Laboratoire Sols et Environnement ENSAIA-INPL/INRA, Nancy, FRANCIA

1. Las plantas: una nueva herramienta para el tratamiento de los suelos contaminados (fitoremediación)Guillaume ECHEVARRIA & Christophe SCHWARTZ Laboratoire Sols et Environnement ENSAIA-INPL/INRA, Nancy, FRANCIA

2. El recurso en suelos está amenazado • Erosión • Salinisación (ex : suelos regados) • Compacción (Maquinaria pesada) • Pérdida de materia orgánica • Acidificación • Artificialisación • Contaminaciones = Riesgo para la seguridad alimenticia

3. La degradación de los suelos : un fenómeno generalizado

4. Hydrocarburos 24,3% H.A.P 11,1% Pb 9,1% Zn 7,5% Solvantes halogenados7,5% Cr 6,6% Cu 5,9% As 5,4% Ni 4,1% Cd 3,3% Los 10 principales contaminantes en los suelos contaminados europeos (Fuente : Ministerio Francés del Medio Ambiente, 2000) Más de 1 400 000 sitios sospechados contaminados en Europa (15 paises - ESTC, 1998)

5. Catástrofes « celebres » debidas a los elementos trazas • Minamata : mercurio • contaminación de la cadena alimenticia acuática • Bengladesh : arsénico • contaminación de las aguas de consumo • Itai-Itai : cadmio • contaminación de la cadena alimenticia terrestre

6. Contaminación por el cadmio: enfermedad de Itai-Itai Minas : Pb, Zn, Cd Contaminación del rio Polvos Riego + Depósitos atmósfericos Contaminación de los suelos Transferencia al arroz Exposición crónica : Acumulación en los riñones Disfuncionamiento renal, cálculos, cáncer, hipertensión, colapso del esqueleto (osteomalacía), dolores fuertes

7. Pb Cd Principales emisiones de plomoy de cadmio por vía industrial (Puskaric, 1995 in Rapport n°42 Académie des Sciences, Paris, 1998)

8. Viticultura y contaminación de los suelos por el cobre • 850 000 ha • bouillie bordelaise (CuSO4 + Ca(OH)2) • 6 tratamientos en promedio • hasta 500 mg Cu kg-1 (valor límite: 100) Localisación de la cultura de la vid

9. Contaminación de las tierras agrícolas por el cadmio (fertilizantes) Cadmio total en el suelo mg kg-1 r = 0,89 Fósforo total en el suelo mg kg-1 (Fuente: Mulla et al., 1980)

10. Contaminación de los huertos familiares (NE de Francia)

11. Balance del cadmio en los suelos en g / ha / año Depósitos atmosféricos exportaciones fertilisación (2.6) (9.5) (5.6) Contenido (465) Altéración de los minerales drenaje (0.12) (0.053) Balance positivo : accumulación = 15.2

12. Hacia una estrategia temática para la protección de los suelos « Nosotros situamos ahora la protección de los suelos al mismo nivel que la depuración del aire y de nuestros recursos hidrológicos y acuáticos » Margot Walström commisaria europea encargada del medio ambiente el 19 de abril, 2002

13. Tratamiento de los suelos contaminados • 2 principios : • immobilizar o extraer la contaminación • Más de 60 tecnologías • sólo 9 con el fín de tratar in situ y de sanear las aguas subterráneas • Tratamiento biológico • biodegradación • fitoremediación • Mercado estado-unidense de la decontaminación de sitios : 8-9 billones US$

14. Acciones de las plantas sobre los contaminantes de los suelos

15. Volatilisación Elementos trazas : Se, Hg Fitoremediación Estabilisación Todos contaminantes Extracción Dégradación Contaminantes orgánicos: PCB, HAP, Pesticidas... Elementos trazas Zn, Cd, Ni, Pb, As, Se...

16. Fitoestabilización • Utilizar las plantas para imobilizar los contaminantes de los suelos (elementos trazas y contaminantes orgánicos)

17. Economic comparison between phytostabilisation and other remediation techniques for metal-contaminated soils Remediation technique Cost (US$ ton-1) 1 2 3 Site decontamination Excavation and landfilling 533 150-350 100-500 Chemical treatment 100-500 Soil washing by particle separation 263 75-200 Thermal treatment 170-300 Electrokinetics 20-200 Incineration 200-1500 Phytoextraction 93 20-80 25-100 Site stabilisation Asphalt capping 54 Soil capping 44 Vitrification (reagent) 75-90 Phytostabilisation 20 Source: 1 Berti and Cunningham (2000),, 2. Ensley (2000), 3. Glass (2000).

18. Plant species established at field trials with phytostabilisation of metal-contaminated soils (Mench, 2003) Plantas (especies)Sitios Agrostis castellana, Agrostis delicatula Jales, Portugal Holcus lanatus, Cytisus striatus, Lotus corniculatus, Poa compressa, Copper Cliff, Agrostis gigantea Canada Poa pratensis, Phleum pratense, Festuca arundinacea, Festuca rubra Maatheide- Agrostis capillaris, F. rubra Lommel, Belgium

19. Fitoextracción • Utilizar las plantas para extraer los contaminantes de los suelos (elementos trazas) • Plantas acumuladoras con fuerte producción vegetal(Brassica juncea) • Plantas hiperacumuladoras (Thlaspi caerulescens, Alyssum murale)

20. Investigación botánicacerca de un predio metalúrgico en actividad(Zn, Pb, Cd)

21. Investigación botánica sobre un antiguo predio metalúrgico (fundiciones de Zn) Zn, Pb, Cd Vegetación herbácea metalícola

22. Viola calaminaria

23. Armeria maritima

24. Thlaspi caerulescens Photo R. Reeves

25. Suelo sobre un antiguositio de fundiciones de Zn Acumulación de materia orgánica Zn : 0,9 %

26. Evaluación de la fitoextracción natural

27. Concentración de Zn en las partes aéreas de las plantas sector I 8 530 mg Zn kg-1 suelo sector II 6 600 sector III 3 880 sector IV 3 230 * Schwartz et al., 1999

28. 10 kg Zn ha-1 Zinc total extraido por una cobertura vegetal y contribución de las diferentes especies Schwartz et al., 1999 SOL : 8 530 6 600 3 880 3 230 mg Zn kg-1

29. Hiperacumuladores : Un grupo especial de plantas • Conocidas desde hace siglos : • e.g. Thlaspi caerulescens (1865) • Más de 400 especies • Naturalmente endémicas de los sitios metalíferos : • Yacimientos naturales, sitios contaminados (minas, metalurgia) • Acumulan los metales en sus partes aéreas • Más de 1% de metal en la materia seca • Cd, Co, Cr, Cu, Mn, Ni, Pb, Zn, As, Se…

30. Respuesta de las plantas a las concentraciones crecientes de metales en el suelo [Planta] Hiperacumulación Acumulación Indicación Exclusión [Suelo] (Fuente: Baker, 1981)

31. Lombi, 2001

32. Número de plantas hiperacumuladoras identificadas (Fuente: Baker, 1995) Concentración en las hojas (%MS) Número de especies Número de Familias Metal Cadmio > 0 . 0 1 2 1 Cobalto > 0 . 1 2 6 1 2 Cobre > 0 . 1 2 4 1 1 Níquel > 0 . 1 >300 35 Plomo > 0 . 1 5 3 Manganeso > 1 8 5 Zinc > 1 1 8 5

33. Berkeya codii • Africa del Sur • Hiperacumulador de níquel (>1%) Foto : C. Schwartz

34. Psychotria douareii (Nueva Caledonia) > 3%Ni

35. Psychotria douareii, hiperacumulador de Ni, Nueva Caledonia Foto : J.L. Morel

36. Sebertia acuminata, Nueva Caledonia 25% Ni En la savia !

37. Suelos ultramáficos,Cuba Fotos M. Davis

38. Euphorbia helenae,Cuba Foto M. Davis Foto R. Reeves

39. Phyllanthus orbicularis,Cuba Fotos M. Davis

40. Justicialanstyakii, Brasil Foto R. Reeves

41. Ni Streptantus polygaloïdes,Estados UnidosPhytomining

42. Alyssum murale Zona mediterránea Foto : J.L. Morel

43. A. murale (Prrenjas) A. murale (Bitincka) A. murale (Pogradec) Níquel en las especies del género Alyssum Albania A. tortuosum A. markgrafii 10 100 1 000 10 000 100 000 mg Ni kg-1 en las hojas (MS) (Shallari et al., 1998)

44. Alyssum murale (Grecia) Photo R. Reeves

45. Alyssum corsicum, Bastia Photo R. Reeves

46. Leptoplax emarginata y Bornmuellera tymphea Fotos : V. Chardot

47. Hiperacumuladora de arsenio • Concentración en As de las partes aéreas hasta 22630 mg/kg • Factor de bioacumulación 15-126 • As partes aére as/As raices = 20 • Estimulación del crecimiento con As

48. Búsqueda de hiperacumuladores en Francia • Examen de herbarios • Análisis de pequeños fragmentos de plantas • Exploración sobre sitios • Sitios metalíferos • Antiguas minas et funderías de Zn y Pb, suelos de serpentina • Sitios identificados a partir de antiguos herbarios (1840 - 1920) • Cosecha de plantas y del suelo de origen

49. Thlaspi caerulescens J. & C. Presl. (Brassicaceae) • Muy extentida, pero rara, en Europa (Occidental y Central) • Esencialmente sobre los sitios metalíferos • Identificada desde hace 130 años (Sachs, 1865) en los suelos de calamina en Alemaña, Bélgica y Francia • Puede acumular el Zn y el Ni (serpentinas) • Pero también Co, Cu, Mn …y Cd • Interés para : • El estudio de la fisiología de la acumulación de los metales • El tratamiento de los suelos contaminados por los metales

50. Thlaspi caerulescens en suelos de serpentina Níquel