Download Remoción Metales Pesados por Ninfa y Vetiver

UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA
FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS Y FARMACIA
ESCUELA DE BIOLOGÍA
DEPARTAMENTO DE BOTÁNICA, RECURSOS NATURALES RENOVABLES Y CONSERVACIÓN
FISIOLOGÍA VEGETAL
INFORME FINAL DE INVESTIGACIÓN
REMOCIÓN DE METALES PESADOS DEL AGUA POR NINFA (Eichhornia cassipes (Mart.)
Solms) Y VETIVER (Vetiveria zizanioides (L.) Nash)
Juan Antonio Zelada
Héisel Natalí Arreola Martínez
Juan Pablo Herrera García
María de los Ángeles Ariza Salazar
Guatemala, 20 de Noviembre de 2011.
HOJA DE AGRADECIMIENTOS
A MSc. Leticia Salguero, Licda. Ana Beatriz Suárez, Ing. Pamela Camarero, Licda. Stefany Fuentes y
Adan Zapata, personal de la Autoridad para el Manejo Sustentable de la Cuenca y el Lago de
Amatitlán -AMSA-, por los reactivos, equipo, asesoría y apoyo incondicional que prestaron a la
investigación.
A MSc. Carolina Rosales, coordinadora del Jardín Botánico, Centro de Estudios Conservacionistas
-CECON-, por proporcionar parte de las plantas y el agua necesaria para la parte experimental de la
investigación.
A PhD. Roberto Flores, director del Instituto de Investigaciones Químicas y Biológicas -IIQB-, por
proporcionar el espacio para poder llevar a cabo la parte experimental de la investigación.
2
ÍNDICE
TÍTULO……………………………………………………………………………………………………….4
RESUMEN……………………………………………………………………………………………………4
INTRODUCCIÓN…………………………………………………………………………………………...5
ANTECEDENTES…………………………………………………………………………………………...6
JUSTIFICACIÓN……………………………………………………………………………………………..8
OBJETIVOS……………………………………………………………………………………………………9
HIPÓTESIS…………………………………………………………………………………………………….9
MATERIALES Y MÉTODOS…………………………………………………………………………………10
RESULTADOS…………………………………………………………………………………………………11
DISCUSIÓN Y CONCLUSIONES…………………………………………………………………………...18
RECOMENDACIONES……………………………………………………………………………………….22
BIBLIOGRAFÍA……………………………………………………………………………………………….23
ANEXOS………………………………………………………………………………………………………..26
3
TÍTULO
Remoción de metales pesados del agua por ninfa (Eichhornia cassipes (Mart.) Solms) y vetiver
(Vetiveria zizanioides (L.) Nash).
RESUMEN
Durante este estudio se comparó la eficiencia de la ninfa (Eichhornia crassipes) y el vetiver (Vetiveria
zizanioides) para remover metales pesados en el agua, también se cuantificó la remoción de plomo y
arsénico por cada una de estas plantas en distintos períodos de tiempo.
Para lograr esto se utilizaron 10 plantas de ninfa y 10 de vetiver; 5 plantas de cada especie se
colocaron en agua con una concentración de 1mg/L (1ppm) de cada metal, en total fueron dos
tratamientos: uno con plomo y otro con arsénico. Se tomó una alícuota de agua de cada muestra una
vez por semana durante dos semanas, y se midió la concentración de metales por medio de
espectrofotometría de absorción atómica.
Se obtuvo que en la primera semana el vetiver tuvo un promedio de remoción del 55.14% para el
arsénico y 99.08% para el plomo, el porcentaje de la ninfa fue del 46.02% para el arsénico y 94.52%
para el plomo. En la segunda semana el vetiver obtuvo un 57.39% de remoción para el arsénico y
99.25% para el plomo, la ninfa obtuvo un 51.35% para el arsénico y 93.93% para el plomo. Se observó
que sí hay una diferencia significativa entre la concentración del agua tratada por la ninfa y el vetiver
comparado con el grupo control para ambas semanas en ambos tratamientos.
No hubo diferencia significativa al comparar la concentración del agua tratada por la ninfa con la del
vetiver para el arsénico durante la primera y segunda semana, el mismo resultado fue para la
primera semana con el tratamiento de plomo, sin embargo, para este mismo tratamiento si hubo
diferencia significativa en la segunda semana con un p=0.01587.
4
INTRODUCCIÓN
Los cuerpos de agua dulce de Guatemala, desde ya varias décadas, presentan fuertes amenazas
debido a la descarga constante de desechos sólidos hacia el lago y la descarga de desechos
industriales cargados de contaminantes, entre los que se encuentran metales pesados.
Los metales pesados son un grupo de elementos químicos que presentan una densidad relativamente
alta y cierta toxicidad para los seres humanos; los más conocidos son el mercurio, Plomo, cadmio y
talio (Babich y Stotzky, 1982, p. 681). Pueden ser introducidos en el medio ambiente por las
actividades geológicas y antropogénicas. Las fuentes de contaminación antropogénica de metales
pesados son los efluentes industriales, la minería, productos químicos agrícolas, la energía y la
producción de combustibles (Babich y Stotzky, 1982, p. 681; Gadd, 1986, p. 84).
Las plantas al absorber sus nutrientes del suelo, están más propensas a contaminarse con metales
pesados, en especial en los cuerpos de agua ya que estos metales se sedimentan junto al sustrato y
pueden ser absorbidos por la raíz de las plantas que toleren niveles altos de contaminación (Babich y
Stotzky, 1982, p. 681).
Varios estudios han promovido la fitorremedación, que consiste en utilizar plantas para que
absorban materiales no deseados de los cuerpos de agua o del suelo. Para la remediación de metales
pesados, el uso de plantas hiperacumuladoras puede aumentar la captación de metales pues
acumulan 100 veces más que las plantas no acumuladoras (Lasat, 1996).
El vetiver (Vetiveria zizanioides) es ampliamente conocido por su eficacia en el control de erosión y
sedimentos así como su capacidad de absorber metales pesados. (Lasat, 1996). El sistema de raíces
fuertes y profundas del vetiver no restringe su uso a sitios únicamente con contaminación
superficial. Es tanto una xerófita como una hidrófita, por lo que se puede aplicar a los suelos y
cuerpos de agua.
La ninfa (Eichhornia crassipes) también puede acumular metales pesados, su hábito es estrictamente
acuático y se encuentra en los cuerpos de agua dulce, al igual que el vetiver. (Lasat, 1996). La
acumulación de los metales pesados varía según la especie, y nos dice mucho sobre el hábito donde
5
se encuentra. (Lasat, 1996). Además, cada una tiene una captación distinta para los metales pesados
Plomo y Arsénico.
En esta investigación se logró generar información acerca de las alternativas que existen para el
tratamiento de aguas contaminadas con metales pesados, comparando la eficiencia de dos plantas:
Ninfa y vetiver en la remoción de metales pesados del agua y cuantificando la remoción de metales
pesados por la ninfa y vetiver en distintos períodos de tiempo.
ANTECEDENTES
En el área de la fitoremediación se han realizado muchos estudios sobre el uso de diversas plantas
para la remoción de contaminantes que se encuentran en distintos sustratos, como el suelo o el agua;
de manera que se puede tomar en cuenta la aplicabilidad del uso de este método para resolver
problemas de nuestro país.
Entre los contaminantes a los que se les ha puesto bastante énfasis es a los metales pesados, que
pueden ser muy dañinos para varias formas de vida. En el 2000, Buszewski, Jastrzebska,
Kowalkowski y Binkul realizaron un estudio que buscó determinar si existía una relación entre la
concentración de metales que hay en el suelo y su acumulación en las distintas partes de una planta.
En este caso se utilizó Plomo, Cadmio, Zinc, Cobre, Hierro, Calcio y Magnesio. Las plantas utilizadas
fueron bioindicadores comunes como gramas, musgos y pino. Utilizando muestras de suelo y tejido
vegetal de distintas localidades del área de estudio que fueron analizadas con un espectrofotómetro
de absorción atómica, encontraron que las plantas seleccionados por ellos sí absorben metales
pesados y en particular los acumulan en órganos de asimilación y raíces. También encontraron que
de los metales utilizados para el estudio, el que es absorbido en proporciones similares a la
concentración del suelo es el Plomo.
También se ha invertido bastante esfuerzo en encontrar bioindicadores efectivos entre diversos
grupos de plantas. En un estudio realizado por Ceburnis, Seinnes y Kvietkus (1999) se determinó la
efectividad del uso de musgos como bioindicadores de la contaminación de metales pesados por
deposición atmosférica. Para el análisis se colocaron colectores en áreas abiertas y en bosques de pino
6
que estuvieran alejados al menos 100 m de casas o carreteras. Se encontró que estos organismos son
útiles en particular cuando se evalúa la presencia de Plomo y Cadmio, pues de todos los elementos
evaluados, las concentraciones de estos dos son las que menos se ven afectadas por otros factores que
no sean la contaminación del aire. Las concentraciones de los demás elementos se ven afectadas por
el dosel del bosque de pino y por el polvo de la tierra que se encuentra alrededor.
Chen, Yuan, Su y Wang (2010) también utilizaron briofitas, en este caso fue para evaluar la capacidad
de acumulación de metales pesados (Cu, Zn, Fe, Mn, Ni, Pb, Cd, Cr) entre musgos nativos de la
región (Brachythecium plumosum, Eurhynchium laxirete, Taxiphyllum taxirameum y Haplocladium
strictulum). Los muestreos se realizaron únicamente en jardines urbanos pues ahí es donde habitan
dichos musgos. Utilizando un espectrofotómetro de absorción atómica se encontró que T.
taxiramenum fue el musgo que acumuló mayores concentraciones de metales pesados, lo que pudo
deberse a sus características biológicas en particular. Aunque también se encontró que algunos de los
musgos que fueron evaluados pueden captar mejor los metales que provienen fuentes específicas de
contaminación.
Se han realizado este tipo de estudios con otros grupos de plantas, en el caso de las plantas acuáticas;
Paris, Hadad, Maine y Suñe (2005) realizaron un estudio para evaluar la eficiencia de dos macrófitas
flotantes (Salvinia herzogii y Pistia stratiotes) en la absorción de Cromo, Cadmio y Plomo, con el fin de
proponerlas como una herramienta de tratamiento de efluentes o como bionidicadores. Las plantas
se dividieron en partes aéreas (hojas y estolones) y partes sumergidas (raíces), a las cuales se les
midió la biomasa. La concentración de las partes aéreas y sumergidas se midió utilizando un
espectrofotómetro de absorción atómica con longitudes distintas para cada metal. Se encontró que
ambas especies son eficientes para la remoción de metales en sistemas acuáticos. También que el
proceso de absorción se lleva a cabo durante las primeras 24 horas y que al final del experimento los
metales son removidos casi en un 100%. Algo importante de mencionar es que las raíces son los
órganos que presentaron una mayor bioacumulación de los metales.
Durante el 2007, Roongtanakiat, Tangruangkiat y Meesat realizaron un estudio con una de las
plantas que utilizaremos en este proyecto, el vetiver. Este estudio se enfocó en determinar la
habilidad de esta planta para absorber metales pesados de aguas de desecho industrial. Para esto se
utilizaron tres ecotipos que se mantuvieron en un cultivo hidropónico y fueron sometidos a cuatro
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tratamientos, W1, W2, W3 y W4. Se encuentra que el vetiver puede ser utilizado como
fitorremediador de metales pesados en aguas de desecho industrial. La calidad del agua y la
concentración de metales pesados tuvieron un efecto en el crecimiento y absorción en el vetiver. Los
tres ecotipos de vetiver absorbieron metales en el siguiente orden: Fe > Mn > Zn > Cu > Pb. La
acumulación de dichos metales fue mayor en las raíces que en el resto del organismo.
Recientemente también se ha trabajado con Eichhornia crassipes en temas de biorremediación. Hustna
y Latif realizaron un estudio en el 2010 sobre la captación de Cadmio y Zinc por esta especie de
planta acuática. Su objetivo era determinar la cantidad de metales pesados que absorbe después de
un determinado tiempo de exposición, y la vez ubicar la parte del organismo que acumulaba una
mayor concentración de los metales. Los resultados muestran que esta especie puede ser utilizada
para remover exitosamente Zinc y Cadmio en bajas concentraciones. La captación total depende de
la concentración del metal y el tiempo de exposición. Al igual que en los estudios mencionados con
anterioridad se demostró que las raíces de la planta acumulan concentraciones mayores de los
metales en comparación con el resto del organismo.
JUSTIFICACIÓN
Las actividades antropogénicas como la minería, la combustión de combustibles fósiles, la industria
con sus vertidos y residuos son unas de las causas principales de la presencia anómala de metales
pesados en cuerpos de agua y otros ecosistemas (Navarro, et.al., 2007, p. 11; Paris, et.al, 2005, p. 237).
La presencia de metales pesados afecta a toda la biota en general ya que tienen una gran toxicidad,
debido a la tendencia de bioacumularse en los tejidos (Navarro, et.al., 2007, p. 12). El paso por varios
niveles de las cadenas tróficas provoca el incremento en la toxicidad de estos elementos y por lo
mismo afectan mucho más a los niveles más altos de estas cadenas, como los seres humanos
(Navarro, et.al., 2007, p. 12).
Debido a que los desechos de las viviendas y las industrias en general se descargan a cuerpos de
agua, estos pueden contener concentraciones elevadas de metales pesados como Arsénico (As) y
Plomo (Pb), por lo que es necesario tomar medidas de biorremediación efectivas y viables para
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reducir el riesgo de la contaminación de todos los organismos que tienen relación con los cuerpos de
agua.
Una de las medidas utilizadas cada vez de forma más frecuente es la fitorremediación, por lo que con
esta investigación se podrá conocer la capacidad de dos plantas que ya se encuentran en el lago:
ninfa y vetiver, para remover Pb y As del medio en el que se encuentre; de esta forma se podrá
considerar la implementación de estos vegetales en plantas de tratamiento de aguas residuales de las
cuencas y se pueda mejorar la calidad del ambiente y los recursos que se encuentran en los cuerpos
de agua.
OBJETIVOS
Objetivo General
• Generar información acerca de alternativas viables para el tratamiento de aguas contaminadas
con metales pesados.
Objetivos Específicos
• Comparar la eficiencia de la ninfa y el vetiver en la remoción de metales pesados en el agua.
• Cuantificar la remoción de metales pesados por la ninfa y el vetiver en distintos períodos de
tiempo.
HIPÓTESIS
Existe diferencia significativa en la eficiencia de la remoción de metales pesados entre ninfa y vetiver
a diferentes escalas de tiempo.
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MATERIALES Y MÉTODOS
Las plantas se obtuvieron del lago de Amatitlán contando con el apoyo (lancha, gasolina y piloto) de
la Autoridad para el Manejo Sustentable de la Cuenca y el Lago de Amatitlán (AMSA) para la
colecta.
Se colectaron un total de 20 plantas de ninfa (Eichhornia crassipes (Mart.) Solms) y 20 plantas de
vetiver (Vetiveria zizanioides (L.) Nash). Diez de las plantas colectadas de cada especie fueron
transportadas al laboratorio de Aguas y Sólidos de la Unidad de Control Ambiental y Manejo de
Lagos de AMSA para cuantificar su contenido de los metales de interés (As y Pb), por medio de
espectrofotometría de absorción atómica horno de grafito, previo a someterlas a algún tratamiento.
El resto de plantas (10 de cada especie) se transportaron al laboratorio de Fisiología Vegetal de la
Escuela de Biología, Universidad de San Carlos de Guatemala.
Las plantas transportadas al laboratorio de Fisiología Vegetal se colocaron individualmente en
cubetas y fueron sometidas a dos tratamientos: agua del Lago de Amatitlán con concentración
conocida de Pb (1mg/L aproximadamente.) y agua del lago con concentración conocida de As
(1mg/L aproximadamente). Se comprobó que la concentración del agua con metales fuera la
planificada (por medio de análisis de metales por espectrofotometría), previo a iniciar el
experimento.
Se tomaron muestras del agua cada semana durante un mes (total: 4 semanas) en frascos de
polietileno esterilizados de 1L y se transportaron al laboratorio de Agua y Sólidos de AMSA para
análisis de metales, al llegar al laboratorio se midió la conductividad en el agua con el fin de
corroborar diferencias en la concentración iónica. Al final de la cuarta semana también se analizó el
contenido de metales dentro de las plantas.
Como ya se mencionó tanto los análisis de metales en el agua como en las plantas fueron realizados
por medio de espectrofotometría de absorción atómica en horno de grafito. Haciéndose este sin
tratamiento previo en el caso del agua; mientras que en el caso de las plantas fue necesario obtener
previamente el porcentaje de humedad (se debe de macerar 100g planta, secarla, y pesar de nuevo).
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Los 0.2g de muestra seca se digirieron con ácido nítrico en horno de microondas durante dos horas,
luego se aforó a 25ml y se leyó en el espectrofotómetro de absorción atómica Varian modelo 240z.
Para la lectura de As se utilizó una longitud de onda de 193.7nm, el comando de lectura fue a 2500°C,
su curva de calibración fue de 0 a 48 ppb y se utilizó un modificador a base de níquel con el fin de
eliminar interferencias. En el caso del Pb se leyó a una longitud de onda de 283.3nm, el comando de
lectura fue a 2100°C, su curva de calibración fue de 0 a 80 ppb y se utilizó un modificador a base de
paladio. Ambos métodos son los establecidos por Varian Australia, 1989 en el manual del equipo.
Luego de obtener los datos se aplicó una prueba de Kruskal-Wallis, observando si existe diferencia
en la concentración de metales en el agua entre el inició y la primera semana y así sucesivamente;
después se aplicó la prueba de Duncan o Tukey y se comprobó también si existía una diferencia
significativa en la absorción de metales entre los distintos tratamientos y de ser así se obtuvo cuál es
el que presenta una mayor remoción.
RESULTADOS
Tabla No. 1: Concentración de Arsénico en muestras de agua obtenidas de los recipientes donde
se encontraban las plantas (Vetiver y Ninfa) una semana después de iniciado el experimento.
Concentración
Concentración
Desviación
Absorbancia
% de
ppb (ug/L)
ppm (mg/L)
ppm (mg/L)
media
Remoción
0
0
0.1
0.3228
-----
20.42
0.02042
0
0.1758
-----
Vetiver 1
544.45
0.54445
0.0133
0.2272
45.55%
Vetiver 2
426.1
0.4261
0
0.107
57.39%
Vetiver 3
278.6
0.2786
0.0432
0.2318
72.14%
Muestra
Calibrador 0
Estándar
0.02ppm
11
Vetiver 4
5 21.69
0.52169
0.0034
0.1289
47.83%
Vetiver 5
472.33
0.47233
0.0163
0.1177
52.77%
1.54
0.00154
0.051
0.015
-----
Ninfa 1
659.13
0.65913
0.0221
0.0644
34.09%
Ninfa 2
392.79
0.39279
0.0173
0.1698
60.72%
Ninfa 3
495.15
0.49515
0.005
0.2088
50.48%
Ninfa 4
534.58
0.53458
0.0087
0.1906
46.54%
Ninfa 5
617.28
0.61728
0.009
0.2166
38.27%
7.21
0.00721
0.0362
0.0567
-----
Control
Vetiver
Control
Ninfa
Fuente: Datos experimentales.
Tabla No. 2: Concentración de Arsénico en muestras de agua obtenidas de los recipientes donde
se encontraban las plantas (Vetiver y Ninfa) dos semanas después de iniciado el experimento
Concentración
Concentración
Desviación
Absorbancia
% de
ppb (ug/L)
ppm (mg/L)
ppm (mg/L)
media
Remoción
0
0
0.001
0.3714
-----
20.05
0.02005
0.0038
0.1265
-----
Vetiver 1
413.09
0.41309
0.0225
0.1301
58.69%
Vetiver 2
532
0.532
0.0146
0.1655
46.8%
Vetiver 3
267.27
0.26727
0.009
0.0854
73.27%
Vetiver 4
429.25
0.42925
0.0037
0.135
57.07%
Muestra
Calibrador 0
Estándar
0.02ppm
12
Vetiver 5
488.98
0.48898
0.0215
0.1528
51.10%
0.86
0.00086
>0.1
0.0056
-----
Ninfa 1
1090.49
0.09049
0.0235
0.0734
0%
Ninfa 2
357.36
0.35736
0.0264
0.0462
64.26%
Ninfa 3
524.08
0.52408
0.0376
0.0703
47.59%
Ninfa 4
530.33
0.53033
0.0247
0.0712
46.97%
Ninfa 5
20.72
0.02072
>0.1
0.0025
97.93%
14.83
0.01483
0.0084
0.0807
-----
Control
Vetiver
Control
Ninfa
Fuente: Datos experimentales.
Tabla No. 3: Concentración de Plomo en muestras de agua obtenidas de los recipientes donde se
encontraban las plantas (Vetiver y Ninfa) una semana después de iniciado el experimento
Concentración
Concentración
Desviación
Absorbancia
% de
ppb (ug/L)
ppm (mg/L)
ppm (mg/L)
media
Remoción
0
0
1.7
0
-----
43.35
0.04335
0.0141
43.35
-----
Vetiver 1
9.68
0.00968
0.0122
9.68
99.032%
Vetiver 2
19.62
0.01962
0.0016
19.62
98.038%
Vetiver 3
9.08
0.00908
0.0217
9.08
99.092%
Vetiver 4
4.68
0.00468
0.0138
4.68
99.532%
Vetiver 5
2.84
0.00284
0.0242
2.84
99.72%
Muestra
Calibrador 0
Estándar
0.05ppm
13
Control
16.14
0.01614
0.0036
16.14
--------
Ninfa 1
205.35
0.20535
0.0057
205.35
79.46%
Ninfa 2
21
0.021
0.0193
21
97.9%
Ninfa 3
3.96
0.00396
>0.1
3.96
99.60%
Ninfa 4
0
0
>0.1
0
100%
Ninfa 5
43.77
0.04377
0.0035
43.77
95.62%
3.46
0.00346
0.0356
3.46
------
Vetiver
Control
Ninfa
Fuente: Datos experimentales.
Tabla No. 4: Concentración de Plomo en muestras de agua obtenidas de los recipientes donde se
encontraban las plantas (Vetiver y Ninfa) dos semanas después de iniciado el experimento
Concentración
Concentración
Desviación
Absorbancia
% de
Muestra
ppb (ug/L)
ppm (mg/L)
ppm (mg/L)
media
Remoción
Calibrador 0
0
0
0.0013
0.1085
------
37.74
0.03774
0.0012
0.1423
------
Vetiver 1
5.65
0.00565
>0.1
0.0206
99.43%
Vetiver 2
14.47
0.01447
0.0009
0.0537
98.55%
Vetiver 3
7.62
0.00762
0.0019
0.0279
99.24%
Vetiver 4
3.39
0.00339
0.0033
0.0123
99.66%
Vetiver 5
6.35
0.00635
0.0478
0.0232
99.36%
Estándar
0.05ppm
14
Control
1.9
0.0019
0.0059
0.0068
------
Ninfa 1
139.92
0.13992
0.0148
0.0204
86.01%
Ninfa 2
26.02
0.02602
0.0037
0.098
97.40%
Ninfa 3
9.1
0.0091
0.0039
0.0334
99.09%
Ninfa 4
20.67
0.02067
0.0038
0.0708
97.93%
Ninfa 5
107.64
0.10764
0
0.323
89.24%
3.9
0.0039
0.0171
0.013
------
Vetiver
Control
Ninfa
Fuente: Datos experimentales.
Tabla No.5: Promedio de los porcentajes de remoción de los cuatro tratamientos en las muestras
de ambas semanas
Semana 1
Semana 2
% Remoción
% Remoción
Vetiver/Arsénico
55.136
57.386
Ninfa/Arsénico
46.02
51.35
Vetiver/Plomo
99.08
99.25
Ninfa /Plomo
94.52
93.93
Tratamiento
Fuente: Datos experimentales.
15
Tabla No.6: Descripción general de las plantas luego de la primera y la segunda semana del
experimento.
Espécimen
Descripción Semana 1
Pb1 Vetiver
Nueve hojas en total de las cuales 3 se presentaban
Estado similar a la
marchitas, longitud de la raíz aproximadamente 20cm.
primera semana
En total tiene catorce hojas vivas en buen estado. La raíz
Estado similar a la
mide aproximadamente 20cm.
primera semana
Catorce hojas en total y cuatro marchitas. Raíz con una
Estado similar a la
longitud aproximada de 15cm.
primera semana
Dieciocho hojas en total, de las cuales 4 están marchitas. La
Estado similar a la
raíz tiene una longitud de 25cm aproximadamente.
primera semana
De seis hojas en total tres se encontraban marchitas, longitud
Estado similar a la
de la raíz de aproximadamente 20cm.
primera semana
Diez hojas en total de las cuales una se presentaba marchita.
Estado similar a la
Longitud de la raíz 25cm aproximadamente.
primera semana
De cinco hojas en total una se encontraba marchita. Longitud
Estado similar a la
de la raíz aproximadamente 15cm.
primera semana
Nueve hojas vivas y en buenas condiciones, la raíz mide
Estado similar a la
25cm de longitud aproximadamente.
primera semana
Diez hojas de las cuales 4 estaban marchitas. Raíz con una
Estado similar a la
longitud de aproximadamente 30cm.
primera semana
Ocho hojas en total de las cuales una se encontraba marchita.
Estado similar a la
Raíz con una longitud aproximada de 15cm.
primera semana
Completamente turgente
Estado similar a la
Pb2 Vetiver
Pb3 Vetiver
Pb4 Vetiver
Pb5 Vetiver
As1 Vetiver
As2 Vetiver
As3 Vetiver
As4 Vetiver
As5 Vetiver
Vetiver
control
Descripción Semana 2
primera semana
16
Pb1 Ninfa
Planta
completamente
turgente.
2
hojas
presentaban
manchas amarillas. Longitud de la raíz de aproximadamente
Estado similar a la
primera semana
10 cm, con presencia de raicillas blancas.
Pb2 Ninfa
Pb3 Ninfa
Planta completamente turgente, presencia de tallos jóvenes.
Estado similar a la
Raíz con longitud aproximada de 15cm.
primera semana
Planta completamente turgente,
Estado similar a la
presencia de raicillas
blancas y de raíces adventicias. Longitud de la raíz
primera semana
aproximadamente 10 cm.
Pb4 Ninfa
Planta completamente turgente, presencia de una hoja con
Estado similar a la
manchas
primera semana
amarillas.
Raíz
con
una
longitud
de
aproximadamente 20cm.
Pb5 Ninfa
As1 Ninfa
Planta completamente turgente, con cinco hojas enteras.
Estado similar a la
Raíces de 25cm de longitud aproximadamente.
primera semana
Planta con tres hojas que tienen sus láminas marchitas y los
peciolos están marchitos en el extremo superior aunque
permanecen turgentes en la base. Las raíces con 20cm de
longitud aproximadamente.
As2 Ninfa
Completamente
marchita y en
descomposición
La totalidad de las hojas marchitas, tallos aún turgentes. Raíz
Completamente
con una longitud aproximada de 15cm.
marchita y en
descomposición
As3 Ninfa
50%
de
la
planta
marchita.
Longitud
de
la
raíz
aproximadamente 15cm.
Completamente
marchita y en
descomposición
As4 Ninfa
Hojas marchitas, de tres tallos dos turgentes y uno marchito.
Completamente
Raíz con 15cm de longitud aproximadamente.
marchita y en
descomposición
17
As5 Ninfa
Totalidad de las hojas marchitas, tallos aún turgentes..
Completamente
Longitud de la raíz aproximadamente 15 cm.
marchita y en
descomposición
Ninfa
Completamente turgente
Estado similar a la
Control
primera semana
Fuente: Datos experimentales.
Tabla No. 7 Prueba de Mann-Whitney para el arsénico y plomo por vetiver y ninfa comparado con
el control
Planta
Metal
Vetiver
As
Ninfa
Pb
As
Pb
Semana 1
p= 0.007937
p= 0.007937
p= 0.007937
p= 0.007937
Semana 2
p= 0.007937
p= 0.007937
p= 0.04762
p= 0.007937
Fuente: Datos experimentales.
Tabla No. 8 Prueba de Mann-Whitney para el arsénico y plomo removido (ppm) entre vetiver y
ninfa
Metal
As
Pb
Semana 1
p= 0.3095
p= 0.09524
Semana 2
p= 0.8413
p= 0.01587
Fuente: Datos experimentales.
DISCUSIÓN Y CONCLUSIONES
La fitoremediación ha resultado ser una alternativa viable para la remoción de metales pesados de
aguas contaminadas. Como lo muestra la tabla No.5 es evidente la capacidad de remoción tanto de
Arsénico como de Plomo que presentan ambas especies de plantas. En el caso de Vetiveria zizanioides
(vetiver) el porcentaje de remoción mayor obtenido para arsénico fue de 57.38%, mientras que para
Eichhornia crassipes (ninfa) este porcentaje fue del 51.35%, observándose una pequeña ventaja por la
18
primera. En el caso del Plomo, el porcentaje de remoción mayor del vetiver fue del 99.25%, mientras
que el de la ninfa fue del 94.52%.
La ninfa ha sido ampliamente estudiada por sus capacidades depuradoras y por su rápida
reproducción, generalmente asexual, especialmente en regiones tropicales y subtropicales como las
del país. Esta especie adquiere del agua todos los nutrientes necesarios para su metabolismo como
Nitrógeno, Fósforo, Potasio, Calcio, Magnesio y otros (Celis, Junod y Sandoval, 2005). Tiene un
sistema radicular con microorganismos asociados que favorecen la acción depuradora de estas
plantas (Celis, Junod y Sandoval, 2005). En general se puede decir que estas plantas pueden
acumular en sus tejidos grandes cantidades de metales pesados, lo cual realizan formando complejos
entre el metal pesado y los aminoácidos presentes dentro de la célula, otro posible mecanismo
sugiere que las bacterias producen sólidos que por gravedad se sedimentan (Celis, Junod y Sandoval,
2005).
El vetiver es ampliamente reconocido por su efectividad al controlar sedimentos y la erosión, además
se ha encontrado que es una planta que puede tolerar condiciones extremas de contaminación,
incluyendo la presencia de metales pesados, atribuido a sus características fisiológicas y
morfológicas. Uno de los efectos que tienen los metales pesados sobre las plantas es que interfieren
en las actividades fotosintéticas. El vetiver muestra un descenso en el contenido de clorofila,
probablemente por la inhibición de su síntesis o su degradación acelerada. Esto a su vez reduce el
crecimiento en los individuos. La exposición de metales pesados induce la producción de especies
activas del oxígeno, que son dañinas para las plantas (Pang, Chan, Zhang, Liang & Wong, 2003, p.
1568).
La capacidad que posee el vetiver para absorber metales pesados y otras sustancias químicas se le
atribuye a su sistema radicular por ser denso y robusto, además de la cantidad de biomasa que
puede llegar a producir. Sus densas raíces pueden distribuirse horizontalmente y alcanzar mayores
profundidades, de manera que puede encontrarse en contacto con mayor cantidad de nutrientes o
sustancias químicas (Paz-Alberto, Sigua, Baui & Prudente, 2007, p. 502; Srisatit, Kosakul, &
Dhitivara, 2003, p, 420). Varios estudios con esta planta han obtenido resultados distintos respecto a
su capacidad de remoción de arsénico. En algunos casos han sido favorables, teniendo porcentajes
significativos de remoción (Srisatit, Kosakul, & Dhitivara, 2003).
19
En el estudio realizado por Pang et. al., 2003, p. 1569, se evidenció la respuesta fisiológica que tiene el
vetiver ante la presencia de metales pesados, donde este produjo peroxidasa, catalasa y superóxido
dismutasa, que son las responsables de limpiar el organismo de dichos productos químicos tóxicos;
aunque la actividad de estas enzimas fue distinta entre los tallos y las raíces. También mostró un
aumento de ácido abscísico, que es una hormona encargada de mejorar la tolerancia de las plantas
ante condiciones adversas. Esta respuesta ante los metales pesados podría de alguna manera explicar
la tolerancia que presentó el vetiver hacia el arsénico, que la ninfa no pudo soportar y se evidenció
con el marchitamiento y descomposición de los especímenes, tal y como se muestra en la tabla No. 6.
Los resultados del presente estudio muestran que, aunque siempre con mayor absorción que la ninfa,
el vetiver tuvo una remoción de arsénico menor en comparación con la del plomo. Es posible que las
condiciones bajo las cuales se llevó a cabo el experimento no hayan sido favorables para la absorción
de arsénico, pero sí para el plomo. Esto sugiere que se deben realizar estudios para delimitar las
condiciones óptimas para que esta planta trabaje de una manera eficiente en la que pueda remover la
mayor cantidad de este metal en particular.
La diferencia en los porcentajes de remoción entre ambas plantas puede no ser únicamente causados
por diferencias en las capacidades de remoción de las mismas, sino que por otros factores. Los
niveles de concentración críticos de los metales en las plantas pueden ser uno de estos. Esta
fitotoxicidad es específica no solo por el metal que se trate, sino que también para la especie de
planta que lo está absorbiendo. En el caso de arsénico se ha demostrado que la toxicidad está
influenciada más por la forma química en la que esté presente que por la cantidad, esto es debido a
que ciertas formas químicas del arsénico son más fáciles de absorber que otras, siendo el arsénico
soluble en agua el más asequible y por ende el que presenta una mayor fitotoxicidad (Carbonell et.al,
1995).
En la tabla No. 6 se observa que todas las plantas de ninfa sometidas al tratamiento con arsénico se
marchitaron y empezaban a descomponerse, a diferencia del vetiver bajo las mismas condiciones,
por lo que es posible que en esa concentración (1ppm) el arsénico sea tóxico para la ninfa más no
para el vetiver, esto podría explicar la razón por la que el vetiver fue más eficiente en la remoción de
arsénico.
20
Sin embargo en el caso del plomo se observa el mismo patrón, por lo que esta diferencia puede
deberse a otros aspectos. Hay registros de que algunas plantas acuáticas acumulan grandes
cantidades de metales pesados, sin embargo estos son liberados posteriormente al medio. Esto
implica que la efectividad en la remoción tan solo es durante un tiempo determinado y que luego de
este tiempo es necesaria la remoción de las plantas del sitio para evitar recontaminaciones (Celis,
etl.al, 2005)
En la tabla No. 5 se observa que en la semana 1 la ninfa bajo el tratamiento de plomo tenía un
porcentaje de remoción del 94.52% en promedio, mientras que en la segunda semana este disminuyó
al 93.93% pudiendo esto deberse a la liberación del metal por las plantas. Por otro lado, en la tabla
No. 1 se observa que en la primera semana en el agua de la ninfa No. 1 la concentración de arsénico
era de 0.65ppm, mientras que en la segunda semana la concentración para la misma planta
correspondía a 1pmm por lo que es posible que ocurra lo descrito anteriormente, además hay que
considerar el estado en el que se encontraban estas plantas (en la segunda semana se encontraba ya
totalmente marchita) lo cual puede explicar la liberación del metal por la planta.
El plan de investigación planteaba utilizar para el análisis estadístico una prueba de Kruskal-Wallis
que explicaría si existe diferencia significativa entre alguno de los tratamientos, sin especificar cuál
de ellos presenta dicha diferencia y luego realizar una prueba de Tukey o Duncan comparando cada
par de condiciones para determinar las combinaciones que presentan las diferencias mencionadas.
Para facilitar la obtención de resultados se aplicó una prueba de Mann-Whitney a cada tratamiento
con el control y entre tratamientos para ambas semanas, lo cual directamente proporciona los valores
estadísticos requeridos.
En la tabla No. 7 se pueden observar los valores del estadístico p obtenidos de cada tratamiento
comparado con el control respectivo, estos valores al ser comparados con un valor α= 0.05
demuestran que sí existe remoción significativa de Arsénico y Plomo por las dos especies de plantas
desde la primera semana del tratamiento y también en la segunda semana.
Después de determinar que existe la remoción mencionada anteriormente se realizó una
comparación de la proporción de remoción de los metales entre ninfa y vetiver, encontrando que
21
solamente existe diferencia significativa entre la remoción entre las plantas en la segunda semana
con el tratamiento de Plomo. Aunque se encontró esta diferencia de la absorción de los metales entre
ninfa y vetiver, ambas especies remueven más del 85% del metal (ver tabla No. 4).
Por último, cabe destacar que en el protocolo de investigación se planteó utilizar agua y plantas de
ninfa y vetiver obtenidas del Lago de Amatitlán, pero al estar este cuerpo de agua influenciado por
descargas de metales pesados, el agua y las plantas tendrían desde el inicio una concentración
desconocida de metales pesados. Por lo anterior se utilizaron para la parte experimental agua y
plantas de ninfa obtenidas del Jardín Botánico y plantas de vetiver cultivadas en el vivero de AMSA,
asegurando de esta manera que inicialmente no se tienen metales pesados en los materiales
utilizados. Además se consideró realizar la parte experimental de esta investigación en el laboratorio
de Fisiología Vegetal de la Escuela de Biología, pero por falta de espacio e iluminación finalmente se
realizó en un salón destinado al Instituto de Investigaciones Químicas y Biológicas que presentaba
las condiciones adecuadas para colocar los tratamientos.
En conclusión se puede decir que Eichornia crassipes (ninfa) y Vetiveria zizanoides (vetiver) son
especies de plantas acuáticas que remueven significativamente Plomo y Arsénico del agua dulce en
cortos períodos de tiempo sin presentar diferencias significativas entre la efectividad de cada una,
por lo que se pueden utilizar en plantas de tratamiento de aguas con residuos industriales siempre
considerando la posibilidad de que esta remoción se podría dar solamente en un período de tiempo
determinado.
RECOMENDACIONES

Previo a implementar algún tratamiento utilizando las plantas propuestas para la remoción de
metales, es necesario realizar estudios fitotóxicos tanto en Eichornia crassipes como en Vetiveria
zizanoides para determinar los límites de tolerancia que estas plantas poseen a los metales.

Realizar lecturas con menor tiempo de separación (si es posible diariamente) para poder obtener
la curva de remoción y así determinar el momento en que la planta inicia la liberación del metal
que absorbió.
22

Es recomendable que el agua utilizada para los tratamientos contenga concentraciones
conocidas de los nutrientes necesarios y adecuados para el metabolismo específico de cada
especie de planta, de esta manera se puede eliminar una fuente importante de variación en el
estudio.

Ya que este estudio es exploratorio y en él se utilizan pruebas estadísticas no paramétricas, es
necesario tener mayor número de réplicas para cada tratamiento de tal manera que se puedan
utilizar pruebas estadísticas paramétricas en el análisis y obtener resultados más concluyentes.
BIBLIOGRAFÍA
Agudelo, M., Macias, L. y Suárez, L. (2005). Fitorremediación: la alternativa para absorber metales
pesados de los biosólidos. Revista Lasallista de Investigación. 2(1), 57-60. Recuperado de:
http://redalyc.uaemex.mx/pdf/695/69520110.pdf
Autoridad para el Manejo Sustentable de la Cuenca y el Lago de Amatitlán AMSA. (2010). Lago de
Amatitlán: folleto nivel superior. Pp.40
Bowen, H J K. (1979). Enviromental Chemistry of the Elemets. Academic Press. New York. Pp. 333.
Buszewski, B., Jastrzebska, A., Kowalkowski, T., Binkul, A. (2000). Monitoring of Selected Heavy
Metals Uptake by Plants and Soils in the Area of Torun, Poland. Polish Journal of
Environmental Studies, 9(6), 511-515.
Ceburnis, D., Seinnes, E., Kvietkus, K. (1999). Estimation of metal uptake efficiencies from
precipitation in mosses in Lithuania. Chemosphere, 38(2), 445-455.
Celis, J., Junod, J. y Sandoval, M. (2005). Recientes aplicaciones de la depuración de aguas residuales
con plantas acuáticas. THEORIA, 14(1). 17-25.
Chen, Y., Yuan, S., Su, Q., Wang, L. (2010). Comparison of heavy metal accumulation capacity of
some indigenous mosses in Southwest China cities: a case study in Chengdu city. PLANT
SOIL ENVIRON, 56(2), 60-66.
Cuenca del lago de Amatitlán, caracterización físico biótica, Volumen I. (2001) Autoridad para el
manejo sustentable de la cuenca y el lago de Amatitlán – AMSA-.
23
Florida Exotic Pest Plant Council [FLEPPC]. (2000). Eichhornia crassipes (Mart.) Solms-Laub:
Pnteridaceae/pickerelweed Family. Estados Unidos: University of Georgia. Pp. 48-49.
Recuperado de: http://www.fleppc.org/ID_book/Eichhornia%20crassipes.pdf
García, H. (2002). Cuantificación de la calidad del agua del río Villalobos en época seca y lluviosa en
un período de 24 horas 2 veces al mes en un punto previo a la entrada al lago de Amatitlán.
Estudio especial, Escuela Regional de Ingeniería Sanitaria -ERIS-, Universidad San Carlos,
Facultad de Ingeniería.
Global Information Hub On Integrated Medicine [Globinmed]. (2010). Vetiveria zizanoides (L.) Nash.
Malaysia:
Institute
of
medical
Research.
Recuperado
de:
http://www.globinmed.com/index.php?option=com_content&view=article&id=63000:vetiv
eria-zizanioides-l-nash&catid=386:v
Hadad, H., Maine, M., Mufarrege, M., del Sastre, M. y Di Luca, G. (2011). Bioaccumulation kinetics
and toxic effects of CR, Ni and Zn on Echhornia crassipes. Journal of Hadazous Materials. 190,
1016-1022.
Hinton, P. (2004). Statistics Explained. Estados Unidos de América: Routledge.
Husna, H., Latif, P. (2010). Uptake of Cadmium and Zinc from Synthetic Effluent by Water Hyacinth
(Eichhornia crassipes). EnvironmenAsia, 3, 36-42.
Kestler, D. (1997). Determinación cuantitativa de metales pesados en peces comestibles del lago de
Amatitlán por reflexión total de rayos X. Tesis para optar el título de Ingeniero Química.
Facultad de Ingieneria. Universidad de San Carlos de Guatemala.
Lepp, N. (1981). Effect of heavy metals pollution on plants. Vol. 1. Effects of trace metal on plant
function. Applied Science Publishers. London and New Yersey.
Liebig, G. Jr. (1966). Arsenic. Chapter II: Diagnostic Criteria for Plants and Soils. Chapman, H.D. (ed).
Univ. Calif. Div. Agri. Sci. Berkeley. pp 13-23
McDonald,
J.
(2009). Kruskal–Wallis test
and
Mann–Whitney
U test.
Recuperado
de:
http://udel.edu/~mcdonald/statkruskalwallis.html
Merry,R., Tiller, K. y Alston, A. (1883). Accumulation of copper, Lead and Arsenic in some
Australian Orchard Soils. Aust. J. Soil Res. 21: 549-561
Nanda Kumar P B A, V Dushenkov, H Motto, A I Raskin (1995). Phytoextractión: The use of plants to
remove heavy metals from soils. Environ. Sci & Technol. 29:1232-1238.
Pang, J., Chan, G., Zhang, J., Liang, J., Wong, M. (2003). Physiological aspects of vetiver grass for
rehabilitation in anbandoned metalliferous mine wastes. Chemosphere, 52, 1559-1570.
24
Paris, C., Hadad, H., Maine, M., Suñe, N. (2005). Eficiencia de dos macrófitas flotantes libres en la
absorción de metales pesados. Limnetica, 24(3-4), 237-244.
Paz-Alberto, A., Sigua, G., Baui, B., Prudente, J. (2007). Phytoextraction of Lead-Contaminated Soil Using
Vetivergrass (Vetiveria zizanioides L.), Cogongrass (Imperata cylindrical L.) and Carabaograss
(Paspalum conjugatum L.). Env Sci Pollut Res., 14(7), 498-504.
Petroecuador. (2002). Vetiver: Vetiveria zizanioides, barreras vivas para prevenir la erosión y
controlar
la
contaminación.
Ecuador.
Recuperado
de:
http://www4.petroecuador.com.ec/proteccion/revista1/vetiver.pdf
Roongtanakiat, N., Tangruangkiat, S., Meesat, R. (2007). Utilization of Vetiver Grass (Vetiveria
zizanioides) for Removal of Heavy Metals from Industrial Wastewaters. ScienceAsia, 33, 397403.
Sachs, R. y Michaels, J. (1971). Comparative phytotoxicity among four arsenical herbicides. Weed
Science. 19: 558-564.
Salguero, L. (2009) Determinación de Cadmio en
Productos de Pesca y acuicultura por
espectrofotometría de absorción atómica (ETAAS)
Salguero, L. Comunicación Personal. (2011). Oficinas Centrales AMSA Ruta al Pacífico Km. 22,
Bárcenas, Villa Nueva.
Species Specialist Group [ISSG]. (2006). Global invasive species database: Eichhornia crassipes (aquatic
plant).
IUCN
Species
Survival
Commission.
Recuperado
de:
http://www.issg.org/database/species/ecology.asp?si=70&fr=1&sts=&lang=EN
Srisatit, T., Kosakul, T., Dhitivara, D. (2003). Efficiency of Arsenic Removal from Soil by Vetiveria
zizanioides and Vetiveria nemoralis. Science Asia, 29, 416-421.
Truong, P. and Baker, D. 1998. Vetiver grass for stabilization of acid sulfate soil, pp.196-198. In Proc.
2nd Nat. Conf. Acid Sulfate Soils. Coffs Harbour, Australia.
25
ANEXOS
Anexo 1: Aspecto general de los especímenes de vetiver y ninfa en la primera semana.
Fuente: Datos experimentales.
26
Anexo 2: Aspecto general de los especímenes de vetiver y ninfa en la segunda semana.
Fuente: Datos experimentales
27