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Fitorremediación

Algunos metales pesados, como el cobre y el zinc, se eliminan del suelo al ascender a través de las raíces de las plantas. Las tecnologías de fitorremediación utilizan plantas v...

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Algunos metales pesados, como el cobre y el zinc, se eliminan del suelo al ascender a través de las raíces de las plantas.

Las tecnologías de fitorremediación utilizan plantas vivas para limpiar suelos, aire y agua contaminados con contaminantes . [ 1 ] [ 2 ] El término es una amalgama del griego phyto (planta) y el latín remedium (restablecer el equilibrio). Es un tipo de biorremediación .

La fitorremediación se propone como una alternativa sostenible a los métodos de remediación convencionales, [ 3 ] aunque nunca se ha utilizado a gran escala. Otras formas de biorremediación, como las que emplean microorganismos , han tenido hasta ahora más éxito. [ 4 ]

Procesos

Mecanismos involucrados en la fitorremediación de hidrocarburos [ 5 ]

Los principales mecanismos de fitorremediación incluyen la fitoextracción, la fitoestabilización, la fitovolatilización y la fitofiltración. [ 6 ]

Fitoextracción

La fitoextracción (o fitoacumulación o fitosecuestro ) tiene como objetivo aprovechar la capacidad de algunas plantas para absorber ciertos contaminantes del suelo o del agua. En principio, las raíces absorben sustancias del suelo o del agua y las concentran en la biomasa vegetal, sobre el suelo. [ 7 ]

Los organismos que pueden absorber grandes cantidades de compuestos que contienen metales específicos se denominan hiperacumuladores . [ 8 ] [ 9 ] Dado que el arsénico (As) es un subproducto industrial tóxico, se ha propuesto que las plantas acumuladoras de As, por ejemplo, el freno chino , concentren y luego eliminen el As de los suelos contaminados. [ 10 ]

La fitoextracción también podría realizarse mediante plantas no hiperacumuladoras (por ejemplo, Populus y Salix ). Aunque absorben solo bajos niveles de contaminantes, debido a su alta tasa de crecimiento, dichas plantas podrían, en principio, eliminar una cantidad considerable de contaminantes del suelo. [ 11 ]

Las plantas hiperacumuladoras suelen ser metalófitas , es decir, hiperacumulan metales. Las metalófitas son la base de la fitominería , una tecnología propuesta para recolectar metales valiosos sin excavación. [ 12 ]

Uno de los desafíos de la fitorremediación es que los metales pesados ​​a menudo no son suficientemente móviles para ser absorbidos por las plantas, sean hiperacumuladoras o no. Este desafío impulsó la invención de la fitoextracción asistida, mediante la cual se agrega un quelante al suelo para aumentar la solubilidad o movilización de los metales, de modo que las plantas puedan absorberlos más fácilmente. Un quelante típico es el EDTA . [ 13 ] [ 14 ]

Fitoestabilización

La fitoestabilización reduce la movilidad de las sustancias en el suelo, por ejemplo, al limitar la lixiviación de sustancias del suelo . [ 15 ] Se centra en la estabilización y contención a largo plazo del contaminante. A diferencia de la fitoextracción, la fitoestabilización se centra principalmente en el secuestro de contaminantes en el suelo cerca de las raíces, pero no en los tejidos vegetales. Los contaminantes se vuelven menos biodisponibles. La estabilización da como resultado una reducción de la erosión, la escorrentía y la lixiviación, además de reducir la biodisponibilidad del contaminante. [ 9 ]

La fitoestabilización mediante una cubierta vegetal se ha utilizado para estabilizar y contener los residuos mineros . [ 16 ] Algunos mejoradores del suelo disminuyen la movilidad de las fuentes de radiación, mientras que en ciertas concentraciones los mismos mejoradores la aumentan . [ 17 ] [ 18 ] Las esteras de raíces de pastos de pradera son posiblemente eficaces para desmovilizar materiales de fuentes de radiación, especialmente con ciertas combinaciones de otras prácticas agrícolas. [ 17 ] [ 18 ] Los pastos específicos propuestos marcan una diferencia significativa. [ 17 ] [ 18 ]

Fitodegradación

Las raíces secretan enzimas que degradan (descomponen) los contaminantes orgánicos del suelo.

La fitodegradación (también llamada fitotransformación) es el uso de plantas para degradar contaminantes orgánicos. [ 19 ] Este proceso se ha propuesto para tratar herbicidas, tricloroetileno y metil tert -butil éter . [ 9 ]

La fitotransformación, estrechamente relacionada con la fitodegradación, se define como la modificación química de sustancias por las plantas, idealmente con efectos beneficiosos. [ 20 ] El término "hígado verde" se ha utilizado para describir la fitotransformación, [ 21 ] ya que se puede considerar que las plantas se comportan de forma análoga al hígado humano al tratar con estos compuestos xenobióticos (compuestos extraños/contaminantes). [ 22 ] [ 23 ]

La fitotransformación del trinitrotolueno ha sido ampliamente investigada y se ha propuesto una vía de transformación. [ 24 ]

Fitoestimulación

La fitoestimulación (o rizodegradación) es la mejora de la actividad microbiana del suelo para la degradación de contaminantes orgánicos, generalmente por organismos que se asocian con las raíces . [ 19 ] Este proceso ocurre dentro de la rizosfera , que es la capa de suelo que rodea las raíces. [ 19 ] Las plantas liberan carbohidratos y ácidos que estimulan la actividad de los microorganismos, lo que resulta en la biodegradación de los contaminantes orgánicos. [ 25 ] En el caso ideal, los microorganismos desintoxican los contaminantes. [ 19 ] [ 26 ]

La hojarasca y la materia orgánica de las plantas pueden estabilizar la biosversidad microbiana del suelo y minimizar la pérdida adicional de microorganismos debido a contaminantes. [ 27 ] La fitoestimulación se ha probado con petróleo, PCB y HAP. [ 9 ] La fitoestimulación también podría aplicarse a la degradación de atrazina por antocerota . [ 28 ]

Fitovolatilización

Los contaminantes se descomponen y los fragmentos se transforman y se volatilizan en la atmósfera.

La fitovolatilización es la eliminación de sustancias del suelo o del agua con su liberación al aire, como resultado de la fitotransformación en sustancias más volátiles y/o menos contaminantes. [ 19 ] Además, los contaminantes pueden volatilizarse desde la zona radicular. [ 29 ] Se ha presentado evidencia de que el selenio (Se) y el mercurio (Hg) pueden eliminarse del suelo mediante fitovolatilización. [ 15 ] El selenio se volatiliza como dimetil seleniuro y el mercurio como elemento. [ 14 ] Los álamos han sido promocionados para eliminar COV, aprovechando la alta tasa de transpiración de esta especie arbórea. [ 9 ]

Rizofiltración

La rizofiltración es un proceso que filtra el agua a través de una masa de raíces para eliminar sustancias tóxicas o el exceso de nutrientes . Los contaminantes permanecen absorbidos o adsorbidos en las raíces. [ 19 ] Este proceso se utiliza a menudo para limpiar aguas subterráneas contaminadas mediante la plantación directa en el sitio contaminado o extrayendo el agua contaminada y suministrándola a estas plantas en un lugar externo. [ 19 ] En ambos casos, normalmente las plantas se cultivan primero en un invernadero bajo condiciones precisas. [ 30 ]

Contención hidráulica biológica

La contención hidráulica biológica se produce cuando algunas plantas, como los álamos, extraen agua hacia arriba a través del suelo, hacia las raíces y hacia afuera a través de la planta, lo que disminuye el movimiento de contaminantes solubles hacia abajo, a mayor profundidad en el sitio y hacia el agua subterránea. [ 31 ]

Fitodesalinización

La fitodesalinización utiliza halófitas (plantas adaptadas a suelos salinos) para extraer sal del suelo y mejorar su fertilidad. [ 7 ]

El papel de la genética

Los programas de mejoramiento genético y la ingeniería genética son métodos eficaces para potenciar las capacidades naturales de fitorremediación o para introducir nuevas capacidades en las plantas. Los genes para la fitorremediación pueden originarse en un microorganismo o transferirse de una planta a otra variedad mejor adaptada a las condiciones ambientales del sitio de limpieza. Por ejemplo, se insertaron en el tabaco genes que codifican una nitroreductasa de una bacteria, lo que demostró una eliminación más rápida del TNT y una mayor resistencia a sus efectos tóxicos. [ 32 ] Los investigadores también han descubierto un mecanismo en las plantas que les permite crecer incluso cuando la concentración de contaminación en el suelo es letal para las plantas no tratadas. Algunos compuestos naturales biodegradables, como las poliaminas exógenas , permiten a las plantas tolerar concentraciones más altas de contaminantes y aumentar su absorción. [ 33 ]

Hiperacumuladores e interacciones bióticas

Se dice que una planta es hiperacumuladora si puede concentrar los contaminantes en un porcentaje mínimo que varía según el contaminante en cuestión (por ejemplo: más de 1000  mg/kg de peso seco para níquel , cobre , cobalto , cromo o plomo ; o más de 10 000  mg/kg para zinc o manganeso ). [ 34 ] Esta capacidad de acumulación se debe a la hipertolerancia o fitotolerancia : el resultado de la evolución adaptativa de las plantas a entornos hostiles a lo largo de muchas generaciones. La hiperacumulación de metales puede afectar a diversas interacciones, como la protección, las interferencias con plantas vecinas de diferentes especies, el mutualismo (incluidas las micorrizas , la dispersión de polen y semillas), el comensalismo y la formación de biopelículas . [ 35 ] [ 36 ] [ 37 ]

Las bacterias promotoras del crecimiento vegetal, o PGPB, son bacterias del suelo en la rizosfera que mejoran la productividad de las plantas al aumentar la biodisponibilidad de nutrientes, secretar metabolitos y hormonas que estimulan un mayor crecimiento vegetal y secretar antibióticos que previenen infecciones patógenas. [ 38 ] Se ha demostrado que las PGPB ayudan en gran medida a mejorar el transporte de contaminantes del suelo, como metales pesados, desde el suelo hasta las raíces de las plantas hiperacumuladoras mediante fitoestimulación. [ 39 ] Las PGPB aumentan la velocidad de transporte al mejorar los procesos metabólicos de las plantas y la producción de biomasa, y al producir agentes quelantes o solubilizantes que movilizan metales pesados, mejorando en general la eficiencia de la fitorremediación. [ 40 ]

Tablas de hiperacumuladores

Fitoanálisis

Como las plantas pueden translocar y acumular contaminantes específicos, pueden usarse como biosensores de contaminación subterránea, lo que permite a los investigadores delimitar plumas de contaminantes. [ 41 ] [ 42 ] Se han observado solventes clorados, como el tricloroetileno , en troncos de árboles en concentraciones relacionadas con las concentraciones en aguas subterráneas. [ 43 ] Para facilitar la implementación en campo del fitocribado, se han desarrollado métodos estándar para extraer una sección del tronco del árbol para su posterior análisis en laboratorio, a menudo utilizando un taladro de incremento . [ 44 ] El fitocribado podría conducir a investigaciones de sitios más optimizadas y menores costos de limpieza de sitios. [ 45 ] Este concepto es otro ejemplo de fitorremediación que no ha logrado una aplicación práctica.

Véase también

Referencias

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  • Revista Internacional de Fitorremediación : dedicada a la publicación de investigaciones actuales de laboratorio y de campo que describen el uso de sistemas vegetales para la remediación de entornos contaminados.
  • Utilizar plantas para limpiar los suelos — de la revista Agricultural Research
  • Instituto de Nueva Alquimia — cofundado por John Todd (biólogo canadiense)