Plantas para la limpieza y recuperación de suelos contaminados

Plantas para la limpieza y recuperación de suelos contaminados

Fitorremediación, fitoestabilización y restauración biológica del territorio.

La fitorremediación es el uso de plantas, sus raíces y los microorganismos asociados para reducir los riesgos de la contaminación del suelo, el agua o los sedimentos.

Es importante comprender que las plantas no siempre eliminan por completo los contaminantes. Dependiendo de la sustancia, pueden:

extraerlo del suelo;

retener en la zona radicular;

reducir la movilidad;

prevenir la propagación del polvo;

estimular la descomposición microbiana;

interceptar agua contaminada;

crear las condiciones para la restauración gradual del ecosistema.

Para los metales pesados, se suelen utilizar la extracción y la estabilización. En el caso del petróleo, el gasóleo, algunos plaguicidas y los compuestos orgánicos, la degradación microbiana en la zona radicular desempeña un papel importante.

1. Mecanismos básicos de fitorremediación

El principio fundamental:

Los metales no se pueden biodegradar, pero se pueden eliminar, fijar o secuestrar; los contaminantes orgánicos a veces sí se pueden degradar.

2. Tres grupos de plantas según su función.

2.1. Plantas extractoras

Se utilizan cuando el contaminante es suficientemente accesible para las raíces y se transfiere a la parte aérea de la planta.

Ejemplos:

Mostaza Sarepta;

amaranto;

girasol;

ciertos tipos de colza;

hiperacumuladores especializados;

algunas especies de sauce.

2.2. Plantas estabilizadoras

Su principal tarea es cubrir la superficie y detener la propagación del suelo contaminado.

Ejemplos:

puntero;

raigrás;

zorzal;

pie de gallo;

grupa;

miscanthus;

juncos;

caña;

sauce;

abedul;

pino.

2.3. Las plantas como restauradoras de ecosistemas

Devuelven materia orgánica, biología del suelo, polinizadores y sucesión natural.

Ejemplos:

alfalfa;

trébol;

hierba de fuego;

achicoria;

milenrama;

cereales locales;

arbustos;

sauce y abedul.

3. La alfalfa es un motor biológico del suelo.

La alfalfa no es el hiperacumulador de metales más potente. Su singularidad reside en la combinación de varias funciones.

Las principales propiedades de la alfalfa

¿Por qué la alfalfa es buena para combatir la contaminación por petróleo?

No absorbe el aceite como si fuera una sustancia ya preparada. La mayor parte del trabajo se realiza alrededor de sus raíces.

Secreciones radiculares:

alimentar bacterias degradadoras de petróleo;

apoyar a la comunidad microbiana;

mejorar la estructura del suelo;

aumentar la disponibilidad de oxígeno;

estimular la descomposición de algunos hidrocarburos.

La alfalfa funciona mejor cuando se mezcla con cereales:

puntero;

raigrás;

grupa;

equipo de erizos.

Los cereales poseen una red muy densa de raíces finas, mientras que la alfalfa proporciona una penetración profunda y un componente fijador de nitrógeno.

Alfalfa y metales pesados

Puede absorber y retener:

cadmio;

zinc;

cobre;

níquel;

parte del cromo;

parte del plomo.

Pero su función suele consistir en una combinación de:

extracción parcial;

retención de contaminantes en las raíces;

creación de una rizosfera estable;

restauración de la estructura del suelo.

En casos de contaminación por plomo, la alfalfa actúa más como estabilizador que como un potente extractor.

Limitaciones de la alfalfa

Ella no tolera:

inundaciones a largo plazo;

estancamiento del agua;

acidez fuerte;

salinidad muy alta;

suelo anaeróbico pesado;

contaminación extremadamente alta.

La biomasa de alfalfa procedente de un terreno contaminado no puede utilizarse como pienso, alimento, forraje ni compostaje habitual.

4. La epilobio es una planta de la primera restauración.

La epilobio, o té de Iván, es una planta típica de los pioneros.

Su función principal es la de devolver rápidamente la vegetación a las zonas donde el ecosistema anterior ha sido destruido.

Aparece en:

incendios;

claros;

terraplenes de construcción;

terrenos forestales alterados;

canteras;

deshecho;

arcenes de las carreteras;

suelo desplazado.

Propiedades únicas de la hierba de fuego

Función en la fitorremediación

La epilobio no se considera una hiperacumuladora universal. Sus funciones principales son:

cubriendo la superficie contaminada;

reducción del polvo;

reparar la capa superior;

apoyo a los microorganismos;

acumulación de materia orgánica;

inicio de la sucesión natural.

Una secuencia natural podría verse así:

suelo desnudo → epilobio → pasto mixto → arbustos → bosque joven.

Para la eliminación de petróleo y metales pesados, la epilobio se utiliza mejor una vez que se ha reducido la toxicidad aguda y se ha estabilizado la superficie.

No se debe recolectar epilobio de una zona contaminada para la elaboración de té, alimentos, medicamentos o cosméticos.

5. Amaranto: alta biomasa en una temporada.

El amaranto combina:

crecimiento rápido;

gran masa sobre el suelo;

sistema radicular desarrollado;

resistencia al calor;

la capacidad de absorber algunos metales.

No necesariamente acumula concentraciones récord de metales en cada kilogramo de tejido. Su ventaja radica en el elevado rendimiento general de biomasa contaminada.

Eliminación real de contaminantes

La eficiencia de la planta no solo está determinada por la concentración de metal, sino también por el volumen de la masa recolectada:

concentración de metal en biomasa seca × masa de biomasa seca = eliminación total de metal.

Por lo tanto, una planta con una concentración moderada pero una masa enorme a veces elimina más metal que una pequeña planta hiperacumuladora.

Potencial del amaranto

Beneficios del amaranto

cubre rápidamente la superficie;

Tolera bien el calor;

Adecuado para ciclos estacionales;

fácil de cultivar;

puede utilizarse en parcelas experimentales de fitoextracción;

Produce una gran cantidad de biomasa medible y recolectable.

Restricciones

Al amaranto no le gusta:

Encharcamiento prolongado;

sombra intensa;

suelo extremadamente ácido;

toxicidad muy alta.

En una zona contaminada, sus semillas, hojas, aceite, harina o masa verde no pueden utilizarse como alimento para consumo humano ni animal.

6. Mostaza - Un extracto de temporada rápido

La sarepta o mostaza india es especialmente interesante para la fitorremediación.

Su singularidad reside en su ciclo corto, su rápido crecimiento y la relativamente buena transferencia de algunos metales desde las raíces a las partes aéreas.

Características de la mostaza

Los contaminantes más prometedores

cadmio;

zinc;

cobre;

níquel;

ciertas formas de cromo;

en parte plomo.

¿Por qué la mostaza es interesante por su contenido de plomo?

La mostaza ha sido objeto de numerosos estudios en experimentos de fitoextracción mejorada. Sin embargo, el plomo es poco soluble y suele permanecer en las raíces.

Para aumentar su biodisponibilidad, a veces se utilizaban agentes quelantes. Si bien esto puede incrementar la absorción de plomo por los brotes, también aumenta el riesgo de que el plomo disuelto se filtre a las aguas subterráneas.

Por lo tanto, los quelantes sintéticos no pueden utilizarse en un emplazamiento real sin un control de ingeniería del agua, el drenaje y la química del suelo.

El papel práctico de la mostaza en la prevención del plomo:

cobertura estacional rápida;

extracción parcial experimental;

control de disponibilidad de plomo;

cultura adicional en un sistema complejo;

No sustituye la estabilización mediante ingeniería.

7. Girasol: una gran bomba biológica y rizofiltro.

El girasol es valioso debido a la combinación de:

gran masa sobre el suelo;

superficie radicular desarrollada;

consumo intensivo de agua;

capacidad de absorber metales;

posibilidades de uso en sistemas de agua.

Cualidades únicas

Girasol y metales

Se está investigando por:

cadmio;

zinc;

es;

níquel;

dirigir;

uranio;

algunos radionúclidos.

De especial utilidad para la purificación del agua.

El girasol resulta particularmente interesante no solo en suelo, sino también en tanques controlados.

Las raíces pueden:

absorber el metal disuelto;

retienen partículas;

unir el contaminante a las paredes celulares;

absorberlo parcialmente.

Después de esto, se puede eliminar por completo la masa radicular, lo cual es mucho más fácil que extraer todas las raíces del suelo.

Girasol y plomo

En el suelo, el plomo suele permanecer principalmente en el sistema radicular. Por lo tanto, los girasoles no siempre son buenos extractores de plomo en el campo.

Las aplicaciones más racionales:

rizofiltración de agua contaminada;

parcelas experimentales;

creación de grandes cantidades de biomasa;

evaluación de la disponibilidad de metales;

Cultivo adicional tras la estabilización del terreno.

No utilice semillas, aceite, torta, flores ni tallos en zonas contaminadas.

8. Comparación de plantas clave

9. El plomo es un problema especial.

El plomo es uno de los contaminantes del suelo más peligrosos y complejos.

Él:

no se descompone;

pueden persistir durante décadas y siglos;

se acumula en el cuerpo;

especialmente peligroso para los niños;

daña el sistema nervioso;

afecta al desarrollo cerebral;

altera la hematopoyesis;

daña los riñones;

aumenta el riesgo cardiovascular;

puede afectar al sistema reproductivo.

Las principales vías de exposición al plomo para los seres humanos

En la práctica, el peligro a menudo no proviene de la absorción de plomo por las plantas, sino deexposición directa del cuerpo a suelo y polvo contaminados.

10. ¿Por qué las plantas son malas para extraer plomo?

10.1 Baja solubilidad

El plomo se une a:

arcilla;

materia orgánica;

óxidos de hierro;

óxidos de manganeso;

carbonatos;

fosfatos;

sulfuros.

Por lo tanto, el contenido total de Pb puede ser alto, mientras que la porción disponible para las plantas es relativamente pequeña.

10.2. Retraso en las raíces

Pb frecuentemente:

se absorbe en la superficie de las raíces;

se adhiere a las paredes celulares;

precipitados en la rizosfera;

permanece dentro de la raíz;

Se transfiere mal a las hojas y los tallos.

Esto hace que las plantas sean buenos estabilizadores, pero débiles extractores.

10.3. El peligro de la movilización artificial

Si aumentamos químicamente la solubilidad del plomo, este estará más disponible para las plantas, pero al mismo tiempo:

El riesgo de eliminación aumentará;

El sistema de drenaje puede estar contaminado;

El metal puede penetrar más profundamente;

El riesgo de contaminación de las aguas subterráneas aumentará.

Por lo tanto, una máxima absorción por parte de la planta no siempre implica una mayor seguridad.

11. Cuatro estrategias para trabajar con el líder

Estrategia 1: Eliminar los puntos críticos

Aplicable si el sitio contiene:

residuos de baterías;

trozos de escoria;

perdigones metálicos;

restos de pintura vieja;

zonas locales con concentraciones muy elevadas;

Contaminación cerca de zonas residenciales y con presencia infantil.

Métodos:

extracción selectiva;

eliminación de partículas grandes;

cribado;

sustitución de la capa superior;

eliminación de material contaminado;

cubrir con tierra limpia.

Para zonas residenciales muy contaminadas, este método es más fiable que la fitoextracción a largo plazo.

Estrategia 2. Fitoestabilización

Objetivo principal:

cerrar el suelo;

dejar de quitar el polvo;

reducir la erosión;

retienen el Pb con las raíces;

reducir la transferencia superficial;

limitar el contacto humano directo con el suelo.

Plantas adecuadas:

festuca juncal;

festuca roja;

raigrás;

zorzal;

pie de gallo;

grupa;

miscanthus;

sauce;

abedul;

álamo;

juncos;

caña;

alfombra.

Estrategia 3. Inmovilización

El objetivo es convertir el plomo en formas menos solubles y menos accesibles.

Materiales posibles:

minerales de fosfato;

hidroxiapatita;

materiales de cal;

biocarbón;

sorbentes que contienen hierro;

zeolitas;

bentonita;

algunos materiales arcillosos.

Después de esto, la zona queda cubierta de vegetación.

Importante: La dosis se determina mediante pruebas de laboratorio. Por ejemplo, el exceso de fosfatos puede generar nuevos problemas ambientales y afectar la movilidad de otros contaminantes.

Estrategia 4. Fitoextracción

Se utiliza donde:

La contaminación es moderada;

Parte del plomo está disponible para las raíces;

La biomasa se puede eliminar de forma segura;

Existe la oportunidad de trabajar durante muchas temporadas;

El agua y el suelo están controlados.

Cultivos posibles:

mostaza;

girasol;

amaranto;

colza;

sauce;

mora;

ciertas especies de Chenopodiaceae;

El maíz como cultivo técnico no alimentario.

Sin embargo, en el caso del plomo, la fitoextracción suele ser lenta y no debería ser el único método de protección.

12. ¿Qué es más importante en el caso del plomo: la extracción o la estabilización?

La tarea principal con el Pb no es extraer la máxima cantidad de metal a cualquier costo, sinoprimero detiene su flujo hacia una persona.

13. Sistema óptimo de recuperación multinivel

Etapa 1. Diagnóstico

Es necesario determinar:

contenido total de contaminantes;

fracción móvil;

profundidad de la contaminación;

pH;

materia orgánica;

composición mecánica;

nivel de agua subterránea;

drenaje;

presencia de puntos calientes;

contenido de contaminantes en el agua.

El sitio está dividido en zonas:

limpio;

moderadamente contaminado;

altamente contaminado;

húmedo;

polvoriento;

riesgo de erosión;

zonas con residuos locales.

Paso 2: Eliminación de fuentes concentradas

Se eliminan los siguientes elementos:

trozos de escoria;

metal;

restos de baterías;

materiales de construcción contaminados;

zonas locales con concentraciones extremas.

Etapa 3. Estabilización del suelo

Si es necesario, aplique:

encalado;

materiales fosfatados;

biocarbón;

sorbentes minerales;

capa de recubrimiento limpia;

Alfombrillas antierosión.

Paso 4: Cierre rápidamente la superficie.

Primera mezcla:

raigrás;

festuca juncal;

festuca roja;

zorzal;

pie de gallo.

Objetivo:

detener el polvo;

para consolidar el suelo;

reducir la escorrentía superficial;

crear una red raíz.

Etapa 5. Restauración biológica.

Tras la estabilización, se introducen los siguientes elementos:

alfalfa;

trébol;

achicoria;

milenrama;

hierbas locales;

Epilobio en zonas adecuadas.

Etapa 6. Estructura perenne

Aterrizaje:

miscanthus;

sauce;

álamo;

abedul;

arbustos locales;

Juncos y cañas en lugares húmedos.

Etapa 7. Fitoextracción experimental

En parcelas controladas separadas:

mostaza;

amaranto;

girasol;

colza;

Sauce de rotación corta.

Después de cada ciclo, se analiza lo siguiente:

raíces;

tallos;

hojas;

semillas;

masa seca;

eliminación total de contaminantes;

suelo residual;

fracción móvil;

agua de drenaje.

Etapa 8. Formación de un ecosistema sostenible

Tras la mitigación de riesgos:

conservar algunas de las hierbas locales;

plantar arbustos;

crear cinturones forestales;

formar zonas de biofiltración húmeda;

Transformar gradualmente el territorio, pasando de la recuperación técnica a un ecosistema sostenible.

14. Un ejemplo de división funcional de las plantas.

15. Plantas para diferentes tipos de contaminación

Cadmio y zinc

Prometedor:

amaranto;

mostaza;

ciertos tipos de colza;

girasol;

sauce;

hiperacumuladores especializados.

Níquel

Prometedor:

tipos especializadosOdontarrena;

ciertos tipos de mostaza;

amaranto;

hierbas resistentes a los metales.

Cobre

Usado:

mostaza;

amaranto;

girasol;

sauce;

puntero;

Miscanthus.

Arsénico

Un ejemplo de planta especializada es el helecho águila.Pteris vittataSin embargo, la forma química del arsénico y las condiciones del suelo son cruciales.

Petróleo y diésel

El papel principal corresponde a los microorganismos de la rizosfera.

Plantas adecuadas:

alfalfa;

raigrás;

puntero;

trébol;

miscanthus;

sauce;

álamo.

HAP y plaguicidas

Posible:

rizodegradación;

fitodegradación;

Trabajo conjunto de plantas y bacterias.

Adecuado para:

cereales;

alfalfa;

sauce;

álamo;

plantas de humedales.

Aguas contaminadas

Usado:

girasol en sistemas controlados;

lenteja de agua;

polirizoma;

alfombra;

caña;

caña;

juncos;

Iva.

radionúclidos

La posibilidad de utilizar plantas depende de:

un isótopo específico;

forma química;

composición del suelo;

contenido de potasio y calcio;

nivel de riesgo de radiación.

Trabajar con radionúclidos requiere un proyecto radiológico especial.

16. Tratamiento de aguas residuales contaminadas

Ejemplo de un sistema de biofiltración secuencial:

tanque de sedimentación para partículas grandes;

barrera mineral o de sorción;

zona de espadañas;

zona de cañaverales;

junco y zona de junco;

franja de sauce;

estanque de pulido;

Punto de control para la toma de muestras de agua.

En el caso del plomo y otros metales, las plantas no deben sustituir los filtros técnicos. Estos actúan como una etapa adicional, estabilizando los sedimentos e interceptando los contaminantes residuales.

17. Eliminación de biomasa contaminada

La biomasa del sitio de remediación no puede ser:

comer;

utilizar como alimento;

procesar hasta convertirlo en aceite o harina;

hacer té con él;

uso en cosméticos;

compostar con los residuos habituales;

dejar como mantillo;

quemar en la hoguera;

quemar en una estufa doméstica;

usar ceniza en el jardín;

Elaborar biocarbón casero.

Los metales pesados ​​no desaparecen durante la combustión. Se concentran en las cenizas y pueden ser arrastrados por el humo.

Posibles formas de contacto:

combustión controlada con depuración de gases de combustión;

entierro especial;

estabilización de cenizas;

extracción de metales de material vegetal;

Transferencia a una organización autorizada.

18. Errores básicos

Error 1: Pensar que cualquier planta limpia el suelo.

La presencia de una planta en una zona contaminada no significa que elimine eficazmente el contaminante.

Error 2: Observar únicamente la concentración en las hojas.

Es necesario tener en cuenta la masa seca total y la cantidad total retirada del lugar.

Error 3: Dejar biomasa contaminada en el lugar.

Posteriormente, el metal regresa al suelo tras su descomposición.

Error 4. Usar quelantes sin supervisión.

Puede aumentar la lixiviación de metales y contaminar el agua.

Error 5: Cultivar plantas comestibles en una zona de remediación.

Aunque el metal penetre en el feto solo en pequeñas cantidades, subsiste el peligro de que entre polvo y tierra contaminados.

Error 6: Usar una sola planta

Un sistema en el que diferentes especies desempeñan diferentes funciones funciona de forma más fiable.

Error 7: Considerar la estabilización como una limpieza completa.

La fitoestabilización reduce el riesgo, pero el contaminante permanece en el suelo.

19. Sistema universal DREVO

Para una zona extensa afectada, se puede utilizar un modelo multietapa.

El primer nivel es la seguridad.

análisis;

zonificación;

eliminación de puntos calientes;

restricción de acceso;

prevención del polvo;

protección de las vías fluviales.

El segundo nivel es la estabilización.

sorbentes minerales y organominerales;

hierbas perennes densas;

recubrimiento antierosión;

tiras amortiguadoras.

El tercer nivel es la revitalización biológica.

alfalfa;

trébol;

achicoria;

hierbas locales;

bacterias beneficiosas;

hongos micorrícicos.

Nivel 4 - Extracción controlada

mostaza;

amaranto;

girasol;

sauce;

otros cultivos probados.

El quinto nivel es la formación de un ecosistema.

hierba de fuego;

hierbas locales;

arbustos;

sauce;

abedul;

álamo;

cinturones forestales;

zonas de filtración húmeda.

20. Conclusión principal

No existe una única planta universal que limpie todo tipo de suciedad.

Cada tipo realiza su propia tarea:

alfalfaRestaura la biología del suelo, fija el nitrógeno y crea una rizosfera profunda;

hierba de fuegolos primeros en restaurar la cubierta vegetal e iniciar la sucesión natural;

amarantoProduce una gran cantidad de biomasa y puede extraer cadmio y zinc;

mostazaCrece rápidamente y es apta para ciclos estacionales repetidos de fitoextracción;

girasolForma una biomasa potente y resulta especialmente interesante para la rizofiltración de agua;

cerealescrear un césped denso e impedir la polinización;

miscanthusProporciona una cobertura duradera para objetos no alimentarios;

sauce y álamoGestionar el agua y formar un sistema radicular perenne;

juncos, espadañas y cañasFuncionan en sistemas de filtración húmeda.

Para el liderazgo, la estrategia más sensata es:

eliminar las fuentes concentradas → fijar el metal restante → cubrir el suelo con vegetación densa → limitar el contacto humano → extraer gradualmente la porción accesible → monitorear continuamente el suelo, el agua y la biomasa.

El objetivo de la fitorremediación no es simplemente cultivar plantas en suelos contaminados, sino crear un sistema controlado que reduzca de forma constante la toxicidad, detenga la propagación de la contaminación y restaure la zona a una función ecológica sostenible.

El andosol es un suelo volcánico ya formado, mientras que el regolito es el material mineral suelto inicial a partir del cual aún debe crearse el suelo.