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CONTENIDO Pagina I.
INTRODUCCION...................................................... INTRODUCCION ...................................................... .............................................. ..............................................4 4
II.
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ...................................................................... PROBLEMA ......................................................................5 5
III.
OBJETIVOS..................................................... OBJETIVOS ..................................................... .................................................... ... 6
IV. V.
VI.
3.1. General .......................................................................................................... 6 3.2. Específicos ..................................................................................................... 6 HIPOTESIS ............................................................................................................. HIPOTESIS .............................................................................................................6 REVISION DE LITERATURA ................................................................................... LITERATURA ...................................................................................7 7 5.1. Composición y origen del petróleo .................................. ............................. 7 5.2. Propiedades física y químicas del petróleo ................................................ ... 7 5.3. Efecto de los hidrocarburos en el medio ambiente ...................................... 9 5.4. Tecnologías de limpieza del suelo ....................................................... ........ 10 5.4.1. Tecnología biológica ................................................ ........................... 11 5.5. Fitorremediacion ....................................................................... .................. 11 5.6. Generalidades de bledo espinoso ....................................................... ........ 13 5.7. Suelo ............................................................................................................ 14 5.7.1. Humedad............................................... ............................................. 15 5.7.2 .Potencial hidrogeno ................................................ ........................... 16 5.7.3 .Temperatura .................................................................... .................. 16 5.7.5 .Materia orgánica ..................................................... ........................... 16 5.7.5 .Color .................................................................................................. . 17 MATERIALES Y METODOS ................................................................................. .................................................................................19 19 6.1. Trabajo de campo .................................................... .................................... 19 6.1.1. Localización del sitio de colecta de suelo .......................................... 19 6.1.2. Procesamiento de suelo ................................................... .................. 20 6.1.2.2. Análisis físico y químico del suelo .......................................... 20 6.2. Procesamiento de la especie vegetal .......................................................... 20 6.2.1. Pre-tratamiento de las semillas ......................................................... 20 6.3. Establecimiento de bioensayo ................................................... .................. 20 6.4. Variables evaluadas .................................................................................... . 21 6.4.1. Variables del suelo ................................................................... .......... 21 6.4.1.1. Retención de humedad ................................................. ........ 21 6.4.1.2. Temperatura ................................................................ ......... 22 6.4.1.3. Color ...................................................................................... 22 6.4.1.4. Potencial hidrogeno ...................................................... ........ 22 6.4.1.5. Materia orgánica ................................................. .................. 22
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VII.
6.4.1.6. Hidrocarburos totales de petróleo ............................... ........ 22 6.4.2. Variables de la planta............................................... ........................... 23 6.4.2.1. Altura................................................. .................................... 23 6.4.2.2. Biomasa seca .............................................. ........................... 23 6.5. Trabajo de túnel plástico- laboratorio ................................................. ........ 24 LITERATURA CITADA ..........................................................................................26
INDICE DE CUADROS Pagina
Cuadro 1. Límites máximos permisibles para fracciones de hidrocarburos en suelo ........... 10 Cuadro 2. Clasificación de las diversas técnicas de limpieza según el lugar donde se realiza. suelo ................................................................................................................................................. 11 Cuadro 3. Ventajas de la fitorremediacion ................................................................................. 12 Cuadro 4. Desventajas de la fitorremediacion .......................................................................... 13 Cuadro 5. Composición media del suelo ..................................................................................... 15 Cuadro 6. Diseño experimental .................................................................................................. 21 Cuadro 7. Variables evaluadas de suelo y planta ...................................................................... 24
INDICE DE FIGURAS Pagina
Figura 1. División de los hidrocarburos ........................................................................................ 8 Figura 2. Amaranthus spinosus. ................................................................................................... 14 Figura 3. Interpretación del matiz mediante la carta Munsell ................................................ 17 Figura 4. Caracterización de los parámetros para identificar el color del suelo ................... 18 Figura 5. Ubicación satelital de la Universidad Popular de la Chontalpa. .............................. 19
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I.
INTRODUCCIÓN
El aumento de la población humana y el desarrollo industrial alcanzados durante el siglo XX, incrementaron las concentraciones de contaminantes sólidos y líquidos a niveles críticos. El manejo inadecuado de los materiales y residuos trajo como consecuencia la aparición de problemas de contaminación, para los cuales ni el ambiente estaba adaptado ni la sociedad preparada. Entre ellos se destacan los que se producen a causa de la extracción y el manejo del petróleo (INE, 2006).
Los problemas ambientales de la explotación petrolera en yacimientos terrestres se producen principalmente en la etapa de transporte, ya que a través de su conducción por oleoductos se mantiene el riesgo de contaminación de suelos y de aguas superficiales y subterráneas, en el caso de eventuales eventos de derrames. Debido a los sistemas de control de la red de oleoductos, y a los planes de contingencia diseñados por las empresas, en la actualidad se ha disminuido la cantidad de derrames por roturas de oleoductos, y también su magnitud. A pesar de estas medidas adoptadas, los eventos por derrames siguen siendo una fuente de contaminación a la cual se le debe prestar atención (INE, 2006).
Los componentes del petróleo son biodegradables gracias a la acción de los microorganismos aunque su degradación espontánea es relativamente lenta (fenómeno usualmente conocido como atenuación natural: sin intervención humana) (SEMARNAT). La rehabilitación de suelos contaminados con hidrocarburos y el tratamiento de los diversos residuos que produce la actividad petrolera, aplicando tecnologías inspiradas en procesos naturales, son métodos ecológicamente sustentables que minimizan el compromiso ambiental que pueden originar otros métodos de restauración o tratamiento, resultando ser métodos más económicos y factibles , entre ellas podemos citar algunas tecnologías verdes o biológicas como la fitorremediacion que tiene un menor daño ambiental (SEMARNAT).
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La fitorremediacion es un método que se basa en la descontaminación de los suelos, la depuración de las aguas residuales o la limpieza del aire interior, usando plantas vasculares, algas (fitorremediacion) u hongos (mico remediación) (Molina et al. 1995). Es por eso que en este proyecto se trabajara con esta tecnología verde usando el bledo espinoso (amaranthus spinosus), aplicándola en suelos contaminados por petróleo pesado, y así poder estudiar y evaluar el potencial fitorremediador de la planta ya antes mencionadas con el fin de poder aplicarlas en un futuro si se encuentran en ellas las características necesarias para remover del suelo estos tipos de contaminantes y así contribuir a un nuevo avance biotecnológico en México.
II.
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Se evaluara mediante un bioensayo el potencial fitorremediador del bledo espinoso (amaranthus spinosus). El bioensayo se realizara en 4 fases las cuales son: 1. Trabajo de
campo, 2. Procesamiento de la especie vegetal, 3. Establecimiento de bioensayo, 4. Trabajo laboratorio-túnel de plástico. Se establecerá un diseño experimenta con cinco tratamientos el primer tratamiento será nuestro testigo y los otros cuatro tendrán diferente concentraciones de petróleo crudo pesado esto basándose en el límite permisible de petróleo en el suelo. Las variables evaluadas en el suelo serán, la textura, la retención de humedad, la temperatura, color, pH, materia orgánica fosforo, nitrógeno, potasio y los hidrocarburos totales de petróleo. Las variables evaluadas en la planta serán la altura, plántulas, biomasa seca y biomasa radical. De igual manera se determinara el índice de toxicidad. Una vez analizados los resultados obtenidos se determinara si el bledo espinoso (amaranthus spinosus) puede considerarse como una planta fitorremediadora de suelos
contaminados por petróleo crudo pesado.
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III.
OBJETIVOS
3.1 .General Evaluar el potencial fitorremediador del bledo espinoso (amaranthus spinosus) en suelos contaminados por petróleo crudo pesado
3.2. Específicos Caracterizar las propiedades químicas y físicas del suelo testigo así como del suelo contaminado por petróleo crudo pesado.
Estudiar el comportamiento del bledo espinoso (amaranthus spinosus) en suelo contaminado por petróleo crudo pesado atreves de la medición de su altura de la planta, así como la generación de biomasa seca aérea y radical.
Determinar el porcentaje de degradación de petróleo crudo pesado por el método gravimétrico extracción Soxhlet.
IV.
HIPOTESIS
La planta bledo espinoso (amaranthus spinosus), al establecerse en suelo contaminado por petróleo crudo pesado, mostrara su potencial fitorremediador en estos suelos, degradando la mayoría del porcentaje de este contaminante.
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V.
REVISION DE LITERARURA
5.1. Composición y origen del petróleo La palabra petróleo procede del latín petroleum ( petra-piedra y óleum-aceite) y significa aceite de piedra (PEMEX, 1988). El petróleo se forma a partir de la descomposición en la biomasa durante largos periodos de tiempo geológico. Las reacciones químicas son complejas bajo condiciones de alta presión y temperatura a profundidad en formaciones sedimentarias (Freedman, 1995).
Han existido varias teorías sobre el origen del petróleo pero hasta la fecha no se ha logrado dar una explicación completamente satisfactoria, estas teorías se pueden clasificar en dos grupos en teoría orgánica y teoría inorgánica. Teoría Inorgánica: Explica el origen de estos hidrocarburos gracias a la combinación de elementos químicos como el carbono y el hidrógeno sometidos a altas temperaturas y presiones, ubicados en capas muy profundas de la tierra. Teoría Orgánica: Según esta teoría, el petróleo y el gas natural se han formado por la transformación de la materia orgánica vegetal y animal, cuya estructura molecular ha sufrido alteraciones por efecto de altas temperaturas, acción de bacterias y microorganismos, altas presiones en el subsuelo y otros agentes a lo largo de millones de años. Esta teoría es la más aceptada actualmente (Covantes, 1988). El petróleo está constituido por varios hidrocarburos. Una composición media del petróleo podría estimarse en 85% carbono, 12% hidrogeno y 3% azufre + oxigeno + nitrógeno además de varios elementos metálicos. En ocasiones el petróleo viene acompañado por notables cantidades de gases como H2S, CO2, N (Botello, 1996).
5.2. Propiedades físicas y químicas del petróleo El petróleo se encuentra presente en el subsuelo, impregnado en formaciones de tipo arenoso y calcáreo. Dentro de sus propiedades fisicoquímicas el petróleo que asume los tres estados físicos de la materia: sólido, líquido y gaseoso, según su composición, temperatura y presión a que se encuentra. El color varía entre el ámbar y el negro; su
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densidad es de 0.75 a 1.01 g mL-1. En estado gaseoso es inodoro, incoloro e insípido. Por lo que, como medida de seguridad, se le mezcla un compuesto sulfuroso (mercaptano) para descubrir su presencia y evitar intoxicaciones. Se puede hallar solo o mezclado con el petróleo líquido dentro de un mismo yacimiento, su punto de ebullición no es constante. Dentro del subsuelo se encuentra por lo general encima de una capa de agua, hallándose en la parte superior una de gas. Los hidrocarburos no se encuentran distribuidos uniformemente en las capas del subsuelo (Covantes, 1988).
Wade (2004) menciona que los componentes principales del petróleo crudo son los alcanos, algunos hidrocarburos aromáticos y otros compuestos, no deseados, que contienen nitrógeno y azufre.
Botello (1996) señala que la composición típica de un petróleo crudo consta de los hidrocarburos saturados que representan el 30%, los hidrocarburos nafténicos el 50%, los hidrocarburos aromáticos el 15% y los compuestos polares el 5%.
Los hidrocarburos están divididos en dos tipos principales, hidrocarburos alifáticos e hidrocarburos aromáticos (Figura 1). Los hidrocarburos alifáticos se clasifican en tres grupos principales: alcanos, alquenos y alquinos. Los alcanos son hidrocarburos en donde todos los enlaces son enlaces sencillos, los alquenos contienen un doble enlace carbono-carbono, y los
alquinos
contienen
un
triple
enlace
carbono-carbono
(Carey,
1999).
Alcanos
Hidrocarburos
Alifaticos Aromaticos
Alquinos Alquenos Alifatico ciclicos
Figura 1. División de los hidrocarburos (Morrison y Boyd, 1998).
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Los hidrocarburos constituyen del 50-98 % de la composición total del petróleo, están formados por alcanos, ciclo alcanos y compuestos aromáticos. Los aromáticos tienen al menos un anillo bencénico en su estructura (Botello, 2005).
Los alcanos son casi insolubles en agua debido a su baja polaridad y a su incapacidad para formar enlaces con el hidrógeno. Los alcanos líquidos son miscibles entre sí, en general se disuelven en disolventes de baja polaridad como el benceno, tetracloruro de carbono, cloroformo y otros alcanos. Su densidad se incrementa con el tamaño de la molécula, por lo general en todos los casos son menos densos que el agua (Morrison y Boyd, 1998). Los ciclo alcanos son no polares, relativamente inertes y con puntos de ebullición que dependen de sus masas moleculares. Se encuentran en la forma cíclica más compacta, por lo que sus propiedades físicas son similares a los de los alcanos ramificados (Wade, 2004).
Los hidrocarburos aromáticos son líquidos o sólidos a temperatura ambiente y sus puntos de ebullición están cercanos a los de los ciclo alcanos correspondientes. Al igual que los hidrocarburos descritos antes, los aromáticos son poco polares o no polares, por lo que no se disuelven en agua. Los electrones de los anillos aromáticos pueden tener una débil atracción con enlaces polares de otras moléculas, lo cual los hace excelentes solventes orgánicos. La unión de dos anillos bencénicos produce hidrocarburos poli aromáticos (HPA). Estos compuestos son de interés ambiental y de salud pública por sus propiedades carcinogénicas (Botello, 2005).
5.3. Efecto de los hidrocarburos en el medio ambiente Los problemas de contaminación de suelo y de agua por hidrocarburos se deben principalmente a la falta de mantenimiento de instalaciones petroleras, explosiones en instalaciones de alto riesgo, y fugas en las líneas de conducción (Jiménez, 2002; INE, 2007). Algunos hidrocarburos son depositados y acumulados en el suelo y otros pueden alcanzar los mantos freáticos y formar capas en forma de nata. Los hidrocarburos rompen los agregados del suelo y modifican su estructura, disminuyen la capacidad de retención de
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agua disponible para las plantas y, como consecuencia de su composición química, modifican la relación carbono nitrógeno (C/N) propiciando la inmovilización de N y mayor liberación de CO2 a la atmósfera (Gutiérrez y Zavala, 2002; López-Martínez et al., 2005; Adams y Morales-García, 2008).
El impacto negativo que provocan los contaminantes en el suelo es muy grave, ya que reducen e inhiben la cobertura vegetal, la fauna y la micro fauna, y provocan contaminación por infiltración hacia los mantos freáticos (Pardo et al., 2004). Además, esta contaminación tiene impacto de tipo económico, social y de salud pública en zonas aledañas a la contaminación, provocando enfermedades como cáncer, el cual ha aumentado significativamente en los últimos años como consecuencia de la contaminación por hidrocarburos y otros compuestos tóxicos liberados al ambiente (Adams y Morales-García, 2008).
Cuadro 1. Límites máximos permisibles para fracciones de hidrocarburos en suelo Fracción de hidrocarburo Ligera
Uso de suelo predominante ( mg/kg base seca) Agrícola Domestico Industrial 200 200 500
Media
1200
1200
5000
Pesada 3000 3000 6000 Fuente: NORMA OFICIAL MEXICANA NOM-138-SEMARNAT/SS-2003
5.4. Tecnologías de limpieza del suelo Las técnicas de limpieza o tecnologías de remediación de suelos se clasifican según el lugar donde se realizan, agrupándose en tres tipos: In Situ, On Site y Ex Situ; según el tipo de tratamiento son de naturaleza fisicoquímica y biológica (Cuadro 2). (López-Martínez et al ., 2005).
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Cuadro 2. Clasificación de las diversas técnicas de limpieza según el lugar donde se realiza. In Situ 1. Extraccion de vapores del suelo y aspercion del aire 2. Enjuague de suelo 3. Barreras Electrocineticas 4. Vitrificacion 5. Estabilizacion y solidificacion 6. Biologia 6.1. Biorremediacion 6.2. Biolabranza 6.3. Bioaumentacion 6.4. Bioestimulacion 6.5. Bioventeo 6.6. Fitorremediacion Fuente: Seoánez et al ., 1999.
Ex Situ y On Site 1. Lavado de suelo 2. Desorción térmica 3. Extraccion con el solvente 4. Deshalogenacion química 5. Biologia 5.1. Biorremediacion 5.2. Biolabranza 5.3. En fase de lechada 5.4. Composteo 5.5. Bioaumentacion 5.6. Bioventeo 5.7. Fitorremediacion
5.4.1. Tecnologías biológicas Las tecnologías biológicas se refieren al uso de seres vivos, no dañan el suelo y conservan el ambiente (Ortiz, 1999). La aplicación de esta tecnología debe considerar las condiciones específicas del medio a descontaminar, evaluar las interacciones del 12 suelo con el contaminante, de los microorganismos aplicados con los contaminantes y de los microorganismos aplicados con las poblaciones nativas del suelo (Telysheva et al ., 2002). Una de las tecnologías biológicas es la fitorremediacion, se basa en el uso de plantas tolerantes a sustancias contaminantes en el suelo.
5.5. Fitorremediacion El concepto fitorremediacion deriva del prefijo griego phyto (planta) y de la raíz latina remedium (remover). Se refiere al uso de las plantas verdes con capacidad natural, o por
mejoramiento genético, para remover o estabilizar compuestos orgánicos tóxicos y para recuperar las condiciones originales del suelo (Cunningham
et al ., 1996). La
fitorremediacion tiene como objetivo degradar, asimilar, metabolizar o desintoxicar suelos afectados por metales pesados, compuestos orgánicos y compuestos radioactivos. Esta
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tecnología se basa en la acción combinada de plantas y microorganismos, con capacidad fisiológica y bioquímica para absorber, retener, degradar o transformar sustancias contaminantes a formas menos tóxicas (Harvey et al ., 2002).
Una planta fitorremediadora realiza la absorción, la excreción y la desintoxicación del contaminante del sustrato afectado. La absorción de contaminantes se realiza a través de las raíces y las hojas mediante las estomas y la cutícula de la epidermis (López-Martínez et al ., 2005). La absorción ocurre en la rizodermis de las raíces jóvenes, que absorben los
compuestos por ósmosis dependiendo de factores externos como la temperatura y el pH del suelo. Otros factores importantes que inciden en la penetración del contaminante son su peso molecular e hidrofobicidad, ambas determinan que las moléculas atraviesen las membranas celulares de la planta. Después de cruzar la membrana, los contaminantes son distribuidos a través de toda la planta (Harvey et al., 2002).
Cuadro 3. Ventajas de la fitorremediacion Ventajas 1. Se puede realizar In Situ, incluye bajo costo, mínima desorganización del sitio y emisiones de áreas insignificantes. 2. Uso de energía solar disponible para realizar procesos fisiológicos, químicos y físicos, tales como absorción, transformación, acumulación extracción, contención y degradación microbiana. 3. Socialmente es aceptada por comunidades circunvenidas y por agencias reguladoras del medio ambiente como tecnológica que no altera el entorno ambiental. 4. Aplicado a un amplio rango de contaminante. Fuentes: Cunningham et al ., 1996.
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Cuadro 4. Ventajas de la fitorremediacion Desventajas 1. Es una tecnología que se aplica para cierto grado de contaminación y en etapas finales de la remediación. 2. Se requiere más tiempo que otras tecnologías 3. En épocas de invierno en las plantas de hojas caducifolias, generalmente el agua del suelo no es transpirada por un largo periodo de tiempo lo que dificulta la fitorremediacion. Fuentes: Cunningham et al ., 1996.
5.6. Generalidades de bledo espinoso (amaranthus Spinosus) Hierba decumbente o ascendente anual de 0,6-1,4 m de alto. Tallo marrón oscuro, verde claro a oscuro y rojizo, con tonalidades rojizas y púrpuras en algunas zonas del tallo, esparcidamente viloso a glabro, estrías en las zonas rojizas y púrpuras cuando la planta crece en ambientes secos; espinas en pares, de 0,3-1,5 cm de largo, con una orientación de casi 90º respecto al tallo. Hojas lanceolado-elípticas a ovadoelípticas, de 0,8-5 (9) cm de largo, 0,5-3 cm de ancho, cartáceas a membranosas, esparcidamente vilosas a glabras; nervio principal y secundarios prominentes en la superficie abaxial, con dos líneas continuas a lo largo de los márgenes; pecíolo de 1-7 cm de largo; base atenuada; margen entero; ápice angostamente corto-acuminado, con una espina terminal de 1-1,5 mm de largo. Inflorescencias en espigas terminales, 4-10 (12) cm de largo, 0,5-0,8 cm de ancho y en
fascículos o glomérulos axilares, 2-7 cm de largo, 0,5-1 cm de ancho; espigas ubtendidas por un par de espinas de 3-6 mm de largo; brácteas más cortas que los sépalos, excepcionalmente más grandes, ovadas a lanceoladas, 1.5-1.5 mm de largo, 0.6-0.9 mm de ancho, carinadas, glabras a esparcidamente vilosas, ápice mucronado a pungente. Flores masculinas localizadas en las espigas; perianto foliáceo compuesto por 5 sépalos de 1.2-2.5 mm de largo, 0.6-0.8 mm de ancho, subiguales, ovado-oblongos a oblongo-espatulados, con el nervio central verdoso y los márgenes translúcidos, glabros; ápice mucronado a apiculado. Estambres 5, libres entre sí; filamentos homodínamos, de 1,2-1,8 mm de largo; anteras paralelas con dehiscencia longitudinal extrorsa. Flores femeninas localizadas en los glomérulos y fascículos axilares; perianto foliáceo compuesto por 5 sépalos de 1-2,5 mm de
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largo, 0,6-0,7 mm de ancho, rectos, subiguales, uninervados, glabros. Estigmas 3; estilos terminales de 0,4-0,7 mm de largo, separados en la base. Fruto un utrículo encapsulado en el perianto, de 1,5-2 mm de largo, 0,6-0,8 mm de ancho, pocas veces indehiscente. Semillas de 0,8-1 mm de diámetro, orbiculares y lenticulares en sección transversal, de color vino tinto a marrón brillante (Pinto et al ., 2010).
Figura 2. Amaranthus spinosus. a) Rama reproductora. b) Detalle de la flor. c) Bráctea. d) Sépalo de la flor masculina. e) sépalo de la flor femenina. f) semilla (Pinto et al ., 2010).
5.7. El suelo El suelo es un complejo dinámico constituido por las fases sólida, líquida y gaseosa, interrelacionadas, cuyos parámetros fundamentales se basan en relaciones de masa modifica esta evolución, altera el equilibrio, bien por acciones agroforestales, por contaminación o por ocupación. El Cuadro 5 muestra la composición media del suelo.
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Cuadro 5. Composición media del suelo Proporción (%)
Fracción Mineral Volumen Peso
38 95 Orgánica
Volumen Peso
12 5
Fase 15 a 35 liquida Fase 16 a 35 solida Fuente: Seoánez et al., 1999 Los componentes básicos del suelo son arena, limo y arcilla de diferentes tamaños. La fase sólida tiene dos componentes básicos: la fracción mineral y la fracción orgánica (Seoánez et al., 1999). Los suelos ricos en arcilla presentan una compacidad en húmedo, esto se traduce
en una cierta plasticidad y adherencia; en estado seco en una rigidez. La adhesividad es el resultado de la tensión superficial y expresa la capacidad para adherirse a las superficies (Porta et al ., 1999).
5.7.1. Humedad El término humedad hace referencia a la cantidad de agua de un horizonte en el momento de estudiar el perfil (Porta et al ., 1999). La humedad varía en función de la textura, estructura y el tamaño de los poros distribuidos en el suelo (Charman y Murphy, 2007). El contenido de agua en el suelo puede ser benéfico, pero en algunos casos también perjudicial. El exceso de agua en los suelos favorece la lixiviación de sales y de algunos otros compuestos; por lo tanto, el agua es regulador importante de las actividades físicas, químicas y biológicas en el suelo (Fernández et al ., 2006).
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5.7.2. Potencial hidrógeno El potencial hidrógeno (pH) es una propiedad química del suelo que tiene un efecto importante en el desarrollo de los seres vivos (incluidos microorganismos y plantas). La interpretación del pH se refiere a la concentración de iones hidrógeno activos (H+) presentes en la fase líquida del suelo, por la interacción de los componentes sólidos y líquidos. Denota la medida de alcalinidad, neutralidad o acidez del suelo (Fernández et al ., 2006). Un pH 7 denota neutralidad, valores mayores de 7 indican alcalinidad y menores de 7 indican acidez del suelo. Estrictamente, esto representa el logaritmo negativo de la concentración de iones de hidrógeno en una suspensión específica de suelo/agua. Los niveles adecuados de pH en el suelo para las plantas varían entre 5.5 y 8.0 (Charman y Murphy 2007).
5.7.3. Temperatura La temperatura del suelo depende, fundamentalmente, de la intensidad de la radiación solar recibida (Fuentes, 2002). Es un factor de gran importancia en la producción vegetal, afecta el crecimiento y desarrollo de los vegetales por tres vías: temperatura de la planta, temperatura del aire atmosférico cercano a la superficie y temperatura del suelo. La temperatura influye en la germinación y emergencia de la planta, en la actividad metabólica de las raíces y en la absorción radical, en las reacciones químicas que ocurren en el suelo, en la actividad de los microorganismos, así mismo en los procesos físicos, como l os difusivos y potencial de agua en el suelo (Honorato, 2000).
5.7.4. Materia orgánica La materia orgánica del suelo procede mayoritariamente de los restos de tejidos vegetales y, secundariamente, de los residuos animales. Favorece la formación de grumos o aglomerados de suelo franco o friable, lo cual lo hace más apto para ser cultivado (Porta et al ., 1999). Las partículas del suelo contienen fracciones de arcillas y materia orgánica. Estos
componentes generalmente imparten a la superficie de las partículas del suelo una carga eléctrica negativa, permite al suelo retener humedad por su interacción electrostática con
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el agua debido a su característica polar y a la carga parcial positiva del átomo de hidrógeno en la molécula (Bohn et al ., 2001).
El contenido de materia orgánica del suelo contaminado es la suma de materia biogénica (por la descomposición de vegetales y animales) y materia petrogénica (por hidrocarburos) (Rontani et al ., 1985). Los tipos de suelos más comúnmente afectados son de zonas bajas, las mismas que presentan altos contenidos de materia orgánica y arcilla (típicamente Histosoles y Gleysoles) (Palma y Cisneros, 1996).
5.7.5. Color El color del suelo es el resultado de las cantidades de materia orgánica y de algunos minerales específicos (Graetz, 1992). Se caracteriza a partir de los tres parámetros básicos que lo componen, cada color puede asociarse a un punto del espacio color, los parámetros considerados son: Matiz (Figura 3), brillo e intensidad cromática (Figura 4) (Porta et al ., 2004).
Figura 3. Interpretación del matiz mediante la carta Munsell (Porta et al ., 2004).
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Figura 4. Caracterización de los parámetros para identificar el color del suelo (Porta et al ., 2004).
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VI.
MATERIALES Y METODOS
6.1. Trabajo de campo 6.1.1. Localización del sitio de colecta del suelo El área elegida para la colecta de suelo se localiza en los terrenos de la Universidad Popular de la Chontalpa ubicada en la R/a paso y playa del municipio de Cárdenas, Tabasco; entre las coordenadas: 17° 57’ 34.96´´, -93° 21´´58.30´´.
Figura 5. Ubicación satelital de la Universidad Popular de la Chontalpa.
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6.1.2 Procesamiento del suelo Se colectara 40 kg de suelo de la área ya antes mencionada con ayuda de una pala, teniendo cuidado de no contaminar el suelo. Se transportara hasta el laboratorio a temperatura ambiente en recipientes de plásticos cerrados. Las muestras obtenidas de suelo se secaran al ambiente bajo sombra durante dos días posteriormente se tamizaran en malla de 0.5 cm de abertura, después se pesara 2 kg por cada unidad experimental. 6.1.2.1
Análisis físico y químico del suelo
Los análisis del suelo se realizaran de acuerdo a las de rutinas analíticas indicadas en la NOM-021-RECNAT-2000. El pH mediante potenciometria, la materia orgánica por oxidación con dicromato de potasio, nitrógeno inorgánico mediante micro-Kjeldhal, fósforo Olsen con bicarbonato de sodio 0.5 N, y textura por Bouyoucos.
6.2
Procesamiento de la especie vegetal
Las semillas del bledo espinoso (amaranthus spinosus) se adquirirán en un expendio especializado en el estado de Tabasco y se conservaron a temperatura ambiente y en la obscuridad.
6.2.1 Pre-tratamiento de las semillas Las semillas de la especies se seleccionaran manualmente eliminando las dañadas. Estas se colocaran dentro de un papel filtro, el cual se sumergirá en solución con detergente comercial (2%) durante 30 min con agitación constante y se desinfectaran, bajo condiciones estériles, se sumergirán en hipoclorito de sodio al 10% y 0.1 mL de Tween-20 por 30 min. Las semillas se enjuagaran tres veces con agua des ionizada estéril.
6.3. Establecimiento de bioensayo El bioensayo se establecerá durante 90 días bajo condiciones de túnel-plástico en las instalaciones de la Universidad Popular de la Chontalpa en el estado de Tabasco. Se evaluaran 5 tratamientos basado en 4 concentraciones y el testigo, se utilizaran 3
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repeticiones por tratamiento, en total serán 15 unidades experimentales (Cuadro 6). El petróleo utilizado procederá del Activo de producción samaria luna localizados en el estado de Tabasco. Las concentraciones evaluadas serán 0, 6000, 12000, 180000, 24000 mg/ kg
-1
de petróleo por cada 2 kg de suelo seco.
Las unidades experimentales serán unas masetas. El suelo se extenderá en una charola de metal inoxidable, se pesara el petróleo para cada tratamiento y se adicionara al suelo. Se homogenizara el petróleo con una espátula de acero inoxidable. El suelo se humedecerá con 40 % de agua, 24 horas después se sembrara la semilla del bledo espinoso (amaranthus spinosus). Se utilizara 20 ml de diclorometano (EMD, EM-DX0835-5, 84.93% de pureza, CAS
75-09-2) por unidad experimenta para lavar el interior del recipiente donde se pesó el petróleo, la mezcla petróleo-solvente y se adicionara en el suelo del tratamiento respectivo.
Cuadro 6. Diseño experimental Tratamiento
Concentración petróleo relación
Suelo seco (kg)
unidad experimental
2 2 2 2 2
1,2,3 4,5,6 7,8,9 10,11,12 13,14,15
peso-peso (mg/ kg-1) 1 2 3 4 5
Testigo 6000 12000 18000 24000
6.4. Variables evaluadas Las variables evaluadas durante el bioensayo fueron 10 en el suelo y 3 en la planta de bledo espinoso (amaranthus spinosus).
6.4.1. Variables del suelo 6.4.1.1. Retención de humedad La retención de humedad del suelo se realizara el día 90. Se secara el suelo bajo sombra se molera con mazo y se tamizara en una malla de 0.5 cm de abertura y se introducirá en
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recipiente de 2 kg de capacidad. A la tapa del recipiente se la ara dos agujeros, se adicionara agua, 24 horas después se calculara la retención de agua en el suelo. El agua no retenida se recuperó en matraces. 6.4.1.2. Temperatura El registro de temperatura se efectuara de manera diaria durante los 90 dí as. Se utilizara un termómetro digital con precisión de 0.01 °C, marca Hanna Instruments, modelo HI 8424. La temperatura se leerá a 5.0 cm de profundidad en la parte central de la unidad experimental.
6.4.1.3. Color La determinación del color de suelo se realizara a través del método AS-22 especificado en la NOM-021-RECNAT-2000. Se tomara una muestra de suelo seco y por comparación se determinara el color, después se humedecerá a capacidad de campo con agua y se determinó el color del suelo húmedo. Se utilizaran parámetros matiz, brillo e intensidad.
6.4.1.4. Potencial hidrógeno El potencial de hidrogeno se determinara en muestras de suelo colectadas los días 1 y 90. Se utilizaran 10 g de suelo de cada unidad experimental, después se aplicara el método AS02 especificado en la NOM-021-RECNAT-2000. 6.4.1.5. Materia orgánica La materia orgánica se determinara de muestras con petróleo colectadas el día 90 para cada una de las unidades experimentales. Se utilizara 5 g de suelo seco en un crisol, después se colocara en una mufla a 450 °C durante 24 horas. El suelo sin petróleo se determinara mediante el método de walkley y black según se indica en la NOM-021-RECNAT-2000
6.4.1.6. Hidrocarburos totales del petróleo La extracción de los hidrocarburos totales de petróleo se realizara con equipo Soxhlet y se aplicara el método gravimétrico HTPs. La cuantificación gravimétrica del petróleo se realizara en las muestras colectadas el día 90 de la fase experimental. Se fabricaran
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cartuchos con papel filtro marca whatman no. 42, después se pesara 10 g de suelo en cada cartucho, se introducirá el equipo de extracción soxhlet. Se utilizara 110 ml de diclorometano, el reflujo será durante 8 horas. El sistema de enfriamiento se mantendrá a 4 °C
Una vez tenidas las concentraciones iniciales y finales de hidrocarburos por cada unidad experimental se aplicara la siguiente fórmula para determinar la tasa de degradación en porcentaje Tasa (%) = (CI HC –CFHC / CI HC) *100
Siendo: Tasa (%) = tasa de degradación de HC (%) CIHC = Concentración inicial de HC CFHC = Concentración final de HC
6.4.2. Variables de la planta 6.4.2.1. Altura La altura del bledo espinoso (amaranthus spinosus). Se medirá con una regla graduada en mm y cm, desde la base del tallo hasta la parte apical de la hoja más alta. Le medición se realizara los días 15, 30, 45, 60, 75, 90 después del inicio del experimento.
6.4.2.2. Biomasa seca La biomasa aérea seca (hojas y tallos) y la biomasa radical se obtendrán después de la cosecha. La parte aérea y la parte radical se introducirán por separado en bolsas de papel etiquetadas, se secaran en estufa a 72°C durante 72 horas, después se pesara el material vegetal seco en una balanza digital con precisión de 0.01 g.
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6.5. Trabajo en túnel plástico – laboratorio Se evaluarán de manera periódica las variables indicadas en el cuadro 7. Se calcularan los índices relativos y absolutos de fitotoxicidad de acuerdo a las siguientes ecuaciones: IRF = 1 – Tp / XTt IAF = ∑ IRF
Donde: IRF = Índice relativo de fitoxicidad Tp = Tratamiento con petróleo XTt = Tratamiento testigo IAF = Índice Absoluto de fitotoxicidad IRF = Índice Relativo de fitotoxicidad
Entonces sí: IRF = 0, El petróleo crudo pesado no produce daños en la planta IRF > 0, El petróleo crudo pesado causa efectos tóxicos en la planta
Cuadro 7. Variables evaluadas de suelo y planta Variable/ unidad
Definicion
Tecnicas
Frecuencia
Textura (%)
Proporcion de limo, arcilla y
Bouyoucus (NOM 021
Dia 1
Retencion de humedad
arena Capacidad de retencion de
RECNAT 2000) Recipientes con salida
Dia 90
(%)
humedad en el suelo
reguladora de agua
Temperatura (°C)
Calor del suelo
Termometro digital
Diario
Color de suelo
Color del suelo
Tabla colores munsell
Dia 90
PH
Cantidad de iones H+ OH-
Potenciometria (NOM 021
Dias 1 y 90
en soluciones de suelo
RECNAT 2000)
Residuos vegetales y
Calcinacion en mufla a
animales vivos o muertos
450°C durante 24 horas
Fosforo (mg kg)
Fosforo Olsen
NOM 021 RECNAT 200
Dia 1
Nitrogeno (mg kg)
Nitrogeni inorganico
NOM 021 RECNAT 200
Dia 1
Potasio (Cmol kg
Potasio
NOM 021 RECNAT 200
Petroleo (mg kg base seca)
Petroleo presente en el
Gavimetria (EPA 418.1
Dia 1 Dias 1 y 90
suelo
modificada)
de medicion Suelo
Materia organica (%)
Dias 1 y 90
24
Planta Altura (cm)
Longitud desde la base del
Medicion con regla con cm
Cada 15 dias
tallo hasta el primordio foliar
y mm
Biomasa aerea seca (g)
Tallos y hojas secas
Gavimetria (72°C, 72 horas)
Dia 90
biomasa radical seca (g)
Raices secas
Gavimetria (72°C, 72 horas)
Dia 90
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VII.
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