I. UNIVERSIDAD PERUANA UNIÓN FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA E.P. DE INGENIERÍA AMBIENTAL CAPACIDAD DEL GIRASOL (Helianthus annus L.) PARA ABSORBER CADMIO DE SUELOS CONTAMINADOS EN AMBIENTE CONTROLADO - PUNO DOCENTE: ING. TAPIA AGUILAR Bernardino ESTUDIANTES: PEREZ AGUILAR Clarence QUIPE JARA Mary Luz Salas Carcausto Evelyn SUCASACA MAMANI Nohemi YANA QUISPE Ruel Anderson CICLO: VI “A” Villa Chullunquiani - 2019 Índice OBJETIVOS ...................................................................................................................................... 3 I. 1.1. OBJETIVO GENERAL ............................................................................................................. 3 1.2. OBJETIVO ESPECIFICO ......................................................................................................... 3 INTRODUCCION ............................................................................................................................. 3 II. III. MARCO LEGAL ........................................................................................................................... 5 IV. MARCO TEÓRICO....................................................................................................................... 6 4.1. Fitorremediación ........................................................................................................................ 6 4.1.1. Girasol ...................................................................................................................................... 7 4.1.2. Cadmio ..................................................................................................................................... 7 V. DESARROLLO TEMÁTICO............................................................................................................ 8 VI. CONCLUSIÓN ............................................................................................................................ 11 VII. RECOMENDACIONES .............................................................................................................. 12 VIII. REFERENCIAS ........................................................................................................................... 13 IX. ANEXOS ..................................................................................................................................... 14 Lista de anexos Anexo a. Instalación de invernadero .......................................................................................... 14 Anexo b. Procesos de la etapa de muestras y su control de temperatura ................................... 14 Anexo c. Etapa de suelo con semillas girasol ............................................................................ 14 Anexo d. Germinación del girasol .............................................................................................. 15 Anexo e. Crecimiento del girasol. .............................................................................................. 15 Anexo f. Etapa final: crecimiento del girasol. ............................................................................ 15 I. OBJETIVOS 1.1. OBJETIVO GENERAL Determinar la concentración de cadmio en suelos contaminados provenientes del centro poblado La Rinconada Puno. 1.2. OBJETIVO ESPECIFICO Determinar la capacidad de absorción de cadmio por el girasol (Helianthus annus L.) II. INTRODUCCION El suelo es la capa superior de tierra compuesta de sólidos, líquidos y gases en donde se desarrollarán las raíces de las plantas, al tomar de ahí los nutrientes necesarios para crecer. Un suelo ideal tiene una distribución pareja de organismos sólidos, como minerales y materia orgánica, y poros para la circulación de agua y aire. (Gardner, 1973) Desde el punto de vista científico más actualizado, la Edafología define el suelo como “un ente natural organizado e independiente, con unos constituyentes, propiedades y génesis que son el 6 resultado de la actuación de una serie de factores activos (clima, organismos, relieve y tiempo) sobre un material pasivo (la roca madre)", (Lopez, 2006). El edafólogo francés PHILIPPE DUCHAUFOUR definió en 1956 el suelo como una “colección de cuerpos naturales de la superficie terrestre que soporta plantas, que llega desde los materiales no consolidados e inorgánicos que yacen en la zona de las raíces de plantas nativas perennes a donde se han desarrollado horizontes impermeables a las raíces o los dos metros más superficiales de propiedades distintas al material rocoso subyacente, como resultado de la acción de organismos vivos, clima, roca madre y relieve”. (Lopez, 2006) La contaminación del suelo consiste en una degradación química que provoca la pérdida parcial o total de la productividad del suelo como consecuencia de la acumulación de sustancias tóxicas en unas concentraciones que superan el poder de amortiguación natural del suelo y que modifican negativamente sus propiedades. Esta acumulación se realiza generalmente como consecuencia de actividades humanas exógenas, aunque también se puede producir de forma natural o endógena cuando los procesos de edafización liberan elementos químicos contenidos en las rocas y los concentran en el suelo alcanzando niveles tóxicos. (Baena, 2007) Los metales pesados son contaminantes que necesitan especial atención porque pueden permanecer varias décadas en el suelo y concentrarse en las cadenas tróficas, las tecnologías desarrolladas para el saneamiento de ambientes contaminados con los metales que se encuentran en el ambiente natural como por la actividad de absorción de parte de los vegetales conocidos como organismos metaloides, son costosas y requieren un largo período de tiempo para su ejecución. (Herrera, 2009) La remediación es el tratamiento o conjunto de operaciones que se realizan con el objetivo de recuperar la calidad del subsuelo contaminado (suelos y aguas subterráneas asociadas). Existen diferentes técnicas que permiten alcanzar los valores de contaminación residual óptimos para garantizar la salud de las personas y de los ecosistemas, según los usos definidos del lugar, por ejemplo, la fitorremediación. (Durango, 2010) La fitorremediación constituye un método competitivo y sencillo de limpiar las cada vez más abundantes áreas contaminadas en todo el mundo. La identificación de plantas que germinan en ambientes muy contaminados presenta, frente a otros sistemas complejos de limpieza, un gran interés en la recuperación de suelos y/o aguas. (Suaña, 2017) Las plantas no acumuladoras tienen una más alta concentración de metal en raíces que en hojas y tallos presentaron un orden general de coeficientes de transferencia entre suelo y planta para la mayoría de los metales biológicamente importantes. (Suaña, 2017) Cuando la fuente de metales pesados es el suelo, en general los niveles decrecen en el orden: raíces - tallos- hojas- frutos semillas. Por ejemplo, plantas jóvenes de girasol (Helianthus annus) 14 creciendo en solución nutritiva suplementada con Cd, Cu, Pb y Zn acumularon metales especialmente en las raíces. III. a) MARCO LEGAL Constitución política del Perú-1993 b) Ley general del ambiente N° 28611 c) Código de Recursos Naturales Renovables N° 2811 d) Ley General del Ambiente y los Recursos Naturales N° 217 e) Decreto Supremo N° 011-2017-MINAM f) De conformidad con el Decreto Supremo N° 002-2013-MINAM por medio del cual se aprueban los Estándares de Calidad Ambiental (ECA) para Suelo, la Guía para Muestreo de Suelos establece especificaciones para: I) determinar la existencia de contaminación en el suelo, II) determinar la dimensión (extensión horizontal y vertical) de la contaminación, III) determinar las concentraciones de nivel de fondo, y/o IV) determinar si las acciones de remediación lograron reducir la concentración de los contaminantes en el suelo, de acuerdo a las metas planteadas. (suelos, 2000) g) En función al objetivo del muestreo de suelos, la Guía establece los siguientes tipos: muestreo de identificación, muestreo de detalle, muestreo de nivel fondo, y muestreo de comprobación de la remediación. En la Guía se especifica, además, diferentes técnicas de muestreo, criterios para la determinación del número de muestras, así como medidas de calidad para la toma y el manejo de muestras de suelos. (MINAM, 2005) IV. MARCO TEÓRICO Un suelo contaminado es considerado como aquel que ha superado su capacidad de amortiguación para una o varias sustancias y, como consecuencia, pasa de actuar como un sistema protector a ser causa de problema para el agua, la atmosfera, y/o los organismos. Al mismo tiempo, se modifican sus equilibrios biogeoquímicos, y aparecen cantidades organismos contaminantes orgánicos tales como los hidrocarburos o pesticidas. En muchos casos han sido también estudiadas técnicas de biorremediación para disminuir dicha contaminación, (García, 2002) El suelo es alterado como resultado de las actividades mineras. Una de las anomalías biogeoquímicas que se generan al momento de la extracción, es el aumento de la cantidad de microelementos en el suelo convirtiéndolos a niveles de macroelementos los cuales afectan negativamente la biota y calidad de suelo; estos afectan el número, diversidad y actividad de los organismos del suelo, inhibiendo la descomposición de la materia orgánica del suelo, (Puga, 2006). Los metales están presentes en el suelo como componentes naturales del mismo o como consecuencia de las actividades antropogénicas, generando un irremediable deterioro en el ambiente. Así como el cadmio son altamente tóxicos, contrario a los contaminantes de origen orgánico, no pueden ser degradados química u orgánicamente, por lo que una de las alternativas para la remoción de contaminación con estos iones metálicos es la fitoextracción. Ésta consiste en la absorción y acumulación de metales clasificadas plantas hiperacumuladoras, como el girasol (Helianthus annus). 4.1. Fitorremediación La fitorremediación aprovecha la capacidad de ciertas plantas para absorber, acumular, metabolizar, volatilizar o estabilizar contaminantes presentes en el suelo, aire, agua o sedimentos como: metales pesados, metales radioactivos, compuestos orgánicos y compuestos derivados del petróleo. Estas fitotecnologías ofrecen numerosas ventajas en relación con los métodos fisicoquímicos que se usan en la actualidad, por ejemplo, su amplia aplicabilidad y bajo costo, 4.1.1. Girasol Girasol, es el nombre común de las hierbas anuales (florean en verano y otoño) y vivaces que forman el género Helianthus, de la familia de las compuestas (compositae). El género, que tiene unas 67 especies, se considera nativo de Norteamérica, México y Sudamérica, aunque ahora los girasoles son de distribución casi universal. Las formas más altas miden hasta 3 m, pero las hay enanas de 1 m. . Se utiliza en muchos países como remedio casero para muchas enfermedades, así, se usan las hojas y flores de la planta contra enfermedades de garganta y pulmonares. El girasol crece bien en climas cálidos, con temperaturas de 18 ºC a 25 ºC con máximas de 35 ºC, requieren mucho sol, son susceptibles a las heladas, con un pH del suelo de 6-7, la relación de nutrientes requerida no debe alejarse de la siguiente fórmula: 2.5 N : P2O5 : 2.5 K2O . Las plantas que pueden crecer y desarrollarse en suelos con altas concentraciones de metales pesados pertenecen a una flora especializada, que coloniza suelos originarios de serpentina o ultramáficos ricos en Ni y calamina (mineral que contiene altas concentraciones de Zn y Cd), naturales o contaminados por la actividad antrópica como la actividad minera. Esas plantas son seleccionadas naturalmente por su alta tolerancia a un determinado metal hipertolerancia, (Sueña, 2017). 4.1.2. Cadmio El cadmio es un metal pesado considerado como uno de los elementos más tóxicos, junto con el mercurio y el plomo. Se encuentra ampliamente distribuido en la naturaleza asociado a distintos minerales. A su vez, el hombre ha contribuido enormemente a su dispersión desde los inicios de la actividad minero-metalúrgica de otros metales, y más tarde, al descubrirse la gran utilidad del cadmio en el ámbito industrial. La problemática del cadmio radica, además de en su elevada toxicidad, en su larga vida media y en la capacidad para ser acumulado por los seres vivos, (Sánchez, 2016). V. DESARROLLO TEMÁTICO Se tomaron las muestras de suelo al azar del centro poblado La Rinconada, que se encuentra a una altitud de 5100 msnm, en las coordenadas de E 451805.96 y S 8382480.57, en la región Puno. el sustrato suelo fueron traídas de La Rinconada, en muestras al azar de 0 a 20 cm. Para el experimento se recolectaron dos muestras de suelo que se tomaron de suelo superficial hasta 35 cm de profundidad, 20 kg por muestra, traídas de La Rinconada se transportaron en baldes plásticas al laboratorio de Biología, se secaron en estufa a 40 °C por 24 h, continuando con su secado durante cuatro días, los suelos se esterilizaron en autoclave, durante 2 horas. Luego fueron transportados a los Laboratorios Analíticos del Sur- Arequipa para su análisis respectivo, concentración de cadmio (Método de ensayo aplicado *762 para Cadmio por Absorción Atómica). Los resultados fueron expresados en mg de cadmio por kg de suelo (mg/kg), para las comparaciones con los estándares de calidad para suelos. Se distribuyó en dos condiciones experimentales de invernadero y a la intemperie, para luego evaluar la temperatura y el pH de las muestras de suelo. Para evaluar la capacidad de absorción de cadmio, se colocó el sustrato con cadmio en 20 macetas, donde se usaron 60 semillas de girasol. El sembrío de los girasoles. Se sembraron 1 a 3 semillas de girasol desinfectadas (90% germinación) de 1kg de suelo por maceta, para garantizar el desarrollo de por lo menos una planta por maceta. Para el trabajo de investigación se repartió 10 maceteros de girasol con sustrato de suelo con presencia de cadmio en ambiente controlado (invernadero) e igual concentración para la intemperie. Una vez por semana en cada planta se procedió a medir la altura, diámetro del tallo y número de hojas. Se realizó el seguimiento del desarrollo de las plantas girasol, mediante mediciones de su crecimiento hasta el final de su ciclo biológico. Luego fueron transportados a los Laboratorios Analíticos del Sur- Arequipa para su análisis respectivo, concentración de cadmio (Método de ensayo aplicado *5054 para Cadmio en matrices complejas por ICP-OES). RESULTADOS DE LA EJECUCIÓN. los resultados del análisis de contenido cadmio (Cd) para la muestra de suelo provenientes de La Rinconada, se tiene para el interior (invernadero) un valor promedio de 24.36 mg/kg de Cd, mientras que para el exterior se determinó 21.76 mg/kg de Cd, la desviación estándar fue de 1.89 y 1.15 mg/kg respectivamente (Tabla 1). Tabla 1. Concentración de cadmio en los suelos provenientes del centro poblado La Rinconada región de Puno. Lugar Interior Exterior Repetición 1 24. 898 20. 746 Repetición 2 22. 254 21. 525 Repetición 3 25. 926 23. 0125 Promedio 24. 36 21.76 Desviación Estándar 1.89 1.15 Fuente: Concentración del Cadmio en los suelos del centro de la Rinconada. Se muestra el desarrollo de las plantas de girasol en dos ambientes, en el interior (invernadero) las plantas presentaron alturas mínimas de 2 cm hasta un máximo de 62 cm en su máximo desarrollo, mientras que las plantas en el exterior presentaron alturas mínimas de 3 cm y máxima de 83 cm, de los resultados se establece un mayor desarrollo de las plantas que estuvieron expuestas directamente al sol y a temperaturas de ambiente del altiplano (Figura 1). Figura 1: Altura de plantas de girasol (Helianthus annus), para dos ambientes de cultivo y nueve meses del 2015 Se expone los resultados del análisis de contenido de cadmio en dos ambientes y tres partes de la planta de girasol, se tiene una media de 0.697 mg/kg para el ambiente interior (invernadero) y de 0.460 mg/kg en el ambiente exterior; en la raíz de la planta se determinó 1.340 mg/kg, en el tallo 0.279 y en las hojas 0.117 mg/kg de Cd (Tabla 2). Tabla 2: Concentración del cadmio en plantas de Girasol e suelo provenientes del centro poblado de la Rinconada en la región de Puno. Ambiente Exterior Interior Hoja raíz Tallo Hoja raíz Tallo 3 3 3 3 3 3 Media 0.21 0.88 0.29 0.03 1.80 0.27 D.E 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 Parte Muestras Fuente: Altura de plantas de girasol (Helianthus annus), para dos ambientes de cultivo y nueve meses del 2015 Se muestra los resultados de absorción de cadmio según las partes de la planta de girasol, se tiene que la raíz presenta una media de absorción porcentual de 5.716%, el tallo con 1.217% y las hojas 0.529% de absorción; de los resultados se evidencia que la mayor absorción del cadmio se produce a nivel radicular, mientras que por el proceso de translocación este metal es trasladado hacia el tallo y las hojas de la planta (Tabla 3). Tabla 3. Concentración de cadmio absorbido porcentaje en plantas de girasol en suelo provenientes del centro poblado la Rinconada de la región de Puno. Estadísticos raíz Tallo Hojas 6 6 6 Media 5.716 1.217 0.529 Desviación 1.666 0.139 0.429 No, de observaciones Estándar Fuente: Concentración del cadmio absorbido en el girasol provenientes del centre de la Rinconada. VI. CONCLUSIÓN Los problemas de contaminación por metales pesados que existen actualmente en diversas actividades requieren de tecnologías costo-efectivas, ambientalmente y que puedan aplicarse a gran escala, tal es el caso de la fitorremediación. La capacidad de las plantas (girasol); (Helianthus annus L.) para, adsorber, metabolizar, acumular, estabilizar o volatilizar contaminantes, se aprovecha su capacidad de absorber y acumular contaminantes uno de ellos es el cadmio unos metales pesado que trae como consecuencia la contaminación de suelo por la actividad minera (Rinconada). Y es de vital importancia tener el conocimiento de esta tecnología fitorremediación que es muy útil para la descontaminación de los suelos. VII. RECOMENDACIONES Realizar estudios de identificación con especies vegetales in situ de la zona altiplánica con potencial de absorción para metales pesados, para evaluar su posible uso en las condiciones ambientales específicas de La Rinconada. Evaluar estudios con otras especies y otras zonas para la absorción de otros metales pesados como plomo, mercurio, arsénico y otros. VIII. REFERENCIAS Baena, R. (2007). Contaminación de suelos por metales pesados. Durango, V. (2010). Remediación de suelos contaminados con mercurio . García, C. (2002). Metales pesados y sus aplicaciones en la calidad de suelo . Gardner, B. (1973). Física de suelo. Mexico. Herrera, F. K. (2009). Evaluación de la contaminación por plomo en suelos del Canton sitio del Niño municipio de San Juan Opico departamento de la libertad San salvador, Salvador. Lopez, A. (2006). Manual de edafologia. MINAM. (2005). Ley General del Ambiente Ley 28611. Puga, S. (2006). CONTAMINACIÓN POR METALES PESADOS EN SUELO PROVOCADA POR LA INDUSTRIA MINERA . Lima. Sánchez, G. (2016). ECOTOXICOLOGÍA DEL CADMIO. Suaña, M. E. (2017). CAPACIDAD DEL GIRASOL (Helianthus annus ) PARA ABSORBER CADMIO DE SUELOS CONTAMINADOS EN AMBIENTE CONTROLADOPUNO. suelos, M. d. (2000). Manual de practicas de suelos. Peru. Sueña, M. (2017). CAPACIDAD DEL GIRASOL (Helianthus annus L.) PARA ABSORBER CADMIO DE SUELOS CONTAMINADOS EN AMBIENTE CONTROLADOPUNO. Puno. IX. ANEXOS Anexo A. Instalación de Invernadero Anexo B. Procesos de la etapa de muestras y su control de temperatura Anexo C. Etapa de suelo con semillas girasol Anexo D. Germinación del girasol Anexo E. Crecimiento del girasol. Anexo F. Etapa final: Crecimiento del girasol.
