ArtculoenmemoriadelXIXCLCS2012Fitotoxicidad

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EVALUACIÓN DE LA FITOTOXICIDAD DE LODOS RESIDUALES DE INDUSTRIAS
ALIMENTICIAS Y PAPELERAS
Conference Paper · April 2012
DOI: 10.13140/2.1.3001.6007
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“Latinoamérica unida protegiendo sus suelos”
XIX CONGRESO LATINOAMERICANO DE LA CIENCIA DEL SUELO
XXIII CONGRESO ARGENTINO DE LA CIENCIA DEL SUELO
Mar del Plata, Argentina – 16 al 20 de abril de 2012
[email protected]
EVALUACIÓN DE LA FITOTOXICIDAD DE LODOS RESIDUALES DE
INDUSTRIAS ALIMENTICIAS Y PAPELERAS
Escobar, J.1; Pereira, L.1; Martínez, Y.2* y Sánchez, N.2
1
Escuela de Ingeniería Química, Fac. de Ingeniería - UC - Venezuela
Ambiente, Fac. de Ingeniería - UC – Venezuela
2
Laboratorio de Tecnología de suelo y
* Autor de contacto: [email protected]; ZP.2005- Naguanagua-Carabobo-Venezuela; 58-416-4455223
RESUMEN
Los lodos residuales que se generan como productos secundarios en plantas de tratamiento de
aguas residuales, implican un problema para las industrias debido a que conllevan a costos extras por
su manejo y disposición. Previo al uso o aplicación de éstos en determinadas áreas; principalmente
en el sector agrícola es necesario conocer sus características, propiedades y composición química
mediante análisis fisicoquímicos. Existen pruebas como los bioensayos que aportan resultados más
determinantes debido a que se llevan a cabo con especies vivas (plantas, microorganismos entre
otros). La presente investigación se realizó con la finalidad de evaluar la fitotoxicidad de lodos
procedentes de plantas de tratamiento de aguas residuales de una industria alimenticia y de una
papelera. Se llevó un bioensayo con semillas de rabanito (Raphanus sativus) y se evaluó su
sensibilidad a diferentes concentraciones (0,1; 0,5; 1,0; 5,0 y 10,0 % p/v) de los extractos obtenidos
de cada muestra lodo y de un control positivo de soluciones de Sulfato de Cinc (ZnSO4) a 0,25; 0,50;
1,00; 2,00 y 4,00 % p/v. Se determinó el porcentaje e índice de germinación, encontrándose que el
lodo papelero no presentó fitotoxicidad en el intervalo de concentraciones evaluadas, no obstante el
lodo procedente de la industria alimenticia mostró fitotoxicidad, con una concentración inhibitoria
media (CI50) de 1,15 % p/v, lo que indica que una concentración mayor a ésta genera más del 50 %
de inhibición de las semillas de rabanito.
PALABRAS CLAVE
Bioensayo; Índice de germinación; Raphanus sativus
INTRODUCCIÓN
El eminente crecimiento industrial que se ha registrado en las últimas décadas, ha generado una
producción considerable de lodos provenientes de las plantas de tratamiento de aguas residuales
involucradas en los diversos procesos industriales. Entre las opciones de uso de estos residuos se
encuentra su aprovechamiento como mejoradores de suelos, ya que, además de proporcionar
materia orgánica y nutrientes, desde el punto de vista físico ayudan a prevenir la erosión,
incrementan la capacidad de retención del agua y la porosidad del suelo. Adicionalmente esta
práctica contribuye a los esfuerzos por reciclar, disminuye la cantidad de desechos destinados a los
vertederos y la necesidad de fertilizantes.
La caracterización fisicoquímica de los lodos residuales es de gran relevancia; sin embargo este tipo
de análisis no es del todo eficiente como para determinar la toxicidad de los mismos para ello existen
análisis más viables como los bioensayos, que son pruebas de toxicidad que se realizan a partir de
organismos o microorganismos, llámense plantas, bacterias, entre otros; los cuáles aportan
resultados más determinantes debido a que se llevan a cabo con especies vivas. Esta técnica,
avalada por las instituciones que velan por la protección del ambiente como la Agencia de Protección
del Ambiente de los Estados Unidos (US EPA) o aquellas que estipulan métodos de estudio de la
contaminación ambiental en la Comunidad o Unión Europea (UE), tiene la ventaja de evaluar en
forma integrada la ecotoxicidad del conjunto de constituyentes con propiedades tóxicas de una
muestra y las interacciones entre ellos. La mayoría de las pruebas de toxicidad suministran una
estimación de la dosis o concentración que produce una respuesta tóxica a un nivel del 50% (CL50).
Entre los organismos que se desarrollan en fase acuosa están: las microalgas clorofíceas (Romero et
al., 2002), el anfípodo Hyalella gracilicornis Gonz (Universidad de Concepción, 2007), el cladócero
Daphnia magna (Castañeda, 1999), las semillas de cebolla Allium cepa y Soya Glycine Max (Grant,
1982), lechuga (Lactuca sativa) y semillas de rabanito (Varnero et al., 2007).
En los bioensayos de toxicidad aguda con semillas se evalúan los efectos adversos de un compuesto
puro o de una mezcla compleja en el proceso de germinación y en el desarrollo de las plántulas
durante los primeros días de crecimiento. Como respuesta se determina la inhibición en la
germinación y de la elongación de la radícula y del hipocótilo. Es importante destacar que durante la
germinación y los primeros días de desarrollo de la plántula ocurren numerosos procesos fisiológicos
en los que la presencia de una sustancia tóxica puede interferir, alterando la supervivencia y
desarrollo normal de las plántulas A diferencia de la prueba tradicional de germinación de semillas, la
evaluación del efecto en la elongación de la radícula y del hipocótilo de las plántulas permite ponderar
el efecto tóxico de compuestos solubles presentes en niveles de concentración tan bajos que no son
suficientes para inhibir la germinación, pero que sin embargo pueden retardar o inhibir completamente
los procesos de elongación de la radícula o del hipocótilo, dependiendo ello del modo y sitio de acción
del compuesto. De esta manera, la inhibición en la elongación de la radícula e hipocótilo constituyen
indicadores subletales muy sensibles para la evaluación de efectos biológicos en vegetales,
aportando información complementaria a la proporcionada al estudiar el efecto en la germinación.
Entre las ventajas de incorporar la prueba con semillas en un bioensayo, se tienen: el reducido tiempo
de de la prueba, los bajos costos asociados y que no requiere equipamiento sofisticado, en particular
en la aplicación a muestras ambientales o en el monitoreo de procesos de detoxificación,
saneamiento, control de efluentes o reúso de biosólidos, no obstante, es importante considerar la
sensibilidad de la especie.
Con base en lo antes expuesto, se planteó en este trabajo evaluar la fitotoxicidad de lodos
procedentes de plantas de tratamiento de aguas residuales, de una industria papelera y otra
alimenticia, mediante el uso de un bioensayo con semillas. Los índices determinados permitieron
clasificar dichos lodos en cuanto a su nivel de fitotoxicidad.
MATERIALES Y MÉTODOS
Los lodos se obtuvieron en las plantas de tratamiento de aguas residuales de una empresa
alimentos y una papelera. Las muestras del lodo alimenticio se tomaron aleatoriamente en
recipiente de almacenamiento a la salida del filtro prensa. El lodo papelero se obtuvo de la tolva
descarga de este residuo a los camiones que lo transportan al sitio de disposición. Los lodos
de
un
de
se
secaron al aire, se molieron, se pasaron por un tamiz de 0,5mm y se guardaron en bolsas plásticas
para su uso posterior. Para el ensayo se tomaron muestras de cada lodo, cuyas características se
presenta en la tabla 1. De acuerdo a los parámetros evaluados y según las normativas de la EPA y
CEE que regulan la utilización de biosólidos en suelos agrícolas puede considerarse que ambos
residuos no presentan limitaciones para el uso en la agricultura.
Tabla1. Parámetros químicos de los lodos
Parámetros
Papelero*
Alimenticio**
pH 1:10 en H O
8,47
7,11
Carbono orgánico total (mg/kg)
Nitrógeno (mg/kg)
Fosforo (mg/kg)
250230,00
5100,00
3400,00
3793,00
403,00
117,00
Potasio (mg/kg)
200,00
42,00
Cadmio (mg/kg)
2,00
0,10
Cromo (mg/kg)
ND
18,19
Plomo (mg/kg)
21,45
10,31
Cobre (mg/kg)
32,45
ND
2
Fuente: *Martínez & Rivero (2008) **Bermúdez & Carrasco, (2008)
ND: No determinado
Se realizaron pruebas preliminares para establecer las condiciones requeridas para llevar a cabo el
montaje experimental, para ello se probaron dos tipos de semillas (lechuga y rabanito) y diferentes
diluciones para establecer el intervalo de concentraciones convenientes para el ensayo. La semilla
seleccionada fue la de rabanito debido a que en las pruebas realizadas con semillas de lechuga se
obtuvieron porcentajes de germinación inferiores al 80 %. Para el control negativo, se preparó una
solución de agua dura reconstituida con MgSO4, NaHCO3, KCl y CaSO4.2H2O. A la mezcla final se le
ajustó el pH a 8. Para el experimento se pesaron 10 g de de cada lodo y se le adicionaron 100 mL de
agua reconstituida se agitaron y se dejaron reposar por 24 horas (Escoto et al., 2007), al cabo del
cuál se agitó y se filtró al vacío, utilizando un embudo Büchner para obtener los extractos. A partir de
los extractos de cada lodo se realizaron 4 diluciones en agua reconstituida, a las concentraciones 5,0;
1;0; 0,5 y 0,1 % p/v. Con base a los resultados obtenidos en la prueba preliminar se prepararon las
soluciones de ZnSO4 en agua reconstituida, a las concentraciones de 4; 2; 1; 0,5 y 0,25 % p/v.
El experimento se llevó acabo en cápsulas de petri con papel de filtro saturado con 3 mL de las
soluciones preparadas con los lodos y control, se colocaron con la ayuda de una pinza, 10 semillas
de rabanito, dejando espacio suficiente entre las semillas para permitir la elongación de las raíces.
Para cada lodo se montaron 5 tratamientos de concentraciones 10,0; 5,0; 1,0; 0,5 y 0,1 % p/v, cada
uno de ellos con 3 réplicas. Por otro lado se prepararon 5 tratamientos con las soluciones de ZnSO4 y
se llevó 3 réplicas por cada una de las concentraciones (4,0; 2,0: 1,0; 0,5 y 0,25 % p/v) de ZnSO4 , y
finalmente se prepararon 3 réplicas con agua reconstituida como control negativo.
Las cápsulas, se distribuyeron aleatoriamente
y se taparon con bolsas plásticas para evitar
variación en la humedad. Durante el ensayo, se realizó un control diario del experimento para
observar el proceso de germinación de las semillas y el crecimiento de la radícula e hipocótilo. Para
cada una de las unidades experimentales se realizó la observación de posibles anormalidades en
comparación a la respuesta del control negativo, y se registró cualquier diferencia. Al cabo de cinco
días se cuantificó, la cantidad de semillas germinadas, así como las longitudes de hipocótilo y
radícula, se determinó los índices de germinación y se llevó a cabo un estudio de los parámetros
evaluados. La comparación de la fitotoxicidad de los lodos se realizó con base en el índice de
germinación (IG), dado que según Zucconi et al. (1981) este es un indicador más completo para
describir el potencial fitotóxico de un material orgánico, ya que integra el porcentaje de germinación
relativo y el crecimiento relativo de raíces. El criterio de interpretación que se utiliza es: Valores de IG
≥ 80 % indican que no hay sustancias fitotóxicas o están en muy baja concentración; si el IG ≤ 50 %
indica que hay una fuerte presencia de sustancias fitotóxicas y si se obtiene un valor entre 50 % y 80
% se interpreta como la presencia moderada de estas sustancias. El índice de germinación (IG) se
determinó integrando el porcentaje relativo de germinación y el crecimiento relativo de raíces
(Varnero et al. 2007) mediante las ecuaciones 1, 2 y 3
IG =
GR ⋅ ER
100
(1)
Donde:
IG: Índice de germinación.
GR: Porcentaje de Germinación Relativo.
ER: Crecimiento de Radícula Relativo.
GR =
N SGE
⋅100 (2)
N SGT
Donde:
N SGE : Nº de semillas germinadas en el extracto.
N SGT : Nº de semillas germinadas en el testigo o control negativo.
E
ER = RE ⋅100 (3)
ERT
Donde:
ERT : Elongación de radículas en el extracto.
ERE : Elongación de radículas en el testigo o control negativo.
Se utilizó el método de probit para determinar la concentración que genera el 50% de inhibición en las
semillas (CI50), mediante el programa Microsoft Excel, siguiendo el procedimiento sugerido por Díaz
et al. (2004).
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
El porcentaje de germinación promedio en el agua reconstituida (control negativo) fue 83,33 %
(figura 1), esto es indicativo de que las semillas germinan adecuadamente en este medio, puesto que
este porcentaje fue mayor al 80% que es lo establecido en el empaque de las semillas utilizadas.
Para el lodo de origen papelero se obtuvo que no existió diferencias estadísticamente significativas en
el porcentaje de germinación en los extractos a diferentes concentraciones y el control negativo. Cabe
destacar que algunos tratamientos presentaron una elongación de radícula e hipocótilo mayor a la del
control negativo, lo cual puede estar relacionado como lo indica Bohórquez & Campos (.2007 a la
presencia de Nitrógeno y Fósforo en el lodo (tabla 1). Por el contrario, en el lodo de origen
alimenticio, ninguno de los tratamientos presentó un porcentaje de germinación superior al control
negativo y mostró diferencias de esta variable entre los tratamientos y el control a las concentraciones
de 10 y 5 % p/v, generando una inhibición completa en la germinación a 10,00 % p/v, lo cual puede
atribuirse a la presencia en el lodo de sustancias a concentraciones que generan
fitotoxicidad
cuando se incrementa la concentración de este residuo a más de 5 %p/v, mientras que a
concentraciones inferiores al 5 %p/v no existe una notable variación entre los tratamientos. Dichos
resultados fueron similares a los obtenidos por Torres et al. (2006) en su evaluación de la fitotoxicidad
aguda de lixiviados acuosos mediante un ensayo con Lactuca sativa, a medida que aumentaba la
concentración del lixiviado, el efecto de inhibición de las semillas era mayor y para dosis menores a 6
% p/v no se presentó efecto.
100
90
87 a
87 a
80 a
80
Porcentaje de Germinación ( %)
87 a
Lodo de origen papelero
Lodo de origen alimenticio
Control negativo
83
73 a
73 a
73 a 73 a
70
60
50
40
30
23 b
20
10
0
0b
10,0
5,0
1,0
0,5
0,1
0,0
Concentración ( % p/v)
Figura 1. Porcentaje de germinación de las semillas de rabanito
El índice de germinación de la semilla de rabanito en cada uno de los tratamientos con los lodos se
presenta en la figura 2. El IG obtenido para los tratamientos con lodo alimenticio a concentraciones
de 5 y 10 % p/v indica fitotoxicidad, por otra parte para el resto de las concentraciones, no se
evidencia fitotoxicidad. Este lodo presentó una concentración inhibitoria media (CI50) de 1,15%, lo
que indica que a esa concentración causa el 50% de inhibición de las semillas. El lodo papelero no
presentó fitotoxicidad en el intervalo de concentración utilizada.
CONCLUSIÓN
El lodo de origen papelero no resultó tóxico a ninguna de las concentraciones evaluadas, en tanto
que el lodo de origen alimenticio presentó fitotoxicidad a concentraciones superiores al 5 % p/v, con
una concentración inhibitoria media (CI50) de 1,15 % p/v, por lo que una concentración mayor
generaría una inhibición superior al 50% de las semillas de rabanito.
160
Lodo alimenticio
Índice de Germinación (%)
140
138
146
142
Lodo papelero
120
108
102
93
100
86
83
80
60
40
20
0
1
10,0
5,0
0
1,0
0,5
0,1
Concentración ( % p/v)
Figura 2. Ïndice de germinación de la semilla de rabanito
AGRADECIMIENTO
Al Consejo de Desarrollo Científico y Humanístico de la Universidad de Carabobo CDCH-UC por la
subvención asignada (según oficio Nro CDCH-AM-0409-10 del 10 de mayo de 2010), la cual permitió
sufragar parte de los costos involucrados en la realización de este trabajo.
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