ARTÍCULO DE INVESTIGACIÓN

 

Biorrestauración de suelo contaminado con aceite residual automotriz por bioestimulación con lombricomposta y fitorremediación con Sorghum vulgare inoculado con Bacillus cereus y Rhizobium etli

 

Biorestauration of soil polluted by waste motor oil by biostimulation with vermicompost and phytoremediation with Sorghum vulgare inoculated by Bacillus cereus and Rhizobium etli

 

 

Juárez-Cisneros Gladys¹, Sánchez-Yáñez Juan Manuel¹*

¹Instituto de Investigaciones Químico Biológicas Ed B-3, Ciudad Universitaria. Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo, Francisco. J. Mujica S/N, Felicitas del Rio, CP 58,000, Morelia, Mich.  México

*Dirección de contacto: Juan Manuel Sánchez-Yáñez. Laboratorio de Microbiología Ambiental

E-mail address: syanez@umich.mx.

Historial del artículo

Recibido agosto, 2014.
Devuelto noviembre 2014
Aceptado noviembre, 2014.
Disponible en línea, noviembre 2014.

 

 

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Resumen

La contaminación de suelo con aceite residual automotriz (ARA) le causa pérdida de su fertilidad. Los objetivos de esta investigación fueron: a) bioestimular (BS) un suelo contaminado con 10000 ppm de ARA, con lombricomposta (LC) al 3 y 6%; y b) la fitorremediación (FR) de ese suelo para eliminar el ARA remanente con Sorghum vulgare inoculado con Bacillus cereus y/o Rhizobium etli, ambas bacterias promotoras de crecimiento vegetal (BPCV). Las variables respuesta de este ensayo fueron: en fase de BS del suelo la concentración del ARA en 60 días. En fase de FR de ese suelo, la biomasa de S. vulgare inoculado con las BPCV a floración y cantidad final del ARA. Los resultados mostraron que en suelo solo bioestimulado con LC al 3%, el ARA se redujo a 8630 ppm. Comparado con el suelo bioestimulado y luego fitorremediado con S. vulgare y las BPCV para eliminar el ARA remanente hasta 210 ppm. Este suelo bioestimulado con la LC al 3%, y luego fitorremediado con S. vulgare inoculado con B. cereus y R. etli; su biomasa fue estadísticamente superior comparado S. vulgare en el suelo sin bioestimular donde S. vulgare redujo el ARA hasta 260 ppm acorde con el ANOVA Tukey (p>0.05). Lo anterior apoya a la integración de la biorremediación del suelo contaminado con ARA por bioestimulación y su fitorremediación con S. vulgare y BPCV como forma rápida y mejor que la acción individual.

Palabras clave: Aromáticos, rizosfera, mineralización, rizobacterias

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Abstract

Soil pollution by waste motor oil (WMO) caused soil´s lost fertility. The aims of this research where a) bioremediation of soil polluted by 10000 ppm of WMO for biostimulation with vermicompost (VC) at 3 and 6 % (w/w) follow by b) phytoremediation (PR) of the same soil to eliminate remaining WMO with Sorghum vulgare inoculated with Bacillus cereus and/or Rhizobium etli or Promoting Growth Plant Bacteria (PGPB). At the first step of assay WMO concentration was measured before and after bioremediation. At the second step the same soil phytoremediation was applied for remaining WHO sowing S. vulgare inoculated with PGPB, then at flowering stage its biomass and WHO final concentration was determined. Results showed that soil impacted by WMO biostimulated with VC at 3% was eliminated 8630 ppm of WMO. At the second phase in the same soil PR applied for remaining WMO which was reduced until 210 ppm. Soil polluted by remaining WMO applied PR using S. vulgare plus R. etli WMO was decreased at 260 ppm. While S. vulgare´s biomass inoculated with PGPB was higher compared to S. vulgare grown in soil not polluted by WMO according by ANOVA - Tukey (p > 0.05). These results suggested that soil polluted by WMO could be recovering by applying integrated BR and PR better than just using one type.

Key words: Aromatics, rizosphere, mineralization, rhizobacteria.

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Introducción

El aceite residual automotriz (ARA) es una mezcla de moléculas insolubles de hidrocarburos (HC) alifáticos, aromáticos, policíclicos, halogenados y metales pesados que cuando contamina el suelo afecta negativamente su estructura, impide el intercambio gaseoso con la atmosfera, e inhibe la actividad de las poblaciones microbianas nativas, reduce su fertilidad y la cobertura vegetal (Benavides et al. 2006, Delgadillo-López et al. 2011). En consecuencia el ARA se clasifica como un residuo peligroso de difícil mineralización (Osadolor & Seghosime 2013.). En suelo una alternativa para eliminar el ARA es aplicar la biorremediación integral por bioestimulación (BS) y en sucesión para el ARA remanente la fitorremediación (FR) con bacterias promotoras de crecimiento vegetal (BPCV) para finalizar su depuración. En suelo impactado con ARA su BS con lombricomposta (LC) incorpora minerales esenciales para inducir a su microbiota aerobia heterotrófica nativa a mineralizar la parte alifática, y simultáneamente enmendar el desequilibrio nutricional para un crecimiento vegetal sano (Maldonado-Chávez et al. 2010), que en ese suelo facilite su FR para consumir el ARA remanente con S. vulgare inoculado con BPCV y cuyo extenso sistema radical libera exudados que estimulan la actividad oxidante de ARA de géneros como Bacillus cereus (Niu et al. 2011) y Rhizobium spp. (Pivetz 2001, García-Rivero & Peralta-Pérez 2008, López-Ortiz et al. 2012).

Normalmente se reporta la FR de suelo contaminado con HC análogos a los del ARA que se aplica como la única estrategia de BR, lo que generalmente solo reduce parcialmente su concentración (Diab 2008, Niu et al. 2010, Zhang et al. 2010, Izinyon & Seghosime 2011). En contraste con los resultados positivos cuando a la BR de un suelo contaminado con 15000 ppm de ARA por BS con un fertilizante mineral (NPK), se integra la FR del mismo suelo para consumir el ARA remanente con Helianthus annus (Domínguez-Rosado & Pichtel 2004). En general la BR de suelo contaminado con ARA por bioestimulación o fitorremediación se aplica de manera independiente, es lenta y no asegura su completa mineralización. Por tanto los objetivos de esta investigación fueron: (i) biorremediar un suelo contaminado con 10000 ppm de ARA por bioestimulación con lombricomposta (ii) fitorremediación de ese suelo con S. vulgare inoculado con Bacillus cereus y/o Rhizobium etli.

 

Materiales y métodos

El experimento se realizó en invernadero de 10 X 10 m² con una temperatura diurna que varió de 25 a 30 °C, una humedad relativa del 50% y una nocturna de 22-25 ^oC y una humedad relativa del 55%, con un diseño experimental de bloques de 1.5 m² al azar de 9 tratamientos y 5 repeticiones. Para el ensayo se usó un suelo ubicado a los 19° 39’ 27’’ de latitud norte 100° 19’ 59’’ de longitud oeste, con una altitud de 1820 msnm clima templado en un terreno agrícola denominado “La cajita’’ de la Tenencia Zapata del municipio de Morelia, Mich., México sobre el km 5 de la carretera Morelia-Pátzcuaro, México. El suelo fue clasificado como laterítico sódico degradado y compacto, con un historial agrícola de 20 años de un sistema de cultivo intensivo cereal-cereal (maíz-trigo y maíz-cebada), de textura arcilloso, con un contenido de materia orgánica de 1.5% y N orgánico de 39 Kg/ha, de acuerdo a parámetros edáficos, fue pobre en ambas propiedades, con pH 6.7 ligeramente ácido, se solarizó 48 h para minimizar el problema de plagas y enfermedades, se contaminó con 10000 ppm de ARA proveniente de un taller mecánico. Este suelo se colocó en un sistema semihidropónico de jarras de Leonard (García-González et al. 2005), el experimento se realizó en dos etapas: (i) BS de suelo contaminado con 10000 ppm de ARA con LC al 3 y 6% (p/p). Este suelo mantuvo su humedad a capacidad de campo con agua potable, después de 30 días se colectaron 15.0 g y se cuantificó la concentración del ARA por Soxhlet (Leal 2003), y (ii) después de la BR del suelo contaminado con el ARA se aplicó la FR del mismo suelo para eliminar el ARA con S. vulgare inoculado con B. cereus/R. etli ambas BPCV aisladas de Zea mays mexicana. El primer género se cultivó en caldo nutritivo, y el segundo género en caldo extracto de levadura manitol rojo congo. Se usaron 40 X 10⁶ UFC de cada uno/semilla de S. vulgare (Sánchez-Yáñez 2007) que se sembró en el suelo previamente bioestimulado con la LC, S. vulgare se alimentó con una solución mineral (g/L): NH₄Cl, 12.0; KH₂PO₄, 3.0; K₂HPO₄, 3.5; MgSO₄, 1.5; CaCl₂, 0.1; FeSO₄, 0.5mL y una de oligoelementos, 1.5 ml/L, el pH se ajustó a 6.4-6.7 (Leal 2003, Sánchez-Yáñez 2007, Pasaye 2011). Durante la FR del suelo impactado con ARA se midió la fenotipia y biomasa de S. vulgare a floración, por ser la etapa de su mayor actividad fisiológica relacionada con su reproducción y además la concentración del ARA remanente en el suelo por Soxhlet al final de esta fase (Vásquez et al. 2010), los datos experimentales se analizaron por ANOVA y después por Tukey con α =0.05 software JMP ver.6.0 (Walpole et al. 2007).

 

Resultados

En la figura 1 se muestra que en el suelo del T1 bioestimulado con LC al 6%, donde luego se fitorremedió el suelo para eliminar el ARA remanente con S. vulgare inoculado con B. cereus + R. etli, en este caso esta gramínea alcanzó un peso fresco aéreo (PFA) de 0.43 g y un peso fresco radical (PFR) de 0.34. En el suelo del T2 primero bioestimulado con LC al 3% y luego fitorremediado para consumir el ARA remanente con S. vulgare inoculado con B. cereus y R. etli tuvo un PFA de 14.2 g y un PFR de 7.4 g. En tanto que en el suelo del T3 bioestimulado con LC al 6%, y que se fitorremedió para eliminar el ARA con S. vulgare pero sin inocular; su PFA fue de 2.25 g y su PFR de 1.4 g. Comparado con el mismo suelo del T4 bioestimulado con LC al 3%, y fitorremediado para consumir el ARA remanente, con el S. vulgare sin inocular, ahí tuvo un PFA de 2.1 g y un PFR de 0.7 g. En el suelo del T6 contaminado con ARA sin bioestimular, donde solo se aplicó la FR para el ARA remanente con S. vulgare e inoculó con R. etli, alcanzó un PFA de 4.95 g y un PFR de 11.6 g, ambos valores fueron estadísticamente diferentes y significativos comparados con lo registrado en S. vulgare cultivado en suelo sin ARA alimentado con una SM, en donde tuvo un PFA 2.5 g y un PFR de 2.6 g. En general en el suelo codificado como 1, 3, 4 y 5 primero biorremediado con LC, y luego fitorremediado con S. vulgare para eliminar el ARA remanente, tuvieron valores de PFA y PFR que fueron estadísticamente inferiores y significativos comparados con el PFA y PFR de S. vulgare cultivado en suelo sin ARA del CR.

En la figura 2 se observa que en el suelo impactado con ARA primero biorremediado con LC y luego para eliminar el ARA remanente fitorremediado con S. vulgare a floración se muestra su peso seco aéreo (PSA) y su peso seco radical (PSR). En el suelo (T2) primero biorremediado con LC y después en este suelo para consumir el ARA remanente se fitorremedió con S .vulgare alcanzó un PSA de 3.38 g y un PSR de 0.48, superior S. vulgare usado como CR cultivado en suelo sin ARA; con un PSA de 0.52 y un PSR de 0.16 g.

En la figura 3 se observa que en el suelo contaminado con ARA y solo bioestimulado con LC al 6% la concentración de 10000 ppm del ARA no cambió (TA), igual que en el mismo suelo impactado con ARA sin BR (CN); sin embargo cuando el suelo se bioestimuló con LC al 3% la concentración de ARA disminuyó a 8630 ppm (TB). Cuando el suelo se bioestimuló con LC y luego se aplicó la FR del mismo suelo para eliminar el ARA con S. vulgare inoculado con las dos BPCV, se observó que el consumo del ARA se aceleró y redujo a: 1360 ppm en el T1, a 450 ppm en el T2, a 260 ppm en el T3, a 210 ppm en el T4, a 760 ppm en el T5 y a 820 ppm en el T6.

Discusión

En la figura 1 se observó que en el suelo contaminado con ARA por BS con LC al 3% y luego ese suelo se fitorremedió para eliminar el ARA remanente con S. vulgare con B. cereus y R. etli su biomasa alcanzó un valor sin diferencia estadística significativa, comparado con el PF de S. vulgare cultivado en suelo sin ARA: este resultado sugiere que en el suelo contaminado con ARA la incorporación de LC al 3% restableció el equilibrio mineral y estimuló la actividad de la microbiota aerobia heterotrófica y al mismo tiempo favoreció el crecimiento vegetal del S. vulgare a pesar de la fitotoxicidad del ARA (Sangabriel et al. 2006).

En el suelo impactado con ARA, bioestimulado con LC, y posterior FR de este suelo para eliminar el ARA remanente con S. vulgare con B. cereus y R. etli se sugiere que estas BPCV tuvieron un efecto positivo en su crecimiento mediante sustancias promotoras de crecimiento vegetal, y que aumentaron la tolerancia de la gramínea al estrés causado por la fitotoxicidad del ARA (Ferrera-Cerrato 2006, Shirdam et al. 2008). También se reporta que en la rizosfera vegetal como la de S. vulgare bacterias como B. cereus y R. etli pueden contribuir a la degradación de HC aromáticos similares a los encontrados en el ARA, en parte porque esta gramínea tiene un sistema radicular extenso, fibroso y voluminoso que explora una mayor área de suelo para la captación de minerales y agua, además de que facilita su asociación con BPCV y aumenta su resistencia el estrés inducido por el ARA (Shirdam et al. 2008, Ndimele 2010, Tang 2010, González-Paredes et al., 2013). Lo anterior se apoya en que en suelo contaminado con HC fue fitorremediado y esta actividad vegetal fue mejorada con la inoculación de BPCV, como lo reportaron López-Ortiz et al. 2012, que en un suelo contaminado con naftaleno y fenantreno lo fitorremediaron con Leucaena leucocephala (Lam.) inoculada con Rhizobium tropici CIAT89 y se generó un efecto positivo de la FR; análogo a lo que S. vulgare generó en este suelo contaminado con ARA (figura 3). Este resultado sugiere que la incorporación de LC lo enriqueció con sales de N, P, K y micronutrimentos (Nwoko et al. 2007, Shirdam et al. 2008), que favorecieron a las poblaciones microbianas nativas oxidantes de HC simples del ARA (Mrozik, et al. 2003).

Mientras la acción secuencial con FR del mismo suelo con S. vulgare inoculado con B. cereus y R. etli minimizaron el efecto fitotóxico del ARA; probablemente por esta BPCV usaron algunos de sus aromáticos como fuente de carbono y energía (Zand et al. 2010, Efe & Okpali 2012, Gonzales-Paredes et al. 2013).

Se concluye con base a los resultados obtenidos que la adecuada integración de la biorremediación por bioestimulación del suelo impactado con 10000 ppm de ARA con lombricomposta y su posterior fitorremediación para eliminar el remanente, con S. vulgare inoculado con Bacillus cereus y Rhizobium etli aceleró y mejoró la biorrestauración de este ambiente, en comparación con solo aplicar la biorremediación y/o la atenuación natural.

 

Conflicto de interes

Los participantes en esta investigación aseguramos que no existe ningún problema de intereses relacionados con la planeación, ejecución y reporte de esta investigación que comprometa el valor de los resultados obtenidos o sus consecuencias en términos científicos o técnicos o de cualesquier otra índole.

 

Agradecimientos

A la Coordinación de Investigación Científica-UMSNH proyecto 2.7 (2014), beca del CONACYT a la primera autora. A BIONUTRA y FITONUTRIMENTOS, SA de CV, Maravatio, Mich, México.

 

Literatura citada

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