UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ
ESCUELA DE POSGRADO
UNIDAD DE POSGRADO DE LA FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA
TESIS
PRESENTADA POR:
Edgar Joel Lazo Palacios
PARA OPTAR AL GRADO ACADÉMICO DE:
MAESTRO EN INGENIERÍA AMBIENTAL
Huancayo – Perú 2022
“Capacidad fitorremediadora de Amaranthus caudatus L. en suelo contaminado por plomo y cadmio en el establo de la E.E.A
Mantaro”
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ
ESCUELA DE POSGRADO
UNIDAD DE POSGRADO DE LA FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA
TESIS:
PRESENTADA POR:
Edgar Joel Lazo Palacios
PARA OPTAR EL GRADO ACADÉMICO DE:
MAESTRO EN INGENIERIA AMBIENTAL
APROBADO POR EL JURADO SIGUIENTE:
PRESIDENTE:
Dr. Andrés C. ROJAS QUINTO
SECRETARIO:
Ms. Félix A. VILLAVICENCIO RAMÓN
PRIMER MIEMBRO:
Dr. Moisés E. BELTRÁN LÁZARO SEGUNDO MIEMBRO:
Dr. Demetrio A. SALAZAR MAURICIO
TERCER MIEMBRO:
Ms. Jaime B. VERA RODRÍGUEZ
ASESOR DE TESIS:
Dr. Moisés E. BELTRÁN LÁZARO
“Capacidad fitorremediadora de Amaranthus caudatus L. en suelo contaminado por plomo y cadmio en el establo de la
E.E.A Mantaro”
ASESOR
Dr. MOISES ENRIQUE BELTRAN LAZARO DNI:20000281
CÓDIGO ORCID: 0000-0003-1798-0378
Dedicatoria
A mis padres Policarpo Lazo Córdova y Luz Palacios De la Cruz, quienes con su apoyo y cariño lograron cultivar en mí el deseo de superación profesional.
Agradecimiento
La presentación de este trabajo de investigación ha sido posible gracias al apoyo de las siguientes Doctores y trabajadores:
Al Dr. Moisés Enrique Beltrán Lázaro, quien desde el primer momento me asesoró y orientó para elaborar mi trabajo de investigación.
A los docentes de la Escuela de Posgrado de la Facultad de Ingeniería Química.
Al Sr. Walter Maldonado trabajador de la EE “El Mantaro” quien desde el primer momento que llegué a la Estación Experimental “El Mantaro”, me apoyó en el proceso de siembra, me facilitó la semilla de Amaranthus Caudatus L, se encargó del cultivo y aporque de la planta.
Índice general
Carátula i
Hoja de firmas ii
Dedicatoria v
Agradecimiento vi
Índice general vii
Índice de tablas ix
Índice de figuras x
Resumen xi
Abstract xii
Introducción xiii
CAPÍTULO I MARCO TEÓRICO
1.1 Antecedentes o marco referencial 15
1.2 Bases teóricas y conceptuales 18
1.3 Definición de términos básicos 32
1.4 Hipótesis de investigación 33
1.5 Operacionalización de las variables 34
CAPÍTULO II
DISEÑO METODOLÓGICO
2.1. Tipo y nivel de investigación 36
2.2. Métodos de investigación 36
2.3. Diseño de la investigación 36
2.4. Población y muestra 42
2.4.1 Población 42
2.4.2 Muestra 42
2.4.3 Técnica de muestreo 42
2.5. Técnicas e instrumentos de recopilación de datos 43
2.6 Técnica de procesamiento de datos 46
CAPÍTULO III
ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS
3.1. Características morfológicas durante la fitorremediación de Amaranthus
caudatus L 55
3.2 Acumulación de cadmio y plomo en Amaranthus caudatus L 56 3.3 Análisis químico del suelo contaminado antes y después de la
fitorremediación. 56
3.4 Características fisicoquímicas del suelo 57
Conclusiones 61
Recomendaciones 63
Referencias bibliográficas 64
Anexos 70
a. Instrumentos de acopio de datos b. Base de datos
c. Otros
Índice de tablas
Tabla N°1. Operacionalización de variables 35
Tabla N°2. Acumulación de Cd y Pb en raíz. 44
Tabla N°3. Acumulación de Cd y Pb en tallo 44
Tabla N°4. Acumulación de Cd y Pb en hojas 45
Tabla N°5. Análisis químico de suelo contaminado 45
Tabla N°6. Análisis químico de suelo contaminado 46
Tabla N°7. Análisis fisicoquímico de suelo antes y después de la
Fitorremediación. 46
Tabla N°8. Evaluación de la morfología del Amaranthus caudatus L. 47 Tabla N°9. Análisis de Varianza de Altura de Amaranthus caudatus L. 47 Tabla N°10. Acumulación de cadmio en Amaranthus caudatus L. 47 Tabla N°11. Acumulación de plomo en Amaranthus caudatus L. 47
Tabla N°12. Análisis de varianza para el cadmio 48
Tabla N°13. Prueba de significación en los valores medios de extracción de cadmio a diferentes distancias, según Duncan. 48 Tabla N°14. Prueba de significación en los valores medios de extracción de 49
cadmio en las Evaluaciones, de acuerdo a Duncan.
Tabla N°15. Análisis de Varianza para el Plomo. 49
Tabla N°16. Prueba de significación en los valores medios de extracción del 50 plomo a diferentes distancias.
Tabla N°17. Prueba de significación en los valores medios de extracción de 50 plomo en las Evaluaciones, de acuerdo a Duncan.
Tabla N°18. Porcentaje de fitoextracción de Amaranthus caudatus L 52
Tabla N°19. Factor de Translocación de elementos. 53
Tabla N°20. Factor de bioconcentración Raíz/suelo 53
Tabla N°21. Factor de bioconcentración Aérea /suelo 54
Índice de figuras
Figura N°1. Flujo del cadmio en el medio. 20
Figura N°2. Principales impactos de la ganadería. 22
Figura N°3. Morfología de la alfalfa. 23
Figura N°4. Chala de maíz. 23
Figura N°5. Amaranthus caudatus L. 27
Figura N°6. Hojas de Amaranto. 27
Figura N°7. Color de las inflorescencias del Amaranto. 28 Figura N°8. Glomérulo (cima dicasial) a. flor masculina, b-f, flores femeninas. 28 Figura N°9. Vista de la flor y fruto. a) A.cruentus. b) A.caudatus. 29
Figura N°10. Semillas de Amaranthus caudatus L. 29
Figura N°11. Tecnologías de fitorremediación. 31
Figura N°12. Costos de la aplicación de la fitorremediación 32
Figura N°13. Punto A. Establo de la EEA Mantaro. 36
Figura N°14. Punto B. a 10 metros del establo. 37
Figura N°15. Punto C. a 25 metros del establo. 37
Figura N°16. Toma demuestra del punto A. 38
Figura N°17. Toma de muestra del punto B. 38
Figura N°18. Toma de muestra del punto C. 39
Figura N°19. Semillas de Amaranthus caudatus L. 39
Figura N°20. Emergencia Amaranthus caudatus L. 40
Figura N°21. Etapa de aporque de Amaranthus caudatus L. 40
Figura N°22. Desmalezado. 41
Figura N°23. Etapa de Madurez. 41
Figura N°24. Croquis de puntos de muestreo. 43
GRAFICOS
Grafico1 pH 51
Grafico2 Materia orgánica 51
Grafico3 Conductividad eléctrica 52
.
Resumen
La finalidad del trabajo de investigación fue evaluar la capacidad fitorremediadora de la planta Amaranthus caudatus L. para remover plomo y cadmio del suelo del establo de la E.E.A El Mantaro. El trabajo experimental se llevó a cabo en el establo de dicha estación, para ello se determinaron tres puntos de muestreo (por presentar diferente color en el suelo), el primer punto fue en el depósito de excretas del ganado vacuno (cercano al establo, de color verde oscuro), el segundo punto fue a una distancia de 10 metros (color verde claro) y el tercer punto a 25 metros de distancia del depósito de excretas.
En cada punto se sembraron semillas de Amaranthus caudatus L. en un área de 4x4 metros cuadrados. Las evaluaciones de las propiedades del suelo y análisis químicos se llevaron a cabo para cada punto de contaminación y de la especie vegetal, la cual fue sembrada en cada punto para su evaluar su capacidad fitorremediadora de cadmio y plomo. Los resultados de las propiedades del suelo fueron: pH 7,30; Materia orgánica 1,54%; Textura arcilloso; la planta de Amaranthus caudatus L. absorbió plomo y cadmio en la raíz de ésta; no se hallaron “diferencias significativas” en la acumulación de Pb en tallos y hojas y tallos y flores; similar hecho ocurrió para el Cd en las hojas y tallos, validando que la siembra del Amaranthus caudatus L. contribuyó en la erradicación de los dos metales cadmio y plomo. Las concentraciones iniciales y finales de cadmio y plomo en el suelo fueron: punto A (25,405 a 21,030 mg Cd/kg suelo y 84,211 a 44,520 mg Pb/kg);
punto B (28,703 a 24,505 mg Cd/kg suelo y 66,05 a 32,140 mg Pb/kg) y para el punto C (22,410 a 17,150 mg Cd/kg suelo y 39,907 a 24,410 mg Pb/kg). La especie vegetal Amaranthus caudathus L. presentó, después de la fitorremediación los siguientes resultados, en el punto A: raíz: cadmio 2,42 y plomo 35,78 (mg/kg); hojas: cadmio 1,05 y plomo 0,97(mg/kg); tallos: cadmio 1,19 y plomo 1,30 (mg/kg); punto B: en la raíz:
cadmio 3,97 y plomo 28,62, hojas: cadmio 1,27 y plomo 0,85; tallos: cadmio 1,12 y plomo 1,75, y en el punto C: raíz: cadmio 2,04 y plomo 12,49; hojas: cadmio 0,48 y plomo 0,96;
tallos: cadmio 1,30 y plomo 1,01. Los resultados fueron evaluados con el diseño completo al azar y la prueba de significación de Duncan. Los valores hallados del factor de bioconcentración (FBC) para el caso del plomo (0,433 a 0,425) fueron mejores que la del cadmio (0,091 a 0,095). Los resultados del factor de traslocación (FT) fueron menores que la unidad por lo que se consideró al Amaranthuis caudatus una especie vegetal fitoestabilizadora.
Palabras clave: Amaranthus caudatus L., conductividad, Duncan, translocación
Abstract
The purpose of the research work was to evaluate the phytoremediation capacity of the Amaranthus caudatus L. plant to remove lead and cadmium from the soil of the El Mantaro E.E.A. barn. The experimental work was carried out in the stable of this station, for this purpose three sampling points were determined (because of the different color of the soil), the first point was in the cattle excrement deposit (near the stable, dark green color), the second point was at a distance of 10 meters (light green color) and the third point was 25 meters away from the excrement deposit. At each point, seeds of Amaranthus caudatus L. were sown in an area of 4x4 square meters. Evaluations of soil properties and chemical analyses were carried out for each contamination point and for the plant species, which was planted at each point to evaluate its phytoremediation capacity for cadmium and lead. The results of the soil properties were: pH 7.30; organic matter 1.54%; clay texture; the Amaranthus caudatus L. plant absorbed lead and cadmium in its roots; no "significant differences" were found in the accumulation of Pb in stems and leaves and stems and flowers; similar occurred for Cd in leaves and stems, validating that the planting of Amaranthus caudatus L. contributed to the eradication of the two metals cadmium and lead. The initial and final concentrations of cadmium and lead in soil were: point A (25,405 to 21,030 mg Cd/kg soil and 84,211 to 44,520 mg Pb/kg); point B (28,703 to 24,505 mg Cd/kg soil and 66,05 to 32,140 mg Pb/kg) and for point C (22,410 to 17,150 mg Cd/kg soil and 39,907 to 24,410 mg Pb/kg). The plant species Amaranthus caudathus L. presented, after phytoremediation, the following results, at point A: root: cadmium 2.42 and lead 35.78 (mg/kg); leaves: cadmium 1.05 and lead 0.97(mg/kg); stems: cadmium 1.19 and lead 1.30 (mg/kg); point B: at root:
cadmium 3.97 and lead 28.62, leaves: cadmium 1.27 and lead 0.85; stems: cadmium 1.12 and lead 1.75, and at point C: root: cadmium 2.04 and lead 12.49; leaves: cadmium 0.48 and lead 0.96; stems: cadmium 1.30 and lead 1.01. The results were evaluated with the complete randomized design and Duncan's significance test. The values found for the bioconcentration factor (BCF) for lead (0.433 to 0.425) were better than that for cadmium (0.091 to 0.095). The translocation factor (TF) results were less than unity and Amaranthuis caudatus was considered a phytostabilizing plant species.
Key words: Amaranthus caudatus L., conductivity, Duncan, translocation.
Introducción
La contaminación ambiental es un tema actual muy preocupante, especialmente cuando nos referimos a la contaminación de suelos, la cual sigue avanzando rápidamente. Los niveles de contaminación y su impacto en las áreas demandan utilizar tecnologías de remediación que mantengan las condiciones físicas, químicas y biológicas del suelo.
Una de las fuentes que causan contaminación en nuestra región proceden de las excretas de animales cuando consumen pastos fertilizados con fertilizantes sintéticos y regados con aguas contaminadas que contienen metales pesados, nuestros pobladores del campo tienen la costumbre de acumular el estiércol de sus animales y los exponen al medio ambiente, convirtiéndose en un agente contaminante del suelo. Para mitigar este problema de contaminación, en este estudio de investigación se aplicó una tecnología muy versátil, de bajo costo, referida a la utilización de plantas para limpiar elementos tóxicos del componente suelo, conocida como Fitorremediación; para este caso se utilizó el Amaranthus caudatus L., muy conocido con el nombre de kiwicha o Amaranto, que es una especie dicotiledónea, propio de la familia Amaranthaceae, y del género Amaranthus, y que en la actualidad existe más de 70 especies, siendo las más cultivables el Amaranthus hypochondriacus, Amaranthus cruentus y el Amaranthus caudatus (Brenner et al., 2000). Además de poseer características nutricionales FAO (2020), el Amaranto es considerado como un biorremediador que se utiliza para reducir la contaminación de metales pesados. Posee un gran potencial fitorremediador para remover metales pesados de los suelos, concentrando en sus tejidos de preferencia plomo hasta un 75% (Ferrua y Aimituma., 2019).
Las actividades como la minería y la agricultura, han conllevado al aumento de manera exponencial en la acumulación de metales tóxicos o pesados tanto en el suelo como en otros recursos como el agua. En muchos distritos de la región Junín sobrepasan los límites permisibles de metales pesados (proyecto Mantaro Revive., 2007); esto causa diversas consecuencias perjudiciales inmediatas, como por ejemplo el cambio en el crecimiento de las plantas, y el acortamiento de las poblaciones microbianas del suelo.
La actuación de los metales pesados en los seres vivos, se da cuando “se bloquea las actividades biológicas, es decir, la inactivación enzimática” (Bonilla, 2013). La presencia de cadmio y plomo en los suelos puede ocasionar daños irreparables, por consiguiente, la implementación de técnicas fitorremediadoras y de bajo costo pueden ayudar a la fitoextracción de dichos metales y llegar a ser muy conveniente para conseguir la disminución de sus efectos (Buendía, 2012).
El impacto ambiental que genera la ganadería, debido a la acumulación de excretas generados por los sistemas ganaderos y la falta de control en su manejo como:
almacenamiento, transporte, uso como abono, por ejemplo, al tenerlos acumulados en la superficie de los suelos de los establos, estos emiten gases tóxicos a la atmosfera como gases: CH4 60%, CO2 39% y óxido nítroso 0.2% (Bekkering et al., 2010). “El suelo es afectado por la acumulación de estiércol, si contiene altas concentraciones de fósforo y nitrógeno; presencia de microorganismos patógenos (E. coli), antibióticos y diversos compuestos que interactúen con el sistema endócrino como hormonas esteroidales, fitoestrógenos, plaguicidas y herbicidas” (Powers, 2009) y elementos tóxicos como: Pb, Cd y As. Asimismo, “en países donde las regulaciones ambientales no existen, utilizan el estiércol como abono orgánico continuamente, excediendo la capacidad de captación de nutrientes por los cultivos” (Dietz y Hoogervorst, 1991); estos aspectos se convierten como problema ambiental que debemos solucionarlos ya que la cadena trófica se ve comprometida, y el riesgo de la salud de las personas también por lo que se hace necesario descontaminar nuestros suelos, sobre todo por la manifestación de dichos metales. P o r este motivo en la investigación he asignado como objetivo evaluar la Capacidad Fitorremediadora del Amaranthus caudatus L. para remover Pb y Cd del establo de la EEA Mantaro.
1.1 Antecedentes o marco referencial Internacional
Covarrubias y Peña (2017) en la investigación denominado “Contaminación ambiental por metales pesados en México: problemática y estrategias de fitorremediación”, realizaron un estudio de seis especies vegetales: Thypa, crassipes, acaccia, amaranthus, prosopis y helianthus, y de bacterias de los géneros rhizobium, agrobacterium, arthrobacter, microbacterium, curtobacterium, rhodococcus, xanthomonas y pseudomonas, así como hongos del género glomus. En lo que refiere a Amaranthus, los autores llegaron a la conclusión que el Amaranthus acumula Pb y Cd cuando se los inocula mediante hongos llamados micorrizicos perteneciente al género glomus. En la investigación se encontró una acumulación de 180 ppm y 11 ppm, de plomo y cadmio. Estos valores fueron significativamente superiores que lo que se acumuló en los tratamientos donde no hubo inoculación.
Li et al (2016), en la investigación “Efectos de la cosecha doble en la absorción de metales pesados por seis especies forrajeras y el potencial para la fitoextracción en el campo” llevado a cabo en China, realizaron una comparación de la eficiencia de fitoextracción de cadmio, plomo y zinc, usando seis plantas exóticas que tenían gran cantidad de biomasa, una de ellas fue el Amaranto famosa justamente por tener dicha característica.
Los investigadores hallaron que este Amaranto tiene gran potencial de fitoextracción de Cd en suelos contaminados, recomendando que se utilice la estrategia de la doble cosecha en el proceso de la fitoextracción.
16 Nacional
Ferrua y Aimituma (2019), investigaron el "Potencial fitorremediador de la especie Amaranthus caudatus como alternativa para suelo contaminado con plomo y cromo”, trabajo realizado a nivel de laboratorio en la Universidad Peruana Unión y, concluyeron que esta especie tuvo mayor remoción de Plomo en el suelo (75%) con la adición de abonos orgánicos.
Tello (2018), en la investigación “Eficiencia del Amaranthus caudatus como fitoextractor del plomo en suelos contaminados de los grandes parques de Lima Metropolitana”, determinó la concentración de plomo en agua de riego y en suelos, obteniendo valores altos de 170; 226 y 159 ppm de plomo, que sobrepasaron el estándar de calidad de suelos en el Perú. Y concluyó que el Amaranthus caudatus L.
es una especie que acumula Pb en un porcentaje de extracción de 7% a 15% en tallos;
59% a 87 % en la parte foliar, y de 4% a 15 % en la parte de inflorescencia. Los datos finales indicaron que el Amaranthus caudatus L. acumula plomo debido a la adición de EDTA a los suelos que favoreció la fitoextracción.
Otras investigaciones utilizaron otras variedades de Amaranthus, cuyos resultados fueron muy óptimos; Cámara (2021), realizó una investigación bibliográfica sobre los
"métodos de análisis para la determinación de metales pesados en Amaranto", debido a que es considerado un pseudocereal que pertenece a la familia de la llamada amarantáceas, esta especie la cultivan ya sea como verdura, cereal o planta ornamental. Presenta características nutricionales muy óptimas, resistencia a climas extremos, su alta disponibilidad de cultivo en regiones áridas y secas, además se le considera fitoextractor de metales.
Chamorro (2019), en su trabajo denominado "Capacidad fitorremediadora de Amaranthus blitum para remover plomo de relaves mineros en la provincia de Oyón"
determinó que las concentraciones iniciales en suelo contaminado de plomo, fue de 956 ppm, 1 133 ppm, 1 169 ppm y 1 221 ppm y, después de 50 días de fitorremediación las concentraciones se redujeron a 903 ppm, 1 030 ppm, 1 103 ppm y 1 118 ppm respectivamente.
También Cotrina et al. (2018), utilizaron "Amaranthus hybridus, en la remoción de metales pesados generados por la minería en el departamento de La libertad". Los investigadores evaluaron la fitoextracción de metales pesados en la planta por densidades poblacionales con adición de materia orgánica, los resultados fueron para arsénico 9,42%, para plomo 5,22%, para el cobre 5,25%. Concluyeron que: el "A.
hybridus si tiene la capacidad de remoción de metales pesados, siendo arsénico y plomo los de mayor remoción y que la densidad poblacional más óptima es la de 4 plantas, según análisis estadístico aplicado".
Coyago y Bonilla (2016), analizaron e investigaron suelos altamente contaminados con metales pesados e instalaron especies vegetativas como amaranto, acelga y alfalfa; evaluaron la capacidad de absorción de plomo, para lo cual prepararon almácigos que fueron trasplantados a una matriz de suelos inducidos a la contaminación a concentraciones de 2,5%, 5% y 10% de plomo, adicionaron abonos orgánicos y nutrientes para el crecimiento de las especies. Los resultados obtenidos fueron significativos, indicando que la extracción de plomo se vio determinada por la biomasa de la planta. Los investigadores concluyeron que el Amaranto llegó a liberar plomo en su estructura, mientras que la acelga y la alfalfa continuaron con su proceso de absorción de plomo en forma continuada.
El estiércol que se genera en los establos y su inadecuado manejo provocan efectos ambientales perjudiciales si no hay un manejo adecuado en el proceso de almacenamiento, en el transporte o durante la aplicación en el campo de cultivo, debido a la emisión de CH4 y CO2 hacia la atmósfera. Se debe tener presente que este estiércol se convierte en un acumulador de nutrientes en el componente suelo, así como de metales (Cd, Pb, entre otros). En Estados Unidos hay normativas específicas en la manipulación y tratamiento de las excretas de los animales que pudieran impactar la triada (agua, suelo y aire), las cuales son monitoreadas por la EPA; similar hecho ocurre en Canadá.
Sin embargo, donde es escasa el control ambiental es en Colombia, México, Chile, Argentina y Perú, donde las regulaciones que se dan son para determinadas descargas sobre el agua, y desestimando de las emisiones al suelo y a la atmosfera, y mucho menos normas específicas sobre las excretas de los animales (Pinos et al., 2012).
Local
En la región Junín “la concentración de plomo en el forraje consumido por el ganado vacuno en Muquiyauyo, Sincos, Orcotuna, El Mantaro, Matahuasi, y Hualahoyo, del valle del Mantaro fue de 0,51 mg/kg; 0,15 mg/kg; 0,08 mg/kg; 0,07 mg/kg; 0,06 mg/kg y 0,25 mg/kg”, respectivamente, Carrillo (2013).
Un estudio de la “evaluación de la capacidad fitoextractora de la alfalfa (Medicago
18 sativa), en la remediación de suelos degradados por fertilización sintética en la E.E.A El Mantaro”, menciona que el uso excesivo de fertilizantes sintéticos ha incrementado la contaminación de suelos en el Valle del Mantaro. Al realizar la evaluación con tres densidades de siembra se logró fitoextraer del suelo, cadmio en un 34,03%, níquel en un 16,11% y plomo en un 25,93%; y concluye que, el Medicago sativa es una planta fitoestabilizadora; ya que acumula mayor porcentaje de metales en la raíz y no traslada eficientemente los metales en la especie vegetal y es alimento principal del ganado vacuno del establo, (Giráldez, 2019).
1.2 Bases teóricas y conceptuales
1.2.1 Suelos contaminados por cadmio y plomo Cadmio
Los elementos químicos, presentes en la corteza terrestre se encuentran ampliamente distribuidos. Los metales pesados son considerados elementos tóxicos por poseer mayor volumen atómico.
Estudios de sus características aseveran que: "El cadmio es un elemento químico que se encuentra en el grupo 12 de la tabla periódica, junto con el mercurio y el zinc”. Su característica principal es que tiene mayor movilidad en ambientes de mayor acidez. El cadmio se presenta con valencia +2, por lo que en solución se presenta con carbonatos, cloruros, hidróxidos y quelatos orgánicos (Kabata-Pendias, 2000, citado en Sánchez Barrón, 2016).
La existencia de las concentraciones altos de cadmio en suelos se relaciona principalmente con la contaminación de agua, aire y suelo. La contaminación de cadmio se debe a varios aspectos entre los cuales citamos, la deposición atmosférica, uso de fertilizantes fosfatados, lodos, minería, ganadería, incineración de residuos urbanos etc. Su alta movilidad está influenciada por el potencial redox, pH y materia orgánica (MO). Al unirse a la materia orgánica puede ser absorbido por las plantas. Su poder de bioacumulación ha hecho que se diferencien de los demás de su grupo, conllevando al interés de muchos científicos sobre su relación con especies vegetales.
Los daños causados a la salud de las personas por la exposición al cadmio son primordialmente osteoporosis, cáncer y daño renal. La contaminación de este elemento se puede producir al consumir plantas contaminadas por cadmio y es necesario conocer los mecanismos de toxicidad y defensa, además debemos cumplir la normatividad en cuanto a sus emisiones, niveles de contaminación en el suelo, agua y alimentos. Y se tiene que realizar diversos controles a la
población que pudieran ser afectados por el cadmio. (Rodríguez-Serrano et al., 2008)
Las propiedades químicas del suelo tienen influencia en el comportamiento del cadmio, como la solubilidad, esta varía por la acidez y presencia de los sesquióxidos, a pH básico de los suelos se logra precipitar en forma de CO₃²⁻.
Cuando las cantidades de materia orgánica son elevadas, el cadmio se fija fuertemente al suelo. Si la textura del suelo es fina, se produce mayor CIC (capacidad de intercambio catiónico).
En cuanto a los cultivos, el cadmio no es degradable y cuando se libera al ambiente se difunde rápidamente; es considerado “como uno de los más tóxicos e inhibitorios de los procesos fisiológicos de las plantas. Investigaciones en varios cultivos han evidenciado que reduce el crecimiento, altera la actividad fotosintética, la transpiración y el contenido de clorofila” (Huang et al., 2015).
“Provoca clorosis, estrés oxidativo, desequilibrios nutricionales y modifica la actividad de enzimas, involucradas en el metabolismo de los ácidos orgánicos y en el ciclo de Krebs” (Li, et al., 2016).
En forma general, el efecto es tan grave que las especies vegetales no pueden evadirlas, este comportamiento se puede estudiar por el factor de traslocación.
Li et al. (2016), hicieron una comparación entre la eficiencia de fitoextracción de Pb, Cd y Zn, haciendo uso de seis especies de plantas de gran biomasa: una de ellas fue el Amaranthus hypochondriacus, caracterizada por potencial de fitoextracción de cadmio, frente a Amaranthus caudatus que tiene el potencial de Fitoextracción de plomo.
En la figura 1 se observa el flujo del cadmio en el suelo y planta.
20 Figura 1
Flujo del cadmio en el medio
Nota: Adaptado de “Cadmio en suelo y plantas” (p.3), por McLaughlin MJ, Singh BR (1999) citado en Sánchez Barrón (2016).
Plomo
En la tabla periódica de elementos químicos se ubica con el numero atómico de 82, peso atómico 207,19 y símbolo Pb. Por sus propiedades es un metal pesado, es de color azul. Asimismo, es flexible y se funde fácilmente. Posee dos valencias: 2 y 4. Es resistente al ataque de los ácidos sulfúrico y clorhídrico, pero poco soluble en ácido nítrico. El Pb presenta un
“comportamiento anfótero, ya que forma sales de plomo de los ácidos, así como sales metálicas del ácido plúmbico y forma muchas sales, óxidos y compuestos organometálicos” (Brown, 2014).
El grado de movilidad o biodisponibilidad del plomo difiere en el suelo. La distribución química del Pb en el componente suelo, está en función del: "pH, de la mineralogía, de la textura, del contenido en materia orgánica, así como de la naturaleza de los compuestos de plomo".
La especiación del plomo en suelos se muestra en dos estados de oxidación como Pb2+ y Pb4+, en mayor porcentaje el primer catión, y se caracteriza por su biodisponibilidad estrechamente supeditada por el pH del factor suelo. En cuanto a su grado de movilidad, aumenta cuando el pH del suelo se acidifica.
La materia orgánica juega un papel muy importante en los suelos ya que al detectar presencia de Pb+2 forma complejos más estables a pH altos. Se le considera como una sustancia muy toxica frente a otros metales cuyos efectos son: de "naturaleza toxicológica y neurotoxicológica, incluyendo daño irreversible al cerebro; ocurre naturalmente y puede encontrarse en formas orgánicas e inorgánicas". Los compuestos químicos del plomo logran afectar:
"el sistema nervioso central, el sistema nervioso periférico (PNS), renal, gastrointestinal, cardiovascular y sistema reproductivo". (Chira, 2010, p. 184).
Para llevar a cabo procesos de fitorremediación algunos investigadores como Coyago y Bonilla (2019) realizaron estudios con especies que resisten a la sequía y que se adapten a diferentes climas, entre ellos están la acelga, la alfalfa y el amaranto como plantas de ciclo corto que logran fitoextraer el plomo.
1.2.2 Actividad Ganadera
La actividad ganadera en el mundo tiene una gran influencia sobre el medio ambiente, debido a la utilización de sus recursos, el desarrollo de la propia actividad o la gestión de sus emisiones.
La crianza de animales de ganado vacuno, puede tener un impacto negativo en el medio ambiente por causar contaminación del agua superficial y subterránea, suelos y aire por la emisión de gases como NO3- y NH4+ a nuestro ecosistema; causantes directos del efecto invernadero: CH4, N2O, por los olores que emite, ruidos, polvo; metales pesados por el consumo de pastos contaminados por el uso de pesticidas, herbicidas etc.
Pinos-Rodríguez et al. (2012), en su investigación de "Impactos y regulaciones
22 ambientales del estiércol generado por los sistemas ganaderos de algunos países de américa" manifiestan que: "la intensificación de la producción ganadera aumenta la generación de estiércol, lo cual origina una gran cantidad de nutrientes desechados y concentrados en un área pequeña. Una alternativa viable para disminuir el impacto ambiental negativo de las excretas ganaderas es generar biogás". En la figura 2, se muestra el impacto de la ganadería en el ambiente.
Figura 2
Principales impactos de la ganadería
Nota. Adaptado de “Impacto de la ganadería” (p. 7), por Miranda (2017), "Guía de las mejores técnicas disponibles para reducir el impacto de la ganadería".
1.2.3 Pastos
La alfalfa (Medicago sativa L.), es una especie perdurable que forma parte de la familia leguminosas, muy utilizada en nuestro país como forraje para animales, y también para el consumo humano (germinados), en reemplazo de acelgas o espinacas. “Su alto contenido nutricional y la presencia de determinados principios activos, como fitoestrógenos e isoflavonas, hacen de ella un aliado de primer orden para la medicina natural y la práctica dietética”
(Peralta et al., 2001).
Estudios de investigación realizados en Perú, y otros países manifiestan que esta planta absorbe Pb y Cd (Giráldez., 2019). En la figura 3 se muestra a la alfalfa instalada en la estación experimental agropecuaria El Mantaro el cual sirve como alimento del ganado vacuno.
Figura 3
Morfología de la alfalfa.
Nota. Adaptado de Morfología de la alfalfa, de Giráldez (2019).
1.2.4 Chala de maíz
Al ser cosechado las mazorcas de maíz quedan los tallos con hojas y raíces, que en estado seco son conocidos con el nombre de chala de maíz (palabra en quechua), los agricultores los acumulan en sus propios campos de cultivos para alimento del ganado vacuno, los estudios de investigación realizados en Perú, aseveran que el zea mays es un fitoextractor de Cd, Pb, Cu, Zn, etc.
(Falcon, 2017). El alto consumo de chala contaminada por los animales altera directamente la cadena trófica; “las excretas bovinas frescas esparcidas en áreas de cultivo contienen nitrógeno en forma de nitratos y nitritos; la forma de acumulación de estos compuestos oxidados en el cultivo puede causar intoxicación en el ganado que los consuma” (Nicholson, 2007) y a este problema debemos considerar la presencia de los metales pesados. La figura 4 muestra la chala de maíz que se utiliza como alimento del ganado en la región Junín.
Figura 4 Chala de maíz
Nota: Adaptado de fuente de la Estación Experimental “El Mantaro” (2021)
24 1.2.5 La ganadería intensiva como fuente de contaminación
Trae problemas generados por el almacenamiento de estiércol y su vertido.
Dicho vertido puede consistir en su extensión sobre el terreno y la infiltración de sus componentes en el suelo, en la emisión de gases a la atmósfera, o finalmente en su vertido directamente al alcantarillado, lo que perturba el normal funcionamiento del sistema de saneamiento y además el impacto que la actividad ganadera ejerce sobre el suelo cuando se producen situaciones de exceso de carga ganadera.
1.2.6 Cadena trófica frente al cadmio y plomo
La presencia de elementos tóxicos en el suelo, como As, Cd, Pb y Hg y en cantidades considerables, alteran el proceso fisiológico de las plantas disminuyendo el rendimiento de los cultivos.
Al ingresar a la cadena trófica, las sustancias contaminantes afectan la seguridad alimentaria y la salud de las personas. Los metales pesados, que ingresan conllevan a que el tejido vegetal se vea afectado en su crecimiento, toxicidad, inclusive hasta la muerte de la planta. "Altos niveles de plomo, por ejemplo, aceleran la producción de especies reactivas del oxígeno, causando daño a la membrana lipídica y a la clorofila, lo que conduce a la alteración de los procesos fotosintéticos y al crecimiento general de la planta" (Najeeb et al., 2017). Por su parte "el cadmio se acumula en diferentes tejidos comestibles como hojas y tallos" (Baldantoni et al., 2016), "provocando alteración en la fotosíntesis, la eficiencia del uso del agua y absorción de nutrientes" (Rizwan et al., 2017, p. 90).
La principal fuente de contaminación de cadmio en el ser humano es la ingesta de vegetales contaminados con este metal (Norvell et al., 2000).
Químicamente, el cadmio se puede encontrar disuelto en el agua contenida en el suelo, adsorbido en superficies orgánicas e inorgánicas, formando parte de minerales, precipitado con otros compuestos del suelo o incorporado a estructuras biológicas. Sin embargo, la biodisponibilidad del cadmio para la planta depende de numerosos factores físicos, químicos y biológicos que modifican su solubilidad y el estado del metal en el suelo. Uno de los principales factores es el pH del suelo, el potencial redox, la temperatura y el contenido en arcillas, materia orgánica, y agua (Christensen y Haung, 1999).
1.2.6 Amaranto
Muy conocido con este nombre cuyo significado es en griego Amarantón, A significa (sin) y marainein (marchitar), planta que no se marchita (Masats 2020, citado por Cámara, 2021). Cabe mencionar que el Amaranthacea es una familia conformado por más de 60 géneros y un aproximado de 800 especies perennes. Entre los más conocidos se tienen a tres tipos de amaranto:
Amaranthus hipochodriacus y Amaranthus cruentus, cultivados en Guatemala y México, y Amaranthus cuadatus, cultivado en el Perú.
Las semillas contienen un 17% de proteínas, como la lisina. Las hojas de amaranto se consumen en ensaladas, que son nutritivas en proteínas, vitaminas y también en minerales como hierro, calcio y fósforo. Su digestibilidad es muy alta aproximadamente entre 80% a 90%. (García y Herrerías., 1998).
1.2.6.1 Taxonomía vegetal
La especie Amaranthus caudatus L. muy conocida como Amaranto, kiwicha o quihuicha llamado así por su nombre quechua en el Perú y Bolivia; ataco, bledo en Colombia; alegría en México; ramdana en la India y en España denominado moco de pavo, es una especie vegetal de la familia de las amarantáceas que crece rápido. Sus tallos, hojas y flores son de variados colores: rojos, morados y dorados.
En nuestro país tiene varios nombres por regiones, tal es así que se le conoce como: Grano inca, Kiwicha (Cusco), Achita (Ayacucho), Coyo (Cajamarca), Achis (Huaraz). (Herrera y Montenegro, 2012)
Esta planta crece en altitudes de 1400 m s.n.m y los 3500 m s.n.m.
También se tiene alrededores de Lima que está 110 metros sobre el nivel del mar. En cuanto a su rendimiento, se tienen valores superiores de 1000 kg/ha hasta 4000 kg/ha, datos logrados en condiciones de suelos fértiles. Es altamente resistente a herbicidas como el glifosato.
26 Según la California Academy of Sciences y National Geographic Society
(s/f), la taxonomía vegetal es:
Reino: Plantae
División: Magnoliophyta Clase: Rosopsida Subclase: Caryophyllidae Orden: Caryophyllales Familia: Amaranthaceae Género: Amaranthus
Especie: Amaranthus caudatus L.
1.2.6.2 Fenología de la especie vegetal
El Amaranthus caudatus L. y sus otras especies de amaranto forman parte de: "los Centrospermales, familia Amarantaceae, genero Amaranthus, habiéndose identificado más de 60 especies”, de estas especies tres son las que destacan por sus propiedades y son:
➢ "Amaranthus caudatus L., cuyos sinónimos son: Amaranthus mantegazzianus, Passerini y Amaranthus edulis Spegazzini y puede explotarse por su grano, como verdura o como planta ornamental".
➢ "Amaranthus cruentus L., cuyo sinónimo es Amaranhtus paniculatus L. también valorado por la producción de grano y como planta ornamental.
➢ "Amaranthus hypochondriacus L., cuyos sinónimos son Amaranthus flavus L. y Amaranthus leucocarpus S, Wats, y es cultivada por su grano y como planta ornamental".
Características de la planta
Los distintos Amaranthus mencionados, son plantas herbáceas con tallos largos, con numerosas raíces secundarias y terciarias. Tienen un eje claramente diferenciado y varias especies empiezan su ramificación por la base de su tallo o a la altura media de ésta. Ver figura N°5.
Figura 5
Amaranthus caudatus L.
Nota. Adaptado de “Amaranthaceae” (p.6), por Agudelo. (2014). Flora de Colombia. Monografía N° 23.
Las hojas tienen las siguientes características. “ Son generalmente opuestas o alternas, sin estipulas de forma elíptica, aovada, lisa o poco pubescente con nervaduras pronunciadas. El color de la planta va desde verde hasta púrpura con varios colores intermedios como el rojo café” (Nieto, 1989, p.5). Ver figura N° 6.
Figura 6
Hojas de Amaranto
Nota. Adaptado de “Amaranthaceae” (p.6), por Agudelo. (2014). Flora de Colombia. Monografía N° 23.
Hablando de las inflorescencias, estas son muy atractivas y se tienen de variados colores: naranjas, púrpuras, cafés, rojos, amarillos, y rosadas. Ver figura N°7.
28 Figura 7
Color de las inflorescencias del Amaranto
Nota. Adaptado de Instituto de investigación agropecuarias (Nieto, 1989, p.6). El cultivo del Amaranto.
Generalmente las especies vegetales tiende a ser: "monoicas con flores pequeñas, unisexuales, reunidas en glomérulos formando falsas umbelas con tres a cinco brácteas externas cada una. Las flores masculinas tienen de tres a cinco estambres y las femeninas con un ovario súpero en cuyo interior se forma una sola semilla". Describiendo al glomérulo, este se caracteriza por presentar:
"La primera flor es terminal y siempre masculina, en cuya base (en el pedúnculo) nacen dos flores laterales femeninas las que a su vez serán terminales, cada una de las cuales origina otras dos flores laterales femeninas y así sucesivamente" (Nieto, 1989). Ver figura N°8.
Figura 8
Glomérulo (cima dicasial) a. flor masculina, b-f, flores femeninas
Nota. Adaptado de Instituto de investigación agropecuarias (Nieto, 1989, p.7). El cultivo del Amaranto, 52.
El fruto se caracteriza por ser: "un pixidio unilocular (una cápsula), que cuando madura presenta dehiscencia transversal, dejando caer la
parte superior llamada opérculo, para dejar al descubierto la parte inferior llamada urna, donde se encuentra contenida la semilla”. Ver figura 9.
Figura 9
Vista de la flor y fruto. a) Amaranthus cruentus. b) Amaranthus caudatus
Nota. Adaptado de Instituto de investigación agropecuarias (Nieto, 1989, p.7) El cultivo del Amaranto, 52.
La semilla de Amaranthus caudatus tiende a ser pequeña y esférica, de 1,0 - 1,5 mm de diámetro. Por gramo se tiene aproximadamente entre 1.000 granos y 3.000 granos. Los colores son diversos:
n e g r o s , dorados, blanco amarillentos, rosados, blancos y rojos. Ver figura 10.
Figura 10
Semillas de Amaranthus caudatus L.
Nota. Adaptado de Fructus Terrum (2022) Kiwicha.
30 1.2.7 Aspectos legales sobre la contaminación de suelos
FAO (Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura)
“El Mapa Mundial de Suelos de FAO recomienda a los gobiernos nacionales instrumentar regulaciones sobre contaminación del suelo y limitar la acumulación de contaminantes más allá de los niveles establecidos a fin de garantizar la salud y el bienestar humano” (FAO., 2019).
OMS (Organización mundial de Salud)
Es una autoridad internacional por la salud y también del medio ambiente Su sede es Ginebra, y cuenta con oficinas distribuidas en más de 150 países en todo el mundo.
MINAM (Ministerio del Ambiente)
Mediante decretos supremos emitidos por el gobierno peruano desde el año 2013, las guías son publicadas, para mejorar la contaminación del suelo en el Perú.
Estándares de Calidad Ambiental para suelos (D.S. N°011.2017 MINAM) Norma que muestra “las concentraciones máximas de elementos, sustancias químicas o parámetros físicos, químicos y biológicos, presentes en el suelo”. Su valor reside en que se puede utilizar para toda actividad o ejecución de un proyecto donde se muestren posibles riesgos sobre la contaminación al suelo.
Guía para la elaboración de Planes de Descontaminación de Suelos Valido para los “responsables naturales o jurídicos, de la descontaminación de suelos contaminados. Estos deben elaborar el PDS como un instrumento de gestión ambiental, conforme in d ic a el DSN° 002- 2013-MINAM que aprueba los Estándares de Calidad Ambiental (ECA) para suelo”.
Guía para el Muestreo de Suelo.
Determinar: “i) la existencia de contaminación en el suelo, ii) la dimensión de la contaminación, iii) las concentraciones de nivel de fondo. iv) si la remediación logró reducir la concentración de los contaminantes en el suelo”
(MINAM, 2017).
1.2.8 Fitorremediación
La fitorremediación es una “tecnología sustentable, que utiliza el potencial de las plantas para remover contaminantes orgánicos e inorgánicos” (Mendarte et al, 2021). La fitorremediación “involucra diversas tecnologías para la descontaminación según el tipo de contaminante en los sistemas y la capacidad de las plantas utilizadas”. Ver figura 11.
Figura 11
Tecnologías de fitorremediación.
Nota. Adaptado de “Fitorremediación” (p. 5), por Mendarte, et al., 2021.
Algunas especies vegetales “son utilizadas para extraer los contaminantes del suelo y acumularlos en los tejidos aéreos (traslocación) que después se cosechan, denominado fitoextracción muy utilizada para extraer metales y metaloides pesados de suelos, así como compuestos orgánicos de alto peso molecular” (Robinson, Anderson & Dickinson, 2015; Sheoran, Sheoran &
Poonia, 2016, citados en Mendarte et al.,2021). Ahora los resultados serán eficientes si se tiene en cuenta los siguientes aspectos: planta seleccionada, condición ambiental, tipo de contaminante y concentración del contaminante.
Los investigadores, Farraji, Zaman, Tajuddin y Faraji (2016), manifestaron que en la aplicación de la tecnología fitorremediación se requieren de pocos gastos, como se detalla en la figura 12.
32 Figura 12
Costos de la aplicación de la fitorremediación.
*Nota. Adaptado. Fitorremediación. Farraji et al., 2016.
1.3 Definición de términos básicos.
Amaranthus caudatus L:
Conocida con el nombre de Amaranto, es una planta y se caracteriza por: "ser una dicotiledónea de la familia Amaranthaceae. Pertenece al género Amaranthus".
Existen setenta especies en forma aproximada. El cultivo de estas especies puede ser: "para la producción de grano de alto valor nutritivo como de forraje, crecer como malezas agresivas". Son conocidas tres especies de Amaranthus que las cultivan en la obtención de grano: "A. hypochondriacus, originario de México, A.
cruentus, originario de Guatemala y del sureste de México y A. caudatus, cuyo origen es América del Sur" (Matías et al., 2018).
Estándar de Calidad Ambiental (ECA):
“Medida que se refiere a la concentración tolerable de las sustancias en el suelo, agua y aire, aceptable y no representa riesgo significativo para la salud de las personas ni al ambiente" (Ministerio del Ambiente - Perú, 2014).
Sitio contaminado:
Suelo cuyas propiedades químicas han sido alteradas negativamente por contaminación antropogénica, y "representa un riesgo a la salud humana o el ambiente" (Ministerio del Ambiente - Perú, 2014).
Suelo:
Se denomina así al "Material no consolidado compuesto por partículas inorgánicas, materia orgánica, agua, aire y organismos, que comprende desde la capa superior de la superficie terrestre hasta diferentes niveles de profundidad"
(Ministerio del Ambiente - Perú, 2014).
Textura de suelo:
Indica la cantidad y tamaño de limo, arena y arcilla que tiene un suelo, "cuyos diámetros están contempladas en la escala de la Sociedad Internacional de la Ciencia del Suelo" (Ministerio del Ambiente - Perú, 2014).
Punto de muestreo:
"Es el lugar o área del suelo donde se toman las muestras, sean éstas superficiales o de profundidad" (Ministerio del Ambiente - Perú, 2014).
Remediación:
Es la eliminación total o parcial de contaminantes para cuidar la salud y al ecosistema (Ministerio del Ambiente – Perú, 2014).
Riesgo:
Es la probabilidad de que un contaminante pueda causar daños a la salud humana (Ministerio del Ambiente - Perú, 2014).
Suelo agrícola:
"Es el lugar dedicado a la producción de cultivos, forrajes y pastos cultivados y el desarrollo de la ganadería” (Ministerio del Ambiente - Perú, 2014).
1.4 Hipótesis de investigación General
El Amaranthus caudatus L. tiene alta capacidad de fitorremediar suelos contaminados con plomo y cadmio del establo de la EEA Mantaro
Específicos
• Las características morfológicas del Amaranthus caudatus L. presentan cambios significativos en la altura de la planta, después de la fitorremediación de suelos contaminados del establo de la EEA Mantaro.
• La extracción de cadmio y plomo a través de las partes aéreas y raíz de Amaranthus caudatus L. es significativa después de la fitorremediación de suelos contaminados del establo de la EEA Mantaro.
• Los niveles de concentración de cadmio y plomo disminuirán después de la fitorremediación con Amaranthus caudatus L.
• Las características del suelo son óptimas después de la fitorremediación (pH, materia orgánica, conductividad), utilizando Amaranthus caudatus L.
34 1.5 Operacionalización de las variables
Variable Independiente Amaranthus caudatus L.
Variable Dependiente
Suelo contaminado con plomo y cadmio. Ver tabla 1.
Tabla 1
Operacionalización de las variables
Problema Hipótesis Objetivos Variables Definición Dimensión Indicador Escala
Generales
¿Cuál es la capacidad fitorremediadora de Amaranthus caudatus L. para remover plomo y cadmio del establo de la EEA Mantaro?
El Amaranthus caudatus L. tiene alta
capacidad de
fitorremediar suelos contaminados con plomo y cadmio del establo de la EEA Mantaro
Evaluar la capacidad fitorremediadora del Amaranthus caudatus L.
para remover plomo y cadmio del establo de la EEA Mantaro.
Independiente Amaranthus caudatus L.
Amaranthus caudatus L. es una especie vegetal que se caracteriza por ser una planta rustica, fitorremediadora de metales pesados
Extracción de cadmio y plomo
Concentración de cadmio y plomo en raíz, tallo y hojas
ppm
Específicos
¿En qué medida varían las características morfológica s de Amaranthus caudatus L.
durante la fitorremediación para remover plomo y cadmio?
Las características morfológicas del Amaranthus caudatus L. presentan cambios significativos en la altura de la planta, después de la fitorremediación de suelos contaminados del establo de la EEA Mantaro
Evaluar las
características
morfológica s durante la fitorremediación de Amaranthus caudatus L. para remover plomo y cadmio.
Dependiente Suelo contaminado con cadmio y plomo.
Es un proceso en el cual se utiliza plantas para trasferir, acumular, estabilizar contaminan tes como metales cadmio y plomo.
Características morfológicas del Amaranthus caudatus L
Forma de hojas tallos y raíz
Biomasa de la planta
cm
¿En qué medida variara la acumulación de plomo y cadmio en la parte foliar y raíces de Amaranthus caudatus L. durante la fitorremediación?
La extracción de cadmio y plomo a través de las partes aéreas y raíz de Amaranthus caudatus L. es significativa después de la fitorremediación de suelos contaminados del establo de la EEA Mantaro.
Evaluar la acumulación de plomo y cadmio en la parte foliar y raíces de Amaranthus caudatus L. durante la fitorremediación
Acumulación de cadmio y plomo en raíces
Acumulación de cadmio y plomo en la parte foliar
(tallo + hoja)
Concentración de cadmio y plomo en raíz.
Concentración de cadmio y plomo en tallo y hojas
ppm
ppm
¿En qué medida variará los niveles de metales pesados plomo y cadmio en suelo contaminad o antes y después de la fitorremediación?
Los niveles de concentración de cadmio y plomo disminuirán después de la fitorremediación con Amaranthus caudatus L
Cuantificar los niveles de metales pesados plomo y cadmio en suelo antes y después de la fitorremediación
Reducción de
concentración de cadmio y plomo
Concentración de cadmio y plomo en el suelo antes y después de la fitorremediación
ppm
¿En qué medida variará las características del suelo antes
y después de la
fitorremediación (pH, Materia orgánica y conductividad)?
Las características del suelo son óptimas después de la fitorremediación (pH, Materia orgánica, conductividad), utilizando Amaranthus caudatus L
Cuantificar las características del suelo antes y después de la fitorremediación (pH, materia orgánica, textura, conductividad).
Propiedades fisicoquímicas del suelo contaminado
pH MO CE
% Ds/ m
36 CAPITULO II
DISEÑO METODOLÓGICO
2.1 Tipo y nivel de investigación Aplicada y descriptiva 2.2 Método de investigación
Experimental
2.3 Diseño de la investigación
Por sus características de la investigación, el diseño es experimental, ya que la investigación ha evaluado la capacidad fitorremediadora del Amaranthus caudatus L. frente a un suelo contaminado con cadmio y plomo; para el tratamiento de los resultados se ha utilizados el diseño completamente al Azar (DCA), para ello se utilizó, 03 puntos de muestreo (A, B y C), el primer punto (A), se consideró en el depósito de excretas del ganado vacuno, el segundo punto (B), a 10 metros y el tercer punto (C) a 25 metros. Ver figura 13, 14 y 15.
Figura 13
Punto A. Establo de la EEA Mantaro.
Figura 14
Punto B. A 10 metros del establo
Figura 15
Punto C. A 25 metros del establo
La preparación de terreno se efectuó manualmente, antes de realizar la plantación del cultivo en los tres puntos; se tomaron muestras de suelos de cada punto. Se
38 utilizó la “Guía para el Muestreo de Suelos”, según DSN°002-2013-MINAM. Ver figura 16, 17 y 18.
Figura 16
Toma de muestra del punto A
Figura 17
Toma de muestra del punto B
Figura 18
Toma de muestra del punto C
En cada punto se sembró las semillas del Amaranthus caudatus L. Ver figura 19, el tiempo de crecimiento fue de seis meses, la instalación del cultivo se llevó a cabo a 60 cm, entre surco y surco, el sistema de siembra fue a chorro continuo.
Figura 19
Semillas de Amaranthus caudatus L.
2.3.1 Caracterización Morfológica del Amaranthus caudatus L.
Se basó en el estudio y comportamiento de 20 tratamientos, realizado por Salazar Vila (2011) y se verificó con la presente investigación el tratamiento (PRK-EE A-05) que ocupó el primer lugar en altura de planta.
40 Las fases del crecimiento de la especie vegetal de interés, fue en primera instancia la etapa de la emergencia (aparición de primeros brotes, sobre cada punto de instalado el Amaranthus caudatus L.). Siendo la distancia entre surco y surco de 60 centímetros. Ver figura 20.
Figura 20
Emergencia de Amaranthus caudatus L.
En la figura 21, después de la etapa de emergencia, aproximadamente 1 mes, se nota la aparición de tallos y pequeñas hojas.
Figura 21
Etapa de aporque de Amaranthus caudatus L
Después de los 60 días se realizó el primer aporque y desmalezado para el desarrollo de la planta, se acompañó de riego semanal. Ver figura 22
Figura 22
Desmalezado de Amaranthus caudatus L
La etapa de madurez estuvo acompañada, de la evaluación del desarrollo y toma de datos de la planta. Ver figura 23.
Figura 23
Etapa de Madurez de Amaranthus caudatus L
El análisis químico de las muestras de suelos antes y después del cultivo y las muestras vegetales de los tres puntos A, B y C, se realizó en el laboratorio de suelos del Instituto Nacional de innovación Agraria estación experimental Agraria
42 Santa Ana-Junín (INIA) y el laboratorio Analytical Laboratory E.I.R.L (ALAB). La evaluación y procesamiento estadístico de los resultados se realizó con la prueba de significación de Duncan.
2.4. Población y muestra 2.4.1 Población
Suelos ubicados en el establo de la Estación Experimental Agropecuaria
“El Mantaro”
2.4.2 Muestra
Tres muestras de suelos contaminados tomados a distancias de 0, 10 y 25 metros de distancias de la acumulación de excretas de ganado vacuno.
2.4.3 Técnica de muestreo.
El acopio de muestras está basado en la ficha de muestreo de suelo contemplado en la Guía para el muestreo de suelos, habiéndose considerado: Datos generales del lugar contaminado (Establo de la EEA El Mantaro).
Datos del punto de muestreo (capa arable, 15 cm), denotados por:
Punto A: Muestra M01, Punto B: Muestra M02 y Punto C: Muestra M03.
Ver figura 24.
Datos de las muestras tomadas (1 kilo de suelo, de cada muestra)
Figura 24
Croquis de los puntos de muestreo Se consideraron tres puntos:
Punto A: Es el punto donde se depositan directamente las excretas del ganado vacuno
Punto B: Está a 10 metros de distancia del punto A Punto C: Está a 25 metros de distancia del punto A
Figura 24. CROQUIS DE LA TOMA DE MUESTRAS DE SUELOS CONTAMINADO
2.5. Técnicas e instrumentos de recopilación de datos
2.5.1 Características morfológicas durante la fitorremediación de Amaranthus caudatus L.
Para la evaluación de las características morfológicas se evaluaron las siguientes características;
a. Hábito de crecimiento b. Índice de ramificación
44 c. Pubescencia del tallo
d. Forma de la inflorescencia e. Altura de planta
2.5.2 Acumulación de Cd y Pb en Amaranthus caudatus L.
Tabla 2
Acumulación de Cd y Pb en raíz
Tabla 3
Acumulación de Cd y Pb en tallo
Tabla 4
Acumulación de Cd y Pb en hojas
Tabla 5
Análisis químico de suelo contaminado
46 Tabla 6
Análisis químico de suelo descontaminado
Tabla 7
Análisis fisicoquímico de suelo contaminado antes y después de la fitorremediación.
2.6. Técnica de procesamiento de datos
2.6.1 Características morfológicas durante la fitorremediación de Amaranthus caudatus L.
Para la evaluación morfológica de la especie vegetal cualitativa se realizó in situ y la evaluación cuantitativa se evaluó con el análisis de varianza, para la altura de la planta. Ver tabla 8 y 9.
Tabla 8
Evaluación de la morfología del Amaranthus caudatus L.
Altura promedio.
Tabla 9
Análisis de Varianza de Altura de Amaranthus caudatus L.
Nota: n. s no significativo.
2.6.2 Acumulación de cadmio y plomo en Amaranthus caudatus L.
Tabla 10 Para el cadmio
Tabla 11 Para el plomo
48 2.6.3 Análisis químico del suelo contaminado antes y después de la
fitorremediación
Los resultados hallados en forma estadística se basaron en el Análisis de Varianza y Pruebas de Significación (método Duncan). Ver tabla 12.
Tabla 12
Análisis de varianza para el cadmio
S = 0,00939 23,196 C.V. = 0,04%
Tabla 13
Prueba de significación en los valores medios de extracción de cadmio a diferentes distancias, según Duncan para los tres puntos A, B y C
A.L.S.(D)0,05= 0,016; 0,017
Tabla 14
Prueba de significación en los valores medios de extracción del cadmio en las Evaluaciones, de acuerdo a Duncan.
A.L.S.(D)0,05= 0,013
Tabla 15
Análisis de Varianza para el Plomo
S=0,01651 X=48,532 CV=0.03%
50 Tabla 16
Prueba de significación en los valores medios de extracción del plomo a diferentes distancias, según Duncan, para los tres puntos A, B y C.
A.L.S.(D)0,05= 0,028; 0,029
Tabla 17
Prueba de significación en los valores medios de extracción del plomo en las Evaluaciones, de acuerdo a Duncan.
A.L.S.(D)0,05= 0,023
2.6.4 Características fisicoquímicas del suelo antes y después de la fitorremediación
Se ha considerado como propiedad principal al pH, seguido del porcentaje de Materia Orgánica (MO) y la Conductividad Eléctrica, características que han tenido influencia notable en la fitorremediación. Ver gráfico 1, gráfico 2 y gráfico 3.
Gráfico 1 pH
Gráfico 2 Materia orgánica
52 Gráfico 3
Conductividad eléctrica (dS/m)
Tabla 18
Porcentaje de Fitoextracción de Amaranthus caudatus L.
Tabla 19
Factor de Translocación de elementos del Amaranthus caudatus L.
Nota. El factor de translocación (FT), se refiere a la relación entre la concentración de metales que la especie vegetal acumulados desde las raíces a la parte aérea.
Tabla 20
Factor de bioconcentración Raíz/suelo
54 Tabla 21
Factor de Bioconcentración Aérea /suelo
3.1 Características morfológicas durante la fitorremediación de Amaranthus caudatus L.
La evaluación cualitativa indica que, en cuanto al desarrollo del crecimiento de la especie vegetal, presentó algunas diferencias en cuanto al índice de la longitud de las ramas, forma de inflorescencia, pubescencia del tallo y la altura de la planta.
Estas características morfológicas, coinciden con el estudio que realizó, Salazar Vila (2011), destacando el tratamiento (PRK-EE A-05).
a. Hábito de crecimiento
Con respecto a la evaluación del “carácter hábito de crecimiento erecto”, estas se presentaron en el cien por ciento de las plantas en estudio de los tres puntos A, B y C.
b. Índice de ramificación
En lo referente al carácter denominado índice de ramificación, se tiene que el 65% presentaron escasas ramas ubicado cerca a la base de la parte del tallo de Amaranthus caudatus. Un 20% tuvieron tallo sin ramificación. Un 10% tuvieron abundantes ramas contiguo a la base de la parte del tallo de la planta y el resto es decir el 5% tuvieron ramificación en lo respecta a lo largo de todo su tallo de Amaranthus caudatus L.
c. Pubescencia del tallo
Para este carácter, un 55% presentó tallo Glabro y un 45% presentó tallo pubescente.
d. Forma de la inflorescencia
En la evaluación de forma de la inflorescencia, se tuvo que un 70% presentó
