Evaluación del potencial fitorremediativo para el control de la exposición al plomo y otros metales y restauración ambiental en Haina, República Dominicana

Resumen

La presente investigación se realizó en la comunidad de Haina, ubicada al sur de Santo Domingo (República Dominicana), designada por el Instituto Blacksmith (EE UU) como el tercer lugar más contaminado del planeta, debido a la acumulación de metales pesados, especialmente plomo, donde estuvo ubicada durante 20 años una fábrica de reciclaje de baterías ácidas. Los objetivos de este estudio fueron: i) evaluar los niveles de contaminación por Plomo (Pb) y otros elementos traza como Cromo (Cr) y Zinc (Zn) de los suelos de la zona objeto de estudio; ii) buscar nuevas especies vegetales propias de ambientes tropicales y habituales en la zona de estudio, útiles desde el punto de vista de la fitorremediación; iii) evaluar el potencial de algunos taxones de interés agronómico cultivados en áreas tropicales para su uso en labores de fitorremediación, mediante la determinación de sus niveles de tolerancia y de bioacumulación de Pb. Se seleccionaron 11 zonas de estudio, nueve de ellas formando una malla alrededor del foco de contaminación, otra ligeramente alejada y una zona de control considerada, a priori, libre de contaminación. Las muestras de suelo de cada zona se sometieron a digestión ácida para evaluar la concentración total de los elementos estudiados mediante Espectrometría de Absorción Atómica (AAS). Para el estudio del potencial de la vegetación de la zona de Haina se seleccionaron siete plantas vasculares (Acalypha alopecuroides, Achyranthes aspera, Amaranthus dubius, Bidens pilosa, Heliotropium angiospermum, Parthenium hysterophorus y Sida rhombifolia), en las cuales se analizaron por separado las partes subterráneas y las partes aéreas; todas las muestras vegetales fueron sometidas a digestión ácida y la medición de los elementos traza se realizó mediante Espectrometría de Emisión Óptica de Plasma Acoplado Inductivamente (ICP-OES). Finalmente, se escogieron nueve taxones de interés comercial cultivados en la zona de Haina o con potencial para este fin (pertenecientes a los géneros Ananas, Chrysanthemum, Dioscoraea y Musa), se hicieron crecer in vitro, en medios de cultivo con diferentes niveles de contaminación de Pb y se sometieron a digestión ácida para evaluar la concentración total de Pb mediante AAS. Los resultados obtenidos mostraron que los suelos de las zonas situadas en el entorno de la antigua fábrica de baterías y su entorno, así como en zonas situadas a favor de pendiente, presentaban elevados valores de Pb con respecto a los "valores límite" legales existentes en diversas legislaciones internacionales. Lo mismo sucedía, aunque a menor escala, con el Zn, mientras que no se constató ningún riesgo en relación al Cr. Ninguna de las especies de plantas silvestres analizadas mostró tener potencialidad para labores de fitoextracción de Pb y Cr. Por el contrario, todas ellas, excepto Achyranthes aspera, podrían ser útiles en tareas de fitoextracción de Zn. Las especies que tendrían algún interés en labores de fitoestabilización en áreas con características similares, enumeradas de mayor a menor capacidad de bioacumulación de Pb, son: Acalypha alopecuroides, Achyranthes aspera, Amaranthus dubius, Heliotropium angiospermum y Sida rhombifolia, aunque la primera es la menos interesante dada su baja producción de biomasa. En relación a los taxones de interés agronómico estudiados, en general, presentaron una alta potencialidad para la fitoextracción, ya que mostraron capacidad para acumular cantidades muy elevadas de Pb y unos elevados valores en su Factor de Bioacumulación. Los cuatro taxones del género Musa (Musa Grupo AAB, Musa Grupo AAAB, Musa acuminata y Musa ¿ paradisiaca, por este orden), junto con Ananas comosus, presentaron la mayor potencialidad dentro del campo de la fitoextracción de Pb, aunque los de Musa mostraron una alta intolerancia al Pb. Les seguieron a una buena distancia las tres cultivariedades de crisantemos (Chrysanthemum ?Sheena?, Chrysanthemum ?Reyellow? y Chrysanthemum ?Renella?, por este orden) y por la especie Dioscorea trifida. Con respecto a esta última, dado que se ha reportado en la literatura que otro taxón de Dioscorea mostró una importante afección de sus partes subterráneas por metales pesados, y que la parte comestible de esta planta es un tubérculo, sería inviable su aprovechamiento alimenticio. Se concluye, por tanto, que es urgente la implementación en Haina de un programa de mitigación aplicando técnicas que, como la fitorremediación, consigan una reducción de la carga metálica contaminante en estos suelos. El cultivo de Ananas comosus podría ser interesante con fines productivos comerciales ya que, según datos de la literatura, sus frutos acumulan concentraciones insignificantes de metales pesados y por tanto podrían ser usados para consumo humano; sería necesario, no obstante, llevar un estricto control de los niveles de transferencia de los elementos tóxicos a éstos. Los taxones del género Chrysanthemum, además de ser tenidos en cuenta para labores de fitoextracción, podrían ser utilizados para la producción de flor ornamental. This research was conducted in the region of Haina, situated at the south of Santo Domingo (Dominican Republic). The Blacksmith Institute (USA) considers this region as the third with the highest contamination, mainly due to heavy metals (Pb). This contamination was originated by a battery recycling plant, which operated for 20 years in the area. The main goals of this study were: i) to determine the levels of contamination in the area with lead (Pb) and other trace metals like chrome (Cr) and zinc (Zn) in the soils of the studied zone, ii) to identify plant species of tropical climate and frequent in the study area, useful under the point of view of phytoremediation, iii) to evaluate the potential of some plant species cultivated in the area in phytoremediation by measuring their levels of resistance to Pb and their bioaccumulation. Eleven zones were selected for this study, nine of which forming a net around the contamination source, another zone slightly more distant and a control zone a priori without contamination. The soil samples of each point were acid digested to determine the total concentration of the studied trace metals by Atomic Absorption Spectroscopy (AAS). For the study of the potential of the flora present in Haina, seven vascular plant species were selected (Acalypha alopecuroides, Achyranthes aspera, Amaranthus dubius, Bidens pilosa, Heliotropium angiospermum, Parthenium hysterophorus y Sida rhombifolia). In all cases the subterranean parts and the aerial parts of the plants were measured separately by Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometry (ICP-OES). Finally nine taxa of plants used commercially in the region of Haina were selected to study their potential use in phytoremediation (belonging to the genera Ananas, Chrysanthemum, Dioscoraea and Musa), which were grown in vitro in media with different grades of contamination with Pb and then acid digested to determine the concentration of lead by AAS. The obtained results showed that the soils near the former battery plant and the zone situated downhill are still contaminated with high levels of Pb in comparison with the legal limits established by several international administrations. The same occurs to a lesser degree with Zn while there is no risk related to Cr. None of the wild plants showed a potential for use in phytoextraction of Pb and Cr, but all of them, with the exception of Achyranthes aspera could be used in the case of Zn. The species with a potential in phytostabilization in areas with similar characteristics, ordered according to the observed bioaccumulation of Pb (decreasing) are Acalypha alopecuroides, Achyranthes aspera, Amaranthus dubius, Heliotropium angiospermum y Sida rhombifolia although the first is less interesting because of the low biomass it produces. Concerning the taxa of commercial interest, they generally showed a high potential for phytoextraction, because all of them accumulated high amounts of Pb and showed high levels of the Bioaccumulation Factor. The four taxa of the genus Musa (Musa group AAB, Musa group AAAB, Musa acuminata and Musa ¿ paradisiaca, in this order), together with Ananas comosus showed the highest potential for phytoextraction of Pb, although the genus Musa were intolerant to high concentrations of Pb. They were followed by the three cultivars of Chrysanthemum (Chrysanthemum ?Sheena?, Chrysanthemum ?Reyellow? and Chrysanthemum ?Renella?, in this order) and the species Dioscorea trifida. Because of the fact that in the literature another taxon of the genus Dioscorea is shown to accumulate heavy metals in the subterranean parts and the edible part of the plant is a subterranean tuber, the use of this plant as food source on contaminated soils is not viable. Therefore, as a general conclusions we suggest that it is urgent to implement in Haina a program in order to control the contamination with techniques like phytoremediation to reduce the levels of metals in the soils. The cultivation of Ananas comosus might be interesting as a commercial product because according to the available literature, its fruits do not accumulate significant amounts of heavy metals and can therefore be used for human consumption, nevertheless, a strict control of the transfer of toxics elements to the fruits would be necessary. The taxa of the genus Chrysanthemum, in addition to their use in phytoextraction may be used as ornamental flowers.