La Biorremediación en la recuperación de área agrícolas (2 créditos) Febrero 2008.

1. RED TEMATICA FITOREM CURSO DE POSTGRADO UNAH/UFRRJ/UFF La Biorremediación en la recuperación de área agrícolas (2 créditos) Febrero 2008.

2. CONTAMINACIÓN de áreas agrícolas. Métodos de recuperación. Dr. Ramiro Valdés Carmenate Dra. María I. Balbín Arias

3. INTRODUCCIÓN • Sociedad Humana se relaciona con: Tierra, Animales, Bosques. • El trabajo del hombre modifica los elementos naturales provocando que la naturaleza constituya un recurso. • La naturaleza no siempre responde de inmediato a las tecnologías. • La riqueza natural está severamente transformada y deteriorada como consecuencia de los procesos productivos. • Se crea gradualmente una conciencia social que establece legislaciones para reducir y controlar las contaminaciones que destruyan el medio ambiente.

4. CONTAMINACIÓN Carga Contaminante: el producto de la concentración del tóxico, multiplicada por el caudal de la descarga. Riesgo: es una expresión de las pérdidas e implicaciones potenciales que una actividad antrópica consciente (Evento), puede ocasionarle a un recurso (Elemento Expuesto)

5. CONTAMINACIÓN Contaminante: una sustancia ajena a un sistema, que como consecuencia de una actividad humana, ingresa a él y que por su naturaleza y/o concentración, ejerce directa o indirectamente un efecto adverso sobre los seres vivos que dependen de dicho sistema. En síntesis: La contaminación es un fenómeno antrópico cuyas consecuencias potenciales (Riesgo) dependen tanto de la vulnerabilidad del recurso, (Naturaleza del Elemento Expuesto) como de la concentración y/o toxicidad de una sustancia en particular (Naturaleza del Evento).

6. CONTAMINACIÓN Esencia del Desarrollo Sostenible Mantener el crecimiento de la sociedad dentro de los límites del equilibrio que garanticen la supervivencia de todas las especies.

7. CONTAMINANTES DEL AGUA • Agua contaminada: Cualquier impedimento de la calidad del agua que afecte más razonable a: • el agua para usos benéficos. • las instalaciones que sirvan para dichos usos benéficos. Indicios de que el agua está contaminada: El sabor, el olor, el aspecto del agua, la presencia de contaminantes peligrosos se revela sólo por medio de pruebas químicas precisas.

8. CONTAMINANTES DEL AGUA Contaminantes tóxicos prioritarios en agua metales éteres plaguicidas bifenilos clorados compuestos inorgánicos compuestos alifáticos halogenados fenoles nitrosaminas ésteres del ácido ftálico compuestos aromáticos monocíclicos y policíclicos

9. CONTAMINANTES DE LOS SUELOS Suelo contaminado Porción delimitada de terreno (superficial o subterráneo) cuyas cualidades originales han sido modificadas por la acción humana. • Requerimientos óptimos para caracterizar la carga contaminante al subsuelo • La clase de contaminante involucrado • La intensidad de la contaminación. • El modo de disposición del contaminante al subsuelo. • El tiempo de aplicación de la carga contaminante.

10. CONTAMINANTES DE LOS SUELOS Clasificación de agentes contaminantes • Contaminación física: Con variaciones en parámetros como temperatura y radiactividad. • II. Contaminación biológica: Al incluir putrefacción de especies o cepos patógenos. • III. Contaminación química: Por la adición de elementos o compuestos en concentraciones que alteran la composición originaria del suelo.

11. CONTAMINANTES DE LOS SUELOS • Grupos más característicos y peligrosos de contaminantes químicos • Metales pesados • Contaminantes inorgánicos • Contaminantes orgánicos • Los residuos

12. CONTAMINANTES DE LOS SUELOS Clasificación de la contaminación • Superficial • Subterránea • Vertido alevoso • Vertido no alevoso • Contaminación difusa Efectos inducidos por un suelo contaminado • Degradación paisajística • Pérdida de valor del suelo

13. CONTAMINANTES DE LOS SUELOS Control de la contaminación de suelos No recuperación Contención o aislamiento de la contaminación:  Aislamiento, Reducción de las volatilizaciones, Control de lixiviados. Recuperación Tratamiento IN SITU, Tratamiento EX SITU

14. TÉCNICAS PARA EL ESTUDIO DE LA CONTAMINACIÓN Bioindicadores Las plantas superiores, altamente sensibles a un particular contaminante, pueden ser utilizadas como bioindicadores. Técnica de Biorremediación Técnica de Fitorremediación Técnicas Biotecnológicas El desarrollo futuro de las técnicas de recuperación biológica de espacios contaminados, requiere la adecuada integración de microbiología molecular e ingeniería de sistemas.

15. TÉCNICAS PARA EL ESTUDIO DE LA CONTAMINACIÓN Técnica de los Bioensayos Los bioensayos fueron considerados como una técnica especialmente apropiada para evaluar la toxicidad de un conjunto elevado de sustancias que potencialmente podrían afectar al agua de la zona, vinculadas a contaminantes de origen agrícola o industrial.

16. TÉCNICAS PARA EL ESTUDIO DE LA CONTAMINACIÓN • La recuperación de un espacio contaminado puede abordarse mediante diferentes estrategias: • Confinamiento • Limpieza • Estrategia de respuesta

17. IMPACTO AMBIENTAL RESTAURACIÓN ECOLÓGICA Algunos autores la dividen en: • Restauración. • Rehabilitación. • Reacondicionamiento. • Recuperación ecológica. • Bioremediación. Diferentes procesos para recuperar ambientes degradados con metales pesados (por ejemplo el suelo) • Remoción del suelo y resguardo en un sitio. • Lavado del suelo. • Métodos electrocinéticos. • Bioremediación . • Fitoremediación.

18. Remediación Aplicación de técnicas a corto y mediano plazo para sanear zonas contaminadas por sustancias tóxicas (metales pesados, hidrocarburos poliaromáticos (HPA) aislándolas hasta lograr la dilución, fragmentación o reconversión de los contaminantes en sustancias inocuas; o transformarlas en sustancias con menor toxicidad, utilizando microorganismos u otras sustancias químicas. Posteriormente, unas vez saneadas esas zonas, pasen a ser de protección y hasta de recreación. BIOREMEDIACIÓN Utilización de organismos vivos o sus enzimas para remover, neutralizar o descomponer compuestos orgánicos o inorgánicos, que pueden ser dañinos para la biota de ecosistemas acuáticos o terrestres. Puede emplearse in situ o transportar el suelo hacia un sitio donde se hace el tratamiento. Pueden también emplearse medios biotecnológicos. Se basa en la capacidad del microorganismo para bioacumular el metal, oxidarlo o reducirlo, o transformarlo a formas orgánicas.

19. FITOREMEDIACIÓN Representa el uso de pastos, hierbas o arbustos, carrizos, lirios, lechuga de agua, para que a través de sus sistemas de raíces extraigan las sustancias tóxicas y luego este material vegetativo se concentre en sitios de deposición segura, se incineren, o se utilicen en otros procesos de transformación química para la recuperación de metales pesados. Ventajas • Técnica económica. • Conservación del suelo superficial. • Previene la migración y lixiviación de compuestos tóxicos por el movimiento de agua en el suelo. • Tecnología en proceso de desarrollo.

20. a) Reducción de filtración de MP. b) Reducción de biodisponibilidad de MP a receptores humanos y ecológicos. c) Rehabilitación de la vegetación. REMEDIACIÓN IN SITU SUELOS CON MP

21. Movimiento de los MP desde la solución del suelo a la raíz de la planta. Paso de los MP por las membranas de las células corticales de la raíz. Transporte de los MP desde las células corticales al xilema, para su transporte hacia la parte aérea. Movilización de los MP desde las hojas hacia tejidos de almacenamiento (semillas, tubérculos, frutos) por el floema. ABSORCIÓN Y ACUMULACIÓN DE MP POR PLANTAS

22. MECANISMO DE ABSORCIÓN Modelo Transporte ligante selectivo (membrana-raíz) Morrison, 1980. Considera ligante selector (S) y ligante transporte (T). Complejo ligante-selector (S) se une ion acuoniquel (II) y forma complejo Ni-selector (SNi) (cara externa membrana radical) que se mueve a través de la membrana. Formación complejo ternario con ligante transportador (SNiT). Y TRANSPORTE PARA EL NIQUEL

23. MECANISMO DE ABSORCIÓN Y TRANSPORTE PARA EL NIQUEL • Rompimiento del SNiT con liberación de S (dentro del xilema). • Complejo NiT atraviesa plasmalema, citoplasma, tonoplasto y entran en vacuola (a través del xilema). • Complejo Ni-T se une al ligante aceptor terminal (A) produciendo el complejo Ni-A y se libera T (vacuola). • Ligante T regresa al sistema radical.

24. Los MP son tóxicos para la microbiota (las bacterias son las menos resistentes). Aparición en la rizosfera de los m.o.: 5x10(6) UCF bacterias; 9x10(5) UCF actinomicetos; 2x10(3) UCF hongos por gramo suelo seco. Los microorganismos detoxifican los MP por: - Transformación del número de oxidación. Precipitación química extracelular. Volatilización. ACCIÓN DE LOS MICROORGANISMOS

25. MOVILIZACIÓN METALES PESADOS: BIOLIXIVIACIÓN (solubilización del MP en fase acuosa). (ejemplos: Thiobacillus ferroxidans, T. thiooxidans). INMOVILIZACIÓN DE METALES PESADOS. Microorganismos resistentes (mecanismo detoxificación codificado genéticamente). Microorganismos tolerantes (son indiferentes a la presencia o no de MP). En ambos casos se produce la extracción del metal pesado. BIOTRANSFORMACIÓN (cambio químico en el metal pesado, por ejemplo, en el número de oxidación, metilación). INTERACCIÓN MICROORGANISMOS-MP (Vullo, 2003)

26. CONCLUSIONES • En el análisis de un ecosistema, es importante evaluar la acumulación potencial de MP en el tejido vegetal. • En la rehabilitación de suelos contaminados, es importante la cuantificación de la biodisponibilidad.

27. CONCLUSIONES • En el análisis de un ecosistema, es importante evaluar la acumulación potencial de MP en el tejido vegetal. • En la rehabilitación de suelos contaminados, es importante la cuantificación de la biodisponibilidad.

28. CONCLUSIONES • El análisis de la microbiota (rizosfera y tejido vegetal) asociada a las plantas hiperacumuladoras es muy importante en la rehabilitación de áreas agrícolas contaminadas. • Es imprescindible el estudio de los mecanismos de absorción y acumulación de MP, a la hora de evaluar la estrategia de fitorremediación que se utilizaría en los estudios de impacto ambiental.

29. CONCLUSIONES • El análisis de la microbiota (rizosfera y tejido vegetal) asociada a las plantas hiperacumuladoras es muy importante en la rehabilitación de áreas agrícolas contaminadas. • Es imprescindible el estudio de los mecanismos de absorción y acumulación de MP, a la hora de evaluar la estrategia de fitorremediación que se utilizaría en los estudios de impacto ambiental.