Evaluación de la sorción de hidrocarburos en raíces de Cyperus laxus creciendo en un suelo recién contaminado de Tabasco, México.

Transcripción

1 XX Congreso Latinoamericano y XVI Congreso Peruano de la Ciencia del Suelo EDUCAR para PRESERVAR el suelo y conservar la vida en La Tierra Cusco Perú, del 9 al 15 de Noviembre del 2014 Centro de Convenciones de la Municipalidad del Cusco Evaluación de la sorción de hidrocarburos en raíces de Cyperus laxus creciendo en un suelo recién contaminado de Tabasco, México. Escalante-Espinosa, E.*, Díaz-Torres, R.A., Fócil-Monterrubio, R. L. y Díaz-Ramírez, I.J. Laboratorio de Bioprocesos y Tecnología Ambiental, División Académica de Ciencias Biológicas, Universidad Juárez Autónoma de Tabasco, México. *Autor de contacto: erika.escalante@ujat.mx; Km 0.5 Carr. Villahermosa a Cárdenas, Bosques de Saloya, Villahermosa, Tabasco, México. C.P Tel (ext. 6437) RESUMEN En el sureste de México se localizan sitios altamente contaminados con hidrocarburos (más de ppm). En estos sitios se ha observado la presencia de plantas nativas las cuales sobreviven bajo las condiciones de estrés que imponen los contaminantes. Esto permite establecer que el uso de las plantas nativas constituye una alternativa atractiva para la restauración de estos suelos. En el presente trabajo se evaluó la sorción de hidrocarburos en raíces de Cyperus laxus, especie nativa que crece en suelos contaminados, como una etapa previa a su metabolismo y/o acumulación en la planta. Se realizó una prueba de sorción (suelo recién contaminado con hidrocarburos a ppm) en condiciones de invernadero, durante 60 días de cultivo. Se midió el crecimiento de las plantas (biomasa seca aérea y radicular así como la longitud de las raíces) y se cuantificaron y fraccionaron los hidrocarburos en el suelo y las raíces. Al final del cultivo se observó un aumento de 2.5 veces con respecto al inicial de la biomasa aérea y radicular; presentándose disminución en el crecimiento a partir de los 30 días de cultivo. La composición de los hidrocarburos en las raíces fue de: 32.54% para alifáticos, 28.49% para aromáticos y 38.97% para la mezcla polares:asfaltenos a los 90 días. La presencia de hidrocarburos en raíces de C. laxus creciendo en suelo recientemente contaminado, es un indicador de la participación de la sorción en la remoción de hidrocarburos, posibilitando el uso de esta especie en tratamientos de remediación de suelos en México. PALABRAS CLAVE: fitorremediación; cyperaceas; hidrocarburos.

2 INTRODUCCIÓN México es un país considerado como uno de los grandes productores de petróleo a nivel mundial. En el 2010, producía millones de barriles de petróleo por día. La obtención de hidrocarburos en México y el deterioro ambiental que le es inherente abarcan grandes extensiones del territorio nacional, concentrándose en los estados de Veracruz, Tabasco, Campeche, sur de Tamaulipas y norte de Chiapas (Jiménez, 2008). En Tabasco, las actividades agrícolas son muy importantes después de la actividad petrolera, además se encuentra dentro de los estados más afectados por los derrames de petróleo, lo que ocasiona grandes pérdidas económicas y ambientales. Para el tratamiento de los suelos contaminados se han utilizado tecnologías de biorremediación, dentro de las cuales se encuentra la fitorremediación, que se define como el uso de plantas y microorganismos asociados a su rizósfera para remover contaminantes. Los factores que influyen en el éxito de la fitorremediación son: i) el efecto de la rizósfera, ii) el papel de las plantas en la degradación, iii) el papel de los microorganismos en la degradación, iv) la influencia de los factores fisicoquímicos y ambientales y v) aspectos de manejo de la fitorremediación (Hernández et al., 2004). Esta tecnología se encuentra en desarrollo y constituye una estrategia muy interesante, debido a la capacidad que tienen algunas especies vegetales de absorber, acumular y/o tolerar altas concentraciones de contaminantes. Las Cyperaceas son plantas que se desarrollan en zonas inundables y en estudios anteriores se ha determinado que pueden ser utilizadas en la fitorremediación de hidrocarburos (Escalante et al., 2005). Específicamente, Cyperus laxus es una especie presente en pantanos con una larga historia de contaminación por hidrocarburos; fue seleccionada para este trabajo ya que es capaz de crecer en suelos con una contaminación hasta de ppm de hidrocarburos totales de petróleo (Gallegos-Martínez et al., 2000). Con el fin de determinar si los hidrocarburos pueden encontrarse en el tejido radicular, como una etapa previa a su transformación y/o acumulación en dicho tejido, se evaluó la presencia hidrocarburos en la raíz de Cyperus laxus a partir de suelo recién contaminado. MATERIAL Y MÉTODOS Preparación del suelo. Se empleó un suelo recién contaminado obtenido en el municipio de Cunduacán, Tabasco. El suelo muestreado fue secado a la intemperie, molido y tamizado a través de una malla del número 8. También se muestreó suelo limpio cercano al sitio contaminado. Germinación y crecimiento de C. laxus. Se realizó la germinación de semillas en charolas con turba previamente humectada y se cultivaron durante un periodo de 60 días condiciones de invernadero. Se adicionó fertilizante triple 17 (1 g de fertilizante/1 L de agua) cada 15 días. Prueba preliminar de toxicidad aguda. Se transplantaron 9 individuos de C. laxus a frascos de vidrio con 150 g (250 ml) de suelo contaminado durante un periodo de 7 días en condiciones de invernadero. Se observó diariamente si se presentaba decaimiento o muerte de las plantas. Prueba de sorción de hidrocarburos en raíces. Se emplearon 24 frascos de vidrio (1L), 6 frascos con 500 g de suelo limpio (control) y 18 frascos con 500 g de suelo contaminado. Se colocó un individuo por recipiente. Las unidades experimentales se mantuvieron en condiciones de invernadero por 60 días de cultivo. Se añadió agua a las plantas una vez por semana y se adicionó fertilizante triple 17 (1 g de fertilizante/1 L de agua) cada 15 días. Se realizaron muestreos a los 20, 30 y 60 días de cultivo. Se midió el número de hojas, altura de la planta, longitud de raíces, biomasa seca (aérea y radicular). Para la biomasa seca, previamente fue separada la parte aérea de la subterránea (lavada con agua corriente), posteriormente se secaron los individuos para eliminar el agua de sus tejidos en un horno a 80 C por 72 h y se pesaron en una balanza analítica estándar hasta obtener el peso constante de las mismas. Se calculó la velocidad de crecimiento a partir de los datos de biomasa y de longitud de raíces.

3 Análisis de suelos. Los suelos limpio y contaminado se analizaron para determinar textura, ph y conductividad eléctrica de acuerdo a lo establecido en la norma oficial mexicana NOM-021-SEMARNAT Análisis de hidrocarburos. La cuantificación de los hidrocarburos totales de petróleo (HTP) en el suelo y las raíces, se realizó mediante el método gravimétrico, extrayendo previamente los hidrocarburos del suelo y las raíces secas mediante el equipo Soxhlet, usando una mezcla de solventes hexano:acetona (1:1) durante 8 h. Posteriormente, se realizó el fraccionamiento del extracto obtenido en tres fracciones: alifáticos, aromáticos y polares:asfaltenos. Se empleó el método basado en la separación de los hidrocarburos por cromatografía en columna, utilizando sílica gel como fase estacionaria y solventes orgánicos como agentes de elución. La cuantificación de las fracciones fue gravimétrica (Díaz-Ramírez et al., 2004).. RESULTADOS Y DISCUSIÓN Los suelos empleados fueron clasificados como arcillosos. Los hidrocarburos totales de petróleo en el suelo contaminado se cuantificaron a una concentración de 13, 944 ppm. Con respecto a la conductividad eléctrica en el suelo limpio y contaminado se consideran con efectos despreciables de la salinidad según la NOM-021-SEMARNAT-2000.El ph del suelo limpio fue de 7.65 y del suelo contaminado de 7.03, clasificados como medianamente alcalino y neutro, respectivamente. La prueba preliminar de toxicidad aguda se realizó con la finalidad de determinar si la concentración de HTP en el suelo pudiera causar la muerte inmediata de las plantas. Durante los siete días que duró la prueba, las plantas no mostraron ningún signo de estrés (Figura 1), todas las plantas sobrevivieron, decidiéndose emplear el suelo con la concentración de hidrocarburos del derrame original. Figura 1. Prueba preliminar con Cyperus laxus para determinar la posible toxicidad de los hidrocarburos en el suelo. Prueba de sorción de HTP en raíces de C. laxus Los resultados de biomasa seca aérea y radicular se presentan en la Figura 2. Ambas biomasas incrementaron durante el tiempo de cultivo, siendo este de 2.5 veces con respecto al valor inicial. Estos valores de las variables de crecimiento medidas durante la prueba de sorción mostraron que existió un periodo de adaptación inicial. A partir de los 20 días de cultivo, se apreció un crecimiento exponencial hasta los 30 días, después de los cuales se observó una disminución en la velocidad de crecimiento. La longitud de la raíz inicial fue de 5.2 cm y al final del cultivo de 17.5 cm. Basumatary y col. (2012), investigaron la degradación de hidrocarburos en suelo contaminado con petróleo crudo en presencia de Cyperus brevifolius. Las plantas crecieron en suelo con 8% de petróleo crudo. En presencia del contaminante, la biomasa y la altura de la planta disminuyeron con respecto a plantas creciendo en suelo limpio.

4 Figura 2. Biomasa seca aérea y radicular de Cyperus laxus durante la prueba de sorción en suelo contaminado con hidrocarburos. Los compuestos orgánicos se pueden sorber en las raíces, asimilar, metabolizar, o transpirar (volatilizarse) por las plantas. El primer paso es la sorción (retención de una sustancia por otra cuando están en contacto; incluye los fenómenos de absorción y adsorción. Cuando los contaminantes se dispersan en suelos o aguas subterráneas y entran en contacto con las raíces, se pueden absorber o atrapar en las paredes de la estructura y de la célula de la raíz (Dietz, 2001).Los resultados de las fracciones de hidrocarburos en las raíces y en el suelo contaminado se presentan en la Figura 3, donde puede observarse que la fracción de alifáticos fue mayor en las raíces con respecto al suelo contaminado, mientras que los aromáticos se obtuvieron en menor proporción. Los valores de la fracción de la mezcla polares:asfaltenos se mantuvo ligeramente mayor que los valores encontrados en el suelo. Es importante mencionar que la inspección visual de los recipientes donde se obtuvieron los extractos de raíces para cada fracción presentaron los colores característicos de las mismas: incoloro transparente para los alifáticos, ligeramente amarillento para los aromáticos y café obscuro para la mezcla polares:asfaltenos.

5 Figura 3.Composición de los hidrocarburos extraídos del suelo contaminado y de las raíces de Cyperus laxus durante la prueba de sorción. El contenido de la fracción de alifáticos en las raíces incrementó de 506 a 960 mg/g de raíz, para la fracción de aromáticos fue de 396 a 809 mg/g de raíz y para la mezcla polares:asfaltenos de 758 a 1061 mg/g de raíz. En estudios anteriores realizados con la misma especie en un sistema modelo (agrolita como soporte y una mezcla de hexadecan:fenanreno:pireno) se determinó que la sorción de hidrocarburos en las raíces fue mayor para los hidrocarburos aromáticos comparada con los alifáticos, debido a su estructura química (Zurita-Cruz, 2012). CONCLUSIÓN La presencia de hidrocarburos en raíces de Cyperus laxus creciendo en suelo recientemente contaminado es un indicador de la participación de la sorción en la remoción de hidrocarburos, como etapa previa a su transformación y/o acumulación en el tejido radicular. Estos resultados sugieren que la especie puede ser utilizada en tratamientos de fitorremediación y de atenuación natural en sitios contaminados con hidrocarburos en el sureste de México. AGRADECIMIENTOS Al Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología por el financiamiento a través del proyecto Proyecto No BIBLIOGRAFÍA Basumatary, B., Bordoloi, S., & Prasad Sarma, H., Crude oil-contaminated soil phytoremediation by using Cyperus brevifolius (Rottb.) Hass. Springer Science Business, Dietz, A. C., y Schnoor J. L. (2001). Advances in Phytoremediation. Environmental Health Perspectives Vol Escalante E. E., Gallegos M. M., Favela T. E., Gutierrez R. M. (2005). Improvement of the hydrocarbon pytoremediation rate by Cyperus laxus Lam inoculated with a microbial consortium in a model system. Chemosphere 59 (2005) Gallegos M. M., Gómez S. A., González C.L., Montes de Oca G. M. A., Yáñez T. L., Zermeño E. L. J. A. y Gutiérrez-Rojas, M. (2000) Diagnostic and resulting approaches to restore petroleum

6 contaminated soil in a Mexican tropical swamp. Water Science and Technology vol. 42 Nos 5-6; Hernández Acosta, E., Rubiños Panta, J. E., & Alvarado López, J., Restauración de suelos contaminados con hidrocarburos: conceptos básicos. Colegio de Posgraduados. México. Jiménez, B. E., La Contaminación Ambiental en México: causas, efectos y tecnología apropiada. Limusa. México. 674 pp. NOM-021-SEMARNAT Norma oficial mexicana que establece las especificaciones de fertilidad, salinidad y clasificación de suelos, estudios, muestreo y análisis. Zurita-Cruz, M. G Sorción de hidrocarburos en raíces de Cyperus laxus Lam. Tesis de Maestría. DACBiol-UJAT. México.