POTENCIAL DE UNA ESPECIE DE SAUCE (Salix spp.) PARA ...

MIC 2008 ‐I‐ 16

POTENCIAL DE UNA ESPECIE DE SAUCE (Salix spp.) PARA FITORREMEDIACION DE METALES TÓXICOS EN LIXIVIADOS.

JUAN PABLO GONZALEZ GALVIS

UNIVERSIDAD DE LOS ANDES

FACULTAD DE INGENIERIA

DEPARTAMENTO DE INGENIERIA CIVIL Y AMBIENTAL

BOGOTA D.C.

2008

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MIC 2008 ‐I‐ 16

POTENCIAL DE UNA ESPECIE DE SAUCE (Salix spp.) PARA FITORREMEDIACION DE METALES TÓXICOS EN LIXIVIADOS.

JUAN PABLO GONZALEZ GALVIS

Proyecto de Grado para optar al título de

Magister en Ingeniería Civil

Área de Ingeniería y Gestión Ambiental

Director

Manuel Salvador Rodríguez Susa PhD.

UNIVERSIDAD DE LOS ANDES

FACULTAD DE INGENIERIA

DEPARTAMENTO DE INGENIERIA CIVIL Y AMBIENTAL

BOGOTA D.C.

2008

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AGRADECIMIENTOS

A Ingeniero Manuel Rodríguez Susa, PhD en Ingeniería y Asesor del proyecto por su

respaldo científico y humano al desarrollo del proyecto.

A Silvia Restrepo Bióloga y PhD Jurado de esta investigación por sus amables

observaciones en procura de mejorar la calidad de los resultados obtenidos.

A Ingeniero Jaime Plazas Msc. Jurado de esta investigación.

Al Centro de Investigaciones en Ingeniería Ambiental CIIA de la universidad de los

Andes, por suministrarnos todo su apoyo técnico y humano para la obtención de los

resultados empleados en esta investigación.

A SERVITUNJA S.A E.S.P por haberme permitido utilizar las instalaciones del

relleno sanitario en el montaje experimental y brindarme su apoyo técnico y humano

en los trabajos de campo.

A Ingeniero Carlos Adrian Lopera Agudelo estudiante de la Maestría en Biología

Molecular por su colaboración en los análisis de laboratorio en la parte de micorrizas.

A mis padres y hermanos quienes siempre me han apoyado incondicionalmente para

seguir adelante con mis metas profesionales.

A Dios por permitirme vencer los obstáculos y dificultades que se presentan en la

vida para poder culminar con éxito esta meta.

A todas las personas que de alguna u otra forma estuvieron allí discretamente pero no

menos importante dándome su cariño y apoyo moral a lo largo de la Maestría.

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CONTENIDO

RESUMEN ____________________________________________________ 11

INTRODUCCIÓN _______________________________________________ 12

1. OBJETIVOS _________________________________________________ 14

1.1 OBJETIVO GENERAL _______________________________________ 14

1.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS ___________________________________ 14

2. MARCO TEORICO ___________________________________________ 15

2.1 LIXIVIADOS _______________________________________________ 15

2.1.1 Características de los lixiviados ________________________________ 15

2.1.2 Clasificación de lixiviados según el tipo de residuo ________________ 18

2.1.2.1 Provenientes de los Residuos Domésticos ______________________ 18

2.1.3 Clasificación de los lixiviados según su edad _____________________ 20

2.1.3.1 Lixiviado Joven __________________________________________ 20

2.1.3.2 Lixiviados Intermedios _____________________________________ 20

2.1.3.3 Lixiviados Estabilizados o Lixiviados Viejos ___________________ 20

2.2 FITORREMEDIACIÓN ______________________________________ 21

2.2.1 Fitoextracción _____________________________________________ 21

2.2.2 Rizofiltración _____________________________________________ 22

2.2.5 Fitovolatilización __________________________________________ 22

2.2.4 Rizodegradación ___________________________________________ 23

4

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2.2.5 Fitodegradación ____________________________________________ 23

2.2.6 Fitovolatilización ___________________________________________ 24

2.3 SELECCIÓN DE SISTEMAS DE FITORREMEDIACIÓN Y

CONSIDERACIONES DE DISEÑO

24

2.3.1 Definición del problema _____________________________________ 24

2.3.2 Evaluación del sitio para el uso de la fitorremediación _____________ 25

2.3.3 Conducta preliminar, estudios y toma de decisiones _______________ 25

2.3.4 Evaluar completamente la escala del sistema de fitorremediación _____ 25

2.3.5 Logro de Objetivos _________________________________________ 26

2.4 SELECCIÓN DE PLANTAS PARA FITORREMEDIACIÓN ________ 26

2.5 FITORREMEDIACIÓN DE LIXIVIADOS _______________________ 26

3. MATERIALES Y METODOS __________________________________ 29

3.1 MATRIZ EXPERIMENTAL __________________________________ 29

3.1.1 Caracterización de Lixiviado _________________________________ 29

3.1.2 Recolección de suelo _______________________________________ 30

3.1.3 Plantas experimentales ______________________________________ 30

3.2 MONTAJE EXPERIMENTAL _________________________________ 31

3.2.1 Riego ____________________________________________________ 35

3.2.2 Trasplante ________________________________________________ 35

3.2.3 Matriz, toma de muestras y fechas _____________________________ 37

3.3 PROCEDIMIENTO PARA DETERMINAR EL PORCENTAJE DE

COLONIZACIÓN DE HOGOS MICORRIZA ARBUSCULAR (HMA) EN

RAICES

41

3.3.1 Tinción de Raíces ________________________________________ 41

5

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3.3.2 Evaluación del porcentaje de asociación _________________________ 41

3.3.3 Numero de Esporas de HMA por gramo de suelo __________________ 42

3.4 ANÁLISIS ESTADÍSTICO ____________________________________ 44

4. RESULTADOS Y DISCUSION _________________________________ 46

4.1 CARACTERIZACIÓN DE LIXIVIADO _________________________ 46

4.2 CARACTERIZACIÓN DEL SUELO ____________________________ 47

4.3 ANÁLISIS DE LA ASIMILACIÓN DE Al y Fe POR PARTE DEL

SAUCE BABYLONICA (SALIX SPP.)

51

4.3.1 Análisis por estructura ______________________________________ 53

4.3.2 Análisis por tratamiento _____________________________________ 53

4.3.3 Análisis por fecha __________________________________________ 53

4.4 ANÁLISIS DE LA ASIMILACIÓN DE MACRO NUTRIENTES (Ca,

Mg, y K) ENCONTRADOS EN SUELO Y LIXIVIADO

54

4.4.1 Análisis por estructura _______________________________________ 55

4.4.2 Análisis por tratamiento ______________________________________ 56


4.5 ANÁLISIS DE LA ASIMILACIÓN DE MICRONUTRIENTES (Cu, Zn,

Mn y Ni) ENCONTRADOS EN SUELO Y LIXIVIADO

57




4.6 ANÁLISIS DE LA ASIMILACIÓN DE METALES PESADOS

PRESENTES EN LIXIVIADOS

60


6

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4.6.3 Análisis por fecha 62

4.7 ANÁLISIS DE CORRELACIÓN DE ENTRE EL PORCENTAJE DE COLONIZACIÓN DE HONGOS MICORRIZA ARBUSCULAR (HMA) EN RAÍZ Y LA ASIMILACIÓN DE METALES COMÚNMENTE ENCONTRADOS EN SUELOS

65

4.7.1 Porcentaje de colonización en raíces de salix spp. __________________ 65

4.7.1.1 Análisis de normalidad _____________________________________ 65

4.7.1.2 Diferencias entre tratamientos _______________________________ 65

4.7.1.3 Diferencias entre bloques ___________________________________ 66

4.7.1.4 Observación ______________________________________________ 67

4.7.2 Número de esporas por gramo de suelo __________________________ 68

4.7.2.1 Análisis de normalidad _____________________________________ 68

4.7.2.2 Diferencias entre tratamientos _______________________________ 68

4.7.2.3 Observación _____________________________________________ 70

4.7.3 Análisis para Aluminio ______________________________________ 70

4.7.4 Análisis para Zinc y Manganeso _______________________________ 71

4.8 IMPLICACIONES PARA FITOEXTRACCIÓN ___________________ 72

5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES _____________________ 74

ANEXO A. Las Micorrizas _______________________________________ 76

BIBLIOGRAFIA _______________________________________________ 83

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LISTA DE TABLAS

Tabla 1. Composición de los lixiviados en rellenos sanitarios fase acética y metanogénica

16

Tabla 2. Otros Parámetros Importantes de los lixiviados en rellenos sanitarios en fase Acética y Metanogénica

18

Tabla 3. Concentración máxima de Contaminantes en el Lixiviado 19

Tabla 4. Caracterización de lixiviado generado en el relleno sanitario de pirgua de la ciudad de Tunja – Colombia. (Laguna de oxidación No 4)

46

Tabla 5. Composición de Suelo y Estado Nutricional 47

Tabla 6. Resultados de la prueba de ANOVA y post hoc test para Al y Fe 52

Tabla 7. Concentración media de Al y Fe en raíces, tallos y hojas de la especie de sauce bajo estudio en (mg*kg-1) para los dos tratamientos lixiviado 20% y 60%

54

Tabla 8. Resultados de la prueba de ANOVA y post hoc test para Ca, Mg y K 54

Tabla 9. Concentración media de Ca, Mg y K en raíces, tallos y hojas de la especie de sauce bajo estudio en (mg*kg-1) para los dos tratamientos lixiviado 20% y 60%

56

Tabla 10. Resultados de la prueba de ANOVA y post hoc test para Cu, Zn, Mn y Ni

57

Tabla 11. Concentración media de Cu, Zn Mn y Ni en raíces, tallos y hojas de la especie de sauce bajo estudio en (mg*kg-1) para los dos tratamientos lixiviado 20% y 60%

59

Tabla 12. Resultados de la prueba de ANOVA y post hoc test para Ba, Cr, Pb y Cd

60

Tabla 13. Concentración media de Ba, Cr, Pb y Cd en raíces, tallos y hojas de la especie de sauce bajo estudio en (mg*kg-1) para los dos tratamientos lixiviado 20% y 60%

62

Tabla 14. Porcentaje de Colonización de Hongos Micorriza Arbuscular (HMA) en raíz

63

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LISTA DE FIGURAS

Figura 1. Representación esquemática del sistema suelo- planta para la fitorremediación de lixiviados

27

Figura 2 Matriz Experimental 29

Figura 3 Impermeabilización zona del montaje experimental 31

Figura 4 Identificación de Testigos con cinta blanca 31

Figura 5 Identificación de plantas a regar con lixiviado 20% cinta amarilla 32

Figura 6 Identificación de plantas a regar con lixiviado 60% cinta violeta 32

Figura 7 Identificación de balde para mezcla lixiviado 20% 33

Figura 8 Identificación de balde para mezcla lixiviado 60% 33

Figura 9 Dilución de lixiviado en agua lluvia para 20% 34

Figura 10 Dilución de lixiviado en agua lluvia para 60% 34

Figura 11 Retiro Bolsa Inicial 36

Figura 12 Trasplante a bolsa final (mayor volumen 36

Figura 13 Trasplante finalizado 37

Figura 14 Montaje Experimental 38

Figura 15 Separación Raíz y Tallo 39

Figura 16 Empaque y rotulado de Raíz 39

Figura 17 Empaque y rotulado de Tallo 40

Figura 18 Empaque y rotulado de Hojas 40

9

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Figura 19 Estructuras típicas de la colonización micorrizal, en raíces de Salix spp. Vesículas

43

Figura 20 Estructuras típicas de la colonización micorrizal, en raíces de Salix spp. Arbusculos

44

Figura 21 Laguna de Oxidación No 4 47

Figura 22 Suelo utilizado en este estudio 49

Figura 23 Comportamiento de la concentración de Al y Fe por fechas y tratamientos en el suelo

49

Figura 24 Comportamiento de la concentración de Ca, Mg y K por fechas y tratamientos en el suelo

50

Figura 25 Comportamiento de la concentración de Cu, Zn, Mn y Ni por fechas y tratamientos en el suelo

50

Figura 26 Comportamiento de la concentración de Ba, Cd, CrT y Pb por fechas y tratamientos en el suelo

51

Figura 27 Acumulación de Al y Fe en las diferentes estructuras de la planta 52

Figura 28 Acumulación de Al y Fe en las diferentes fechas 53

Figura 29 Acumulación de Ca y K en las diferentes estructuras de la planta 55

Figura 30 Acumulación de Zn y Mn en las diferentes estructuras de la planta 58

Figura 31 Acumulación de Zn y Mn por fechas 59

Figura 32 Acumulación de Ba y Cr en las diferentes estructuras de la planta 61

Figura 33 Porcentaje de colonización de HMA en raíces de salix spp. durante los tres meses de evaluación

66

Figura 34 Numero de esporas por gramo de suelo al inicio y al tercer mes 69

Figura 35 Box plot de los tratamientos, distribución de las medianas 69

Figura 36 Correlación entre el porcentaje de colonización de HMA y concentración de Al en las raíces

70

Figura 37 Correlación entre el porcentaje de colonización de HMA y concentración de Zn y Mn en las raíces 71

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RESUMEN

El potencial de la especie sauce salix spp. para fitorremediación de sitios

contaminados con metales pesados ha sido discutida en publicaciones previas. El

presente estudio analiza una especie salix spp. en la habilidad para extraer y acumular

metales pesados (Al, Ba, Cu, Zn, Cr, Fe y Mn) en diferentes sitios de la planta,

además se incluye una variable biológica como lo son los Hongos Micorrizas

Arbusculares (HMA), los cuales se encuentran en la raíz de la planta y allí derivan

una relación de simbiosis entre la planta y estos. La especie usada en este estudio fue:

Salix Babylonica. La investigación se realizo a través de un montaje al aire libre en el

relleno sanitario de pirgua de la ciudad de Tunja Boyacá en el curso el crecimiento de

la planta se desarrollo en un solo tipo de suelo, al suelo se le adicionaron dos dosis

diferentes de lixiviados mezclados con aguas lluvias en proporción de 20% y 60%. El

árbol estudiado arrojo importantes concentraciones de Al en raíz, Fe en raíz y tallo,

Zn y Mn en raíz, tallos y hojas, Ba y Cr en raíz. Se observo una correlación

importante entre la absorción de metal en raíz y el porcentaje de colonización de

(HMA) para Al, Fe, Zn y Mn.

11

MIC 2008 ‐I‐ 16

INTRODUCCIÓN

La principal contaminación asociada a sitios donde funcionan rellenos sanitarios es la

producida por los lixiviados, estos líquidos son generados por la descomposición

bioquímica de los residuos sólidos o como resultado de la percolación de agua a

través de estos en procesos de degradación, los cuales pueden llegar a causar,

impactos tóxicos por su alto contenido de metales pesados cuando ingresan al medio

ambiente y especialmente cuando los rellenos sanitarios llegan a su etapa de clausura;

consecuentemente con esto se busca una alternativa de disposición económica y

ambientalmente sostenible. Una opción potencial es el uso del sistema suelo – planta

utilizando arboles; esta técnica de limpieza es conocida a nivel mundial como

fitorremediación y se implementa actualmente en muchos países industrializados

como alternativa en el manejo y disposición final de lixiviados con buenos resultados.

Estudios previos han demostrado una relación directa entre la tolerancia de metales

pesados y los Hongos Micorrizas Arbusculares HMA, en este estudio se evalúa el

estado de micorrizacion en plantas de Salix tratadas con lixiviados para lo cual se

determinó a nivel de laboratorio el porcentaje de colonización de Hongos Micorrizas

Arbusculares (HMA) en raíces y el numero de esporas de hongos micorriza

arbuscular por gramo de suelo. Este experimento fue hecho al aire libre, el

crecimiento de las plantas se realizó en un tipo de suelo al cual se le aplicaron dos

concentraciones diferentes de lixiviados 20% y 60% diluido en aguas lluvias

encontrando una concentración importante de metales pesados en raíces, tallos y

hojas para cada tratamiento, además de una correlación entre el porcentaje de

colonización de micorrizas y la absorción de metales pesados en la planta; sin

embargo la implementación de este proceso a mayor escala requiere de un monitoreo

constante y la evaluación de la cantidad y calidad del lixiviado a tratar por largo

12

MIC 2008 ‐I‐ 16

tiempo para determinar un modelo de remediación que minimice los impactos

ambientales y un análisis de costos según el escenario que presente el relleno

sanitario.

13

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1. OBJETIVOS

1.1 OBJETIVO GENERAL

Analizar el potencial de fitorremediación de sauce salix spp. Babylonica para la

fitorremediación de metales pesados encontrados en los lixiviados de un relleno

sanitario como (Al, Ba, Cu, Zn, Cr, Fe y Mn) y comparar las concentraciones de raíz,

tallo y hojas con otras especies de sauce empleadas en procesos de fitorremediación

de metales tóxicos.

1.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS

Determinar el grado de dilución de lixiviados en aguas lluvias a la cual la

fitorremediación de metales tóxicos contenidos en estos puede ser exitosa.

Encontrar y comparar la concentración de metales tóxicos en cada una de las

estructuras de la planta (raíz, tallo y hojas) en un tiempo de 3 meses.

Determinar la correlación para cada metal entre absorción y porcentajes de

colonización de Hongos Micorriza Arbuscular (HMA) en raíz.

14

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2. MARCO TEORICO

2.1 LIXIVIADOS

Se entiende por lixiviado el líquido residual que es generado en la descomposición

bioquímica de los residuos o como resultado de la percolación de agua a través de los

residuos en procesos de degradación, este líquido tiende a salir, por gravedad, por la

parte inferior del relleno sanitario, hasta que una capa impermeable lo impida (O.

Leany y Tausel, 1985).

2.1.1 Características de los lixiviados

Las características de los lixiviados generados en rellenos sanitarios, dependerán de

las características de los residuos depositados y de las condiciones reinantes en él,

como temperatura, contenido de humedad, edad del relleno, capacidad del suelo para

remover contaminantes y la calidad y cantidad del agua que entra en contacto con la

masa de residuos dispuestos. Kjeldsen, et al. (2002)

Las características fisicoquímicas de los lixiviados son inherentes tanto a la calidad

de los residuos sólidos como a su grado de estabilización. Desde que los residuos

sólidos son generados y aún temporalmente dispuestos, tiene lugar la degradación

aeróbica, que es comparable con la compostación de los residuos. Kjeldsen, et al.

(2002).

Debido a la alta compresión de los residuos, el oxígeno tomado de la atmósfera no es

suficiente para compensar la demanda de oxígeno de los microorganismos, por lo que

se originan condiciones anaerobias. Esta situación, es la causa del cambio de la

15

MIC 2008 ‐I‐ 16

biocenosis de aerobia a anaerobia facultativa y más tarde a microorganismos

anaerobios obligados. La fase de fermentación ácida puede durar de 3 a 7 años;

dependiendo de la forma y factores ambientales que predominen. En la disposición,

los lixiviados pueden presentar concentraciones muy altas de DQO (Demanda

Química de Oxigeno) y DBO5 (Demanda Biológica de Oxigeno a los 5 días).

Durante esta fase (3 a 7 años) la relación DBO5/DQO es aproximadamente 0.6. En

este caso, alrededor del 90% de la DBO5 es causada por ácidos grasos volátiles

(AGV), lo que significa que la Biodegradabilidad del lixiviado durante este lapso de

tiempo es alta. El incremento de las bacterias metanogénicas, afecta negativa y

progresivamente la producción de AGV. Kjeldsen, et al. (2002).

Según Kjeldsen, et al. (2002) después de un período de 7 a 9 años la biocenosis

alcanza un estado estable, denominada fase metanogénica.

La contaminación orgánica del lixiviado disminuye rápidamente lo que da como

resultado que la DBO5 presente valores más bajos que 500 mg/l y la relación

DBO/DQO se acerque a 0,1 y aún más bajos. Kjeldsen, et al. (2002).

Contrario a la disminución de la contaminación orgánica del lixiviado, las

concentraciones de amonio aumentan rápidamente, alcanzando concentraciones de

500 - 1500 mg/l NH4 en un período de 3 a 8 años y permaneciendo así por lo menos

50 años o más. Kjeldsen, et al. (2002).

La composición de los lixiviados en sus fases acética y metanogénica se describen a

continuación

Tabla 1. Composición de los lixiviados en rellenos sanitarios fases Acética y

Metanogénica.

PARAMETRO VALOR PROMEDIO RANGO

FASE ACIDOGENICA

pH 6.10 4.5-7.5

16

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DBO5 mg/L 13000.00 4000-4000

DQO mg/L 22000 6000-6000

DBO5/DQO 0.58 -

SO4 mg/L 500.00 70-1750

CA mg/L 1200.00 10-250

Mg mg/L 470.00 P

Fe mg/L 780.00 20-210

Mn mg/L 25.00 0.3-65

Zn mg/L 5.00 0.1 - 120

FASE METANOGENICA

pH 8.00 7.5-9.0

DBO5 (mg/L) 180.00 20-550

DQO (mg/L) 3000.00 500-4500

DBO5/DQO 0.06 -

SO4 (mg/L) 80.00 10-420

CA (mg/L) 60.00 20-600

Mg (mg/L) 180.00 40-350

Fe (mg/L) 15.00 3-280

Mn (mg/L) 0.70 0.03-45

Zn (mg/L) 0.60 .003-4

CUANDO NO SE OBSERVAN DIFERENCIAS ENTRE LAS DOS FASES

Cl (mg/L) 2100.00 100-500

Fuente: Ministerio de Ambiente Vivienda y Desarrollo Territorial. 2002. Guía ambiental para rellenos sanitarios.

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Tabla 2. Otros Parámetros Importantes de los lixiviados en rellenos sanitarios en fase Acética y Metanogénica.


Na (mg/L) 1350.00 50-4000

K (mg/L) 1100.00 10-250

Alcalinidad (Mg CaCO3/L) 6700.00 300-11500

NH4 (mg N/L) 750.00 30-3000

N Org. (mg N/L) 600.00 10-4250

Total N (mgN/L) 3.00 0.1-50

NO2 (mgN/L) .0.50 0-25

P Total (mg N/L) 6.0 0.1-30

As (µg/l) 360.00 5-1600

Cd (µg/l) 6.0 0.5-140

Fuente: Ministerio de Ambiente Vivienda y Desarrollo Territorial. 2002. Guía ambiental para rellenos sanitarios, p. 58.

2.1.2 Clasificación de lixiviados según el tipo de residuo.

2.1.2.1 Provenientes de los Residuos Domésticos.

Son aquellos que provienen de los desechos urbanos domésticos de los cuales su

contenido es de origen orgánico esencialmente representado por los coliformes,

estreptococos fecales y materiales en suspensión.

Estos compuestos tienen una acción sobre la calidad del agua, en la modificación de

las propiedades bacteriológicas, coaccionando fenómenos de óxido reducción como

la demanda bioquímica de oxígeno (DBO5) y demanda química de oxígeno, es la

razón por la cual los efluentes son analizados permanentemente con el fin de adaptar

18

MIC 2008 ‐I‐ 16

el proceso de tratamiento según las variaciones de la composición de los lixiviados,

los cuales se relacionan a continuación.

Tabla 3 Concentración máxima de Contaminantes en el Lixiviado.

RARAMERTROS NIVEL MAXIMO PERMISIBLE EN (mg/l)

pH 5.5 – 8.5

Hidrocarburos < 5.0

DQO < 150

DBO5 < 30

Acido nítrico (NH4 +) < 10

Materiales en Suspensión < 35

Fenoles < 0.1

Metales pesados Totales < 15

Cromo < 5.0

Cadmio < 1.0

Plomo < 5.0

Cianuro Libre < 0.1

Mercurio < 0.2

As < 5.0

Fuente. Norma Francesa NFX: 31210 y RAS 2000 Titulo F.

19

MIC 2008 ‐I‐ 16

2.1.3 Clasificación de los lixiviados según su edad.

2.1.3.1 Lixiviado Joven:

Se caracteriza por la elevada carga de materia orgánica y tiene las siguientes características:

DQO > 5.0 g/l.

DBO5 / DQO > 0.3 Biodegradabilidad promedio.

pH = 6.6

Carga orgánica entre un 79 – 90%

2.1.3.2 Lixiviados Intermedios.

Su composición se sitúa entre el lixiviado joven y el estabilizado.

DBO5 / DQO entre 0.1 a 0.3

pH entre 6.5 a 7.5

La composición en metales no genera concentraciones excesivas.

2.1.3.3 Lixiviados Estabilizados o Lixiviados Viejos.

DBO5 / DQO < 0.1 Biodegradabilidad muy débil.

PH > 7.5

Ausencia de ácidos carboxílicos.

Según Kjeldsen, et al. (2002) , las características de los lixiviados generados en

rellenos sanitarios, dependerán de las características de los residuos depositados y de

las condiciones reinantes en él, como temperatura, contenido de humedad, edad del

relleno, capacidad del suelo para remover contaminantes y la calidad y cantidad del

agua que entra en contacto con la masa de residuos dispuestos.

20

MIC 2008 ‐I‐ 16

2.2 FITORREMEDIACIÓN

La Fitorremediación es definida como el uso de plantas para remover contaminantes

del ambiente (Cunningham et al, 1995; Salt et al, 1998). Contaminantes inorgánicos,

así como elementos trazas de plantas ejemplo Cr, Cu, Fe, Mn, Ni y Zn y elementos no

esenciales como Cd, Co y Pb, han tenido muestra de dificultad para ser removidos en

suelos contaminados ya que estos no han podido ser degradados (Pilon y Smits,

2005). Otros contaminantes como BTEX, TNT, HPA, dioxano, pesticidas,

disolventes clorados y agroquímicos como nitrato, amoniaco y fosfato y elementos

radioactivos han sido tratados con procesos de fitorremediación (Álvarez,

2006).Todavía, algunas plantas pueden ser mostradas para asumir y secuestrar

metales pesados en raíces y/o brotes y por lo tanto, a contribuir significativamente a

la remoción de contaminantes del ambiente debido a mecanismos de fitoextracción.

Estos mecanismos ocurren a pesar de importantes cambios de crecimiento,

incluyendo toxicidad, cambios de pH en el suelo y desbalance de minerales.

A lo largo del tiempo se han descubierto seis sub grupos principales de

fitorremediación para la depuración de contaminantes presentes en aguas y suelos,

estos se describen a continuación:

2.2.1 Fitoextracción:

La fitoextracción es la captación de contaminantes por las raíces de la planta y

translocación dentro de la planta. Contaminantes son generalmente removidos por la

cosecha de la planta. La fitoextracción es primariamente usada en tratamiento de

suelos, sedimentos y lodos, esta puede ser extendida o usada en menor proporción en

tratamiento de aguas contaminadas. (Environmetal Protection Agency [EPA], 2000).

Los principales contaminantes tratados con fitoextracción incluyen metales pesados

como Ag, Cd, Co, Cr, Cu, Hg, Mn, Mo, Ni, Pb, Zn.

21

MIC 2008 ‐I‐ 16

2.2.2 Rizofiltración:

La rizofiltración es la adsorción o precipitación en las raíces de la planta, o absorción

dentro de las raíces, este contaminante está en solución en la zona circundante a las

raíces, debido a procesos bióticos o abióticos. Procesos en la planta como

concentración y translocación podrían ocurrir dependiendo del contaminante.

Exudaciones por las raíces de las plantas pueden causar precipitación de algunos

metales. Primeramente la Rizofiltración resulta en una contención de contaminantes,

en el cual los contaminantes son inmovilizados o acumulados dentro de la planta.

Estos contaminantes son removidos por remoción física de la planta. Extractos de

suelos pantanosos, superficies de agua y aguas residuales pueden ser tratadas usando

esta tecnología. La rizofiltración es generalmente aplicable a bajas concentraciones,

condiciones de altos contenidos de agua. Esta tecnología no puede trabajar bien con

suelo, sedimentos o lodos por que el contaminante necesita estar en solución en orden

para ser absorbido por el sistema planta. (EPA, 2000)

2.2.3 Fitoestabilización:

La Fitoestabilización es definida como la inmovilización de un contaminante, en el

suelo a través de la absorción y acumulación por las raíces, adsorción a las raíces o

precipitación dentro de la zona de las raíces de la planta y el uso de plantas y raíces

de plantas para prevenir la migración de contaminantes a través del viento y erosión

por agua, lixiviación y dispersión de suelo (EPA, 2000).

La Fitoestabilización ocurre a través de las raíces en la zona microbiológica y

química, y/o la alteración del ambiente del suelo o contaminante químico, el pH del

suelo puede ser cambiado por la planta por la exudación de las raíces o por la

producción de CO2. (EPA, 2000).

La Fitoestabilización puede cambiar la solubilidad del metal y movilidad o los

impactos de disociación de los compuestos orgánicos, la planta puede afectar el

22

MIC 2008 ‐I‐ 16

ambiente del suelo convirtiendo metales de un estado soluble a un estado insoluble

por su estado de oxidación. Salt, et. al. (1995). La Fitoestabilización puede ocurrir

bajo adsorción, precipitación o reducción de valencia del metal (EPA, 1997). Las

plantas pueden ser usadas también para reducir la erosión de suelos contaminados con

metales. La fitoestabilización es usada en tratamiento de suelos, sedimentos y lodos.

2.2.4 Rizodegradación:

La Rizodegradación es la ruptura de un contaminante orgánico en el suelo a través de

actividad microbial, esta actividad es enriquecida por la presencia de

microorganismos en la zona de las raíces. La rizodegradación es además conocida

como degradación asistida de las plantas, biorremediación de las plantas, planta-

ayudada a la biodegración en el sitio y enriquecida por la degradación de la rizósfera.

(EPA, 2000).

La biodegradación en las zonas de las raíces es el mecanismo para implementación de

rizodegradación. Los exudados de raíces son compuestos producidos por plantas y

liberados por las rices de las plantas, estos incluyen azucares, aminoácidos, ácidos

orgánicos, ácidos grasos, nucleótidos, encimas y otros compuestos (Shrimp et. al.

1993, Schnoor et. al.1995). La populación y actividad microbial en la rizosfera puede

ser incrementada debido a la presencia de estos exudados y pueden resultar en el

incremento de la biodegración de compuestos orgánicos en el suelo. Adicionalmente,

la rizosfera aumenta sustancialmente el área superficial donde la degradación de la

actividad microbial puede ser simulada.

2.2.5 Fitodegración:

La Fitodegración, (también conocida como fitotransformación) es el rompimiento de

contaminantes a través de los procesos metabólicos de las plantas dentro de la planta

o el rompimiento de contaminantes externos a la planta a través de efectos de

compuestos (como las enzimas) producidas por las plantas, adicionalmente la

23

MIC 2008 ‐I‐ 16

degradación puede ocurrir fuera de la planta debido a la liberación de compuestos los

cuales causan transformación. Ninguna degradación causada por microorganismos

asociada con o afectada por las raíces de la planta es considerada rizodegradación. La

fitodegradación es usada en tratamiento de suelos, sedimentos, lodos, suelos

pantanosos. Superficies acuáticas pueden también ser remediadas usando

fitodegradación. (EPA, 2000).

2.2.6 Fitovolatilización:

Es el paso y transpiración de un contaminante por la planta, con asocio del

contaminante o una modificación del contaminante a la atmosfera debido al paso del

contaminante al metabolismo de la planta, y transpiración de la planta. La

fitodegradación está relacionada a procesos de fitorremediación esta puede ocurrir en

una línea con la fitovolatilización. La fitovolatilización puede ser aplicada a suelos

pantanosos, pero esta puede ser aplicada también a suelos, sedimentos y lodos. (EPA,

2000).

2.3 SELECCIÓN DE SISTEMAS DE FITORREMEDIACIÓN Y

CONSIDERACIONES DE DISEÑO.

La Agencia para la Protección de Medioambiente de los Estados Unidos EPA

recomienda tener en cuenta los siguientes pasos para la selección adecuada de el

sistema de fitorremediación a emplear en la recuperación, degradación de un

contaminante contenido en un elemento sea suelo, agua, lodo o sedimento. (EPA,

2000).

2.3.1 Definición del problema.

- Localización y caracterización del suelo.

- Identificación del problema, medio y contaminante.

- Identificación de los elementos regulatorios.

24

MIC 2008 ‐I‐ 16

- Identificación de los objetivos de la remediación.

- Establecimiento de los criterios para la definición de los sucesos de los

sistemas de fitorremediación.

2.3.2 Evaluación del sitio para el uso de la fitorremediación.

- Realizar la fitorremediación – orientada a la caracterización del sitio.

- Identificar la tecnología de fitorremediación, direccionando está a medio,

contaminante y objetivo.

- Repasar el conocimiento acerca de la información como identificación de la

tecnología de fitorremediación.

- Identificación del potencial de las plantas.

2.3.3 Conducta preliminar, estudios y toma de decisiones.

- Conducir la proyección de estudios.

- Llevar a cabo la optimización de estudios.

- Conducir los procedimientos de campo.

- Revisar la selección de la tecnología de fitorremediación sí es necesario.

- Revisar la selección de las plantas, sí es necesario.

2.3.4 Evaluar completamente la escala del sistema de fitorremediación.

- Diseño del sistema.

- Construcción del sistema.

- Mantenimiento y operación del sistema.

- Evaluación y modificación del sistema.

- Evaluación Permanente.

25

MIC 2008 ‐I‐ 16

2.3.5 Logro de Objetivos.

- Llevar a cabo una medida cuantitativa.

- Conocer el criterio para el éxito.

2.4 SELECCIÓN DE PLANTAS PARA FITORREMEDIACIÓN.

El objetivo de el proceso de selección de plantas es el de escoger una especie de

planta con las características apropiadas para crecer bajo las condiciones del sitio

encontrando los objetivos de la fitorremediación. Hay varios puntos para la selección

de las plantas. (EPA, 2000).

a. Plantas que hayan sido mostradas efectivas o mostradas promisorias para

fitorremediación, estas han sido discutidas en el manual de la EPA, estas

pueden ser fundadas en publicaciones de investigaciones sobre

fitorremediación o estas pueden ser enumeradas por especialistas en

fitorremediación.

b. Nativa, Cultivo, foránea u otros tipos de plantas pueden crecer bajo

condiciones regionales.

c. Las plantas pueden ser también propuestas basadas en el crecimiento de estas

plantas de un sitio, extrapolaciones para investigaciones de fitorremediación,

u otros sitios específicos conocidos, la eficacia de esas plantas para

fitorremediación pueden necesitar ser confirmadas a través del laboratorio,

invernaderos, estudios de campo o a través de proyecciones.

2.5 FITORREMEDIACIÓN DE LIXIVIADOS

Como muchos rellenos sanitarios son localizados en áreas rurales, de agricultura y

áreas de bosques, el rocío y poco a poco la irrigación en un tratamiento o tratamiento

parcial dentro de la vegetación del terreno ha sido considerado como una opción

potencial de remediación (Haarstad y Maehlum, 1999).

26

MIC 2008 ‐I‐ 16

La irrigación de lixiviados a suelos puede proveer una oportunidad para cerrar el

ciclo de los nutrientes y simultáneamente producir un efluente de una adecuada

calidad para la descarga (Qasim y Chiang, 1994). El sistema de fitorremediación

utiliza el potencial de la naturaleza o activa la administración del sistema suelo –

planta a decodificar, degradar e inactivar los elementos potencialmente tóxicos en el

lixiviado, las principales características de este sistema de este sistema de

remediación.

Figura No 1. Representación esquemática del sistema suelo- planta para la

fitorremediación de lixiviados.

Fuente: Qasim y Chiang, 1994.

La figura 1esquematiza los pasos que se dan en la transformación e inactivación de

compuestos tóxicos contenidos en un lixiviados al ser irrigado en el sistema suelo

planta, inicialmente una parte del lixiviado es volatilizado y evaporado, otra parte es

filtrada y absorbida por el suelo en la cual una parte sufre un proceso de degradación

27

MIC 2008 ‐I‐ 16

en la rizosfera (raíces), en esta zona se dan lugar los procesos de oxidación y

precipitación de metales pesados y a través de los microorganismos contenidos en las

raíces se llevan a cabo los procesos de degradación microbiana, los compuestos que

no son degradados por estos procesos son asimilados por la planta con nutrientes

esenciales para esta, los cuales son almacenados o degradados por los procesos

metabólicos realizados al interior de la planta, los remanentes de estos procesos son

evapotranspirados por la planta hacia la atmosfera, con lo que finalmente continua

hacia los estratos inferiores del suelo un lixiviado con poco o ningún contenido toxico

apto para ser descargado.

Aunque ha sido recomendada la aplicación de tasas de lixiviado sobre suelos, estas no

deben exceder la demanda de evapotranspiraciones de la planta, así como la pérdida

de lixiviados hacia aguas subterráneas puede ocurrir, produciendo impactos adversos

sobre el suelo, sus poblaciones microbianas, morfología del suelo y la energía de las

plantas. Williamson, (2001).

Según Robinson (1987), encontrar un adecuado rociado de lixiviado en varios

pastizales puede significar la reducción en volumen por evapotranspiración, pero su

alta fuerza iónica a bajos flujos de tasa de aplicación puede dañar la vegetación. Esto

implica que la administración de la aplicación de tasas de lixiviados necesita ser

acoplado estrechamente con las condiciones hidrológicas de cada sitio.

28

MIC 2008 ‐I‐ 16

3. MATERIALES Y METODOS.

3.1 MATRIZ EXPERIMENTAL.

La matriz experimental desarrollada para este estudio se describe a continuación:

Figura No 2 Matriz Experimental

S1

E1

L 20% L 60%

Fuente: Autor del Proyecto.

Donde S1= Tipo de suelo (un solo tipo), E1= Especie de Sauce, (para el objeto de este

estudio será el sauce Salix Babylonica, una sola especie), L20%= Lixiviado diluido

en agua lluvia en concentración del 20%, L60%= Lixiviado diluido en agua lluvia en

concentración del 60%.

3.1.1 Caracterización de Lixiviado

Se tomaron muestras individuales de lixiviado cada hora durante ocho horas en dos

días y se combinaron al final del tiempo de muestreo con el fin de obtener la muestra

29

MIC 2008 ‐I‐ 16

compuesta. Este tipo de muestras son las más utilizadas para observar

concentraciones promedio y para el cálculo de las cargas.

La toma de muestras para hallar los metales pesados como Ba, Cd, Al, Cu, Cr, Ni,

Hg, Mn, Fe, As, se realizó a través de una muestra compuesta, se recolectó un

volumen mínimo de muestra de 250 mililitros en recipientes de vidrio ámbar y se

preservaron en HNO3, las mediciones de temperatura y pH se llevaron a cabo en el

Relleno Sanitario cada hora durante ocho horas.

3.1.2 Recolección de suelo

Para este experimento se recolectó un solo tipo de suelo, originario del proceso de

compostaje de residuos sólidos orgánicos con un contenido importante de nutrientes

para el crecimiento de las plantas, a las cuales se le aplicaron dos concentraciones

diferentes de lixiviados 20% y 60% diluido en aguas lluvias.

3.1.3 Plantas Experimentales.

Este experimento se desarrolló al aire libre, en el cual la especie de sauce Babylonica

fue adquirida con un crecimiento en invernadero de 4 meses y una masa de suelo

inicial igual a 1,2 kg de suelo por árbol aproximadamente, al cabo de dos meses se

trasplantaron a bolsas de mayor tamaño en un tipo de suelo con una humedad del 19

% y 1,9 kg de suelo por árbol aproximadamente, permitiendo el crecimiento por dos

meses más para un total de 4 meses. Por cada tratamiento se plantaron 12 árboles

sembrando un total de 36, estos, con una altura de 30 cm aproximadamente, diámetro

entre (0,8 – 1,4 cm); las plantas después de sembradas no fueron fertilizadas.

30

MIC 2008 ‐I‐ 16

3.2 MONTAJE EXPERIMENTAL.

Se realizó la adecuación de un lugar dentro del Relleno Sanitario de Pirgua de la

ciudad de Tunja Boyacá, para construir el montaje experimental, se procedió a

impermeabilizar el terreno donde se estableció el montaje para evitar la

contaminación del subsuelo y agua subterránea por escorrentía del lixiviado al

momento del riego y evitar impactos ambientales negativos a los ecosistemas; este

proceso se observa a continuación.

Figura No 3 Impermeabilización zona del montaje experimental.

Impermeabilización del Suelo con Plástico

Fuente. Autor del proyecto

Posteriormente se marcaron las plantas de Sauce salix spp. con cintas de diferentes

colores de acuerdo a su uso, los testigos se marcaron con una cinta blanca, para los

arboles con riego de lixiviado en proporción de 20% se marcaron con una cinta

amarilla y para los arboles con riego de lixiviado en proporción de 60% se marcaron

con una cinta violeta, esto con el fin de poder identificarlos al momento de hacer el

riego y al momento de realizar los muestreos, este procedimiento se ilustra a

continuación.

Figura No 4 Identificación de Testigos con cinta blanca.

31

MIC 2008 ‐I‐ 16

Figura No 5 Identificación de plantas a regar con lixiviado 20% cinta amarilla.


Figura No 6 Identificación de plantas a regar con lixiviado 60% cinta violeta.


Luego se procedió a rotular baldes con capacidad para 12 litros y debidamente

aforados, esto con el fin de realizar las diluciones de lixiviado en aguas lluvias, de tal

32

MIC 2008 ‐I‐ 16

manera que para la proporción del 20% se diseñó una mezcla de 5.8 litros de agua

lluvia por 1.4 litros de lixiviado, lo cual nos aforaría en el balde un total de 7.2 litros.

Figura No 7 Identificación de balde para mezcla lixiviado 20%.

7.2 Litros

5.8 L H2O

1.4 L Lixiviado


Para la proporción del 60% se diseñó la mezcla de 3.2 litros de agua lluvia por 4.8

litros de lixiviado, lo cual nos aforaría en el balde un total de 8.0 litros.

Figura No 8 Identificación de balde para mezcla lixiviado 60%.

3.2 L H2O

4.8 L Lixiviado

8.0 Litros


33

MIC 2008 ‐I‐ 16

Una vez marcados los baldes para cada una de las mezclas diseñadas se procede a

realizar la dilución del lixiviado en agua lluvia, este procedimiento se ilustra a

continuación.

Figura No 9 Dilución de lixiviado en agua lluvia para 20%.


Figura No 10 Dilución de lixiviado en agua lluvia para 60%.


34

MIC 2008 ‐I‐ 16

3.2.1 Riego

Estudios de largo término y efectos biológicos de la aplicación de lixiviados a suelo

han concluido que este lixiviado puede ser efectivamente descontaminado Menser, et.

al. (1983), el crecimiento de las plantas a menudo responden positivamente después

de un corto término de adición de lixiviado al suelo Vasseur, et al. (1998), en estudios

tempranos se concluyó que el suelo actúa como un filtro natural, mejorando

sustancialmente el rendimiento de la calidad del agua (Nordstedt, 1975), un intensivo

estudio conducido por Gordon y colaboradores en (1988) y Mc Bride y

colaboradores en (1989) concluyó que la irrigación por spray de lixiviados de rellenos

sanitarios tuvo un costo efectivo, ambientalmente aceptable y a largo término una

solución de remediación; el riego para este estudio no se hace bajo volúmenes

exactos para cada planta ya que optando por los resultados de investigaciones, al

llevar este experimento a gran escala el riego se haría por spray (aspersión), para este

estudio se regaron las plantas cada dos días durante cuatro meses dos veces al día con

aguas lluvias y las concentraciones de lixiviados en 20% y 60% respectivamente.

3.2.2 Trasplante.

Al cabo de 2 meses los árboles fueron trasplantados a bolsas más grandes para

proporcionarles las condiciones necesarias de crecimiento, a este trasplante se le

agregó más suelo, los arboles así se dejaron crecer dos meses más para completar un

total de 4 meses, este procedimiento se ilustra mejor a continuación.

35

MIC 2008 ‐I‐ 16

Figura No 11 Retiro Bolsa Inicial.


Figura No 12 Trasplante a bolsa final (mayor volumen).


36

MIC 2008 ‐I‐ 16

Figura No 13 Trasplante finalizado.


3.2.3 Matriz, toma de muestras y fechas

Para el desarrollo del proyecto se realizo un montaje experimental basado en una

matriz que ayudara a la identificación de las plantas durante cada muestreo de tal

manera que se colocarán en diferentes grupos, cada uno de los tratamientos

empleados en esta investigación, las denominaciones fueron tratamiento No 1

correspondiente a los arboles testigos; estos se regaron únicamente con aguas lluvias,

tratamiento No 2 correspondiente a los arboles regados con lixiviado en

concentración de 20% y tratamiento No 3 correspondiente a los arboles regados con

lixiviado en concentración de 60%.

37

MIC 2008 ‐I‐ 16

Figura No 14 Montaje Experimental


Finalmente así quedó determ no sanitario donde F1 es la

cha del primer muestreo realizado el día 24 de Noviembre de 2007 y F2 fue la fecha

inado el montaje en el relle

fe

del segundo muestreo realizado el día 13 de Enero de 2008, las muestras se tomaron

aleatoriamente, tres árboles por tratamiento, 9 árboles en la primera fecha y 9 árboles

en la segunda fecha para un total de 18 unidades, la toma de muestras fue de carácter

destructivo en las cuales se desmembró la planta completamente, para retirar Raíces,

Tallos y Hojas, estas muestras se empacaron en bolsas herméticamente selladas y se

llevaron al laboratorio para realizar los respectivos análisis de metales pesados.

38

MIC 2008 ‐I‐ 16

Figura No 15 Separación Raíz y Tallo.


Figura No 16 Empaque y rotulado de Raíz.

Fuente: Autor del proyecto

39

MIC 2008 ‐I‐ 16

Figura No 17 Empaque y rotulado de Tallo.


Figura No 18 Empaque y rotulado de Hojas.


40

MIC 2008 ‐I‐ 16

3.3 PROCEDIMIENTO PARA DETERMINAR EL PORCENTAJE DE

dimiento de laboratorio fue realizado y escrito en su totalidad por el

.3.1 Tinción de Raíces.

ó por medio del método de Phillips y Hayman (1970):

y

- que

- n agua corriente; se

.3.2 Evaluación del porcentaje de asociación.

utilizó el método en lámina de

0

ara cada lectura de raíz en cada muestreo se aplico la siguiente fórmula:

COLONIZACIÓN DE HOGOS MICORRIZA ARBUSCULAR (HMA) EN

RAÍCES.

Este proce

Ingeniero Carlos Adrian Lopera Agudelo para esta investigación.

3

La tinción de raíces se realiz

- Se tomaron las muestras de raíces de cada unidad experimental, se lavaron

se agregó Hidróxido de Potasio (KOH) al 10%, por un periodo de 2 días.

Se retiró el KOH y sin lavarlas se les agregó HCL al 10%, en el

permanecieron durante una hora a temperatura ambiente.

Utilizando un colador metálico se lavaron las raíces co

agregó Azul de Tripano al 0.05%.

3

Para la medición del porcentaje de asociación se

Phillips y Hayman (1970) modificado por Usuga (2002). Se tomaron las raíces

tenidas y se cortaron en fragmentos de 2 cm. Estos fragmentos se colocaron en una

caja de Petri y se tomaron cinco segmentos al azar, se montaron en un portaobjetos y

luego se cubrieron con una laminilla haciendo presión suave sobre el cubreobjetos.

En el microscopio compuesto y con el objetivo de 40X se observaron entre 80 y 10

campos, se registraron los campos observados y los campos asociados. Los campos

asociados se determinaron por la presencia de arbusculos y/o vesículas, estructuras

típicas de la asociación micorrizal.

P

41

MIC 2008 ‐I‐ 16

Total de campos invadidos % de asociación = ---------------------------------------------- x 100

.3.3 Numero de Esporas de HMA por gramo de suelo.

ste conteo se hizo con el fin de observar el efecto de los lixiviados sobre la

e cada tratamiento se tomaron 100 gramos de inoculo para evaluar el numero de

adicionó Peróxido

l contenido del recipiente se vertió paulatinamente sobre tamices de 0.250 mm y

Total de campos observados

3

E

población y supervivencia de las esporas de HMA durante el experimento. Al

momento del conteo a través del estéreo microscopio se empleo un estilete metálico,

con el cual se removía y se presionaba la espora para verificar que estaba completa y

que presentaba contenido. En algunos casos se realizaron algunos montajes al

microscopio para observar el contenido y la presencia de paredes bien definidas de

las esporas. En general fueron consideradas como “esporas buenas” aquellas que

presentaban contenido.

D

esporas por el método “CIAT, proyecto Micorriza”, basado en el trabajo de Ohms,

modificado para suelos del Urabá Antioqueno por Usuga, (2002).

Se tomaron 50 g de inoculo seco y en un recipiente plástico se le

de Hidrogeno al 5 % en agua. Se agito durante 10 a 30 minutos, para disgregar y

homogeneizar la muestra.

E

0.045 mm, se lavó la muestra con agua corriente y con la ayuda de una manguera

conectada a la llave de grifo. Se agitó suavemente el contenido del tamiz de 0.045

mm con la mano y se llevó a tubos de centrifuga de 50 ml hasta la mitad del tubo y

con la ayuda de embudo, teniendo la precaución de no botar muestra, verificando que

quedaran aproximadamente entre 5 y 10 g de suelo por tubo. Se repitió el segundo y

tercer paso hasta agotar la muestra. Se agitó el contenido de cada tubo de ensayo con

42

MIC 2008 ‐I‐ 16

una espátula y se procedió a adicionar sacarosa al 80% con la ayuda de una manguera

delgada conectada a una jeringa de 50 ml. Se adicionó suavemente 20 cc de sacarosa

sumergiendo la manguera hasta el fondo del tubo de centrifuga. Se llevaron los tubos

de ensayo a centrifuga a 2980 r.p.m. durante 3 minutos. Se observó la formación de

un anillo del cual se extrajeron las esporas, con la ayuda de la manguera conectada a

la jeringa se extrajo todo el liquido por encima del anillo. El contenido por encima del

anillo se llevo al tamiz de 0.045 mm., se lavo el contenido del tamiz con agua

corriente por aproximadamente cinco minutos, con el fin de lavar las esporas y

extraer residuos de sacarosa. Se inclino el tamiz y utilizando agua destilada en frasco

lavador de polietileno, se vertieron las esporas a cajas de petri y se contaron

observando a través del estéreo microscopio.

Figura No 19 Estructuras típicas de la colonización micorrizal, en raíces de Salix spp.

Vesículas.

Fuente: Carlos Adrian Lopera Agudelo

43

MIC 2008 ‐I‐ 16

Figura No 20 Estructuras típicas de la colonización micorrizal, en raíces de Salix spp. Arbusculos.


3.4 ANÁLISIS ESTADÍSTICO.

a estadística fue analizada utilizando el SPSS 15 (SPSS Inc.) y Excel (Microsoft

hay diferencias significativas, para el caso de la correlación entre porcentaje de

L

Inc.) estos paquetes de software fueron usados para analizar la absorción de metales

pesados en la raíz, tallos y hojas de los Sauces salix spp, comparando y analizando las

diferencias entre tratamientos y fechas, también se realiza una correlación entre el

porcentaje de colonización de Hongos Micorriza Arbuscular (HMA) y la

concentración de metales pesados en la raíz. One-way ANOVA fue usado para

chequear los factores de interacción entre el tipo de lixiviado y la absorción de metal

en las diferentes estructuras de las plantas y entre fechas de muestreo y estructuras de

la planta. La prueba de Tukey fue utilizada para comparar todas las relaciones entre

las variables y para chequear una significancia estadística, para observar diferencias

en este estudio el valor tomado es de (P=0,05), valores de P menores a esta cifra nos

dirán que si hay diferencias significativas y valores mayores a 0,05 indicaran que no

44

MIC 2008 ‐I‐ 16

colonización de hongos micorrizas arbuscular HMA y la absorción de metal en la raíz

se aplicó una regresión linear la cual muestra un model summary que detalla un valor

de R; este es el nivel de asociación de las dos variables, ya que una regresión describe

una causa efecto, para el caso de valores entre 0 y 0,5 se evalúa que la correlación es

deficiente para la adsorción de metal, para valores entre 0,5 y 1,0 podemos decir que

la correlación es buena para la absorción de metales, otro parámetro que nos ayuda al

análisis de estas correlaciones es el mostrado por el SPSS inc. Tabulado como

coefficientsa, y en la columna Unstandardized Coefficienst B, muestra valores

positivos o negativos, para el caso de valores positivos evaluaremos que entre mayor

sea el porcentaje de colonización de HMA es mayor la absorción de metales pesados,

y para valores negativos evaluaremos que a menor porcentaje de colonización de

HMA es mayor la absorción de metal.

45

MIC 2008 ‐I‐ 16

4. RESULTADOS Y DISCUSION

4.1 CARACTERIZACIÓN DE LIXIVIADO.

Los resultados de los análisis físico-químicos practicados a los lixiviados empleados en este estudio se muestran a continuación.

Tabla 4. Caracterización de lixiviado generado en el relleno sanitario de Pirgua de la ciudad de Tunja – Colombia. (Laguna de oxidación No 4).

Parámetro unidad Valor obtenido

pH unidades 8,2

O.D mgO2/l 0,21

Conductividad elec. ms.cm-1 22

DBO mg/l 2492

DQO mg/l 3542

Ba mg/l 1.0

Cd mg/l ‹ 0,001

Al mg/l 0,05

Cu mg/l 0,03

Cr mg/l 0,03

Ni mg/l 0,16

Hg mg/l 0,005

Mn mg/l ‹ 0,01

Fe mg/l 2,0

Al mg/l 0,004

Fuente: SERVITUNJA S.A –ESP 2007.

46

MIC 2008 ‐I‐ 16

Según esta caracterización las concentraciones porcentuales de metales pesados serán las siguientes:

Figura No 21 Laguna de Oxidación No 4.


4.2 CARACTERIZACIÓN DEL SUELO

A continuación se presenta la composición del suelo usado en este experimento.

Tabla 5 Composición de Suelo y Estado Nutricional

Parámetro Unidad Valor Obtenido

Humedad % 19,0

Cenizas % 51,5

Carbono Orgánico % 29,5

Conductividad Eléctrica mS/cm 14,0

Capacidad de Retención de Humedad % 92

C.I.C meq/100g 5.35

Relación C/N - 15

47

MIC 2008 ‐I‐ 16

Parámetro Unidad Valor Obtenido

Nitrógeno Total (NT) % 0.96

Fosforo Total (P2O5) % 2.75

Potasio (K2O) % 2.46

Calcio (CaO) % 7.20

Magnesio (MgO) % 0.72

Azufre % 0.58

Hierro % 0.86

Manganeso ppm 340

Cobre ppm 80

Zinc ppm 120

Boro ppm 62

Sodio ppm 2010

pH - 9.62

Cr ppm N.D

Cd ppm 29.27

Pb ppm N.D

Ni ppm N.D

N.D = No Determinado.

Fuente: Laboratorio AGRILAB Servicios Ambientales y Agrícolas

48

MIC 2008 ‐I‐ 16

Figura No 22 Suelo utilizado en este estudio.


Se evaluó el comportamiento de la concentración a lo largo de este estudio para

elementos como metales comunes encontrados en suelo, macro nutrientes, micro

nutriente y metales pesados, para muestras compuestas de suelo en los diferentes

tratamientos.

Figura No 23 Comportamiento de la concentración de Al y Fe por fechas y

tratamientos en el suelo.

FECHA 1FECHA 2

FECHA

Dot/Lines show Means

Al Fe

ELEMENTO

7500.00

10000.00

12500.00

15000.00

{ } (

mg*

Kg-1

)

TESTIGOLIXIVIADO 20%LIXIVIADO 60%

TRATAMIENTO


Al Fe

ELEMENTO

6000.00

7000.00

8000.00

9000.00

10000.00

11000.00

{ } (

mg*

Kg-1

)

{ }= Concentración de Al y Fe en (mg*kg-1)

Fuente: Autor del Proyecto

49

MIC 2008 ‐I‐ 16

El Al presenta una alta disminución de la concentración entre fechas, en cambio el Fe

presenta un leve incremento.

Figura No 24 Comportamiento de la concentración de Ca, Mg y K por fechas y


FECHA 1FECHA 2

FECHA


Ca Mg K

ELEMENTO

0

5000

10000

15000

CO

NCEN

TRA

CIO

N (m

g*K

g-1)


TRATAMIENTO


Ca Mg K

ELEMENTO

0

10000

20000

30000

{ } (

mg*

Kg-1

)

{ }= Concentración de Ca, Mg y K en (mg*kg-1)


El Ca, Mg y K presentan un incremento en la concentración de la fecha 1 a la fecha 2,

evidenciándose en mayor proporción para el Ca y K.

Figura No 25 Comportamiento de la concentración de Cu, Zn, Mn y Ni por fechas y


FECHA 1FECHA 2

FECHA


Cu Zn Mn Ni

ELEMENTO

0

100

200

300

400

500

{ } (

mg*

Kg-1

)


TRATAMIENTO


Cu Zn Mn Ni

ELEMENTO

0

100

200

300

400

{ } (

mg*

Kg-1

)

{ }= Concentración de Cu, Zn, Mn y Ni en (mg*kg-1)


50

MIC 2008 ‐I‐ 16

Para el caso del Cu presenta su máxima concentración en suelo para la fecha 1 y

desciende notablemente para la fecha 2, para el caso del Zn, Mn y Ni aumentan su

concentración entre fechas.

Figura No 26 Comportamiento de la concentración de Ba, Cd, CrT y Pb por fechas y


FECHA 1FECHA 2

FECHA


Ba Cd CrT Pb

ELEMENTO

0.00

25.00

50.00

75.00

100.00

{ } (

mg*

Kg-1

)


TRATAMIENTO


Ba Cd CrT Pb

ELEMENTO

0.00

40.00

80.00

120.00

{ } (

Mg*

Kg-

1)

{ }= Concentración de Ba, Cd, CrT y Pb en (mg*kg-1)


El Ba y el CrT aumentan su concentración en el suelo de la fecha 1 a la 2, el Cd se

mantiene igual en ambas fechas y para el caso del Pb disminuye su concentración de

la fecha 1 a la 2.

51

MIC 2008 ‐I‐ 16

4.3 ANÁLISIS DE LA ASIMILACIÓN DE Al y Fe POR PARTE DEL SAUCE

BABYLONICA (SALIX SPP.).

Tabla 6. Resultados de la prueba de ANOVA y Post Hoc Test para Al y Fe

Elemento ANOVA Tukey y Post Hoc Test Valores de P

F P

Aluminio 40.459 0.000 raíz y tallo = 0.000

raíz y hojas = 0.000 tallo y hojas = 1.000

Tratamiento 20% y 60% = 0.951

Fechas = 0.035

Hierro 6.474 0.003 raíz y tallo = 0.339 raíz y hojas = 0.002 tallo y hojas = 0.089


Fechas = 0.728

Figura No 27 Acumulación de Al y Fe en las diferentes estructuras de la planta.

52

MIC 2008 ‐I‐ 16


TRATAMIENTO

RAIZ T ALLOS HOJ AS

ESTRUCTURA

0

20000

40000

60000

Al (

mg*

kg-1

)


TRATAMIENTO

RAIZ T ALLOS HOJ AS

ESTRUCTURA

0

5000

10000

15000

Fe (m

g*kg

-1)

Concentración en (mg*kg-1)


4.3.1 Análisis por estructura

Las concentraciones más importantes para estos dos metales se dieron en la raíz a

excepción del Fe hierro donde se observa un traslocación importante de la raíz hacia

el tallo; esto se confirma al encontrar valores P menor a 0,05 para Al y Fe entre

estructuras.

4.3.2 Análisis por tratamiento.

Se observa una leve tendencia de la asimilación de ambos metales en raíz para el

tratamiento con lixiviado 60%, aun así encontramos valores de P superiores a de 0.05

para Al y Fe.

4.3.3 Análisis por fecha.

Se obtuvieron valores de P por debajo de 0.05 para Al y por encima de esta valor para

Fe, con lo cual la tendencia a la mayor acumulación se presenta en raíz para Al en la

primera fecha.

53

MIC 2008 ‐I‐ 16

Figura No 28 Acumulación de Al y Fe en las diferentes fechas.

FECHA 1FECHA 2

FECHA

RAIZ T ALLOS HOJ AS

ESTRUCTURA

0

20000

40000

60000

Al (

mg*

Kg-1

)

FECHA 1FECHA 2

FECHA

RAIZ TALLOS HOJAS

ESTRUCTURA

0

5000

10000

15000

Fe (m

g*kg

-1)



Tabla 7. Concentración media de Al y Fe en raíces, tallos y hojas de la especie de

Sauce bajo estudio en (mg*kg-1) para los dos tratamientos lixiviado 20% y 60%.

Especie Babylonica Al Fe

Raiz lixiviado 20% 29646 1016.7

Raiz lixiviado 60% 34206 1486

Tallo lixiviado 20% 334 78.7

Tallo lixiviado 60% 810,33 2896.3

Hojas lixiviado 20% 309.33 115.7

Hojas lixiviado 60% 478.67 698


4.4 ANÁLISIS DE LA ASIMILACIÓN DE MACRO NUTRIENTES (Ca, Mg

y K) ENCONTRADOS EN SUELO Y LIXIVIADO.

54

MIC 2008 ‐I‐ 16

Tabla 8. Resultados de la prueba de ANOVA y Post Hoc Test para Ca, Mg y K

Elemento ANOVA Tukey y Post Hoc Test Valores de P

F P

Calcio 3.783 0.029 raíz y tallo = 0.217

raíz y hojas = 0.024 tallo y hojas = 0.563


Fechas = 0.429

Magnesio 1.191 0.312 raíz y tallo = 0.800 raíz y hojas = 0.644 tallo y hojas = 0.283


Fechas = 0.012

Potasio 3.060 0.056 raíz y tallo = 0.954 raíz y hojas = 0.069 tallo y hojas = 0.127


Fechas = 0.741

Figura No 29 Acumulación de Ca y K en las diferentes estructuras de la planta.


TRATAMIENTO

RAIZ TALLO HOJAS

ESTRUCTURA

0.00

2500.00

5000.00

7500.00

10000.00

Ca

(mg*

kg-1

)


TRATAMIENTO

RAIZ T ALLO HOJ AS

ESTRUCTURA

0.00

5000.00

10000.00

15000.00

20000.00

K (m

g*kg

-1)



55

MIC 2008 ‐I‐ 16


Se presentaron las mayores concentraciones en raíz, tallo y hojas para K y Ca

seguida en menor proporción por Mg, para Ca se obtuvieron valores de P menor a

0,05 y para K y Mg fueron superiores a este valor, la asimilación por parte de la

planta de cada uno de los elementos se pudo dar por sus requerimientos esenciales

dentro de su proceso de desarrollo y crecimiento.


La mejor asimilación de Ca y K en raíz y tallo se presenta en el lixiviado con 60%,

encontrando valores de P superiores a 0.05 entre tratamientos, para las hojas las

mayores concentraciones de Ca y K se presentaron para el tratamiento con 20%.


Se obtuvieron valores de P por encima de 0.05 para Ca y K con lo cual la

concentración de estos elementos en todas las estructuras fue similar para ambas

fechas.

Tabla 9 Concentración media de Ca, Mg y K en raíces, tallos y hojas de la especie de

sauce bajo estudio en (mg*kg-1) para los dos tratamientos lixiviado 20% y 60%.

Especie Babylonica Ca Mg K

Raiz lixiviados 20% 4510.33 1923.17 3966

Raiz lixiviados 60% 4738.50 1235 6609.50

56

MIC 2008 ‐I‐ 16

Tallo lixiviados 20% 1518.07 822.67 4554.83

Tallo lixiviados 60% 4858.17 3323.17 6144.17

Hojas lixiviados 20% 2723.67 978.83 11845.73

Hojas lixiviados 60% 2154.33 432.67 4353.17


4.5 ANÁLISIS DE LA ASIMILACIÓN DE MICRONUTRIENTES (Cu, Zn, Mn y Ni) ENCONTRADOS EN SUELO Y LIXIVIADO.

Tabla 10. Resultados de la prueba de ANOVA y Post Hoc Test para Cu, Zn, Mn y Ni

Elemento ANOVA Tukey y Post Hoc Test

Valores de P F P

Cobre

10.070 0.000 raíz y tallo = 0.005 raíz y hojas = 0.000 tallo y hojas = 0.581


Fechas = 0.341

Zinc 1.716 0.190 raíz y tallo = 0.512 raíz y hojas = 0.167 tallo y hojas = 0.747


Fechas = 0.000

Manganeso 1.203 0.309 raíz y tallo = 0.990 raíz y hojas = 0.417 tallo y hojas = 0.346


57

MIC 2008 ‐I‐ 16

Fechas = 0.000

Níquel 5.743 0.006 raíz y tallo = 0.055 raíz y hojas = 0.005 tallo y hojas = 0.634


Fechas = 0.277


Figura No 30 Acumulación de Zn y Mn en las diferentes estructuras de la planta.


TRATAMIENTO

RAIZ TALLOS HOJAS

ESTRUCTURA

0

50

100

150

200

Zn (m

g*kg

-1)


TRATAMIENTO

RAIZ T ALLO HOJ AS

ESTRUCTURA

0

50

100

150

Mn

(mg*

kg-1

)




En micronutrientes se observo una asimilación mayor de Zn y Mn en raíz, tallo y

hojas y en menor proporción para Cu y Ni, obteniendo valores de P mayores a 0,05

para Zn y Mn y para Cu y Ni el valor P fue menor a 0.05, a pesar de ser requeridos

58

MIC 2008 ‐I‐ 16

por la planta en menor cantidad, los micronutrientes como Zn y Mn evidencian estar

en un rango mayor al normalmente encontrado en las mismas.


Las mayores concentraciones de Zn en raíz se presentan para el tratamiento con 60%,

un comportamiento diferente de acumulación se observo para tallos en ambos

tratamientos, mientras que en las hojas se presenta mayor absorción en 60% y para

manganeso con 20%, encontrando valores de P superiores a 0.05 entre tratamientos,

para los dos metales.


Se obtuvieron valores de P inferiores a 0.05 para Zn y Mn con lo cual la

concentración en todas las estructuras fue superior en la fecha 1, esto se pudo deber

hipotéticamente a la necesidad de estos elementos por parte de la planta que tomo una

buena provisión de estos en la primera fecha y los regulo con el tiempo a lo cual en la

segunda fecha la necesidad de los mismos pudo ser menor.

Figura No 31 Acumulación de Zn y Mn por fechas.

FECHA 1FECHA 2

FECHA

RAIZ T ALLOS HOJ AS

ESTRUCTURA

0

50

100

150

200

Zn (m

g*kg

-1)

FECHA 1FECHA 2

FECHA

RAIZ T ALLO HOJ AS

ESTRUCTURA

0

50

100

150

Mn

(mg*

kg-1

)



59

MIC 2008 ‐I‐ 16

Tabla 11. Concentración media de Cu, Zn Mn y Ni en raíces, tallos y hojas de la especie de

sauce bajo estudio en (mg*kg-1) para los dos tratamientos lixiviado 20% y 60%.

Especie Babylonica Cu Zn Mn Ni

Raiz lixiviados 20% 17.33 128.5 87.77 4.86

Raiz lixiviados 60% 102.37 179 109.67 0.17

Tallo lixiviados 20% 4.80 125.35 60.6 0.17


Hojas lixiviados 20% 6.95 82.75 81.55 0.28



4.6 ANÁLISIS DE LA ASIMILACIÓN DE METALES PESADOS (Ba, Cr, Pb y Cd) PRESENTES EN LIXIVIADOS.

Tabla 12. Resultados de la prueba de ANOVA y Post Hoc Test para Ba, Cr, Pb y Cd

Elemento ANOVA Tukey y Post Hoc Test

Valores de P F P

Bario

112.482 0.000 raíz y tallo = 0.000 raíz y hojas = 0.000 tallo y hojas = 0.461


Fechas = 0.469

Cromo 66.485 0.000 raíz y tallo = 0.000 raíz y hojas = 0.000 tallo y hojas = 0.956

60

MIC 2008 ‐I‐ 16


Fechas = 0.458

Plomo 0.462 0.632 raíz y tallo = 0.741 raíz y hojas = 0.642 tallo y hojas = 0.986


Fechas = 0.145

Cadmio 4.477 0.016 raíz y tallo = 0.041 raíz y hojas = 0.982 tallo y hojas = 0.027


Fechas = 0.000


Figura No 32 Acumulación de Ba y Cr en las diferentes estructuras de la planta.


TRATAMIENTO

RAIZ T ALLOS HOJ AS

ESTRUCTURA

0

50

100

150

Ba

(mg*

kg-1

)


TRATAMIENTO

RAIZ T ALLO HOJ AS

ESTRUCTURA

0

20

40

60

CrT

(mg*

kg-1

)




En los resultados de metales pesados se encontró una concentración mayor de Ba y

Cr en raíz, y en menor proporción para Pb y Cd, en todas las estructuras, encontrando

valores de P menores a 0,05 para Ba, Cr y Cd y para Pb el valor P fue superior a 0.05,

la asimilación en concentración de Ba y Cr, al igual que la no asimilación de Pb y Cd

61

MIC 2008 ‐I‐ 16

tiene que ver con factores como la disponibilidad del metal para la planta; esto es

principalmente por la valencia en que se encuentren estos metales y el pH tanto del

suelo como del lixiviado, el cual determina la solubilidad de estos para ser absorbidos

por la planta.


Las mayores concentraciones de Ba en raíz se presentan para el tratamiento con 20%,

un comportamiento diferente de acumulación tuvo el Cr el cual presenta su mayor

concentración en 60%, los valores de P fueron superiores a 0.05 para los dos

tratamientos en todos los metales.


Se obtuvieron valores de P superiores a 0.05 para Ba, Cr y Pb, por lo tanto la

asimilación de estos metales fue semejante en las dos fechas, para el caso del Cd se

presento la mayor absorción en la fecha 1.

Tabla 13. Concentración media de Ba, Cr, Pb y Cd en raíces, tallos y hojas de la especie de sauce bajo estudio en (mg*kg-1) para los dos tratamientos lixiviado 20% y

60%.

Especie Babylonica Ba Cr Pb Cd

Raiz lixiviados 20% 97.88 17.92 3.22 0.51

Raiz lixiviados 60% 79.95 47.27 22.62 1.36




62

MIC 2008 ‐I‐ 16



Tosh, et al. (1993) y Pattinson, et al. (2000). Afirman que la introducción de hongos

micorriza arbuscular (HMA) o arbuscular micorriza fungi (AM), los cuales forman

simbiosis de asociación con árboles, parece ser esencial para el establecimiento y

supervivencia de muchas plantas que se encuentran en sitios contaminados con

lixiviados, por esta razón en este estudio se tuvieron en cuenta las poblaciones

microbianas que viven interactuando en el sistema suelo planta, especialmente en las

raíces ya que su papel en la asimilación y estabilización de elementos tóxicos es

importante, sin profundizar demasiado en el análisis de la variable Biológica como lo

son los Hongos Micorriza Arbuscular (HMA), se ha evaluado para cada metal la

correlación entre porcentaje de colonización y absorción de metal en raíces.

Tabla No 14. Porcentaje de Colonización de Hongos Micorriza Arbuscular (HMA) en raíz.

Tratamiento Arbusculos Vesículas Campos Tot. % Colonización Inicial R1-a 24 0 92 26,04 % Inicial R1-b 29 0 59 49,15 % Inicial R1-c 18 1 56 33,92 % Inicial R2-a 6 0 62 9,6 % Inicial R2-b 9 9 37 48,64 % Inicial R2-c 7 12 29 65,51 % Inicial R3-a 12 1 33 39,39 % Inicial R3-b 4 0 28 14,28 % Inicial R3-c 8 0 22 36,36 % Fecha 1 TR1-a 4 12 82 19,51 % Fecha 1 TR1-b 3 36 79 49,36 % Fecha 1 TR1-c 1 21 78 28,20 % Fecha 1 TR2-a 5 32 77 48,05 % Fecha 1 TR2-b 9 15 84 28,57 % Fecha 1 TR2-c 5 19 89 26,96 % Fecha 1 TR3-a 3 27 77 38,96 % Fecha 1 TR3-b 2 25 71 38,02 % Fecha 1 TR3-c 5 20 73 31,50 % Fecha 1 L20R1-a 9 23 82 39,02 %

63

MIC 2008 ‐I‐ 16

Fecha 1 L20R1-b 13 25 89 42,69 % Fecha 1 L20R1-c 15 24 94 41,48 % Fecha 1 L20R2-a 15 27 93 45,16 % Fecha 1 L20R2-b 11 29 98 37,75 % Fecha 1 L20R2-c 8 31 89 43,82 % Fecha 1 L20R3-a 12 24 97 37,11 % Fecha 1 L20R3-b 11 35 102 45,09 % Fecha 1 L20R3-c 13 28 108 37,96 % Fecha 1 L60R1-a 22 8 75 40,00 % Fecha 1 L60R1-b 19 4 78 29,48 % Fecha 1 L60R1-c 24 11 96 36,45 % Fecha 1 L60R2-a 28 9 98 37,5 % Fecha 1 L60R2-b 25 5 103 29,12 % Fecha 1 L60R2-c 25 3 91 30,76 % Fecha 1 L60R3-a 16 2 98 18,36 % Fecha 1 L60R3-b 28 1 105 27,61 % Tratamiento Arbusculos Vesículas Campos Tot. % Colonización Fecha 1 L60R3-c 23 5 104 26,92 % Fecha 2 TR1-a 8 4 76 15,79 % Fecha 2 TR1-b 3 20 78 29,49 % Fecha 2 TR1-c 2 20 84 26,19 % Fecha 2 TR2-a 3 15 82 21,95 % Fecha 2 TR2-b 2 20 79 27,85 % Fecha 2 TR2-c 6 10 85 18,82 % Fecha 2 TR3-a 1 16 87 19,54 % Fecha 2 TR3-b 8 33 78 52,56 % Fecha 2 TR3-c 8 14 81 27,16 % Fecha 2 L20R1-a 5 13 83 21,69 % Fecha 2 L20R1-b 2 21 91 25,27 % Fecha 2 L20R1-c 2 23 90 27,78 % Fecha 2 L20R2-a 4 19 89 25,84 % Fecha 2 L20R2-b 7 8 98 15,31 % Fecha 2 L20R2-c 7 18 93 26,88 % Fecha 2 L20R3-a 0 21 87 24,14 % Fecha 2 L20R3-b 1 10 88 12,50 % Fecha 2 L20R3-c 5 13 89 20,22 % Fecha 2 L60R1-a - - - Muerte Vegetal Fecha 2 L60R1-b - - - Muerte Vegetal Fecha 2 L60R1-c - - - Muerte Vegetal Fecha 2 L60R2-a - - - Muerte Vegetal Fecha 2 L60R2-b - - - Muerte Vegetal

64

MIC 2008 ‐I‐ 16

Fecha 2 L60R2-c - - - Muerte Vegetal Fecha 2 L60R3-a - - - Muerte Vegetal Fecha 2 L60R3-b - - - Muerte Vegetal Fecha 2 L60R3-c - - - Muerte Vegetal


Donde:

R: Replica T: Tratamiento L: Lixiviado 20: Porcentaje 60: Porcentaje a: Primera Lectura b: Segunda Lectura c: Tercera Lectura

4.7 ANALISIS DE RESULTADOS PORCENTAJE DE COLONIZACIÓN DE HONGOS MICORRIZA ARBUSCULAR Y LOS DIFIRENTES ELEMENTOS ANALIZADOS EN ESTE ESTUDIO.

Debido a que hubo muerte vegetal en el tratamiento correspondiente a la aplicación

de lixiviados al 60%, estos datos no fueron sometidos al análisis estadístico para los

porcentajes de colonización en raíz y para el número de esporas por gramo de suelo.

4.7.1 Porcentaje de Colonización en Raíces de Salix spp. 4.7.1.1 Análisis de normalidad El P-value superior a 0,05 confirma que los datos se comportan de manera normal.

65

MIC 2008 ‐I‐ 16

4.7.1.2 Diferencias entre tratamientos

Realizando un análisis de varianza del diseño factorial se determino las diferencias

entre los tratamientos.

No existen diferencias significativas entre tratamientos, debido a que el P-value es

superior a 0,05. Por lo tanto los porcentajes de colonización fueron muy similares

para todas las fechas (Figura33A y 33B).

4.7.1.3 Diferencias entre Bloques

Conforme con los P-value podemos observar nuevamente que solo existen diferencias

entre las fechas. El comportamiento del estado de micorrización durante las fechas de

evaluación fue variable (Figura 34ª y 34B).

66

MIC 2008 ‐I‐ 16

Figura 33. Porcentaje de colonización de HMA en raíces de Salix spp. durante los tres

meses de evaluación.

34B.

Donde:

Tratamiento 1: Blanco. Tratamiento 2: 20 %.

4.7.1.4 Observación:

67

MIC 2008 ‐I‐ 16

Es importante considerar que la micorrización fue muy similar para los tratamientos,

lo que indica que el lixiviado a una concentración de 20 % no afecta

considerablemente el gran recurso biológico que son los Hongos Micorriza

Arbuscular.

Es importante observar el nivel de captación de metales pesados para cada uno de los

tratamientos con el fin de hacer una correlación entre estos niveles y los porcentajes

de colonización en raíz por parte del hongo. Lo anterior podría dar una idea de la

importancia de estos hongos en fitoremediación y en la detoxificacion de metales

tanto para el suelo como para la planta.

4.7.2 Numero de Esporas por gramo de suelo

4.7.2.1 Análisis de normalidad

El P-value indica que los datos se comportan de manera normal.

4.7.2.2 Diferencias entre tratamientos

El análisis de varianza muestra que no existen diferencias entre tratamientos.

68

MIC 2008 ‐I‐ 16

El número de propágalos infectivos del hongo se ve disminuido solo para el

tratamiento con lixiviados al 20 %, siendo la disminución. (Figura 35 y 36).

Figura 34. Número de Esporas por gramo de suelo al inicio y al tercer mes.

Donde:

Tratamiento 1: Blanco. Tratamiento 2: 20 %.

69

MIC 2008 ‐I‐ 16

Figura 35. Box Plot de los tratamientos, distribución de las medianas.

La distribución de las medianas demuestra nuevamente que no existen diferencias

entre tratamientos.

4.7.2.3 Observación

Conforme con los resultados obtenidos es importante resaltar que los lixiviados del

deshecho sanitario a una concentración del 20% no representan toxicidad para el

hongo, debido a que los porcentajes de colonización en raíz son buenos y la

población de propágalos infectivos en suelo no se ven afectadas considerablemente.

Nuevamente es importante resaltar que es ciclo reproductivo del hongo requiere

como mínimo de cuatro meses, por lo tanto se debe considerar que el experimento

requiere de más tiempo de evaluación, a fin de poder estimar el efecto de los

lixiviados sobre la viabilidad y simbiosis de los Hongos Micorriza Arbuscular.

4.7.3 Análisis para Aluminio.

70

MIC 2008 ‐I‐ 16

Figura No 36. Correlación entre el porcentaje de colonización de HMA y

concentración de Al en las raíces.


TRATAMIENTO

0 10 20 30 40 50

% COLONIZACION HMA

10000

20000

30000

40000

50000

60000

Al (

mg*

kg-1

)



Según el valor P= 0.023, para el caso del Al si hay diferencias significativas entre el

porcentaje de colonización de HMA en raíces y la asimilación del metal, con lo cual

para este elemento a un porcentaje de 35% y 45% de colonización se presentan las

mayores concentraciones de Al en la raíz, del orden de 45000 a 60000 (mg*Kg-1), lo

cual nos significa que la correlación existe y es positiva.

4.7.4 Análisis para Zinc y Manganeso.

Figura No 37 Correlación entre el porcentaje de colonización de HMA y

concentración de Zn y Mn en las raíces.

71

MIC 2008 ‐I‐ 16


TRATAMIENTO

0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00

% COLONIZACION HMA

50.00

100.00

150.00

200.00

Zn (m

g*kg

-1)


TRATAMIENTO

0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00

% COLONIZACION HMA

60.00

80.00

100.00

120.00

Mn

(mg*

kg-1

)

Analizando el coeficiente de correlación R para el Zn este valor es inferior a 0.5 con

lo cual la correlación es deficiente, mientras que para el Mn los valores de R son

mayores a 0.5 con lo cual aquí la correlación existe y es positiva.

Para los demás elementos como Fe, Ca, Mg, K, Cu, Ni, Ba, Cr, Pb y Cd las

correlaciones fueron deficientes para la absorción de los elementos en la raíz de la

planta.

4.8 IMPLICACIONES PARA FITOEXTRACCIÓN.

La acumulación y distribución de metales pesados en los tejidos de la planta son

aspectos importantes a evaluar del rol de las plantas en remediación de suelos

contaminados Salt, et al. (1998). El éxito de una fitorremediación depende de una

adecuada planta, un adecuado terreno y una habilidad hiperacumuladora de la planta.

Salt, et al. (1998)

Varios estudios han mostrado que el Salix spp; con S. viminalis y S. dasyclados en

particular, exhiben la capacidad de acumulación de altos niveles de Cd y Zn. Brieger,

72

MIC 2008 ‐I‐ 16

et al. (1992). Estudios para el Salix viminalis han encontrado concentraciones medias

de Cu de 15,1 (mg*Kg-1) en raíz, para este estudio la concentración media de Cu fue

de 28 (mg*Kg-1) en raíz aproximadamente, para zinc se ha encontrado

concentraciones medias de 243 (mg*Kg-1) en raíz y para este estudio la

concentración media de Zn fue de 160 (mg*Kg-1).

Para este estudio hemos querido comparar las concentraciones de algunos de los

elementos analizados con respecto a otro estudio el cual mide la capacidad de plantas

en crecimiento para la fitoextracción de metales pesados en suelos contaminados, ya

que este estudio reporta una alta acumulación de metales pesados en diferentes

estructuras de la planta.

Para nuestro estudio se presentan concentraciones medias de Fe del orden de 1016 a

1486 (mg*Kg-1) para los tratamientos de 20% y 60%, contra 400 a 1200 (mg*Kg-1)

en raíces; y una concentración de 2896 (mg*Kg-1) para el tratamiento del 60% en

tallo, contra valores de 700 a 900 (mg*Kg-1) del otro estudio. En K se presenta una

concentración media de 11845 (mg*Kg-1) en hojas para el tratamiento con 20%, en

contraste para las otras plantas las concentraciones oscilan entre 8000 y 12000

(mg*Kg-1) en hojas. Para Cu encontramos concentraciones medias de 17 a 102

(mg*Kg-1) en raíz para el 20% y 60% respectivamente, contra 15 a 20 (mg*Kg-1).

En Zn obtuvimos concentraciones de 128 a 179 (mg*Kg-1) en raíz para el 20% y

60% respectivamente, contra 45 a 70 (mg*Kg-1), de 73 a 125 (mg*Kg-1) en tallos,

contra 20 a 50 (mg*Kg-1) y para hojas 82 a 193 (mg*Kg-1), contra 50 a 70 (mg*Kg-

1). Para Mn se presentan concentraciones de 87 a 109 (mg*Kg-1) en raíz para el 20%

y 60%, contra 10 a 50 (mg*Kg-1), de 60 a 93 (mg*Kg-1) en tallos, contra 20 a 50

(mg*Kg-1), de 81 a 132 (mg*Kg-1) en hojas, contra 40 a 180 (mg*Kg-1).

Por último comparamos otro estudio denominado potencial de cinco especies de

sauce (salix spp.) para fitoextracción de metales pesados por E. Meers, et al. (2006)

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MIC 2008 ‐I‐ 16

en el cual evalúan las concentraciones de Zn en tallo y hojas, para nuestro propósito

compararemos únicamente las concentraciones en tallo, las especies estudiadas y su

respectiva concentración son: Noir 100 (mg*Kg-1), Rood 110 (mg*Kg-1), Bleu 115

(mg*Kg-1), Loden 220 (mg*Kg-1) y Christina 260 (mg*Kg-1); concentraciones que

comparadas con el Sauce Babylonica (llorón) obtuvimos concentraciones del orden

de 60 a 93 (mg*Kg-1), concentración similar a las presentadas por Noir, Rood y

Bleu.

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MIC 2008 ‐I‐ 16

5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

El Tratamiento más eficiente para el objetivo de fitorremediación planteado en este

estudio fue el de 20% ya que para el 60% se presento muerte vegetal luego de tres

meses.

El sauce salix spp. Babylonica, tiene potencial de hiperacumulación de Al en raíces.

Un probable efecto de la muerte vegetal en el tratamiento con lixiviado del 60% pudo

ser la inhibición en la absorción de algunos nutrientes como el fosforo; lo cual se

evidencio en la coloración rojiza de las hojas tomada a los dos meses.

Se puede utilizar sauce Salix Babylonica en el tratamiento de lixiviados para la

fitoextracción de Mn, Ca, K y Zn ya que presenta concentraciones importantes de

estos elemento en raíz, tallo y hojas.

El sauce Salix Babylonica se puede implementar en procesos de fitorremediación de

lixiviados ya que presento fitoacumulación y fitoestabilización en la zona radicular

para elementos como Al, Fe, Mg, Cu, Ba y Cr.

Las micorrizas presentaron una correlación buena para la absorción de metal por las

raíces en Al, Zn y Mn, en los demás elementos la correlación fue deficiente.

Las micorrizas se pueden emplear como control biológico para monitorear el

desarrollo de la planta en procesos de fitorremediacion de lixiviados.

La implementación de un proceso de fitorremediacion de lixiviados a gran escala

requerirá el desarrollo de un modelo que involucre la sostenibilidad del suelo, la

Sostenibilidad de las aguas superficiales y subterráneas y la supervivencia de las

plantas.

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MIC 2008 ‐I‐ 16

Se deberá implementar un monitoreo mensual de los lixiviados, suelo y aguas lluvias

para determinar los valores de parámetros como pH, concentración de elementos

tóxicos para la planta y posibles formaciones salinas del suelo lo cual tomara

implicaciones negativas en la construcción de un proyecto de fitorremediación a gran

escala.

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MIC 2008 ‐I‐ 16

Anexo A. Las micorrizas

Este Capitulo fue escrito en su totalidad por el Ingeniero Carlos Adrian Lopera

Agudelo estudiante de la Maestría en Biología Molecular de la Facultad de Biología

de la Universidad de los Andes para esta investigación.

Definición.

La palabra micorriza proviene del griego myco que significa hongo y rhyza que

significa raíz. El término inicialmente fue acuñado por Albert Bernard Frank en 1885,

quien se refería a estas como a una asociación entre las plantas y el micelio de hongos

que establecían una dependencia fisiológica reciproca. En 1894 este investigador,

demostró la naturaleza mutualista, comprobando que los hongos al ubicarse en la raíz

de la planta aumentaban su área radicular y por ende la absorción de nutrientes, sin

embargo la presencia de esta asociación ya se había observado desde inicios del siglo

XIX y se interpretó de naturaleza parasítica. Después de aproximadamente un siglo se

le comenzó a reconocer su amplia ocurrencia y su carácter benéfico (Prager, M.S.,

1999), (Deutsche Gesellschaft, Eschborn, et. al. 1991. p. 371).

Las micorrizas han sido definidas por diferentes autores. Gerdemann (1970), afirma:

“La mayoría de las especies de plantas que crecen en condiciones naturales son

organismos dobles en los cuales los órganos a través de los cuales se absorben el agua

y los nutrimentos consisten en tejido radical y fungoso”. Harley (1983), retoma esta

definición y la completa así: “órganos conjuntos de absorción sanos (raíces, rizomas

o talos) de muchas, quizás la mayoría de las plantas terrestres son habitadas por

hongos simbióticos”. Trappe (1996), teniendo en cuenta la dominancia de la

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MIC 2008 ‐I‐ 16

micotrofia en la mayoría de los ecosistemas del mundo, amplia aún más su

definición: “órganos dobles de absorción formados cuando hongos simbióticos

habitan raíces, rizomas o talos de la mayoría de las plantas terrestres y muchas

acuáticas y epifitas.

Considerando conceptos sobre su naturaleza física, aspectos nutricionales,

funcionales y ecológicos, autores como Siquiera & Franco 1988, definen las

micorrizas como: “Simbiosis endofitica, biotrófica y mutualista, prevalente en la

mayoría de plantas nativas y cultivadas, caracterizada por el contacto íntimo y una

perfecta integración morfológica entre el hongo y la planta, por la regulación

funcional e intercambio de metabolitos, con beneficios mutuos”.

Endomicorrizas.

Las endomicorrizas se caracterizan por la penetración del hongo inter e

intracelularmente, ausencia de manto y acentuadas modificaciones anatómicas en las

raíces no visibles a simple vista. Su ocurrencia es muy generalizada y se subdivide

en: Arbuscular, Ericoide, Arbutoide y Orquidiode. Las tres últimas con un

comportamiento más específico sobre las plantas hospederas (Azcón-Aguilar, C. y

J.M. Barea et. al. 1997).

Hongos micorrizas arbusculares (HMA).

Se caracterizan por la formación de estructuras llamadas arbúsculos y vesículas,

explorando el suelo con hifas y micelio. Estos hongos colonizan alrededor del 97% de

las plantas vasculares y su distribución es cosmopolita con mayor incidencia en los

trópicos (Barea, J.M. y J. Olivares et. al. 1998).

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MIC 2008 ‐I‐ 16

Beneficios

En esta asociación el hongo se beneficia de la planta al tomar nutrientes carbonados a

nivel de la raíz, calculados entre un 4 a 20% del carbono total fijado en la fotosíntesis,

esto es compensado por los diversos beneficios que trae la simbiosis a la planta, el

primero es el aumento del área radicular, por lo tanto el incremento en el volumen de

suelo explorado y por ende la eficiencia en la toma de nutrientes de la solución del

suelo, que trae como consecuencia un aumento en la tasa fotosintética, dada las

elevadas concentraciones de fósforo foliar, la eliminación de las restricciones de

conducción a la planta , cambios en la hidratación de las hojas etc. (Prager, M.S

1999). Además del P, estudios demuestran el mejoramiento en la absorción del Zn,

Mo, K, S y NH4 cuya velocidad de difusión en el suelo es baja y su absorción

depende la densidad de raíces por volumen de suelo (Prager, M.S 1999).

El incremento de la rizosfera se da con la penetración del hongo a la raíz y el

desarrollo de micelio alrededor de esta, las hifas internas y externas de hongo están

en contacto con la raíz en casi 10 puntos de entrada por cm. de raíz [3]. Algunos

autores afirman que el micelio externo puede crecer a considerables distancias desde

la raíz en el suelo (más de 8 cm.) y los puntos de conexión pueden ser mucho más

numerosos en condiciones naturales.. La densidad es altamente dependiente de la

especie de HMA, de la planta hospedante y del suelo (Deutsche Gesellschaft et. al.

1991) .

Se ha comprobado la eficiencia de absorción de nutrientes como el Cobre, Magnesio,

Calcio, Boro, Hierro, y Manganeso en plantas micorrizadas, igualmente elementos

como el Nitrógeno registran incrementos en su concentración, el efecto en este ultimo

elemento se debe posiblemente al efecto sinérgico entre HMA y microorganismos

fijadores de Nitrógeno pues el mejoramiento en la disponibilidad de fósforo, facilita

la fijación de N, proceso que implica alto consumo de ATP, además la mayor

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MIC 2008 ‐I‐ 16

participación de los HMA en la absorción de N, ocurre con amonio, el cual es poco

móvil y constituye la forma de N mas importante en suelos con ligera acidez

(Deutsche Gesellschaft et. al. 1991)

La captación de nutrientes en las raíces depende de la concentración de estos en el

suelo, de la capacidad de amortiguación, de los cambios que afecten la concentración

y de la velocidad con que las raíces sean capaces de absorberlos. El ritmo de

captación está influenciado por la arquitectura del sistema radical, el tamaño, la

geometría y el diámetro de las raíces, así como el número de pelos radicales, su

extensión y su distribución. Lo que ofrecen los HMA a la raíz es una arquitectura que

facilita la entrada de nutrientes más no la solubilidad de estos en el suelo, además la

eficiencia de entrada de ciertos nutrientes favorece la entrada de otros (Prager, M.S,

1999).

Muchos estudios han mostrado que los puentes entre plantas, formados por los HMA

pueden provisionar cambios de transferencia directa de nutrientes entre las micorrizas

de diferentes plantas y el transporte y acumulación de nutrientes depende de la

especie de HMA que este participando (Varma, A. and B. Hock, 1999).

Otros benéficos que trae la simbiosis a la planta, es una mayor tolerancia al estrés

hídrico como efecto de su alto nivel nutricional, además estudios sugieren la

formación y preservación de una película por el micelio del hongo entre la raíz y el

suelo que mantienen el flujo hacia la raíz y la transpiración. El alto nivel nutricional a

nivel de macronutrientes y micronutrientes en plantas micorrizadas les da mayor

capacidad de soportar condiciones adversas como extremos en el pH, y altas

concentraciones de elementos tóxicos como el Hierro, Aluminio, cobre, Cadmio y

Manganeso, estudios han comprobado dichas resistencias (J.M. Barea, and C. Azcon-

Aguilar et. al. 1999 p. 718).

Las micorrizas pueden producir cambios que influyen positivamente en el

crecimiento y la salud de las plantas, los cambios químicos en los exudados de las

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MIC 2008 ‐I‐ 16

raíces y la composición microbial de la rizosfera además de proteger contra los estrés

de tipo ambiental, pueden evitar la infección por patógenos oportunistas, es por ello

que un manejo estratégico de los HMA podría resultar un control biológico a

enfermedades (Linderman, R.G., F.L. Pfleger, et. al. 1994 p. 1-26). Igualmente los

cambios en la morfología y fisiología, de la raíz como son lignificación de las paredes

celulares y los mayores contenidos de aminoácidos pueden inhibir o disminuir el

crecimiento de patógenos (Ingham, R.E et. al. 1988 p. 169 – 182).

Los HMA en biorremediacion

Los metales están directa o indirectamente involucrados en todos los aspectos

metabólicos y de crecimiento de los hongos. Mientras algunos elementos son

esenciales como K, Na, Mg, He, Cu, Zn, Co y Ni, otros aparentemente no parecen

tener una función esencial para el hongo, tales como Cs, Al, Cd, Ag, Au, Hg y Pb.

Aunque, todos estos elemento pueden interactuar con la célula del hongo y ser

acumulados por mecanismos fisico-quimicos y sistemas específicos de transporte

(Dighton, J., Fungi, 2003).

En presencia de metales pesados la asociación micorrizal se pueden sufrir dos

comportamientos fisiológicos: a) se puede afectar la tasa de transferencia y

concentración de metales pesados en la planta hospedera y b) se puede ver afectado el

porcentaje de colonización de raíz (Gadd, G.M, 1993 p. 25-60). El grado de toxicidad

de los metales pesados sobre los organismos depende de la disponibilidad relativa de

estos en la solución del suelo, de factores edáficos tales como pH, materia orgánica y

contenidos de arcilla y por factores biológicos como solubilización, bioabsorción y

bioacumulación (Berthelin, J., C. Munier-Lamy, y C. Leyval, 1995). Los HMA han

mostrado una gran resistencia a altos niveles de metales pesados, y por tal efecto han

sido aplicados en la restauración de suelos contaminados.

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MIC 2008 ‐I‐ 16

Se sugiere que existen dos posibles rutas evolutivas que emplean las micorrizas para

permanecer en ambientes contaminados por metales pesados. Uno de los mecanismos

opera a bajas concentraciones de metales y hay producción de sideroforos para

metales específicos como hierro principalmente. El segundo método opera en altas

concentraciones de metales y contrario al mecanismo anterior, donde no hay

especificad con algunos metales, se suprime la producción de siderofotos por parte

del hongo y la planta hospedera es también protegida (Leyval, C., K. Turnau, 1997

p.139-153). Las micorrizas además reducen la toxicidad debido a que previenen la

translocación de metales pesados a tejidos de la planta hospedera (Hartley-Whitaker,

J., J.W.G. Cairney, y A.A. Meharg, 2000 p. 694-699).

En un trabajo hecho con algunas especies de pastos y HMA sobre restauración de

suelos de minería se encontró que la inoculación con estos hongos incrementaron la

supervivencia, crecimiento y contenido de nutrientes de estas plantas (Call, C.A. and

F.T. Davies, 1988 p. 395.405).

También se ha determinado mediante algunos estudios, que en raíces de clavel

asociadas con HMA se obtuvieron niveles bajos de Cd y mayor captación del metal a

través del micelio, debido a la reducida transferencia del metal a la planta por parte

del hongo y finalmente se obtuvo una buena detoxificación del sistema empleado.

(Joner, E.J. and C. Leyval et. al. 1997 p. 353-360). De igual forma inoculaciones con

HMA redujeron las concentraciones de Zn, Cd y Mn en plantas de soya.

Leyval et al. (1997) cita algunos trabajos en los cuales se demostró que la

colonización con HMA de raíces de algunas plantas es alta en suelos contaminados

por metales pesados. En contraste con estos trabajos Weissenhorn et al. (1995), no

encontró correlación entre el grado de colonización micorrizal en plantas de maíz con

el contenido de metales en tejido de raíz y la disponibilidad de estos en el suelo.

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Debido a la dificultad que existe de obtener cultivos puros de HMA, existe muy poca

información disponible acerca del efecto de los metales pesados sobre el crecimiento

y fisiología del hongo.

Senior et al. (1993), y Donnelley y Fletcher (1994) han estudiado el potencial de las

micorrizas en la restauración y biorremediacion. La habilidad de estos hongos para

proteger sus hospederos de los niveles tóxicos de metales pesados, también como su

habilidad de ampliar el rango de suelo explorado por medio del micelio como una

extensión de la raíz, son unas de las ventajas de esta relación simbiótica en procesos

de fitoremediación.

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POTENCIAL DE UNA ESPECIE DE SAUCE (Salix spp.) PARA ...

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