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TEMA: FITORRECUPERACION: PROCESOS EN LA AGRICULTURA

“AÑO DE LA INTEGRACIÓN NACIONAL Y EL RECONOCIMIENTO DE NUESTRA DIVERSIDAD”

“UNIVERSIDAD NACIONAL“PEDRO RUIZ GALLO”

FACULTAD DE AGRONOMÍA

CICLO : II

ALUMNO : Tocto Mejía, Josué

CÓDIGO : 110045J

2012

FITORRECUPERACIÓN: PROCESOS EN LA AGRICULTURA

ÍNDICE

DEDICATORIA…………………………………………………..Pág. 02

AGRADECIMIENTO………………………………………….. Pág. 02

CAPÍTULO 1

INTRODUCCIÓN………………………………..……………. Pág. 02

FITORRECUPERACION: PROCESOS EN LA AGRICULTURA

CONTAMINACIÓN DE SUELOS………………………… Pág. 06

CAPÍTULO 3

LA RECUPERACIÓN DE SUELOS CONTAMINADOS…………………………………………… Pág. 11

CAPÍTULO 4

VENTAJAS E INCONVENIENTES…………………….. Pág. 38

VENTAJAS……………………………………………….….. Pág. 38

INCONVENIENTES…………………………………….….. Pág. 39

CAPÍTULO 5

GLOSARIO……………………………………………….…… Pág. 40

CAPÍTULO 6

CONCLUSIONES…………………………………………….. Pág. 44

CAPÍTULO 7

BIBLIOGRAFÍA……………………………………………… Pág. 45

1


DEDICATORIA

Este trabajo que representa un esfuerzo por superarnos tanto

en nuestra vida profesional como en lo personal, es dedicado a:

A Dios que nos da fortaleza espiritual en los momentos difíciles

y que siempre nos ha demostrado su existencia.

A nuestros padres por su comprensión y ayuda en momentos

buenos y malos. Enseñándonos a encarar las adversidades sin

perder nunca la dignidad ni desfallecer en el intento, inculcándonos

valores, principios, perseverancia y empeño, y todo ello con una

gran dosis de amor y sin pedir nunca nada a cambio.

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AGRADECIMIENTO

A nuestro profesor y a todas las personas que hicieron posible el término de éste trabajo, gracias por el apoyo y enseñanza brindada.

A nuestros padres por darnos la vida y apoyarnos en todo lo que nos hemos propuesto

A Dios por brindarnos la oportunidad de vivir, por permitirnos disfrutar cada momento de nuestra vida y guiarnos por el camino que nos ha trazado.

CAPÍTULO I

INTRODUCCIÓN

El suelo, la capa más superficial de la corteza terrestre, constituye uno de los recursos

naturales más importantes con el que contamos al ser el substrato que sustenta la vida en

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el planeta. Desde el punto de vista edáfico, un suelo es un cuerpo natural tridimensional

formado por la progresiva alteración física y química de un material original o roca madre

a lo largo del tiempo, bajo unas condiciones climáticas y topográficas determinadas y

sometido a la actividad de organismos vivos. A lo largo de su evolución o edafogénesis,

en el suelo se van diferenciando capas verticales de material generalmente no

consolidado llamados horizontes, formados por constituyentes minerales y orgánicos,

agua y gases, y caracterizados por propiedades físicas (estructura, textura, porosidad,

capacidad de retención de agua, densidad aparente), químicas y físico-químicas (pH,

potencial redox, capacidad de intercambio catiónico) que los diferencian entre sí y del

material original. El conjunto de horizontes constituye el perfil del suelo y su estudio

permite dilucidar los procesos de formación sufridos durante su evolución y llevar a cabo

su clasificación dentro de las distintas unidades de suelos.

La importancia del suelo radica en que es un elemento natural dinámico y vivo que

constituye la interfaz entre la atmósfera, la litosfera, la biosfera y la hidrosfera, sistemas

con los que mantiene un continuo intercambio de materia y energía. Esto lo convierte en

una pieza clave del desarrollo de los ciclos biogeoquímicos superficiales y le confiere la

capacidad para desarrollar una serie de funciones esenciales en la naturaleza de carácter

medioambiental, ecológico, económico, social y cultural:

• El suelo proporciona los nutrientes, el agua y el soporte físico necesarios para el

crecimiento vegetal y la producción de biomasa en general, desempeñando un papel

fundamental como fuente de alimentación para los seres vivos.

• Es un componente esencial del ciclo hidrológico, actuando como elemento distribuidor

de las aguas superficiales y contribuyendo al almacenaje y recarga de las aguas

subterráneas.

• El suelo, a través de su poder de amortiguación o desactivación natural de la

contaminación, filtra, almacena, degrada, neutraliza e inmoviliza substancias orgánicas e

inorgánicas tóxicas, impidiendo que alcancen las aguas subterráneas y el aire o que

entren en la cadena alimenticia.

• Es el hábitat natural biológico de muchos organismos de todo tipo y constituye un

elemento de reserva genética.

• Desarrolla un importante papel como fuente de materias primas.

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• Sirve de plataforma para el desarrollo de las actividades humanas como soporte de la

estructura socioeconómica y forma parte del paisaje y del patrimonio cultural.

El suelo es un elemento frágil del medio ambiente, un recurso natural no renovable puesto

que su velocidad de formación y regeneración es muy lenta mientras que los procesos

que contribuyen a su degradación, deterioro y destrucción son mucho más rápidos. Por

ello, es de suma importancia concienciar a la opinión pública sobre este aspecto y

establecer medidas ambientales y políticas de actuación que garanticen la protección y

conservación de los suelos.

La degradación del suelo se puede definir como todo proceso que rebaja la capacidad

actual y potencial del suelo para producir, cuantitativa y cualitativamente, bienes y

servicios. Aunque se puede producir por causas naturales, la degradación del suelo es

fundamentalmente la consecuencia directa de su utilización por el hombre, bien como

resultado de actuaciones directas, como actividades agrícolas, forestales, ganaderas,

agroquímicas y riego, o por acciones indirectas, como son las actividades industriales,

eliminación de residuos, transporte, etc. Estos procesos de degradación se pueden

clasificar en función de su naturaleza y del tipo de consecuencias negativas que provocan

en las propiedades del suelo: biológicos, como la disminución del contenido en materia

orgánica incorporada en el suelo; físicos, como el deterioro de la estructura del suelo por

compactación y aumento de la densidad aparente, disminución de la permeabilidad y de

la capacidad de retención de agua o pérdida de suelo por erosión; y químicos, como la

pérdida de elementos nutrientes, acidificación, salinización, sodificación y aumento de la

toxicidad. Estos últimos son los que se engloban dentro del término contaminación.

CAPÍTULO 2

FITORRECUPERACION: PROCESO EN LA

AGRICULTURA

LA CONTAMINACIÓN DE SUELOS

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La contaminación del suelo consiste en una degradación química que provoca la pérdida

parcial o total de la productividad del suelo como consecuencia de la acumulación de

sustancias tóxicas en unas concentraciones que superan el poder de amortiguación

natural del suelo y que modifican negativamente sus propiedades. Esta acumulación se

realiza generalmente como consecuencia de actividades humanas exógenas, aunque

también se puede producir de forma natural o endógena cuando los procesos de

edafización liberan elementos químicos contenidos en las rocas y los concentran en el

suelo alcanzando niveles tóxicos. Un ejemplo de esto último lo tenemos en suelos muy

evolucionados formados sobre rocas serpentinizadas con altos contenidos en metales

pesados como el Cr, Ni, Cu y Mn, entre otros, que se concentran en los suelos a medida

que la intensa edafogénesis produce el lavado de otros constituyentes esenciales como el

Ca, Mg e incluso el Sí. Conforme se desarrolla esta concentración residual metálica, estos

elementos que inicialmente eran constituyentes no asimilables de los minerales primarios

pasan a formas más activas, solubles y biodisponibles que influyen negativamente sobre

la actividad biológica.

El suelo ejerce su labor protectora a través de su poder de amortiguación o capacidad

natural de depuración de la contaminación. Esta atenuación de los elementos nocivos

contaminantes se realiza, entre otras, a través de reacciones de complejación, reacciones

de adsorción y desorción, reacciones de precipitación y disolución, reacciones de

oxidorreducción, reacciones ácido-base y reacciones derivadas de procesos metabólicos.

Todas estas reacciones están estrechamente controladas por propiedades del suelo como

su textura, estructura, porosidad, capacidad de intercambio catiónico, pH, Eh y la

actividad microbiológica. En cualquier caso, hay que tener muy presente que el poder de

amortiguación de un suelo no es ilimitado y cuando se rebasa, el suelo deja de ser eficaz

como sumidero de la contaminación, llegando incluso a invertirse el proceso y a

convertirse en una fuente de contaminación para los organismos del suelo y para el medio

circundante.

Los agentes potencialmente contaminantes del suelo están fundamentalmente asociados

a residuos derivados de actividades industriales, mineras, agrícolas y ganaderas. Las

principales agentes de contaminación en los suelos son:

1. Metales pesados

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Tradicionalmente se llama metal pesado a aquel elemento metálico que presenta una

densidad superior a 5 g/cm3, aunque a efectos prácticos en estudios medioambientales

se amplía esta definición a todos aquellos elementos metálicos o metaloides, de mayor o

menor densidad, que aparecen comúnmente asociados a problemas de contaminación.

Algunos de ellos son esenciales para los organismos en pequeñas cantidades, como el

Fe, Mn, Zn, B, Co, As, V, Cu, Ni o Mo, y se vuelven nocivos cuando se presentan en

concentraciones elevadas, mientras que otros no desempeñan ninguna función biológica

y resultan altamente tóxicos, como el Cd, Hg o el Pb. Estos elementos tienen su origen en

el substrato litológico, apareciendo bien como elementos nativos o incorporados

normalmente en las estructuras de sulfuros, silicatos, carbonatos, óxidos e hidróxidos. Los

aportes dominantes se producen por deposición atmosférica y afectan de forma

significativa a los primeros centímetros de suelo. Son fuentes importantes de metales en

suelos las cenizas y escorias de los procesos de combustión de carbón fósil o derivados

del petróleo (Figura 1), el aporte directo procedente de actividades agrícolas (adición de

fertilizantes, pesticidas, lodos de depuradoras, compost, etc.) y su acumulación a partir de

residuos industriales, urbanos y mineros (metalurgia, fabricación de pinturas, barnices,

disolventes, baterías, textiles, curtidos, etc.).

FIGURA 1. Principales fuentes de procedencia de metales pesados en suelos.

Al hablar de contaminación por metales hay que tener en cuenta que más importante que

el contenido total de un elemento en el suelo es la forma o especie química bajo la que se

encuentra, es decir, su especiación. Así, la forma resultante de dicha especiación va a

influir decisivamente en su distribución en el suelo, condicionando su solubilidad, su

movilidad en el suelo y las aguas superficiales y subterráneas, su biodisponibilidad y

toxicidad y, por tanto, su comportamiento como contaminante potencial.

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2. Lluvias ácidas

Consisten en deposiciones húmedas (agua de lluvia, nieve y niebla) o secas (gases o

partículas sólidas) de la atmósfera constituidas principalmente por SO2 y óxidos de

nitrógeno, NOx, que proceden fundamentalmente de actividades industriales, como las

emisiones de centrales térmicas y las producidas por la combustión de hidrocarburos, la

desnitrificación de fertilizantes añadidos en exceso a los suelos y otros procesos naturales

similares que tienen lugar en zonas de manglares, marjales, arrozales, volcanes, etc. Los

óxidos de azufre y nitrógeno así emitidos a la atmósfera reaccionan con el agua y el

oxígeno, dando lugar a soluciones diluidas de ácido sulfúrico y nítrico que se van

depositando sobre los suelos, plantas, árboles, ríos, lagos, etc. Las consecuencias de

estas deposiciones se reflejan en un aumento de la acidez de los suelos y las aguas, un

incremento de la movilidad de iones y metales pesados, la solubilización y movilización

del Al y la materia orgánica y, en definitiva, el descenso de la capacidad de los suelos

para neutralizar ácidos. En este sentido, los suelos presentarán distinta sensibilidad al

impacto de las deposiciones ácidas en función de su poder de amortiguación para

contrarrestar la acidez, de forma que los suelos más sensibles a las lluvias ácidas serán

aquellos desarrollados en zonas frías, donde las bajas temperaturas limiten su alteración,

sobre materiales poco alterables, con valores bajos de capacidad de intercambio catiónico

y grado de saturación y pobres en formas de Al y Fe activas.

3. Salinización

Es el resultado de la acumulación en el suelo de sales más solubles que el yeso (2,6 g/L

en agua pura a 25°C, Porta et al., 2003). La salinización se refleja en un incremento en la

conductividad eléctrica de la solución del suelo que tiene efectos adversos sobre las

propiedades físicas y químicas del suelo y dificulta el crecimiento y la productividad

vegetal. Los suelos afectados por este proceso se denominan suelos salinos y en ellos el

Ca y el Mg son los cationes predominantes en el complejo de cambio. En el caso

específico de que sea el Na el catión predominante en el complejo de cambio se habla de

suelos sódicos, en los que esta acumulación de Na produce una alcalinización que da

lugar a la dispersión de las arcillas y la materia orgánica y a la destrucción de la estructura

del suelo. Los principales tipos de sales que se encuentran en suelos salinos son cloruros,

sulfatos, carbonatos y bicarbonatos, y nitratos.

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Para que se produzca esta acumulación de sales en el suelo es necesario que haya un

fuerte aporte de sales y que su eliminación del suelo esté impedida por algún mecanismo,

como malas condiciones de drenaje y lavado. En regiones áridas y semiáridas, donde la

evapotranspiración es superior a la precipitación, el proceso de salinización se origina de

forma natural a partir de la herencia o alteración de la roca original (fundamentalmente

rocas sedimentarias) o de las aguas de escorrentía cargadas de sales que se acumulan

por evaporación en las zonas más deprimidas. En otras ocasiones, las acumulaciones

salinas ocurren por ascensión capilar de las sales en el suelo a partir de mantos freáticos

suficientemente superficiales, especialmente en zonas costeras y, en cualquier caso, el

viento siempre puede contribuir a la contaminación salina por arrastre de partículas en

suspensión. El hombre también contribuye en gran medida a la contaminación de los

suelos por sales a través de prácticas agrícolas inadecuadas, como el riego con aguas

salinas y el empleo de cantidades muy elevadas de fertilizantes solubles, de la

sobreexplotación de acuíferos, que ocasiona un descenso de los mantos freáticos

regionales y la intrusión de agua salina, y de actividades industriales y mineras que

contaminan directamente los suelos o indirectamente a partir de deposiciones

atmosféricas o de las aguas superficiales.

4. Fitosanitarios

El hombre, con objeto de proteger los cultivos frente al efecto pernicioso de múltiples

organismos vivos (insectos, hongos, nemátodos, malas hierbas, etc.) y aumentar la

producción viene utilizando desde hace décadas productos fitosanitarios como

plaguicidas, herbicidas, fungicidas y fertilizantes. Una vez aplicados, son absorbidos por

las plantas o sufren procesos de adsorción, volatilización, lavado y degradación biótica y

abiótica en el suelo que conducen a la formación de nuevos productos, en ocasiones más

móviles, persistentes y más peligrosos que los compuestos de partida (Porta et al, 2003),

que son susceptibles de contaminar los suelos, las aguas y pasar a la cadena trófica.

Los fertilizantes son sustancias químicas de origen agrícola (fertilizantes inorgánicos) o

ganadero (purines, estiércoles, composts, etc.) que aportan nutrientes, fundamentalmente

N y P, para mejorar el desarrollo y crecimiento de las plantas en el suelo. Sin embargo,

cuando son aplicados de forma abusiva con objeto de aumentar el rendimiento de las

cosechas pierden su efecto beneficioso y se convierten en fuentes de contaminación. El

exceso de estos nutrientes no puede ser absorbido por la vegetación y su lixiviado del

suelo en forma sobre todo de nitratos, muy solubles, o a través de las aguas de

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escorrentía en el caso de los fosfatos da lugar a problemas de eutrofización de las aguas

superficiales y subterráneas, provocando el crecimiento desmesurado de biomasa, en

especial algas, y un aumento de la demanda biológica de oxígeno para descomponer y

degradar la materia orgánica procedente de esa biomasa que puede terminar creando

condiciones de anaerobiosis que lleven a la destrucción de ese ecosistema. Lógicamente,

el aporte de nutrientes realizado por los fertilizantes es deseable en tanto en cuanto

conduzca a una mejora de las cosechas y un aumento de la producción, pero para

minimizar sus efectos perniciosos en los suelos es necesario tener un extenso

conocimiento de las condiciones iniciales del suelo previas al aporte y de las propiedades

edáficas que permitirán en mayor o menor medida amortiguar esos efectos,

fundamentalmente la capacidad de cambio, la conductividad hidráulica, la capacidad de

fijación, etc.

5. Explotaciones mineras

Las actividades mineras provocan generalmente grandes impactos ambientales, con

destrucción de los suelos naturales y creación de nuevos suelos (Antrosoles) que

presentan fuertes limitaciones físicas, químicas y biológicas que dificultan la reinstalación

de vegetación. Las consecuencias negativas se reflejan fundamentalmente en una

destrucción de la estructura del suelo y una modificación de sus características texturales,

frecuentemente una disminución de la fracción arcilla a favor de fracciones más gruesas;

una acidificación asociada a los procesos de oxidación que favorece la movilización de

especies químicas tóxicas limitantes de la actividad biológica; la decapitación de los

horizontes superficiales biológicamente activos, que conlleva la ruptura de los ciclos

biogeoquímicos y la dificultad de enraizamiento; y una disminución de la capacidad de

cambio y de la retención de agua en el suelo como consecuencia de la escasez de

materia orgánica y arcilla.

6. Contaminantes orgánicos

La producción y el uso masivos de compuestos orgánicos los hace estar entre los

contaminantes más frecuentes en suelos y aguas. Entre ellos podemos citar los

hidrocarburos monoaromáticos, hidrocarburos policíclicos aromáticos, hidrocarburos

alifáticos, hidrocarburos policlorados, fenoles, nitroaromáticos, alcoholes, éteres,

disolventes clorados, isocianatos, cianuros orgánicos, carbonilos de metales, etc. La

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distribución y el comportamiento de los compuestos orgánicos contaminantes en suelos

están gobernados por diferentes factores que incluyen las características del suelo (pH,

contenido en materia orgánica y arcilla, potencial redox, contenido en nutrientes, actividad

microbiológica, etc.), las propiedades específicas de cada compuesto (presión de vapor,

solubilidad, estabilidad química, biodegradabilidad, características de sorción, etc.) y

factores ambientales como la temperatura y la precipitación. Así, estos compuestos

pueden sufrir procesos de lavado, biodegradación, volatilización, fotodescomposición e

hidrólisis, inmovilización por adsorción y formación de enlaces con partículas de arcilla,

óxidos, oxihidróxidos, etc., y transferencia a organismos.

CAPÍTULO 3

LA RECUPERACIÓN DE SUELOS CONTAMINADOS

En los últimos años, muchas investigaciones han ido encaminadas a tratar de recuperar

los suelos contaminados en vez de destruirlos. La destrucción de los suelos se realiza

generalmente trasladándolos a vertederos adecuadamente aislados y controlados porque

se intuye que otros tratamientos de recuperación no ofrecen las garantías suficientes para

contener la contaminación.

En la actualidad se dispone de un amplio abanico de tecnologías de recuperación de

suelos contaminados, algunas de aplicación habitual y otras todavía en fase experimental,

diseñadas para aislar o destruir las sustancias contaminantes alterando su estructura

química mediante procesos generalmente químicos, térmicos o biológicos.

Su aplicación depende de las características del suelo y del contaminante, de la eficacia

esperada con cada tratamiento, de su viabilidad económica y del tiempo estimado para su

desarrollo (Reddy et al., 1999). Según la forma en la que se apliquen las técnicas de

recuperación de suelos se habla de tratamientos in situ, que actúan sobre los

contaminantes en el lugar en el que se localizan, y tratamientos ex situ, que requieren la

excavación previa del suelo para su posterior tratamiento, ya sea en el mismo lugar

(tratamiento on-site) o en instalaciones externas que requieren el transporte del suelo

contaminado (tratamiento off-site). Los tratamientos in situ requieren menos manejo pero

por lo general son más lentos y más difíciles de llevar a la práctica dada la dificultad de

poner en contacto íntimo a los agentes de descontaminación con toda la masa de suelo

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contaminada. Los tratamientos ex situ suelen ser más costosos pero también más

rápidos, consiguiendo normalmente una recuperación más completa de la zona afectada.

En función de los objetivos que se quieren alcanzar a la hora de recuperar un suelo

contaminado (Kaifer et al., 2004), se puede distinguir entre:

• Técnicas de contención, que aíslan el contaminante en el suelo sin actuar sobre él,

generalmente mediante la aplicación de barreras físicas en el suelo.

• Técnicas de confinamiento, que reducen la movilidad de los contaminantes en el suelo

para evitar su migración actuando directamente sobre las condiciones fisicoquímicas bajo

las que se encuentran los contaminantes.

• Técnicas de descontaminación, dirigidas a disminuir la concentración de los

contaminantes en el suelo.

FITORECUPERACION

I. BREVE HISTORIA DE LA FITORREMEDIACIÓN

En el siglo XVIII Joseph Priestley, Karl Scheele y Antoine Lavoisier demostraron que en

presencia de luz las plantas son capaces de descontaminar la atmósfera. Más tarde en

1885, Baumann, un botánico alemán, encontró altas concentraciones de Zinc en las

hojas de algunas plantas que crecían en lugares conteniendo cantidades elevadas de

este metal. Sin embargo no fue sí, no hasta los años 70 que se reconoció la habilidad de

las plantas para limpiar aguas y suelos contaminados. Y así, en los años 90 surgió el

concepto de fitorremediación.

II. QUE ES LA FITORREMEDIACIÓN

La Fitorrecuperación o fitorremediación es una técnica emergente que utiliza la capacidad

de ciertas especies vegetales para sobrevivir en ambientes contaminados con metales

pesados y sustancias orgánicas y a la vez extraer, acumular, inmovilizar o transformar

estos contaminantes del suelo y puede aplicarse tanto in situ como ex situ. Las plantas

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utilizadas en la fitorrecuperación presentan mecanismos constitutivos y adaptados para

tolerar o acumular un elevado contenido de metales en su rizosfera y en sus tejidos.

Normalmente se utiliza en combinación con otras tecnologías (paso final). Generalmente

se limita a sitios de baja concentración de contaminantes, suelos superficiales, agua

corriente superficial y agua subterránea.

Las plantas también contribuyen a impedir que el viento, la lluvia y las aguas subterráneas

extiendan la contaminación. Se deben de estudiar los efectos en la cadena trófica. Las

plantas pueden fijar los tóxicos o bien pueden metabolizarlos tal como lo hacen los

microorganismos en los procesos de biorestauración.

El éxito de este tratamiento está controlado por la selección de las especies vegetales

adecuadas para recuperar un suelo determinado, así como de la cuidada selección de

enmiendas (materia orgánica, agentes quelantes, cal, etc.) que permitan mejorar las

propiedades del suelo y fomenten la supervivencia y el crecimiento de las plantas

(Clemente et al., 2005).

En general estos tratamientos son gobernados por las características físicas del

contaminante. La solubilidad del agua y la capacidad de absorción del suelo son dos

características químicas que influencian la fitorremediación de los contaminantes. Los

contaminantes inorgánicos solubles en el agua son absorbidos por las raíces de las

plantas, mientras que los compuestos orgánicos no son tomados rápidamente por las

plantas sino que son blancos de las enzimas de las plantas o de los microorganismos

asociados con la rizósfera.

Mediante el empleo de plantas resistentes y acumuladoras de metales es posible limpiar

grandes extensiones de una forma económica y natural. Además, el volumen de residuos

generado es mucho menor que el producido por las técnicas convencionales, de forma

que se consigue minimizar el impacto ambiental.

El beneficio de esta tecnología es que requiere menos equipamiento y trabajo que otros

métodos ya que las plantas hacen la mayor parte de la tarea. Además, los árboles y las

plantas pueden hacer más atractivos los sitios. Se puede limpiar un sitio sin necesidad de

cambiar el suelo contaminado ni de extraer el agua subterránea contaminada por

bombeo.

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Una vez extraídas del suelo y dentro de la planta, las sustancias químicas se ven

sometidas a uno o varios procesos:

* Se almacenan en las raíces de los tallos y las hojas,

* Se transforman en sustancias químicas menos perjudiciales en el interior de la planta.

* Se transforman en gases que se liberan al aire cuando la planta transpira (respira)

El tiempo que demora descontaminar un sitio mediante el empleo de la fitocorrección

depende de diversos factores, que varían de un sitio a otro:

* Tipo y cantidad de plantas que se emplean

* Tipo y cantidad de sustancias químicas dañinas presentes

* Dimensión y profundidad de la zona contaminada

* Tipo de suelo y condiciones reinantes.

III. PROCESOS:

La fitorrecuperación es un tratamiento natural, limpio y económico, alternativo a otros

procesos físicos y químicos más invasivos y sobre todo, respetuosa con el entorno ya que

no introduce alteraciones en el mismo. De acuerdo con Wenzel et al. (1999), se pueden

distinguir cinco procesos básicos de contención (fitoestabilización o fitoinmovilización) o

eliminación (fitoextracción, fitodegradación, fitovolatilización y rizofiltración) de

contaminantes por los que las plantas pueden ser empleadas en la recuperación de

suelos y aguas contaminadas.

Las plantas pueden incorporar las sustancias contaminantes mediante distintos procesos

que se representan en la siguiente ilustración:

1. La Fitoestabilización consiste en la reducción de la biodisponibilidad de los

contaminantes mediante la revegetación con especies vegetales tolerantes a la

toxicidad que inactiven los contaminantes para reducir el riesgo para el medio

ambiente y la salud humana e implica una mejora mecánica de las propiedades físicas

del suelo y su protección frente a la erosión y el transporte de contaminantes. Por su

parte, la Fitoinmovilización provoca la inmovilización y reducción de la

biodisponibilidad de los contaminantes mediante la producción de compuestos

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químicos en la interfaz suelo-raíz que inactiven las substancias tóxicas, ya sea por

procesos de absorción/adsorción o precipitación.

2. La Fitoextracción, también llamada fitoacumulación, emplea la capacidad de las

plantas para extraer el contaminante, principalmente metales, y acumularlo en sus

raíces, tallos u hojas. Una vez terminado el proceso, las plantas son retiradas junto

con el contaminante y destruidas o recicladas.

El procedimiento es el siguiente:

En primer lugar, se seleccionarán las especies más adecuadas, según los metales

presentes y las características del emplazamiento, y se cultivarán en la zona

contaminada. Una vez completado el crecimiento vegetativo de la planta el siguiente paso

es cortarlas y proceder a su incineración y traslado de las cenizas a un vertedero de

seguridad. Estas cenizas apenas ocuparán un 10 % del volumen que ocuparía el suelo si

se excavará par su tratamiento. Otra alternativa es transformar las plantas en abono

vegetal para reciclar los metales. El proceso se repite hasta que se alcance la reducción

de concentración de metales deseada.

Hay plantas que absorben selectivamente grandes cantidades de metales

(principalmente Ni, Zn y Cu) acumulando en los tejidos concentraciones mucho más altas

que las presentes en el suelo o en el agua. Este proceso se ha utilizado para eliminar

hidrocarburos de agua y suelo con cultivos alfalfa, álamos, enebro.

Más de 400 plantas pueden absorber grandes cantidades de cinc, níquel y cobre y la

fitoextracción también se realiza con éxito en presencia de plomo y cromo

Los mejores candidatos para la fitoextracción son el níquel, el cinc y el cobre porque son

los preferidos de las 400 plantas, aproximadamente que se sabe que absorben

cantidades extraordinarias de metales. Se están estudiando y probando plantas que

absorben plomo y cromo.

En la zona contaminada se plantan las especies que se seleccionan. Cuando las plantas

crecen se recolectan y se incineran. Las cenizas se pueden lavar para recuperar los

metales o bien, pueden confinarse en vertederos de tóxicos, con la ventaja de que

ocuparán un espacio mucho menor que el que se usaría si se desechara el suelo

contaminado.

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3. La Fitodegradación consiste en la degradación de los contaminantes por la acción de

las plantas y de los microorganismos asociados a ellas. Los contaminantes son

metabolizados dentro de los tejidos vegetales y las plantas producen enzimas, como

la dehalogenasa y la oxigenasa, que ayudan a catalizar la degradación. En el caso de

la Rizodegradación o Rizorrecuperación, la degradación tiene lugar alrededor de las

raíces de las plantas en contribución con las poblaciones rizomicrobianas. Las raíces

liberan sustancias naturales que suministran nutrientes a los microorganismos

asociados como bacterias, levaduras y hongos, estimulando su actividad biológica.

4. La Fitovolatilización, en la que la planta da lugar a la volatilización de los

contaminantes del suelo.

La fitovolatilización se produce a medida que las plantas en crecimiento absorben agua

junto con los contaminantes orgánicos solubles. Cuando los árboles absorben agua

contaminada con compuestos orgánicos volátiles, eliminan la gran mayoría del COV en la

evapotranspiración de las hojas. Los álamos transpiran aproximadamente el 90% del TCE

que absorben. El resultado neto de este proceso es, el que los árboles transfieren a la

atmósfera el TCE que se encuentra en el acuífero.

1. La Rizofiltración, que produce la absorción de metales en aguas contaminadas a

través de las raíces de las plantas. Es similar a la fitoextracción, pero en lugar de

cultivar las plantas en el suelo, se cultivan en invernaderos por procesos hidropónicos.

Las plantas se cultivan en tanques con agua y cuando presentan un gran sistema

radical se reemplaza el agua limpia por agua contaminada, para que absorban los

tóxicos (quedan fijados en sus raíces). A medida que las raíces se saturan del tóxico

se van cortando y eliminando.

Cuando el sistema radicular de la planta está bien desarrollado se recoge el agua

contaminada del emplazamiento a restaurar, se transporta hasta el lugar de crecimiento

de las plantas (invernadero) y se colocan las plantas en ese agua.

Esta metodología se emplea para rehabilitación de sitios contaminados con metales, para

el tratamiento de descargas industriales, para agua de escurrimiento de la agricultura, el

drenaje ácido de las minas y contaminación radioactiva. Este método se probó

satisfactoriamente para eliminar iones radioactivos en las lagunas contaminadas en el

accidente de la planta nuclear de Chernobyl. Usaron plantas de girasol.

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La fitorrecuperación ha sido ampliamente utilizada para recuperar suelos contaminados

con metales pesados. Los primeros bioacumuladores de metales registrados pertenecen

al género Thlaspi aunque en la actualidad se están utilizando un número importante de

otras especies que son capaces de extraer Zn, Pb, As, Cd, Cu, etc.

La rizorrecuperación se ha empleado en la degradación de herbicidas y pesticidas, TCE ,

PAHs, PCBs y otros compuestos orgánicos tóxicos. La fitoextracción puede potenciarse

mediante la complejación de los metales con agentes quelantes como el EDTA , pero esta

práctica requiere un minucioso control de lixiviados que aconseja el método de

fitoextracción natural. Asimismo, se ha visto que la fitovolatilización se puede utilizar para

recuperar suelos contaminados con metales que forman compuestos volátiles como el Hg

y Se. La fitorrecuperación también se ha empleado para tratar pesticidas, solventes,

explosivos, hidrocarburos aromáticos policíclicos y crudo.

La rizodegradación se lleva a cabo en el suelo que rodea a las raíces. Las sustancias

excretadas naturalmente por éstas, suministran nutrientes para los microorganismos,

mejorando así su actividad biológica.

La flora microbiana del suelo es más abundante en las cercanías de las raíces, por lo que

los procesos similares a la biodegradación tienen lugar a una velocidad mayor que en el

resto del suelo, sin necesidad de estimular artificialmente la actividad microbiana. Los

microorganismos consumen compuestos orgánicos contaminantes como fuente de

carbono y energía, mientas que las raíces de las plantas liberan compuestos que sirven

como fuente de nutrientes para los microorganismos de la rizósfera (la raíz ayuda a

aumentar la actividad microbiana). Asimismo, se produce un proceso de descompactación

del suelo, mejorando el transporte, humedad y aireación del mismo.

Al igual que en los procesos de biodegradación, la modificación genética de plantas

utilizadas en fitorrecuperación también puede mejorar los mecanismos de

descontaminación, tanto de compuestos.

IV. INTERACCIONES PLANTA MICROORGANISMO EN SUELOS

CONTAMINADOS

La comunidad de la rizósfera está constituida por una microbiota (bacterias, hongos y

algas) y por la micro y la mesofauna (protozoos, nematodos, insectos y ácaros). La micro

y la mesofauna, contribuyen significativamente, en procesos de descomposición con el

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catabolismo de sustancias nocivas en la rizósfera. La rizósfera provee un microambiente

complejo y dinámico, donde las bacterias y hongos en asociación con las raíces, forman

comunidades únicas que responden a exudados radiculares. Estas asociaciones pueden

causar un beneficio o una enfermedad a la planta y tienen considerable potencial para la

desintoxicación.

Entre las interacciones benéficas destacan las que sostienen las plantas con bacterias

que sintetizan factores de crecimiento útiles para la planta, como las hormonas, las

simbiosis con fijadoras de N2 y las establecidas con hongos (Walton et al. 1994). Un caso

particular muy importante es el que se refiere a la micorriza, que es la interacción

mutualista entre plantas y hongos. Esta interacción facilita la absorción de nutrimentos en

la raíz al aumentar el volumen de absorción de la planta.

Las dimensiones físicas y la actividad microbiana en la rizósfera dependen de factores

específicos del sitio y de la planta, como por ejemplo los referidos a las especies, edad,

vigor de las plantas y el tipo de suelo.

ENZIMAS Y EXUDADOS

Las plantas pueden eliminar al ambiente suelo, enzimas y exudados que ayudan a

degradar los contaminantes orgánicos. La producción de estos exudados demanda a la

planta de 10 20 % de la fotosíntesis anual.

Se han identificado cinco sistemas enzimáticos: dehalogenasa, nitroreductasa,

peroxidasa, lacasa y nitrilasa. Se ha demostrado que los sistemas nitroreductasa y lacasa

intervienen en la degradación de residuos de TNT (2,4,6 trinitrotolueno) y que la planta

incorpora luego parte de las moléculas en nuevo tejido vegetal o en detrito orgánico que

pasa a formar parte del detrito orgánico del sedimento. El sistema enzimático

dehalogenas ayuda a reducir solventes clorados como TCE (tricloroetileno) para formar el

ion cloruro, CO2 y H2O.

Aunque las enzimas aisladas son capaces de transformar rápidamente el sustrato, la

remediación debe involucrar a toda la planta, ya que las enzimas aisladas son destruidas

e inactivadas por pH bajo, altas concentraciones de metales y toxinas bacterianas. La

presencia de las plantas ayuda a neutralizar el pH, los metales son bioadsorbidos o

quelados y las enzimas permanecen protegidas en el interior de las células vegetales o

adsorbidas a su superficie.

18


BOMBEO BIOLÓGICO/ BOMBAS ORGÁNICAS

Cuando las raíces de los árboles llegan hasta el manto freático forman una densa capa de

raices que absorben una gran cantidad de agua, y con ellas los contaminantes presentes.

Hay una variedad de álamo (Populus deltoides) que absorbe más de un metro cúbico de

agua por día. Esta característica de los árboles se puede utilizar para impedir que las

aguas superficiales contaminadas lleguen a los acuíferos que se usan para suministro de

agua potable, o bien para que se prevenga que aguas contaminadas lleguen a sitios

donde pudieran causar problemas. Posteriormente, estas plantaciones deben ser

dispuestas en rellenos sanitarios, teniendo especial cuidado de sus lixiviados.

La acción de bombeo de las raíces disminuye la tendencia de los contaminantes

superficiales a descender hacia el agua subterránea. En zonas agrícolas los álamos

plantados a lo largo de los cursos de agua reducen el excedente de fertilizantes y

herbicidas que pudieran dirigirse a los cursos de agua o al agua subterránea. Por otro

lado, los árboles plantados en vertederos ejercen de sustitutos orgánicos de la tradicional

capa de arcilla o de plástico al absorber agua de lluvia que, de otro modo, se podría filtrar

por el vertedero en forma de lixiviado contaminado.

La fitorrecuperación es un procedimiento que no perturba en gran medida el suelo o el

paisaje, de bajo coste y fácil aplicación, aunque presenta inconvenientes como que es un

proceso lento, está limitado a suelos poco profundos, en ocasiones las elevadas

concentraciones de contaminantes pueden ser tóxicas para las plantas y requiere una

buena gestión de la biomasa resultante para impedir que los contaminantes entren en la

cadena trófica.

Podemos distinguir dos tipos diferentes de “fitorremediación”: “in planta” y “ex planta”,

según se realice la degradación del contaminante dentro de la propia planta o fuera de

ella.

En el primer caso (in planta), la planta absorbe el contaminante y lo incluye dentro de ella,

mientras que cuando es “ex planta”, dicha degradación se realiza en la zona de la

rizosfera, debido a los exudados radicales y a la mayor actividad que existe en la zona

(Hutchinson et al., 2001).

Algunos de los ejemplos recientes de fitorremediación aplicada a hidrocarburos son

realizados con plantas herbáceas de pastizal (Robinson et al., 2003; White et al., 2006).

19


Sin embargo en ecosistemas semiáridos se caracterizan por la dominancia de arbustos o

herbáceas perennes singulares. Es por ello necesario adaptar las técnicas de

fitorremediación a las características ecológicas locales utilizando este tipo de especies.

La fitorremediación ex planta tiene algunas ventajas sobre la in planta. En esta última,

puede suponer un problema el que la planta incorpore un elemento contaminante, ya que

interesa tener previsto qué hacer a posteriori con esa planta contaminada, a no ser que

cambie la forma del citado contaminante hacia otras menos peligrosas. Además, las

plantas acumuladoras de algunos contaminantes quizás no se adapten a la zona

contaminada, debido a su propia ecología. En cambio, cualquier planta que se adapte,

aunque no sea acumuladora de contaminante, sí puede disponer en su rizosfera de

aspectos positivos que contribuyan a la eliminación de los tóxicos deseados

(fitoestimulación o rizodegradación).

La fitorremediación es aplicable con el uso de plantas como así también de semillas. En

un estudio realizado en la Universidad Complutense de Madrid, se empleó semillas de la

familia lupinus, entre otros, para la fitorremediación, observándose que además de una

gran capacidad de adsorción de Cd, Pb, Cr y Zn, son capaces de germinar en áreas

altamente contaminadas y además pueden modificar el pH (en los experimentos

realizados lo han variado de 2 a 5,5).

La fitorremediación es más eficaz en los sitios donde hay baja concentración de

contaminantes. Al tomar por las raíces el agua y los nutrientes que se hallan en los

suelos, y las aguas subterráneas, las plantas extraen del suelo las sustancias químicas

perjudiciales. La cantidad de contaminación que puede eliminar una planta depende entre

otros factores de la profundidad hasta la que puedan crecer sus raíces. Las raíces de los

árboles penetran más profundo que la de las plantas más pequeñas, por lo tanto se

emplean las raíces de los primeros para eliminar los contaminantes que se encuentran a

mayor profundidad.

PLANTAS HIPERACUMULADORAS

No todas las especies de plantas son apropiadas para la fitorremediación. La planta ideal

para este propósito debe tener varias características entre las que se incluyen un

crecimiento rápido, una alta producción de biomasa y la habilidad para acumular

cantidades significativas de metales y no metales en la parte aérea así como tolerancia a

altas concentraciones de los tóxicos en el medio de crecimiento. En cuanto a la

20


concentración de metales y no metales, la mínima concentración en la parte de los

hiperacumuladores depende del elemento. Así por ejemplo, para Zn y Mn, el límite es del

1%, para Co, Ni, Cu, Cr y Pb la mínima concentración es del 0.1%, y para Cd es de

0.01%.

FITORREMEDIACIÓN

Es una técnica biológica de descontaminación

En realidad, es un conjunto de técnicas

Consiste en el uso de plantas y sus microorganismos asociados para la recuperación

ambiental

Tecnología más barata y menos invasiva ambientalmente que las convencionales,

basadas en ingeniería civil y procesos físico-químicos

Puede utilizarse sobre sustratos sólidos, líquidos y gaseosos

BIORREMEDIACIÓN

En sentido amplio, es el uso de seres vivos para la descontaminación y recuperación

ambiental.

En ese sentido, la fitorremediación estaría incluida entre las técnicas de

biorremediación.

No obstante, el uso del término biorremediación suele restringirse para las tecnologías

basadas en microorganismos.

Como las plantas conviven necesariamente con microorganismos, cualquier proceso

de fitorremediación conlleva biorremediación, aunque no al revés.

PRECISIONES TERMINOLÓGICAS

Fitorremediación

Fitocorrección

Fitorrestauración

Fitorrecuperación

R

RR

DEFINICIÓN

21


Es el empleo de plantas para reducir in situ la concentración y/o la peligrosidad de

contaminantes orgánicos e inorgánicos de suelos, sedimentos, aguas y aire, a partir de

procesos bioquímicos realizados por las plantas y sus microorganismos asociados que

conducen a la reducción, mineralización, degradación, estabilización y/o volatilización de

dichos contaminantes.

La fitorremediación puede utilizarse para tratar suelos, sedimentos, aguas, tanto

subterráneas como superficiales, y aire Se ha aplicado incluso a lixiviados de vertederos

Puede emplearse como tecnología de tratamiento única o en combinación con otras,

típicamente como etapa final

Nos restringiremos a los tratamientos de suelos y aguas subterráneas

ESTRATEGIAS

Las plantas pueden utilizar tres estrategias en la remediación:

Degradación (destrucción del contaminante)

Extracción

Contención/inmovilización

En definitiva, las mismas estrategias que podemos emplear con otras tecnologías de

recuperación que adoptemos.

A TENER EN CUENTA

Múltiples capacidades de las plantas en relación con contaminantes:

Excluir

Absorber

Retener

Degradar o transformar

Volatilizar

Importante papel de las raíces

Adaptadas específicamente para extracción de agua y minerales del suelo

Desarrollan una extensa red que alcanza cada poro accesible

Concentran elementos

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Segregan exudados que promueven la simbiosis con una compleja comunidad de

microorganismos (rizosfera)

Liberan agentes que pueden solubilizar y quelatar metales

ORÍGENES Y DESARROLLO DE LA FITORREMEDIACIÓN

Idea propuesta por Chaney en 1983 en relación con el uso de metalofitas para

fitoextracción (metales). Aunque hay mucho trabajo previo en ingeniería con vegetales

para tratamiento de aguas se comenzó a desarrollar a principios de los 90’s. El termino se

acuña en 1991 (EPA) Cunningham y Berti (1993) lo usan por vez primera en literatura de

difusión abierta Ha ido ganando aceptación en la última década En EE.UU. entre 1999 y

2004 el gasto en fitorremediación se ha multiplicado por un factor entre 2 y 3.

Algunos autores claves:

o Schnoor

o Brooks

o Raskin

o Ensley

o McCutcheon

o Terry

o Bañuelos

PLANTAS RECOMENDABLES

Conviene, en general, que sean:

De crecimiento rápido

Elevada producción de biomasa

Tolerantes a la contaminación

Resistentes

Competitivas

Cada técnica específica tiene requerimientos añadidos. Al escoger especies para un

lugar es recomendable incluir algunas que crezcan naturalmente en el entorno. Estas

especies resultarán competitivas en las condiciones locales Y si ya crecen en el lugar

contaminado tolerarán el contaminante.

23


2. INTERACCIÓN PLANTA-CONTAMINANTES:

TOLERANCIA

Se conoce desde antiguo (Grecia, Roma…) la asociación entre algunas plantas y ciertos

tipos de suelos o sustratos minerales. Distintas culturas han empleado plantas como

indicadores de la existencia de venas metalíferas. Incluso para metales tóxicos o que lo

son para otros muchos seres vivos

El desarrollo de la Botánica y la Biogeoquímica han permitido explicar dicha asociación en

términos de tolerancia

Tolerancia

Esta es el resultado de la evolución adaptativa de especies o variedades en ambientes

hostiles por presencia natural del metal o elemento tóxico. Hoy sabemos que existen

grados y se habla incluso de hipertolerancia.

Tolerancia frente a metales

Los organismos han evolucionado desarrollado mecanismos de protección frente a:

metales abióticos dosis excesivas de elementos biocompatibles

Los mecanismos que posibilitan la tolerancia frente a metales pesados y otros elementos

son múltiples

A. mantener el tóxico fuera de la planta

B. detoxificación

24


C. acumulación

A. Mantener el tóxico fuera

Reducción de biodisponibilidad

Insolubilización por precipitación o por formación de complejos superficiales sobre

minerales o material húmico

Exclusión: sistema de reflujo o liberación de metales hacia el exterior

Puede incluir mecanismos de volatilización.

B. Detoxificación

Con el objetivo de poder asimilar y metabolizar el elemento. P. ej., la conversión de Cr (VI)

en Cr (III) Fig.: Mecanismo de detoxificación de Cr(VI) en un lirio acuático.

C. Acumulación

Solubilización de metales del suelo para hacerlos asimilables

Secuestro del metal por agentes complejantes (quelantes) de forma que no pueda

ejercer su toxicidad

Transferencia

Requiere transportadores proteínicos activos

Acumulación en vacuolas o incorporación a lignina

25


El secuestro en vacuolas (orgánulos con doble membrana lipídica) se denomina

compartimentación. Ahí quedan excluidos de procesos de respiración o de división

celular. En las vacuolas probablemente forma agregados más complejos

La adsorción de grupos lipofílicos sobre lignina se denomina lignificación

AGENTES QUELANTES

Ácidos orgánicos (citrato, oxalato, malato…)

Aminoácidos, principalmente histidina

Fundamentalmente, metalotioneínas y fitoquelatinas

Se trata de péptidos ricos en cisteína

Parece que su función se relaciona con la homeostasis (regulación) de metales

esenciales mediante su transporte ya almacenamiento

Una amplia variedad de metales induce la formación de fitoquelatinas

Fig.: Esquema del quelato fitoquelatina – Cd.

TOLERANCIA FRENTE A CONTAMINANTES ORGÁNICOS

La mayoría son xenobióticos. Por tanto, las plantas no han desarrollado mecanismos

específicos.

Transporte: proceso físico y pasivo; por difusión, variable según hidrofobicidad

Degradación: resultado de actividad de enzimas empleados para otros fines

Secuestro: también en vacuolas o en la membrana celular

Suele requerir transformación química previa

Esquema de mecanismos de tolerancia a nivel celular

TA: transporte activo

26


TP: transporte pasivo

LAS RAÍCES

Papel clave

Su función específica es extraer agua y minerales del suelo

Pueden explorar cada poro

Funcionan como bombas accionadas por energía solar.

Además liberan sustancias que contribuyen a movilizar metales, etc.

27


El efecto físico de ahuecamiento del suelo por las raíces facilita :

la aireación

la circulación de agua

aumenta la actividad microbiana

Las plantas transfieren O2 desde sus órganos aéreos a la zona radicular

produciendo un entorno aerobio en la rizosfera, incluso cuando la raíz se

encuentra en zona inundada

En su actividad fisiológica los vegetales secretan por sus raíces exudados que contienen

azúcares, aminoácidos, nutrientes. Esto favorece el desarrollo de comunidades

microbianas en el suelo circundante e incrementa su actividad. La densidad de población

28


microbiana en la rizosfera es entre 1 y 4 órdenes de magnitud mayor que en el mismo

suelo lejos de la raíz. Se trata de una simbiosis: los microorganismos favorecen a la

planta (mejoran la absorción de agua y nutrientes, proporcionan reguladores del

crecimiento, etc.)

3. MÉTODOS DE FITORREMEDIACIÓN

Fitorremediación es en realidad un término genérico que engloba tratamientos diversos.

Los vegetales tienen distintos mecanismos de defensa frente a tóxicos. Eso da lugar a

distintas estrategias o métodos de fitorremediación o ‘fitotecnologías’

Fitodegradación

Fitoestimulación

Fitovolatilización

Fitoextracción

Fitoestabilización

29


Rizofiltración

Bombeo biológico

3.1 Fitodegradación

También denominada fitotransformación Actúa sobre contaminantes orgánicos y

xenobióticos: hidrocarburos, PAH, plaguicidas, tensioactivos, compuestos clorados.

Consiste en la transformación química de los contaminantes mediante procesos

metabólicos internos o externos que conduce a su degradación completa o parcial, su

inmovilización y/o inactivación En definitiva, produce una detoxificación, al menos parcial.

El proceso puede comenzar ex planta, en la rizosfera, con la hidrólisis enzimática en

moléculas más pequeñas que pueden ser absorbidas. En otros casos, se produce la

absorción del contaminante y es degradado enzimáticamente en la planta

Los metabolitos pueden ser:

Asimilados por la planta para su crecimiento

Secuestrados en sus vacuolas

Fijados a estructuras celulares insolubles (como la lignina)

En ocasiones, los metabolitos tienen actividad como fitohormonas, lo que mejora el

desarrollo de la planta

3.2 Fitoestimulación

También denominada rizodegradación, biodegradación en la rizosfera o biorremediación

asistida por plantas. Consiste en la degradación microbiana de contaminantes, activada o

mejorada por la presencia de la rizosfera.

30


Fitoestimulación

Se aplica a contaminantes orgánicos principalmente hidrófobos que no pueden ser

absorbidos por las plantas (PCB; PAH, HC…). En este caso son los microorganismos los

que degradan los contaminantes usándolos como fuente de energía y/o carbono o como

resultado colateral de la actividad de enzimas segregados para hidrolizar otras sustancias

(cometabolismo).

3.3 Fitovolatilización

Consiste en la absorción de contaminantes del suelo o del agua y su liberación a la

atmósfera durante la transpiración generalmente en formas volátiles menos tóxicas

La forma volátil puede ser:

El propio contaminante (caso de algunos COV)

Más habitualmente, productos de su degradación o transformación (en cuyo caso ha

existido también fitodegradación)

Funciona con contaminantes orgánicos y también inorgánicos (Se, ¿As, Hg?)

Limitaciones

Vienen dadas por el riesgo que suponga la emisión a la atmósfera.

Riesgo de deposición en áreas no contaminadas y/o con cultivos comestibles.

Pueden transformarse en contaminantes secundarios de efectos igual de nocivos o

más.

31


3.4 Fitoextracción

También denominada fitoacumulación. Consiste en la captación por las raíces de los

contaminantes y su acumulación en los tejidos de las plantas, seguida por la recolección

de las mismas. Funciona fundamentalmente con metales pesados y otros elementos

tóxicos o radiactivos, pero también con algunos contaminantes orgánicos. La absorción

del contaminante es selectiva. Suelos contaminados con varios metales requieren varias

especies de plantas.

32


Hiperacumuladores o metalofitas:

Plantas con gran capacidad de acumular metales. Almacenan concentraciones decenas o

centenas de veces mayores que otras especies en las mismas condiciones.

Principalmente, en órganos aéreos Alcanzan niveles de gcont / kgms (0,1 – 1%) Y

concentraciones en planta decenas de veces las existentes en suelo. Ello sin síntomas de

toxicidad: gran tolerancia (hipertolerancia)

Dos variantes

Hiperacumulación natural: la que se produce en plantas hiperacumuladoras sin más

Hiperacumulación asistida o inducida: cuando se añaden al suelo agentes

acondicionadores (quelantes, etc.) que incrementan la solubilidad del metal y facilitan su

absorción.

33


Recolección de biomasa

Las plantas han de ser recolectadas. Normalmente, sólo las partes aéreas (tallos y hojas)

El ciclo de plantación / cosecha se repite (con las mismas o diferentes especies) hasta

alcanzar los niveles de descontaminación requeridos. La biomasa cosechada tiene dos

destinos principales:

Reciclado de metales: En el caso de metales de valor y plantas suficientemente

acumuladoras se puede extraer de la biomasa el metal (fitominería)

Incineración: ha de realizarse de forma que no haya emisión de metal con los gases y las

cenizas (tóxicas) han desecharse apropiadamente

Incluso si hay que confinar en vertederos de seguridad, esta tecnología presenta la

ventaja de una reducción sustancial del volumen de residuo a depositar.

Requisitos de las plantas

La planta ideal para fitoextracción ha de reunir estas características:

1. Tolerancia elevada

2. Acumuladora, preferiblemente en partes aéreas

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Las que no translocan el metal a las partes aéreas pueden ser útiles en fitoestabilización y

restauración paisajística

3. Crecimiento rápido y biomasa efectiva en acumulación (alta proporción de metal a

biomasa)

4. Fácil de recolectar

Es fácil encontrar poblaciones de plantas tolerantes o hiperacumuladoras en lugares

naturalmente ricos en metales

Se conocen casos de especies que presentan poblaciones acumuladoras / tolerantes en

algún lugar y sin esas características en otros. Suelen crecer lentamente y/o producir

poca biomasa.

Plantas de buen crecimiento suelen, en cambio, ser poco acumuladoras y de baja

tolerancia a metales.

En resumen: es difícil encontrar plantas “ideales” Necesario mayor conocimiento de los

mecanismos fisiológicos de la tolerancia y la acumulación para facilitar la selección de

especies y la mejora de variedades para estos fines.

3.5 Fitoestabilización O fitoinmovilización

Consiste en el uso de plantas que inmovilizan o reducen la biodisponibilidad de los

contaminantes mediante absorción y acumulación en las raíces, por adsorción sobre las

mismas o por formación de compuestos insolubles en la rizosfera. Se aplica a metales

pesados y similares.

Los compuestos insolubles pueden ser precipitados y complejos superficiales con

coloides (minerales o materia orgánica). Los mecanismos de acumulación en raíz son

análogos a los mencionados (secuestro, lignificación…). Esta técnica no descontamina,

stricto sensu: el contaminante continúa en el suelo o raíces. Sí reduce sensiblemente la

toxicidad y/o la movilidad y biodisponibilidad. Por tanto, reduce el riesgo de migración

hacia manto freático y seres vivos.

35


En parte, porque disminuye la percolación de agua y la posibilidad de lixiviación de los

contaminantes.

La implantación de una cubierta de vegetación tolerante disminuye el riesgo de erosión

eólica (contaminación del aire y dispersión del contaminante)

Técnica aplicable cuando: las concentraciones de contaminante no son elevadas los

terrenos son demasiado extensos para otras técnicas.No requiere recolección de la

vegetación, lo que reduce costes.

Frecuentemente se apoya la fitoinmovilización con la incorporación de enmiendas o

aditivos: similares a los empleados en agricultura, pero con dosificación adaptada al caso

fosfatos, encalantes, oxihidróxidos de Fe y Al, aluminosilicatos o materiales orgánicos:

Se usan plantas con denso sistema de raíces. Además existe un gradiente hidráulico

(sobre todo si se emplean árboles) que previene la migración lateral de los contaminantes

En ciertos casos resulta recomendable una combinación de herbáceas y árboles:

La alta transpiración de los árboles mantiene flujo de agua hacia arriba, impidiendo la

lixiviación. Se usan hierbas que no acumulen contaminantes en sus brotes para minimizar

la exposición a los mismos de la fauna silvestre.

3.6 Rizofiltración

Técnica aplicable en descontaminación de agua subterránea. Similar en concepto a la

fitoextracción: técnica de concentración-acumulación. Consiste en filtrar agua a través de

una masa de raíces de plantas cultivadas hidropónicamente de forma que los

contaminantes disueltos se adsorben o se absorben y acumulan. Aplicable a metales y

nutrientes.

Las plantas han de tener alta tasa de producción de raíces y elevada área superficial.

Pueden utilizarse planta acuáticas o terrestres El cultivo hidropónico posibilita el desarrollo

del sistema radicular (con agua no contaminada) y la posterior aclimatación de la planta al

contaminante, previamente a la implantación en la zona a descontaminar. También puede

extraerse el agua a tratar y ponerla en contacto con las plantas en balsas adecuadas.

36


Cuando el sistema radicular se satura de contaminante se recolecta la planta, incluida la

raíz. La influencia del pH en la absorción de los contaminantes es muy elevada.

3.7 Bombeo biológico O control hidráulico de contaminantes

No todos los autores consideran esta técnica separadamente. Consiste en el uso de

plantas para impedir que contaminantes presentes en aguas susbsuperficiales

contaminadas lleguen a los acuíferos.

Árboles, como los chopos, por su gran evapotranspiración, son eficaces para: interceptar

el movimiento horizontal de penachos de contaminación de aguas subterráneas para

dirigir el flujo de agua hacia arriba, previniendo la percolación del contaminante.

37


Se basa en las elevadas tasas de evapotranspiración de algunas especies. Funcionan

como bombas hidráulicas naturales movidas por energía solar. Principalmente se

emplean árboles. Alguna especie de Populus absorbe más de 1 m3 por día y pie. Se

pueden establecer barreras o corredores de protección de ríos, acuíferos, etc.

Estos sistemas controlan el gradiente hidráulico y previenen la migración lateral de los

contaminantes.

CAPÍTULO 4

VENTAJAS E INCONVENIENTES

La referencia al hablar de ventajas o desventajas son las tecnologías clásicas de

recuperación. Muchos de los inconvenientes y ventajas dependen fuertemente de la

localización del emplazamiento los contaminantes presentes el método de

fitorremediación aplicado.

Ventajas

Tecnología sostenible.

Emplea técnicas, maquinaria y suministros conocidos en agricultura, resultando de

fácil implementación y mantenimiento.

Poco perjudicial para el ambiente y no afecta negativamente a los suelos

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Adelanta los procesos de reinstauración de comunidades vegetales

Es fácil monitorizar las plantas.

Versátil: es eficiente para diversos tipos de contaminantes, orgánicos e inorgánicos,

pudiendo tratarse emplazamientos con varios de ellos.

Aplicable in situ lo que evita excavación y transporte del suelo y reduce el riesgo de

dispersión de contaminantes (y de su contacto con personas y otros seres vivos)

No obstante, también puede aplicarse ex situ.

Aceptable por el público y agradable estéticamente por la mejora del paisaje.

Útil para concentraciones de bajas a moderadas.

No produce contaminantes secundarios

Evita –o, al menos, reduce sustancialmente la necesidad de vertederos o depósitos de

seguridad para desechar residuos

Bajo consumo energético

Además, utiliza energía solar

Aplicable en grandes extensiones de terreno.

No es incompatible con otras tecnologías de recuperación más tradicionales, sino que

puede ser complementaria, pudiendo emplearse como etapa final en procesos de

restauración.

No requiere personal muy especializado.

En ocasiones se pueden reciclar recursos (agua, biomasa, metales…)

Cuando la biomasa no acumula tóxicos se puede aprovechar: como forraje, fibra,

fuente de energía, para compostaje…

Puede utilizarse con carácter preventivo.

Bajo Coste

Es, para muchos, la mayor ventaja

Costes muy variables según: la técnica a emplear de las varias disponibles, el tipo de

contaminante a tratar, los niveles existentes y las características del lugar.

La relación de costes entre fitorremediación y otras tecnologías oscila mucho según

los autores y los casos que comparen: desde ‘menos de la mitad’ a ‘mil veces más

barato’

En promedio, se considera* esta tecnología diez veces más barata que las basadas

en ingeniería

Se espera una disminución de los costes según la tecnología se vaya extendiendo.

Inconvenientes

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Tecnología aún en proceso de desarrollo

Proceso lento: requerimientos de tiempo a veces muy largos, de años

Limitada a la profundidad que pueden alcanzar las raíces (típicamente del orden de

0,5 m para herbáceas y de los 3 m para árboles)

Dependencia de la eficacia de la recuperación con las estaciones y el clima

La toxicidad del medio a veces limita el crecimiento de la vegetación.

La eficacia depende de la tolerancia de las plantas al conjunto de contaminantes

presentes.

Requiere un estudio multidisciplinar que proporcione buen conocimiento del estado de

los contaminantes, del suelo y las influencias de los diversos vegetales y

microorganismos que intervienen.

No universal. Cada tipo de planta tiene unos requerimientos para su desarrollo:

temperaturas, precipitación, condiciones del suelo, geología, insolación, altitud …

Sustancias acumuladas en tejidos envejecidos pueden ser nuevamente liberadas al

ambiente (hojas en otoño …)

Los contaminantes pueden acumularse en madera que se utilice como combustible,

con riesgo de emisión de los mismos.

No elimina totalmente el riesgo de lixiviación de contaminantes hacia aguas

subterráneas.

La solubilidad de algunos contaminantes se puede ver incrementada, resultando un

mayor riesgo de migración y daño ambiental.

Existe riesgo de que los contaminantes sean consumidos por animales (p. ej.,

roedores) y entren en las cadenas tróficas.

Los contaminantes pueden, a través de las plantas, afectar a otros seres vivos del

ecosistema.

CAPÍTULO 5

Glosario

Actividad fotosintética: Facultad de obrar la fotosíntesis, proceso metabólico por el que

algunas células vegetales son capaces de sintetizar materia orgánica a partir de

moléculas inorgánicas gracias a la transformación de la energía luminosa en la química

producida por la clorofila.

40


Adsorción: Proceso de atracción de átomos, moléculas o iones de una sustancia en la

superficie de otra, siendo el tipo más frecuente el de la adhesión de líquidos y gases en la

superficie de los sólidos, formando películas líquidas o gaseosas.

Aerobio: Que necesita oxígeno para subsistir o llevarse a cabo.

Alcalinización: Proceso por el cual aumenta el contenido en sodio intercambiable y se

acumula carbonato sódico, incrementándose el pH.

Anaerobio: Que no necesita oxígeno para subsistir o llevarse a cabo.

Ánodo: Electrodo positivo de una celda electroquímica en el que tiene lugar la oxidación

durante el proceso electrolítico.

Bioacumulación: Acumulación neta de metales u otras sustancias persistentes en un

organismo a partir de fuentes bióticas (otros organismos) y abióticas (suelo, aire y agua).

Biomineralización: Proceso por el cual un organismo vivo proporciona las bases

químicas necesarias para la nucleación y el crecimiento de fases minerales únicas.

Biosorción: Proceso por el que la biomasa microbiana, actuando como un

intercambiador iónico, es capaz de adherir y concentrar metales pesados en soluciones

acuosas a través de las paredes celulares.

Bombas de Skimmer: Instrumentos verticales para bombear agua del subsuelo con

distintas sustancias disueltas y que permiten separar distintas fases durante el proceso de

bombeo.

Cátodo: Electrodo negativo de una celda electroquímica en el que tiene lugar la reducción

durante el proceso electrolítico

Complejación: Proceso de formación de un complejo, unión que se forma por el enlace

de cationes y aniones y a veces moléculas. El catión es el átomo central y los aniones,

denominados ligandos, pueden ser muchas especies inorgánicas normales en las aguas,

como cloro, bromo, flúor, sulfatos, carbonatos y fosfatos. El ligando puede ser también

una molécula orgánica, como por ejemplo un aminoácido. Las reacciones más simples de

complejación son la combinación de un metal y un ligando.

41


Desnitrificación: Proceso de reducción bioquímica mediado por bacterias en ausencia de

oxígeno mediante el cual el nitrógeno de los nitratos es devuelto a la atmósfera como

óxido de nitrógeno o como nitrógeno molecular.

Desorción: Proceso opuesto a la sorción, en el que la sustancia sorbida se separa de la

superficie de sorción como resultado de reacciones de equilibrio.

Elementos nativos: Minerales compuestos básicamente por un único elemento químico,

que aparecen en estado puro en la naturaleza.

Especie química: Sustancia química.

Eutrofización: Proceso evolutivo, natural o provocado, por el que una masa de agua

experimenta un progresivo aumento de nutrientes, dando lugar a un enriquecimiento cada

vez mayor en organismos vivos y materia orgánica.

Geomembranas: Membranas delgadas de muy baja permeabilidad, utilizadas en

aplicaciones de contención y barrera en ingeniería geotécnica, ambiental, hidráulica,

transporte y estructural, generalmente constituidas por polietileno.

Geotextil: Lámina de fieltro punzonado, no tejido, fabricado a partir de fibras especiales

de poliéster o de polipropileno empleado como lámina separadora para la conducción de

drenajes y la protección de láminas impermeabilizantes.

Hidrocarburos: Compuestos bioquímicos que forman el esqueleto de la materia

orgánica, formados únicamente por un armazón de carbono al que se le unen átomos de

hidrógeno.

Lipofílico: Que muestra afinidad por compuestos hidrofóbicos.

Lixiviado: Proceso físico de obtención de líquidos por exudación de sólidos.

Manglar: Ecosistema formado por árboles y arbustos muy tolerantes a las condiciones de

salinidad que ocupan la zona intermareal de las costas de latitudes tropicales de la tierra,

incluyendo estuarios y zonas costeras.

Marjal: Terreno bajo y pantanoso.

Metabolitos sideróforos: Metabolitos (productos del metabolismo) capaces de aumentar

la captación de iones de hierro en el medio extracelular.

42


Microorganismos indígenas: Microorganismos autóctonos que se encuentran de forma

natural en un lugar.

Microorganismos inoculados: Microorganismos no autóctonos que son introducidos

artificialmente.

Nivel freático: Nivel de puntos de agua que soportan una presión igual a la atmosférica.

Pirolisis: Descomposición térmica de la materia orgánica en ausencia de oxígeno.

Plumas de contaminación: Zona de acuífero contaminada que tiene su origen en un

foco de contaminación y se extiende aguas abajo de la dirección del flujo. Suele presentar

una cierta dispersión.

Potencial de oxidación: Mide la capacidad oxidante de un elemento en un sistema

formado por un oxidante y un reductor (sistema redox). El elemento que se reduce es el

que posee una capacidad oxidante mayor, por lo tanto cuanto mayor es el potencial de

oxidación, mayor es la concentración de la forma reducida.

Potencial redox: Potencial eléctrico requerido para transferir electrones de un compuesto

o elemento reducido (donador de electrones o agente reductor) a otro oxidado (aceptor de

electrones u agente oxidante), tomando como referencia al hidrógeno.

Presión osmótica: Presión necesaria para detener el flujo de agua que se establece

desde una disolución diluida a otra más concentrada separadas por una membrana

semipermeable.

Quelación: Habilidad de un compuesto químico para formar una estructura en anillo con

un ión metálico resultando en un compuesto con propiedades químicas diferentes a las

del metal original e impidiendo que el metal siga sus reacciones químicas normales.

Quelantes (Agentes): Sustancias que pueden quelar.

Substrato litológico: Material original o roca madre que suministra materia mineral al

alterarse o meteorizarse.

Tamizado: Proceso de filtración que permite separar y retirar elementos sólidos gruesos

de otros más finos.

Termofílico: Referente al rango de temperaturas entre 45ºC y 65ºC.

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Volatilización: Capacidad de las sustancias disueltas en un medio líquido de transferirse

hacia un medio gaseoso.

Zona no saturada: También llamada zona vadosa o zona de aireación, está comprendida

entre la superficie del terreno y el nivel freático del agua en los acuíferos y en ella los

poros no están completamente ocupados por agua.

Zona saturada: Zona del subsuelo en la que todos los huecos están ocupados por agua,

por debajo del nivel freático del agua en los acuíferos.

CAPÍTULO 6

CONCLUSIONES

La Fitorrecuperación o fitorremediación es una técnica emergente que utiliza la

capacidad de ciertas especies vegetales para sobrevivir en ambientes

contaminados con metales pesados y sustancias orgánicas.

La aplicación de cada uno de estos procesos no requiere personal muy

especializado.

La Fitorrecuperacion es poco perjudicial para el ambiente y no afecta

negativamente a los suelos, además adelanta los procesos de reinstauración

de comunidades vegetales y es fácil monitorizar las plantas.

La Fitorrecuperacion es versátil es decir es eficiente para diversos tipos de

contaminantes, orgánicos e inorgánicos, pudiendo tratarse emplazamientos

con varios de ellos y es a plicable in situ lo que evita excavación y transporte

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del suelo y reduce el riesgo de dispersión de contaminantes (y de su contacto

con personas y otros seres vivos)

Aceptable por el público y agradable estéticamente por la mejora del paisaje y

es útil para concentraciones de bajas a moderadas.

No produce contaminantes secundarios

CAPÍTULO 7

BIBLIOGRAFÍA

LINKOGRAFÍA

http://www.uam.es

http://www.invenia.es/

ftp://ftp.fao.org/docrep/fao/011/k3380s/k3380s.pdf

http://www.estrucplan.com.ar/articulos/verarticulo.asp?IDArticulo=2378

http://digibug.ugr.es

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fitorrecuperacion ultimo

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