratamientos
Cuadro 9: Resultados del contenido de plomo no remediado (ppm) en el suelo al final del proceso
de remediación. Arequipa. 2019.
TRAT. DESCRIPCIÓN R1 (ppm) R2 (ppm) R3 (ppm) PROMEDIO (ppm)
T1
Suelo contaminado con Pb +
estiércol de lombriz + girasol 28.37 32.02 26.56 28.98 A*
T2 Suelo contaminado con Pb +
estiércol de lombriz 21.82 24.09 22.34 22.75 B*
T3 Suelo contaminado con Pb +
girasol 33.39 31.22 31.03 31.88 A*
T4 Suelo contaminado con Pb 32.55 27.78 29.90 30.08 A*
* Según la prueba de Tukey (0.05), letras similares refieren que entre estos datos no existe diferencia estadística
significativa.
61
Cuadro 10: Resultados del contenido de plomo remediado (ppm) en el suelo al final del proceso
de remediación. Arequipa. 2019.
TRAT. DESCRIPCIÓN R1 (ppm) R2 (ppm) R3 (ppm) PROMEDIO (ppm)
T1
Suelo contaminado con Pb +
estiércol de lombriz + girasol 92.68 89.03 94.49 92.07 B*
T2 Suelo contaminado con Pb +
estiércol de lombriz 99.23 96.96 98.71 98.30 A*
T3 Suelo contaminado con Pb +
girasol 87.66 89.83 90.02 89.17 B*
T4 Suelo contaminado con Pb 88.5 93.27 91.15 90.97 B*
* Según la prueba de Tukey (0.05), letras similares refieren que entre estos datos no existe diferencia estadística
significativa.
Cuadro 11: Resultados de eficiencia de remediación de plomo para cada tratamiento evaluado al
final del proceso de remediación. Arequipa. 2019.
TRAT. Pb
INICIAL
(ppm)
Pb NO
REMEDIADO
(ppm)
Pb
REMEDIADO
(ppm)
% Pb NO
REMEDIADO
(%)
% Pb
REMEDIADO
(%)
T1 121.05 28.98 ppm 92.07 ppm 23.94 %
76.06 %
T2 121.05 22.75 ppm 98.30 ppm 18.79 %
81.21 %
T3 121.05 31.88 ppm 89.17 ppm 26.34 %
73.66 %
T4 121.05 30.08 ppm 90.97 ppm 24.85 %
75.15%
62
Interpretación Análisis de Varianza:
Se aplicó el análisis de varianza en el cual, nos indica que el valor Fc (11.38) es mayor al nivel de
significancia (0.05) esto quiere decir que al menos uno de los tratamientos es diferente.
(Ver Anexo – Análisis de la Varianza)
Según la prueba de significación de Tukey (0,05) el tratamiento T2 (Suelo contaminado con Pb +
estiércol de lombriz) logró la mayor remoción de plomo del suelo contaminado con una eficiencia
del 81.21 % este resultado presenta diferencia estadística significativa en relación a T1, T4 y T3.
También la prueba de Tuckey demuestra que entre los resultados de remoción de plomo logrados
por T1, T4 y T3 no existe diferencia estadística significativa. Aunque debe resaltarse que todos los
tratamientos remediaron el plomo del suelo contaminado por debajo del ECA nacional para suelos
agrícolas.
Resultados similares son reportados por Vargas (2017) quien llegó a la conclusión que el
tratamiento donde se añadió humus fue donde hubo mayor porcentaje de remoción de plomo de
suelo y también mayor concentración de plomo en sus tejidos aéreos y con respecto a los
indicadores de control se evidencio que el pH y la capacidad de intercambio catiónico guardan más
relación con la disminución de plomo del suelo.
El tratamiento T1 (suelo contaminado con Pb + estiércol de lombriz + girasol) no fue efectivo en
la remoción de plomo del suelo contaminado en comparación con el T2 porque el estiércol de
lombriz tuvo una salinidad alta (20,13 mS/cm) que seguramente afectó el desempeño de esta planta
que en otras investigaciones resulta ser el mejor tratamiento.
La siguiente figura muestra la concentración inicial de plomo, la concentración final y la remoción
de plomo correspondiente a cada tratamiento evaluado en la investigación.
63
Figura 10: Resultados del proceso de remediación de suelos contaminados con plomo por
cada tratamiento evaluado. Arequipa.2019.
Los tratamientos que incluyen plantas de girasol (T1 y T3) si bien lograron reducir el nivel de
plomo en el suelo no superaron las expectativas porque fueron afectados por la alta salinidad del
medio, al respecto varios autores señalan que es una especie vegetal semi tolerante a la salinidad
la mayoría de variedades puede tolerar hasta 6 mS /cm de salinidad; una salinidad por encima de
estos valores para el caso de girasol ocasiona una importante restricción en su crecimiento y
desarrollo debido a limitaciones hídricas (osmóticas) y desbalances iónicos. Al respecto, Ibarra et
al (2017); reportan una investigación realizada con el objetivo de reducir la cantidad de plomo en
los suelos contaminados por medio de la planta de girasol Helianthus annuus, los resultados
arrojaron que la aplicación de suelo contaminado más aserrín obtuvo un mayor crecimiento en
altura, además, el tratamiento de suelo contaminado más humus extrajo y acumuló mayor cantidad
de metal pesado Pb, en comparación con los demás tratamientos; esto confirma que la planta de
girasol es un buen fitoextractor por haber acumulado plomo de 1116,67 mg Pb/kg de suelo.
64
Asimismo; Obaji et al (2017) producto de su investigación concluyen que el lombriabono (estiércol
de lombriz o humus de lombriz), la piedra pómez y el biochar mostraron un alto potencial para ser
usados como enmiendas en suelos contaminados con Pb, Cd y As, debido a su carácter recalcitrante
y la posibilidad de contar con sitios activos que favorecen la sorción de metales pesados. También,
Chávez (2014) resalta que la selección de un método y otro también depende de las condiciones
propias del suelo contaminado, y si bien por el momento los métodos biológicos como la
fitorremediación de suelos no tienen mucha acogida, poco a poco toman más fuerza debido a que
se presentan como una alternativa que no implica una alteración del medio local; son métodos in-
situ amigables con el ambiente, no costosos y puede ser adaptado con especies propias de la zona
usando sus capacidades para acumular y/o estabilizar metales pesados.
Finalmente se considera que la elección de un método o conjunto de métodos (tecnologías de
remediación) más apropiados para suelos contaminados con plomo en al ámbito de nuestra
investigación, no solo dependen de resultados de investigaciones previas, también se debe
considerar el criterio de facilidad técnica y especialmente el costo de implementación la tecnología
de remediación.
Sobre las ventajas de emplear plantas como el girasol para la fitorremediación de sitios
contaminados con plomo, Chávez (2014) indican que este tipo de tecnologías relativamente
recientes, presentan gran potencial en comparación con las tecnologías tradicionales ya que entre
otras cosas, son mucho más amigable con el ambiente, menos costosas y pueden ser más fácilmente
aceptadas por el público en general.
65
Figura 11: Porcentaje de plomo remediado y no remediado (final) por cada
tratamiento evaluado. Arequipa.2019.
4.2.2 Determinación de plomo en drenaje:
Se evaluó el contenido de plomo en el drenaje de cada tratamiento los resultados se evidencian en
el cuadro 12; se aprecia que la aplicación de agua para el riego del tratamiento T1 generó mayor
contenido de plomo en drenaje recolectado; lo que supone que ocurrió mayor lixiviación de plomo
bajo estas condiciones, aunque considerando la desviación estándar de los resultados (0,081 ppm
Pb +/- 0,074) el drenaje ocurrido en condiciones del tratamiento T1 no es normal para suelos de
textura franco arenosa. En cambio el drenaje ocurrido en las condiciones de los tratamientos T2,
T3 y T4 según la desviación estándar es usual en suelos de textura franco arenosa.
66
Cuadro 12: Resultados del contenido de plomo (ppm) en el drenaje recolectado al final del
proceso de remediación. Arequipa. 2019.
TRAT. DESCRIPCIÓN Pb (ppm)
T1
Suelo contaminado con Pb + estiércol de
lombriz + girasol 0.206
T2 Suelo contaminado con Pb + estiércol de
lombriz 0.054
T3 Suelo contaminado con Pb + girasol 0.049
T4 Suelo contaminado con Pb 0.014
Promedio 0.081
Desviación estándar 0.074
La posibilidad de lixiviación (drenaje) de plomo está directamente vinculado a la textura del suelo,
una textura franco-arenosa como los suelos utilizados en la investigación son más propensos a
facilitar el movimiento descendente de elementos lixiviados debido a que contienen buena
porosidad sobre todo macroporosidad. En nuestra investigación ocurrió drenaje de plomo que fue
detectado en los contenedores colocados en cada tratamiento, si bien es mínimo estas cantidades
en un caso real de contaminación de suelos debería valorarse con mucho interés sobre todo por la
posibilidad de que pueda afectar aguas subterráneas.
67
4.2.3 Plomo en plantas de girasol; factor de bioconcentración y traslocación de plomo
En seguida se discute la variación de resultados de la remediación de plomo en los tratamientos T1
y T3 que incluyen plantas de girasol como alternativa de fitorremediación de plomo; los resultados
del contenido de plomo en plantas girasol se muestran en los cuadros 13 y 14 que corresponden a
determinaciones efectuadas a 70 y 90 días de ocurrido la instalación del experimento en
condiciones controladas de invernadero.
Cuadro 13: Resultados del contenido de plomo (ppm) en plantas de girasol de los tratamientos T1
y T3 evaluado a 70 días de la instalación de la investigación. Arequipa. 2019.
TRAT. DESCRIPCIÓN R1
(ppm)
R2
(ppm)
R3
(ppm)
PROME-
DIO.
Pb (ppm)
DESVIACIÓN
ESTANDAR
T1
Suelo contaminado con
Pb + estiércol de
lombriz + girasol
21.086 0.724 0.482 7.431 9.66
T3 Suelo contaminado con
Pb + girasol 0.635 2.098 15.911 6.215 6.88
Cuadro 14: Resultados del contenido de plomo (ppm) en plantas de girasol de los tratamientos T1
y T3 evaluado a 90 días de la instalación de la investigación. Arequipa. 2019.
TRAT. DESCRIPCIÓN R1
(ppm)
R2
(ppm)
R3
(ppm)
PROMEDIO
Pb (ppm)
DESVIACIÓN
ESTANDAR
T1
Suelo contaminado con
Pb + estiércol de
lombriz + girasol
59.62 1.03 0.0 20.22 27,87
T3 Suelo contaminado con
Pb + girasol 0.73 25.39 0.75 8.957 11.62
68
La tendencia de resultados establece que el tratamiento T1 (Suelo contaminado con Pb + estiércol
de lombriz + girasol) presenta plantas con mayor contenido de plomo en ambos periodos de
evaluación con relación al tratamiento T3 (Suelo contaminado con Pb + girasol), estos datos que
comparan el desempeño de plantas de girasol en dos condiciones de suelo contaminado con plomo
obviamente favorecen al tratamiento T1; la diferencia en los resultados se deben a la inclusión de
estiércol de lombriz (“Humus de lombriz”) que presenta este tratamiento (T1).
Entonces se deduce que la incorporación de estiércol de lombriz ayuda la acción de remoción de
plomo por parte de la planta de girasol, este comportamiento sería debido a que la materia orgánica
contenida en el estiércol mejora la adsorción (estabilización) de plomo en el complejo arcillo
húmico del suelo, una vez retenido el plomo la planta de girasol extrae este elemento y lo
incorporaría en su tejido vegetal; a su vez la adición de humus al favorecer la capacidad de
intercambio catiónico del suelo viabiliza la transferencia de plomo de la solución suelo hacia el
complejo arcillo húmico a fin de que sea captado por el sistema radicular de la planta de girasol.
También se determinó el Factor de bioconcentración (FB) de parte aérea de plantas de girasol;
Factor de bioconcentración (FB) de raices de plantas de girasol y Factor de traslocación (FT)
correspondiente a tratamientos T1 y T3 que incluyen plantas de girasol como una opción de
fitorremediación, los resultados se consignan en los cuadros 15, 16 y 17 respectivamente. Los
resultados sobre el factor de bioconcentración de plomo en la parte aérea de la planta así como el
factor de bioconcentración de plomo en la parte radicular de la planta de girasol son menores a uno
(<1) para ambos tratamientos.
69
Sin embargo al comparar estos factores de bioconcentración de plomo en parte aérea y raíces el
tratamiento T3 (Suelo contaminado con Pb + girasol) favoreció la biocencontración de plomo en
tejido vegetal de girasol en comparación con el tratamiento T1 (Suelo contaminado con Pb +
estiércol de lombriz + girasol) lo que hace suponer que en estas condiciones de sustrato el humus
de lombriz como fuente de materia orgánica incorporado al suelo retiene el plomo del suelo
mediante el complejo arcillo húmico limitando la capacidad de remoción de la planta de girasol.
En relación a la diferencia del contenido de plomo (ppm) en las plantas de girasol de los
tratamientos T1 y T3 evaluado a 70 y 90 días de la instalación de la investigación, en las 03
repeticiones (R1, R2 y R3), puede deberse al orden de bioacumulación de plomo en los tejidos de
cada planta de girasol, estos análisis estadísticos sobre el contenido de plomo en los tejidos del
girasol que mostraron diferencias significativas para un mismo tratamiento, estarían condicionados
por la calidad de la semilla, al ser escogidas al azar y por no ser necesario el análisis de la semilla,
su influencia en el desarrollo de la planta y su absorción puede variar. Asimismo, el contenido de
nutrientes en cada tratamiento, la retención de los cationes metálicos que forman compuestos de
elevada solubilidad, entre otros condicionantes como los patrones de desarrollo vegetal
(constituidos por los programas genéticos, bioquímicos, y los factores que modulan e interfieren
con la progresión a través del ciclo de vida de la planta) son factores que aumentan la disponibilidad
del Plomo para ser absorbido por la planta.
Los siguientes cuadros, 15 y 16, presentan los resultados del factos de bioconcentración de la parte
aérea de las planta de girasol y los resultados del factor de bioconcentración (FB) de raices de
plantas de girasol para los tratamientos T1 y T3, respectivamente, ambos evaluados a los 100 días
de la instalación de la investigación.
70
Cuadro 15: Resultados del factor de bioconcentración (FB) de la parte aérea de plantas de girasol
para los tratamientos T1 y T3 evaluado a 100 días de la instalación de la investigación. Arequipa.
2019.
TRAT. DESCRIPCIÓN
Pb
Parte
Aérea
(ppm)
Pb
Suelo
(ppm)
Factor de
bioconcentración
(FB) de la parte
aérea de plantas
de girasol
T1
Suelo contaminado con Pb +
estiércol de lombriz + girasol 7.97 121.05 0.07
T3 Suelo contaminado con Pb + girasol 62.20 121.05 0.51
Cuadro 16: Resultados del factor de bioconcentración (FB) de raices de plantas de girasol para
los tratamientos T1 y T3 evaluado a 100 días de la instalación de la investigación. Arequipa.
2019.
TRAT. DESCRIPCIÓN
Pb
Raíz
(ppm)
Pb
Suelo
(ppm)
Factor de
bioconcentración (FB)
de raíces de plantas de
girasol
T1
Suelo contaminado con Pb +
estiércol de lombriz + girasol 10.80 121.05 0.09
T3 Suelo contaminado con Pb + girasol 22.51 121.05 0.19
71
Cuadro 17: Resultados del factor de traslocación (FT) en plantas de girasol para los tratamientos
T1 y T3 evaluado a 100 días de la instalación de la investigación. Arequipa. 2019.
TRAT. DESCRIPCIÓN
Pb
Parte
Aérea
(ppm)
Pb
Raíz
(ppm)
Factor de
traslocación
(FT)
T1 Suelo contaminado con Pb +
estiércol de lombriz + girasol 7.97 10.80 0.74
T3 Suelo contaminado con Pb + girasol 62.20 22.51 2.76
En relación al factor de traslocación (FT) los resultados descritos en el cuadro 17 establecen para
el tratamiento T1(Suelo contaminado con Pb + estiércol de lombriz + girasol) un FT < 1 , valor que
indica que las raíces de la planta de girasol en presencia de estiércol de lombriz favorecen el
mecanismo de estabilización de plomo, por lo tanto se comportan como plantas exclusoras porque
no acumulan plomo en la parte aérea de la planta.
En este caso la estabilización de plomo en la parte radicular de la planta de girasol se debe a que la
elevada concentración de materia orgánica contenido en el estiércol de lombriz favorece la
retención de plomo en la rizósfera del suelo. Sin embargo, los resultados de traslocación (FT) para
el tratamiento T3 (Suelo contaminado con Pb + girasol) indican un FT >1 valor que indica que las
raíces de la planta de girasol en ausencia de estiércol de lombriz mejoran la traslocación de plomo
desde las raíces hacia la parte aérea de la planta, favoreciendo el mecanismo de fitoextracción de
plomo, por lo tanto se comportan como plantas acumuladoras porque concentran plomo en la parte
aérea de la planta. En este caso al no existir humus de lombriz el plomo queda libre en la solución
suelo para una extracción y traslocación libre por parte de la planta de girasol.
72
Al respecto; Medina, Montano (2014) señalan que muchas especies toleran las elevadas
concentraciones de metales en el suelo porque restringen su absorción y/o translocación hacia las
hojas (estrategia de exclusión); sin embargo, otras los absorben y acumulan activamente en su
biomasa aérea (estrategia acumuladora), lo que requiere una fisiología altamente especializada.
Según (Medina, Montano; 2014) las plantas poseen 3 estrategias básicas para crecer sobre suelos
contaminados: la primera se presenta en plantas exclusoras de metales, las cuales previenen la
entrada de metales o mantienen baja y constante la concentración de estos sobre un amplio rango
de concentración de metales en el suelo, principalmente restringiendo la acumulación de los
metales en las raíces.
La segunda se encuentra en las plantas denominadas indicadoras de metales, que acumulan los
mismos en sus tejidos aéreos y generalmente reflejan el nivel de metal en el suelo; finalmente, la
tercera estrategia es la de las plantas acumuladoras, las cuales pueden concentrar metales en sus
partes aéreas, en niveles que exceden varias veces el nivel presente en el suelo.
De acuerdo a Medina, Montano (2014) un valor del factor de traslocación mayor a 1 indica una
eficiente translocación del metal a brotes, por lo que la planta puede usarse con fines de
fitoextracción; si por el contrario, dicho valor es menor a 1, la translocación del metal es baja, por
lo que éste es retenido principalmente en las raíces y puede usarse para fitoestabilización.
Durante la fitoextracción, los contaminantes son captados por las raíces (fitoacumulación), y
posteriormente éstos son traslocados y/o acumulados hacia los tallos y hojas (fitoextracción); en la
fitoestabilización, las plantas limitan la movilidad y biodisponibilidad de los contaminantes en el
suelo, debido a la producción en las raíces de compuestos químicos que pueden adsorber y/o formar
complejos con los contaminantes, inmovilizándolos así en la interfase raíces-suelo (Volque,
Velásco, 2002.)
73
4.2.4 Tamaño de plantas de girasol (parte aérea):
Se evaluó el efecto de los tratamientos T1 y T3 en el tamaño de la parte aérea de plantas de girasol
en condiciones de invernadero, esta evaluación se realizó durante el proceso de remediación de un
suelo contaminado con plomo; los registros del tamaño de plantas se realizaron a 30, 70 y 100 días
de la instalación de la investigación, dichos resultados se presentan en los cuadros 18, 19 y 20
respectivamente.
Cuadro 18: Tamaño de plantas de girasol (cm) a 30 días de la instalación de la investigación para
los tratamientos T1 y T3. Arequipa. 2019.
TRAT. DESCRIPCIÓN R1
(cm)
R2
(cm)
R3
(cm)
PROMEDIO
(cm)
DESVIACIÓN
ESTANDAR
T1 Suelo contaminado con Pb +
estiércol de lombriz + girasol 5.2 5.8 6.0 5.67 0.34
T3 Suelo contaminado con Pb +
girasol 6.8 7.2 6.8 6.93 0.19
Cuadro 19: Tamaño de plantas de girasol (cm) a 70 días de la instalación de la investigación para
los tratamientos T1 y T3. Arequipa. 2019.
TRAT. DESCRIPCIÓN R1
(cm)
R2
(cm)
R3
(cm)
PROMEDIO
(cm)
DESVIACIÓN
ESTANDAR
T1
Suelo contaminado con
Pb + estiércol de
lombriz + girasol
12.5 12.9 13.4 12.9 0.37
T3 Suelo contaminado con
Pb + girasol 16.0 17.4 17.0 16.8 0.59
74
Cuadro 20: Tamaño de plantas de girasol (cm) a 100 días de la instalación de la investigación
para los tratamientos T1 y T3. Arequipa. 2019.
TRAT. DESCRIPCIÓN R1
(cm)
R2
(cm)
R3
(cm)
PROMEDIO
(cm)
DESVIACIÓN
ESTANDAR
T1
Suelo contaminado con
Pb + estiércol de
lombriz + girasol
62.5 61.4 62.4 62.1 0.49
T3 Suelo contaminado con
Pb + girasol 69.1 68.6 70.2 69.3 0.67
La tendencia de los resultados determina que en los tres periodos de evaluación el tratamiento T3
(Suelo contaminado con Pb + girasol) presenta el mayor tamaño de plantas, este resultado permite
deducir que el mayor tamaño de la parte aérea de plantas de girasol estaría asociado a una mayor
concentración de plomo en la parte aérea debido a que el factor traslocación para este tratamiento
es mayor a uno (FT >1) en este caso se favorece el mecanismo de fitoextracción de plomo.
En relación a los resultados obtenidos Gutierrez – Espinoza et al (2011) señalan que el girasol
(Helianthus annuus) es una planta ampliamente reconocida como fitorremediadora , sobre la cual
se han desarrollado diversos estudios de germinación; Gutierrez – Espinoza et al (2011)
reportaron que el girasol, por su alta capacidad radicular puede extraer del 10 al 25% de los
metales del suelo, ya que estas plantas no son fácilmente afectadas por los contaminantes;
los niveles de crecimiento de esta especie en medios contaminados fueron superiores a los niveles
de crecimiento de plantas que crecen bajo condiciones no contaminadas. Esta especie absorbe
metales pesados en grandes cantidades por lo que se considera como una planta hiperacumuladora
para Cd, Zn, Pb y elementos radiactivos (Gutierrez – Espinoza et al; 2011).
75
Figura 12: Evolución del tamaño de plantas de girasol (parte aérea) expresado en
centímetros durante el proceso de remediación para los tratamientos T1 y T3.
Arequipa.2019.
4.2.5 Tamaño de raíces de girasol:
Se estudió el efecto de los tratamientos T1 y T3 (que incluyen plantas de girasol como opción de
fitorremediación) en el tamaño de raíces de plantas de girasol en condiciones de invernadero, esta
evaluación se realizó durante el proceso de remediación de un suelo contaminado con plomo; los
registros del tamaño de raíces se tomaron a 100 días de la instalación de la investigación, los
resultados se pueden apreciar en el cuadro 21.
Tam
año
pro
med
io p
lan
ta g
iras
ol-
Par
te a
érea
(cm
)
76
Cuadro 21: Tamaño de raíces de plantas de girasol (cm) a 100 días de la instalación de la
investigación para los tratamientos T1 y T3. Arequipa. 2019.
TRAT. DESCRIPCIÓN
R1
(cm)
R2
(cm)
R3
(cm)
PROMEDIO
(cm)
DESVIACIÓN
ESTANDAR
T1
Suelo contaminado con
Pb + estiércol de lombriz
+ girasol
18.2 20.4 19.8 19.5 0.93
T3 Suelo contaminado con
Pb + girasol 12.2 13.0 12.6 12.6 0.33
Los resultados obtenidos en la investigación determinan que el tratamiento T1 (Suelo contaminado
con Pb + estiércol de lombriz + girasol) logró el mayor tamaño de raíces de girasol en comparación
con T3, este resultado permite deducir que el mayor tamaño de raíces estaría asociado a mejorar el
mecanismo de estabilización del plomo en el sistema radicular, criterio que concuerda con el factor
traslocación logrado por este tratamiento (FT <1).
Al respecto, Chico-Ruiz et al (2012) señalan que se define como tolerancia a la presencia de un
contaminante a las adaptaciones que tienen ciertas especies para crecer y reproducirse en lugares
fuertemente contaminados; se sugiere que la principal razón para que la longitud de la raíz sea
usada como una medida para determinar la capacidad de una planta para tolerar metales, es que la
raíz es más sensible a elementos tóxicos en el ambiente, debido a que es un órgano especializado
en la absorción; por tal motivo, es el primer órgano en estar sometido a la presencia de diferentes
contaminantes y, por lo tanto, el primero en presentar efectos tóxicos.
77
Asimismo, al efectuar su investigación sobre la capacidad remediadora de la raíz de girasol
(Helianthus annuus) sometida a diferentes concentraciones de plomo, concluyen que la longitud
de la raíz no se ve afectada por la concentración de plomo y la mayor concentración se da en las
raíces secundarias y son capaces de tolerar concentraciones de 500 mg/l de plomo.
Asimismo, la figura 13, tamaño promedio de plantas y raíces de girasol, representa en forma
comparativa el tamaño de plantas de girasol (parte aérea) y de raíces evaluado al final del proceso
del proceso de remediación para los tratamientos T1 y T3. Tal como se visualiza, se evidencia que
el tratamiento T1, que tuvo mejor desempeño en la remediación de plomo del suelo con respecto
al tratamiento T3, presenta menor tamaño de parte aérea, sin embargo, presenta un mayor tamaño
de raíces; situación inversa sucede con el tratamiento T3 que presenta mayor tamaño de parte aérea
y menor tamaño radicular.
Figura 13: Tamaño de plantas de girasol (parte aérea) y de raíces evaluado al
final del proceso del proceso de remediación para los tratamientos T1 y T3.
Arequipa. 2019.
Tam
año
pro
med
io d
e p
lan
tas
y r
aíce
s d
e
gir
aso
l (c
m)
78
4.2.6 pH del suelo:
Se determinó la variación del pH del suelo por efecto de la remediación de suelos contaminados
con plomo mediante el empleo de girasol y estiércol de lombriz en condiciones controladas; los
registros de pH de suelo correspondiente a cada tratamiento se presentan en los anexos.
Interpretación Análisis de Varianza:
Se aplicó el análisis de varianza en el cual, nos indica que el valor Fc (18.43) es mayor al nivel de
significancia (0.05) esto quiere decir que al menos uno de los tratamientos es diferente. (Ver Anexo
– Análisis de la Varianza).
El análisis de varianza para estas evaluaciones reporta diferencias estadísticas significativas entre
tratamientos; con un coeficiente de variabilidad de 3,41 % este valor es aceptado para
investigaciones en condiciones controladas debido a que confieren representatividad a los registros
obtenidos.
El cuadro 22 ofrece resultados de la prueba de Tukey (0,05), el tratamiento T2 presenta el mayor
pH de suelo seguido de T1 entre ambos no existe diferencia estadística significativa; en cambio T2
y T1 si presentan resultados de pH con diferencia estadística significativa frente a T4 y T3.
Tambien se observa que los tratamientos T2 y T1 presenta pH cercano a la neutralidad; en cambio
los tratamientos T4 y T3 ofrece pH de nivel ácido.Siendo el tratamiento T2 con mayor eficiencia
en la remediación de plomo y con mayor pH de suelo (7,3) en este sustrato se habría limitado la
movilidad de plomo en el suelo favoreciendo su captación por el complejo arcillo húmico.
79
Cuadro 22: Resultados de pH del suelo al final del proceso de remediación. Arequipa. 2019.
TRAT. DESCRIPCIÓN R1
(pH)
R2
(pH)
R3
(pH)
PROMEDIO
(pH)
T1 Suelo contaminado con Pb + estiércol
de lombriz + girasol 6.9 7.2 7.2 7.1 A*
T2 Suelo contaminado con Pb + estiércol
de lombriz 7.1 7.3 7.5 7.3 A*
T3 Suelo contaminado con Pb + girasol 5.9 6.4 6.0 6.1 B*
T4 Suelo contaminado con Pb 6.3 6.7 6.2 6.4 B*
* Según la prueba de Tukey (0.05), letras similares refieren que entre estos datos no existe diferencia estadística
significativa.
Al respecto, Volque; Velásco (2002) indican que el pH determina el grado de adsorción de iones
por las partículas del suelo, afectando así su solubilidad, movilidad, disponibilidad y formas iónicas
de un contaminante y otros constituyentes del suelo; la solubilidad de muchos contaminantes
inorgánicos cambia en función del pH y normalmente su movilidad disminuye con altos valores de
pH.
Por la importancia de pH en remediación de suelos contaminados con plomo se realizó una prueba
de correlación lineal entre la remoción de plomo (variable dependiente: Y) y el pH del suelo
(variable independiente: X). Los valores indicados en el anexo revelan alta asociación entre ellos
tal como lo demuestra el coeficiente de correlación (r = 0,759); el coeficiente de determinación (r2:
0,576) indica que el pH del suelo influye en un 57,6 % en la remoción de plomo del suelo
contaminado.
80
El coeficiente de intersección (a) para la asociación entre plomo remediado y pH del suelo indica
que la línea de regresión se intercepta con el eje de las coordenadas (Y) a una distancia del origen
de 55,63; por otro lado, el coeficiente de regresión (b) indica que la línea de regresión es positiva
es decir asciende de izquierda a derecha también refiere si el pH del suelo varia en una unidad la
remoción de pH variará en 5,5 unidades.
La mayoría de los metales entre ellos el plomo tienden a estar más disponibles a pH ácido porque
son menos fuertemente adsorbidos, en el caso de la investigación a medida que el pH se incrementa
el Pb es removido con mayor eficiencia por que el pH tendiente a la alcalinidad inmoviliza el Pb
del suelo favoreciendo su remoción.
Figura 14: Modelo de correlación lineal entre el plomo remediado y el pH del suelo. Arequipa. 2019.
4.2.7 Análisis edafológico final del suelo:
Se realizó un analisis de suelo al final del proceso de remediación solo para el tratamiento T2
(Suelo contaminado con Pb + estiércol de lombriz) debido a que fue el tratamiento que logró la
mayor eficiencia en la remediación de suelos contaminados con plomo.
81
Según el análisis la textura de suelos es franco arenosa no existiendo ningúna variación en relación
a la textura inicial del suelo; la materia orgánica se incremento en relación al valor inicial de 3,91
% a 11,12 %; la conductividad electrica que valora la salinidad del suelo se incrementó aunque sin
superar el valor crítico que es 4 mS/cm; la capacidad de intercambio catiónico de 9,72 meq/100 gr
al inicio se incrementó a 27,872 meq/100 gr; asimismo los niveles de N, P y K mejoraron en
relación al nivel inicial detectado en el suelo. En consecuencia, el tratamiento T2 no solo logró ser
el mas eficiente en la remoción de plomo con respecto a los demás tratamientos sino que también
favoreció las propiedades del suelo, tal como se evidencia en el análisis de suelo correspondiente
al tratamiento T2. El cuadro 23 presenta el resumen de los resultados del análisis edafológico final
del suelo de la aplicación del tratamiento T2, los resultados se muestran favorables respecto a la
mejora en las propiedades.
Cuadro 23: Análisis edafológico final del suelo correspondiente al tratamiento T2
luego del proceso de remediación. Arequipa. 2019.
DETERMINACIÓN UNIDADES VALOR
Textura - Franco arenoso
Materia orgánica % 11.12
pH - 6.93
C.E. mS/cm 3.11
CIC meq/100 gr 27.872
N % 0.47
P Ppm 969.25
K Ppm 2187.33
82
CAPÍTULO V
CONCLUSIONES
1. El tratamiento T2 (Suelo contaminado con Pb + estiércol de lombriz) logró la mayor remoción
de plomo del suelo contaminado con una eficiencia del 81,21% este resultado presenta
diferencia estadística significativa en relación a los tratamientos T1, T4 y T3. Aunque todos los
tratamientos remediaron el Pb por debajo del ECA nacional para suelos agrícolas (70 ppm Pb).
2. El tratamiento T2 (Suelo contaminado con Pb + estiércol de lombriz) logró remediar el nivel
inicial de plomo de 121,05 ppm hasta 22,75 ppm logrando una remoción de 98,30 ppm; este
tratamiento también incrementó el contenido de la materia orgánica, la capacidad de
intercambio catiónico, pH y los niveles de N, P y K en el suelo sometido al proceso de
remediación.
3. Considerando el factor de traslocación de plomo (FT), la planta de girasol en presencia de
estiércol de lombriz (T1: Suelo contaminado con Pb + estiércol de lombriz + girasol) se
comportan como planta exclusora (FT < 1) favoreciendo el mecanismo de estabilización de
plomo; sin embargo, en ausencia de estiércol de lombriz (T3: Suelo contaminado con Pb +
girasol) se comporta como planta acumuladora (FT >1) favoreciendo el mecanismo de
fitoextracción de plomo.
4. Finalmente se concluye que la utilidad del girasol (helianthus annus) y estiércol de lombriz roja
(Eisenia foetida) permite inmovilizar el Pb en el suelo a través de su absorción y acumulación
en las raíces o bien, por percolación en la capa de la rizosfera, a través de los mismos se reduce
la movilidad de los contaminantes y reduce su propagación a las aguas subterráneas.
83
CAPÍTULO VI
RECOMENDACIONES
1. En consideración a los resultados de la investigación desarrollada sugerimos que el tratamiento
T2 (Suelo contaminado con Pb + estiércol de lombriz) pueda ser considerado como una
alternativa de tecnología de remediación de sitios contaminados con plomo debido a que logró
la mayor remoción de plomo del suelo contaminado con una eficiencia del 81,21 %.
2. Sin embargo, recomendamos para futuros trabajos de investigación similares realizar una
objetiva valoración económica de tratamientos y su posibilidad real de implementación como
una opción tecnológica para remediar sitios contaminados con plomo.
84
CAPÍTULO VII
BIBLIOGRAFÍA
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ANEXOS
90
1: ANÁLISIS DE VARIANZA
91
ANALISIS DE VARIANZA
Plomo final en el suelo (ppm) no remediado Plomo final en el suelo (ppm) no remediado
repeticiones T3 31.88 |
Tratamientos I II III Sumatorias Promedios T4 30.08 | |
T1 28.37 32.02 26.56 86.95 28.98 T1 28.98 | | |
T2 21.82 24.09 22.34 68.25 22.75 T2 22.75
T3 33.39 31.22 31.03 95.64 31.88
T4 32.55 27.78 29.90 90.23 30.08
Sumatorias 116.13 115.11 109.83 341.07
Promedio = 28.42
F. de Variabilidad GL Sc CM Fc Ft(0,05) Ft(0,01) Sig
Tratamientos 3 141.55 47.18 11.38 4.07 7.59 **
Error E. 8 33.16 4.15
Total 11 174.71 C.V. = 7.16%
Plomo remediado (ppm) Plomo remediado (ppm)
repeticiones T2 98.30
Tratamientos I II III Sumatorias Promedios T1 92.07 |
T1 92.68 89.03 94.49 276.20 92.07 T4 90.97 | |
T2 99.23 96.96 98.71 294.90 98.30 T3 89.17 | |
T3 87.66 89.83 90.02 267.51 89.17
T4 88.50 93.27 91.15 272.92 90.97
Sumatorias 368.07 369.09 374.37 1111.53
Promedio = 92.63
F. de Variabilidad GL Sc CM Fc Ft(0,05) Ft(0,01) Sig
Tratamientos 3 141.55 47.18 11.38 4.07 7.59 **
Error E. 8 33.16 4.15
Total 11 174.71 C.V. = 2.20%
92
ANALISIS DE VARIANZA
Análisis pH final en el suelo Análisis pH final en el suelo
repeticiones T2 7.30 |
Tratamientos I II III Sumatorias Promedios T1 7.10 |
T1 6.90 7.20 7.20 21.30 7.10 T4 6.40
T2 7.10 7.30 7.50 21.90 7.30 T3 6.10
T3 5.90 6.40 6.00 18.30 6.10
T4 6.30 6.70 6.20 19.20 6.40
Sumatorias 26.20 27.60 26.90 80.70
Promedio = 6.72
F. de Variabilidad GL Sc CM Fc Ft(0,05) Ft(0,01) Sig
Tratamientos 3 2.90 0.97 18.43 4.07 7.59 **
Error E. 8 0.42 0.05
Total 11 3.32 C.V. = 3.41%
Y X Pb remediado (ppm) pH suelo
92.68 6.9 89.03 7.2 94.49 7.2 99.23 7.1 96.96 7.3 98.71 7.5 87.66 5.9 89.83 6.4 90.02 6 88.5 6.3
93.27 6.7 91.15 6.2
Correlaciones vs. Pb remediado (ppm) r r2 b a r (0.05) r (0.01) Sig
pH suelo 0.759 0.576 5.50 55.63 0.404 0.515 **
93
2: Evidencias fotográficas:
Fotografía N° 1: Preparación Solución Pb Fotografía N° 2: Preparación Solución Pb
Fotografía N° 3: Preparación Solución Pb Fotografía N° 4: Prueba germinación
94
Fotografía N° 5: Prueba de germinación Fotografía N° 6: Prueba de fitotoxicidad
Fotografía N° 7: Prueba de fitotoxicidad Fotografía N° 8: Prueba de fitotoxicidad
Fotografía N° 9: Punto de muestra de Suelo Fotografía N° 10: Muestra de suelo
95
Fotografía N° 11: Preparación compost +
suelo
Fotografía N° 12: Preparación compost +
suelo
Fotografía N° 13: Preparación compost +
suelo
Fotografía N° 14: Preparación compost +
suelo
96
Fotografía N° 15: Solución de plomo
agregada a muestra de Suelo
Fotografía N° 16: Solución de Plomo
agregada a muestra de Suelo
Fotografía N° 17: Sembrío de girasol en
Tratamientos SPbG y SPbELG
Fotografía N° 18: Sembrío de girasol en
Tratamientos SPbG y SPbGEL
97
Fotografía N° 19: Tratamiento SPb instalado
en vivero
Fotografía N° 20: Tratamiento SPbG
instalado en vivero
Fotografía N° 21: Tratamiento SPbEL
instalado en vivero
Fotografía N° 22: Tratamiento SPbELG
instalado en vivero
98
Fotografía N° 23: Tratamiento SPbG a 30
días de siembra
Fotografía N° 24: Tratamiento SPbG a 30
días de siembra
Fotografía N° 25: Tratamiento SPbG a 30
días de siembra
Fotografía N° 26: Tratamiento SPbELG a 30
días de siembra
99
Fotografía N° 27: Tratamiento SPbELG a 30
días de siembra
Fotografía N° 28: Tratamiento SPbELG a 30
días de siembra
Fotografía N° 29: Tratamiento SPbG a 45
días de siembra
Fotografía N° 30: Tratamiento SPbELG a 45
días de siembra
100
Fotografía N° 31: Tratamiento SPbG, brote
girasol
Fotografía N° 32: Tratamiento SPbELG,
brote girasol
Fotografía N° 33: Tratamiento SPbG, flor de
girasol
Fotografía N° 34: Tratamiento SPbELG, flor
de girasol
101
Fotografía N° 35: Envío muestra de girasol Fotografía N° 36: Envío muestra de girasol
Fotografía N° 37: Envío muestra de girasol
102
3: Reportes de análisis de suelos, estiércol de lombriz, plantas de girasol: