Titulillo: Contaminación del
suelo
Original
Contaminación
del suelo con metales pesados y actividad fitoremediadora
de Parthenium hysterophorus L. (Escoba amarga)
Heavy metal
contamination and phytoremediation activity of Parthenium hysterophorus L. (Escoba amarga)
Est. Marco
Rolando Futiel Alguacil. Universidad de Granma, Cuba
(1)
M.
Sc. Sahily Cano
Llorente. Universidad de Granma. Cuba (2)
M.
Sc. Robinson Hermosilla Espinosa. Universidad de Granma. Cuba (3)
(1)
Estudiante de 4to Año
de Ingeniería Agrícola. Facultad de Ciencias Agropecuarias. Universidad de
Granma, Bayamo, Cuba. mfutiela@estudiantes.udg.co.cu y marcomutiel@gmail.com
(2) Profesora Asistente. Máster en
Química Biológica. Ingeniera
Agrónoma. Profesora del Departamento de Agronomía. Universidad de Granma. Bayamo.
Granma. Cuba.
scanoll@udg.co.cu y sahilycanollorente@gmail.com
(3) Profesor Asistente. Máster en
Química Biológica. Licenciado en Educación en la especialidad Química. Profesor
del Centro de Estudios de Química Aplicada. Universidad de Granma. Bayamo.
Granma. Cuba.
rhermosillae@udg.co.cu. y rhermosillae@gmail.com
Resumen
Se
realizó una revisión bibliográfica actualizada sobre la contaminación de los
suelos por metales pesados y la acción fitoremediadora de algunas especies
vegetales, entre ellas, Parthenium hysterophorus L. en bases de datos científico-técnicas,
con el objetivo de actualizar los conocimientos
existentes sobre la contaminación del suelo por metales pesados y la acción
fitoremediadora de la especie P. hysterophorus L.
Fueron revisados al efecto, documentos y artículos de libre acceso indexados a
las bases de datos Pubmed, Scopus, Scielo y Science direct, preferentemente de
los últimos cinco años. La información reflejada en este material puede ser
utilizada como referencia o guía en la investigación de nuevos productos de
origen vegetal con potencial actividad fitoremediadora de suelos contaminados
por metales pesados.
Palabras clave: contaminación
del suelo, metales pesados,
fitorremediación.
Abstract
An updated bibliographic
review on soil contamination by heavy metals and the phytoremedial action of
some plant species, including Parthenium
hysterophorus L., was carried out in scientific-technical databases, with
the aim of updating existing knowledge on soil contamination by heavy metals
and the phytoremedial action of the species P. hysterophorus L. For this
purpose, freely accessible documents and articles indexed in the databases
Pubmed, Scopus, Scielo and Science direct, preferably from the last five years,
were reviewed. The information reflected in this material can be used as a
reference or guide in the research of new products of plant origin with
potential phytoremediation activity of soils contaminated by heavy metals.
Keywords: soil
contamination, heavy metals, phytoremediation.
Introducción
En
la actualidad la contaminación ambiental es considerada un problema mundial,
debido a la gran cantidad de sitios contaminados con elementos tóxicos,
potencialmente peligrosos para los humanos y las cadenas tróficas de los
ecosistemas. Especialmente, la contaminación de los suelos con metales pesados
como plomo (Pb), cadmio (Cd), mercurio (Hg), cromo (Cr) y arsénico (As), es provocada
por agentes contaminantes como la actividad urbana, industrial, minera, los vertederos
de residuales sólidos, los gases de combustión de automóviles, entre otros (Ramírez
et al., 2021).
De
este modo, la recuperación de los suelos, o sea, la devolución al suelo de la composición
con funciones similares a las
originales, y la capacidad para sostener cultivos no contaminados aprovechando microorganismos, hongos,
plantas
o las enzimas
derivadas de ellos, se denomina, biorremediación. Así, cuando se emplean vegetales
se denomina fitorremediación.
Esta
técnica ha generado un gran interés entre los investigadores, ya que aprovecha
la capacidad de ciertas plantas para absorber, acumular, metabolizar,
volatilizar o estabilizar contaminantes presentes en el suelo, aire, agua o
sedimentos, incluyendo metales pesados y compuestos orgánicos (Romantschuk et
al., 2024).
En
este contexto, se conoce que la especie P.
hysterophorus mostró un alto potencial de acumulación de metales pesados,
especialmente plomo (Pb) y cadmio (Cd), según reporta (Raza, 2019). Otra
investigación llevada a cabo en 2022 demostró la capacidad de P. hysterophorus para acumular Pb y Cd (Ejaz et al., 2022). Por otra parte, Rehan et
al., (2023) concluye que P. hysterophorus
posee alta resistencia al estrés por Cd, además de alta producción de biomasa y
que podría ser candidata potencial para la fitorremediación de suelos
contaminados con Cd.
En este
contexto, la presente investigación tiene como objetivo:
actualizar los conocimientos sobre la contaminación del suelo por metales
pesados y la acción fitoremediadora de la especie Parthenium
hysterophorus L. Se
realizó la revisión bibliográfica utilizando artículos libres de acceso,
publicados en años recientes e indexados en las bases de datos Pubmed, Scopus,
Scielo y Science direct.
Desarrollo
A
nivel mundial se desarrollan diversas actividades económicas para el provecho
de la humanidad, sin embargo, estas traen consigo impactos negativos que deterioran
el medio ambiente (suelo, aire, agua). Un impacto negativo sobre el recurso suelo
es la contaminación causada por metales pesados, la cual se da principalmente
por causas antropogénicas y naturales (Paredes et al., 2021).
La
contaminación por metales pesados de los suelos es una preocupación urgente de
la comunidad científica mundial, debido a la persistencia, la bioacumulación,
el potencial de toxicidad de estos elementos, la biomagnificación y no
biodegradabilidad en las cadenas tróficas. De tal suerte, estos metales pueden
migrar hacia las capas inferiores del suelo y llegar hasta las aguas
subterráneas, de esta forma también pueden estar disponibles y ser absorbidos
por las raíces de las plantas y de ahí a toda la cadena trófica (Huang et al.,
2020).
Se
consideran metales pesados aquellos elementos químicos con peso atómico
comprendido entre 63.55 g. mol (Cu) y 200.59 g. mol (Hg), con una densidad
entre 4 g/cm³ hasta 7 g/cm³ y número atómico superior a 20 unidad de masa atómica.
El Programa Internacional de Seguridad de Sustancias Químicas de la
Organización Mundial de la Salud identificó como sustancias preocupantes, al
Cd, Pb, y Hg entre otras (Robles, 2024) y las estadísticas muestran que cada
año, las naciones de todo el mundo emiten un promedio de “5 millones de
toneladas de Pb, 15 millones de toneladas de Mn, 3,4 millones de toneladas de
Cu y 1 millón de toneladas de Ni en el suelo” (Ramírez et al., 2021).
Es
bien conocido que los metales pesados suelen ser tóxicos en bajas y altas
concentraciones, que poseen gran estabilidad química ante los procesos de
biodegradación y pueden generar efectos adversos sobre la salud de todos los
organismos, especialmente daños genéticos y diferentes enfermedades, entre
estas se destacan; fallas renales, osteomalacia en humanos y animales,
inhibición de la síntesis de hemoglobina, anemía, cancer, entre otras (Robles, 2024).
Este fenómeno global también afecta
a Cuba, identificándose zonas contaminadas por metales pesados en diferentes
regiones del país, así, por ejemplo: áreas de la fábrica de acumuladores de
Manzanillo, Río Almendares en Ciudad Habana, tierras
de cultivo en San José de las Lajas en Artemisa, Bahía de Cayo Moa en Holguín, Empresa
Electroquímica de Sagua en Ciego de Ávila, entre otras zonas.
Para
la recuperación de los suelos contaminados por metales pesados se han emplean enfoques
de remediación convencionales, los cuales se basan principalmente en técnicas
mecánicas o fisicoquímicas, como la incineración de suelos, excavación y
vertedero, lavado de suelos, solidificación y aplicación de campos eléctricos. Estos
métodos presentan desventajas como el alto costo, ineficiencia cuando los
contaminantes están presentes en concentraciones bajas, y traen cambios
irreversibles en las propiedades fisicoquímicas y biológicas de los suelos (Yan
et al., 2020).
En
la actualidad, dentro de las alternativas amigables con el medio ambiente que reducen
o mitigan los niveles de concentración por metales pesados presentes en el
suelo, la fitorremediación es una de las técnicas más adecuadas y ventajosas,
la cual consiste en el uso de plantas para eliminar contaminantes del suelo
mediante la acumulación en el tejido vegetal (raíces, brotes, hojas). La fitorremediación
cubre una amplia gama de contaminantes como productos químicos inorgánicos que
incluyen metales pesados, metaloides, muchas sustancias orgánicas que incluyen
contaminantes orgánicos persistentes y elementos radiactivos (Romantschuk et
al., 2024).
También
se conoce que la fitorremediación es una tecnología “verde” que utiliza plantas
y sus microorganismos asociados de la rizosfera para limpiar sitios
contaminados. Por ejemplo: Las tecnologías de fitorremediación que se pueden
aplicar en depósitos de cenizas volantes y desechos mineros son la
fitoestabilización, la rizodegradación y la fitodegradación y, en menor medida,
la Fitoextracción (Gaji, et al. 2018).
La
fitorremediación presenta diversas ventajas entre las que se puede destacar su menor
coste económico, su aproximación más respetuosa con los procesos ecológicos del
ecosistema edáfico, y el hecho de ser una tecnología social, estética y
ambientalmente más aceptada. Por ello, no es de extrañar que la fitorremediación
se contemple cada vez más como una alternativa ambientalmente respetuosa,
frente a las técnicas físico-químicas (Yan et al., 2020).
Un
punto clave para el éxito de la fitorremediación es la selección de plantas que
puedan tolerar niveles significativos de contaminación del suelo. En este
sentido, numerosas especies, p. ej., Artemisia
argyi H. Lév, Bidens pilosa L., Miscanthus giganteus J.M., Sida hermaphrodita L.) han demostrado su
capacidad para acumular, extraer o tolerar la presencia de ETP en los suelos (Ramírez
et al., 2021).
Paredes
et al. (2021) reportó, que las especies arbóreas como la Acasia Saligna, son favorables para remediar suelos contaminados
con cromo, las especies arbustivas como Cistus
L. mostraron tener buenos resultados en la captación de metales como
arsénico, zinc y plomo, y que hortalizas como el Allium fistolosum y Origanum
acumulaban plomo, siendo favorables para proyectos de fitorremediación a corto
plazo, de suelos con concentraciones bajas de contaminantes debido a su rápido desarrollo
vegetativo. También señaló, que especies herbáceas como Helianthus annuus, se presentan como una buena alternativa para
proyectos de fitorremediación mediante técnicas de fitoextracción. Esta
afirmación se fundamenta en que la especie es de fácil manejo, versátil para remover
diversos contaminantes, posee bajos requerimientos nutricionales, es resistente
a condiciones de sequía y no es empleada en alimentación humana.
El
mismo autor en su trabajo concluye que, la técnica de fitoextracción, es la más
empleada para la remoción de metales pesados en suelos contaminados porque
permite translocar el contaminante en distintos órganos cosechables de la
planta, favoreciendo su extracción y eliminación de la zona afectada y que las
plantas herbáceas, como los vegetales, son la mejor alternativa para estos procesos
(Paredes et al., 2021).
Mientras
que Naz et al. (2024) en un estudio
con plantas consideradas comestibles, forrajeras y/o medicinales entre las que
se encuentran: Cnicus benedictus,
Parthenium hysterophorus, Verbesina encelioides, Conyza canadensis, Xanthium
strumarium, Chenopodium album, Amaranthus viridis, Chenopodiastrum murale,
Prosopis juliflora, Convolvulus arvensis, Stellaria media, Arenaria
serpyllifolia, Cerastium. dichotomum, Chrozophora tinctoria, Mirabilis jalapa,
Medicago polymorpha, Lathyrus aphaca, Dalbergia sissoo, Melilotus indicus y
Anagallis arvensis, encontró que la mayoría de las plantas presentaron
niveles muy bajos de los elementos potencialmente tóxicos estudiados en sus
órganos y que a pesar de su baja tasa de bioacumulación, la mayoría de las
plantas estudiadas podrían ser adecuadas para la aplicación de fitorremediación
de Zn en campo.
En
este contexto, Ramírez et al. (2021) plantea que es comprensible que gran parte
de las investigaciones actuales en el campo de la descontaminación de suelos
por metales pesados se concentre en especies de plantas que colonizan ambientes
altamente contaminados.
A la luz de lo anterior,
la especie P. hysterophorus comúnmente llamada
“Escoba amarga”, es una planta herbácea, anual, natural de las zonas cálidas de
América; que crece en
terrenos baldíos, huertos, bosques, llanuras aluviales, áreas agrícolas,
matorrales, áreas urbanas, a lo largo de carreteras y vías férreas;
presenta propiedades insecticidas, nematicidas, herbicidas,
alelopáticas, antifúngica, uso en compostaje, y actividad fitoremediadora
pudiera ser una excelente candidata para la fitorremediación de suelos
contaminados con metales pesados en Cuba (De
Miranda, Cardoso, Moreira, y Figueredo, 2014).
En
este sentido otros estudios han concluido que P. hysterophorus tiene un alto potencial como fitoremediador de
suelos contaminados por metales pesados, así, por ejemplo: según Raza, (2019) esta
especie es altamente acumuladora de Pb en las raíces, hojas y tallo; mientras
que Ramírez, et al. (2021), planteó que esta planta es altamente tolerante a
metales pesados como Zn, Cr, y Pb; por otra parte, estudios desarrollados por
el equipo de Ejaz, et al. (2022) demostró que P. hysterophorus posee gran capacidad para acumular Pb y Cd a
partir de suelos contaminados y que los atributos morfológicos de P. hysterophorus, como la longitud de
brotes y raíces, los pesos fresco y seco, el conteo de hojas y el área foliar
se vieron afectados negativamente por los efectos tóxicos de Pb y Cd; mientras
que los equipos de investigación de Rehan, (2023) y Naz, et al. (2024) llegaron
a la conclusión que, P. hysterophorus
es una planta muy eficiente que puede crecer, producir gran cantidad de biomasa
y actuar como un hiperacumulador de Cd en suelo contaminados por este metal.
Los
estudios antes expuestos nos indican que la acción fitoremediadora en suelos
contaminados por metales pesados en Cuba pudiera llevarse a cabo utilizando la
planta P. hysterophorus, la cual ha
sido estudiada en ambientes contaminados en diferentes partes del mundo y ha
mostrado un desarrollo vegetativo favorable y una importante acción
fitoremediadora.
Conclusiones
La
contaminación de los suelos por metales pesados es un fenómeno global y Cuba no
es la excepción. Este problema puede ser enmendado por diferentes métodos entre
los que se destaca la fitorremediación. Entre las especies prometedoras para la
fitorremediación en el país,
Parthenium hysterophorus L. posee mejores potencialidades.
Referencias
bibliográficas
De
Miranda, S.F., Cardoso, M.D.G., Moreira, M.L. y Figueredo, A.C. (2014). Chemoca co,position and Alleolopathic activity of
Phatenium hystheorhupous and ambrosia
polystchaya weeds essential oils. American
Journal of plan Science 5(9), p.p. 1248-1257. http://dx.doi.org/10.4236/ajps.2014.59137
Ejaz,
U., Khan, S.M., Aqeel, M., Khalid, N., Sarfraz, W., Naeem, N., Han, H., Yu, J.,
Yue, G. and Raposo, A. (2022). Use
of Parthenium hysterophorus with synthetic chelator for enhanced uptake of
cadmium and lead from contaminated soils—a step toward better public health. Front.
Public Health 10 (2), p.p. 102-122.
doi: 10.3389/fpubh.2022.1009479
Gaji, G., Djurdjevi, L., Kosti, O., Jari, S., Mitrovi,
M. and Pavlovi, P. (2018) Ecological Potential of Plants for Phytoremediation
and Ecorestoration of Fly Ash Deposits and Mine Wastes. Front. Environ. Sci, 6(124), p.p. 89-109. doi: 10.3389/fenvs.2018.00124
Huang, Z., Liu, C., Zhao, X., Dong, J. and Zheng, B.
(2020) Risk Assessment of Heavy Metals in the Surface Sediment at the Drinking
Water Source of the Xiangjiang River in South China. Environmental Sciences Europe, 32 (23), p.p. 35-55.
https://doi.org/10.1186/s12302-020-00305-w
Paredes, P.D.S., Rodríguez, J.J. y
Garzón, A. (2021). Especies Vegetales en
la fitorremediación de suelos contaminados por metales pesados. [Tesis]
para obtener el título profesional de: Ingeniera Ambiental, Trujillo, Perú. https://alicia.concytec.gob.pe/vufind/Record/UCVV_ab468be2aefc3b051b98c0df203a4819/
Ramírez, A., García, G., Werner, O., Navarro-Pedreño,
J. and Ros, R.M. (2021). Implications of the Phytoremediation of Heavy Metal
Contamination of Soils and Wild Plants in the Industrial Area of Haina,
Dominican Republic. Sustainability, 13(2),
p.p. 14-44. https://doi.org/10.3390/su13031403
Raza, U., Fazal, H., Shakeel, A., Amin, U.J. and Qiu,
R. (2019). Phytoremediation of Lead and Chromium Contaminated Soil Improves
with the Endogenous Phenolics and Proline Production in Parthenium, Cannabis,
Euphorbia, and Rumex Species. Water Air
Soil Pollut 230 (40), p.p. 34-54. https://doi.org/10.1007/s11270-019-4089-xsss
Rehan, S.,
Raham, S.K., Amin, U.J., Sadeeq, U., Allah, D., Ziaul, I., Rahim, U., Raza, U.,
Walid, S., Khalid, F.A., Karthika, R., Dinakaran, E. and Ayman El S. (2023). Plant
Growth Regulators with a Balanced Supply of Nutrients Enhance the
Phytoextraction Efficiency of Parthenium hysterophorus for Cadmium in
Contaminated Soil. ACS
Omega 8(2), p.p. 18940−18950. https://doi.org/10.1021/acsomega.3c01429
Robles,
M. (2024). Seguridad alimentaria: Riesgo asociados Metales Pesados sobre la salud
humana. Journal of American Health, 7(2). P.p. 78-98. https://doi.org/https://orcid.org/
0000-0001-5457-7102
Romantschuk, L., Matviichuk, N., Mozharivska, I.,
Matviichuk, B., Ustymenko, U. and Tryboi, O. (2024). Phytoremediation of Soils
by Cultivation Miscanthus x Giganteus L and Phalaris arundinacea L. Ecological Engineering & Environmental
Technology 2024, 25(6), p.p. 137–147.https://eprints.zu.edu.ua/39626/1
Naz, R.,
Khan, M.S., Hafeez, A., Fazil, M., Khan, M.N., Ali,
B., Javed, M.A., Imran, M., Shati, A.A.,
Alfaifi, M.Y., Elbehairi, S.E.I. and Ahmed, A.E. (2024). Assessment
of phytoremediation potential of native plant species naturally growing in a
heavy metal-polluted industrial soils Avaliação do potencial fitorremediador de
espécies vegetais nativas que crescem naturalmente em solos industriais
poluídos por metais pesados. Brazilian Journal of Biology, e264473 (84), p.p.
243-273. https://pesquisa.bvsalud.org/portal/resource/pt/biblio-1403855&ved=.
Yan, A., Wang, Y., Tan,
S.N., Yusof, M.L.M., Ghosh, S. and Chen, Z. (2020). Phytoremediation: a
promising approach for revegetation of heavy metal-polluted land. Frontiers in Plant Science, 359 (11), p.p.
110-130. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7203417/