Lago-Vila, Manoel*; Rodríguez-Seijo, Andrés; Arenas-Lago, Daniel; Andrade, M. Luisa; Vega, Flora A.
Departamento de BioloxíaVexetal e Ciencia do Solo. Edificio de Ciencias Experimentais, As Lagoas Marcosende s/n, Universi- dade de Vigo, Vigo 36310 (España) manolago@uvigo.es
Resumen
En una galería de tiro deportivo se seleccionaron las tres zonas que reciben las mayores cantidades de restos de munición. En cada una se tomaron tres muestras superficiales (0-20 cm) de suelos que fueron caracterizados exhaustivamente. Los objetivos fueron determinar los contenidos de elementos potencialmente peligrosos en ellos, evaluar su toxicidad y determinar la eficacia del aporte de nanopartículas de hidroxiapatito para reducirla. Se preparó una suspensión, a pH neutro, de Ca10(PO4)6(OH)2 de morfología acicular, cuya pureza y tamaño son
99% y 20 nm, respectivamente. Se añadió a cada uno de los suelos de modo que, una vez tratado, la relación nanopartículas/suelo fuese del 5% en peso.Con un control y cada uno de los suelos, tratados y sin tratar con las nanopartículas, se realizaron ensayos de toxicidad con un microbiotest (Phytotoxkit), determinando el índice de germinación deSinapis alba L., Lactuca sativa L. y Festuca ovina L. Los resultados obtenidos indican que la con- taminación de los suelos por Pb es muy fuerte, elevada por Cu y moderada por Zn. Se comprobó que el aporte de nanopartículasaumentó el índice de germinación de las especies utilizadas; indicando que este tratamiento- disminuye la toxicidad de los suelos.
Palabras clave: suelos, Pb, contaminación, toxicidad, hidroxiapatito-nanoparticulas. Abstract
Three areas that receive the highest amounts of bulletsresidues were selected in a small arms firing range. Three surface soil samples (0-20 cm) from each area were taken, which they were characterized thoroughly. The objec- tives were to determine the hazardous elements content in them, to evaluate their toxicity and to determine the effectiveness of hydroxyapatite nanoparticles addition in their decrease.A suspension at neutral pH, of Ca10(PO4)6(OH)2of acicular morphology (whose purity and size are 99% and 20 nm respectively) was prepared.
The suspension was added to each soil so that, once it was treated, the nanoparticles/soil ratio was 5% by weight.Toxicity tests were performed by means the Phytotoxkitwith each soil, treated and untreated with nanopar- ticles.Therefore the germination index of Sinapisalba L., Lactuca sativa L. y Festucaovina L. was determined. The results indicate that the soils are heavily polluted by Pb, highly by Cu, and moderately by Zn.It was found that the nanoparticles addition increases the germination index of species used; indicating that this treatment decreases soil toxicity.
120 Introducción
Las actividades de tiro son la segunda fuen- te de contaminación de Pb en el mundo y además muchas de las instalaciones donde se llevan a cabo están próximas a zonas urbanas y agrícolas causando graves ries- gos por este y otros elementos potencial- mente tóxicos (EPTs).
A pesar de que recientemente se han em- pezado a utilizar municiones sin plomo las formadas por este metal siguen siendo las más comunes [1]; dando lugar a que las concentraciones de Pb en los suelos de estas instalaciones puedan oscilar entre 800 y 80.000 mg kg-1.
Para evaluar los posibles riesgos ecológi- cos, los análisis químicos no son suficientes [4]ya que consideran la acción conjunta de las mezclas de distintos EPTs, por lo que los bioensayos con diferentes plantas son muy útiles porque permiten evaluar adecua- damente la toxicidad[2].
Para recuperar suelos contaminados es de gran interés el uso de materiales a escala nanométrica, porque su pequeño tamaño y gran área superficial por unidad de masa contribuyen a formar fases de unión con contaminantes orgánicos e inorgánicos [3]. Pueden secuestrar las fracciones lábiles de EPTs, en suelos contaminados, disminuir su disponibilidad y movilidad y por tanto inmo- vilizarlos[4].
Existen pocos estudios en los que se inves- tiga el papel de las nanopartículas de fosfa- to en la recuperación de suelos [5]. Otros autores [6]sintetizaron y ensayaron el uso de nanopartículas de fosfato para inmovili- zar Pb2+; habiendo observado disminución
de la capacidad de lixiviación y de la bioac- cesibidaden diversos suelos.
Diversos investigadores[7], indicaron que el parámetro idóneo para evaluar la toxicidad de suelos, sobre diferentes especies vege- tales, es el índice de germinación (GI), cal- culado a partir de los porcentajes de inhibi- ción de la germinación (IG %) y del de inhi- bición del crecimiento radicular (IR%). Por todo ello, los objetivos de este trabajo fueron determinar el contenido de EPTs en suelos de una galería de tiro, evaluar su toxicidad medianteMicroBioTests (Phytoto-
xkit) y determinar la eficacia del uso de na- nopartículas de hidroxiapatito (NHAPs) para reducirla.
Material y métodos
Se seleccionóuna galería de tiro (GT) (Mon- forte de Lemos, NO, España) (42º 32' 39" N, 7° 30' 47" O) en la que la composición de la munición utilizada es principalmente Pb (90- 95% en peso) que además puede contener cantidades variables de As, Ag, Bi, Cr, Cu, Ni, Sb, Sn y Zn. En ella se seleccionaron tres áreas de muestreo (Figura 1) corres- pondientes a las zonas superior e inferior de la berma de llegada y la situada a 2 m de distancia de la parte inferior de la berma. En cada una se tomaron tres muestras de sue- lo superficial (0-20 cm) que fueron caracteri- zados exhaustivamente: GTS1, GTS2 y GTS3.
Figura 1. Esquema de las zonas y puntos de muestreo
Se eligieronSinapis alba L., Lactuca sativa L. y Festuca ovina L., para llevar a cabo los experimentos de toxicidad.
El contenido total de los metales, aportados por los residuos de las actividades de tiro, se determinó por fluorescencia de rayos X con un espectrómetro SIEMENS SRS 3000. Se preparó una suspensión, a pH neutro, de Ca10(PO4)6(OH)2 de morfología acicular,
cuya pureza y tamaño son 99% y 20 nm, respectivamente y se añadió a cada suelo, de modo que la relación suelo/suspensión fuese de 1 g/10 ml y la relación nanopartícu- las/suelo, una vez tratados, del 5% en peso. La mezcla se agitó cuidadosamente y se mantuvo en recipientes cerrados durante 10 días, al cabo de los cuales se secó a 30ºC y
se homogeneizó,obteniendo así muestras homogéneas de cada mezcla (suelo + HANPs).
En placas de ensayo transparentes, que permitieron la observación directa, y medi- ciones de la longitud de las plántulas se realizaron ensayos con microbiotest (Phyto- toxkit). Además de cada uno de los suelos, tratados y sin tratar conHANPs, se utilizó un control compuesto por una mezcla de arena (85%), caolín (10%) y turba (5%), ajustado a pH 6±0,5.
Los índices de germinación (GI) se evalua- ron según: GI = (GsLs)/(GcLc)100, donde Gs y Ls son el % de germinación de las semillas y la elongación de las raíces (mm) en el suelo considerado y Gcy Lc los valores correspondientes al control. No se manifies- ta efecto tóxico si GI está dentro del rango 90-110 %; sin embargo si es < 90% indica inhibición, por tanto toxicidad, mientras que un valor >110% indica estimulación [2].
Resultados y discusión
Los resultados de los contenidos totales de ETPs se muestran en la Tabla 1.
Tabla 1. Contenido total de EPTs
GTS1 GTS2 GTS3
Pb 363,81±13,68c 5209,49±374,25b 10873,27±1733,80a
Cu 21,32±0,02c 160,43±18,17b 192,50±16,06a
Zn 48,12±3,18c 239,05±5,12b 343,09±7,59a
Media de 9 análisis: tres de cada una de las tres muestras de cada zona. En cada fila, valores seguidos por letras diferentes, difieren significativamente (p<0,05)
El contenido de Cu en los suelos de la berma supera los niveles genéricos de referencia (NGR) [8]y el de Zn, aunque relativamente alto en alguno de los suelos es inferior al NGR. El uso de balas reves- tidas de Cu contribuye a los contenidos de estos dos metales en los suelos. Los nive- les mayores de los tres metales se encon- traron en los suelos de la parte superior de la berma, donde impactan la mayor parte de los proyectiles disparados en esta galería por lo que los contenidos de Pb son muy altos en ellos (Tabla 1) debido a la gran cantidad de residuos de muni- ciones, fragmentados y deformados, que permanecen en el suelo.Superan los NGR para suelos urbanos y residenciales, de
instalaciones deportivasy las guías regio- nales de referencia (100 mg kg-1).
Los índices de contaminación (PI) indican (Tabla 2) elevada contaminación por Pb en todos los suelos. Además, los de la berma están también fuertemente conta- minados por Cu y moderadamente por Zn.
Tabla 2. Índices de contaminación.
Suelo Cu Pb Zn
GTS1 0,47±0,00b 6,61±0,25c 0,48±0,03c
GTS2 3,57±0,40a 94,72±6,80b 2,39±0,05b
GTS3 4,28±0,36a 197,70±31,52a 3,43±0,08a En cada columna, valores seguidos por letras dife- rentes difieren significativamente (p<0,05).
Los resultados obtenidos en la evaluación de la toxicidad se muestran en la Figura 2, en la que se aprecia, para cada suelo y especie, la influencia que sobre el índice de germinación tiene la adición de HANPs. El tratamiento disminuyó el efecto negativo sobre la germinación debido al contenido de metales en los diferentes suelos.
Figura 2. Índice de germinación. Para cada suelo y espe-
cie letras diferentes entre tratado y sin tratar indican dife- rencias significativas (p<0,05).
Todos los suelos sin tratar (Figura 2) inhiben la germinación de todas las especies estu- diadas y, en todos ellos, el tratamiento hizo disminuir la inhibición; llegando en GTS1 y GTS2 a manifestarse un efecto positivo en la germinación de F. ovina. De entre las especies estudiadas, ésta última es la de mayor índice de germinación en todos los suelos con y sin tratamiento y a la que me- nos afectó la toxicidad, lo cual es concor- dante con los resultados de diversos auto- res [9]que demostraron que F. ovinatolera
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altos niveles de Pb y Zn.Excepto en el suelo GTS1, L. sativa es la especie de menor índice de germinación, de lo que se deduce su menor tolerancia a estos niveles de ETPs. Sin embargo, en general, los GI de S.
alba son mayores, ya que es una especie
muy tolerante [10] a elevados contenidos de diversos EPTs y que tiene capacidad fito- rremediadora y/o fitoestabilizadora de meta- les, como el Pb, que es el de mayor conte- nido en estos suelos.
La disminución de la toxicidad de los suelos debida al tratamiento con HANPs se com- probó también mediante un análisis de co- rrelaciones (Tabla 3). En general, se ha establecido correlación negativa y altamente significativa entre los contenidos de Cu, Zn y Pb en los suelos sin tratamiento de la ga- lería de tiro, y los índices de germinación de todas las especies estudiadas.
Tabla 3. Correlación entre los índices de germinación en
los suelos tratados y sin tratar con HANPs y los conteni- dos totales de los metales estudiados
Galería de tiro
GI S. alba GI L. sativa GI F. ovina
NT T NT T NT T
Pb -.980** -.623* -.997** -.605* -.972** -.623*
Cu -.981** -.683* -.949** -.636* -.810** -.602*
Zn -.999** -.729* -.989** -.610* -.895** -.606*
NT: no tratados, T: tratados con HANPs. ** La correlación es significativa al nivel 0,01 (bilateral). * La correlación es significativa al nivel 0,05 (bilateral).
Para los suelos a los que se añadieron HANPs la correlación es menos negativa y significativa, lo cual indica el efecto del aporte en la disminución de la toxicidad de los suelos
.
Conclusiones
Los contenidos de EPTs indican severa contaminación por, Pb y Cu y moderada por Zn en los suelos estudiados.
Los ensayos con el microbiotestPhytoto- xkitfueron idóneos para comprobar que el aporte de NHAPs hace disminuir la toxici-
dad de los suelos.
Los resultados sugieren la formación de asociaciones, compuestos o agregados de metales pesados con las NHAPs que cau- san la disminución de su disponibilidad.
Agradecimientos
Estetrabajo fue financiado por el proyecto MICINCGL2013-45494-R (Ministerio de Economía y Competitividad, España).
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