Informe tcnico final BERRILUR 1

Informe final de proyecto

Investigacin estratgica para la proteccin de suelos y aguas

subterrneas. Estrategias de recuperacin para la rehabilitacin de

espacios degradados

Centro: NEIKER

Participantes: Carlos Garbisu (cgarbisu@neiker.net)

Ana Aizpurua, Javier Hernndez, Onintze Zrate

Entidades participantes

GAIKER, LABEIN, EUVE TECHNOLOGICAL CENTER

UPV-EHU

Ao 2005

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Estudio de la biodisponibilidad de contaminantes en suelos contaminados de la CAPV

- Caracterizacin fsico-qumica del suelo seleccionado para el ensayo

coordinado

1. Introduccin: caracterizacin fsico qumica La caracterizacin fsico-qumica del suelo es un paso imprescindible, de gran importancia, previo a cualquier ensayo de fitorremediacin de suelos contaminados. En efecto, la cuantificacin de parmetros como textura, materia orgnica, pH, etc. es imprescindible para entender el comportamiento de los diversos contaminantes en el suelo.

As, por ejemplo, los grupos funcionales de superficie de los componentes orgnicos del suelo reaccionan con los metales pesados y los retienen mediante procesos de adsorcin. Asimismo, el contenido en materia orgnica influye en la degradacin biolgica de los plaguicidas en el suelo. Adems, los compuestos orgnicos voltiles no polares son adsorbidos por la materia orgnica. Cuando los valores de pH en suelo son elevados y la concentracin de metales pesados es alta, las fases slidas precipitadas pueden determinar la solubilidad del metal en el suelo. El pH tambin influye en la adsorcin de plaguicidas a travs de su efecto sobre el nmero de cargas negativas que posee el material orgnico del suelo. En cuanto a la importancia de la textura, algunos minerales de arcilla adsorben compuestos orgnicos derivados de los plaguicidas y, de este modo, permanecen cambiables y disponibles para las plantas y organismos. Adems la adsorcin es el mecanismo principal de retencin de metales pesados en las fases reactivas del suelo, y las fases slidas del suelo que presentan un mayor grado de reactividad se encuentran principalmente en las fracciones texturales ms finas.

Como ya se coment en el informe anterior, antes de empezar el ensayo coordinado de fitorremediacin de suelos contaminados con metales y/o orgnicos (i.e., diesel), en el que han participado todos los equipos de investigacin del proyecto BERRILUR, en NEIKER muestreamos y caracterizamos cinco suelos para poder as, de forma consensuada, seleccionar aqul ms idneo para dicho ensayo.

De estos cinco suelos, tres provenan de terrenos bajo uso agrcola y haban sufrido enmiendas orgnicas en mayor o menor medida. Los otros dos suelos restantes pertenecan a una pradera seminatural que no haba sufrido alteraciones en este sentido. Todos los suelos fueron obtenidos de terrenos ubicados en el municipio de Derio-Bizkaia y muestreados en una zona caracterizada por la alternancia de margocalizas, margas calizas y calcarenitas.

La caracterizacin fsico-qumica de estos cinco suelos ya fue incluida en el anterior informe. Por ello, en este informe, slo se muestra la caracterizacin del suelo

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finalmente seleccionado para el ensayo coordinado (ver siguiente apartado). Una vez caracterizado el suelo, se contamin artificialmente con metales y/o diesel segn protocolo de contaminacin normalizado y consensuado entre todos los participantes de BERRILUR. El ensayo coordinado se estableci en la UPV bajo la supervisin del grupo de investigacin del Dr. Becerril (para ms informacin, sobre el diseo de dicho ensayo, ver informe correspondiente).

2. Caracterizacin fsico qumica del suelo seleccionado En la siguiente tabla, se muestra la caracterizacin fsico-qumica del suelo seleccionado para el ensayo coordinado de fitorremediacin de suelos contaminados con metales y/o orgnicos (i.e., diesel). ABREVIATURA UNIDADES VALORES

pH - 5.30 MO % 7.30 N % 0.27

C/N - 15.70 CE S/cm 2120 P mg/l 21

Na mg/l 54 K mg/l 206 Ca mg/l 1270 Mg mg/l 191

Acidez meq/100 ml 1.51 CICef meq/100 ml 10.20

%Al en CIC ef % 14.90 Cr mg/kg 33.60 Cd mg/kg < 0.80 Cu mg/kg 15.00 Ni mg/kg 10.90 Zn mg/kg 70.80 Pb mg/kg 34.50

Arena gruesa % 8.70 Arena fina % 31.60

Limo % 31.60 Arcilla % 28.1 Textura - Arcillosa-

gruesa Este suelo presenta un elevado contenido de MO, debido al aporte previo de MO de origen animal durante varios aos. El pH hallado es bajo, lo cual es bastante frecuente en los suelos de la Cornisa Cantbrica, debido a que poseen un rgimen de humedad percolante, caracterizados por una prdida de bases por lavado. Sin embargo, an en estas zonas, en los suelos formados a partir de materiales calizos, el Ca es el catin dominante en el complejo de cambio tal y como se aprecia en la Tabla 1. El lavado de los suelos en climas templados hmedos provoca una disminucin de los cationes mono

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y divalentes en el complejo de cambio que se compensa con el aluminio que en este caso ocupa un 14,90% del complejo de cambio. La textura es arcillosa gruesa y este tipo de texturas finas son habituales en la zona de estudio, ya que muchos de los suelos se han originado a partir de materiales sedimentarios finos tales como lutitas, margas, etc. La relacin C/N es alta debido al elevado contenido de MO de aplicacin reciente. Una vez que la MO se descompone, esta relacin tiende a descender en los suelos cultivados, donde normalmente la relacin C/N se sita entre 8 y 10. El contenido de sales del suelo (CE) es bajo y, por tanto, adecuado para los cultivos. El contenido de P, K y Mg en suelo es adecuado para un suelo agrcola e indica que ha sido abonado previamente.

3. Conclusiones El suelo presenta un contenido de MO elevado debido a aportaciones de

naturaleza exgena. La relacin C/N es igualmente alta. El suelo presenta un pH cido y un contenido en sales bajo. La textura es arcillosa-gruesa.

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- Biodisponibilidad/movilidad de metales en el contexto de la

fitoextraccin inducida por quelantes

1. Introduccin

Dentro del contexto de la fitoextraccin inducida, y como continuacin a nuestros estudios sobre toxicidad por quelantes y metales pesados realizados con plantas de cardo (Cynara cardunculus) y EDTA (cido etilendiaminotetraactico) (ver informe anterior), hemos continuado profundizando en el potencial de esta tecnologa de fitorremediacin, haciendo especial hincapi en la biodisponibilidad/movilidad del contaminante y la fitotoxicidad de los metales, quelantes y, finalmente, los complejos metal-quelante.

En esta ocasin, hemos empleado plantas de Brachiaria decumbens pues poseen caractersticas muy interesantes para la fitoextraccin inducida por quelantes: alta tasa de crecimiento, elevada fitomasa, alta tolerancia al aluminio y a metales en general, y acumulacin de moderados niveles de metales en sus tejidos. Su extraordinaria tolerancia al aluminio es muy deseable para la fitoextraccin pues los suelos que presentan valores bajos de pH tienen valores elevados de metales disponibles (el aluminio es txico para las plantas a valores inferiores a pH 5.5). Asimismo, las prcticas agronmicas para el cultivo de esta planta estn ya bien desarrolladas, lo cual es un aspecto de gran importancia a tener en cuenta.

En este caso, adems del EDTA, hemos estudiado el comportamiento del EDDS (etilendiaminosuccinato), un quelante muy prometedor dentro del contexto de la fitoextraccin inducida pues, a diferencia del EDTA, es fcilmente biodegradable y forma complejos fuertes con metales de transicin (Jones & Williams, 2001). Asimismo, se sabe que causa niveles menores de lixiviacin de Pb que el EDTA y es mucho menos txico para los microorganismos del suelo (Grman et al., 2003).

En concreto, en este estudio, se ha estudiado el efecto de estos dos agentes quelantes (EDTA y EDDS) sobre la capacidad de extraer metales de B. decumbens. Para ello, se utiliz un suelo moderadamente contaminado con Cd, Zn y Pb que se muestre en las inmediaciones de una mina abandonada de galena-esfalerita, localizada en el municipio de Carranza.

Hasta el momento, todava no hay muchos estudios sobre fitoextraccin inducida de suelos contaminados con una mezcla de metales pesados. De hecho, la mayor parte de los estudios de este tipo han sido llevados a cabo con EDTA y Pb. A este respecto, es importante tener en cuenta que la presencia de metales normalmente biodisponibles en el suelo, tales como el Cd y Zn, pueden limitar el xito de un proceso de fitoextraccin inducida de, por ejemplo, Pb ya que los metales biodisponibles pueden plantear problemas de fitotoxicidad previos a la aplicacin del quelante.

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2. Objetivos El principal objetivo del presente estudio fue evaluar el potencial de una especie de alta tasa de crecimiento y elevada biomasa, como B. decumbens, para la fitoextraccin inducida de suelos contaminados con una mezcla de metales. Este estudio es el primer trabajo publicado (aceptado en Chemosphere, 2006) sobre la utilizacin de esta especie, de alta produccin biomsica bajo uso intensivo y de una impresionante resistencia al aluminio, para la fitoextraccin inducida de suelos contaminados por metales. Para ello, se estudi el efecto del EDTA y EDDS sobre la capacidad de B. decumbens para extraer Cd, Zn y Pn de un suelo minero real contaminado con niveles moderados de estos metales.

3. Materiales y mtodos

Se cogieron dos suelos (HPS: altamente contaminado con metales; MPS: con niveles moderados de metales) de las inmediaciones de una mina abandonada de galena-esfalerita. En la Tabla 1, s