Parámetros fisicoquímicos y biológicos que participan en la fitoextracción de contaminantes por Phragmites australis en un efluente natural (Rio Valles)

Abstract

La contaminación de los ríos por elementos potencialmente tóxicos (EPT) representa una preocupación global significativa, y el río Valles, principal fuente de agua potable para Ciudad Valles, ha sido objeto de atención debido a los intereses políticos, económicos y sociales vinculados a las principales actividades productivas de la región. A lo largo de las cuatro estaciones del año, se tomaron muestras de agua (n=6), sedimentos (n=6) y de las plantas Phragmites australis (n=10). Se analizaron los EPT en las tres matrices (agua, sedimentos y plantas), y se determinó las propiedades fisicoquímicas del agua y los sedimentos. En una segunda fase, se realizó un experimento semi-controlado de 10 días en el que se probaron tres tratamientos: plantas de P. australis expuestas a agua desionizada (AD), plantas de P. australis expuestas a agua desionizada con Pb(NO3)2 y (ADM), y plantas de P. australis expuestas a agua de río con Pb(NO3)2 y (ANM). Durante el experimento, se midieron diversos parámetros, incluyendo pH, conductividad eléctrica (CE), sólidos disueltos totales (SDT), concentración de plomo en agua, tejidos aéreos y subterráneos de las plantas, contenido de clorofila (Chl) y actividades enzimáticas de superóxido dismutasa (SOD) y catalasa (CAT). Los resultados mostraron que el agua contenía EPT como As, Pb, Cd y se encontró Hg en algunas muestras. Se registraron variaciones en el pH (6.92-7.84) y altas concentraciones de sulfatos (13.95-30.72 mg/L), cloruros (3.22-28.79 mg/L) y sólidos disueltos totales (0.04-0.10 µg/L). Los sedimentos presentaron concentraciones elevadas de metales pesados (Ni, Hg, Cu, Zn, Pb, V), con pH entre 6.5-7.3, y niveles significativos de sulfatos (7.6-26.1 mmol/L) y cloruros (1.2-18.0 mmol/L). P. australis acumuló metales pesados, especialmente en las raíces, durante todas las estaciones del año, con concentraciones destacadas de Mn (19.6-576.6 mg/kg), Ni (1.4-4.9 mg/kg), Cu (3.4-14.7 mg/kg), Zn (11.6-74.1 mg/kg) y Pb (0.4-1.1 mg/kg). En el experimento semi-controlado, se observó una reducción en la concentración de Pb en el tratamiento ADM (175.8-69.6 mg/kg), con correlaciones significativas con el pH (-0.801), Pb en tejido aéreo (0.426) y actividad de SOD en tejido aéreo (0.447). En el tratamiento ANM, se observó una disminución en la concentración de Pb (83.95-16.95 mg/kg), correlacionada con el Pb en los tejidos subterráneos (0.915). La presencia de EPT en agua, sedimento y plantas parece estar relacionada principalmente con la actividad de la industria azucarera, las aguas residuales urbanas e industriales, la combustión de combustibles fósiles y las prácticas agrícolas. Debido a su capacidad para acumular diversos de metales pesados (Mn, Rb, V, Sr, Cu, Zn, Pb, Ni, As) en sus raíces, P. australis representa una especie vegetal adecuada para llevar a cabo la fitorremediación in situ de contaminantes en ecosistemas acuáticos.

River contamination by potentially toxic elements (PTEs) represents a significant global concern, and the Valles River, the primary source of drinking water for Ciudad Valles, has attracted attention due to political, economic, and social interests linked to the region's main productive activities. Throughout the four seasons of the year, water (n=6), sediment (n=6), and Phragmites australis plant (n=10) samples were collected. PTEs were analyzed in all three matrices (water, sediment, and plants), along with the physicochemical properties of water and sediment. In the second phase, a 10-day semi-controlled experiment was conducted, testing three treatments: deionized water with P. australis (AD), deionized water with Pb(NO3)2 and P. australis (ADM), and river water with Pb(NO3)2 and P. australis (ANM). During the experiment, various parameters were measured, including pH, electrical conductivity (EC), total dissolved solids (TDS), lead concentration in water, aerial and underground plant tissues, chlorophyll (Chl) content, and enzymatic activities of superoxide dismutase (SOD) and catalase (CAT). The results showed that water contained PTEs such as As, Pb, Cd, and, in some samples, Hg. Variations in pH (6.92–7.84) were recorded, along with high concentrations of sulfates (13.95–30.72 mg/L), chlorides (3.22–28.79 mg/L), and total dissolved solids (0.04–0.10 µg/L). The sediments exhibited elevated concentrations of heavy metals (Ni, Hg, Cu, Zn, Pb, and V), with pH values ranging from 6.5 to 7.3 and significant levels of sulfates (7.6–26.1 mmol/L) and chlorides (1.2–18.0 mmol/L). P. australis accumulated heavy metals, particularly in its roots, across all seasons, with notable concentrations of Mn (19.6–576.6 mg/kg), Ni (1.4–4.9 mg/kg), Cu (3.4–14.7 mg/kg), Zn (11.6–74.1 mg/kg), and Pb (0.4–1.1 mg/kg). In the semi-controlled experiment, a reduction in Pb concentration was observed in the ADM treatment (175.8–69.6 mg/kg), with significant correlations to pH (-0.801), Pb in aerial tissue (0.426), and SOD activity in aerial tissue (0.447). In the ANM treatment, a decrease in Pb concentration (83.95–16.95 mg/kg) was noted, correlated with Pb levels in underground tissues (0.915). The presence of PTEs in water, sediment, and plants appears to be primarily related to the sugar industry, urban and industrial wastewater, fossil fuel combustion, and agricultural practices. Due to its ability to accumulate a variety of heavy metals (Mn, Rb, V, Sr, Cu, Zn, Pb, Ni, As) in its roots, P. australis is a suitable plant species for conducting in situ phytoremediation of contaminants in aquatic ecosystems.