Introducción

Los metales pesados son metales de masa atómica elevada por lo general del quinto o sexto período de la tabla periódica. Los metales son notables por su amplia gama de usos, su dispersión, su tendencia a acumularse en algunos tejidos del cuerpo humano y su potencial de ser tóxicos aun a niveles de exposición relativamente bajos (^{Hu, 2002}).

Algunos metales como cobre y hierro son esenciales para la vida y juegan un papel importante en, por ejemplo, el funcionamiento de algunos sistemas enzimáticos. En cambio otros metales son xenobióticos, o sea, no tienen ningún uso en los procesos fisiológicos y, como en el caso del plomo y cadmio, pueden ser tóxicos en cantidades imperceptibles. Aun los metales esenciales para el cuerpo humano, tienen el potencial de volverse dañinos si la persona es expuesta a altos niveles (^{Frazar, 2000}; Alcorta et. al., 2010).

El “U.S. Agency for Toxic Substances and Disease Registry” (ATSDR) enumera todos los peligros y daños presentes en desechos tóxicos de acuerdo a la severidad de su toxicidad. Según esta lista, en primer, segundo, tercer y sexto lugar se encuentran los siguientes metales pesados: plomo, mercurio, arsénico y cadmio, respectivamente (García & Dorronsoro, 2005).

La exposición a metales puede ocurrir a través de diversas maneras. Pueden ser inhalados como polvo o humo (por ejemplo, partículas de óxido de plomo en la combustión de gasolina con plomo); otros pueden ser evaporados y por consiguiente inhalados (mercurio en la producción de lámparas fluorescentes). Los metales también pueden ser ingeridos involuntariamente a través de comida o bebida. La cantidad que puede ser absorbida por el tracto digestivo depende de la forma o configuración química, la edad y el estado de nutrición de la persona. La excreción ocurre por medio de los riñones y el tracto digestivo, pero los metales tienden a persistir en sitios de almacenaje como el hígado, huesos y riñones y pueden permanecer ahí durante años o décadas.

Por ejemplo, el plomo en el suelo tiende a concentrarse en vegetales con raíz como la cebolla y es absorbido en mayor cantidad en individuos cuyas dietas son deficientes en calcio, hierro o zinc. La exposición a plomo puede desarrollar problemas de salud como convulsiones, coma, fallo renal y hasta la muerte dependiendo de la dosis. Los niños y los fetos aparecen particularmente vulnerables a efectos neurotóxicos por causa del plomo. Estudios han demostrado que mujeres embarazadas que tienen plomo almacenado en sus huesos muestran un movimiento acelerado de éste al torrente sanguíneo y a la leche materna lo cual está asociado a nacimientos de bebés con bajo peso y decrecimiento en la razón de crecimiento y del desarrollo mental (^{Campos, 1987}).

Los metales pesados como el plomo y cadmio pueden alcanzar niveles de concentración que provocan efectos negativos en las propiedades físicas, químicas y biológicas del suelo como: reducción del contenido de materia orgánica, disminución de nutrimentos, variación del pH generando suelos ácidos, amplias fluctuaciones en la temperatura, efectos adversos en el número, diversidad y actividad en los microorganismos de la rizósfera, dificultan el crecimiento de una cubierta vegetal protectora favoreciendo la aridez, erosión del suelo, y la dispersión de los contaminantes hacia zonas y acuíferos adyacentes y como consecuencia aumenta la vulnerabilidad de la planta al ataque por insectos, plagas y enfermedades, afectando su desarrollo (^{Zhang et al., 2000}).

Actualmente existen estudios tendientes a resolver la contaminación originada por metales pesados en suelos, mediante estrategias basadas en el uso de plantas que tienen la propiedad de acumular metales pesados; proceso denominado “fitorremediación” que consiste en la remoción, transferencia, estabilización y/o degradación y neutralización de compuestos orgánicos, inorgánicos y radioactivos que resultan tóxicos en suelos y agua.

Esta novedosa tecnología tiene como objetivo degradar y/o asimilar, los metales pesados, presentes en el suelo, lo cual tiene muchas ventajas con respecto a los métodos convencionales de tratamientos de lugares contaminados; en primer lugar es una tecnología económica, de bajo costo, en segundo lugar posee un impacto regenerativo en lugares en donde se aplica y en tercer lugar su capacidad extractiva se mantiene debido al crecimiento vegetal (^{Harvey et al., 2002}).

La fitorremediación no es un remedio para todos los suelos contaminados, antes de que esta tecnología pueda volverse técnicamente eficiente y económicamente viable, hay algunas limitaciones que necesitan ser superadas como por ejemplo, sus mecanismos tanto moleculares, bioquímicos y fisiológicos los cuales son pocos conocidos e insuficientemente entendidos, sin embargo, a pesar de esto un gran número de plantas hiperacumuladoras todavía pueden descubrirse e identificarse (^{Prasad & Freitas, 2003}; ^{Álvarez, 2008}; ^{Apaclla & Peso, 2015}).

No encontrándose investigaciones en nuestro país utilizando el rabo de zorro Lolium multiflorum como planta fitorremediadora de metales pesados como el Plomo y Cadmio; y siendo estos metales pesados altamente tóxicos y por estar contaminando a la mayoría de suelos de nuestro país debido a la explotación minera, por lo cual es de particular interés la realización de estudios de detoxificación de suelos utilizando a esta especie, lo que nos permitiría utilizarlo en el futuro como organismo biorremediador.

Cuantificar la concentración de los metales pesados Plomo y Cadmio absorbidos por la raíz, tallo y hojas del rabo de zorro Lolium multiflorum a partir de suelos agrícolas contaminados por 300 mg/ kg de Plomo y 15 mg/kg de Cadmio a los 65, 95 y 125 días de crecimiento vegetativo.

Material y Métodos

Resultados

Los promedios obtenidos de los parámetros temperatura, humedad relativa y pH determinados al momento de la colección de la muestra de material de relave y muestra de suelo fueron los siguientes: a nivel de las relaveras, la temperatura fue de 23,8 °C, la humedad relativa fue de 60,0 % y el pH 6,4. Por su parte, en la zona de toma muestra de suelo se determinó una temperatura de 24,8°C, humedad relativa de 69,0 % y un pH 6,8.

El rabo de zorro Lolium multiflorum mostró diferentes comportamientos en relación con la absorción de plomo y cadmio para cada una de las concentraciones experimentales. Para el plomo, en el material de experimentación la concentración inicial de este metal fue de 200,000 mg/ kg. Luego al final de los 125 días la lectura del contenido máximo de plomo en el rabo de zorro fue de 32,951 mg/kg (16,47% de absorción) el cual se dio a los 95 días de experimentación y a nivel del órgano raíz. Mientras que la concentración mínima de este metal 1,545 mg/kg (0,77% de absorción) fue determinado a los 125 días de iniciado el experimento y en el órgano hoja.

En cambio para el caso del Cadmio, en el material de experimentación la concentración inicial de este metal fue de 15,000 mg/kg; encontrándose al final de los 125 días de experimentación que el contenido máximo de Cadmio en el rabo de zorro fue de 1,882 mg/kg (0,94 % de absorción) el cual se dio a los 125 días de experimentación y a nivel del órgano raíz. Mientras que la concentración mínima de este metal 0,340 mg/kg (0,17% de absorción) fue determinado a los 95 días de iniciado el experimento en el órgano hoja.

Discusión

La fitorremediación se fundamenta en la capacidad de algunas plantas para tolerar, absorber, acumular, metabolizar, volatilizar o estabilizar y degradar compuestos contaminantes, tanto orgánicos como inorgánicos. Esta tecnología se está aplicando en diversos países, con la finalidad de recuperar los suelos contaminados, ya que esta fitotecnología tiene muchas ventajas con respecto a los métodos fisicoquímicos (^{Garbisu et al., 2008}).

Medina & Montano (2014), sostienen que un sistema eficiente de fitorremediación requiere especies de plantas que satisfagan requisitos como la tolerancia a metales pesados y capacidad de acumulación (Absorción, detoxificación y secuestro). Además la planta ideal debería poseer la habilidad de sobrevivir a más de un metal en el medio de crecimiento, hecho que se ha comprobado en la experiencia con la especie Lolium multiflorum.

Asimismo, los resultados obtenidos en la presente investigación, guardan relación con los encontrados por ^{Cubillos (2011}) y Delgadillo et al. (2011), sobre todo, en lo que concierne a los mecanismos fisiológicos implicados en la recuperación de los suelos contaminados por metales pesados, más aún también en lo relacionado a la absorción específica de los metales pesados por las raíces de las plantas y su acumulación en tallos y hojas, como los casos del Pb y Cd.

Por otro lado, hoy en día en investigaciones sobre mitigación de impactos ambientales fundamentalmente en áreas mineras, se están utilizando diversidad de plantas denominadas biorremediadoras, especialmente de las identificadas como malezas dentro de las cuales destaca el llamado rabo de zorro Lolium multiflorum, y donde se toman como marcadores referenciales la biomasa de la planta, el número de hojas y la altura máxima de la planta como indicadores de toxicidad (Arienzo et al, 2004; ^{Pastor et al., 2003}).

El alto contenido fundamentalmente de Pb en los suelos de experimentación, produjo una clara toxicidad en esta especie (Anexo 3), donde se observa un escaso crecimiento de las plantas que sobrevivieron; co m p a r a t i v a m e n t e e sta especie creció de forma adecuada en el grupo control.

Gough & Erdman (1979), afirman, que entre las respuestas fisiológicas de los plantas frente a los efectos de los contaminantes como los metales pesados se relacionan con cambios en los procesos respiratorios, disminución de la concentración de ATP, alteraciones en la fijación del nitrógeno, acumulación de los elementos tóxicos y perjuicio en la reproducción; en razón de que parte de estos procesos ocasionan lentamente cambios ultraestructurales y modificaciones observables al microscopio de luz, como el porcentaje de muerte o de plasmólisis celular.

Lo afirmado por Gough & Erdman (1979) y relacionado con la presente investigación, se observa a nivel de la plasmólisis celular, esto probablemente debido al efecto drástico de la absorción de los metales pesados a nivel de raíz, tallo y hojas; lo que como lo sostiene ^{Prasad (2004}) tienen un efecto posterior sobre la absorción de los metales por el rabo de zorro Lolium multiflorum.

Los resultados descritos en las Tablas 2 y 3, permiten observar que los valores de Pb son los que demuestran mayor absorción por parte del rabo de zorro Lolium multiflorum seguido del metal pesado Cd; resultado que nos confirma que este tipo de malezas pueden ser utilizados como bioconcentradores y biorremediadores de ambientes terrestres contaminados por metales pesados, como lo sostienen Hawksworth & Rose (1976), ^{Duffus (1983}) y Simonson (1997).

Por otra parte, como es conocido, para calcular la capacidad hiperacumuladora de una planta como es el caso de Lolium multiflorum, se debe verificar, que tanto el factor de bioacumulación en la raíz como en la parte aérea, deben ser mayores a 1, por lo cual, se debe analizar éstas 2 partes de la planta. Asimismo, los factores de bioacumulación en la raíz (RAF), dieron valores mayores a 1, lo cual significa que la planta es acumuladora de Pb y por lo tanto el metal es translocado hacia la raíz. En el caso del Cd su valor en raíz es menor a 1 significando que la planta es exclusora y que por lo tanto las concentraciones de este metal se mantienen en el suelo, similares resultados fueron encontrados por ^{Riffo (2016}).

En cambio los factores de bioacumulación en la parte aérea (SAF) para concentraciones determinadas, dieron valores mayores a 1 en el caso del tallo, y en el caso de la hoja menores a 1 para Pb, salvo durante el crecimiento a los 125 días donde todos los valores fueron menores a 1, lo cual significa que la planta es bioacumuladora también para el órgano tallo, con la salvedad que se satura conforme avanza el tiempo de crecimiento del vegetal. Comparativamente en el caso del Cd, al ser en todos los casos los valores menores que 1, tanto el tallo como la hoja son exclusoras de acumulación de este metal, y por lo tanto las mayores concentraciones se mantienen en el suelo, acumulando así, una menor cantidad de metales en la parte aérea. Estos resultados guardan relación con los encontrados por Gutierrez-Gines et al. (2009).

Elquenoexistaunaltogradodeabsorción de Pb y Cd, a partir de las concentraciones de estos metales presentes en el material de suelo contaminado por relaves y de suelos, estaría relacionado con el hecho que en una serie de especies vegetales, a nivel celular sufren la plasmólisis de sus células y por lo tanto tienden a disminuir la absorción de estos metales cuando se supera el umbral de absorción; sin embargo la ventaja estaría relacionado con los cientos de miles de este tipo de malezas que harían este trabajo en forma natural o artificial (McCune & Goward, 1995).

En forma preliminar se ha podido encontrar una correlación entre la cantidad de Plomo y Cadmio absorbidos por Lolium multriflorum, respecto al que se encuentra en el material de suelo contaminado por material de relave; encontrándose estos por encima de los valores máximos permisibles (Pb= 5 mg/kg y Cd = 0,05 mg/kg). Sin embargo por ser una especie silvestre y encontrarse casi en todos los ambientes terrestres de acuerdo con sus condiciones microclimáticas, puede ser utilizada como bioconcentradora y biorremediadora.

Conclusiones

El valor promedio máximo de absorción de Plomo y Cadmio por el rabo de zorro Lolium multiflorum para la muestra de suelo contaminado por Pb y a nivel de ráiz fue de 16,47%, mientras que para el Cadmio este se presentó a los 95 días, con un porcentaje de 0,94 %.

Se pueden seleccionar especímenes de la maleza rabo de zorro Lolium multiflorum como organismo biorremediador de suelos contaminados por Pb, debido a su poder de bioconcentración de este metal a nivel de raíz.

La relación de concentración de los metales pesados Plomo y Cadmio en orden de importancia es: Pb > Cd.