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. Acumulación ineluctable de los elementos trazasen los suelos

4. 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

5. 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$

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

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

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

9. 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).

10. Plant species established at field trials with phytostabilisation of metal-contaminated soils (Mench, 2003) Plant speciesSites 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

11. 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)

12. Investigación botánicacerca de un sitio metalúrgico en actividad(Zn, Pb, Cd)

13. Investigación botánica sobre un antiguo sitio metalúrgico Zn, Pb, Cd Vegetación herbácea metalícola

14. Viola calaminaria

15. Armeria maritima

16. Thlaspi caerulescens Photo R. Reeves

17. Suelo sobre una antiguafábrica metalúrgica Acumulación de materia orgánica Zn : 0,9 %

18. Evaluación de la fitoextracción natural (pelouse métallicole)

19. 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

20. 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

21. 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…

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

23. Lombi, 2001

24. 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 Cobalt > 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

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

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

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

28. Sebertia acuminata, Nueva Caledonia 25% Ni dans la sève !

29. Justicialanstyakii, Brasil Foto R. Reeves

30. Ni Streptantus polygaloïdes,Estados UnidosPhytomining

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

32. 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)

33. Alyssum murale (Grecia) Photo R. Reeves

34. Alyssum corsicum, Bastia Photo R. Reeves

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

36. 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

37. 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

38. 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

39. Thlaspi caerulescens en suelos de serpentina Níquel

40. Evidencia de la acumulación de Ni Papier filtre imprégné d’une solution de diméthylglyoxyme Complexe coloré avec Ni Thlaspi sobre suelo de serpentina

41. Thlaspi caerulescens, Zn, Cd, Pb Fotos : C. Schwartz

42. Thlaspi caerulescens(antigua fundería de zinc)

43. 40 cm Photo : C. Schwartz Thlaspi caerulescens sobre sitio de mina de Pb

44. Zinc Suelo : 2 747 - 10 640 mg Zn kg-1 Planta 5 475 - 14 970 mg Zn kg-1 Cadmio Suelo 18 - 43 mg Cd kg-1 Planta 349 - 2 219 mg Cd kg-1 Poblaciones de T. caerulescens hiperacumuladoras de Cd Sitio G2

45. Poblaciones de T. caerulescens hiperacumuladoras de Cd • Zinc • Suelo : • 29 000 - 96 100 mg Zn kg-1 • Planta • 11 000 mg Zn kg-1 • Cadmio • Suelo : • 51 - 214 mg Cd kg-1 • Planta • 3 440 mg Cd kg-1 Sitio D2

46. Fitoextracción : simulaciones a partir de valores observados • Suelo contaminado : 25 mg Cd kg-1 (75 kg ha-1) • Thlaspi caerulescens : • Rendimiento : 10 t ha-1 • Concentración de Cd en la masa vegetal : 2 500 mg kg-1 • Extracción por un cultivo : 25 kg ha-1 • 3 cultivos para bajar la concentración de Cd en el suelo hasta 2 mg kg-1

47. Hiperacumulación : varias etapas de un proceso natural complejo • Disponibilidad del metal en el suelo • Acumulación por la raiz • Transferencia en el xylemo • Translocación hacia las hojas • Detoxificación / compartimentación • Resistencia a los predatores • Senescencia : alelopatía

48. Preferencias alimenticias hojas comidas 10 muestra 7,5 5 Thlaspi 2,5 0 saltamontes caracoles (Pollard, 1995)

49. Consecuencias de la hiperacumulación : Resistencia a los predatores Thlaspi

50. Alyssum murale :red de raices in situ Foto : J.L. Morel