DOI: http://dx.doi.org/10.22507/pml.v11n2a3

Bioestimulación de suelo impactado con aceite residual automotriz y fitorremediación con Zea Mays*

Biostimulation of a soil impacted by waste car oil and phytoremediation with Zea Mays

Bio-estimulação do solo impactado com óleo residual automotor e fito-remediação com Zea Mays

Blanca Celeste Saucedo-Martínez**, Liliana Márquez-Benavides*** y Juan Manuel Sánchez-Yáñez****

* Artículo original, derivado del proyecto de investigación financiada por Coordinación de Investigación Científica-UMSNH proyecto 2.7 (2017), BIONUTRA, S. A. de CV, Maravatio, Mich, México, y el CONACYT.
** Maestría en Ciencias en Ingeniería Ambiental, Laboratorio de Microbiología Ambiental, Instituto de Investigaciones Químico-Biológicas, Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo. Morelia, México
*** Doctora en Ciencias. Profesora Investigadora. Laboratorio de Manejo de Residuos Sólidos y Medio Ambiente, Instituto de Investigaciones /Agrícolas Pecuarias y Forestales, Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo. Morelia, México
****Doctor en Ciencias. Profesor Investigador, Laboratorio de Microbiología Ambiental, Instituto de Investigaciones Químico-Biológicas, Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo, Morelia, Michoacán, México.

Artículo recibido: 26/10/2015; Artículo aprobado: 30/11/2016.

RESUMEN

Introducción. El suelo contaminado con 45.000 ppm de aceite residual automotriz (ARA) inhibe la mineralización de materia orgánica y la fertilidad del suelo. Una solución alternativa es la bioestimulación (BIS) con un abono animal y/o vegetal luego fitorremediación (FITO) con una gramínea tolerante a hidrocarburos (HICO) e inocular con: Burkholderia cepacia y Rhizobium etli, y decrecer la concentración de ARA a valor inferior al máximo aceptado por la NOM-138-SEMARNAT/SSAI-2012 (NOM-138) de 4,400 ppm
Objetivos i) La BIS de suelo impactado por 45.000 ppm de ARA con lombricomposta y composta bovina al 3 %; ii) FITO mediante Zea mays inoculado con B. cepacia y R. etli para reducir el ARA a un valor inferior al máximo total aceptado por la NOM-138.
Materiales y métodos. El suelo contaminado con 45.000 ppm de ARA se bioestimuló por lombricomposta y composta bovina al 3 %. Luego de la BIS y FITO del suelo contaminado por el ARA; su concentración inicial y final se determinó por Soxhlet; en la FITO se incluyo la fenología de Z. mays: altura de la planta y longitud de la raíz; y biomasa: peso fresco aéreo y radical, peso seco aéreo y radical de Z. mays; los datos experimentales se analizaron por ANNOVA Tukey.
Resultados. La BIS de suelo contaminado con 45,000 ppm de ARA por lombricomposta y composta bovina, lo redujo a 21.000 ppm; luego la FITO mediante Z. mays y B. cepacia la disminuyó a 1,822 ppm valor inferior al máximo permitido por la NOM-138.
Conclusión. La integración de la BIS de suelo contaminado por 45,000 ppm de ARA mediante composta bovina y lombricomposta seguida de la FITO por Z. mays y B. cepacia, fue eficaz para su remediación que la aplicación individual, para que el valor final del ARA haya sido inferior al máximo aceptado por la NOM-138.

Palabras clave: abono animal/vegetal, suelo, ARA, Burkholderia cepacia, Zea mays.

ABSTRACT

Key words: animal/vegetal compost, soil, waste car oil, Burkholderia cepacia, Zea mays.

RESUMO

Introdução. O solo contaminado com 45.000 ppm de óleo residual automotor (ARA) inibe a mineralização de matéria orgânica e a fertilidade do solo. Uma solução alternativa é a bio-estimulação (BIS) com um adubo animal e/ou vegetal logo fito-remediação (FITO) com uma gramínea tolerante a hidrocarboneto (HICO) e inocular com: Burkholderia cepacia e Rhizobium etli, e decrescer a concentração de ARA a valor inferior ao máximo aceitado pela NOM-138-SEMARNAT/ SSA1-2012 (NOM-138) de 4,400 ppm Objetivos i) A BIS de solo impactado por 45.000 ppm de ARA com húmus de minhoca e composta bovina a 3 %; ii) FITO mediante Zea mays inoculado com B. cepacia e R. etli para reduzir o ARA a um valor inferior ao máximo total aceitado pela NOM-138. Materiais e métodos. O solo contaminado com 45.000 ppm de ARA se bio-estimulou por húmus de minhoca e composta bovina a 3 %. Logo da BIS e FITO do solo contaminado pelo ARA; sua concentração inicial e final se determinou por Soxhlet; na FITO se incluiu a fenologia de Z. mays: altura da planta e longitude da raiz; e biomassa: peso fresco aéreo e radical, peso seco aéreo e radical de Z. mays; os dados experimentais se analisaram por ANNOVA Tukey. Resultados. A BIS de solo contaminado com 45,000 ppm de ARA por húmus de minhoca e composta bovina, o reduziu a 21.000 ppm; logo a FITO mediante Z. mays e B. cepacia a diminuiu a 1,822 ppm valor inferior ao máximo permitido pela NOM-138. Conclusão. A integração da BIS de solo contaminado por 45,000 ppm de ARA mediante composta bovina e húmus de minhoca seguida da FITO por Z. mays B. cepacia, foi eficaz para sua remediação que a aplicação individual, para que o valor final do ARA haja sido inferior ao máximo aceitado pela NOM-138.

Palavras chave: adubo animal/vegetal, solo, ARA, Burkholderia cepacia, Zea mays.

INTRODUCCION

Posteriormente mediante fitorremediacón (FITO) se reduce el ARA remanente mediante Zea mays potenciado con Burkholderia cepacia y Rhizobium etli; ambos, géneros de bacterias promotoras de crecimiento vegetal (BAPOCEVA), que transforman los exudados radicales en sustancias promotoras de crecimiento vegetal (SUPOCEVA), que facilitan la adaptación vegetal al suelo contaminado con una relativa elevada concentración del ARA, además de que, tanto B. cepacia como R. etli, pueden oxidar HICO aromáticos análogos a los reportados en el ARA (Sánchez-Yáñez, 2011); de esa forma minimizar la concentración del ARA a un valor inferior al máximo total permitido, de 4400 ppm acorde con la norma oficial mexicana NOM-138-SEMARNAT/SSAI-2012I (NOM-138) en referencia a la cantidad de HICO aceptados en suelo para establecer que está o no libre de contaminación y considerar su explotación agrícola sin riesgo para la salud humana.

En México la NOM-138 es una regulación ambiental, que en suelo establece los límites máximos permisibles de las diversas fracciones HICO del ARA: como la ligera, de 200 ppm; de la mediana, de /200 ppm, y de la pesada de 3000 ppm, en total de 4400 ppm. Al respecto los reportes de la literatura relacionados con este problema tendrían que especificar si la BIS y/o la FITO de suelo impactado con HICO han sido o no suficientes para decrecer estos HICO a valor inferior al máximo total permisible, según la NOM-138, sin embargo no lo hacen, aunque si mencionan el decremento de la concentración que normalmente no es inferior al límite máximo señalado por la señalada norma, que especifique si el problema se resolvió. Mientras que, Larenas y De Viana (2005) aplicaron la FITO en un suelo impactado con 55.000 ppm de HICO del petróleo con Tithonia tubaeformi, en el cual los resultados mostraron que T. tubeformi solo redujo a 26.950 ppm los HICO del petróleo, una concentración insuficiente para señalar el suelo como no contaminado acorde con la NOM-138. Entre tanto Sangrabriel, Ferrera-Cerrato, Trejo-Aguilar, Mendoza-López, Cruz-Sánchez, López-Ortiz, Delgadillo-Martínez, y Alarcón (2006) fitorremediaron un suelo contaminado con 50.000 ppm de combustóleo, mediante tres gramíneas: Brachiaria híbrido, B. brizantha y Panicum maximum y tres leguminosas: Clitoria ternatea, Phaseolus coccineus, Cicer arietinum. En este caso los resultados mostraron que la FITO de ese suelo luego de 90 días; con B. híbrido los HICO del combustóleo decrecieron a I6.935 ppm; en tanto que P. máximum a I5,I95 ppm y finalmente con P. coccineus a I9,455 ppm, ningún de estos valores fue menor al límite máximo de HICO permitidos en el suelo por la NOM-138. Mientas que Domínguez-Rosado y Pichtel (2004) encontraron que en suelo contaminado con I5,000 ppm de ARA, por BIS con una solución mineral (SOMI y FITO mediante Helianthus annus y/o Zea mays) reportaron que en ese suelo la combinación de la BIS y FITO de manera secuencial disminuyeron el ARA hasta 4,950 ppm, valor todavía superior al máximo establecido en la NOM-138 para considerlo no contaminado. En contraste en la literatura son escasas las investigaciones sobre la contaminación de suelo contaminado con HICO, que hayan tomado con referencia a la NOM-138, tal es el ejemplo de Ferrera-Cerrato, Alarcón, Trejo-Aguilar, Sangabriel, Mendoza-López, Cruz-Sánchez, López-Ortiz y Delgadillo-Martínez (2008), que reportaron la FITO de un suelo contaminado con 50,000 ppm de combustóleo, mediante P. coccineus L. y fertilización inorgánica. En el cual resultados mostraron que P. coccineus redujo el combustóleo a 3,467 ppm, concentración menor de HICO a la máxima permisible según la NOM-138.

Con base a los antecedentes señalados sobre la BIS de suelo con una relativa alta concentración del ARA , seguida de la FITO mediante plantas potenciadas con géneros de BAPOCEVA.

Los objetivos de este trabajo fueron: a) la bioestimulación de un suelo contaminado por 45,000 ppm de ARA con lombricomposta y composta bovina al 3 %, y b) la fitorremediación para reducir el ARA mediante Zea mays potenciado con Burkholderia cepacia y Rhizobium etli a un valor inferior al máximo permisible de la NOM-138.

MATERIALES Y MÉTODOS

El experimento se realizó en condiciones de invernadero en el sistema hidropónico. Para el experimento se usó suelo ubicado a los I9° 39' 27" de latitud norte 100° 19' 59" de longitud oeste, con una altitud de 1820 msnm, clima templado en un terreno agrícola denominado "La Cajita" de la Tenencia Zapata del municipio de Morelia, Mich, México sobre el km 5 de la carretera Morelia-Pátzcuaro, México. La muestra de suelo se clasificó como laterítico de textura franco arenosa, pobre en materia orgánica de I.5 % y nitrógeno (N) orgánico de 39Kg ha-¹, un pH 6.7 ligeramente ácido. El suelo se solarizó a 70 °C/48 h para minimizar el problema de plagas y enfermedades; posteriormente se tamizó con una malla del n.° 20 y contaminó con 45.000 ppm de ARA proveniente de un taller mecánico automotriz de la ciudad de Morelia, Mich, México.

El suelo se colocó en las jarras de Leonard (figura 1) con aproximadamente 1 kg en cada una; en la parte inferior se colocó una SOMI y/o agua potable, según el tratamiento especificado en el diseño experimental (García-González, Farías-Rodríguez, Peña-Cabriales, Sánchez-Yáñez, 2005). El experimento se dividió en dos fases: I) la BS de suelo con 45.000 ppm con lombricomposta (LOCO) y composta bovina (COBO) al 3 % (deacuerdo con la composición química mostrada en la tabla I) durante 7 semanas y una humedad en el suelo ajustada al 80 % de la capacidad de campo; 2) la FITO mediante Z mays potencia con B. cepacia y R. etli según el diseño experimental de bloques al azar de 7 tratamientos y 6 repeticiones indicados en la tabla 2, con 2 controles: i) el suelo no contaminado por ARA no bioestimulado o fitorremediado, irrigado solo con agua o control absoluto (CA); ii) suelo contaminado con ARA, sin bioestimular ni fitorremediar, irrigado solo con agua o control negativo (CN) y el mismo suelo bioestimulado con LOCO y COBO y luego fitorremediados mediante Z. mays con B. cepacia y/o R.etli. En el suelo impactado con ARA bioestimulado y luego fitorremediado la concentración de ARA se determinó por Soxhlet. EL suelo impactado por 45.000 ppm de ARA que se bioestimulo ya sea con LOCO y/o COBO, de acuerdo con el diseño experimental se seleccionó el suelo, donde se registro la máxima reducción de la concentración de ARA, y luego continuar con la FITO mediante Z. mays potenciado con B. cepacia y R.etli ya sea individualmente y/o con la mezcla de ambos géneros bacterianos; durante la FITO el Z. mays fue alimentado con la siguiente SOMI: (g/L): NH₄Cl, I2.0; KH₂PO₄, 3.0; K₂HPO₄, 3.5; MgSO₄, I.5; CaCl₂, 0.I; FeSO₄, 0.5mL y una solución de oligoelementos, I.5 mL/L, la SOMI pH se ajustó a 6.4-6.7 (Leal, 2003). En la FITO del suelo con Z. mays se registraron: el porcentaje de germinación a los II días; así como su fenología: altura de la planta (AP) y longitud de la raíz (LR); al igual que la biomasa aérea y radical: peso fresco total (PFAT y PFRT) y sus análogos peso seco total (PSAT y PSRT) a nivel de plántula, floración y madurez fisiológica (Amador y Boshchini, 2000). En cada estado fisiológico de Z. mays, usado para la FITO del suelo impactado con ARA, se comparó con mismo Z. mays en suelo sin ARA irrigado solo con agua o CA y el Z. mays en suelo sin ARA alimentado con SOMI o C). Los datos experimentales se analizaron por ANOVA, y la prueba comparativa de media de Tukey HSD P<0.05 % (Walpole, Myers y Myers, 2007).

RESULTADOS

Biostimulación (biorremediacion) de suelo contaminado por 45.000 ppm de aceite residual automotriz con lombricomposta, composta bovina y ambas

En la tabla 2 se indica que cuando BIS del suelo contaminado con 45.000 ppm de ARA se realizó con la combinación de LOCO y COBO, se redujo a 21.000 ppm en 7 semanas; mientras cuando se bioestimuló solo con CB decreció a 3I.000 ppm; o únicamente con LOCO lo disminuyó a 33,700 ppm; estos valores numéricos fueron estadísticamente diferentes en comparación con el suelo usado como CN donde sin bioestimular la concentración del ARA no cambió (Balderas-León y Sánchez-Yáñez, 2015).

Fitorremediación de un suelo contaminado con 21,000 ppm de ARA remanente de la bioestimulación

En la tabla 3 se muestra la BIS de suelo contaminado por 45,000 ppm de ARA con la mezcla de LOCO y COBO durante 7 semanas que lo decreció a 21.000 ppm seguida de la FITO con Z. mays potenciada con lo dos géneros bacterianos sobre su fenología a nivel de madurez fisiológica; en comparación con el crecimiento de Z. mays usado como CR, que registró una AP de I28.5 cm, este valor estadísticamente diferente a lo registrado en suelo contaminado con ARA, fitorremediado mediante Z. mays potenciado con R.etli con una AP de 85.3cm; mientras que el mismo suelo fitorremediado mediante con Z. mays inoculado con B. cepacia y R. etli alcanzó 8I.7 cm de AP. En suelo fitorremediado con Z. mays y B. cepacia se registró una LR de 6I.3 cm, valor estadísticamente diferente al registrado en Z. mays empleado como CR con 27.3 cm de LR; respecto a su biomasa esta gramínea alcanzó 9I.65g PFAT valor estadísticamente distinta al Z. mays inoculado con B. cepacia y R. etli con 27.4 g de PFAT; en comparación con el Z. mays potenciado con R etli con I9.6 g de PFAT. En suelo fitorremediado mediante Z mays inoculado con B. cepacia y R etli registro 17.9 g de PFRT, este valor con diferencia estadística comparado con lo registrado en Z. mays potenciado con R. etli con I4.95 g de PFRT, en comparación con el PSAT de I5.47 g de Z.mays (CR) valor estadísticamente distinto a lo observado en Z. mays con R. etli y B. cepacia con 4.52 g de PSAT; mientras que en Z. mays potenciado con B. cepacia que registro 2.05 g de PSAT valor estadísticamente distinto, al registrado en Z. mays inoculado con R. etli que alcanzo 2.45g de PSRT, valor estadísticamente distino al Z. mays inoculado con R etli y B. cepacia que registro de 2.3I g PSRT, estos valores estadísticamente inferiores a los registrados en Z. mays (CA) con /2.65 g de PSR.

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DISCUSIÓN

Luego de la BIS de suelo contaminado por 45,000 ppm de ARA con LOCO y COBO la concentración se redujo a 21.000 ppm; entonces el suelo se fitorremedió con Z. mays y B. cepacia (tabla 4, 2011); ahí registró la máxima disminución del ARA hasta 1,822 ppm, valor estadísticamente diferente al registrado en el mismo suelo fitorremediado mediante Z.mays potenciado con B. cepacia y R etli que lo redujo a 10,350 ppm, seguida de lo observado en suelo fitorremediado con Z. mays inoculado R. etli que lo disminuyó hasta 13,500 ppm; estos dos últimos valores fueron estadísticamente diferentes al registrado en el suelo (CN) impactado con ARA con 44,900 ppm, debido a que la atenuación natural fue insuficiente para eliminar el exceso de carbono (C ) que inhibió la actividad microbiana nativa para mineralizar el ARA (Corona-Ramírez y Iturbide-Argüelles, 2005).

La composición química de la COBO y LOCO (SAGARPA, 2007) con las que realizó la BIS del suelo impactado con ARA, se aplicaron para enriquecerlo con minerales de N (nitrógeno), P (fósforo) K (potasio) y otros elementos necesarios para inducir a su microbiota nativa heterotrófica aérobica a mineralizar el ARA (Sánchez-Yáñez, 2011). La tabla 2 se muestra un efecto fitotóxico del ARA en la fenología y biomasa de Z. mays (Sangabriel et al, 2006), no obstante la BIS del suelo con LOCO y COBO le proporcionaron al Z. mays los minerales para alcanzar la madurez fisiológica, lo cual fue mejorado por B. cepacia mediante la conversión de exudados radicales en fitohormonas y potencio la degradación del ARA (Balderas-León y Sánchez-Yáñez, 2015) y aumentó la tolerancia de Z. mays a esta mezcla de HICO. En la tabla 3 se muestra el efecto fitotoxico del ARA en la biomasa de Z. mays duran; en parte, por su hidrofobicidad y viscosidad que formaron una película que se adhirie a la raíz e impide el intercambio gaseoso; en consecuencia, en ese ambiente anaeróbico, se causa la lisis de las membranas de las raíces de Z. mays con ello la inhibición de su crecimiento (Gogosz, Bona, Santos y Botosso, 2010); derivado de la la fracción aromática del ARA que provoca un anormal función radical y con esto una deficiencia en la absorción mineral en Z. mays (Balderas-León y Sánchez-Yáñez, 2015).

La tabla 4 muestra la BIS del suelo contaminado con ARA por incorporación de LOCO y COBO que sugieren que se eliminó la fracción de HiC¿ aromáticos del ARA, mediante un reequilibrio de la condición mineral del suelo con sales de N, P, K, etc.; ahí la población microbiana heterotrófica aerobia nativa también los oxidó, mientras que la FITO del suelo con el ARA mediante Z. mays y B. cepacia aceleró la mineralizacion del ARA, resultados similares fueron reportados por Delgadillo-López, González-Ramírez, Prieto-García, Villagómez-Ibarra y Acevedo-Sandoval, (2011); en la FITO de suelo contaminado con otras mezclas de HICO, debido a que las raíces vegetales estimulan la actividad microbiana heterotorfica asociada al sistema radical para mineralizar los HICO (Davis, Castro-Díaz, Zhang y Erickson, 2002). Lo anterior también se observó durante la FITO del suelo impactado con ARA al inocular Z.mays con B.cepacia y R. etli contribuyeron a la mineralización de del ARA (Pilon-Smits 2005). Por ello la importancia de sembrar Z. mays en suelo contaminado con HICO, al respecto Pérez-Armendáriz, Castañeda-Antonio, Castellanos, Jiménez-Salgado, Tapia-Hernández, y Martínez-Carrera (2011) reportaron que el patrón de crecimiento de las raíces de Z. mays mejora las propiedades físico-químicas, para facilitar una mejor aireación, con ello hubo mayor penetración radicular y estimular la actividad oxidante del ARA por B. cepacia y R etli con una mayor eliminación del ARA (González-Paredes, Alarcón, Ferrera-Cerrato, Almaraz, Martínez-Romero, Cruz-Sánchez, Mendoza-López y Ormeño-Orillo, 2013).

CONCLUSIÓN

Los resultados de esta investigación apoyan que la BIS del suelo con LOCO y COBO indujo a la oxidación de una parte importante de la fracción alifática del ARA, lo que disminuyó su concentración para la posterior FITO mediante Z. mays con B. cepacia y R etli; acorde con los resultados obtenidos, redujo parcialmente la concentración de la fracción recalcitrante del ARA, para en el suelo resolver el problema de contaminación del ARA a un valor inferior al máximo total permisible según la NOM-138 y considerarlo no contaminado.

AGRADECIMIENTOS

CONFLICTOS DE INTERÉS

Los autores declaran que no existe ningún tipo de conflicto de interés en su planificación, elaboración, y redacción con las instituciones e individuos participantes.

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