Recuperación de un suelo contaminado con plomo con el uso de ácidos fúlvicos y girasol ornamental Soil Polluted by Lead Recovery Using Fulvic Acids and Ornamental Sunflower



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Recuperación de un suelo contaminado con plomo con el uso de ácidos fúlvicos y girasol ornamental
Soil Polluted by Lead Recovery Using Fulvic Acids and Ornamental Sunflower
Rubén López Cervantes1, Alfonso Reyes López.2 y M. R. Zúñiga E.3
Resumen
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”. 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.

Palabras clave: ácidos fúlvicos, recuperación de suelos.
Abstract
With the aim of recover a polluted soil with lead (Pb), in four plots of 1.25 m-2 in four plots of alkaline soil, it was add 750 mg of Pb by kg-1 of soil and in other four plots was add 1000 mg-1 of Pb by kg-1 of soil. Also, it was add 10.4 mg L-1 of fulvic acids extracted from compost (MFA), 0.6 mL L-1 of K-tionic (commercial fulvic acids) and 1 mg L-1 of DTPA (synthetic chelating agent) and it was sow 41 plants/m-2 of hybrid “sunbrigth” ornamental sunflower (OS). It was measure the plant length (PL), steam diameter (SD), outer flower diameter (OD) and inner flower diameter (ID), harvest days (HD) and Pb quantity of plant (in steam, foliage and flower tissue). It have not statistical treatments effect in PL and SD, but in OD, ID and HD in they have high statistical effect and when it was add the MFA in the polluted soil with 1000 mg of Pb by kg-1 of soil, the sunflower take it 1.3 kg ha-1 of Pb and this was 85.7 % more than the yield sunflower in the polluted soil with 750 mg kg-1 of Pb and the K (0.7 kg ha-1) added. With the use of MFA and OS, are possible recover polluted lead soils, but in time function.

Key words: fulvic acids, soils recovery.

_____________________

1.- Profesor-Investigador en Suelos, UAAAN. 2.- Profesor-Investigador en Horticultura, UAAAN. 3.- Investigadora INIFAP-Coahuila, Campo Saltillo.
Introducción
La contaminación de suelos agrícolas por metales pesados, se debe al empleo de fertilizantes y plaguicidas de forma prolongada. Por ejemplo, los fertilizantes fosforados contienen plomo, zinc, arsénico y cadmio, porque la roca fosfórica de donde los elaboran, los contiene, además, ciertos plaguicidas que contienen plomo, arsénico, mercurio, cobre y zinc son empleados en la producción de frutales y hortalizas (Bernal, 2003).

El plomo es uno de los más importantes contaminantes del medio ambiente, porque es insoluble en suelos con pH alcalino y donde dominan arcillas de tipo illitico (García y Dorronsoro, 2004). Así, la recuperación de suelos contaminados con este elemento, es uno de los problemas más difíciles de resolver. Una técnica para esto, es la fitoremediación, la cual es definida como el uso de plantas verdes para remover contaminantes del medio ambiente (Raskin et al., 1997).

Ciertos agentes quelatantes sintéticos, facilitan la disponibilidad de iones metálicos para el crecimiento de las plantas y durante largo tiempo se han empleado, para colocar disponibles los metales pesados a las plantas. Así, el EDTA (ácido ethilenedraminetetraacético), fue efectivo porque facilitó la fitoextracción de cadmio (Cd), cobre (Cu), níquel (Ni), plomo (Pb) y zinc (Zn) a la adición de 10 mmol kg-1 de EDTA a un suelo contaminado con 1200 mg de Pb por kg-1 de suelo, lo que resultó con una acumulación de 1.6 % en tallos de B. juncea. El EDTA fue efectivo cuando se aplicó algunos días antes de cosechar las plantas (Blaylock et al., 1997).

Las substancias húmicas (SH) son los ácidos húmicos (AH), los ácidos fúlvicos (AF) y las huminas residuales (HR) y son definidas como una mezcla heterogénea de macromoléculas orgánicas, con estructura química muy compleja, distinta y más estable que su forma original y provienen de la degradación de residuos de plantas y animales, gracias a la actividad enzimática de los microorganismos (Fründ et al., 1994; Schnitzer, 2000) y por metamorfismo de residuos orgánicos, después de millones de años, sepultados por arcillas en deltas de ríos (minerales fósiles) (Escobar, 2002, comunicación personal).

Los AH y los AF poseen un alto contenido de grupos funcionales libres oxigenados (-COOH y –OH), que pueden complejar y/o quelatar cationes, sobre todo metálicos, ya que son más rápidamente adsorbidos que los alcalino-térreos (Harter y Naidu, 1995).. En los primeros compuestos orgánicos, dominan los grupos funcionales carboxilos (entre 500 y 900 meq/100g) y para los segundos, los grupos oxhidrilos fenólicos (no más de 1400 meq/100g), porque más del 80 % de la estructura molecular de dichos ácidos, está formada por los grupos funcionales mencionados (Harter y Naidu, 1995; Schnitzer, 2000). Contrario a lo anterior encontró López (2002), al analizar compuestos húmicos extraídos de compostas.

A pesar de lo comentado, no hay evidencia de que las SH intervengan en la disponibilidad de iones y su traslocación dentro de la planta (Kuiters y Mulder, 1993), es decir, que actúen como suplidores y reguladores de la nutrición vegetal en forma similar a los intercambiadores sintéticos de iones sintéticos (agentes quelatantes) (Orlov, 1995; Pettit, 2004).

Los agente quelatantes sintéticos (EDTA, DTPA, etc.), son costosos y difícil su consecución, por lo que se hace necesaria la búsqueda de alternativas económica y ecológicamente factibles, para colocar los metales pesados disponibles a las plantas y así estar en posibilidades de remediar los suelos contaminados con estos materiales.

Por lo anterior, el objetivo del trabajo fue determinar el comportamiento de ácidos fúlvicos y girasol ornamental en la recuperación de un suelo contaminado con plomo.


Metodología experimental
El horizonte Ap de un suelo con pH (relación 1:2, peso /volumen) de 7.6, textura limo-arcillosa (pipeta de Robinson, Kilmer y Alexander, 1949), 0.8 % de materia orgánica (Walkley y Black, 1948) y densidad aparente de 1.13 g cm-1 (método de probeta), fue colectado y colocado en “camas” de siembra del área experimental del Departamento de Ciencias del Suelo del Campus principal de la UAAAN. Con plástico se separaron ocho áreas de 1.25 m-3, de las cuales cuatro fueron contaminadas con nitrato de plomo a razón de 1000 mg kg-1 de Pb y las otras cuatro con 750. Cada área fue un tratamiento.

Realizado lo anterior, se regó con el fin de que el plomo se incorporara al suelo y se dejó reposar durante ocho días y se adicionaron los tratamientos, los cuales fueron: 10.4 mg L-1 de agua de ácidos fúlvicos (López, 2002), extraídos de composta (proporcionada por la Empresa MIYAMONTE Mex. S. A. de C. V.) (AFM), 0.6 mL L-1 de K-tionic (ácidos fúlvicos comerciales –GBM- de leonardita- mineral fósil) (K), 1 mg L-1 de DTPA (DTPA) y dos testigos (T) (Cuadro 1). Posterior a ello, se sembró un híbrido de girasol ornamental, cv. “Sunbrigth” (SAKATA Seeds de México, S. A. de C. V.), a la cantidad de 41 plantas m-2

A los compuestos se les determinó por oxidación – reducción la acidez total (AT), es decir los contenidos de grupos funcionales libres carboxilos (-COOH) y oxidrilos fenólicos (-OH) (Schnitzer y Gupta, 1965) (Cuadro 2).
Cuadro 1.- Tratamientos adicionados a un suelo contaminado con plomo.

Número

Suelo contaminado

(mg Pb kg-1 de suelo)



Tratamientos

1

750

T

2

750

K (0.6 mL L-1)

3

750

AFM (10.4 mg L-1)

4

750

DTPA (1 mg L-1)

5

1000

T

6

1000

K (0.6 mL L-1)

7

1000

AFM (10.4 mg L-1)

8

1000

DTPA (1 mg L-1)

Las variables evaluadas a la planta fueron: altura, diámetro de tallo, diámetro interno y externo de capitulo y días a cosecha. De los 10 cm-1 superficiales de suelo y de follaje, se colectaron muestras después de seis semanas y al final del ciclo del cultivo. Al suelo se le midieron los contenidos totales y asimilables de plomo, así como al tejido vegetal de follaje (vía húmeda, con una mezcla de ácido nítrico y perclórico), la cantidad total de plomo. Para esto se empleó un espectrofotómetro de absorción atómica (EAA) (Perkin Elmer, 2380). Cabe mencionar que al final del ciclo, también se midió el contenido total de plomo a tejido vegetal de raíz, tallo y capitulo, por el mismo método. El trabajo se distribuyó de acuerdo a un Diseño Experimental Completamente al Azar y el análisis estadístico consistió en el Análisis de Varianza (ANVA) y la prueba de medias de Tukey (P< 0.01 y 0.05), para lo cual se empleó el paquete para computador MINITAB versión 13 para WINDOWS.


Cuadro 2.- Acidez total (AT), grupos funcionales libres carboxilos (-COOH) y grupos funcionales libres oxidrilos fenólicos (-OH) de diversos compuestos orgánicos, adicionados a un suelo contaminado con plomo.




AT

(cmolc kg-1)



-COOH

(cmolc kg-1)



-OH

(cmolc kg-1)



Porcentaje

K-tionic

182

74

108

25.0

AFM

702

530

172

14.0

DTPA

551

341

210





Resultados y Discusión
En las variables altura de planta y diámetro de tallo no hay efecto estadístico significativo, mientras que en el diámetro externo e interno del capítulo y en los días a cosecha hay efecto estadístico altamente significativo de los tratamientos al 95 y 99 por ciento de confianza (Cuadro 3). Al añadir 10.4 mg L-1 de los ácidos fúlvicos de la composta (AFM), el valor (12.3 cm-1) del diámetro externo del capítulo del girasol, aventajó en 11.8 por ciento a los vegetales producidos en el suelo contaminado con 750 mg kg-1 de plomo (Pb) (11.0 cm-1) y con seis por ciento, cuando el suelo se contaminó con 1000 mg kg-1 de Pb (11.6 cm-1). El diámetro interno del capítulo alcanzó el mayor valor medio (6.4 cm-1) al adicionar 10.4 mg L-1 de los AFM, porque superó en 18.5 por ciento al girasol establecido en el suelo contaminado con 750 mg kg-1 de Pb (5.4 cm-1) y con 12.3 por ciento, al contaminar el suelo con 1000 mg kg-1 de Pb (5.7 cm-1). Cuando se agregó 1 mg L-1 del DTPA, los días a cosecha fueron menos (84 días), ya que con este tratamiento se sobrepasó en uno por ciento a las plantas establecidas (88 días) en el suelo contaminado con 1000 mg kg-1 de Pb más los AFM.

Las plantas que más extrajeron plomo del suelo contaminado con 1000 mg kg-1 de Pb, fueron las producidas en el área donde se aplicaron los ácidos fúlvicos, obtenidos de la composta proporcionada por la Empresa MIYAMONTE (AFM) (1.3 kg ha-1), porque sobrepasó en 85.7 por ciento al área contaminada con 750 mg kg-1 de Pb y donde se adicionó el K-tionic (0.7 kg ha-1) (Cuadro 4).


Cuadro 3.- Concentrado del análisis de varianza (ANVA) de algunas variables medidas a girasol ornamental, al adicionar varias substancias orgánicas a un suelo contaminado con plomo (Pb).

Variable

F

P










0.05

0.01

Altura de planta

1.6049

2.132 NS

2.876 NS

Diámetro de tallo

1.3663

2.132 NS

2.876 NS

Diámetro externo de capítulo

3.7755

0.000 **

0.000 **

Diámetro interno de capítulo

4.0576

0.000 **

0.000 **

Días a cosecha

5.2048

0.000 **

0.000 **



Cuadro 4.- Cantidades de plomo extraídas de un suelo por plantas de girasol ornamental cv. “sunbright”, al adicionar diversos compuestos orgánicos.

Tratamientos

T750

K750

AFM750

DTPA750

T1000

K1000

AFM1000

DTPA1000

Kg ha-1

1.1

0.7

0.9

1.1

1.2

1.0

1.3

0.9

A manera de discusión, se puede establecer que los grupos funcionales libres de los ácidos fúlvicos (–COOH) actuaron como ligantes naturales de los iones y posteriormente los colocaron disponibles para las plantas. Esto quiere decir que las substancias húmicas están bien polimerizadas y bien oxidados (AF=859 meq/100g). Aquí es necesario considerar el número de cargas eléctricas negativas (de 1 a n: donde n es el número total de sitios aniónicos disponibles) de las moléculas orgánicas, las cuales pudieron ser equilibradas por cargas positivas de los cationes (Fründ et al., 1994).

La gran importancia de precisar la química de la unión de metales traza con las substancias húmicas es la extensión de la complejación, la estabilidad de los complejos y el efecto de la formación de los complejos en propiedades como su solubilidad. La acidez total es generalmente considerada como la que provee una adecuada medida de la habilidad de las substancias húmicas para unirse con metales, sin embargo, existe la posibilidad de que grupos funcionales no oxigenados podrían estar involucrados (Harter y Naidu, 1995; Orlov, 1995; Schnitzer, 2000). Además, es necesario considerar la capacidad de intercambio catiónico de la raíz (Marschner, 1995).
Conclusión
Con la adición de ácidos fúlvicos extraídos de composta y girasol ornamental, se puede remediar un suelo contaminado con plomo.
Literatura Citada
Bernal, M. P. 1997. Apuntes. Departamento de Conservación del Suelos y Aguas y Manejo de Residuos Orgánicos de Edafología y Biología Aplicada del Segura. Consejo Superior de Investigación Científica. (CSIC). Murcia, España.

Blaylock, M. J., D. E. Salt, S. Dushenkov O., C. Gussman, Y. Kapulnik, B. D. Ensley and I. Raskin. 1997. Enhanced accumulation of Pb in Indian mustard by soil-applied chelating agents. Environ Sci. Tech.

FAO/UNESCO. 1994. World Reference Base for Soil Resources. Wageningen/Rome.

Fründ, R., k. Güggenberg, K. Haider, H. Knicker, I. Kögel-Knaber, H.-D. Lüdeman, J. Luster, W. Zech and M. Spiteller. 1994. Recent advances in the spectroscopic characterization of soil humic substances and their ecological relevance. Z. Pflanzenernähr. Bodenk, 157: 175-186.


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Harter, R. D. and R. Naidu. 1995. Rol of metal-organic complexation in metal sorption by soils, in Advances in Agronomy. (Ed.) D. L. Sparks, vol. 55: 219-263.

Kilmer, V. J. and L. T. Alexander. 1949. Methods of making mechanical analysis of soils. Soil Sciences. 68: 15-24.

Kuiters, A. T. and W. Mulder. 1993. Water-soluble organic matter in forest soils. II. Interference with plant cation uptake. Plant and Soil, 152: 225-235.

López, C. R. 2002. Comportamiento de Substancias Húmicas de Diverso Origen en al Física de un Suelo Limo-Arcilloso y en la Fisiología del Tomate. Tesis Doctoral en Sistemas de Producción. Universidad Autónoma Agraria “Antonio Narro” Buenavista, Saltillo, Coahuila, México.

Marschner, H. 1995. Mineral Nutrition of Higher Plants, Second edition. Academic Press Limited. London, U.K.

Orlov, D. S. 1995. Humic Substances of the Soil and General Theory of Humification. A. A. Balkema, Publishers, Old Post, Road, Brookfield, VT. USA.

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Schnitzer, M. 2000. Life Time Perspective on the Chemistry of Soil Organic Matter. D. L. Sparks (Ed.). Advances in Agronomy, Academic Press. 98: 3-58.

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