Biodisponibilidad de metales pesados en suelos contaminados

Abstract

Los principales problemas ambientales, en la minería metálica, es la alta concentración de metales en las explotaciones, en el suelo y el agua de escorrentía y el drenaje ácido de mina asociado, resultante de la oxidación de sulfuros (principalmente pirita) y la hidrólisis de los óxidos metálicos. En la mayoría de los casos, las actividades del proceso de extracción aumentan localmente los procesos de drenaje ácido y la liberación de metales pesados, por lo que se han detectado graves problemas causados por alta concentración de metales pesados en las aguas subterráneas del entorno de las zonas mineras. Los suelos de mina y los desarrollados en las escombreras de actividades extractivas como las canteras, como las de serpentinita, son muy pobres para el crecimiento de las plantas y su recolonización natural es muy lenta. La falta de vegetación hace que las escombreras estén sometidas a una meteorización muy acelerada. Las cantidades excesivas de metales pesados en el suelo representan una amenaza para la salud humana por inhalación, ingestión o contaminación de las aguas subterráneas y por consumo de plantas que crecen en estos ecosistemas. El uso de plantas para establecer una cubierta vegetal que inmovilice los contaminantes permanentemente en la estructura de la planta, aunque frecuentemente requiere la adición de enmiendas para su adecuado desarrollo, es una técnica adecuada para mitigar los efectos negativos este tipo de suelos. La identificación de las plantas que crecen espontáneamente en estas zonas es por lo tanto de la mayor importancia, no sólo para establecer su capacidad de acumulación de metales, sino también para determinar el grado de cobertura y por lo tanto evaluar la protección de suelo, reduciendo la erosión y la estabilización de las escombreras. Por ello es necesario hacer un catálogo de especies nativas para posteriores fines de fitoestabilización y fitorremediación. Si la cubierta vegetal que crece en los suelos de este tipo de escombreras es capaz de inmovilizar los contaminantes a través de su incorporación en estructuras de la planta, es posible evaluar y comparar la capacidad de diferentes plantas para absorber diferentes elementos metálicos. La biodisponibilidad de un elemento define la relación entre la concentración del elemento en el medio ambiente terrestre y el nivel en, o "introducido", en el organismo. La biodisponibilidad es, por lo tanto, específica para cada especie, dado que la dosis que llega a un órgano o tejido, y desencadena una respuesta biológica, puede variar entre los receptores. La cantidad biodisponible no es una simple función del contenido total en el suelo, ya que está vinculado a los ciclos biológicos y geoquímicos e influida por las actividades antrópicas, tales como las prácticas agrícolas, actividades industriales y los sistemas de eliminación de residuos. Los suelos juegan un papel importante en la reducción del potencial de biodisponibilidad de contaminantes. Para determinar el contenido disponible de un elemento metálico en el suelo tanto es imprescindible, conocer la concentración libre en la solución del suelo, que no sólo depende del contenido total (ya que es un porcentaje de este último), sino también el de diferentes componentes y especies que existen en la matriz y en la disolución del suelo. No sólo están disponibles los metales en la solución del suelo, sino que dependiendo de factores similares a los mencionados anteriormente, pueden llegar a serlo los asociados con diversas fracciones geoquímicas o los que forman complejos más o menos lábiles. Conociendo el contenido de metales en la planta, de metales total y disponible en el suelo se podría disponer de un gran número de variables para evaluar el contenido realmente disponible para las plantas en función de las características y componentes propios de los suelos y de las distintas especies de plantas.

The main environmental problems in metal mining, are the high concentration of metals in the holdings, in the soil and runoff water and the associated acid mine drainage, resulting from the oxidation of sulfides (mainly pyrite) and the hydrolysis of the metal oxides. In the most cases, the activities of the extraction process locally increase the processes of acid drainage and the release of heavy metals detected serious problems caused by a high concentration of heavy metals in the groundwater of the mining areas. Mining soils and those developed in mine spoils of extractive activities such as quarries, such as serpentine quarries, are very poor for plant growth and their natural recolonization is very slow. The lack of vegetation means that the mine spoils are subjected to a very accelerated weathering. Excessive amounts of heavy metals in the soil pose a threat to human health by inhalation, ingestion or contamination of groundwater and by consumption of plants growing in these ecosystems. The use of plants to establish a vegetation cover that immobilizes the contaminants permanently in the structure of the plant, although frequently requires the addition of amendments for their proper development, is an adequate technique to mitigate the negative effects of this type of floors. The identification of the plants that grow spontaneously in these zones is therefore of the greatest importance, not only to establish their capacity for accumulation of metals, but also to determine the degree of coverage and therefore to evaluate soil protection, reducing Erosion and stabilization of tailings. For this reason it is necessary to make a catalog of native species for later phytostabilization and phytoremediation purposes. If the vegetation cover that grows on the soils of this type of mine spoils is able to immobilize the contaminants through their incorporation into plant structures, it is possible to evaluate and compare the capacity of different plants to absorb different metallic elements. Bioavailability refers to the proportion of an element that is available to living organisms. The bioavailability of an element defines the relationship between the concentration of the element in the terrestrial environment and the level in, or "introduced", in the organism. The bioavailability is, therefore, specific for each species, given that the dose that reaches an organ or tissue, and triggers a biological response, can vary between receptors. The bioavailable quantity is not a simple function of the total content in the soil, since it is linked to biological and geochemical cycles and influenced by anthropic activities, such as agricultural practices, industrial activities and waste disposal systems. Soils play an important role in reducing the bioavailability potential of contaminants. To determine the available content of a metallic element in the soil, it is essential to know the free concentration in the soil solution, which depends not only on the total content (since it is a percentage of the latter), but also on the different components and species that exist in the matrix and in the dissolution of the soil. Not only metals are available in the soil solution, but depending on factors similar to those mentioned above, they can become those associated with various geochemical fractions or those that form more or less labile complexes. Knowing the content of metals in the plant, of total metals and available in the soil, a large number of variables could be available to evaluate the content actually available to the plants according to the characteristics and components of the soils and the different plant species.

Os principais problemas ambientais, sobre todo na minería metálica, son a alta concentración de metais nos sitios da explotación e nos solos e augas de escorrenta, e o drenaxe ácido de mina asociado, resultante da oxidación dos sulfuros (sobre todo pirita), e a hidrólise dos óxidos metálicos. Na maioría dos casos, as actividades das explotacións mineiras aumentan localmente os procesos de drenaxe e de liberación ácida e de metais pesados e téñense detectado serios problemas causados pola alta concentración de metais pesados nas augas subterráneas dos arredores de áreas mineiras. Os solos de mina, e os das escombreiras de canteiras de extracción de rochas coma as serpentinitas, son moi pobres para o crecemento das prantas e a recolonización natural é moi lenta. Esta falta de vexetación fai que as escombreiras esten sometidas a unha meteorización máis acelerada. As excesivas cantidades de metais pesados nos solos constitúen unha ameaza para a saúde humana por inhalación, inxestión ou por contaminación das augas subterráneas e a través do consumo de prantas que medran nestes ecosistemas. A utilización de prantas para establecer unha cuberta vexetal que inmobilice os contaminantes permanentemente na estrutura da pranta, aínda que a miúdo require o engadido de enmendas para asistilas no crecemento, e una técnica idónea para mitiga-los efectos negativos de este tipo de solos. A identificación das prantas que medran espontaneamente nestas zonas é polo tanto de extrema importancia, non só para establecer a súa capacidade de acumulación de metais, se non tamén para determinar o grado de cobertura e así avaliar a protección do solo, minimizando a erosión e favorecendo a estabilización das escombreiras. Po lo que e necesario facer un catálogo de especies nativas para propósitos posteriores de fitoestabilización e fitorremediación. Se a cuberta vexetal que medra nos solos de mina é capaz de inmobilizar os contaminantes presentes mediante a súa incorporación nas estruturas da pranta, é polo tanto posibilita avaliar e comparar a capacidade das diferentes prantas para absorber diferentes elementos metálicos. A biodispoñibilidade dun elemento define a relación entre a concentración do elemento no medio terrestre e o nivel que existe, ou “entrou”, dentro do organismo. A biodispoñibilidade é por tanto específica de cada especie, porque a dose que alcanza un órgano ou tecido e provoca unha resposta biolóxica, pode variar entre receptores. A cantidade biodispoñible non é unha simple función do contido total nos solos, xa que ésta está asociada ós ciclos biolóxicos e xeoquímicos e influída polas actividades antropoxénicas, coma prácticas agrícolas, actividades industriais e métodos de eliminación de residuos. Os solos xogan un papel moi importante na redución da biodispoñibilidade potencial dos contaminantes. Resulta, polo tanto, imprescindible para determinar o contido dispoñible dun elemento metálico no solo, coñecer a concentración do ión libre na disolución do solo, que non só vai depender do contido total (xa que é un porcentaxe desta última), senón tamén das diferentes compoñentes e especies que existen na matriz e na disolución do solo. Non só están dispoñibles os metais na disolución do solo, senón que dependendo de factores similares ós citados anteriormente, poden chegar a selo aqueles asociados a diversas fraccións xeoquímicas ou os que forman complexos mais ou menos lábiles. Coñecendo os contidos de metal en pranta, total en solo, e dispoñible poderíase dispor dun amplo número de variables que permitan avaliar o contido realmente dispoñible para as prantas en función das características e compoñentes propios do solo e das distintas especies de prantas.