UNIVERSIDAD DE CIENCIAS Y ARTES DE...
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UNIVERSIDAD DE CIENCIAS Y ARTES DE CHIAPAS FACULTAD DE INGENIERIA SUBSEDE REFORMA TESIS RESPUESTA FUNCIONAL DE HELICONIA PSITTACORUM, HELIANTHUS ANUUS Y FRAMBOYÁN COMO PLANTAS PARA LA FITORREMEDIACIÓN CON ACONDICIONADORES ORGÁNICOS EN SUELOS CONTAMINADOS POR HIDROCARBUROS EN ECOSUR VILLAHERMOSA, TABASCO QUE PARA OBTENER EL TITULO DE: INGENIERO AMBIENTAL PRESENTA: Obed Martínez Hernández Reforma, Chiapas Abril 2019
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UNIVERSIDAD DE CIENCIAS
Y ARTES DE CHIAPAS
FACULTAD DE INGENIERIA
SUBSEDE REFORMA
TESIS
RESPUESTA FUNCIONAL DE HELICONIA PSITTACORUM,
HELIANTHUS ANUUS Y FRAMBOYÁN COMO PLANTAS PARA LA
FITORREMEDIACIÓN CON ACONDICIONADORES ORGÁNICOS EN
SUELOS CONTAMINADOS POR HIDROCARBUROS EN ECOSUR
VILLAHERMOSA, TABASCO
QUE PARA OBTENER EL TITULO DE:
INGENIERO AMBIENTAL
PRESENTA:
Obed Martínez Hernández
Reforma, Chiapas Abril 2019
DEDICATORIA
A Dios
Dedico este trabajo de investigación a Dios por darme la oportunidad de iniciar y concluir
satisfactoriamente esta etapa de mi vida académica, así mismo darme el entendimiento y
sabiduría para poder llevar a cabo mi proyecto de tesis ya que sin su ayuda no lo habría logrado.
A mis Padres
A Juan Martinez Alegría y Emilia Hernández Bautista, por su apoyo incondicional en esta etapa
académica de mi vida vean reflejado todo su refuerzo.
AGRADECIMIENTOS
“Mira que te mando que te esfuerces y seas valiente; no temas ni desmayes, porque yo Jehová tu Dios estará contigo
en donde quiera que vayas” Josué 1:9
A Dios
Por darme el entendimiento, sabiduría y salud para iniciar y concluir este trabajo de investigación.
A mis Padres
A Juan Martínez Alegría, por todo su apoyo a lo largo de mi vida académica, por sus consejos
lo cual me hicieron una mejor persona y por ser un ejemplo de perseverancia, fe, mansedumbre
así mismo le agradezco a Dios por tenerlo como padre.
A Emilia Hernández Bautista, una GRAN MUJER, por su confianza, su preocupación, y sus
consejos a lo largo de mi vida, por hacer hasta lo imposible con tal que no me hiciera falta nada,
por estar conmigo en las buenas y en las malas, en la enfermedad y salud. Te Amo Mamá.
A ECOSUR VHSA
Por permitirme concluir la etapa final de mi vida académica universitaria, así como la
infraestructura para la realización del trabajo.
A el Dr. Ulises Rodríguez Robles
Por su valiosa enseñanza en el transcurso de mi trabajo de tesis, por creer en mí, por su amistad
y hacer divertido esta investigación.
A la Platanera y Ganadera “El Refugio” S.P.R DE R.L DE C.V del Lic. Luis Romeo
Gurria Gurria
Por haberme permitido trabajar en su empresa por diez años apoyándome en mis estudios. Así
mismo al Ing. Santiago Bautista Naranjo, al Sr Víctor Eliud Márquez de la Cruz y al Sr Martin
Eleazar Moreno Hernández, por todo su apoyo y consejos para seguir adelante.
A mis Catedráticos
Gracias a todos y a cada uno de mis profesores que estuvieron a lo largo de mi formación
académica, por compartir sus conocimientos y experiencias.
A la SECAM
Por donarme las plantas con la cual se llevó a cabo el proyecto.
Al Mtro
Erminio García Ramón
Por su confianza a lo largo de mi proyecto, así mismo, por lo conocimientos aportados, por los
diversos consejos dados.
A mis Hermanos
Por sus consejos y por cada granito de arena que pusieron en mi vida académica para seguir
adelante.
A Mi Gran Amigo
Pedro Javier Morales Gómez por su amistad incondicional a lo largo de la carrera, por su
confianza, por todo su apoyo en cualquier duda que me surgía y sus buenos consejos.
A las familias:
Gutiérrez López, por abrirme las puertas de su hogar y la confianza a lo largo de un año, por
sus consejos y todo su apoyo.
Morales Gómez, por la confianza puesta en mí, por cada consejo dado, por abrirme las puertas
de su hogar y todo su apoyo a lo largo de mi carrera.
Y a todos los que directa o indirectamente han participado en este trabajo.
¡A todos ustedes Muchas GRACIAS!
ÍNDICE GENERAL PÁG.
INTRODUCCIÓN ............................................................................................................................... 12
JUSTIFICACIÓN ................................................................................................................................... 2
MARCO TEÓRICO ............................................................................................................................... 4
CAPÍTULO I HIDROCARBUROS DE PETRÓLEO ................................................................... 4
1.1 Clasificación de los Hidrocarburos en Base a la NOM-138-SEMARNAT-SS/2003 ............ 4
1.1.1 Hidrocarburos Fracción Ligera ............................................................................................ 4
1.1.2 Hidrocarburos Fracción Media ............................................................................................ 4
1.1.3 Hidrocarburos Fracción Pesada ........................................................................................... 4
1.2 Composición del Hidrocarburo .................................................................................................. 5
1.3 Tipos de Hidrocarburos .............................................................................................................. 5
1.3.1 Hidrocarburos Acíclicos Saturados ..................................................................................... 5
1.3.2 Hidrocarburos Cíclicos Saturados o Nafténicos ............................................................... 5
1.3.3 Hidrocarburos Cíclicos no Saturados.................................................................................. 6
1.3.4 Hidrocarburos Acíclicos no Saturados ............................................................................... 6
1.4 Impacto de los Hidrocarburos de Petróleo en el Suelo ............................................................ 6
1.5 Impacto de los Hidrocarburos de Petróleo en las Plantas .................................................... 7
CAPITULO II SUELOS ........................................................................................................................ 8
2.1 Perfil del Suelo ............................................................................................................................. 8
2.2 Composición del Suelo ................................................................................................................ 9
2.3 Estructura del Suelo .................................................................................................................... 9
2.4 Propiedades Físicas del Suelo ................................................................................................... 10
2.5 Propiedades Químicas del Suelo .............................................................................................. 10
2.5.1 pH ........................................................................................................................................... 11
2.5.2 Capacidad de Intercambio Catiónico (CIC) ..................................................................... 11
2.5.3 Materia Orgánica .................................................................................................................. 12
2.6 Clasificación del Suelo ............................................................................................................... 12
2.6.1 Clasificación por Funcionalidad ......................................................................................... 12
2.6.2 Clasificación por Características Físicas ............................................................................ 14
2.7 Contaminación del Suelo por Hidrocarburos.......................................................................... 14
2.8 Suelos Contaminados por Derrame de Hidrocarburo en el Sureste de México ................... 15
CAPITULO III FITORREMEDIACIÓN ....................................................................................... 16
3.1 Definición ................................................................................................................................... 16
3.2 Función de la Fitorremediación ................................................................................................ 17
3.3 Técnicas Utilizadas en la Fitorremediación de Suelos ............................................................ 17
3.3.1 Fitodegradación o Fitotransportación............................................................................... 18
3.3.2 Fitoestimulación ................................................................................................................... 18
3.3.3 Fitovolatilización .................................................................................................................. 19
3.3.4 Fitoestabilización .................................................................................................................. 19
3.3.5 Fitoextracción o Fitoacumulación ..................................................................................... 19
3.3.6 Rizofiltración......................................................................................................................... 20
3.4 Ventajas y Desventajas de la Fitorremediación ....................................................................... 20
CAPITULO IV DESCRIPCIÓN DE LAS ESPECIES SELECCIONADAS ........................... 21
4.1 Girasol (Helianthus annuus) ..................................................................................................... 21
4.1.1 Antecedentes ......................................................................................................................... 21
4.1.2 Origen .................................................................................................................................... 22
4.1.3 Clasificación Taxonómica ................................................................................................... 22
4.2 Descripción Botánica ................................................................................................................ 23
4.2.1 Raíz ......................................................................................................................................... 23
4.2.2 Hojas ...................................................................................................................................... 23
4.2.3 Tallo ....................................................................................................................................... 24
4.2.4 Inflorescencia ........................................................................................................................ 24
4.3 Requerimientos Edafoclimáticos .............................................................................................. 24
4.3.1 Suelo ....................................................................................................................................... 24
4.3.2 Temperatura .......................................................................................................................... 25
4.3.3 Fotoperiodo y Luz ............................................................................................................... 25
4.3.4 Humedad .......................................................................... ¡Error! Marcador no definido.
4.4 Heliconia Psittacorum ............................................................................................................... 25
4.4.1 Descripción Botánica........................................................................................................... 25
4.4.2 Taxonomía ............................................................................................................................ 26
4.4.3 Manejo de Cultivo para Flores Tropicales ........................................................................ 26
4.5 Framboyán (Delonix regia) ....................................................................................................... 26
4.5.1 Objetivos ............................................................................................................................... 26
4.5.2 Taxonomía ............................................................................................................................ 27
4.5.3 Distribución en México ....................................................................................................... 27
4.5.4 Requerimientos Ambientales .............................................................................................. 27
4.5.4.1 Altitud (msnm) .................................................................................................................. 27
4.5.4.2 Suelo: ................................................................................................................................... 27
4.5.4.3 Temperatura (°C): ............................................................................................................. 28
4.5.4.4 Precipitación (mm):........................................................................................................... 28
4.5.4.5 Otros ................................................................................................................................... 28
4.5.5 Usos ........................................................................................................................................ 28
4.6 Manejo de Vivero ....................................................................... ¡Error! Marcador no definido.
4.6.1 Propagación ..................................................................... ¡Error! Marcador no definido.
4.6.2 Manejo de la planta ......................................................... ¡Error! Marcador no definido.
4.6.3 Mantenimiento................................................................. ¡Error! Marcador no definido.
CAPITULO V ABONOS ORGÁNICOS ........................................................................................ 29
5.1 Abonos Orgánicos y la Degradación de Hidrocarburos ........................................................ 29
5.2 Abonos Orgánicos y Degradación de Hidrocarburos en el Sureste de México ................... 29
CAPITULO VI NORMATIVIDAD AMBIENTAL APLICABLE ............................................ 31
5.1 Normatividad Aplicable ............................................................................................................ 31
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ........................................................................................ 32
OBJETIVOS .......................................................................................................................................... 33
Objetivo General ......................................................................................................................... 33
Objetivos Específicos .................................................................................................................. 33
HIPÓTESIS ........................................................................................................................................... 34
METODOLOGÍA ................................................................................................................................ 35
Área de Estudio ........................................................................................................................... 35
Métodos y técnicas de investigación........................................................................................... 37
PRESENTACIÓN DE ANALISIS Y RESULTADOS ................................................................. 42
CONCLUSIONES ................................................................................................................................ 67
PROPUESTAS Y RECOMENDACIONES ................................................................................... 69
BIBLIOGRAFÍAS ................................................................................................................................ 70
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 Estado de Tabasco, Municipio Centro .............................................................................. 36
Figura 2 Ubicación Geográfica de ECOSUR Unidad Villahermosa. Fuente: Google Earth .... 38
LISTA DE TABLAS
Tabla 1 Perfil del Suelo .......................................................................................................................... 8
Tabla 2 Estructura del Suelo ............................................................................................................... 10
Tabla 3 Características del Suelo ........................................................................................................ 13
Tabla 4 Categorías del Suelo ............................................................................................................... 14
Tabla 5 Ventajas y Desventajas de la fitorremediación ................................................................... 20
Tabla 6 Clasificación taxonómica del Girasol .................................................................................. 22
Tabla 7 Tratamientos ........................................................................................................................... 39
Tabla 8 Dosificación de los Tratamientos ........................................................................................ 39
Tabla 9 Caracterización de la Composición Físico- Química del Suelo y de HTP ..................... 42
Tabla 10 Especificaciones Fisicoquímicas del Humus de Lombricomposta Vhs-ECOSUR .... 43
Tabla 11 Características Fisicoquímicas del lixiviado de lombriz ................................................... 44
Tabla 12 Degradación de HTP ........................................................................................................... 49
Tabla 13 Incremento y Disminución de Nutrientes ........................................................................ 55
LISTA DE GRAFICAS
Grafica 1 Hidrocarburos Totales de Petróleo Inicial ....................................................................... 45
Grafica 2 Reducción de HTP Día 41 ................................................................................................. 46
Grafica 3 Reducción de HTP Día 72 ................................................................................................. 47
Grafica 4 Reducción de HTP Día 132 ............................................................................................... 48
Grafica 5 Nutrientes Día 1 .................................................................................................................. 51
Grafica 6 Nutrientes Día 41 ................................................................................................................ 52
Grafica 7 Nutrientes Día 72 ............................................................................................................... 53
Grafica 8 Nutrientes Día 132 .............................................................................................................. 54
INTRODUCCIÓN
En México, las actividades industriales han provocado serios daños al medio ambiente afectando
casi la totalidad de los ecosistemas (Fernández-Linares et al. 2006). Por ello, es necesario buscar
la manera más eficaz de preservar el medio ambiente y restaurar los daños causados (Guzmán-
Morales et al. 2007). En el país existen áreas donde se explota petróleo, y a la vez se produce
derrames contaminando los suelos con hidrocarburos. Estos sitios se localizan principalmente
en el sureste de México en los estados de Veracruz, Tabasco, Campeche y Chiapas (Ortínez-
Brito et al. 2003; Ochoa-Gaona et al. 2011). Los hidrocarburos son sustancias de composición
química muy diversa, insolubles en agua, que resultan muy tóxicos para los organismos vivos
cuando entran en contacto con el suelo (Saval, 1995; Pérez et al. 2008). Asimismo, provocan un
deterioro creciente de las fuentes de abastecimiento de agua potable, ya sea superficial o
subterránea y afectan a la vegetación natural (Schmidt. 2000).
En el sureste de México existen extensas áreas contaminadas con hidrocarburos del petróleo
que contienen hasta 450,000 mg kg-1 de HTP (hidrocarburos totales del petróleo), afectando las
propiedades físicas y químicas de los suelos (Vargas-Pérez et al. 2002).
Una alternativa para recuperar los ecosistemas contaminados, es mediante el uso de técnicas de
biorremediación. Estas alternativas emplean organismos vivos (plantas, hongos, bacterias, entre
otros), para remover (extraer), degradar (biodegradar) y/o transformar (biotransformar)
compuestos orgánicos tóxicos en productos metabólicos menos tóxicos o inocuos (Van Deuren
et al. 1997; Velasco-Trejo y Volke-Sepúlveda 2003).
El éxito de la fitorremediación depende de identificar las especies vegetales que toleren el estrés
y sean endémicas de su zona, que acumulen los metales pesados y produzcan cantidades grandes
de biomasa.
Helianthus annuus girasol es considerada por su capacidad de acumular metales y responder
con una alta biomasa radicular, no obstante, una baja tolerancia al cromo comparado con otras
plantas acumuladoras (Shahandeh H, Hossner RL. 2000).
Estudios recientes del género Heliconia han arrojado resultados positivos en biorremediación
como: el efecto en el crecimiento al riego con lixiviados de rellenos sanitarios; eliminación de
DBO5 (demanda biológica de oxigeno), DQO (demanda química de oxigeno), HNO3 (Nitrato),
TKN, NH4 (amonio) y SST; eliminación de DQO, P-PO4, NH4, NO3; eliminación de materia
orgánica y nutrientes; eliminación de metales pesados Cd (II), Cr (VI), Pb (II) y Hg (II),
mostrando evidencias de su capacidad adaptativa a diferentes condiciones ambientales (Peña-
Salamanca et al. 2013). Sin embargo, se desconoce de los mecanismos y respuestas funcionales
de adaptación ecofisiológica, lo que nos permite identificar umbrales tolerancia.
Las leguminosas presentan una gran variedad de hábitos de crecimiento, pudiendo ser desde
árboles, arbustos o hierbas, hasta enredaderas herbáceas o lianas.
Los abonos orgánicos han sido utilizados como alternativa de saneamiento de suelos
contaminados con hidrocarburos, ya que además de incluir nutrimentos, promueven el
crecimiento de bacterias y hongos degradadores de hidrocarburos del petróleo (Velasco- Trejo
y Volke-Sepúlveda, 2003). Son productos del compostaje, con el principio de mejorar la calidad
del suelo, ya que son elementos biológicos que contribuyen a la oxidación, degradación,
transformación y completa mineralización de estos contaminantes (López, 1994; Durán y
Henríquez, 2007). Un abono orgánico dependiendo de su efecto en la nutrición vegetal, puede
ser considerado fertilizante o acondicionador de suelo.
Las respuestas ecofisiológicas de las plantas, como la tasa fotosintética (A), transpiración (E),
conductancia estomática (Gsw), eficiencia de uso del agua (EUA) y contenido de clorofila (CC),
brindan información sobre el desempeño y tolerancia de las plantas que crecen bajo condiciones
adversas, como lo son los suelos contaminados.
JUSTIFICACIÓN
El presente trabajo de investigación servirá para dar solución a la problemática de los suelos
contaminados por hidrocarburos, debido a ello han generado efectos drásticos, severos y se
consideran emergencias ambientales, por los riesgos que se generan a la salud humana y a los
recursos naturales. (Zavala-Cruz et al., 1999; Rodríguez-Bazan, 2009).
El estudio del efecto de la contaminación de suelos, ha sido abordado desde las perspectivas
social, ambiental y económica. Debido al costo que representan los métodos convencionales para
descontaminar suelos, existe un gran interés tanto científico como comercial en los métodos
alternativos de bajo costo, como es la fitorremediación, esta es una técnica que ecológicamente
hablando es muy amigable con el medio ambiente dado que se basa únicamente en el uso de
diversas especies de plantas para recuperar las condiciones deseables de un determinado sitio.
De acuerdo a la bibliografía citada, es por ello que se eligieron especies endémicas como lo es;
Heliconia psittacorum y framboyán, que con la adición de abonos orgánicos se busca una buena
repuesta ecofisiológica en la planta, estabilidad en el suelo y la remoción o degradación de
hidrocarburos, para obtener beneficio económico, ambiental y social de las áreas afectadas. En
el caso de Helianthus annuus se propuso para el proyecto ya que en investigaciones se ha
reportado como una planta potencialmente remediadora de suelos.
Semple et al., (2001) mencionan que el uso de los abonos orgánicos es debido a que se han
realizado investigaciones en laboratorio piloto y a gran escala, que han demostrado los beneficios
de utilizar abonos orgánicos encontrando que son una solución de bajo costo y tecnológicamente
efectiva para remediar suelos contaminados por hidrocarburos y que, al adicionarlo al suelo, este
pueda ayudar a la planta a tener una mejor respuesta funcional y fitorremediadora.
Algunos suelos contienen microorganismos nativos de manera natural, los cuales tienen la
capacidad de degradar hidrocarburos siendo un proceso natural de degradación, así mismo, hay
suelos que contiene un bajo porcentaje de microorganismos y es por ello que se hace el uso de
abonos orgánicos para incrementar la actividad microbiana (Campos- García et al., 2011).
Con este trabajo de investigación serán beneficiados los agricultores, las empresas de gobierno y
particulares que se dedican a la investigación y recuperación de suelos contaminados por derrame
de Hidrocarburos Totales de Petróleo.
No hay investigaciones de Heliconia psittacorum para remediación de suelos contaminados por
HTP, pero la información que se encuentra es Heliconia psittacorum como una planta tolerante
a lixiviados de relleno sanitario por lo que se ha tomado como una planta candidata para este
estudio.
Con respecto al framboyán no se ha reportado estudios para la remediación de suelos, sin
embargo; es una leguminosa y las leguminosas son consideradas para la fitorremediación debido
a su habilidad para fijar nitrógeno, por lo que no compiten con otros microorganismos y plantas
por el limitado suministro de nitrógeno disponible en sitios contaminados (Gudin y Syratt 1975).
Es por ello que se ha elegido al framboyán como planta candidata para este estudio ya que es
una planta maderable y simplemente se puede utilizar la manera con fin comercial.
Las preguntas de investigación en base a la respuesta funcional de las plantas Heliconia psittacorum
Helianthus annuus y framboyán son: ¿Cuál de las tres plantas tendrá un mejor crecimiento en el suelo
contaminado con la adición de los acondicionadores? ¿Cuál de las tres plantas tendrá mayor
capacidad para fitorremediar suelos contaminados por hidrocarburos de petróleo con la adición de
abonos orgánicos
MARCO TEÓRICO
CAPÍTULO I HIDROCARBUROS DE PETRÓLEO
Según la NOM-138-SEMARNAT 2012, define al hidrocarburo como compuestos químicos
orgánicos, constituidos principalmente por átomos de carbono e hidrógeno. Forman la base
estructural común de todos los demás compuestos orgánicos. La mayoría se extrae de
combustibles fósiles, en particular el petróleo, pero también del gas natural.
Los hidrocarburos de petróleo son considerados como una mezcla líquida de gases líquidos y
sólidos con pequeñas cantidades de mezcla de nitrógeno, oxígeno y azufre. Estos también
pueden contener compuestos de hierro, níquel, vanadio, entre otros y por lo general tienen una
proporción de 76% a 86% de carbono y de 10% a 14% de hidrógeno (Cedeño, 2004).
1.1 Clasificación de los Hidrocarburos en Base a la NOM-138-SEMARNAT-SS/2003
1.1.1 Hidrocarburos Fracción Ligera
Mezcla de hidrocarburos cuyas moléculas contengan entre cinco y diez átomos de carbono (C5
a C10). Se denomina fracción ligera a los hidrocarburos cuyas cadenas lineales contengan de 5
a 10 átomos de carbono. Son líquidos a temperatura ambiente, pero lo suficientemente volátiles
para emitir vapores; no son viscosos y encienden fácilmente. La gasolina y el líquido del
encendedor son los dos ejemplos más claros de este tipo de hidrocarburo. (García Luis Antonio,
2013)
1.1.2 Hidrocarburos Fracción Media
Mezcla de hidrocarburos cuyas moléculas contengan entre 10 y 28 átomos de carbono (C10 a
C28). La fracción media de hidrocarburo incluye compuestos son cadenas de 10 a 28 átomos
de carbono y puntos de ebullición de 170 a 480 °C. Son más viscosos que la fracción ligera, pero
siguen teniendo uso como combustibles. El diésel, el keroseno y la turbosina son combustibles
típicos de fracción media. (Bermúdez, Jelvys, 2012)
1.1.3 Hidrocarburos Fracción Pesada
Mezcla de hidrocarburos cuyas moléculas contengan entre 28 y 40 átomos de carbono (C28 a
C40).
La fracción pesada de hidrocarburos incluye compuestos con cadenas mayores a 28 átomos de
carbono. Estos hidrocarburos son en su mayor parte sólidos oleosos o líquidos sumamente
viscosos.
1.2 Composición del Hidrocarburo
Los hidrocarburos que componen al petróleo pueden agruparse en cuatro categorías: alifáticos,
aromáticos, polares o resinas y asfáltenos. La proporción de cada una de estas fracciones depende
de muchos factores como la zona geográfica, historia geológica, edad, migración y alteración del
petróleo crudo (Chow, 2001)
El petróleo contiene elementos gaseosos, líquidos y sólidos Su composición elemental
normalmente varía entre estos intervalos:
Elemento: carbono, hidrogeno, azufre y nitrógeno, peso %: 84-87, 11-14, 0-2 y 0,2.
Los componentes del petróleo más usados como combustibles son el Carbono y el Hidrógeno.
Cuando estos se combinan forman moléculas de hidrocarburos que tienen la posibilidad de
formar cadenas de diferente extensión y estructura (Priego, 2008)
1.3 Tipos de Hidrocarburos
1.3.1 Hidrocarburos Acíclicos Saturados
Llamados también parafínicos, se les nombra así porque no reaccionan fácilmente con otros
compuestos, su fórmula general es CnH2n+2. Hidrocarburos de esta serie son el metano (CH4),
el etano (C2H6) y el butano (C4H10), y son los principales componentes de los gases del petróleo
(Atlas y Bertha, 2002).
La molécula simple perteneciente a la parafina se crea a través del metano, es un gas que se
encuentra a temperatura ambiente. Se caracterizan debido a que su composición es de 70%-80%
de hidrocarburo parafínicos. (Wauquier J. P, 2004)
1.3.2 Hidrocarburos Cíclicos Saturados o Nafténicos
De fórmula general CnH2n, tienen todos sus átomos de carbono unidos mediante enlaces de
tipo simple. La gran mayoría de estos compuestos tienen una serie de constituyentes de
importancia menor y, a semejanza de los isoprenoides, también están formados por precursores
específicos, sea de plantas o de animales. Además, son empleados como “marcadores
moleculares”, de gran uso e importancia en estudios geoquímicos y de comportamiento de
derrames (Atlas y Bertha, 2002).
Los hidrocarburos cíclicos saturados son compuestos químicos que se encuentran formados en
exclusiva por átomos de carbono e hidrogeno. Dichos compuestos se obtienen por destilación
fraccionada, a partir del petróleo o gas natural. (Jr. L.W, 2004, Química orgánica)
1.3.3 Hidrocarburos Cíclicos no Saturados
Mejor conocidos como hidrocarburos aromáticos, cuya fórmula general es CnH2n-6. El
compuesto más simple de esta serie es el benceno (C6H6), que tiene seis átomos de carbono
unidos por dobles ligaduras alternadas formando un anillo. Estos hidrocarburos por lo general
están constituidos por poli aromáticos, que son varios anillos bencénicos unidos entre sí y se
encuentran principalmente en las fracciones pesadas. (Donker et al., 2004).
Los hidrocarburos aromáticos son aquellos hidrocarburos que poseen las propiedades especiales
asociadas con el núcleo o anillo del benceno, en el cual hay 6 grupos de carbono-hidrógeno
unidos a cada uno de los vértices de un hexágono. (Ortiz Ricardo, 2011)
1.3.4 Hidrocarburos Acíclicos no Saturados
Llamados también etilénicos u olefinas, de fórmula general CnH2n, las di olefinas CnH2n-2, los
acetilénicos CnH2n-2, además de otros hidrocarburos formados por la combinación de anillos
y cadenas que pueden semejarse a varias de las series precedentes (Chow, 2007).
Los alquenos están poco presentes en el crudo de petróleo, encontrándose en concentraciones
traza. Adquieren importancia en los productos resultantes del refinado, ya que se genera durante
el proceso de cracking, existiendo hasta un 30 % en gasolinas y un 1 % en fueles. (Bermúdez
Jelvys, 2012)
1.4 Impacto de los Hidrocarburos de Petróleo en el Suelo
Los factores que afectan la distribución de los hidrocarburos en los suelos son principalmente el
volumen del derrame, la viscosidad del petróleo a la temperatura prevaleciente en el ambiente y la
composición del suelo. Los compuestos de alta viscosidad como el crudo pesado tienden a
moverse horizontalmente, mientras que la gasolina y aceites de baja viscosidad penetran
fácilmente en el suelo. Además, en suelos muy arcillosos, las moléculas polares pueden ser
absorbidas. Menos del 5% de los compuestos del crudo o productos refinados (principalmente
aromáticos de bajo peso molecular e hidrocarburos polares) son solubles en agua. Luego, gran
parte de los hidrocarburos queda retenida en el suelo. La actividad microbiana transforma los
hidrocarburos en metabolitos más solubles y por lo tanto más móviles en el suelo, favoreciendo su
solubilización y lixiviación. (Escalante, 2000).
El paso de los hidrocarburos a través de la matriz del suelo (lixiviación) depende a su vez de la
textura del suelo y la solubilidad de los hidrocarburos en agua, en suelos arcillosos la migración de
partículas es más rápida que en suelos francos, dado que los primeros tienen una mayor
porosidad (Morgan et al., 1989).
El ingreso de hidrocarburos al suelo tiende a producir un efecto de hidrofobicidad, lo que resulta en
la disminución de la tasa de infiltración. Los hidrocarburos se acumulan en los poros que se forman
entre las partículas del suelo, produciéndose una reducción en la disponibilidad de oxígeno y la
permeabilidad reporta cambios en la textura de un suelo arcilloso a migajón arcilloso, a
concentraciones de 150 mil ppm de combustóleo, por aumento importante de las arenas y
disminución de las arcillas, observando además, incrementos importantes en la concentración de
materia orgánica a mayor concentración de gasolina y combustóleo (Martínez et al. 2001).
1.5 Impacto de los Hidrocarburos de Petróleo en las Plantas
La gran mayoría de los hidrocarburos de petróleo son considerados compuestos tóxicos. Los
efectos de estos compuestos sobre las plantas son en la mayoría de los casos subletales, es decir que
no se manifiestan a través de la mortalidad, sino de manera indirecta modificando el crecimiento,
la reproducción y la fotosíntesis. Los efectos adversos sobre el desarrollo de las plantas varían en
función de la estructura química del hidrocarburo, su concentración en el suelo y la especie de
planta. La toxicidad disminuye en el siguiente orden: compuestos aromáticos, naftalenos, olefinas
y cadenas no ramificadas parafínicas. Altas concentraciones de hidrocarburos limitan y/o alteran
la germinación de las semillas y el crecimiento de las plantas (Chayneau, et al. 1996).
Chaineau et al. (1996) reporta una reducción de más del 80% en la biomasa seca de las partes
aéreas para dos especies: cebada y frijol, observando además síntomas de clorosis en las hojas y
alteración del desarrollo vegetativo.
CAPITULO II SUELOS
Material no consolidado compuesto por partículas inorgánicas, materia orgánica, agua, aire y
organismos, que comprende desde la capa superior de la superficie terrestre hasta diferentes
niveles de profundidad (Crosara, 2003).
La mayoría de los componentes provienen de la meteorización de rocas, descomposición de
restos vegetales, y la acción de microorganismos descomponedores. El suelo constituye uno de
los recursos naturales más importantes; sin él, la vida vegetal en la superficie de la tierra no
existiría y, en consecuencia, no se producirían alimentos para la vida animal ni para el individuo,
(Gobat, 2004).
2.1 Perfil del Suelo
En condiciones naturales los suelos correctamente desarrollados presentan cinco horizontes
principales. De acuerdo al Instituto Nacional de Ecología la formación del suelo está compuesta
por capas o estratos que se diferencian en sus propiedades físicas, químicas y biológicas (FAO).
Tabla 1 Perfil del Suelo
Horizonte O, estrato superficial Detritos orgánicos, hojas, materia orgánica
principalmente descompuesta.
Horizonte A, suelo superficial materia orgánica principalmente descompuesta,
raíces, minerales y microorganismos.
Horizonte B, subsuelo (zona de
acumulación)
Capa mineral donde se acumulan las arcillas, óxidos
de hierro y aluminio, ácidos húmicos, y los cationes.
Horizonte E, zona de
lavado(infiltración)
Capa mineral que presenta lixiviación de minerales,
arcillas y cationes, además de acumulación de
partículas de arena y limo.
Horizonte D, material parental Capa compuesta por rocas, y por lo tanto difícil de
penetrar, excepto las fracturas.
Fuente (FAO, 2001)
2.2 Composición del Suelo
Cepeda (2007) define la composición del suelo como un sistema natural desarrollado a partir de
una mezcla de minerales y restos orgánicos, bajo de la influencia del clima y del medio biológico.
Partiendo de ahí se describe lo siguiente:
Prescindiendo de los organismos vivos de la flora y fauna, los cuatro componentes de un suelo
natural de clima no árido, después de una lluvia y cuando ha drenado el agua, pueden tener la
siguiente composición aproximada: Aire: 25%, Agua: 25%, Materia mineral: 45%, Materia
orgánica: 5%.
Componentes inorgánicos: se pueden presentar en estado líquido, sólido y gaseoso. Los
materiales sólidos son partículas minerales que se van alterando, el tamaño de la partícula
determina la propiedad física del suelo. Los líquidos y gaseosos son el agua y el aire que son
indispensables para la vida vegetal. (Vargas, 2009)
Componente orgánico: son los residuos de vegetales y animales muertos. La descomposición de
estos materiales se debe principalmente a la acción de bacterias, hongos, musgos, líquenes e
insectos, y logran fijar el nitrógeno que es importante como sustancia útil en los procesos
esenciales de las plantas (Porta, 2005).
2.3 Estructura del Suelo
La estructura de un suelo es el agregado de sus partículas llamados “peds”, y se entienden como
tal a toda unidad componente del suelo, ya sea primaria (arena, limo, arcilla) o secundaria
(agregado o unidad estructural) (Crosara, 2003).
Las características que más influyen en el empleo agrícola del suelo son su profundidad, su
estructura, su textura y con ella la calidad de drenaje y los nutrientes que en él se encuentran.
Mientras que Cepeda (2005) menciona que la estructura del suelo es el modo en que se agrupan
las partículas de éste, tanto las minerales como las orgánicas e inorgánicas (Tabla 2).
Tabla 2 Estructura del Suelo
Fuente 1 Anadón (2000)
2.4 Propiedades Físicas del Suelo
El suelo está compuesto por sustancias sólidas, como minerales de rocas y residuos de plantas y
animales; agua y aire. Las propiedades físicas del suelo se pueden sentir, oler y/o medir y están
relacionadas con la estructura, textura, color y capacidad para sostener el agua; en otras palabras,
de estas propiedades depende si el suelo es apto para la siembra (Echarri 1998).
Se conocen como propiedades físicas o mecánicas del suelo como: profundidad, textura,
densidad, porosidad, estabilidad estructural, índice de plasticidad, velocidad de infiltración
(permeabilidad) y penetrabilidad. Las propiedades físicas del suelo dependen directamente de la
masa del mismo, son una función de sus componentes tanto a o que se refiere al tamaño como
a su naturaleza, (García, 2005).
2.5 Propiedades Químicas del Suelo
El suelo tiene gran importancia porque interviene en el ciclo del agua y los ciclos de los elementos
y en él tienen lugar gran parte de las transformaciones de la energía y de la materia de todos los
ecosistemas, (Castellanos, 2000).
Tipo de estructura Característica
Estructura grumosa
En esta los agregados tienen la forma de un panal más o menos
poroso. Entre los grumos quedan huecos suficientemente grandes
como para que pase agua a través de ellos.
Estructura
asfixiante
Si hay muchas partículas coloidales que dispersan con facilidad las
mayores por humectación, la permeabilidad será muy pequeña, lo
que evitará el paso del aire.
Estructura de grano
suelto
Si no hay coloides las partículas mayores del núcleo dan origen a una
estructura grumosa.
El material orgánico ocupa entre 3 y 6 por ciento del volumen, mientras que los organismos
vivos constituyen menos del 1 por ciento. Todos estos factores definen el tipo de suelo que junto
con las condiciones particulares de un sitio, frecuentemente pueden limitar la selección de un
proceso de tratamiento en particular (Casanova M, 2006).
2.5.1 pH
De acuerdo a lo establecido en la NOM-021-RECNAT-2000, describe que el pH mide qué tan
ácido o alcalino es un suelo. Para la medición del pH se maneja una escala que va de 0 a 14, con
un nivel neutro en el 7. Del 0 al 7 son niveles ácidos, y arriba del 7 son alcalinos. La mayor
disponibilidad de nutrientes se encuentra entre 6.5 y 7.5, y los niveles peligrosos para el desarrollo
de la planta se encuentran por debajo de los 5 y mayores a 8. La escala del pH es logarítmica,
cada unidad representando un incremento de 10 niveles en el índice de acidez o alcalinidad.
Las bacterias y los actinomicetos funcionan mejor en suelos minerales con pH intermedios y
elevados, siendo su actividad muy reducida cuando el pH desciende por debajo de 5.5. Un suelo
con pH intermedio por ejemplo, de 6 a 7, es el que presenta mejor régimen biológico, ya que las
condiciones nutrientes son favorables sin ser extremas y la asimilación del fósforo está en el
máximo (Porta, 2003).
2.5.2 Capacidad de Intercambio Catiónico (CIC)
Se conoce que la CIC es la capacidad que tiene el suelo para retener y liberar iones positivos, a
merced a su contenido en arcilla y materia orgánica en unidades SI la CIC se expresa en
centimoles de carga positiva por kilogramo, cmol (+) kg-1 o bien cmolc kg-1. Con anterioridad
se venía utilizando como unidad el meq/100g, cuyo uso se halla todavía muy extendido. El valor
numérico es el mismo con ambas unidades (Porta et al., 2003). La existencia de superficies
cargadas negativamente exige que haya iones de signo contrario, relacionados con tales
superficies para que se cumpla el principio de electro neutralidad del sistema. Los cationes
solventados, al ser adsorbidos en la superficie forman complejos de superficie de esfera externa
que resultan menos estables que los de esfera interna, debido a que no pueden establecer
fácilmente enlaces iónicos o covalentes entre el grupo central y el ligando, por lo que son
intercambiables (Hillel, 2004).
2.5.3 Materia Orgánica
La materia orgánica ejerce una serie de acciones beneficiosas, la materia orgánica favorece la
agregación de las partículas del suelo cuya estabilidad depende más de la calidad de la materia
orgánica que de su cantidad. La fracción orgánica de los suelos está constituida por desechos
vegetales y animales, que generalmente se le conoce como humus. Un suelo con alto contenido
húmico disminuye la movilidad de los compuestos orgánicos, (Volke, 2002).
Los componentes orgánicos proceden de la acumulación de restos y residuos de plantas,
constituidos a su vez por biomasas incorporada en forma natural al suelo en cualquier
ecosistema, los materiales orgánicos de origen biológico aportados por el hombre en los agro-
ecosistemas, estiércol restos de cosecha. La descomposición de los tejidos orgánicos por acción
mecánica de la fauna y de los microorganismos (Chilón, 2014).
2.6 Clasificación del Suelo
Existen dos clasificaciones para los tipos de suelos, una según su funcionalidad y otra de acuerdo
a sus características físicas (Cabalceta y Molina, 2006).
2.6.1 Clasificación por Funcionalidad
Las partículas minerales que forman el suelo tienen diferentes tamaños y se llaman arena, limo,
y arcilla, de mayor a menor. La textura del suelo depende de la partícula mineral más abundantes
en él, entonces, de acuerdo por su funcionalidad, los suelos son clasificados (Tablas 3 y 4).
Tabla 3 Características del Suelo
Tipo de suelo Características
Arenoso No retienen el agua, tienen muy poca materia orgánica y no son aptos para
la agricultura, ya que no tienen nutrientes.
Calizos Tienen abundancia de sales calcáreas, son de colores blancos, secos y
áridos, y no son buenos para la agricultura
Tierra negra Tienen abundante materia orgánica en descomposición, de color oscuro,
retienen bien el agua y son excelentes para el cultivo.
Arcillosos
Están formados por granos finos de color amarillento y retinen el agua
formando charcos. Si se mezclan con humus pueden ser buenos para
cultivar.
Pedregoso Formados por rocas de todos los tamaños, no retienen el agua y no son
buenos para el cultivo.
Mixto Tiene características intermedias entre los suelos arenosos y los suelos
arcillosos.
Fuente Anadón, 2000
2.6.2 Clasificación por Características Físicas
Tabla 4 Categorías del Suelo
Fuente Volke et al, 2005 SEMARNAT 2004.
2.7 Contaminación del Suelo por Hidrocarburos
Esta migración es generalmente a través de capas permeables, estructuras geológicas o aguas
subterráneas. Los derrames y fugas de hidrocarburos en suelos se pueden infiltrar dentro de este
hasta alcanzar grandes extensiones y afectar al medio ambiente (Madrid et al., 2002).
Se le conoce a un sitio contaminado como un lugar, espacio, cuerpo de agua, instalación o
cualquier combinación de estos que ha sido contaminado con materiales o residuos que, por sus
cantidades y características, pueden presentar un riesgo para la salud humana, a los organismos
vivos y el aprovechamiento de los bienes o propiedades de las personas. (PROFEPA, 2002)
Los suelos se consideran contaminados cuando sus características se alteran negativamente
Categoría Características
Litosoles Se considera un tipo de suelo que aparece en escarpas y afloramientos rocosos,
su espesor es menor a 10 cm y sostiene una vegetación baja
Cambisoles Son suelos jóvenes con proceso inicial de acumulación de arcilla. Se divide en
vértigos, gleycos, eutrícos y crómicos.
Luvisoles Presentan un horizonte de acumulación de arcilla con saturación superior al 50%.
Acrisoles Presentan un marcado horizonte de acumulación de arcilla y bajo saturación de
bases al 50%.
Gleysoles Presentan agua en forma permanente o semipermanente con fluctuaciones de nivel
freático en los primeros 50 cm.
Fluvisoles Son suelos jóvenes formados por depósitos fluviales, la mayoría son ricos en calcio.
Rendizina Presenta un horizonte de aproximadamente 50 cm de profundidad. Es un suelo
rico en materia orgánica sobre roca caliza.
Vertisoles Presenta un horizonte de aproximadamente 50 cm de profundidad. Es un suelo
rico en materia orgánica sobre roca caliza.
debido a la presencia de compuestos químicos de origen antropogénica, en concentraciones
superiores a los niveles estandarizados de referencia y que conllevan a un riesgo tanto para la
salud humana como para el medio ambiente (Sabroso y Pastor, 2004).
2.8 Suelos Contaminados por Derrame de Hidrocarburo en el Sureste de México
El desarrollo de la actividad petrolera, ha generado el incremento de residuos que en
concentraciones altas pueden tener efectos nocivos para la salud de la población y afectan el
equilibrio ambiental, además; se han ignorado sus efectos en el contexto social, político y
económico (DOF, 2008).
En Tabasco, los municipios que más han presentado contingencias por derrames de petróleo
afectando kilómetros de hectáreas desde 1995 hasta el 2001 de forma decreciente han sido
Cárdenas, Huimanguillo, Cunduacán y Comalcalco (Ochoa- Gaona et al., 2011). En el 2004, se
registraron 54 fugas en ductos de PEMEX, que afectaron a casi 1,000 ha, derramando más de
36,680 barriles de petróleo, según datos de la delegación de la Procuraduría Federal de Protección
al Ambiente.
Ramírez (2005) reporta que dos de los lugares más contaminados por hidrocarburos a nivel
nacional son la refinería "Lázaro Cárdenas" y el Pantano de Santa Alejandrina, ambos ubicados en
el sureste de México (Veracruz y Tabasco). Rivera-Espinoza y Dendooven (2004) aseguran que
en el sureste de México existen extensas áreas contaminadas con hidrocarburos del petróleo que
contienen hasta 450,000 mg kg-1 de HTP (hidrocarburos totales del petróleo). Esto afecta las
propiedades físicas y químicas de los suelos, las partículas del suelo al aglutinarse generan
estructuras más gruesas que cubren la superficie de las partículas en el espacio poroso y afectan la
aireación del suelo haciendo que las bases del suelo se saturen y acidifiquen.
También es necesario saber los grupos de suelo en los que las enmiendas funcionan mejor,
utilizando las clasificaciones de la FAO (2006) o la Soil taxonomy (USDA, 2009). Cada suelo tiene
características diferentes, por ejemplo, un Gleysol con drenaje impedido, un Vertisol de mal drenaje,
un Luvisol con drenaje limitado y Cambisol de buen drenaje reaccionarán de diferente manera a las
técnicas de remediación.
CAPITULO III FITORREMEDIACIÓN
3.1 Definición
La fitorremediación consiste en utilizar principalmente plantas en la interacción del efecto
rizosfera con el suelo y los microorganismos (Frély, 2013).
Kamath et al. (2005) define a la fitorremediación como una tecnología alterna o complementaria
que es posible usarse para degradar los hidrocarburos en el corto plazo y a largo plazo, para
mejorar la fertilidad de los suelos contaminados.
La fitorremediación es una tecnología alternativa in situ, no destructiva, de bajo costo para
limpiar suelos contaminados con petróleo que se basa en el uso de plantas que tienen la
propiedad de acumular metales pesados y disminuir la concentración de hidrocarburos. Esta
técnica estimula la actividad microbiana en la rizosfera para degradar contaminantes que consiste en la
remoción, transferencia, estabilización y neutralización de compuestos orgánicos e inorgánicos
tóxicos en suelos y así poder recuperar los suelos contaminados (Merkl et al., 2004; Sierra-Villagrana,
2006; Ferrera-Cerrato et al., 2007).
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, agua o del aire
y que provienen de las actividades humanas. Esta técnica también puede tratar la contaminación
por compuestos inorgánicos (cita) (metales pesados).
• Suelos: Esta técnica se utiliza para descontaminar biológicamente las tierras contaminada
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).
3.2 Función de la Fitorremediación
Mediante la fitorremediación, las plantas llevan a cabo reacciones químicas utilizando luz solar para
metabolizar o mineralizar las moléculas orgánicas del suelo. Las plantas fitorremediadoras son
capaces de degradar, bioacumular y estimular el crecimiento de poblaciones de microorganismos
degradadores de hidrocarburos del petróleo en la rizosfera, haciendo al suelo más biodisponible
para otros organismos incluyendo otras plantas (Olguín et al., 2007., McGrath et al., 2001., Pérez et
al., 2002). La fitorremediación es una tecnología emergente y ambientalmente pertinente, es un
método que ofrece ventajas por su bajo costo, su aplicación in situ, no es destructiva, es
estéticamente agradable por su crecimiento vegetal y tiene aceptación pública. Esta tecnología ha
probado su eficacia en suelos con hasta 50,000 mg kg-1 de HTP (Kulakow, 1998; Maldonado- Chávez
et al., 2010., Frick et al., 1999). Desde el punto de vista de la restauración ecológica, se puede
considerar a la fitorremediación como una opción para promover la restauración de la vegetación
dado que aparte de recuperar los servicios ambientales y la biodiversidad no requiere de altas
inversiones monetarias y puede generar beneficios a corto o mediano plazo (SER, 2004., Ferretti y
De Britez, 2006., Chazdon, 2008; Rey Benayas et al., 2009)
3.3 Técnicas Utilizadas en la Fitorremediación de Suelos
Dependiendo del desempeño y respuesta funcional que tiene la planta durante el proceso de
remediación, así como los principales mecanismos involucrados, se han considerado diferentes
estrategias, cada una de las estrategias tiene condiciones particulares determinadas principalmente
por el tipo de contaminante y el sustrato a tratar: suelos, aire, sedimentos o agua (Núñez L., Meas
V., Ortega B., & Olguín P., 2004).
3.3.1 Fitodegradación o Fitotransportación
Se le conoce fitotransportación al proceso donde las plantas degradan o transforman diversos
tipos de contaminantes orgánicos en sustancias menos tóxicas, diversos tipos de contaminantes
orgánicos como hidrocarburos aromáticos polinucleares, hidrocarburos totales del petróleo,
plaguicidas (herbicidas, insecticidas y fungicidas), compuestos clorados, y surfactantes
(detergentes). A través de reacciones enzimáticas que llevan a cabo plantas y microorganismos en la
rizósfera, es decir la zona del suelo estrechamente asociada con las raíces de las plantas, dichos
contaminantes son parcial o completamente degradados o transformados. De esta manera son
asimilados por las plantas y secuestrados en sus vacuolas o fijados a estructuras celulares
insolubles, como la lignina (Núñez L., Meas V., Ortega B., & Olguín P., 2004).
Consiste en la transformación de los contaminantes orgánicos en moléculas más simples. En
determinadas ocasiones, los productos de la degradación le sirven a la planta para acelerar su
crecimiento, en otros casos los contaminantes son biotransformados (Volke, 2001). En este
proceso los contaminantes son metabolizados dentro de los tejidos vegetales y las plantas producen
enzimas como la dehalogenasa y la oxigenasa, que ayudan a catalizar la degradación (Singh y Jain,
2003).
3.3.2 Fitoestimulación
Es el proceso donde las plantas gracias a sus actividades metabólicas y fisiológicas, las plantas
liberan azucares simples, aminoácidos, compuestos alifáticos y aromáticos, nutrientes, enzimas y
oxígeno, los cuales se transportan desde sus partes superiores hasta sus raíces lo que ayudan a su vez
a favorecer el desarrollo de comunidades microbianas (hongos y bacterias) en el suelo; estos
causan la mineralización de los contaminantes (Ortega B, 2004). Las plantas generan los
exudados radiculares que estimulan el crecimiento de los microorganismos nativos capaces de
degradar compuestos orgánicos xenobióticos (Olguín P, 2004).
3.3.3 Fitovolatilización
En este proceso, algunas plantas logran volatilizar ciertos contaminantes; los absorben,
metabolizan y transportan desde sus raíces hasta sus partes superiores y finalmente los liberan a la
atmosfera en formas volátiles, menos tóxicas o relativamente menos peligrosas en comparación
con sus formas oxidadas. La transformación de dichos elementos se efectúa básicamente en la
raíz, y su liberación se lleva a cabo durante la transpiración (Meas V, 2004). Se produce a medida que
las plantas en crecimiento absorben agua junto con los contaminantes orgánicos solubles. Algunos
de los contaminantes pueden llegar hasta las hojas y evaporarse o volatilizarse a la atmósfera
(Raskin, 1997).
3.3.4 Fitoestabilización
Este proceso permite inmovilizar contaminantes en el suelo a través de su absorción y
acumulación en las raíces o bien por precipitación en la zona de la rizosfera. Este proceso reduce la
movilidad de los contaminantes y evita su migración a las aguas subterráneas o al aire (Barton et al,
2005 Méndez y Maier, 2008). Uso de plantas para reducir la biodisponibilidad de los contaminantes
en el entorno, mejorando las propiedades físicas y químicas del medio (Carpena y Bernal, 2007).
3.3.5 Fitoextracción o Fitoacumulación
Consiste en la absorción contaminantes mediante las raíces de las plantas y su acumulación en
tallos y hojas (Kumar et al., 1995).
3.3.6 Rizofiltración
Uso de raíces para absorber contaminantes del agua y de otros efluentes acuosos (Cunningham,
1995). Se basa en la utilización de plantas crecidas en cultivos hidropónicos, se prefieren raíces
de plantas terrestres con alta tasa de crecimiento y área superficial para absorber, concentrar y
precipitar contaminantes (Velasco, 2001).
3.4 Ventajas y Desventajas de la Fitorremediación
Tabla 5 Ventajas y Desventajas de la fitorremediación
Ventajas Desventajas
Es una tecnología sustentable Es un proceso relativamente lento (cuando las
especies son de vida larga, como árboles o arbustos)
Es eficiente para tratar diversos tipos de contaminantes in situ
Es dependiente de las estaciones
Es aplicable a ambientes con
concentraciones de contaminantes de bajas
a moderadas
El crecimiento de la vegetación puede estar limitado por extremos de la toxicidad ambiental
Es de bajo costo, no requiere personal especializado para su manejo ni consumo de energía
Los contaminantes acumulados en las hojas pueden ser liberados nuevamente al ambiente durante el otoño (especies perennes)
Es poco perjudicial para el ambiente Los contaminantes pueden acumularse en maderas para combustión
No produce contaminantes secundarios y por lo mismo no hay necesidad de lugares para desecho
No todas las plantas son tolerantes o acumuladoras
Tiene una alta probabilidad de ser aceptada por el público, ya que es estéticamente agradable
La solubilidad de algunos contaminantes puede incrementarse, resultando en un mayor daño ambiental o migración de contaminantes
CAPITULO IV DESCRIPCIÓN DE LAS ESPECIES
SELECCIONADAS
Se ha reportado una gran biodiversidad de especies con potencial, probado en campo y en
laboratorio, para la fitorremediación. A la fecha, se han identificado 163 taxones de plantas
pertenecientes a 45 familias, tolerantes a metales y capaces de crecer en concentraciones elevadas.
Entre las angiospermas, se han identificado cerca de 400 hiperacumuladoras; entre las familias
dominantes se encuentran: Asterácea, Brassicaceae, Caryophyllaceae, Cyperaceae, Cunouniaceae,
Fabácea, Flacourtiácea, Lamiaceae, Poaceae, Violáceae y Europhobiaceae. De estas familias,
Brassicaceae tiene el mayor número de taxones, 11 géneros y 87 especies, con capacidad para
hiperacumular metales (Nabulo, Black & Young, 2011; Salas, 2007).
4.1 Girasol (Helianthus annuus)
4.1.1 Antecedentes
Helianthus annuus “girasol” pertenece a la familia de las Asterácea, posee una facilidad de manejo
en su cultivo, se adapta fácilmente a un amplio intervalo en la variación de temperatura. La época de
la siembra es variable y depende de las características climatológicas de cada región. Es una planta
anual con un desarrollo vigoroso en todos sus órganos, dentro de esta especie existen
numerosos tipos o subespecies cultivadas como plantas ornamentales, oleaginosas y forrajeras
(Pineda R., 2004).
El girasol es reportado por su capacidad de acumular metales y responder con una alta biomasa
radicular no obstante una baja tolerancia al cromo comparado con otras plantas acumuladoras. Se
relaciona al plomo con la actividad de la proteasa en cotiledones de girasol, concluyendo como
un agente tóxico que inhibe la actividad de éstos ((Shahandeh H, Hossner RL, 2000, Pena L,
Tomaro M, Gallegos S, 2006).
El girasol tiene la capacidad de acumular altas concentraciones de uranio y cadmio en sus tejidos
(principalmente tallo y raíz) con una razonable tolerancia, es por esta razón que el girasol se
emplea en los procesos de fitorremediación acumulando y reciclando dichos metales excesivos
de los suelos y promoviendo la limpieza ambiental (Simona J, Lupino P, Antunez R, Zezzy M,
2004).
Con los antecedentes expuestos y con la intención de estudiar Helianthus annuus L como planta
potencial para fitoacumular plomo en sus tejidos y así dar una solución biológica, a la gran
problemática ambiental de los suelos contaminados, el objetivo del presente trabajo es demostrar la
capacidad remediadora de las raíces de Helianthus annuus “girasol.
4.1.2 Origen
El girasol es una planta nativa de Estados Unidos de América al igual que la mayor parte de los
miembros del genero Helianthus. Con la llegada del hombre americano, el girasol fue utilizado como
alimento por los nativos, quienes también lo utilizaron como pigmento para pintarse el cuerpo
en ceremonias religiosas y para decorar vasijas. Cuando el cultivo de esta especie se desarrolló,
fue utilizado como calendario de caza y decían que cuando los girasoles estaban altos y en floración,
los búfalos estaban gordos y que la carne era buena. Esta asociación girasol- hombre trajo la
consecuencia la dispersión de la planta hacia el centro del país, en donde fue domesticada y
después dispersada hacia el este y suroeste de Estados Unidos de América (Taboada, 2004).
4.1.3 Clasificación Taxonómica
Tabla 6. Clasificación taxonómica del Girasol
Reino Vegetal
División Angiospermae
Clase Dicotiledónea
Orden Esterales
Familia Asteraceae
Genero Helianthus
Especie H. annuus L.
4.2 Descripción Botánica
El género Helianthus pertenece a la familia Ateraceae y se le ha considerado desde 10 hasta 200
especies. Sin embargo, solo se reconocen 67, de las cuales 11 son especies anuales. El género se
agrupa en cuatro secciones: I. Ciliares, II. Atrorubens, III. Agrestes, y IV. Helianthus. El girasol
silvestre se distribuye a lo largo de Estados Unidos de América y se encuentra en altitudes que
van de 0 a 2500 msnm. El girasol cultivado (H. annuus variedad macrocarpus) conforma a la
especie conjuntamente con otras 6 o 7 variedades de girasol silvestre. Los tipos ornamentales
(H. annuus variedad annuus) de doble cabezuela, que crece en Europa y el girasol rojo que fue
desarrollado a partir de las plantas silvestres de colorado Estados Unidos de América, por
Cockerell, también están considerados entre los girasoles cultivados (Taboada, 2004).
4.2.1 Raíz
La raíz del girasol es pivotante se forma por un eje principal dominante y abundantes raíces
secundarias. El conjunto forma un fuerte sistema radical que puede alcanzar hasta 4 metros de
profundidad. Este sistema ha sido objeto de números estudios que han puesto de manifiesto la
avidez que tiene por la humedad por los distintos tipos de suelo. La raíz crece con mayor rapidez que
la parte aérea al iniciarse al desarrollo de la planta. Durante la fase, de 4 a 5 pares de hojas alcanzan
una profundidad de 50 a 70 cm y llegan al crecimiento máximo en la floración. Normalmente,
la longitud de la raíz principal sobrepasa la altura del talo. La profundidad a la cual se desarrolla la
red de raicillas depende de las condiciones climáticas: si hay sequía, llega a la mayor profundidad; si
hay humedad, se acercan a la superficie del suelo.
4.2.2 Hojas
Las hojas son alternas, grandes, trinervadas, muy pecioladas, de forma variables, acuminadas,
dentadas, con vellosidad áspera en el haz y el envés. La posición de las hojas en tallo es la
siguiente: en los primeros 2 o 3 pares son apuestas y los demás son alternas. El número de hojas por
planta varía entre 12 y 40, según las condiciones del cultivo y las peculiaridades individuales de la
variedad. En función de la fertilidad del suelo, la superficie foliar de una planta madura
abarca de 3000 a 6000 cm2, y el contenido de clorofila es aproximadamente 16.5 mg/10 g de
hojas frescas.
4.2.3 Tallo
El tallo es erecto, vigoroso y cilíndrico, tiene el interior macizo. Al llegar a la madurez se inclina en la
parte terminal a consecuencia del peso de la inflorescencia. La superficie exterior es rugosa,
azucarada y vellosa, la altura de las variedades aceiteras es entre 60 y 220 cm, el diámetro varía entre
2 y 6 cm, con mayor grosor en la parte inferior del tallo. En las variedades mejoradas los tallos no
exhiben ramificación debido a que esta característica es nociva en los tipos de girasol para aceite.
4.2.4 Inflorescencia
La inflorescencia (llamada capitulo o cabeza) está formada por un numero de flores que fluctúa
entre 500 y 1500. Su borde se compone de brácteas protectoras que forman el involucro. El
conjunto toma la forma de un disco que constituye el receptáculo, el receptáculo es un disco
plano, cóncavo o convexo, el cual tiene insertadas las flores en la cara superior y las brácteas en el
borde. En plena floración es semicarnoso y suculento, en el receptáculo hay dos tipos de flores:
liguladas y tubulosas.
4.3 Requerimientos Edafoclimáticos
4.3.1 Suelo
Es un cultivo poco exigente en el tipo de suelo, aunque prefiere los arcillo-arenosos y ricos en
materia orgánica, pero es esencial que el suelo tenga un buen drenaje y la capa freática se
encuentre a poca profundidad. El girasol es muy poco tolerante a la salinidad, y el contenido de
aceite disminuye cuando esta aumenta en el suelo. En suelos neutros o alcalinos la producción de
girasol no se ve afectada, ya que no aparecen problemas de tipo nutricional. Es una de las plantas
con mayor capacidad para utilizar los residuos químicos aportados por las explotaciones anteriores,
propiciando un mejor aprovechamiento del suelo, por tanto, la rentabilidad de las explotaciones
agrícolas se ve incrementada (Alfredo O.M, 1993)
4.3.2 Temperatura
Es un factor muy importante en el desarrollo del girasol, adaptándose muy bien a un amplio
margen de temperaturas que van desde 25-30 a 13-17ºC. Si la temperatura es muy alta durante la
floración y llenado del grano, provoca una importante pérdida en la producción final, tanto en peso
como en contenido graso. La temperatura óptima del suelo para la siembra varía entre 8 y 10ºC.
4.3.3 Fotoperiodo y Luz
Las diferencias en cuanto a la aparición de hojas, fecha de floración y a la duración de las fases de
crecimiento y desarrollo son atribuidas al fotoperiodo. Durante la fase reproductiva el
fotoperiodo deja de tener influencia y comienza a tener importancia la intensidad y la calidad de la
luz, por tanto, un sombreo en plantas jóvenes produce un alargamiento del tallo y reduce la
superficie foliar.
4.4 Heliconia Psittacorum
4.4.1 Descripción Botánica
Planta de altura entre los 0,5 y 1,5 m. La H. psittacorum posee peciolos que van desde los 11cm a
los 32cm de largo, lámina de 0,37 -0,67 m de largo. Esta heliconia tiene una inflorescencia erecta
de 8 a 18 cm de largo. Raquis flexuoso, de color anaranjado por lo general y glabro a glauco.
Espatas dísticas, 3-7 por inflorescencia, rojo-naranjas por lo común, glaucas. Flores anaranjadas,
rojas o amarillas con ápices verde oscuro, y rectas a parabólicas. Fruto tipo drupa subglobosa de
color amarillo (Kress et al., 2004, p. 84).
Son plantas finas y alargadas de aproximadamente 30 cm de largo y 9 cm de ancho. Poseen una base
oblicua delgada, con un color verde brillante. Su inflorescencia es sésil con alrededor 6 brácteas
de color amarillo-naranja. Estas brácteas tienen terminaciones verdes de entre 3 y 6 cm de largo y
1cm de alto. Se considera que existe la presencia de alrededor de 15 brácteas de color amarillo. Los
frutos que producen son de 5mm. (Otzoy et al., 2005, pp. 2-8).
Es utilizada en distintos lugares como parques, jardines como cuerpo aislado o para cubrir el
suelo desnudo. En regiones de clima tropical y subtropical húmedo bajo sombra o lugares
abiertos, las Heliconias psittacorum son sembradas ampliamente, siendo capaces de adaptarse a
distintos suelos o condiciones de cultivo. Su desarrollo es mucho mayor en lugares que presentan
abundante materia orgánica sin exposición al aire libre en épocas invernales, con temperaturas
inferiores a los 15 °C. En verano los riegos deben ser recurrentes para evitar su posterior
deshidratación (Mazza, 2010).
4.4.2 Taxonomía
El nombre botánico alternativo de la Heliconia psittacorum es Heliconia cannoidea A. Rich. La
mayoría de las Heliconias habitan en zonas húmedas, pero también existen especies que pueden
soportar zonas estacionalmente secas. Gran cantidad de especies pueden encontrarse en
elevaciones medias, en bosques húmedos con niebla. Ciertas heliconias pueden ser avistadas a
orillas de los ríos o en los bordes de las carreteras, o en zonas despejadas en la selva (Peñarrieta et
al., 2001, pp. 63-65).
4.4.3 Manejo de Cultivo para Flores Tropicales
Son aplicables los siguientes métodos tanto para Heliconias y orquídeas de manera general.
• Suelo: Son adecuados aquellos que presentan abundancia de agua, ricos en materia
orgánica, profundos y buena capacidad de drenado.
• pH: El rango óptimo va de entre 5 a 7 y la conductividad eléctrica no debe superar 2,5
μS/cm
• Nutrientes: Las flores requieren de nitrógeno y potasio en especial en su etapa de
crecimiento. Por lo que se recomienda un análisis del medio en el que serán cultivadas (suelo
o agua).
• Humedad: Lo más recomendable es que se encuentren entre un 70% - 95%. Es
importante realizar aspersiones periódicas para mantener la humedad alta.
• Temperatura: No soportan temperaturas bajas por periodos extensos (Enrique, 2013).
4.5 Framboyán (Delonix regia)
4.5.1 Objetivos
• Restauración y Protección
• Agroforestal
• Urbano: Es cultivada como planta de ornato en parques y jardines.
• Comercial
• Otros: Por ser una leguminosa es una especie fijadora de nitrógeno.
4.5.2 Taxonomía
Nombre Científico: Delonix regia (Bojer) Raf.
Sinonimia: Poinciana regia Bojer.
Nombre(s) común(es): Framboyán, flamboyán, tabachín, árbol de fuego. Poinciana.
Estatus: Ninguno, Introducida.
Origen: Originario de Madagascar.
Forma biológica: Árbol desde 12 hasta 15 m de altura; con un diámetro normal de 60 cm o
más. Tronco blando que secreta una resina gomosa de crecimiento rápido. Tiene la copa
aplanada en forma de sombrilla. Muy demandante de luz.
Fenología: Especie de rápido crecimiento (1-2 m/año). En el estío pierde las hojas en mayo-
junio, aparecen flores de color rojo escarlata. La floración se presenta en individuos que alcanzan
de 4 a 6 años de edad. Es una especie que produce alelopatía, el número promedio de semillas
por kilogramo es de 2,300.
• Hojas: presentan un comportamiento caducifolio.
• Flores: florece de mayo hasta junio.
• Frutos: la época de fructificación es de octubre a noviembre.
4.5.3 Distribución en México
Asociación vegetal: Especie cultivada; prospera en regiones tropicales.
Entidades: Se encuentra cultivada en Chiapas, Tamaulipas, Morelos, Oaxaca, Michoacán,
Nayarit, Veracruz, Estado de México, Tabasco, Campeche, Yucatán, Quintana Roo, entre otros.
4.5.4 Requerimientos Ambientales
4.5.4.1 Altitud (msnm)
• Media: 450; mínima: 0; Máxima: 1,000 – 1,500
4.5.4.2 Suelo:
Suelos lateríticos
Características físicas:
• Textura: ligeramente arenosa. Se adapta a diversos tipos de suelos, pero prefiere los
ligeros.
• Drenaje: buen drenaje.
• Humedad aparente
Características químicas
• pH: Variable, aunque prefiere los ligeramente alcalinos.
• Materia orgánica: Estable
• Sales: salinos.
4.5.4.3 Temperatura (°C):
Media: 20 a 28.
4.5.4.4 Precipitación (mm):
Media: 1,875; de 500 hasta 1,550.
Mínima: 750.
Máxima: 3,000.
4.5.4.5 Otros
Esta especie es sensible a heladas y moderadamente a sequías. Se adapta a altas temperaturas e
insolaciones. Se desarrolla en una gran variedad de suelos, tolera suelos ligeramente salinos.
4.5.5 Usos
Se utiliza como planta de ornato por la belleza de sus flores de color rojo - naranja. Se encuentra
establecida a lo largo de las orillas de los caminos, así como en parques y jardines; en algunas
regiones de los EUA, las flores se utilizan para alimentación de las gallinas ponedoras de huevo,
con el fin de mejorar la calidad de la cáscara del huevo y hacerla más resistente. Además, es
utilizada para cercas, para leña y en la apicultura.
(FUENTE: Aguilera R. Manuel. 2001.)
CAPITULO V ABONOS ORGÁNICOS
5.1 Abonos Orgánicos y la Degradación de Hidrocarburos
Existe una gran diversidad de materiales que son utilizados como fuente de materia orgánica al
suelo y que pueden ser aplicados en forma fresca o bien luego de un proceso de preparación,
como abonos orgánicos. Dependiendo de la actividad que los produce, estos materiales pueden ser
de origen agrícola, ganadero, forestal, industrial y urbano. Por lo general, los abonos orgánicos,
son producidos a partir del proceso de compostaje con el afán de mejorar la calidad del suelo
(López, 1994; Durán y Henríquez, 2007).
El proceso de composteo se emplea en la agricultura como mejorador de suelos, pero también
puede usarse en la remoción de contaminantes, entre ellos algunos hidrocarburos y plaguicidas.
Como consecuencia de las transformaciones del material y de las diversas sucesiones que se
realizan durante el composteo, se genera una alta diversidad microbiana, con poblaciones
mayores que la de los suelos fértiles y o los suelos muy perturbados o contaminados. Por ello, es
de esperar que la adición de composta incremente de forma importante las poblaciones
microbianas (Sauri-Riancho y Castillo-Borges, 2002; Velasco-Trejo y Volke-Sepúlveda, 2003).
Estudios sobre la degradación de hidrocarburos han demostrado que algunos microorganismos
son extremadamente versátiles en la catabolización de moléculas recalcitrantes, por lo que son
aprovechados para biorremediar y fitorremediar algunos sistemas ambientales contaminados por
derrames de petróleo (Carpena y Bernal, 2007). Aguilar-Benítez et al. (2012), aseguran que la
aplicación de los abonos orgánicos aumenta la materia orgánica del suelo y mejora algunas de sus
características físicas como: la cantidad de agregados hidro-estables, la densidad aparente y la
porosidad, que favorecen el flujo de aire y agua y el desarrollo radicular de las plantas.
5.2 Abonos Orgánicos y Degradación de Hidrocarburos en el Sureste de México
En el sureste de México las características propias del trópico, como la alta temperatura y la
considerable precipitación que son idóneas para la biodegradación de hidrocarburos. Sin
embargo, se necesita seguir experimentando y observando para encontrar otros procesos del
trópico importantes para la restauración de suelos contaminados por hidrocarburos. Mencionan
que muchas de estas técnicas evaluadas pueden ser de bajo costo, como, por ejemplo, los abonos
orgánicos o una combinación con la fitorremediación. Entre éstas están muchas posibilidades
para aprovechar el gran potencial que presenta la biorremediación de petróleo en el trópico
mexicano (Adams-Schroeder et al., 1999; Vangronsveld et al.,2009);
Velasco-Trejo y Volke-Sepúlveda (2003) mencionan que los abonos orgánicos son una de las
formas de reciclaje por excelencia, ya que el proceso de composteo puede emplearse de manera
exitosa y económica para la degradación de hidrocarburos en sitios contaminados por derrames de
petróleo de hasta 50 años, al igual para remediar suelos contaminados por residuos orgánicos
peligrosos como solventes, explosivos y pesticidas. La calidad de los abonos orgánicos está
relacionada con los materiales que utilizan y con el proceso de elaboración; esta variación
redundará tanto en el contenido de nutrientes como de microorganismos en los abonos. La
microflora continuará la degradación de la materia orgánica volviendo disponibles los nutrientes
para la planta. Mientras mayor diversidad tenga la materia orgánica de la que se forma la pila o
cama, mayor cantidad de nutrientes tendrán los abonos orgánicos (Félix-Herrán et al., 2008).
Estas se pueden utilizar como alternativas de limpieza de suelos contaminados con
hidrocarburos del petróleo ya que son elementos biológicos que contribuyen a la oxidación,
degradación, transformación y completa mineralización de estos contaminantes. Los métodos de
tratamiento biológico dependen de la capacidad de los organismos para degradar los
contaminantes orgánicos a productos inocuos como dióxido de carbono, agua y biomasa. Para
asegurar el éxito en el uso de la biorremediación de suelos se debe poner especial atención a las
limitantes que pueden dificultar su aplicabilidad como lo es la disponibilidad de nutrientes,
contenido de arcilla, oxigenación, que depende de cada suelo en particular, así como la
disponibilidad del contaminante para los organismos (Ferrera-Cerrato et al., 2006).
CAPITULO VI NORMATIVIDAD AMBIENTAL APLICABLE
5.1 Normatividad Aplicable
NOM-EM-138-ECOL-2002
Norma Oficial Mexicana de emergencia, que establece los límites máximos permisibles de
contaminación en suelos afectados por hidrocarburos, la caracterización del sitio y
procedimientos para la restauración.
NOM-021-SEMARNAT-2000
Que establece las especificaciones de fertilidad, salinidad y clasificación de suelos, publicada en el
Diario Oficial de la Federación el 31 de diciembre de 2002.
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
En el sureste de México en los estados de Veracruz, Tabasco, Campeche y Chiapas, se han
reportado grandes cantidades de suelos contaminados por derrame de hidrocarburos de petróleo
que contienen hasta 450,000 mg kg-1 de HTP (hidrocarburos totales del petróleo) (Gallegos-
Martínez et al.,2000; Chaíneau et al., 2003; Rivera-Espinoza y Dendooven 2004). Esto afecta las
propiedades físicas y químicas de los suelos. Las partículas del suelo al aglutinarse generan
estructuras más gruesas que cubren la superficie de las partículas en el espacio poroso y afectan la
aireación del suelo, haciendo que las bases del suelo se saturen y acidifiquen. Estos factores afectan
la disminución de la elongación radicular, así como el contenido de clorofila y la fotosíntesis
(Vargas-Pérez et al., 2002).
Los derrames de hidrocarburos de petróleo, por las sustancias que involucran, pueden poner en
peligro los lugares donde se producen la integridad de los ecosistemas, así como la preservación de
los recursos naturales. Cuando un derrame de hidrocarburo permanece sin ser atendido puede
causar daños constantes y crecientes al suelo y a otros recursos naturales. Hoy en día los derrames de
hidrocarburos y demás sustancias químicas se consideran emergencias ambientales, debido a los
riesgos que se generan para la salud humana y para los recursos naturales (Zavala-Cruz et al.
1999; Rodríguez-Bazan. 2009). En los suelos impactados de acuerdo a la bibliografía se han
encontrado una capa superior de quince centímetros a un metro de profundidad de sedimento
impregnado con hidrocarburos, lo que no permite el intercambio normal de gases y esto trae
como consecuencia la anoxia de los sedimentos y suelos afectados (Adams-Schroeder, 1999).
Las propiedades físicas del suelo más afectadas por derrames de hidrocarburos son: i. la
estructura del suelo debido a la ruptura de los agregados; ii. aumento de la retención del agua en
la capa superficial y iii. el potencial hídrico. Por otra parte, las propiedades químicas más
afectadas son: i. aumento de carbono orgánico, ya que el 75% del carbono del petróleo crudo es
oxidable; ii. disminución del pH, debido a la acumulación de carbono orgánico y generación de
ácidos orgánicos; iii. variables ambientales como temperatura, humedad y oxígeno; iv. la
sensibilidad de la biota específica del ecosistema impactado (SEMARNAT, 1996).
OBJETIVOS
Objetivo General
Evaluar la respuesta ecofisiológica y fitorremediadora de Heliconia psittacorum L, Helianthus annuus L
expuesta a un suelo contaminado por hidrocarburos totales de petróleo (HTP) con la adición de
acondicionadores orgánicos.
Objetivos Específicos
• Caracterizar la composición físico-química del suelo a diferentes tratamientos de
exposición de HTP
• Caracterizar el humos y lixiviados orgánicos de lombricomposta
• Evaluar la disponibilidad de nutrientes orgánicos en suelos por tipo de tratamiento.
• Analizar la respuesta fenológica de las plantas a la exposición de HTP y acondicionadores
orgánicos.
• Evaluar la respuesta funcional ecofisiológica (A, E, Gsw, WUE) de las plantas a la
exposición de HTP y acondicionadores orgánicos.
• Evaluar la reducción de HTP en suelos a diferentes concentraciones de acondicionadores
orgánicos.
• Formular propuestas y recomendaciones del usos de plantas nativas para la
fitorremediación de suelos con presencia de HTP.
HIPÓTESIS
Heliconia Psittacorum y Delonix regia creciendo en suelos contaminados por hidrocarburos de petróleo
(HTP) con la adición de acondicionadores orgánicos, tendrá mejor respuesta funcional
(ecofisiológica) y fitorremediadora por ser especies nativas del Sureste Mexicano a diferencia de Helianthus
annuus y Delonix regia creciendo en las mismas condiciones. Las plantas nativas de la región presentaran
mayor adaptabilidad fisiológica en respuesta a los suelos contaminados por HTP.
METODOLOGÍA
Área de Estudio
Estado de Tabasco
Tabasco es uno de los 32 estados que junto con el Distrito Federal conforman las 32 entidades. El estado
se localiza en el sureste de México, contando con 191 de los 11 593 km de la costa del país, es decir, el 1,58
por ciento. Colinda al Norte con el Golfo de México, al Noreste con el estado de Campeche, al Sureste
con la República de Guatemala, al Oeste con el estado de Veracruz y al Sur con Chiapas. La superficie de
su territorio ocupa una extensión cercana a los 25 000 km², que lo colocan en la vigésimo cuarta posición
en la lista de los estados mexicanos ordenados por superficie.
Según el II Censo llevado a cabo por el INEGI en 2010, en Tabasco habitan 2 238 603 personas, por
lo que se trata del estado más poblado de todo el sureste mexicano. El español convive en Tabasco
con numerosas lenguas indígenas, todas ellas reconocidas como lenguas oficiales de entre las
lenguas de México, aunque solamente el 3 por ciento de su población habla alguna de estas,
estando por debajo del promedio nacional del 6,7 por ciento. El estado de Tabasco se encuentra
formado por llanuras bajas y húmedas de origen aluvial, efecto de la acción de los ríos; en la zona
de la Chontalpa y parte de los municipios de Centla y Jonuta, existen depresiones pantanosas e
inundables, tanto por las avenidas de los ríos como por las aguas que atraen perturbaciones
ciclónicas y abundantes lluvias.
Municipio de Centro
El Municipio de Centro es uno de los 17 municipios que conforman el estado mexicano de
Tabasco, localizado en la región del río Grijalva y en la subregión del Centro. La cabecera
municipal es la ciudad de Villahermosa, que también es capital del Estado, encontrándose
ubicada entre los paralelos 17 grados 59 minutos de latitud norte y 92 grados 56 minutos de
longitud oeste.
El municipio de Centro cuenta con 664,629 habitantes, de los cuales 558,524 pertenecen a la zona
urbana y 178,700 a la rural. Es el municipio más poblado de Tabasco, debido a que es el centro
político y económico del estado, al estar ubicado aquí la capital estatal, lo que provoca un gran
crecimiento y concentración demográfica.
Figura 1. Estado de Tabasco, Municipio Centro.
Métodos y técnicas de investigación
Para la realización de esta investigación se utilizaron los siguientes métodos y técnicas que
permitieron diagnosticar el daño provocado por el hidrocarburo en el suelo.
Método Analítico
Para el desarrollo de los análisis físico-químicos y de HTP en suelo, se utilizó los equipos de
espectrofotometría UV-VIS del Laboratorio de Ecofisiología Vegetal y Sistemas Agroforestales
y para determinar HTP se utilizó Cromatografía de Gases FID del Instituto Potosino de
Investigación de Ciencia y Tecnología.
Método Experimental
Entre sus características están la manipulación de la información, de las variables independientes
y la distribución aleatoria de los sujetos de los grupos de estudio; auxiliándose de diseños que les
permita controlar las situaciones creadas en ambientes prediseñados.
Investigación Documental
Esta técnica se referencio datos oficiales y serios como libros, revistas científicas, páginas de
internet (SEMARNAT, IMP, etc.) y mapas y se definió la normatividad aplicable: NOM-EM-
138-ECOL-2002 para especificar los parámetros a evaluar. Para los análisis de analítica de
suelos, se recurrió al “Manual de Laboratorio para Análisis de Suelos” que acota la NO;-021-
SEMARNAT-2000 Y NOM-021-RECNAT-2000.
Investigación de Campo
Para atender la problemática, se realizó una caracterización del área de estudio. Con base a ello,
se identificó el derrame del hidrocarburo y posteriormente se procedió a la recolección de
muestras del suelo para llevarlo a examinar.
Caracterización del Área de Estudio
El Colegio de la Frontera Sur – Unidad Villahermosa (ECOSUR)
El Colegio de la Frontera Sur (ECOSUR), es un centro de investigaciones que forma parte del
Sistema de Centros Públicos de Investigación del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología
(Conacyt). ECOSUR tiene por objeto realizar y fomentar actividades de investigación científica
básica y aplicada en materias que incidan en el desarrollo y la vinculación de México en su
frontera sur, dando especial relevancia a su problemática ambiental, económica, productiva y
social, así como desarrollar tecnologías y diseñar estrategias que contribuyan al bienestar social, a la
conservación de la biodiversidad, al uso racional, eficiente y sostenido de los recursos naturales,
y en general al desarrollo sustentable.
La institución tiene cinco sedes en cinco ciudades de la frontera sur (Campeche, Chetumal, San
Cristóbal de Las Casas, Tapachula y Villahermosa), investigadores y académicos reconocidos por el
Sistema Nacional de Investigadores de México (SNI) agrupados en cinco departamentos de
investigación: Agricultura, Sociedad y Ambiente (grupo de Agroecología), Ciencias de la
Sustentabilidad, Conservación de la Biodiversidad, Sistemática y Ecología Acuática y Sociedad,
Cultura y Salud.
Haz mención que tu estudio experimental se montó en la parte de atrás de la unidad, una sección
destinada para proyectos de invernaderos. También haz mención que utilizaste acondicionadores
orgánicos (abonos y lixiviados) resultantes de la lombricomposta del proyecto PAE.
Área de Muestro de Suelo
Figura 2 Ubicación Geográfica de ECOSUR Unidad Villahermosa. Fuente: Google Earth
El experimento se llevó a cabo durante cinco meses (20 de julio de 2018 al 20 de noviembre de
2019) en las instalaciones de ECOSUR unidad Villahermosa, en condiciones de vivero. El suelo
contaminado se recolectó de un derrame ocurrido en la batería Sitio Grande en el mes de Marzo
de 2018 en el ejido Nuevo Chichonal (coordenadas 17.7876855 N, 93.135198 W), en el
municipio de Reforma, Chiapas, México. La concentración inicial de HTP fue de 11, 367 mg/
kg. El suelo se secó a la sombra a temperatura ambiente en un tiempo de treinta días y se utilizó
tal cual sin ningún tipo de tamizado para no perder su estructura. Posteriormente a esto, se
realizó el análisis de los contenidos de HTP con el método de Soxhlet (US EPA 3540C, 1996).
Diseño del Experimento y Tratamientos
Tabla 7 Tratamientos
Tratamiento-Muestras Cantidad
Tratamientos (T-1) 4
Muestras por tratamiento (3 HL+3
HNUUS+3 F)
9
Total (Total de muestras) 36
Tabla 8 Dosificación de los Tratamientos
TRATAMIENTOS DOSIFICACIONES REPETICIONES
T1 SC: 2500 gr 9
T2 SC + L: 2000 gr + 300 ml 9
T3 SC + HL: 2000 gr + 500 gr 9
T4 SC + HL + L: 2000 gr + 300 ml +
500 gr
9
TOTAL 36 Muestras
experimentales
SC Suelo contaminado por Hidrocarburo.
L Lixiviado de Lombriz
HL Humus de Lombriz
De acuerdo a las tablas 7 y 8 se describen los tratamientos y las dosificaciones:
• En el tratamiento T1:SC, se colocó 2.500 kg de suelo contaminado en nueve maceteros.
En ellas, se sembraron tres rizomas de Heliconia psittacorum (HL), tres semillas de
Helianthus annuus (Hann) y tres plantas de Delonix regia (Dreg).
En el tratamiento T2:SCL, se colocó 2.500 kg de suelo contaminado + 300 ml de Lixiviado de
Lombriz en nueve maceteros. En ellas, se sembraron tres rizomas de Heliconia Psittacorum
(HL), tres semillas de Helianthus annuus (Hann) y tres plantas de Delonix regia (Dreg).
En el tratamiento T3:SCHL, se colocó 2.000 kg de suelo contaminado + 500 gr de Humus de
lombriz en nueve maceteros. En ellas, se sembraron tres rizomas de Heliconia psittacorum (HL),
tres semillas de Helianthus Annuus (HNUUS) y tres plantas de Framboyán (F).
En el tratamiento T4:SCHLL, se colocó 2.000 kg de suelo contaminado + 500 gr de Humus de
lombriz + 300 ml de Lixiviado de Lombriz en nueve maceteros. En ellas, se sembraron tres
rizomas de Heliconia Psittacorum (HL), tres semillas de Helianthus Annuus (HNUUS) y tres
plantas de Framboyán (F).
Especies de estudio para los tratamientos.
Helianthus annuus (Hann)
Para llevar a cabo el proceso de selección de plantas de girasol se tuvo que sembrar primero en
almácigos y en un lapso de 30 días se trasplantaron a sus respectivos tratamientos ya que al inicio
del proyecto se sembraron las semillas en los tratamientos más nunca germinaron.
Heliconia psittacorum (Hpsi)
Para llevar a cabo el proyecto se utilizaron un total de 12 rizomas de Heliconia Psittacorum, tres
por cada tratamiento. Los rizomas fueron extraídos del vivero Santa Ana de la Secretaría del
Campo. Una vez seleccionados los rizomas se llevó a cabo la siembra en sus respectivos
tratamientos.
Delonix regia (DregPara llevar a cabo el proyecto se utilizaron un total de 12 plantas de
framboyán en la cual primero se hizo un almacigo con las semillas y en un lapso de dos meses
se trasplantaron a sus respectivos tratamientos.
PRESENTACIÓN DE ANALISIS Y RESULTADOS
1.- Caracterización de la Composición Físico-Química del Suelo y de HTP
Los análisis de las variables físicas y químicas del suelo se realizaron al inicio, intermedio y al
final del experimento, en los tres análisis realizados del experimento las muestras de suelo se
tomaron por cada maceta. Los análisis físicos y químicos se realizaron conforme a la: NOM-
021-RECNAT 2000, que establece las especificaciones de fertilidad, salinidad y clasificación de
suelos, estudios, muestreos y análisis (Tabla 9).
Tabla 9 Caracterización de la Composición Físico- Química del Suelo y de HTP
2.- Caracterización Físico - Química del Humus y Lixiviado de Lombriz
De acuerdo a la Tabla 9 y 10, esta caracterización se llevó a cabo para poder observar el contenido
nutrimental del Humus y Lixiviado de Lombriz que se genera en el ECOSUR UNIDAD
VILLAHERMOSA como parte del PAE, ya que sirvió para este proyecto de investigación y
servirá para futuros experimentos en la unidad.
Tabla 10. Especificaciones Fisicoquímicas del Humus de Lombricomposta ECOSUR-Vhsa
Muestra LVhs01 LVhs02 LVhs03 LVhs04 Media ES (±1)
Color
(Tabla Munsell)
3/2 7.5 YR
Café-
Oscuro
3/2 7.5 YR
Café-
Oscuro
3/2 7.5 YR
Café-
Oscuro
3/2 7.5 YR
Café-
Oscuro
Humedad Inicial
(mtcsr %) 27.31 33.28 29.8 30.52 30.22 2.45
Densidad
(mtcsr, g.ml-1 0.756 0.668 0.681 0.772 0.70 0.04
Densidad muestra
seca (g.ml-1) 0.698 0.574 0.602 0.654 0.63 0.05
Granulometría
(% Material, >4.75 8.55 10.24 10.55 9.69 9.75 0.88
pH 6.33 7.22 7.58 5.91 6.76 0.77
Conductividad
Eléctrica (dS m-1) 0.0853 0.066 0.0742 0.254 0.11 0.08
Materia Orgánica
(%) 52.2 44.5 48.5 42.6 46.95 4.27
Carbono Orgánico
(%) 32.63 36.41 38.41 29.88 34.33 3.81
Nitrógeno (%) 2.14 1.98 1.95 2.27 2.08 0.14
Relación C/N 15.24 18.38 19.69 13.16 16.61 2.96
Capacidad de
Intercambio
Catiónico (cmol kg-1)
56.47 52.44 48.63 42.54 50.02 5.92
Tabla 11. Características Fisico-Químicas del lixiviado de lombricomposta
Características Valor Mínimo
Materia orgánica 1 %
Ácidos Húmicos 95 mg/L
Ácidos fulvicos 550 mg/L
pH 6.3 – 8
Solubilidad al agua Al 100
Nitrógeno Total 220 mg/L
Potasio (K2O) 550 mg/L
Calcio (Ca) 450 mg/L
Magnesio (Mg) 110 mg/L
Boro (B) 35 mg/L
Fierro (He) 0.9 mg/L
Zinc (Zn) 1 mg/L
3.- Análisis de la Reducción de Hidrocarburos Totales de Petróleo
En el día uno, Grafica 1, (inicio del experimento) los T1 y T2 muestran mayor concentración de
HTP (10,973 ±140, P<0.05) a diferencias de los tratamientos tres y cuatro (6,729 ±37, P<0.05)
a las que se les agregó abonos orgánicos. Los valores más altos de HTP se encuentran en el Dreg
(Framboyán), con un valor más alto en el T1 y el valor más bajo en el T3.
Grafica 1. Contenido deHidrocarburos Totales de Petróleo (día 1).
En el día 41, Grafica 2, los T1 y T2 muestran mayor concentración de HTP (9,657±232, P<0.05)
a diferencias de los tratamientos T3 y T4 (5,898 ±102, P<0.05) a las que se les agregó abonos
orgánicos. Los valores más altos de HTP se encuentran en la especie Dreg, exhibiendo valores
más alto en el T1 y el valor más bajo en el T3.
Grafica 2. Contenido de Hidrocarburos Totales de Petróleo (Día 41)
En el día 72, Grafica tres, los tratamientos uno y dos muestran mayor concentración de HTP
(9,008±211, P<0.05) a diferencias de los tratamientos tres y cuatro (5,172 ±100, P<0.05) a las
que se les agregó abonos orgánicos. Los valores más altos de HTP se encuentran en el Dreg,
con un valor más alto en el T1 y el valor más bajo en el T4.
Grafica 3. Contenido de Hidrocarburos Totales de Petróleo en suelo (Día 72).
En el día 132, Grafica cuatro, los tratamientos uno y dos muestran mayor concentración de HTP
(8,601±225, P<0.05) a diferencias de los tratamientos tres y cuatro (4,912 ±148, P<0.05) a las
que se les agregó abonos orgánicos.
Los valores más altos de HTP se encuentran en el framboyán, con un valor más alto en el
tratamiento uno y el valor más bajo en el tratamiento cuatro.
Grafica 4. Contenido de Hidrocarburos Totales de Petróleo en suelo (Día 132).
4.- Análisis de la Degradación de Hidrocarburos Totales de Petróleo
Tabla 12. Concentrado de valores de reducción de HTP en suelo para los tres especies (Hpsi, Hann y Dreg) en los cuatro tiempos (Día 1, 41, 72 y 1322).
En la Tabla 12, día 1-41 (T1), Hpsi es el que presento mayor degradación (2,418 mg/kg) y el
que presento menor degradación fue Dreg en el tratamiento cuatro (462 mg/kg). Sin embargo,
el que degrado más por tipo de planta en la suma de todos sus tratamientos fue Hpsi con una
degradación total (6,478 mg/kg).
Para el caso del día 41-72 (T1), Hann fue la que presento mayor degradación (1,094 mg/kg) y
Hpsi la que presento menor degradación en el T1 (317 mg/kg). Sin embargo, el que degrado
más por tipo de planta en la suma de todos sus tratamientos fue Dreg con una degradación total
(3,295 mg/kg)..
En los días 72- 132 (T1), Dreg Referente a la degradación de HTP en la tabla 12, Dreg en el
tratamiento uno es el que presento mayor degradación (1,519 mg/kg) y el que presento menor
degradación fue Hann en el T1(5.67 mg/kg). Sin embargo, el que degrado más por planta en la
suma de todos sus tratamientos fue Dreg con una degradación total (2,633 mg/kg).
Finalmente, para los 132 días (T2), Dreg mostró mayor degradación (2, 933 mg/kg) y Hann fue
la especie que presento menor ( T3, 1,446 mg/kg). Sin embargo, el que degradó más por tipo de
planta en la suma de todos sus tratamientos fue Hpsi con una degradación total (9,820 mg/kg).
5.- Análisis de Contenido Nutrimental en Suelo por Tratamiento
En el día uno, Grafica cinco (inicio del experimento) los tratamientos T3 y T4 a las que se les
agregó abonos orgánicos muestran mayor concentración de nutrientes (3.62 ±0.28, P<0.05) a
diferencias de los T1 y T2 (0.54 ±0.09, P<0.05).
Grafica 5. Analítica Nutrimental en suelos (día 1).
En el día 41, Grafica seis, los tratamientos tres y cuatro a las que se les agregó abonos orgánicos
muestran mayor concentración de nutrientes (3.57 ±0.39, P<0.05) a diferencias de los
tratamientos uno y dos (0.56 ±0.10, P<0.05). El valor más alto de Nitrógeno se encuentra en el
tratamiento cuatro que tiene abono orgánico y el valor más bajo en el tratamiento uno que no
tiene abono orgánico.
Grafica 6. Analítica Nutrimental en suelos (día 41).
En el día 72, Grafica siete, los tratamientos tres y cuatro a las que se les agregó abonos orgánicos
muestran mayor concentración de nutrientes (3.37 ±0.45, P<0.05) a diferencias de los
tratamientos uno y dos (0.57 ±0.13, P<0.05). El valor más alto de Nitrógeno se encuentra en el
tratamiento tres que tiene abono orgánico y el valor más bajo en el tratamiento uno que no tiene
abono orgánico.
Grafica 7 Analítica Nutrimental en suelos (día 72).
En el día 132 (fin del experimento), Grafica ocho, los tratamientos tres y cuatro a las que se les
agregó abonos orgánicos muestran mayor concentración de nutrientes (2.90 ±0.41, P<0.05) a
diferencias de los tratamientos uno y dos (0.69 ±0.20, P<0.05).El valor más alto de Nitrógeno
se encuentra en el tratamiento tres que tiene abono orgánico y el valor más bajo en el tratamiento
uno que no tiene abono orgánico.
Grafica 8. Analítica Nutrimental en suelos (día 132).
6.- Análisis del Incremento y Disminución de Nutrientes
Tabla 13 Incremento y Disminución de Nutrientes
De acuerdo a la Tabla 13, día 1-41 con el incremento de nutrientes (N, P, K) el que incremento
más por nutriente en la suma de todos sus tratamientos fue P (0.40 %). Sin embargo, el elemento
que presento mayor incremento fue P en el tratamiento dos (0.40 %), y el que presento menor
incremento fue N en el tratamiento dos (0.02 %), N en el tratamiento tres y P en el T1se
mantuvieron estables. Con respecto a la disminución de nutrientes, P en el tratamiento tres fue
el que tuvo mayor disminución con un valor (-0.19%).
De acuerdo a la Tabla 13, del día 41-72 con el incremento de nutrientes (N, P, K) el que
incremento más por nutriente en la suma de todos sus tratamientos fue N con (0.50 %). Sin
embargo, el elemento que presento mayor incremento fue N en el tratamiento cuatro (0.49 %),
y el que presento menor incremento fue N en el T1 (0.01 %). Con respecto a la disminución de
nutrientes, K en el tratamiento tres fue el que tuvo mayor disminución (-0.13%).
De acuerdo a la tabla 13, del Día 72 al 132 con el incremento de nutrientes (N, P, K) el que
incremento más por nutriente en la suma de todos sus tratamientos fue N con (0.93 %). Sin
embargo, el elemento que presento mayor incremento fue N en el tratamiento cuatro (0.86 %),
y el que presento menor incremento fue P en el tratamiento uno (0.02 %). Con respecto a la
disminución de nutrientes, K en el tratamiento tres fue el que tuvo mayor disminución (-0.20%).
De acuerdo a la tabla 13, del Día uno al 132 con el incremento de nutrientes (N, P, K) el que
incremento más por nutriente en la suma de todos sus tratamientos fue N con (1.44 %). Sin
embargo, el elemento que presento mayor incremento fue N en el tratamiento cuatro (1.44 %),
y el que presento menor incremento fue P en el tratamiento uno (0.18 %). Con respecto a la
disminución de nutrientes, K en el T3 fue el que presentó mayor disminución (-0.43%).
Análisis de la Tasa Fotosintética
Grafica 9 Tasa Fotosintética (día 41).
En el día 41, Grafica nueve, en el tratamiento T3 con respecto a Dreg, al que se les agregó abonos
orgánicos muestran mayor actividad fotosintética (11.82 ±0.55, P<0.05) a diferencias del
tratamiento T2 con Hann donde las plantas mostraron una muy baja actividad fotosintética (2.95
± 0.83, P<0.05).
En el día 132, Grafica 10, en el tratamiento T3 con respecto a Dreg, al que se les agregó abonos
orgánicos muestra mayor actividad fotosintética (15.77 ± 0.84, P<0.05) a diferencias del T2 con
Hann que mostraron una baja actividad fotosintética (2.45 ± 0.85, P<0.05).
Hpsi a pesar de estar en los suelos contaminados sin acondicionadores orgánicos responde de
forma eficiente, mostrando una alta actividad fisiológica, pero cuando el suelo se tiene
acondicionado (abonos y lixiviados), es mucho el aporte nutrimental lo que hace es que baja el
nivel de estrés en la planta, reduciendo su eficiencia.
Grafica 10. Tasa Fotosintética por tipo de tratamiento (día 132).
En el día 41, Grafica once, en el tratamiento T4 con respecto a la transpiración, Hpsi fue quien
mostró mayor actividad de transpiración (1.63 ± 0.04, P<0.05) a diferencias del T2 con Hann
que mostraron una baja actividad de transpiración (0.81 ± 0.06, P<0.05).
Grafica 11. Tasa de Transpiración (día 41, inicio del tratamiento).
En el día 132, Grafica doce, en el tratamiento dos con respecto a la transpiración, Hann fue En
el Grafico 12, T2, se muestra mayor actividad de transpiración en Hann (2.43 ± 0.09, P<0.05) a
diferencias del T2 con Dreg que mostro una baja actividad de transpiración (0.57 ± 0.05,
P<0.05). Cabe mencionar que la transpiración fue menor con la presencia de acondicionadores
orgánicos.
Grafica 12.
Tasa de Transpiración (día 132, final del tratamiento).
En el día 41, Grafica trece, en el tratamiento cuatro con respecto a la apertura estomática, Dreg
fue quien tuvo mayor apertura estomatica (0.12 ± 4.52 e-3, P<0.05) a diferencias del tratamiento
uno con Hann que mostro una baja apertura estomatica (0.011 ± 0.50 e-3, P<0.05).
Grafica 13 Conductancia Estomática Día 41
En el día 132, Grafica catorce, en el tratamiento cuatro con respecto a la apertura estomática,
Dreg fue quien tuvo mayor apertura estomática (0.14 ± 4.52 e-3, P<0.05) a diferencias del
tratamiento uno con Dreg que mostro una baja apertura estomática (0.010 ± 0.01, P<0.05). Los
valores de conductancia estomática siempre estuvieron altos por lo tanto hubo mucha apertura
estomal muy probablemente el contaminante en algún momento lo volatizo ya que nunca tuvo
cierre de estomas.
DISCUSIÓN
Grafica 14 Apertura estomática Día 132
Heliconia psittacorum
Partiendo de la respuesta fisiológicas de Hpsi mostro un gran margen de mecanismo funcional
ya que inicio con una transpiración alta de 1.5 µmol H2O m-2 s-1, regulando al final del tratamiento
su transpiración a 1 µmol H2O m-2 s-1 para incrementar la actividad fotosintética, inicio con una
actividad fotosintética de 8 µmol CO2 m-2 s-1 y al final del experimento incremento a 11 µmol
CO2 m-2 s-1, con respecto a su conductancia estomática inicio con 0.08 mol CO2 m
-2 s-1, al final
del experimento regulándola a 0.06 mol CO2 m-2 s-1 para el T1 donde no se había acondicionado
el suelo, estas respuestas fisiológicas se vieron reflejadas en el proceso de remoción de HTP con
un valor de 2891 mg/kg, pero con acondicionador orgánico el proceso de remoción disminuyó
(menciona cuanto). Cabe resaltar, que, sin la incorporación de acondicionadores orgánicos la
planta puede ser tolerante al estrés y hacer una excelente remoción de HTP. Sin embargo, Hpsi
tuvo muy buena respuesta en todos los tratamientos, en el momento en que Hpsi estuvo presente
en acondicionadores orgánicos obtuvo los nutrientes y posteriormente se aclimató equilibró su
contenido nutrimental, sugiriendo que Hpsi tiene plasticidad (cuando presenta valores de
conductancia similares en condiciones adversas en diferentes ambientes). Es por ello que se hace
hincapié enmonitorear las respuestas fisiológicas de las plantas para poder observar hasta que
umbrales toleran, ya que cuando se tiene la planta con acondicionadores orgánicos no es tan
eficiente en su repuesta funcional debido a que se mantiene en un estado de confort
disminuyendo la eficacia de remoción del contaminante.
Las plantas ornamentales con mayor potencial de fitorremediación pueden evaluarse
preliminarmente de acuerdo con sus características morfológicas. Las morfologías de la raíz, el
tallo y la hoja juegan un papel vital en el proceso de fitorremediación (Wei et al. 2005). La
longitud de la raíz, la densidad y el área de superficie son características importantes que pueden
influir directamente en la absorción o degradación de los contaminantes, y los exudados de la
raíz pueden influir en el crecimiento y la reproducción de microorganismos en la rizosfera (Liu
et al. 2012a; Sun y Zhou 2016; Cheng et al. 2017). El índice de área de la hoja juega un el
importante papel en la biomasa aumenta a través de su impacto en la fotosíntesis, y la hoja
también es el principal sitio de volatilización y excreción, que es un mecanismo de
desintoxicación para materiales peligrosos (Sun et al. 2010, 2006, 2011a). Las plantas
ornamentales que están bien adaptadas a las concentraciones altas de salinidad, también pueden
aplicarse a la fitorremediación de tierras salinas contaminadas con metales pesados. Para el caso
particular de Heliconia psittacorum, su ecofisiología y anatomía funcional en respuesta a la tolerancia
a periodos de sequía puede permitirle la supervivencia d en regiones secas y ahorrar cantidades
considerables de agua (Chen et al., 2016).
Helianthus annuus L.
El Girasol es una planta reconocida mundialmente como fitorremediadora, porque absorbe
metales pesados en grandes cantidades, por lo que se le considera como planta hiperacumuladora
de Cadmio, Plomo, Zinc y otros elementos radiactivos (Mani et al., 2007).
De acuerdo a los Laboratorio de Suelos UNALM-2013 y Envirolab-2012 determinaron que la
concentración de hidrocarburos totales de petróleo (HTP) en suelo en un área experimental con
presencia de Girasoles fueron de 8,508 mg/kg de HTP, comparado con el proyecto, el
tratamiento T1 (11, 367 mg/kg) y en el T2 (10, 580 mg/kg) la planta presentó señales de estrés
y posteriormente a ello, en el día 41 la mayoría murieron. De acuerdo al contenido de HTP con
la adición de acondicionadores orgánicos, el tratamiento T3 (6, 794 mg/kg) y T4 (6,664 mg/kg)
nos indica que su máximo umbral puede llegar hasta 7,000 mg/kg de HTP con abonos orgánicos,
manteniendo la supervivencia de la planta.
Li et al., (1996) observaron que existe una excepción con Helianthus annuus, cuando el pH del
suelo se incrementa (pH 6.5 - 7) no se reduce la asimilación del contaminante ni su transferencia
a las hojas y granos, por lo que un pH entre 5 y 6 unidades determinadas en nuestro estudio no
limitarían el proceso de absorción del contaminante. Para este estudio, el pH fue una limitante
para Helianthus annuus ya que en todos los tratamientos donde el pH oscilaba entre 6.5 a 6.9 a
partir del día 41 la mayoría de las plantas comenzaron a presentar señales de estrés ecofisiológico
y posteriormente,en el día 72 los tratamientos T1 y T2 algunas plantas murieron.
Helianthus annuusen el tratamiento T4 mostró mejor respuesta funcional con respecto a la
conductancia estomal (0.09 mol CO2 m-2 s-1) sugiriendo que el girasol requiere una estimulación
de nutrimentos para mantenerse activo, es por ello que, para los tratamientos T1, T2 y T3 las
plantas mostraron valores de conductancia estomática muy bajos (~ 0.01 mol CO2 m-2 s-1). En
el tratamientos T3 y T4 cuando se tiene presencia de abonos orgánicos, losgirasoles mantienen
estable su transpiración (~1.4 µmol H2O m-2 s-1)e incremental la actividad fotosintética (Δ7 µmol
CO2 m-2 s-1) (Grafico 15).
Delonix regiaEl efecto negativo de los hidrocarburos en el suelo sobre el crecimiento de las
leguminosas ha sido previamente demostrado para las especies Calopogonium mucunoides,
Centrosema brasilianum y Stylosanthes capitata, que murieron entre los 42 y los 56 días al estar
expuestas a petróleo crudo a una concentración de 50,000 mg kg-1 (Merkl et al. 2005b),
concentración similar a la evaluada en el presente experimento. Este efecto denota la
susceptibilidad de las leguminosas para crecer y desarrollarse a esta concentración de
combustóleo en el suelo, es por ello que se han empleado como bioindicadoras de
contaminación de suelos según Malallah et al. (1996), sobre todo cuando en estos se encuentran
concentraciones superiores a los 50,000 mg kg-1. Esta gran capacidad que presentan las
leguminosas para desarrollarse en suelos contaminados se relaciona con rasgos morfológicos y
Grafica 15.Respuesta ecofisiológica: Gsw (Conductancia estomática), E (Transpiración) y A (Fotosíntesis) para los 4 tratamientos en los 132 días.
mecanismos fisiológicos (De Jong 1980, Ilangovan y Vivekanandan 1992, Malallah et al. 1996,
Quiñones Aguilar et al. 2003, Merkl et al. 2005a).
Evaluando la respuesta funcional de Dreg observamos que al aclimatarse genera raíz profunda
para tener mayor absorción de nutrientes y agua, traduciéndose en valores altos en su respuesta
fisiológica; con una transpiración alta de 0.92 µmol H2O m-2 s-1 para su mayor ganancia de
carbono (fotosíntesis, 15.77 µmol CO2 m-2 s-1) y así, mantener mantener estable la apertura
estomal (conductancia estomática, 0.08 mol CO2 m-2 s-1) y transpiración transpiración a 1.3
µmol H2O m-2 s-1). Al final del experimento, el tratamiento T3 (suelo contaminado +
acondicionador orgánico), el abono de lombricomposta fue un estímulo para sus respuesta
fisiológica y se vío reflejado en el proceso de remoción de HTP con un valor de ~1,787 mg/kg.
Sin embargo, cuando Dreg muestró valores bajos de transpiración, fotosíntesis y conductancia
estomática, se registró mayor remoción de HTP de 2657 mg/kg como en el tratamiento T1, sin
presencia de acondicionadores orgánicos (Grafico 16). Posteriormente, se observó que la Dreg
comenzó a tirar sus hojas, fisiológicamente se asume qué, la planta al detectar el contaminante
en el suelo, moviliza el contaminante desde la raíz hasta la hoja, logrando aclimatarse, para
posteriormente brotar renuevo foliar acondicionado al medio. Al final del experimento se
obtuvo un total de cinco renuevos foliares para los tratamientos T1 y T2, lo que sugiere que el
contaminante fue removido y acumulado en las hojas debido al estrés foliar que se presentó.
Respecto a los tratamientos T3 y T4 solo se registró un renuevo foliar, en los primeros 41 días
del experimento.
CONCLUSIONES
Heliconia psittacorum ha mostrado una gran eficiencia en sus respuestas fisiológicas, en la remoción
de HTP y tolerante al estrés del contaminante sin la necesidad de acondicionar el suelo con
abonos orgánicos, por lo que se sugiere considerar como una planta candidata para la
remediación de suelos. Esto debido a que en el primer mes se pudo observar una alta
propagación de bulbos y a mostrar mayor degradación de HTP en el suelo contaminado. Se sabe
que las principales funciones de los bulbos de las plantas, es almacenar sustancias de reserva, por
lo que hay mucha probabilidad que el contaminante se estuviese acumulando en los bulbos.
Además, los valores de conductancia estomática siempre estuvieron por encima a la de las otras
plantas. Nuestra hipótesis es que la concentración del contaminante estimuló a la planta para la
propagación de rizomas, esto se pudo observar al final del experimento gran cantidad de ellos,
Grafica 16. Tasa fotosintética (A) en respuesta a la concentración de Hidrocarburos Totales de Petróleo (HTP).
esto nos indica que la planta en el primer mes se dedicó a generar bulbos con la finalidad de
estabilizar y remediar la zona y posterior a ello comenzó a emerger sus hojas y es por ello que en
el día 41 rápidamente respondió con una alta actividad fotosintética y de transpiración.
Los abonos orgánicos actúan como estabilizadores, es por ello que le da fertilidad al suelo y
equilibrio al sistema de nutrientes y por lo tanto algunas plantas como Hann y Dreg tienen una
buena respuesta fisiológicas y eso mismo se observa en la degradación.
PROPUESTAS Y RECOMENDACIONES
• Usar plantas de Qreg con una edad de un año teniéndola en una capsula de
acondicionador orgánico para que a partir de allí ella pueda empezar a interaccionar con
el medio contaminado y posterior a ello comience a degradar.
• Se puede abordar el uso de plantas nativas de la región desde otra índole ya que se pudo
observar que Hpsi es buena candidata a la remediación de HTP sino también a estrés
salinos y acidificación de suelos por el uso de fertilizantes ya que Hpsi tolera pH a partir
de cinco. En suelos ácidos regularía el pH mediante el proceso bioquímico y al consumir
N, P, K tendrá mayor actividad fisiológica.
• Para el proceso de fitorremediación de suelos contaminados por HTP se recomienda
utilizar plantas endémicas de la región.
• Se propone utilizar plantas con bulbos que tengan parénquimas que son zonas de
reservas para la remediación de suelos contaminados con HTP.
• Se propone comenzar con respecto a Hpsi sin el uso de un acondicionador orgánico
para que comience la planta a tener un ligero estrés y sea un impulso para el brote de
rizomas y remoción de contaminante.
• Se propone trabajar con Heliconia psittacorum, Delonix regia y acondicionadores rgánicos
para la restauración de suelos en un mismo sitio, ya que son viables. Mientras el abono
orgánico estabiliza el suelo, Heliconia psittacorum remueve el hidrocarburo, Delonix regiase
va aclimatando al suelo y genera raíces bioacumuladoras. Cuando Delonix regia se
encuentra establecido, promueve la remoción de HTP y la fijación de N por ser una
leguminosa. Así mismo creándole un medio apto para vivir generándole sombra y
manteniendo la humedad, como una especie nodriza.
• Se propone a Helianthus annuus para estudios de muy corto tiempo para remediación de
suelo con la adición de abonos orgánicos porque en un tiempo de no más de tres meses
muere debido a su etapa reproductiva llega a coincidir con la etapa de estrés de la planta
en el suelo contaminado.
• Este estudio de investigación podría responder a las necesidades del proyecto de
Sembrando Vidas, porque es aplicable para los sitios contaminados por derrame de HTP
y contaminantes en general. Se podría contemplar a Delonix regia como una especie clave
para rehabilitar terrenos que han sido abandonados o no son aptos para la producción
agrícola, ya que la parte medular de Sembrando Vida es tener un Sistema diversificado
en un suelo sano.
BIBLIOGRAFÍAS
• ÁLVAREZ-CAMPANA Gallo, J. Manuel, 2001. Curso Sobre Contaminación de Suelos
y Aguas Subterráneas: Contaminación del Suelo Debida a Procesos Industriales.
Valencia, España. Universidad Politécnica de Valencia, 12P.
• ASTDR, 1998. Reseña Toxicológica de los Hidrocarburos Totales de Petróleo (TPH).
Atlanta, EE.UU., Agencia para Sustancias Tóxicas y el Registro de Enfermedades,
Departamento de Salud y Servicios Humanos de los EE.UU., Servicio de Salud Pública.
• Carpena, R.O. y M.P. Bernal. 2007. Claves de la fitorremediación: Fitotecnologías para
la recuperación de suelos. Ecosistemas, 16 (2), p. 1-3.
• C. A. Madera-Parra, E. J. Peña-Salamanca, M. R. Peña, D. P. L. Rousseau & P. N. L.
Lens (2015).Phytoremediation of Landfill Leachate with Colocasia esculenta, Gynerum
sagittatum and Heliconia psittacorum in Constructed Wetlands, International Journal of
Phytoremediation, 17:1, 16-24,
• CHAINEAU, C.,MOREL, J. y OUDOT, J. 1996. Land Traedment of oil based drill
cutting in an agricultural soil. Journal of Enviromental Quality, 4: 858-867.
• Chaney, R.L, Malik, M., Li, M.L, Brown, S.L., Angle, J.S. y Baker, M.J.S. 1997.
Phytoremediation of soil metals. Current Opinions in Biotechnology, 8, pp. 279-284.
• Chazdon, R.L. 2008. Beyond deforestation: restoring forest and ecosystem services on
degraded lands. Science, 230, pp. 1458-1460.
• Cunningham, D. S. y Berti, R.W. 1993. Remediation of contaminated soils with Green
plants: an overview. In Vitro Cellular and Developmental Biology, 29, pp. 207-212.
• Cunningham, S. D., Berti, W. R., Huang, J. W. (1995). Phytoremediation of
contaminated soils and sediments, In: H. D. Skipper y R. F. Turco, Eds. Bioremediation:
Science and Applications. Madison, USA. Soil Science Society of America, American
Society of Agronomy, and Crop Science Society of America, pp.145-156.
• ESCALANTE, E. 2000. Estudio de Ecotoxicidad de un suelo contaminado con
hidrocarburos. Tesis para obtener el grado de maestro en biotecnología. Universidad
Autónoma Metropolitana, México. D.F.
• Ferrera-Cerrato, R., A. Alarcón, M.R. Mendoza-López, W. Sangabriel, D. Trejo-Aguilar,
J.S. Cruz-Sánchez, C. López-Ortiz y J. Delgadillo-Martínez. 2007. Fitorremediación de
un suelo contaminado con combustóleo utilizando Phaseolus coccineus y fertilización
orgánica e inorgánica. Agrociencia, 41 (8), p. 817-826.
• Ferretti, A.R. y De Britez, M.R. 2006. Ecological restoration, carbon sequestration and
biodiversity conservation: the experience of the society for Wildlife Research and
Environmental education (SPVS) in the Atlantic Rain Forest of Southern Brazil. Journal
for Nature Conservation, 14(3-4), pp. 249-259.
• Frély, R. (2013). Plantas beneficiosas y descontaminantes: para la salud y el medio
ambiente. Barcelona: Obelisco.
• Frély, R. 2013. Plantas beneficiosas y descontaminantes: para salud y el medio ambiente.
Ediciones Obelisco. Barcelona, España. 229 p.
• Frick, C. M., Farrell E.R. y Germida J.J. 1999. Assessment of phytoremediation as an in
situ technique for cleaning oil-contaminated sites. Petroleum technology alliance of
Canada. Saskatoon, Canada.
• Galán, P.C. 2012. Contaminación Petrolera. Ambiente Ecológico, 30.
• Kamath, R., Rentz, A.J., Schnoor, L.J. y Alvarez, J.J.P. 2005. Phytoremediation of
hydrocarbon-contaminated soils: principles and applications. Department of Civil and
Environmental Engineering, Seamans Center, University of Iowa, Iowa City, Iowa,
U.S.A.
• Kulakow, P. 1998. Seed mix and plant density. En: Remediation Technologies Forum.
San Francisco, CA, EEUU. pp. 1-7.
• LESSER, I. J. M. 1995. Prospección de Contaminación de Acuíferos por Hidrocarburos.
Geólogos. 1(6):5-8P.
• Maldonado-Chávez E., Rivera-Cruz, M.C., Izquierdo-Reyes, F. y Palma-López, D J.
2010. Efectos de rizosfera, microorganismos y fertilización en la biorremediación y
fitorremediación de suelos con petróleos crudo nuevo e intemperizado. Universidad y
Ciencia, 26(2), pp. 121-136.
• MARTINEZ, E. y LOPEZ, F. 2001. Efecto de hidrocarburos en las propiedades físicas
y químicas del suelo arcilloso. Terra, 10: 9-17.
• McGrath, S.P., Lombi, E., Zhao, J.F. y Dunham, J.S. 2001. Phytoremediation of heavy
metal-Contaminated Soils: Natural Hyper accumulation versus Chemically Enhanced
Phytoextraction. Journal of Environmental Quality, 30 (6), pp. 1919-1926.
• Merkl, N., Schultze-Kraft, R. y Infante, C. 2004. Phytoremediation of
petroleumcontaminated soils in the tropics - Pre-selection of plant species from Eastern
Venezuela. Journal of Applied Botany and Food Quality, 78 (3), pp. 185-192.
• MORGAN Y WATKINSON. 1989. Bioremediación de suelos contaminados por
hidrocarburos. España. Madrid.
• Núñez L., R. A., Meas V., Y., Ortega B., R., & Olguín P., E. J (Julio, 2004)
Fitorremediación: fundamentos y aplicaciones 2004
• Olguín, J.E., Hernández, E.M. y Sánchez-Galván, G. 2007. Contaminación de manglares
por hidrocarburos y estrategias de biorremediación, fitorremediación y restauración.
Revista Interamericana de contaminación ambiental, 23 (3), pp. 139- 154.
• PADILLA, R. M. Y. 1989. Determinación de los Niveles de Hidrocarburos en
Sedimentos Recientes del Río Calzadas en la Región del Bajo Río Coatzacoalcos,
Veracruz. México. Tesis de Licenciatura. Facultad de Ciencias. Universidad Nacional
Autónoma de México.
• Par S.C. McCutcheon et J.L. Schnoor (2003). Dans Wiley-interscience, Inc., NJ, USA,
Phytoremediation - Transformation and control of contaminants. Pages 987
• Peña-Salamanca E. J., C. A. Madera-Parra, J.M. Sánchez, J. Medina-Vásquez:
Bioprospección de plantas nativas para su uso en procesos de biorremediación: caso
Helicona psittacorum (heliconiaceae). Rev. Acad. Colomb. Cienc. 37 (145): 469-481,
2013. ISSN 0370-3908.
• Pérez, V.J., García, G.E. y Esparza, F.G. 2002. Papel ecológico de la flora rizosférica en
fitorremediación. Avance y Perspectiva, 21, pp. 297-300.
• Rey Benayas, J.M., Newton, A.C., Díaz A. y Bullock M.J. 2009. Enhancement of
biodiversity and ecosystem services by ecological restoration: a meta-analysis. Science,
325, pp. 1121-1124.
• Salt, D.E., Smith, D.R. y Raskin, I. 1998. Phytoremediation. Annual Review of Plant
Physiology and Plant Molecular Biology, 49, pp. 643–668.
• SER. 2004. Society for Ecological Restoration International Science & Policy Working
Group. The SER International Primer on Ecological Restoration Society for Ecological
Restoration International, Tucson, Arizona. URL: http//www.ser.org. Accedido 15
junio 2013.
• SERMANAT, 2003. “NOM-138-SERMANAT/SS-2003. Límites Permisibles de
Hidrocarburos en Suelos y las Especificaciones para su Caracterización y Remediación.
Secretaria Medio Ambiente y Recursos Naturales. México.
• Sierra-Villagrana, R. 2006. Fitorremediación de un suelo contaminado con plomo por
actividad industrial. Tesis de Licenciatura, Universidad Autónoma Agraria Antonio
Narro.
