UNIVERSIDAD CIENTÍFICA DEL SUR

Facultad de INGENIERIA AMBIENTAL

Título de la Tesis

Biorremediación de suelos contaminados por cobre en Cultivo de Palto (Persea americana) por plantas adventicias en el Valle

de Ica

Tesis para optar al Título Profesional o Grado Académico de:

Magister en Gestión y Auditorías Ambientales

Carlos Enrique Portuguez López

Nombre y apellidos del Tesista

Lima (Perú), 28 de Marzo del 2,016

ÍNDICE GENERAL

1. INTRODUCCIÓN

2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

3. JUSTIFICACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN

4. ANTECEDENTES Y MARCO TEÓRICO

5. HIPÓTESIS Y OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN

6. MATERIALES Y MÉTODOS

7. CRONOGRAMA

8. PRESUPUESTO DETALLADO Y FUENTE DE FINANCIAMIENTO

9. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

ANEXOS

2

1. INTRODUCCIÓN

La pequeña agricultura de la Región Ica, dedicada a una agricultura de subsistencia, inicio un cambio o Reconversión productiva de sus sistema de producción, buscando cultivos más rentables con mercados más estables, entre los principales cultivos conocidos por ellos estaba la Palta Fuerte (Persea americana), introducida al Perú en el siglo XIV por Túpac Inca Yupanqui, los antiguos peruanos supieron cultivarlo y aprovechar sus frutos.

La explotación de este cultivo trae consigo pasivos ambientales que contaminan los suelos y se acumulan residuos tóxicos como el cobre, he ahí la importancia de recuperar o remediar estos suelos que a mediano y largo plazo serán suelos altamente contaminantes de los cultivos que en el desarrollen.

El presente estudio pretende identificar las especies nativas o plantas adventicias que tengan capacidad de acumular el cobre en el suelo a nivel de sus órganos radiculares o vegetativos.

De igual manera se identificar las malas prácticas agrícolas que determinan este problema a fin de dar una metodología a nivel de productos y dosis de aplicación.

La agricultura se ha intensificado dejando de lado sistemas producción integrales así como métodos de control de plagas y enfermedades como el Manejo Integrado de plagas, habiendo llegado a un solo método de control predominante como el control químico.

2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Los agricultores viven en nuestros días en medio de una agricultura intensiva, orientada al monocultivo y la agricultura de especialización, abordada o ataviada por el marketing agresivo de las empresas multinacionales, que incentivan el uso y abuso de agroquímicos.

La pérdida o erosión del saber campesino ha ido perdiéndose paulatinamente, muchas de las prácticas agrícolas utilizadas en antaño han dejado de practicarse, una de estas técnicas era la de inocular distintas especies de plantas silvestres o adventicias que cumplían un rol en el ecosistema, como acumular nitritos como la verdolaga silvestre, extraer metales pesados, sales y atraer o repeler patógenos, la presencia de los impulsadores, vendedores y técnicos sin ética profesional han contribuidos a su posterior olvido, invadidos los agricultores por la supuesta tecnología, que da un facilismo, técnicas rápidas y nuevas técnicas de control específicamente el control químico.

3

El uso de estas tecnologías influye en la formación de nuevos conocimientos y prácticas agrícolas, llevándolos a la dependencia y uso y abuso de agroquímicos y funguicidas, que constantemente están contaminando nuestros suelos

De seguir así se tendrán suelos contaminados como base y sustento de una nueva agricultura; intensiva, especializada y dedicada al monocultivo y prácticas o métodos de control únicos. El problema de concentración de metales como el cobre, insumo principal de control de enfermedades al utilizar funguicidas cúpricos, con dosis altas y materia primas no acordes a nuestros suelos.

3. JUSTIFICACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN

El uso de prácticas agrícolas amigables, de fácil aplicación, bajo costo y económicamente viable es una de las características que promueve el usos de plantas adventicias para el control y Biorremediación de suelos contaminados por metales pesados como el Cobre, cerca de 1,200 has de cultivo de Palto (Fuerte y Hass), en la región Ica, son controlados por aplicaciones de agroquímicos específicamente funguicidas, usando mochilas de aplicación, con método manual, teniendo contacto directo el caldo de aplicación en todo momento con el cuerpo de la persona, estos métodos de aplicación, asumen un alto riesgo para la persona o jornalero, además de las altas dosis de caldo fúngico aplicado a chorro continuo, que contamina el suelo agrícola, matando a la flora y fauna benéfica que en ella se desarrolla.

El uso de plantas adventicias, silvestres o nativas para control de plagas y enfermedades es una práctica agrícola desarrollada por los antiguos, agricultores, métodos como la siembra de plantas trampa para nematodos como el marigol o algodón para limpieza de nematodos, son y han sido utilizados en antaño, según la bibliografía se conoce de plantas que biorremedian los suelos, acumulando en sus raíces o tallos metales como el cobre, la Biorremediación (o Fito-Biorremediación) es una técnica para remediación de suelos de bajo costo es una técnica no invasiva que se desarrolla insitu.

4

4. ANTECEDENTES Y MARCO TEÓRICO

4.1 Antecedentes

En el Perú existe muy poca información de uso de plantas para extracción de metales pesados

La mayor parte de información trata de plantas repelentes, plantas nitrificantes, plantas trampas, plantas alelopáticas, etc. Sin embargo, en cuanto a Biorremediación, plantas extractivas, la información es muy básica o general, las dificultades que se tiene para iniciar este estudio de biorremediar o extraer metales pesados de suelos contaminados, (Peña, 1992) Centro de Estudios para el Desarrollo y la Participación CEDEP.

El estudio de ésta problemática sería muy provechosa para los productores de la zona. Lamentablemente los agricultores no asumen aún el impacto de éstas afecciones sobre la contaminación de sus suelos, y su posterior consecuencia como la baja del rendimiento por hectárea o árbol, lo que dificulta que sus respectivas asociaciones proporcionen recursos para estos estudios. Existen diferencias marcadas en los sistemas de manejo del cultivo y tecnología entre productores, lo que genera que sólo aquellos con mayores recursos se interesen en estos estudios e implementen las medidas correctivas. (Peña,1992)

4.2 Marco Teórico

Cultivo Persea americana, conocido en el Perú como Palto.

Persea americana es una especie arbórea originaria de México, Guatemala, Honduras, El Salvador, Nicaragua, Costa Rica, Belice (puntualmente, la región de Mesoamérica) y del norte de Suramérica, perteneciente a la familia de las lauráceas.

Su fruto, comestible, y el propio árbol son conocidos como aguacate o palta, según la región.

Es un árbol de hoja perenne. Puede llegar a tener casi 20 m de altura, aunque su tamaño normal suele rondar los diez metros.

El tronco posee una corteza gris-verdosa con fisuras longitudinales. Las hojas, alternas, con peciolo de 2-5 cm y limbo generalmente glauco por el envés, estrechamente elípticos, ovados u obovados, de 8-20 por 5-12 cm, coriáceos,

5

de color verde y escasamente pubescentes en la haz pero muy densamente por el envés que es de color marrón amarillento y donde resalta el nervio central; tiene base cuneiforme y ápice agudo, los márgenes enteros y más o menos ondulados.

Las inflorescencias con panículas de 8-14 cm de largo con flores de 5-6 mm con periantio densamente pubescente, de tubo muy corto y seis sépalos oblongos de medio centímetro, los 3 exteriores más cortos. Tienen nueve estambres fértiles de unos 4 mm, con filamentos pubescentes, organizados en tres círculos concéntricos. El ovario es ovoide, de unos 1,5 mm, densamente pubescentes, con estilo también pubescente de 2,5 mm terminado por un estigma discoidal algo dilatado.

El fruto es una drupa de color amarillo-verde o marrón rojizo, grande, generalmente en forma de pera, a veces ovoide o globoso, de 8-18 cm con epicarpio corchoso más o menos tuberculado, y mesocarpio carnoso y comestible. Este último rodea íntimamente una semilla globular de episperma (tegumento) papiráceo, sin endosperma de unos 5-6 cm. (fuente Wikipedia).

Variedades

Fuerte: Originaria de México y Centroamérica. La piel, ligeramente áspera, se separa con facilidad de la carne.

Hass: Originaria de California. Piel gruesa, rugosa, se pela con facilidad y presenta color verde a oscuro cuando está madura. La pulpa es cremosa y sin fibras.

Enfermedades

La principal y más importante enfermedad de P. americana es la "podredumbre de la raíz", producida por el hongo Phytophthora cinnamomi. Esta enfermedad está presente en casi todas las zonas productoras del mundo.

Los sistemas actuales para controlar esta afección incluyen por una parte lograr una "resistencia genética" a través del uso de porta injertos tolerantes a Phytophthora y por otra, incorporar un programa de tratamientos fitosanitarios con la aplicación de distintos fungicidas cúpricos en aplicaciones foliares y al suelo, combinadas con pinturas al tronco cuando la planta es joven. De ahí en adelante se requiere del uso de distintas mezclas químicas ácidas que mediante inyecciones al tronco, se incorporan a los vasos internos de conducción. El conjunto de estas técnicas bien aplicadas está permitiendo un buen nivel de control de esta enfermedad. (Wikipedia,http//www.wikipedia.org/wiki/Persea_americana#Historia, 2015)

6

Cobre(Cu)

El cobre (del latín cuprum, y éste del griego kypros), cuyo símbolo es Cu, es el elemento químico de número atómico 29. Se trata de un metal de transición de color rojizo y brillo metálico que, junto con la plata y el oro, forma parte de la llamada familia del cobre, se caracteriza por ser uno de los mejores conductores de electricidad (el segundo después de la plata). Gracias a su alta conductividad eléctrica, ductilidad y maleabilidad, se ha convertido en el material más utilizado para fabricar cables eléctricos y otros componentes eléctricos y electrónicos.

La producción mundial de Cobre está todavía creciendo. Esto básicamente significa que más y más Cobre termina en el medio ambiente. Los ríos están depositando barro en sus orillas que están contaminados con Cobre, debido al vertido de aguas residuales contaminadas con Cobre. El Cobre entra en el aire, mayoritariamente a través de la liberación durante la combustión de fuel. El Cobre en el aire permanecerá por un periodo de tiempo eminente, antes de depositarse cuando empieza a llover. Este terminará mayormente en los suelos, como resultado los suelos pueden también contener grandes cantidades de Cobre después de que esté sea depositado desde el aire.

El Cobre puede ser liberado en el medio ambiente tanto por actividades humanas como por procesos naturales. Ejemplo de fuentes naturales son las tormentas de polvo, descomposición de la vegetación, incendios forestales y aerosoles marinos. El Cobre es a menudo encontrado cerca de minas, asentamientos industriales, vertederos y lugares de residuos.

Cuando el Cobre termina en el suelo este es fuertemente atado a la materia orgánica y minerales.

El Cobre no se rompe en el ambiente y por eso se puede acumular en plantas y animales cuando este es encontrado en suelos. En suelos ricos en Cobre sólo un número pequeño de plantas pueden vivir. El Cobre puede seriamente influir en el proceso de ciertas tierras agrícolas, dependiendo de la acidez del suelo y la presencia de materia orgánica. A pesar de esto el estiércol que contiene Cobre es todavía usado.

El Cobre puede interrumpir la actividad en el suelo, su influencia negativa en la actividad de microorganismos y lombrices de tierra. La descomposición de la materia orgánica puede disminuir debido a esto.

Cuando los suelos de las granjas están contaminados con Cobre, los animales pueden absorber concentraciones de Cobre que dañan su salud.

7

Principalmente las ovejas sufren un gran efecto por envenenamiento con Cobre, debido a que los efectos del Cobre se manifiestan a bajas concentraciones. (Wikipedia,https//es.wikipedia.org/wiki/Cobre#Toxicidad_del_Cobre, 2015)

Fungicidas

Los fungicidas son sustancias tóxicas que se emplean para impedir el crecimiento o eliminar los hongos y mohos perjudiciales para las plantas, los animales o el hombre. Todo fungicida, por más eficaz que sea, si se utiliza en exceso puede causar daños fisiológicos a la planta.

Como todo producto químico, debe ser utilizado con precaución para evitar cualquier daño a la salud humana, a los animales y al medio ambiente.

Se aplican mediante rociado, pulverizado, por revestimiento, o por fumigación. Para tratamientos de otros materiales como madera, papel, cuero, se aplican mediante impregnación o tinción. Otra forma de administrarse, es a modo de medicamentos (ingeridos o aplicados), en tratamiento de enfermedades humanas o animales.

La mayoría de los fungicidas de uso agrícola se fumigan o espolvorean sobre las semillas, hojas, o frutos, para impedir la propagación de la roya, el tizón, los mohos, el mildiu, oídio, botrytis. (enfermedades de las plantas).

Existen tres enfermedades graves causadas por hongos que hoy pueden ser combatidas por medio de fungicidas, son la roya del trigo, el tizón del maíz y la enfermedad de la patata, que causó la hambruna de la década de 1840 en Irlanda.

Uno de los fungicidas más antiguos es el caldo bordelés, que actualmente sigue usándose. Este fungicida a base de cobre se inventó en 1880 en la región de Burdeos, Francia. Posteriormente, a principios del siglo XX se empezó a usar el ioduro potásico; entre la década de los 40 y principios de los 50 surgieron los tratamientos tópicos con acción fundamentalmente exfoliante y queratolítica y un débil poder antifúngico. En los años siguientes se desarrollaron los fungicidas de uso tópico y sistémico (tolnaftato, haloprogina, griseofulvina, imidazoles, inhibidores de la síntesis de pirimidas y polienos). En la década de los 90 se incorporaron los triazoles, siendo el itraconazol el primer fungicida oral con actividad sobre un espectro amplio de hongos. En pleno siglo XXI las investigaciones continúan y periódicamente aparecen nuevos agentes como el voriconazol, la caspofugina, etc.

Según su composición existen compuestos de cobre: cloruro de cobre, oxicloruro de cobre, óxido cúprico, "caldo bordelés", quinolinolato de cobre-8,

8

carbonato de cobre básico, naftenato de cobre, sulfato de cobre, cromato de cobre, oleado de cobre. La mixtura de burdeos, conocida también como caldo bordelés, desarrollada en 1882 y compuesta de cal muerta y sulfato de cobre, fue el primer fungicida eficaz. Durante muchas décadas fue empleada en una gran variedad de plantas y árboles frutales. (Wikipedia, 2015)

SUELOS

El suelo está compuesto por minerales, materia orgánica, diminutos organismos vegetales y animales, aire y agua. Las plantas y animales que crecen y mueren dentro y sobre el suelo son descompuestos por los microorganismos, transformados en materia orgánica y mezclados con el suelo.

El tamaño de las partículas minerales que forman el suelo determina sus propiedades físicas textura, estructura, porosidad y el color.

Según su textura podemos distinguir tres tipos de suelos: arena, arcilla y limo. La arena es la que existe en los diversos ríos. Los suelos arenosos, como son más sueltos son fáciles de trabajar pero tienen pocas reservas de nutrientes aprovechables por las plantas.

Los suelos limosos tienen gránulos de tamaño intermedio son fértiles y fáciles de trabajar. Forman terrones fáciles de desagregar cuando están secos.

La arcilla son partículas muy finas y forman barro cuando están saturadas de agua. Los suelos arcillosos son pesados, no drenan ni se desecan fácilmente y contienen buenas reservas de nutrientes. Son fértiles, pero difíciles de trabajar cuando están muy secos. (Wikipedia, El suelo, diferencias según sus aspectosfísicos y químicos, 2015)

SUELOS ARCILLOSO

Son terrenos compactos debido a la abundante arcilla, pueden ser de color rojizo o blanco y son de difícil para el cultivo. Están formados por granos finos de color amarillento y retienen el agua formando charcos. Si se mezclan con el humus que es la sustancia compuesta por ciertos productos orgánicos de naturaleza pueden ser buenos para cultivar.

Como primer aspecto a subrayar, vale mencionar que este tipo de suelo presenta una textura fina, con un alto predominio de arcillas (45 % de arcillas, 30% de limo y 25% de arena).

Esta composición le permite una elevada retención de agua y nutrientes. No obstante posee una baja porosidad y por lo tanto, la consecuencia lógica es que son suelos que carecen de buenas posibilidades de aireación.

9

Por este motivo se dice que son terrenos difíciles de trabajar ya que poseen una elevada viscosidad que ofrece una gran resistencia a la penetración de raíces.

Un aspecto peor aún que las dificultades de penetración de las raíces, es el hecho de que este tipo de suelo impide una correcta aireación de las mismas, y por tanto, tarde o temprano terminan pudriéndose.

Se pueden utilizar para el cultivo pero es muy difícil ya que tienen muy poca agua. (Wikipedia, Suelo Arcilloso, 2015)

Los suelos arcillosos suelen tener un mal drenaje, es decir, se encharcan, incluso durante días, si te pasas con el riego o llueve mucho. Aunque no todos los suelos arcillosos drenan mal. Este es un gran problema, sobre todo en las zonas bajas, que es donde se acumula más agua. La mayoría de las plantas se pudren en estas condiciones. 

SUELO ARENOSO

Los suelos arenosos son ideales para ciertas plantaciones, como la sandia y el cacahuate, y son generalmente preferidos para la agricultura intensiva por sus excelentes características de drenaje.

Estos suelos se secan muy pronto y hay que regar bastante. No almacenan el agua como los arcillosos. Consecuencia práctica: riega con poca cantidad pero con más frecuencia.

En un suelo arenoso es más difícil para una planta aguantar la sequía que en uno arcilloso. Pero eso depende de la especie. Fíjate por ejemplo, los árboles, las palmeras y todo tipo de plantas que crecen en desiertos arenosos o en la misma playa, donde hay hierbas y arbustos adaptados a vivir en esos suelos de arena casi estériles.

Al igual que ocurre con el agua, tampoco retienen bien los nutrientes minerales que necesitan las plantas. La lluvia y el riego los lava de la zona de las raíces, perdiéndose en profundidad. Consecuencia práctica: usa siempre que puedas fertilizantes de lenta liberación en lugar de los minerales solubles tradicionales, para que se vayan disolviendo poco a poco y se pierda lo menos posible. Si tienes un suelo arenoso, abona mejor con pequeñas cantidades y frecuentemente que mucho de golpe.

Además el suelo arenoso es pobre en nutrientes minerales, hay que abonar más que en uno arcilloso que suele tener más reservas. 

Tienen de positivo que las raíces disfrutan de una buena aireación por la mayor porosidad existente.  El drenaje también suele ser muy bueno (piensa en el caso de la arena de la playa), a no ser que debajo de la arena haya una capa de arcilla. Para plantas que necesitan un buen drenaje son muy buenos, a condición de que no le falte

10

el agua. Los céspedes, muchas plantas mediterráneas, cactus y crasas, por ejemplo son plantas que les va bien un suelo arenosos, puesto que no soportan el exceso de agua que se da con frecuencia en los suelos pesados, de arcilla.(Wikipedia, Arena, 2015)

SUELO LIMOSO

El limo es un sedimento clástico incoherente transportado en suspensión por los ríos y por el viento, que se deposita en el lecho de los cursos de agua o sobre los terrenos que han sido inundados. Para que se clasifique como tal, el diámetro de las partículas de limo varía de 0,0039 m.m a 0,0625 m.m.

Es típico el limo depositado por el rio Nilo después de las inundaciones periódicas que aportaban  terreno fértil para la agricultura, desde el antiguo Egipto, hasta que este flujo fue interrumpido por la construcción de la presa de Asuán.

Los suelos limosos tienen gránulos de tamaño intermedio son fértiles y fáciles de trabajar. Forman terrones fáciles de desagregar cuando están secos.(Wikipedia, Limo, 2015)

BIORREMEDIACION

Se define como biorremediación o biorremediación a cualquier proceso que utilice microrganismos, hongos, plantas o enzimas derivadas de ellos para retornar un medio ambiente alterado por contaminantes a su condición natural. La biorremediación puede ser empleada para atacar contaminantes específicos del suelo, por ejemplo en la degradación bacteriana de compuestos organoclorados o de hidrocarburos. Un ejemplo de un tratamiento más generalizado es el de la limpieza de derrames de petróleo por medio de la adición de fertilizantes con nitratos o sulfatos para estimular la reproducción de bacterias nativas o exógenas (introducidas) y de esta forma facilitar la descomposición del petróleo crudo.

Los procesos naturales de biorremediación y fitorremediación (remediación por plantas) se han usado desde hace siglos; tal es el caso de la desalinización de terrenos agrícolas por la acción de plantas capaces de extraer las sales. La biorremediación usando microorganismos fue inventada por el científico norteamericano George M. Robinson. Éste trabajó como ingeniero petrolero asistente de la compañía Santa María de California en la década de 1960 y se

11

dedicó a experimentar con una serie de bacterias en frascos contaminados de petróleo.

Se puede clasificar a la biorremediación como in situ o ex situ. La primera consiste en tratar el material contaminado en el lugar en que se encuentra sin trasladarlo a otra parte. Algunos ejemplos de estas tecnologías consisten en operaciones de compostaje, la ventilación biológica, la utilización de biorreactores, la filtración por raíces o la estimulación biológica.

En los procesos ex situ el material contaminado es trasladado a otro lugar para realizar o completar su descontaminación.

No todos los contaminantes son fáciles de biorremediar por medio de microorganismos. Por ejemplo, los metales pesados como el cadmio y el plomo y el mercurio no son absorbidos o capturados por estos organismos. La incorporación de algunos de estos metales dentro de la cadena alimentaria (bioacumulacíon) agrava el problema. Se puede usar la remediación por medio de plantas o fitorremediación. Es muy útil en estos casos porque es posible usar plantas transgénicas que concentren estas toxinas en sus partes aéreas (sobre la tierra), las cuales pueden ser cosechadas y eliminadas. Los metales pesados obtenidos de esta cosecha pueden ser concentrados aún más por incineración para ser desechados o bien reciclados para usos industriales.

La eliminación de una gran variedad de contaminantes del medio ambiente requiere un conocimiento creciente de la relativa importancia de sus ciclos químicos y redes de regulación del ciclo del carbono en diversos ambientes y para cada compuesto en particular. Con seguridad que esta tecnología se desarrollará aún más en el futuro.

La biorremediación tiene una serie de ventajas sobre otros métodos. En el caso de que la contaminación esté en lugares inaccesibles se puede realizar sin necesidad de cavar. Por ejemplo en el caso de derrames de petróleo que hayan penetrado en el suelo y amenacen contaminar a la capa de agua. Esto resulta mucho menos costoso que el proceso de excavación e incineración que sería la otra alternativa. El empleo de desechos orgánicos de fácil degradación como aditivos o correctores de densidad, resulta una alternativa técnicamente factible, viable y sencilla que favorece la degradación de contaminantes orgánicos en suelos a través de procesos de composteo, ya que éstos mejoran las propiedades del sistema y aportan nutrientes para mantener activas las poblaciones microbianas. (Wikipedia, Biorremediación de suelos, s.f.)

FITOREMEDIACION

La fitorremediación es la descontaminación de los suelos, la depuración de las aguas residuales o la limpieza del aire interior, usando plantas

12

vasculares, algas (ficorremediación) u hongos (micorremediación), y por extensión ecosistemas que contienen estas plantas. Así pues, se trata de eliminar o controlar las diversas contaminaciones. La degradación de compuestos dañinos se acelera mediante la actividad de algunos microrganismos.

La etimología proviene del griego «phyton» = planta y del latín «remedium» = restablecer el equilibrio, la remediación. La fitorremediación no es un concepto nuevo, pues desde hace 3000 años los hombres han utilizado la capacidad natural de purificación de las plantas para el tratamiento del agua. Desde la década de 1970 esta práctica ha encontrado un renovado interés, en particular para el tratamiento de los plaguicidas y de los metales.

La fitorremediación es un conjunto de tecnologías que utilizan las plantas para reducir, degradar o inmovilizar compuestos orgánicos contaminantes (naturales o sintéticos), de la tierra, del agua o del aire y que provienen de las actividades humanas. Esta técnica también puede tratar la contaminación por compuestos inorgánicos (metales pesados o radioisótopos).

Suelos: Esta técnica se utiliza para descontaminar biológicamente las tierras que pueden estar contaminadas por metales y metaloides, plaguicidas, disolventes, explosivos, petróleo y sus derivados, radioisótopos y contaminantes diversos.

Las aguas residuales: La fitorremediación también se utiliza para la descontaminación de las aguas cargadas de materia orgánica o contaminantes diversos (metales, hidrocarburos y plaguicidas).

El aire: También se puede limpiar el aire de zonas cerradas a través de plantas que lo descontaminan (basado en la investigación Proyecto de Ley Wolverton para la NASA en los años 1980-90). Esta investigación se ha desarrollado significativamente en los últimos años.

La Fitorremediación es un término utilizado para describir el tratamiento de problemas ambientales a través de la utilización de plantas.

La fitorremediación se basa principalmente en las interacciones entre las plantas, el suelo y los microorganismos. El suelo es una compleja estructura que sirve de soporte para el desarrollo de las plantas y los microorganismos que se alimentan de los compuestos orgánicos o inorgánicos que lo componen. Cuando algunos de estos compuestos se encuentra en exceso con respecto al estado inicial del suelo, éste se describe como un suelo contaminado (esto también se aplica al agua y al aire, a diferencia del suelo son fluidos). Los compuestos en exceso pueden ser utilizados como fuente de energía por las plantas y microorganismos. En el sistema planta - suelo - microorganismos, la biodegradación bacteriana es a menudo independiente de la absorción por medio de la raíz. Las plantas y los microorganismos han co-evolucionado, para adoptar una estrategia de aprovechamiento recíproca, para soportar la

13

fitotoxicidad, de la que los microorganismos aprovechan los exudados de la raíz y también la planta se beneficia de la capacidad de degradación de los microorganismos rizosféricos para reducir el estrés debido a la fitotoxicidad. En última instancia, la planta es el agente esencial de la exportación de un contaminante fuera de su entorno.

Las plantas van a absorber el contaminante para metabolizarlo o almacenarlo, reduciendo o evitando la liberación de contaminantes en otras zonas del medio (fitoestabilizacion). Con mucha frecuencia, los compuestos orgánicos (xenobíoticos o no) puede ser degradados y metabolizados para el crecimiento de la planta. La contaminación se elimina así. En el caso de los compuestos inorgánicos contaminantes (metales, metaloides y radionúclidos), únicamente es posible su fitoestabilizacion o fitoextracción, porque estos tipos de agentes contaminantes no son biodegradables.

La fitorremediación se puede clasificar de acuerdo a su tipo de extracción en in y ex planta. En el caso de la contaminación por metales pesados y por compuestos orgánicos de alta y media solubilidad, como herbicidas, plaguicidas, solventes y explosivos, la extracción, acumulación o volatilización por la planta, en general, aporta un porcentaje relevante de la remoción debido a la mayor movilidad de estos compuestos hacia y en la planta. Lo anterior no se aplica en la remoción de la mayor parte de los componentes de los HTP y otros contaminantes orgánicos de baja solubilidad, pues el papel directo de la planta en la extracción y remoción no es tan relevante. Esto se debe a que el contenido de materia orgánica, la solubilidad del compuesto y el propio suelo son barreras que tiene que superar un contaminante hidrofóbico para llegar a establecer contacto con la planta. Aunque si se analiza el fenómeno en otras condiciones físicas (en especial sin suelo), la planta puede tener respuestas complejas ante la presencia de un contaminante hidrófobo o hidrófilo y puede responder, de diversas maneras, a los efectos tóxicos que puede ejercer.

Las distintas forma de biorremediación;

1. Fitoextracción: el uso de plantas que absorben y concentran en sus partes recolectables (hojas, tallos) los contaminantes contenidos en el suelo (a menudo metales pesados). Se utilizan plantas acumuladoras y / o hiperacumuladoras que sean capaces de tolerar y acumular los metales pesados. Es posible mejorar la extracción mediante la adición de quelatos en el suelo. En la mayoría de los casos las plantas se cosechan y se incineran, las cenizas se almacenan en lugares acondicionados para ello o son transformadas para recuperar los metales acumulados (a esto se le llama fitominería).

2. Fitotrasnformación o Fitodegradación algunas plantas producen enzimas (dehalogenasa, oxigenasa) que catalizan la degradación de las sustancias absorbidas o adsorbidas, que se transforman en menos tóxicas o no tóxicas por la metabolización de los contaminantes en los

14

tejidos vegetales o por los organismos de la rizosfera alimentados por la planta (esto se llama rizodegradacion (degradación por la rizosfera).

3. Fitofiltración o rizofiltración: utilizados para la descontaminación y restauración de las aguas superficiales y subterráneas. Los contaminantes son absorbidos o adsorbidos por las raíces de las plantas en ambientes húmedos.

4. Fitovolatilización: las plantas absorben el agua de la litosfera que contiene los contaminantes y otras toxinas orgánicas, transformándolos en elementos volátiles, y que luego liberan a la atmósfera a través de sus hojas. Ellas pueden, en algunos casos transformar los contaminantes orgánicos en elementos volátiles antes de transferirlos a la atmósfera siempre a través de las hojas. La fitovolatilización no es siempre satisfactoria, porque si bien se descontamina el suelo, se liberan sustancias tóxicas a la atmósfera. En algunos casos es más satisfactoria, los contaminantes son degradados en componentes menos contaminantes o no-tóxicos antes de ser liberados.

1. Fitoestabilización: simplemente reduce la movilidad de los contaminantes. La técnica más utilizada es el uso de plantas para reducir la escorrentía superficial y subsuperficial, lo que limita la erosión y reduce la escorrentía hacia el acuífero subterráneo. Esta práctica integra el control de lo que comúnmente se llama control hidráulico, o Fitohidrorregulación. El bombeo hidráulico, (literalmente traducido del inglés) podrá efectuarse cuando las raíces llegan a las aguas subterráneas, eliminando grandes volúmenes de agua y controlando el gradiente hidráulico y la migración lateral de los contaminantes en el acuífero. En resumen, se trata de usar plantas con alta evapotranspiración para reducir el movimiento de contaminantes procedentes de la escorrentía (lateral o profunda). Otra práctica es detener los compuestos contaminantes haciéndolos reaccionar químicamente. Las plantas adsorben los contaminantes del suelo, del agua o del aire, y los retienen a nivel local (de ahí el uso del término «adsorción» en lugar de absorción) y la reducción de su biodisponibilidad. El proceso a veces se puede realizar, amplificándolo y acelerándolo mediante la adición de compuestos orgánicos o minerales, naturales o artificiales. Es un método eficaz para prevenir la dispersión de contaminantes en aguas superficiales o subterráneas.

2. Fitorrestauración; Esta técnica consiste en la completa restauración de suelos contaminados a un estado cercano al funcionamiento de un suelo natural (Bradshaw, 1997). Esta subdivisión de la fitorremediación utiliza plantas nativas de la zona expuesta a la labor de fitorremediación. Se intenta lograr el pleno restablecimiento de los ecosistemas naturales originales. Como se ha señalado por Peer et al. (2005), en comparación con otras técnicas de fitorremediación, fitorrestauración pone de relieve la cuestión del nivel de descontaminación necesario y suficiente. Hay

15

una gran diferencia entre un suelo descontaminado para lograr su adaptación satisfactoria a una ley y restaurar el espacio para hacerlo plenamente utilizable de manera que regrese a las condiciones pre-contaminación. Cuando nos referimos a la fitorrestauración de aguas residuales, se habla de un proceso relacionado con el uso de las plantas para lograr la descontaminación (Dabouineau y al., 2005). Usado en este sentido, se convierte en sinónimo de fitopurificación. Este tipo particular de proceso incluye la depuración de agua por macrófitos. En este caso, son las bacterias que viven en la zona de las raíces de los macrófitos las que son garantes de la remediación, las plantas son, sencillamente, un sustrato de crecimiento de microorganismos (véase la estación de Honfleur).

3. Fitoestimulación: localizado principalmente en la rizosfera, es la estimulación por las plantas de las actividades microbianas favorables a la degradación de los contaminantes. Este aspecto, cuando se estudió, se encontró en todas las plantas hiperacumuladoras. (Wikipedia,Fitorremediación, 2015)

PLANTAS HIPERACUMULADORAS

Las plantas seleccionadas en la fitoextracción son elegidos por su capacidad de extraer grandes cantidades de contaminantes. Son plantas llamadas hiperacumuladoras. Las características comunes a estas plantas son: un rápido crecimiento; plantas resistentes y fáciles de arraigar y mantener; una alta capacidad de evapotranspiración (evaporación del agua a través de hojas) y la capacidad de transformar los contaminantes en productos no tóxicos o menos tóxicos. Entre las plantas más utilizadas están los álamos, que tienen un rápido crecimiento, adaptación climática grande y la capacidad de absorber grandes cantidades de agua (en relación con otras especies). Esta última cualidad les permite manejar grandes cantidades de contaminantes disueltos, así como limitar la cantidad de agua que escapa más allá de la zona contaminada lo que limita también la dispersión de la contaminación.

En 1999, Reeves et al listaron 320 especies acumuladoras provenientes de 43 familias. Su número es mucho mayor: por ejemplo, hasta la fecha (2006) se conocen cerca de 300 plantas hiperacumuladoras de níquel. Los centros de biodiversidad están en Cuba (clima subtropical) y Nueva Caledonia (clima tropical). Muchas de las especies estudiadas por su acumulación de metales son Brasicaceas (clima templado y frío, hemisferio norte).

El equipo de investigación de Abdelhak El Amrani de la Universidad de Rennes, ha trabajado en diversos contaminantes, especialmente en el herbicida atrazina. Estos investigadores han descubierto un mecanismo en algunas plantas que les permite prosperar incluso cuando la concentración de la contaminación de los suelos en los que se hallan es normalmente letal para

16

una planta no tratada. La presencia de algunos compuestos naturales biodegradables como las poliaminas exógenas, permite a las plantas tolerar concentraciones de contaminación 500 veces más alta en comparación con las plantas control. Este tratamiento da lugar a cambios en la expresión génica de las plantas, que afectan a genes conocidos en el proceso de resistencia al estrés ambiental. La técnica genética ha sido patentada por la Universidad de Rennes.

Una planta hiperacumuladora es una planta capaz de crecer en suelos con grandes concentraciones de metales pesados, concentraciones que resultan tóxicas incluso para especies cercanamente emparentadas a la misma. Estas plantas extraen el metal del suelo a través de sus raíces y lo concentran hasta niveles extremadamente altos en sus tejidos, por lo cual son investigadas como agentes de fitorremediación de suelos contaminados y de fitominería (recuperación de metales obtenidos por las plantas).

En las especies investigadas no se han encontrado nuevos genes “hiperacumuladores”, sino que son plantas con los mismos genes que sus parientes cercanos que poseen maquinaria genética que capta metales a una velocidad muy baja. Las plantas hiperacumuladoras son más veloces en la captación de metales por las raíces, lo transfieren más rápidamente al tejido vascular del tallo, y lo almacenan en mayores cantidades en sus hojas y raíces. La habilidad hiperacumuladora en relación a especies emparentadas se encontró debida a una expresión diferencial de genes y una diferente regulación de los genes presentes en especies emparentadas.

Se hipotetiza que la maquinaria genética acumuladora de metales evolucionó debido a que posee la ventaja adaptativa de provocar rechazo en herbívoros de alimentarse de esa planta, o la ventaja de aumentar la toxicidad de metabolitos que provocan ese rechazo.

Se han identificado unas 500 especies de angiospermas con la habilidad hiperacumuladoras. También hay algas y hongos hiperacumuladores.

Las plantas acumuladoras tienen interés económico no sólo por su habilidad de agentes de fitorremediación de ecosistemas contaminados, sino por su potencial para ser utilizadas como agentes de cosecha de metales, plantando y luego cosechando la planta en lugares con altas concentraciones de un metal y posteriormente extrayendo el metal de sus tejidos (fitominería) (Wikipedia,Plantas hiperacumuladoras, 2015)

17

5. HIPÓTESIS Y OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN

Hipótesis

Existen plantas nativas con capacidad de acumulación de metales pesados como el cobre, en el Valle de Ica, que pueden biorremediar el suelo contaminado.

Objetivo General

Remediar Suelos con técnicas alternativas mediante Plantas Adventicias nativas

Objetivos específicos

Identificar especies adventicias acumuladoras de cobre para ser utilizadas en la limpieza de suelos contaminados

Identificar productos cúpricos y dosis de aplicación adecuadas para el cultivo de Palto.

1. Variables dependientes

- Ensayo 1. Prospección: Incidencia de aislamiento del tipo de cobre

- Ensayo 2. Pruebas de análisis de suelos.

2. Variables independientes:

18

. Clase de especies de plantas adventicias, zonas de muestreo

- Ensayo 1. Prospección: especies de plantas, zonas de muestreo

- Ensayo 2. Pruebas de concentración de metales en especies de plantas acumuladoras, zonas de muestreo.

6. MATERIALES Y MÉTODOS

Metodología

Se recopilara datos de campo, mediante Fichas de identificación de las Plantas nativas o Adventicias con capacidad de Bioacumulacíon o Fitoextracción de metales pesados caso específico del cobre, estas serán ubicadas en cada Poza de Palto que es la manera en que se conduce en las parcelas, se tomaran muestras y se seleccionaran por especie, se llevaran al laboratorio a una estufa a fin de ser procesadas en peso seco.

Se tomaran las muestras clasificadas por especies y se llevaran al laboratorio para identificar la materia seca con contenido de cobre, en ppm.

De igual, manera se sacara muestra de suelo a 0.30 cm de profundidad y se hará un análisis de caracterización de suelo, así mismo un análisis de metales pesados especialmente de cobre.

Se tendrá parcelas comparativas una sin cobertura vegetal a lo largo del experimento y la otra con diversa especies de plantas adventicias.

Al final de experimento se extraerán las plantas, se seleccionaran por especies y se llevan a la laboratorio siguiendo al mismas secuencia de secado en la estufa, pesos seco y análisis de metales pesados como cobre.

El personal a participar será el dueño de la parcela, un peón y la facilitación el investigador del Proyecto de Tesis.

Se trabaja con el laboratorio de suelos de la Facultad de Agronomía de La Universidad San Luis Gonzaga de Ica.

19

MaterialesMacetas

Sacos de yute

Etiquetas

Estacas

HerramientasLampas

Wincha de 50 mts.

EquiposPC

Cámara Fotográfica

Estufa

Laboratorio de Suelos

Balanza de precisión

SueloEl Suelo a emplear para la presente investigación será de un campo de cultivo

de Palto de la variedad Hass, de la Zona del Distrito de Santiago, parcela del

Ing. Alex Arana Jurado, en el sector Casa Blanca, de aproximadamente 1.2

Has.

Las plantas AdventiciasLas plantas a utilizar serán las encontradas en campo;

Papilla (priva laevis)

Verdolaga

Cardo Santo

Alfalfilla

DISEÑOExperimental

20

7. CRONOGRAMA

8. PRESUPUESTO DETALLADO Y FUENTE DE FINANCIAMIENTO

21

9. Bibliografía

Capitulo I. Bibliografía

Peña, L. G. (1992). Manejo Ecologico de Suelos. Lima, Perú: Edición RAAA.

Wikipedia. (24 de diciembre de 2015). Obtenido de http//es.wikipedia.org/wiki/Cobre#Toxicidad_del_Cobre

Wikipedia. (26 de diciembre de 2015). Arena. Obtenido de http//es.wikipedia.org/wiki/Arena

Wikipedia. (26 de diciembre de 2015). El suelo, diferencias según sus aspectos físicos y químicos. Obtenido de http//fao.org/docrep/009/ah645s/ah645s04.htm

Wikipedia. (26 de diciembre de 2015). Fitorremediación. Obtenido de http//es.wikipedia.org/wiki/Fitorremediaci%C3%B3n

22

Wikipedia. (24 de diciembre de 2015). http//www.wikipedia.org/wiki/Persea_americana#Historia.

Wikipedia. (24 de diciembre de 2015). https//es.wikipedia.org/wiki/Cobre#Toxicidad_del_Cobre.

Wikipedia. (26 de diciembre de 2015). Limo. Obtenido de htttp//es.wikipedia.org/wiki/Limo

Wikipedia. (26 de diciembre de 2015). Plantas hiperacumuladoras. Obtenido de http//es.wikipedia.org/wiki/Planta_hiperacumuladora

Wikipedia. (26 de diciembre de 2015). Suelo Arcilloso. Obtenido de http//es.wikipedia.org/wiki/Suelo_arcilloso

Wikipedia. (s.f.). Biorremediación de suelos. Obtenido de http/es..wikipedia.org/wiki/Biorremediaci%C3%B3n

ANEXOS

23

24

25