Fitorremediación de herbicidas organoclorados: diseño de estrategias biotecnológicas para su aplicación en la producción agrícola

Tesis

Resumen *

La fitorremediación es una tecnología emergente y en constante desarrollo desde la última década del siglo XX. El término fitorremediación se utilizó en sus inicios para referirse a técnicas de recuperación de sitios contaminados en las que participaba de manera directa o indirecta una especie vegetal. Actualmente, podríamos definir la fitorremediación, como el uso de plantas y su microflora asociada para el tratamiento in situ de suelos, sedimentos o aguas contaminadas. A pesar que aun no cuenta con el reconocimiento de los métodos físico-químicos de descontaminación de suelo, la fitorremediación constituye por su bajo costo y su valor estético y ecológico una excelente herramienta para complementar estos métodos o abordar proyectos de remediación de grandes extensiones moderadamente contaminadas. Los herbicidas organoclorados constituyen un problema de contaminación en suelos de la Pampa Húmeda, la región agrícola de mayor significación económica en nuestro país. En esta región, se practica una agricultura intensiva con rotación anual de cultivos. Allí, solo el cultivo de maíz (un 10% del total) implica el uso de 6000 toneladas anuales de atrazina y 1500 toneladas anuales de fenoxiherbicidas. Su incesante uso, la topografía y las características edáficas de la Pampa Húmeda, son los principales factores que determinan la percolación y migración horizontal de los herbicidas. Esto hace que estos pesticidas y/o sus productos de degradación no se circunscriban a la zona de aplicación y afecten áreas linderas, contaminando suelos y napas superficiales y profundas. El objetivo general de este trabajo fué generar conocimientos que permitan desarrollar estrategias biotecnológicas para fitorremediar suelos agrícolas contaminados por la aplicación de herbicidas organoclorados. Estos conocimientos se generaron mediante la aplicación de diferentes estrategias en ensayos de degradación a escala laboratorio (microcosmos). De los resultados obtenidos en estos ensayos se obtiene información para su potencial aplicación a campo (parcelas seleccionadas a campo). Durante el desarrollo de esta tesis doctoral se seleccionaron lotes representativos de la región central de la Pampa Ondulada, con y sin historia de uso de herbicidas, que representan cabalmente el tipo de suelos dominante y el modelo la explotación agrícola intensiva. Estos suelos pertenecen al orden taxonómico ?Molisoles?, que combinan un alto contenido de material húmico con un regular contenido de arcillas, lo que conforma una matriz de gran complejidad desde el punto de vista analítico. En este sentido, se optimizó la extracción y cuantificación de herbicidas y sus metabolitos, lo que permitió disponer de una herramienta segura para monitorear la evolución de los procesos de remediación. Así mismo, se diseñaron y optimizaron unidades experimentales de distinto grado de complejidad que permiten evaluar la contribución de cada uno de los componentes (bióticos y abióticos) al proceso de fitorremediación. El sistema seleccionado garantiza el desarrollo de la especie vegetal, la actividad rizosférica, el mantenimiento de la esterilidad (cuando se requiera) y niveles controlados de humedad durante todo el ensayo. En estos sistemas experimentales se evaluó la influencia de la historia de aplicación de herbicidas y la presencia de plantas (Medicago sativa y Zea mais) sobre la disipación de los herbicidas, la evolución de la microflora del suelo y los efectos sobre la fisiología vegetal a través del tiempo. Estos sistemas fueron incubados en condiciones controladas de temperatura, fotoperíodo y humedad. Los resultados obtenidos muestran que: a) La degradación biológica es el principal componente en la disipación de 2,4-DB y 2,4-D y la contribución de factores abióticos es mínima en las condiciones ensayadas. b) El 2,4-DB y 2,4-D fueron rápidamente degradados y la permanencia de su principal metabolito (2,4-DCP) en el suelo dependió de la presencia de plantas y microorganismos del suelo. c) El alto número de bacterias degradadoras presentes en suelos bajo prácticas agrícolas intensivas y con historia de uso de fenoxy herbicidas, revela la presencia de microorganismos cultivables que podrían ser utilizados en futuros ensayos de remediación a escala, incluyendo estrategias de bioaumentación. Con el fin de abordar procesos de fitorremediación aplicables a través de estrategias específicas para la Pampa Húmeda se evaluaron, a través de ensayos de tolerancia al herbicida, distintas especies vegetales. Dado el contexto de aplicación de esta tecnología se seleccionaron como candidatas especies vegetales, en base a sus propiedades agronómicas y a las estrategias planteadas para las particularidades de cada sitio (sitio especificidad). Del screening efectuado, se demostró, por primera vez, la tolerancia de Lolium multiflorum a dosis agronómicas de atrazina y se probó que el metabolismo aumentado vía P450 es el mecanismo responsable de su tolerancia. La tolerancia a atrazina y la versatilidad para crecer en todos los suelos y climas de la Pampa Húmeda determinaron la selección de L. multiflorum como especie vegetal más adecuada para diseñar procesos de fitorremediación en esta región. La velocidad y niveles de degradación alcanzados en los suelos implantados con L. multiflorum y su versatilidad cultural, permiten ampliar la estrategia planteada para los cultivos de maíz en la Pampa Ondulada, hacia el diseño de reducción del ?run-off? en la Pampa Deprimida. La implantación de L. multiflorum podría constituir una herramienta versátil de fitorremediación, capaz de ser implementada en toda la Llanura Pampeana, donde más de 6000 toneladas de atrazina son aplicadas cada año. Esto constituye una ventaja en términos de fitorremediación, ya que su presencia, independientemente de su participación en la degradación del herbicida, asegura mejoras en la calidad de nutrientes y estructura de los suelo. Información suministrada por el agente en SIGEVA