Introducción

El aumento continuo de la población humana ocasiona día a día problemas al medio ambiente, con la presencia de sustancias diversas, entre los que se incluyen a la basura, pesticidas, aguas servidas, gases tóxicos y relaves mineros entre otros, los que vienen ocasionando alteraciones en la estructura y el funcionamiento de los ecosistemas. Así por ejemplo, las actividades mineras y metalúrgicas practicadas en la mayor parte de países de nuestro planeta han contaminado el suelo, el aire y el agua de una gran cantidad de regiones con diferentes elementos potencialmente tóxicos como plomo, mercurio, cadmio, arsénico y zinc. El diagnóstico más reciente es que muchos de estos elementos contaminantes se hallan almacenados en unos depósitos conocidos como relaveras (Villalobos et al., 2006; Padmavathiamma & Li, 2007; Chávez, 2009).

Con respecto a la contaminación del ambiente, ^{Cruzado & Alarcón (2010}), sostienen que la minería es una de las actividades más importantes por la generación de empleos, la participación activa en el incremento del Producto Bruto Interno y en el ingreso per cápita nacional; sin embargo, tiene un efecto negativo el cual es la generación de los llamados relaves mineros, los mismos que ocasionan diversos impactos ambientales, sociales y económicos. Asimismo, ^{Ederra (1997}), indica que los relaves mineros son desechos, subproductos de los procesos mineros que usualmente son una mezcla de tierra, minerales, agua y roca que contienen altas concentraciones de químicos, que al ser residuos provenientes de la actividad minera son por su composición, densidad y materiales peligrosos capaces de romper los equilibrios de los ecosistemas, afectar la salud pública, degradar cuerpos de agua y modificar paisajes naturales.

^{Ginocchio & León (2011}), afirman que muchos pasivos ambientales se generaron en el pasado, puesto que en la época de extracción de minerales, no existían leyes y normas ambientales vigentes que se encargaran de regularlos. Sin embargo, a pesar de ello, en la actualidad estos pasivos ambientales no son controlados de manera adecuada debido al propio desinterés por parte de organismos reguladores y debido a la falta de conocimiento, experiencia y manejo de tecnologías que hagan aprovechables dichos pasivos, los cuales se encuentran confinados en unos depósitos llamados relaveras. Es en ese sentido, que se produce la contaminación del medio físico, tal como: la contaminación del agua y del suelo. Asimismo, Chávez (2009) reporta que en los últimos años la puesta en operación de muchos proyectos mineros en el Perú y como es el caso de la Región La Libertad, ha generado que la contaminación de las aguas por relaves mineros se incrementen, porque los ríos, lagos, lagunas y el mar son los receptores finales de las evacuaciones residuales generalmente por metales pesados provocadas por el hombre.

^{Wilhm (1975}), inicialmente con el propósito de buscar una solución ante esta realidad, propuso la utilización de organismos vivos como el plancton como indicadores o bioindicadores de las características del agua en relación con la mayor o menor cantidad de materia orgánica; idea que se generalizo luego a la vegetación terrestre, a partir de la cual las plantas han sido usadas ampliamente como indicadoras de calidad del agua y suelo, en relación con la presencia de elementos químicos diversos; por lo que su evaluación requiere conocer las tolerancias ecológicas, los requerimientos de las especies y sus adaptaciones para resistir contaminantes agudos y crónicos a la vez; y donde para conocer sus particularidades es necesario realizar investigaciones que comprendan el estudio en campo y laboratorio para establecer los límites de tolerancia de una especie a una sustancia o a una mezcla de ellas mediante ensayos de toxicidad (Navarro et al., 2007).

Por tanto, dada la importancia de las especies vegetales como bioindicadores ambientales, ^{Azcón et al., (2000}) sostiene que su uso viene dando buenos resultados a ciertos casos de perturbaciones para evidenciar y monitorear los procesos de cambios de la biosfera. En este sentido las plantas indicadoras según ^{Ellemberg (1974}) pueden ser consideradas como indicadores de sostenibilidad; su estudio propuso plantas indicadoras de factores ecológicos basándose en el reconocimiento de la relación íntima entre el medio ambiente de un sitio y las especies y su composición florística que se encuentran en este; así, se han encontrado especies con capacidad de hiperacumular por ejemplo contaminantes como los metales pesados.

Asimismo, Muller et al., (1974), en relación con las plantas bioiindicadoras destacan el hecho que a partir de un censo de vegetación se puede obtener un diagnóstico cercano a la realidad al considerar el valor ecológico de cada una de las especies encontradas haciendo notar que una sola especie no puede considerarse como indicadora de las condiciones del medio.

También se reportan los estudios de ^{Lasat (2000}), ^{Falcón (2017}) y ^{Munive (2018}), quienes en sus investigaciones afirman que todas las plantas absorben metales pesados del suelo donde se encuentran, pero en distinto grado, dependiendo de la especie vegetal, de las características y contenido en metales del suelo; sin embargo, algunos metales no esenciales para los vegetales son absorbidos, trastocados y acumulados en la planta debido a que presentan un comportamiento electroquímico similar a los elementos nutritivos requeridos y a la vez se acumulan en las diferentes partes de la planta. Del mismo modo ^{Manzano (2013}), determinó que la característica de acumular elementos químicos como el plomo y cobre en la parte aérea (Tallos y Hojas) en mayor concentración que en la raíz, es característica de plantas que se usan con fines de indicar el estado ecológico en que se encuentra una determinada área, ya que en esta parte los síntomas de afectación son más fáciles de reconocer.

Sin embargo, son pocos los estudios realizados con plantas adaptadas a las zonas áridas y semiáridas en la fitoextracción de metales pesados; a pesar de que estas regiones de nuestro país comprenden aproximadamente 149857 km², es decir el 12 % de la superficie continental peruana. (MIDAGRI, 2015). En estas regiones existe un reservorio natural de plantas con un potencial poco estudiado. Por ello, el uso de plantas de las zonas áridas y semiáridas, podría ser de gran utilidad en la rehabilitación de suelos contaminados o de almacenamiento de relaves. Se ha demostrado también ampliamente que las micorrizas arbusculares ayudan a enfrentar el estrés e incrementan el crecimiento de las plantas en sitios fuertemente contaminados con metales pesados, por lo que son una herramienta biotecnológica potencial para la restauración de ecosistemas degradados (^{Gaur & Adholeya, 2004}; Hildebrandt et al., 2006).

En la región La Libertad, en cuanto a trabajos relacionados con la identificación de plantas que cumplen la función de bioindicadores de contaminación por relave de minería, destaca el realizado por ^{Roncal (2008}), quien identifico plantas indicadoras de contaminación por plomo y cobre en las pozas de tratamiento utilizadas hasta la década de 1990 por la compañía Minera Mache S.A. en el distrito de Samne (Otuzco), donde determino que la especies N. solanifolia “Tabaco” , P. australis “Carricillo”, A. pungens ”Hierba blanca” L. nodiflora “turre”, G. sagittatum “caña brava”, B. salicifolia “chilco”, y C .virgata “grama” presentan una tendencia a ser resistentes y acumular tanto plomo como cobre presentes en el relave.

Dada la importancia y el rol que cumplen algunas especies vegetales como indicadoras de la calidad de los suelos, la presente investigación se orienta a identificar a las plantas que cumplen la función de bioindicadores de contaminación por metales pesados presentes en las relaveras de Samne, sector Cushmun y Área adyacente a la relavera de la Compañía Minera Otuzco; proyectándose a que en un futuro cercano puedan ser utilizadas como plantas fitorremediadoras de metales pesados.

En el Perú no se cuenta con reportes científicos completos al respecto, en consecuencia este trabajo contribuye en la provisión de información científica actual, debido a que nuestro país es eminentemente minero y nuestra geografía incluye regiones altoandinas con gran cantidad de depósitos de relaves, los que representan áreas de alto nivel potencial de perturbación ambiental futura.

Materiales y métodos

Localización del área de investigación

La presente investigación se realizó en la relavera de la quebrada Cushmun del sector Samne con coordenadas geográficas 7°59'48.64" y 78°41'19.10" longitud oeste; así como en el área circundante a la relavera de la planta procesadora de Minerales Virgen de la Puerta, Samne, con coordenadas 7°59'30.13" '' latitud sur y 78°41'1.44" ' longitud oeste (Figuras 1 y 2); con alto contenido de metales pesados y en donde crecen una serie de plantas vasculares tolerantes a los mismos (Figuras 3 y 4).

Fig. 1 Plano de ubicación del depósito de relaves de quebrada Cushmun y área circundante planta procesadora de minerales Virgen de la Puerta, provincia Otuzco, región La Libertad, Perú. 

Fig. 2 Ubicación geográfica de las relaveras de la quebrada Cushmun y de la planta procesadora de Minerales Virgen de la Puerta, sector Samne, provincia Otuzco, región La Libertad, Perú (modificado de Google Earth, 2021). 

Fig. 3 Una vista del depósito de relaves de quebrada Cushmun del sector Samne, la Libertad- Perú, donde cientos de miles de toneladas de relave con alto contenido de metales pesados se encuentran casi en contacto con las aguas del rio Moche. 

Fig. 4 Depósito de relaves de quebrada Cushmun, sector Samne, la Libertad-Perú, donde se observa el crecimiento de una serie de plantas vasculares tolerantes a altos contenidos de metales pesados. 

Metodología para el estudio de la Flora:

La prospección de la flora se realizó durante la antesis (floración) y fructificación en dos áreas de depósito de relaves mineros en el distrito de Samne, prov. Otuzco, región La Libertad, Perú (Sectores Cushmun y Planta Procesadora de Minerales Virgen de la Puerta). El muestreo de cada taxón vegetal se efectuó en forma no probabilística en cada depósito de relaves. El proceso de colección y herborización se realizó siguiendo la metodología y técnicas convencionales (^{Rodríguez & Rojas, 2006}). La determinación taxonómica se ejecutó en el Herbarium Truxillense (HUT) de la Universidad Nacional de Trujillo (Figura 5), con ayuda de bibliografía especializada referida a descripciones de los géneros y especies, claves taxonómicas dicotómicas basadas en los caracteres exomorfológicos y de hábito o forma de vida (^{Sagástegui & Leiva, 1993}; Rodríguez et al., 2017), y por comparación morfológica con los ejemplares existentes en el mismo herbario. La clasificación taxonómica seguida es la de ^{Chase & Raveal (2009}) y la actualización a nivel de familias de las angiospermas es según Angiosperm Phylogeny Group (APG IV, 2016). Además, se tomaron muestras de material de relave a una profundidad de 30 cm de los dos depósitos de relaves motivo de estudio; y luego con la correspondiente cadena de custodia fueron enviadas a Laboratorios AGQ - Lima, para la determinación análitica de 26 elementos químicos mediante ICP de Masas.

Fig. 5 Colecta de plantas de los depósitos de relaves de quebrada Cushmun, sector Samne, la Libertad-Perú, para luego ser trasladados al Herbarium Truxillense (HUT) para su identificación taxonómica 

Resultados

Los resultados contenidos en las Tablas 1 y 2, nos permiten identificar a 52 especies de plantas que se desarrollan normalmente en el material de relave de la relavera de la quebrada Cusmun (Samne) y área circundante a la Planta procesadora de Minerales Virgen de la Puerta (Samne).

En el caso de la Quebrada Cushmun (Tabla 1), se presentó taxonómicamente una Clase (Equisetopsida), nueve Ordenes con una mayor representación del orden Poales y Caryphyllales; así como 11 Familias donde la Familia Poaceae es la que más destaca. Se observa también que en total se inventariaron 25 especies.

Comparativamente, en el área circundante a la planta procesadora de minerales Virgen de la Puerta (Tabla 2), se inventarió taxonómicamente también una sola Clase (Equisetopsida); 11 Ordenes con una mayor representación del orden Solanales y Asterales; así como de 13 Familias donde la Familia Asteraceae es la que más destaca.Se observa también que en total se inventariaron 27 especies.

Respecto a los análisis de metales presentes en las áreas de Quebrada Cushmun y área circundante a planta procesadora de minerales Virgen de la Puerta se observan en la Tabla 3. De los 26 elementos determinados, los que se encuentran por encima de los límites máximos permisibles para suelos son 13, especialmente en los depósitos de relaves de la quebrada Cushmun; mientras que en el caso del área circundante de la compañía minera Vírgen de la Puerta en forma comparativa, sus valores están por debajo de los límites máximos permisibles.

Discusión

^{Millones (1995}), sostiene que en condiciones naturales muchos vegetales se desarrollan en ambientes afectados por una diversidad de contaminantes como es el caso de los metales pesados, los que comúnmente se encuentran almacenados en los llamados depósitos de relaves. Sin embargo, existen algunos vegetales que tienen la particularidad de tolerar y por tanto desarrollarse satisfactoriamente en este tipo de ambientes, lo cual tiene relación con aspectos fisiológicos y bioquímicos de sus células y tejidos (López & López, 1990; ^{Salinas, 1993}).

De acuerdo a ^{Huaranga et al. (2012}), los depósitos de relaves son fuentes potenciales de perturbación ambiental sobre suelos, aguas y aire. El impacto que generan de acuerdo a su volumen de almacenamiento, concentración metálica y a la naturaleza química del mineral explotado; o bien es un polimetálico como en el caso de las relaveras de Samne, o depósito de relaves auríferos caso Cajamarca; hecho que es corroborado por Ginnochio y León (2011) para la minería de Chile y ^{Ayamamani (2019}) para el área de la Rinconada y Ananea en la región Puno (Perú).

En estos ambientes generados por el hombre con altos niveles de contaminación principalmente por metales pesados como se observa en la Tabla 3, hoy se desarrollan una serie de vegetales adaptados desde su germinación, estado juvenil, floración y fructificación como los reportados en la Tabla 1, lo que demuestra su alta respuesta a estas condiciones ecológicas de supervivencia en situaciones adversas, permitiendo ser catalogadas como plantas bioindicadoras de contaminación por elementos químicos.

Desde la antigüedad se conocía que todas las plantas absorben metales del suelo donde se encuentran pero en distinto grado, dependiendo de la especie vegetal y de las características y contenido en metales del suelo. Baker (1981); Barceló et al., (2003), sostienen que las plantas pueden adoptar distintas estrategias frente a la presencia de metales en su entorno. Unas basan su resistencia a los metales con la estrategia de una eficiente exclusión del metal, restringiendo su transporte a la parte aérea; mientras que otras acumulan el metal en la parte aérea en una forma no tóxica para la planta. La exclusión es más característica de especies sensibles y tolerantes a los metales, y la acumulación es más común de especies que aparecen siempre en suelos contaminados.

Por otro lado, para este tipo de investigaciones las plantas vasculares han sido recomendadas por la Agencia de Protección Ambiental (EPA) y por la Administración de Drogas y Alimentos (FDA), debido a su buena sensibilidad, en comparación con semillas de otras especies de plantas terrestres (^{Wang, 1991}). Esta sensibilidad a los metales pesados varía considerablemente a través de reinos, clases, órdenes y familias (^{Rosa et al., 1999}). Las diferentes respuestas de las plantas vasculares a metales pesados pueden ser atribuidas también a factores genéticos y fisiológicos (^{Calow, 1993}).

Este desarrollo casi natural de estas plantas, está asociada a que el ingreso de los contaminantes al vegetal se produce por diferencias de presión como lo sostiene ^{Chaney (2000}), o como lo afirma ^{Reigosa (2003}) donde el contaminante ingresa vía raíz y por circulación alcanza el tallo y hojas; a lo que se suma la capacidad de tolerar y acumular altas cantidades de metales pesados, hecho que representaría una alternativa de solución ecológica de tratamiento de estos materiales de relaves a bajo costo.

Sobre el particular, ^{Reigosa (2003}), refiere que en la estructura química de la raíz de estas plantas tolerantes contienen el aminoácido histidina el cual tiene la propiedad de ligarse por ejemplo al plomo y cobre, facilitando de esta manera el transporte y acumulación de estos elementos químicos en la parte aérea de la planta.

Asimismo, ^{Ramírez (1999}) para evaluar la respuestas de las plantas a los estímulos externos para evaluar su condición ecológica con respecto a los contaminantes químicos como los metales pesados, propone una primera escala como la condición euritípica que describe a plantas muy resistentes o resistentes a altas concentraciones de estos contaminantes y por tanto viven vigorosamente sin mostrar síntomas de ser afectados; en cambio en la segunda escala se encuentran las plantas estenotípicas tolerantes que son aquellas que viven en suelos con bajas concentraciones de contaminantes.

^{Roncal (2008}), en su investigación sobre identificación de bioindicadores vegetales en las pozas de relaves de Samne, encuentra siete especies de vegetales presentes en estos ambientes; en cambio en la presente investigación en el mismo ambiente se ha encontrado 25 especies, mientras que en el área adyacente a la compañía procesadora de minerales Virgen de la Puerta de Samne, un área de incipiente niveles de contaminación se encontraron 27 especies de vegetales

En forma particular, ^{Calow (1993}) señala la potencialidad del uso de una serie de especies vegetales representantes de cuatro familias: Liliaceae, Chenopodiaceae, Poaceae y Brassicaceae para evaluar la toxicidad y el riesgo de sustancias químicas peligrosas en el ambiente; mientras que en la presente investigación se han encontrado 10 familias y 43 potenciales. Sin embargo, el efecto de metales pesados sobre plantas vasculares no se conoce bien (^{Lerda, 1992}; ^{Barone et al., 1997}; ^{Rosa et al., 1999}).

Conclusiones

En el área circundante a la compañía minera Virgen de la Puerta la diversidad de taxas fue mayor, posiblemente debido a la contaminación incipiente.

En el depósito de relaves de quebrada Cushmun los taxas determinados de plantas, indican su alta tolerancia a contaminantes químicos como los metales pesados.

De los 26 elementos químicos analizados en el material de relave de quebrada Cushmun, 13 se encuentran por encima de los límites permisibles para suelos de acuerdo a la normatividad vigente, destacando el hierro (54825 mg/kg), aluminio (3582 mg/kg), plomo (3416 mg/kg) y arsenico (1874 mg/kg).

Se recomienda implementar programas de remediación de suelos, mediante biorremediación, fitorremediación, bioadsorción y otros métodos para minimizar el contenido de metales pesados en el material de relave.