Evaluación de fitotecnologías para la extracción de metales pesados en el cauce del Río Guadalentín, Lorca

Abstract

[SPA] El elevado coste de las tecnologías existentes para la limpieza de suelos ha conllevado a la búsqueda de nuevas estrategias que tengan el potencial de ser de bajo coste, bajo impacto y que sean visualmente benignas y ecológicas. La fitorremediación es una nueva estrategia de limpieza que implica el uso de plantas para limpiar o estabilizar ambientes contaminados. El fitomanejo de áreas contaminadas con vegetación autóctona espontánea es una buena opción para mejorar los indicadores ecológicos y evitar el transporte de contaminantes a las áreas cercanas. Sólo cuando los metales están presentes en formas biodisponibles y en niveles excesivos; tienen el potencial de volverse tóxicos para las plantas. En el pasado, como resultado de una mayor concienciación y protección de la salud ambiental, se han promulgado estrictas reglamentaciones ambientales para evitar la eliminación indiscriminada de los residuos de curtidos y de los residuos de ganadería en el suelo y en las masas de agua. Sin embargo, antes de que se promulgaran estas regulaciones, muchas industrias habían arrojado sus residuos sólidos y líquidos que contenían Cu, Zn y Cr a los suelos y a los cuerpos de agua vecinos. Es por ello que el objetivo principal de la presente tesis doctoral como parte del proyecto LIFE11 ENV/ES/000506 “Rehabilitación de un cauce fluvial contaminado por metales mediante la técnica de fitoextracción” fue evaluar, demostrar y difundir una alternativa sostenible para la recuperación ambiental de un tramo contaminado de 1500 m del Río Guadalentín tras su paso por el núcleo urbano Lorca (Región de Murcia), concretamente entre los años 2013 y 2017. Este cauce seco está contaminado por metales pesados debido a antiguos vertidos directos por parte de industrias curtidoras (provocando contaminación por Cr) y de granjas (provocando contaminación por Cu y Zn por vertido de purines porcinos y fertilizantes). También resultó interesante evaluar la eficiencia de fitoextracción de Cu, Cr y Zn mediante el uso de agentes quelantes naturales y microorganismos y la caracterización físico-química y biológica de las propiedades del sistema suelo. Los resultados concluyeron que el grado de eliminación de metales Cu, Zn y Cr total en suelo entre los años 2013 y 2017 es favorable y evidente para Zn y Cr total y menos evidente para Cu total. La vegetación fitoextractora implantada llega a estar muy influenciada por los periodos de escasez hídrica y por las condiciones meteorológicas, ambos hechos podrían haber condicionado la fitoextracción de metales por parte de la vegetación presente en el cauce y las concentraciones de metales totales registradas en las muestras de los sedimentos del suelo rizosférico (0-20 cm y 20-50 cm). Sobre el estudio de los sedimentos de suelo afectados por Cu, Zn y Cr en parcelas tratadas con 5 tratamientos (control, ácido oxálico, ácido cítrico, aminoácidos y bacterias Pseudomonas fluorescens) con muestreos anuales y muestreos quincenales entre junio 2016 y septiembre 2017 se deduce que en condiciones de clima mediterráneo semiárido el riesgo de lixiviación (hasta 100 cm de profundidad) de metales solubles y metales biodisponibles es bajo. A largo plazo, el tratamiento más notable para aumentar la solubilidad y biodisponibilidad de metales en suelo es el tratamiento con ácido cítrico, siendo conveniente y recomendable realizar un seguimiento quincenal del suelo rizosférico (0-20 cm) y un seguimiento anual del suelo rizosférico y del suelo no rizosférico (0-100 cm). La aplicación de la técnica de fitoextracción en condiciones de clima mediterráneo semiárido tras el periodo de fitoextracción 2013-2017 es favorable pero teniendo en cuenta algunas recomendaciones como la realización de riegos de emergencia, la selección de la vegetación autóctona mejor adaptada y la realización de prácticas agronómicas que mejoren el desarrollo de la vegetación implantada como la aplicación aportes nutricionales que favorezcan el desarrollo de la vegetación así como una siega anual de la biomasa aérea.

[ENG] The high cost of the existing cleanup technologies has led to the search for new strategies that have the potential to be of low cost, low-impact, visually benign and environmentally friendly. Phytoremediation is a new cleanup strategy that involves the use of plants to clean or stabilize contaminated environments and harvesting the plant shoots can help to permanently remove these contaminants from the soil. The phytomanagement of these polluted areas employing the spontaneous vegetation is a good option to improve the ecological indicators and to prevent the transport of pollutants to nearby areas. Metals have the potential to become toxic to plants when they are present in bioavailable forms and at excessive levels. In the past, as a result of an increased awareness and protection of environmental health, strict environmental regulations were enacted to prevent indiscriminate disposal of wastes into soil and water bodies in the world. However, before these regulations were enacted, many industries had dumped their solid and liquid waste containing Cu, Zn and Cr into neighboring soils and water bodies. Therefore, the main objective of this thesis as part of the project LIFE11 ENV/ES/000506 “Rehabilitation of a heavy metal contaminated riverbed by phytoextraction technique” was to evaluate, demonstrate and disseminate a sustainable alternative for the environmental recovery of a contaminated stretch of 1500 m of the Guadalentín River after its flow through the town of Lorca (Murcia Region), specifically between 2013 and 2017. The dry riverbed is contaminated by heavy metals due to old direct spills by tanning industries (causing Cr contamination) and farms (causing Cu and Zn contamination with pig slurries and fertilizers).It was also interesting to evaluate the phytoextraction efficiency of Cu, Cr and Zn through the use of natural chelating agents and microorganisms by the physical-chemical and biological characterization of the properties of the soil system. The results concluded that the elimination degree of Cu, Zn and Cr total metals in soil between the years 2013 and 2017 is favorable and evident for total Zn and total Cr total and less evident for total Cu. The phytoextracting vegetation implanted is very influenced by the periods of water scarcity and the weather conditions, both facts could have conditioned the phytoextraction of metals by the vegetation from the riverbed and also the concentrations of total metals recorded in the samples of rhizospheric soil sediments (0-20 cm and 20-50 cm). On the study of the soil sediments affected by Cu, Zn and Cr in plots treated with 5 treatments (control, oxalic acid, citric acid, amino acids and Pseudomonas fluorescens bacteria) with annual samplings and biweekly samplings between June 2016 and September 2017, it can be deduced that in semiarid Mediterranean climate conditions the risk of leaching (up to 100 cm deep) of soluble metals and bioavailable metals is low. In a long period of time, the most notable treatment to increase the solubility and the bioavailability of metals in soil is the treatment with citric acid, although it is advisable and it is recommended to perform a bi-weekly monitoring of the rhizospheric soil sediments (0-20 cm) and an annual sampling of the rhizospheric soil and the non-rhizospheric soil (0-100 cm). The application of the phytoextraction technique in semiarid Mediterranean conditions after the phytoextraction period 2013-2017 is favorable but taking into account some recommendations such as the realization of emergency irrigations, the selection of best adapted native vegetation and the realization of agronomic practices to improve the development of the implanted vegetation through the application of nutritional contributions that favor the development of the vegetation as well as an annual harvest of the aerial biomass.