estudio de toxicidad vegetal en suelos con petróleos
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1. Medias con la misma letra dentro de cada especie vegetal no tienen diferencias estad sticas Tukey p lt 0 05 No hubo producci n de n dulos elongados y sin tallos secunda rios ni terciarios pl ntulas El espacio fue ocupado por las otras especies vegetales Tabla ID La supervivencia de las plantas en los suelos con pe tr leo intemperizado posible mente se debe a lo se alado por Cunningham et al 1996 que disminuyen los niveles de toxicidad de los contaminantes por los procesos bioqu micos que ocurren en el sistema rizosf rico La dominancia medida co mo ndice de Simpson vari de 0 234 en el rea 4 donde se encontraron ocho especies vegetales a 0 94 en el rea 2 con solo dos especies de las que el pasto alem n alcanz 97 de cobertura Las meno res biomasas vegetales en pri mavera y oto o encontradas en las reas 3 y 4 tienen re laci n inversa con los conte nidos de petr leo intemperiza do Estos resultados fueron si milares a los obtenidos por Porta et al 1999 en cultivo de cebada Hordeum vulgare y por Lin y Mendelssohn 1998 en plantas de Spartina alterniflora y S patents Pl ntulas en suelo con petr leo intemperizado La germinaci n evidenci diferencias estad sticas signifi cativas entre tratamientos p lt 0 05 El porcentaje de germinaci n vari seg n la especie vegetal y la concen traci n de petr leo en el suelo Tabla ID La germinaci n de las2. Monte cillo Texcoco M xico 348 pp Rivera Cruz MC Ferrera Cerrato R Volke HV Rodr guez VR Fern ndez LL 2002 Pobla ci n microbiana en perfiles de suelos afectados por hidrocat buros del petr leo en el estado de Tabasco M xico Agro ciencia 36 149 160 Salanitro J Dorn P Hueseman M Moore K Rhodes I Rice L Jackson T Viponnd M West ern M Wisniewsky H 1997 Crude oil hydrocarbon biore mediation and soil ecotoxicity assessment Environ Sci Technol 31 1769 1776 Salisbury FB Ross CW 1999 Fi siolog a vegetal Interamerica na M xico DF M xico 759 pp SAS 1989 SAS IML Software usage and Reference version 6 1 ed SAS Institute Inc Cary NC EEUU 501 pp Sawatsky N Li X 1997 Impor tance of soil water relations in assessing the endpoint of bioremediated soils II Water repellency in hydrocarbon con taminated soils Plant Soil 192 227 236 Stiling P 1999 Ecology Theories and Applications 3 ed Prentice Hall New Jersey EEUU 638 pp JUL 2004 VOL 29 N 7 IVERCIENCIA
3. de petr leo nuevo fueron si milares con excepci n del n dice de la zarza que fue ma yor Tabla V Los IAF de los dos pastos y del ceboll n en 375 el suelo con 100000mg kg muestran que son especies poco sensibles al efecto del petr leo En cambio la legu minosa zarza evidenci que es la planta m s sensible Fi gura 3d La concentraci n de 150000mg kg origin una tendencia similar de IAF pro ducida por la concentraci n con 100000mg kg aunque los ndices de la zarza y ce boll n no pudieron ser calcu lados porque las plantas no lograron sobrevivir a esta concentraci n Tabla V El efecto del petr leo intemperi zado fue notorio en las plan tas del pasto egipto y de la leguminosa zarza siendo el mayor IAF registrado el de 274 en la leguminosa Conclusiones 1 La diversidad vegetal fue mayor en los dos suelos m s contaminados con petr leo intemperizado debido a que existe menos competen cia por espacio y porque en los dos suelos menos conta minados las condiciones na turales e inducidas fueron propicias para la pradera cul tivada Las mayores cobertu ra y productividad se encon traron en los dos suelos me nos contaminados 2 La germinaci n de las semillas y yemas de las espe cies vegetales evaluadas fue promovida por las concentra ciones altas de petr leos in temperizado y nuevo sin em bargo stas inhibieron el cre cimiento la longitud de la ra z la biomasa y
4. ndices relativos a y absolutos b c d de fitotoxicidad de cinco especies vegetales expuestas a petr leo determinados por los va lores de la germinaci n altura longitud de ra z biomasa y n mero de n dulos a ndice relativo de fitotoxicidad de germinaci n 32 d as de exposici n b ndice absoluto de fitotoxicidad 32 d as de exposici n c ndice absoluto de fitotoxicidad 150 d as de exposici n d ndice absoluto de fitotoxicidad 150 d as de exposici n Tabla V y el efecto fitot xico fue menor A diferencia de los resultados de la zarza Ta bla IV donde no hubo for maci n de n dulos a los 150 d as en los suelos con petr leo intemperizado en los sue los control y con 50000mg kg se formaron n dulos lo que sugiere que las propiedades f sicas y qu micas que requie re la rizobia para infectar la ra z y formar el n dulo son adecuadas en estos suelos contaminados Las plantas de ceboll n y tulillo fueron tolerantes a 50000 mg kg lo que parece estar relacionado con una respuesta de superviviencia a condiciones de estr s origina do por el petr leo en el sue lo Seg n Grime 1982 las ciper ceas son especies r sti cas que toleran condiciones ambientales cr ticas La espe cie tulillo toler m s el pe tr leo aunque present me nor biomasa a rea la res puesta no mostr diferencias estad sticas significativas en tre los tratamientos con con centraci n basal 150mg k
5. 0 Ciencias en Edafolog a Cole gio de Postgraduados Monte cillo M xico Estudiante de Doctorado El Colegio de la Frontera Sur Unidad Villaher mosa Tabasco M xico 369 SUMMARY The study of plant behavior in petroleum contaminated soils allows the identification and selection of oil pollution indicator spe cies The effect of soil petroleum on the diversity canopy and pro ductivity of a prairie in Southeastern Mexico was studied Different and tempered petroleum concentrations were evaluated on the ger mination growth aerial root and total biomasses and number of nodules The praire was divided in four areas according to the total petroleum hydrocarbons THP concentration 150 2791 9035 and 79457mg kg The largest diversity was found in the two most con taminated soils but biomass production was 50 lower than in the soil with less THP Three sequential experiments were carried out on sprouts for a 32 day exposure to oil and on plants for a 150 day exposure using a random factorial analysis and the species RESUMO O estudo do comportamento de plantas em solos contaminados com petr leo permite identificar e selecionar esp cies fito indicadoras de tal contamina o Estudou se o efeito do petr leo no solo sobre a diversidade cobertura e produtividade em um prado no sudeste do M xico Avaliaram se diferentes concentra es de petr leo novo e intemperizado na germinac o crescimento biomassa a rea rad
6. Ne 7 reas 2 a 4 con 2791 9035 y 79457mg kg de petr leo intemperizado respectivamen te y las cinco especies vege tales arriba mencionadas con cuatro repeticiones por trata miento Se aplic un dise o completamente al azar con arreglo factorial 4x5 Se sem braron 100 yemas de cada pasto alem n y egipto y 100 semillas ceboll n tulillo y zarza en cada envase de vi drio El riego con agua desti lada se efectu cada 24h y la humedad del suelo se mantu vo en 23 Las pl ntulas se cosecharon a los 32 d as En la Figura 1 se observan las variables para medir el efecto del petr leo intemperizado Segundo ensayo Evalua ci n de plantas en suelo con petr leo intemperizado El segundo estudio se realiz durante 150 d as 23 nov 2002 a 23 abr 2003 utili zando los cuatro suelos las cinco especies vegetales el dise o experimental el arre glo factorial y las repeticio nes como en el primer ensa yo Se utilizaron contenedo res frascos de vidrio mbar con capacidad de 1800g de suelo Las yemas y las semi llas de las cinco especies vegetales se sembraron en suelo sin petr leo 30 d as antes del inicio del experi mento se trasplantaron dos pl ntulas de 10cm de altura a cada contenedor 15 d as despu s se elimin una pl n tula de cada contenedor Se aplic riego con agua desti lada cada 24h y la humedad se mantuvo en 23 Las va riables evaluadas se mencio nan en la Figura 1 Tercer
7. ensayo Evalua ci n de plantas en suelos con petr leos nuevo e in temperizado Este se realiz durante 150 d as 8 feb a 8 de jun 2003 Se utilizaron las cinco especies vegetales y cinco concentraciones de petr leo el testigo consis tente en el suelo del rea 1 con el menor contenido de HTP 150mg kg tres ni veles 50000 100000 y 150000mg kg de crudo li viano nuevo extra do el 4 feb 2003 y el mayor nivel 371 TABLA Il COBERTURA NDICE DE DIVERSIDAD Y BIOMASA TOTAL EN SUELOS CONTAMINADOS CON CRUDO INTEMPERIZADO Especie vegetal Pasto alem n E polystachya Pasto egipto B mutica Pasto cabez n P virgatum Cebollin Cyperus sp Tulillo Cyperus articulatus Espada o Typha sp Ojilla Thalia sp Florecilla Asteraceae U a de gato S lanceifolium Tule Juncaceae Bejuco 1 Convulvulaceae Bejuco 2 Curcurbitaceae Chipil n silvestre Crotalaria sp Zarza Mimosa pigra Diversidad N mero de especies HTP mg kg ndice de Simpson cobertura Biomasa total g Primavera abril 2002 Oto o noviembre 2002 rea rea 1 2 3 4 1 2 3 4 95 93 3 5 97 90 2 5 50 50 5 3 2 40 5 25 2 40 20 5 25 20 30 35 3 2 5 2 2 3 2 3 3 5 4 3 3 3 3 2 3 2 4 6 6 2 4 9 8 150 2791 9035 79457 0 905 0 866 0 413 0 294 0 942 0 814 0 322 0 234 2350 2300 1905 1053 7190 7091 6135 3858 de crudo intemperizado 79457mg kg Se aplic un dise o compl
8. la nodula ci n Concentraciones bajas de petr leo intemperizado es timularon el crecimiento la longitud de la ra z y la bio masa a rea Igualmente con centraciones bajas de petr leo nuevo promovieron el creci miento la biomasa de la ra z la biomasa a rea y la biomasa total Las mayores concentra ciones de los petr leos intem perizado y nuevo originaron mayores efectos fitot xicos aparentemente a nivel de alte raci n de las enzimas 3 El pasto egipto Brachia ria mutica y la leguminosa zarza Mimosa pigra fueron 376 las especies m s sensibles a la exposici n a los petr leos intemperizado y nuevo indi cando mejor la toxicidad del petr leo en el suelo por lo que se pueden utilizar como especies fitoindicadoras de suelos contaminados con pe tr leo AGRADECIMIENTOS El primer autor agradece al Consejo Nacional de Ciencia y Tecnolog a de M xico CONACYT por el financiamiento del proyecto I 139336 B y a Maurico Or tiz Ocampo por la informa ci n proporcionada REFERENCIAS Banks KM 1997 Phytoremedia tion of petroleum contami nated soils Field assessment En Alleman BC Lesson A Chairs In Situ and On Situ Bioremediation Vol 3 Bat telle Columbus Ohio EEUU pp 305 308 Bossert I Bartha R 1985 Plant growth in soils with a history of oily sludge disposal Soil Sci 140 75 77 Cunningham SD Anderson TA Schwab AP Hsu FFC 1996 Phytoremediation of soil con
9. mayor sensibilidad de la zarza a la exposici n del petr leo intemperizado fue evidente en el n mero de n dulos en las ra ces Los n dulos se forma ron en los dos suelos con me nor concentraci n de petr leo intemperizado Tabla III Crecimiento biomasa y nodulaci n de plantas en suelo con petr leo intemperizado La altura de la planta la biomasa y la nodulaci n evi denciaron diferencias estad s ticas significativas p lt 0 05 entre las medias de los trata mientos con diferentes con centraciones de petr leo in temperizado en el suelo Ta bla IV La altura y la bioma sa de las cinco especies vege tales y la nodulaci n de la 373 zarza fueron severamente re ducidas por el efecto de 7945Tmg kg de petr leo en el suelo La mayor disminu ci n de la altura fue 14 ve ces en plantas de zarza la mayor reducci n de la pro ducci n de biomasa total fue 126 veces en plantas de zar za la nodulaci n en esta le guminosa tuvo el mismo comportamiento Las plantas de ceboll n y tulillo pertenecientes al g ne ro Cyperus presentaron me nor sensibilidad al petr leo en el suelo los resultados de al tura de planta y biomasa total no tuvieron diferencias signi ficativas entre los tratamientos con 150 2791 y 9035mg kg pero s hubo diferencia al es tablecerla en suelo con 79457mg kg Las plantas del g nero Cyperus acompa an a los cultivos que han evolucio nado en sitios contaminados Gr
10. pl ntulas y para plantas se dise un protocolo Se evaluaron germinaci n al tura longitud de ra z biomasa y n mero de n dulos Hubo diferen cias significativas en todas las variables en pl ntulas y plantas de las cinco especies La germinaci n se asoci positivamente con las mayores concentraciones de petr leo intemperizado pero se reduje ron crecimiento longitud de la ra z biomasa y n mero de n dulos en pl ntulas En plantas todas las variables fueron reducidas Las especies m s sensibles mejores fitoindicadoras de niveles t xicos fue ron E polystachya y B mutica en pl ntulas y M pigra en plantas Introducci n El petr leo est formado Huesemann 1994 Dorn et al 1998 por la fracci n polar asfaltenos y resinas por los hidrocarburos saturados y aro m ticos y por concentraciones bajas de Ni Fe y V Freed man 1995 Los hidrocarburos producen efectos da inos en animales y plantas Pothuluri y Cerniglia 1994 Dorn et al 1998 Lin y Mendelssohn 1998 La inhibici n de la ger minaci n la disminuci n del crecimiento vegetal y la muerte de las plantas son indicadores de la toxicidad de los hidrocar buros Powell 1997 El creci miento de las plantas puede ser inhibido por la exposici n a concentraciones iguales o su periores a 40000mg kg de hidrocarburos totales del pe tr leo HTP mientras que concentraciones inferiores a 5000mg kg normalmente no causan efecto
11. taminated with organic pollut ants Adv Agron 56 55 114 Cha neau HC Morel LJ Oudot J 1997 Phytotoxicity and up take of fuel oil hydrocarbons J Environ Qual 26 1478 1483 Dorn PH Salanitro J 2000 Tem poral ecological assessment of oil contaminated soils before and after bioremediation Chemosphere 40 419 426 Dorn PH Vipon T Salanitro J Wisniewsky H 1998 Assess ment of the acute toxicity of crude oils in soils using earth worms microtox and plants Chemosphere 37 845 860 Drevon JJ 1995 Importancia y posici n de varios sistemas fijadores de nitr geno atmos f rico En Manual T cnico de la Fijaci n Simbi tica del Nitr geno Leguminosa Rhizo bium FAO Roma Italia pp 9 13 EPA 1986 Method 418 1 mod Petroleum Hydrocarbons Total Recoverable Spectrophotomet ric Infrared Environmental Protection Agency Washington DC EEUU 8 pp FAO 1998 World Reference Base for Soil Resources World Soil Resources Reports N 84 ISSS ISRIC FAO Italy 91 pp Freedman B 1995 Environmental Ecology The Ecological Ef fects of Pollution Disturbance and Stresses 2nd ed Aca demic Press San Diego Ca USA 606 pp Grime JH 1982 Estrategias de adaptaci n de las plantas y procesos que controlan la vegetaci n Limusa M xico pp 19 77 Huang X Dixon G Greenberg B 1995 Increased polycyclic aromatic hydrocarbons toxicity following their photomodifica tion in natural sun
12. COMUNICACIONES REPORTS COMUNICACOES ESTUDIO DE TOXICIDAD VEGETAL EN SUELOS CON PETR LEOS NUEVO E INTEMPERIZADO Mar a del Carmen Rivera Cruz y Antonio Trujillo Narc a RESUMEN El estudio del comportamiento de plantas en suelos contamina dos con petr leo permite identificar y seleccionar especies fitoindi cadoras de tal contaminaci n Se estudi el efecto del petr leo en el suelo sobre la diversidad cobertura y productividad en una pra dera en el sureste de M xico Se evaluaron diferentes concentracio nes de petr leo nuevo e intemperizado en la germinaci n creci miento biomasa a rea radical y total y n mero de n dulos La pradera se dividi en cuatro reas seg n la concentraci n de hi drocarburos totales de petr leo HTP 150 2791 9035 y 79457mgkg La mayor diversidad vegetal se encontr en los dos suelos m s contaminados pero la producci n de biomasa se redujo hasta 50 respecto al suelo con menos HTP Se realizaron tres experimentos secuenciales en pl ntulas durante 32 d as de exposici n al petr leo y en plantas durante 150 d as de exposici n en arreglo factorial y dise o al azar con las especies Echinochloa polystachya Brachiaria mutica Cyperus articulatus Cyperus sp y Mimosa pigra Se prepa raron tres concentraciones 50000 100000 y 150000 mg kg para compararlos con el petr leo intemperizado 79457mg kg Se aplic el protocolo OCDE N 208 para evaluar efecto t xico en
13. M xico 112 pp Plice MJ 1946 Some effects of crude petroleum on soil fertil ity Proc Soil Sci Soc Amer 13 413 416 Porta A Filliat N Plata N 1999 Phytotoxicity and phytoreme diation studies in soils polluted by weathered oil En Leeson Rome A Alleman BC Eds Phy toremediation and Innovative Strategies for Specialized Re medial Applications Battelle Columbus Ohio EEUU pp 51 56 Pothuluri VJ Cerniglia EC 1994 Microbial metabolism of poly cyclic aromatic hydrocarbons En Chaudry RG Ed Biologi cal Degradation and Bioreme diation of Toxic Chemicals Dioscorides Portland Oregon EEUU pp 92 123 Powell R 1997 The use of plants as field biomonitors En Wang W Gorsuch J Hughes J Eds Plants for Environmen tal Studies Lewis Boca Ra ton FL EEUU pp 47 61 Ramanathan A Burks S 1996 Hazard evaluation of soil con taminants with acuatic and plant toxicity tests Bull Environ Contam Toxicol 56 956 963 Ren L Zeiler Z Dixon B Greenberg B 1996 Photoin duced effects of polycyclic aromatic hydrocarbons on Brassica napus Canola dur ing germination and early seedling development Ecotox Environ Saf 33 73 80 Rivera CMC 2001 Microorganis mos rizosf ricos de los pastos alem n Echinochloa polystach ya H B K Hitchc y cabez n Paspalum virgatum L en la degradaci n del petr leo crudo y el benzo a pireno Tesis Co legio de Postgraduados
14. P 3 Ensayos de toxicidad del pe tr leo con pl ntulas y plantas con protocolos estandarizados Figura 1 Trabajo de campo El estudio se realiz en 6 25ha en el ejido Jos N Rovirosa municipio Hui manguillo Tabasco M xico ubicado en 94 02 31 N y 18 04 54 O La temperatura media anual es de 32 C y la altitud de 20msnm El suelo es un Gleysol antr quico FAO 1998 cultivado con pastos de uso forrajero y en algunas partes existe vegeta ci n nativa herb cea y arbus tiva La concentraci n de HTP en el suelo superficial 0 30cm determinada con el m todo anal tico EPA 418 1 EPA 1986 vari de 150 a 79457 por kg de suelo seco mg kg La concentraci n de HTP fue la base para divi dir el terreno evaluado en cuatro reas Tabla I Se de termin la cobertura vegetal y la producci n de biomasa ve getal en dos pocas primave ra y oto o de 2002 mediante el m todo del metro cuadra do Se cuantific la diversidad vegetal por cobertura Stiling 1999 con el ndice de Simp son D X m N La selec ci n de plantas utilizadas para los ensayos en invernadero se determin por la mayor co bertura vegetal Ensayos de fitotoxicidad Los tres ensayos en inver nadero Figura 1 se realiza ron en las instalaciones del Campus Tabasco del Colegio de Postgraduados localizado JUL 2004 VOL 29 N 7 IVERCIENCIA l Trabajo de campo Cuantificaci n del contenido de HTP Diver
15. a 42b 2 50000 S4ba 29a 23a 52a 3 79457 18c 3 6c 2b 5 6c 4 100000 59b 33a 22a 55a 5 150000 8d 1 3c 1b 2 3c Pasto egipto 1 150 160a 44a 34a 78a 2 50000 144b 34ba 29a 63a 3 79457 34c lc 0 8b 1 8c 4 100000 141b 30b 12b 42b 5 150000 2d lc 0 8b 1 8c Ceboll n 1 150 53a 6a 5 8b 11 8b 2 50000 55a 5a 13a 18a 3 79457 29c 1 3b 0 8c 2 16 4 100000 39b Sa 7b 12b 5 150000 0d 0b 0d 0c Tulillo 1 150 76a 10a 9b 19a 2 50000 63a 8a 16a 24a 3 79457 Tc 1 4b 0 8c 2 2b 4 100000 33b 1 2b 5cb 6 2b 5 150000 25b 0 4b 1 8c 2 2b Zarza 1 150 149a 18a 42a 60a 40a 2 50000 94b 5b 10b 15b 22b 3 79457 9d 0 8d 0 3d 1 1d 0000 4 100000 38c 3c 5c 8c 0c00 5 150000 0e 0d 0d 0 4d 0000 Petr leo nuevo Medias con la misma letra dentro de cada especie vegetal no tienen diferencias estad sticas Tukey p lt 0 05 Petr leo intemperizado Las plantas no sobrevivieron a esta concentraci n de petr leo nue vo 0No hubo formaci n de n dulos la leguminosa Zarza y en consecuencia elimina la no dulaci n Crecimiento biomasa y nodulaci n en plantas en suelos con petr leos nuevo e intemperizado La altura de la planta la biomasa de la ra z la bio masa a rea la biomasa total y el n mero de n du los fueron estad s ticamente diferen tes p lt 0 05 entre los tratamientos con diferentes concentraciones y edades de petr leos Tabla V La altura de la planta y la p
16. al fue hasta 50 menor res pecto al rea 1 150mg kg donde hubo manejo agr cola intensivo del productor prade ras compuestas por los pastos alem n y egipto Las reas 1 y 2 tuvieron menor diversidad vegetal porque el pasto alem n o el pasto egipto con numero sos tallos vigorosos alcanza ron una alta dominancia con coberturas mayores al 90 Las reas 3 y 4 tuvieron ma yor diversidad vegetal al haber menor competencia encontr n dose espacios libres entre los macollos de los pastos cuyos tallos primarios son delgados JUL 2004 VOL 29 N 7 IVERCIENCIA TABLA IV RESPUESTA DE LAS PLANTAS A LOS 150 D AS DE EXPOSICI N EN SUELOS CONTAMINADOS CON PETROLEO INTEMPERIZADO Especie Suelo Concentraci n Altura Biomasa Biomasa Biomasa N dulos vegetal HTP mg kg pl ntula cm ra z g a rea cm total g n Pasto alem n 1 150 69a 28a 14a 14a 2 2791 59b 11b 7b 18b 3 9035 34c 10b 7b 17b 4 79457 27c 2c 2c 4c Pasto egipto 1 150 143a 16a 17a 33a 2 2791 131la 11b 16a 27b 3 9035 96b 9b 13a 22b 4 79457 36c lc 1b 2c Ceboll n 1 150 39a 6a 6a 12a 2 2791 37a 3b 5 6ba 8 6b 3 9035 35a 3b 4 6b 7 6b 4 79457 6b 0 2c 0 4c 0 6c Tulillo 1 150 50a 1 la 1 9a 3 09a 2 2791 49a 0 8b 2a 2 8a 3 9035 43a 0 4b 1 4b 1 8a 4 79457 13b 0 05c 0 09c 0 14b Zarza 1 150 129a 15a 28a 43a 30a 2 2791 84b 2 3b 8 7b 11b 0b 3 9035 36c 0 5b 1 5c 2 0c 0b 4 79457 9 6d 0 5b 0 29c 0 34c 0b
17. del petr leo intemperiza do en donde solamente ger min el 17 de las yemas sembradas Tabla III Otra respuesta fisiol gica importan te fue que las tres especies sembradas con semilla ce boll n tulillo y zarza tuvie ron menores IRF que el con trol 150mg kg El efecto fitot xico fue menor porque INERCIENCIA JUL 2004 VOL 29 N 7 el petr leo estimul la germi naci n de la semilla Tabla V y Figura 3a Parece ser que ciertas fracciones del petr leo pueden funcionar como auxinas vegetales promotoras de la germinaci n de la semi lla Bossert y Bartha 1985 Salanitro et al 1997 La germinaci n de las semillas y de las yemas en el suelo con 79457mg kg de HTP fue mayor que en los suelos con 2791 9035mg kg Tabla II Apa rentemente el efecto fitot xico fue menor ya que se reduje ron los valores de los IRF de los dos pastos Los menores IRF mayor germinaci n en los dos pastos parece ser una respuesta de defensa para ase gurar la reproducci n sin embargo el efecto positivo inicial de la mayor concentra ci n de petr leo fue aparente porque a los 32 d as se en contraron menor altura menor biomasa total Tabla II ra ces cortas y engrosadas posi blemente originadas por da os f sicos del petr leo Se ha re portado menor retenci n y disponibilidad de agua en suelos contaminados por la formaci n de pel culas hidro f bicas que rodean a los agre gados del suelo provocan
18. do menor absorci n de agua Li et al 1997 Sawatsky y Li 1997 Los IAF a los 32 d as en pl ntulas de las cinco espe cies muestran una relaci n proporcional al incremento de la concentraci n de pe tr leo Figura 3b Los dos pastos fueron m s tolerantes a la toxicidad del petr leo intemperizado en cambio la planta de ceboll n fue la m s sensible en el suelo con 79457mg kg con un IAF de 34 7 originado por la reduc ci n de 19 veces de la altura y 9 veces la longitud de la ra z Tabla II Las cinco especies vegeta les expuestas al petr leo in temperizado durante 150 d as muestran IAF similares en los pastos y las ciper ceas en los tratamientos con HTP de 150 2791 y 9033mg kg Figura 3c en cambio en la planta de zarza los IAF fueron ma yores conforme aument la cantidad de petr leo La zarza establecida en suelo con 7945 7mg kg alcanz un IAF de 295 debido a la ausencia de formaci n de n dulos me nor cantidad de biomasa y menor altura de la planta Ta bla IV fue la especie m s sensible a la exposici n al pe tr leo La comparaci n del suelo control con HTP basal 150mg kg con los suelos con tres concentraciones de petr leo nuevo 50000 100000 y 150000mg kg y con la mayor concentra ci n de petr leo intemperi zado 79457mg kg evi dencia interrelaciones inte resantes Figura 3d Los IAF de las cinco especies evaluadas en los suelos control y con 50000mg kg
19. etamente al azar con arreglo factorial 5x3 y cuatro repeticiones por trata miento El manejo y las va riables evaluadas fueron las mismas del segundo ensayo An lisis estad stico Se aplic el procedimiento GLM para el an lisis estad stico as como la prueba de Tukey para determinar diferencias esta d sticas de las medias de los tra tamientos p lt 0 05 SAS 1989 TABLA HI ndices de fitotoxicidad El ndice de fitotoxicidad re presenta la respuesta de la pl ntula o la planta a la exposi ci n a los petr leos nuevo o intemperizado Se compararon a nivel de pl ntula con la RESPUESTA DE LAS PL NTULAS A LOS 32 D AS DE EXPOSICI N EN SUELOS CONTAMINADOS CON PETR LEO INTEMPERIZADO Especie Suelo Concentraci n Germinaci n Altura Longitud Biomasa N dulos vegetal HTP mg kg pl ntula cm ra z cm total g N Pasto alem n 1 150 100a 16 6b 12ba 3 4a 2 2791 40b 3la 18 7a 4a 3 9035 33d 8b 4 6b 2b 4 79457 46c 8 7b 9 6b 2 3b Pasto egipto 1 150 88b 17b 13b 3 4b 2 2791 33c 32a 22a 4 5a 3 9035 17d 14b 9cb 2 3c 4 79457 100a 5 9c 6c 1 9c Ceboll n 1 150 35d 19a 9b 6a 2 2791 80b 17a 14a 5b 3 9035 100a 6b 5c 3 7c 4 79457 50c lc ld ld Tulillo 1 150 36d 20a 10b 8a 2 2791 82b 18a 16a 6b 3 9035 100a 7b 6c 4 5c 4 79457 50c 2c 2d 2d Zarza 1 150 46c 6a 6a 8 2a 3a 2 2791 67b Ta 8a Sab 4a 3 9035 4Te 6a Ta 6b 0 47b 4 79457 100a 4b 3b 4c 0b Medias con la misma l
20. etra dentro de cada especie vegetal no tienen diferencias estad sticas Tukey p lt 0 05 372 prueba de Tukey p lt 0 05 los resultados de medias de la germinaci n altura de pl ntu la longitud de ra z biomasa total y el n mero de n dulos de la leguminosa zarza En las plantas se compararon la altu ra biomasa de ra z a rea y total y n mero de n dulos El c lculo del ndice relativo de fitotoxicidad IRF se realiz para cada especie vegetal y para cada variable Los IRF de cada una de las variables eva luadas del tratamiento control 150mg kg se tomaron como referencia para medir los efec tos del petr leo nuevo o in temperizado El ndice absolu to de fitotoxicidad IAF se determin para cada una de las cinco especies vegetales me diante la suma de los IRF co rrespondientes Los IRF y los IAF mayores representan ma yor efecto fitot xico y vicever sa Los valores de los ndices se calcularon como IRF Tra tamiento testigo Tratamiento con petr leo e IAF XIRF Resultados y Discusi n Diversidad vegetal y biomasa total en suelos contaminados con petr leo intemperizado La diversidad vegetal y la biomasa total en las cuatro reas fueron diferentes en los muestreos realizados en abril y noviembre de 2002 Tabla ID La diversidad fue mayor en ambos muestreos en las reas 3 y 4 que tienen 9035 y 79457mg de HTP por kg de suelo seco respectivamente pero la producci n de biomasa tot
21. g y con 50000mg kg Tabla V En investigaciones reali zadas por Rivera 2001 quien evalu la respuesta del pasto alem n a 50000 y 100000mg kg de HTP de pe tr leo nuevo se encontraron diferencias estad sticas signifi cativas en la biomasa total del pasto alem n durante 120 d as La Figura 2 muestra la va riaci n de la biomasa total de las cinco especies vegetales a los 150 d as por el efecto de los hidrocarburos del petr leo La disminuci n generalizada de la biomasa total fue severa por el efecto t xico del petr leo intemperizado lo que su giere que una fracci n no presente en el petr leo nuevo origina mayor disminuci n de la producci n de biomasa de las cinco especies vegetales aunque la concentraci n con 150000mg kg tambi n produ jo efecto similar en el volu men de la biomasa ndices relativos y absolutos de fitotoxicidad Los ndices de fitotoxicidad se determinaron en pl ntula y en planta por el efecto de la exposici n de las yemas se millas pl ntulas y plantas a los petr leos nuevo e intem perizado en el suelo La ger minaci n de las yemas de los pastos alem n y egipto fue m s afectada que las otras tres especies durante 32 d as de exposici n Figura 3a Los IRF de los pastos fueron mayores en los tres suelos m s contaminados respecto al tratamiento control y el ma yor ndice se present en la germinaci n del pasto egipto en suelo con 9035mg kg de HTP
22. ical e total e o n mero de n dulos O prado dividiu se em quatro reas segundo a concentrac o de hidrocarbonetos totais de petr leo HTP 150 2791 9035 e 79457mg kg 1 A maior diversidade vegetal en controu se nos dois solos mais contaminados mas a produc o de biomassa reduziu se at 30 com respeito ao solo com menos HTP Realizaram se tr s experimentos seqiienciais em pl ntulas durante 32 dias de exposi o ao petr leo e em plantas durante 150 dias de ex posi o em arranjo fatorial e modelo ao azar com as esp cies Echinochloa polystachya Brachiaria mutica Cyperus articulatus Cyperus sp and Mimosa pigra Three concentrations 50000 100000 y 150000 mg kg were prepared for comparison with tem pered petroleum 79457mg kg OECD Protocol N 208 was applied to evaluate the toxic effects on sprouts and a protocol was designed for plants Germination height root length biomass and number of nodules were evaluated Significant differences were found in all variables in sprouts and plants of the five species Germination was positively associated with the largest tempered petroleum concentra tions but growth root length biomass and number of nodules were reduced in sprouts In plants all the variables were reduced The most sensitive species best phytoindicators of toxic levels were E polystachya and B mutica in sprouts and M pigra in plants Echinochloa polystachya Brachiaria mutica Cyperus articulatus Cyperus s
23. ime 1982 Estas plantas son ruderales cuya adaptaci n esta dirigida hacia la supervi vencia en situaciones en don de imperan factores limitantes y alta perturbaci n Las plantas de zarza fue ron las m s sensibles a la presencia de petr leo intem perizado en el suelo Los valores mayores de altura biomasa de ra z a rea y to tal as como del n mero de n dulos ocurrieron en el suelo con 150mg kg y los m s bajos se encontraron en el suelo con 79457mg kg La ausencia total de n dulos en la ra z de las plantas de zarza en los tres suelos m s contaminados puede ser atri buible a las condiciones am bientales desfavorables Drevon 1995 que en este caso particular se debe a la presencia de petr leo lo que inhibe las poblaciones de rizobia No obstante lo ante rior si se comparan los da tos de nodulaci n reportados en las Tablas IV y V parece ser que una fracci n del pe tr leo intemperizado no pre sente en el tratamiento con 50000mg kg de petr leo nuevo es el factor restrictivo que inhibe o elimina en el suelo la poblaci n de rizobia espec ficos en la rizosfera de 374 TABLA V CRECIMIENTO BIOMASA Y NODULACI N DE LAS PLANTAS A LOS 150 D AS DE EXPOSICION EN SUELOS CON PETROLEOS NUEVO E INTEMPERIZADO Especie Suelo Concentraci n HTP Altura Biomasa Biomasa Biomasa N dulos vegetal mg kg Base seca planta cm ra z g a rea cm total g n Pasto alem n 1 150 142a 19b 23
24. kg Tabla III Re sultados semejantes fueron encontrados por Plice 1946 en cultivo de algod n con aplicaciones de concentracio nes bajas de productos aceito sos para el control de plagas La mayor producci n de bio masa total de los pastos ale m n y egipto se encontr en el suelo con 2791mg kg lo cual demuestra mayor toleran cia al petr leo En las otras tres especies fue en el suelo con 150mg kg donde se pro dujo mayor biomasa Cabe se alar que aunque el porcen taje de germinaci n fue ma yor en el suelo m s contami nado no se reflej en la bio masa porque las ra ces crecie ron muy atrofiadas cortas y gruesas adem s la altura de la planta y la longitud de la ra z fueron severamente afec tadas Tabla MI La exposici n de las plan tas al petr leo pueden inhibir el crecimiento y la produc ci n de biomasa Huang ef al 1995 Ramanathan y Burks 1996 aumentar la biomasa Bossert y Bartha 1985 Salanitro et al 1997 Dorn et al 1998 Dorn y Salanitro 2000 e incluso no producir efectos fitot xicos Ren etf al 1996 Ortiz 2001 Esta respuesta variable depende seg n Ortiz 2001 de los tipos de petr leo y de suelo de la especie vegetal y de las condiciones generales de experimentaci n El efecto promotor del petr leo es atri buible a que ciertos hidrocar buros o sus metabolitos fun cionan como auxinas natura les Bossert y Bartha 1985 Salanitro et al 1997 La
25. light im pacts on the duckweed Lemna gibba L G 3 Ecotox Environ Saf 32 194 200 Huesemann HM 1994 Guidelines for land treating petroleum hy drocarbon contaminated soils J Soil Contam 3 299 318 INEGI 2001 S ntesis de Infor maci n Geogr fica del Estado de Tabasco Instituto Nacional de Estad stica Geograf a e Inform tica Aguascalientes M xico 89 pp Kulakow P 1998 Seed mix and plant density En Remediation Technologies Forum San Fran cisco CA EEUU pp 1 7 Li X Feng Y Sawatsky N 1997 Importance of soil water rela tions in assessing the endpoint of bioremediated soils Plant Soil 192 251 261 Lin Q Mendelssohn IA 1998 The combined effects of phytore mediation and biostimulation in enhancing habitat restoration and oil degradation of petro leum contaminated wetlands Ecol Eng 10 263 274 Maga a AMA 1995 Cat logo de nombres vulgares y cient ficos de plantas de Tabasco DACB Universidad Ju rez Aut noma de Tabasco Villahermosa Tabasco M xico 205 pp NOM 2002 NOM EM 138 ECOL 2002 Diario Oficial de la Federaci n Tomo DLX XXVII N 14 pp 44 53 OECD 1984 Terrestrial plant growth test Guidelines for Testing Chemicals N 208 OECD France pp 1 5 Ortiz OM 2001 Bioensayos con Cyperus elegans para la deter minaci n del potencial fito t xico de suelos contaminados con hidrocarburos en el panta no de Santa Alejandrina Vera cruz Tesis UNAM
26. p e Mimosa pigra Prepararam se tr s concentra es 50000 100000 y 150000 mg kg para comparar com o petr leo intemperizado 79457mg kg Aplicou se o protocolo OCDE N 208 para avaliar efeito t xico em pl ntulas e para plantas se desenhou um protocolo Avaliaram se germina o altura longitude da raiz bi omassa e n mero de n dulos Houve diferen as significativas em to das as vari veis em pl ntulas e plantas das cinco esp cies A germi na o se associou positivamente com as maiores concentra es de petr leo intemperizado mas se reduziram crescimento longitude da raiz biomassa e n mero de n dulos em pl ntulas Em plantas todas as vari veis foram reduzidas As esp cies mais sens veis melhores fito indicadoras de n veis t xicos foram E polystachya e B mutica em pl ntulas e M pigra em plantas Las plantas que crecen en suelos con hidrocarburos como las gram neas Cynodon dactylon y Festuca arundina cea Banks 1997 Echino chloa polystachya y Pas palum virgatum Rivera Cruz et al 2002 y las legumino sas Phaseolus vulgaris y Tri folium repens Banks 1997 Cha neau et al 1997 pue den ser bioindicadores de la calidad del suelo lo que per mite valorar y determinar los factores de riesgo asociados con la exposici n de la plan ta a petr leos nuevo reci n extra do del subsuelo o in temperizado expuesto a las condiciones ambientales al menos durante 20 a os y al petr leo ac
27. roducci n de biomasa total en Biomasa total g 90 LI Pasto alem n las cinco especies vegetales fue mayor en el suelo con me nor concentraci n de HTP 150mg kg Las reducciones m s severas se encontraron en los suelos con 79457mg kg de HTP intemperizado y con 150000mg kg de HTP de pe tr leo nuevo Tabla V E Pasto egipto 150 50000 Intemperizado Cebollin La especie vegetal m s sen sible a la exposici n cr nica del petr leo fue la leguminosa zarza Los resultados obtenidos a los 150 d as muestran que en el suelo control 150mg kg las plantas tuvieron mayor al tura la biomasa m s grande y el mayor n mero de n dulos E Tulillo MM Zarza 100000 150000 Hidrocarburos totales del petr leo mg kg Figura 2 Producci n de biomasa total en cinco especies vegetales en suelos con diferentes concentraciones de petr leos nuevo e intemperizado durante 150 d as de exposici n JUL 2004 VOL 29 N 7 IVERCIENCIA Indice Relativo de Fitotoxicidad w o 0 ic ed 150 2791 9035 79457 Ha S o Q o o Indice Absoluto de Fitotoxicidad N o o 15 2791 9035 79457 300 2504 2004 1504 1004 50 4 150 2791 9035 79457 Hidrocarburos del petr leo intemperizado mg kg 150 50000 79457 100000 150000 Hidrocarburos de los petr leos nuevo e intemperizado mg kg Figura 3
28. s da inos en el crecimiento vegetal Kulakow 1998 Salanitro et al 1997 identificaron que concentracio nes de 4200 a 9600ppm de crudo mediano y 25000 a 26000ppm de crudo liviano in hibieron la germinaci n de las semillas de avena Avena sativa trigo Triticum aesti vum y ma z Zea mays Pruebas ecotoxicol gicas rea lizadas por Dorn y Salanitro 2000 con concentraciones de 37700 a 122200ppm de cru dos liviano mediano y pesado inhibieron la germinaci n de semillas de ma z La produc ci n de biomasa total de plan tas de cebada Hordeum vulgare disminuy hasta 57 por el efecto de la exposici n a 40000mg kg de HTP Porta et al 1999 PALABRAS CLAVE Brachiaria Cyperus Echinochloa Fitotoxicidad Hidrocarburos Mimosa Recibido 09 01 2004 Modificado 26 05 2004 Aceptado 31 05 2004 Mar a del Carmen Rivera Cruz Ingeniero Agr nomo Colegio Superior de Agricultura Tropi cal Tabasco M xico Maestr a en Ciencias y Doctorado en Ciencias en Edafolog a Cole gio de Postgraduados Monte cillo M xico Profesor Investi gador Colegio de Postgradua dos Tabasco M xico Direc ci n Perif rico Carlos A Molina s n km 3 5 H C rde INERCIENCIA JUL 2004 VOL 29 Ne 7 nas Tabasco M xico e mail mariari Ocolpos mx Antonio Trujillo Narc a Ingenie ro Agr nomo Colegio Supe rior de Agricultura Tropical Tabasco M xico Maestr a en 0378 1844 04 07 369 08 3 00
29. sidad Cobertura Biomasa boll n Cyperus sp tulillo Cype rus articulatus y la leguminosa ar Il Muestreo de suelos e An lisis de propiedades f sicas y qu micas contaminados y no contaminados IIl Ensayos de fitotoxicidad del petr leo invernadero Selecci n de plantas bustiva tambi n nativa denomina da zarza Mimosa pigra La identifi caci n de las plantas se corro bor con la infor maci n de Maga a 1995 Primer ensayo Evaluaci n de pl ntulas en suelo con petr leo in Protocolo de prueba OCDE No 208 pl ntula 32 d con petr leo intemperizado Protocolo dise ado planta 150 d con petr leo intemperizado petr leos nuevo lo N 204 de la e intemperizado Protocolo dise ado planta 150 d con temperizado Se utiliz el Protoco Organizaci n para e Germinaci n e Altura cm e Longitud de ra z Biomasa total g e N dulos no Figura 1 Flujograma del trabajo de campo y de los ensayos de fitotoxicidad en H C rdenas Tabasco M xico El clima es c lido h medo con abundantes llu vias en verano y la tempera tura media anual es 25 8 C INEGI 2001 Los ensayos de fitotoxicidad se realizaron An lisis de resultados ndices fitotoxicidad a 47 Altura cm Biomasa de ra z g Biomasa a rea g Biomasa total g N dulos no por variable Establecimiento de diferencias significati
30. umulado en el suelo por derrames cr nicos La Norma Oficial Mexica na NOM EM 138 ECOL 2002 establece que los l mi tes m ximos permisibles de contaminaci n en suelos con usos agr cola o de conserva ci n o forestal no deben re basar 1000mg de HTP por 370 cada kg de suelo seco NOM 2002 La norma ambiental en M xico no uti liza plantas como indicado res de toxicidad en el suelo y la Ley General del Equili brio Ecol gico y la Protec ci n al Ambiente no especi fica el uso de estos bioindi cadores Para obtener indica dores de fitotoxicidad del petr leo en suelos de las zo nas petroleras de Tabasco es necesario identificar y medir la sensibilidad de las plantas nativas Los objetivos del presente trabajo fueron a estudiar el efecto del petr leo en el suelo sobre la di versidad cobertura y pro ductividad de una pradera b evaluar y explicar el efec to de diferentes concentra ciones de petr leos nuevo e intemperizado en la germi naci n crecimiento biomasa a rea de ra z y total y en el n mero de n dulos y c identificar especies fitoindi cadoras de la toxicidad del petr leo en el suelo Materiales y M todos Se realizaron tres activida des secuenciales 1 Colecta de plantas en cuatro reas con diferentes concentraciones de petr leo en el suelo 2 Mues treo de suelos en las cuatro reas an lisis de las propie dades f sicas y qu micas y cuantificaci n de los HT
31. vas entre tratamientos la Cooperaci n y Desarrollo Econ mico OECD 1984 Se hicieron tres modificacio nes a se utiliz un recipiente de vidrio m s grande envase de 22cm de ancho 32cm de largo y 7cm de profundidad en lugar de la caja de Petri de 20cm de con las cinco especies con mayor cobertura en las cuatro reas evaluadas los pastos alem n Echinochloa polysta chya y egipto Brachiaria mutica dos especies nativas localmente denominadas ce TABLA I di metro b se sembraron 100 se millas o yemas por unidad experimental y c se evaluaron otras variables El ensayo se realiz del 16 ene al 17 feb 2003 Se utili zaron el suelo del rea 1 con concentraci n basal de HTP 150mg kg los suelos de CARACTER STICAS F SICAS Y QU MICAS DE LA CAPA SUPERFICIAL lt 0 30M DEL SUELO UTILIZADO Variable rea 1 rea 2 NO mg kg 10 NH mg kg 55 P O Olsen mg kg 21 15 CIC cmol kg 24 pH H O relaci n 1 2 4 6 CE dS m 0 47 0 81 Na cmol kg 7 57 Ca cmol kg 9 6 Mg cmol kg 3 87 9 21 K cmol kg 0 12 0 11 MO 28 Textura Migaj n arcillosa Migaj n arcillosa HTP mg kg 150 2791 Migaj n arcillosa 9035 79457 rea 3 rea 4 2 8 9 17 59 17 3 6 56 44 4 7 4 2 1 56 0 55 16 17 5 04 25 0 11 9 15 63 3 63 0 20 0 40 44 84 Migaj n arcillosa Tambi n denominada franco arcillosa loam clay INERDIENCIA JUL 2004 VOL 29
32. yemas del pasto alem n fue inhibida por el petr leo hasta en 33 en cambio el petr leo promovi ligeramente la germinaci n de las yemas del pasto egipto y en m s de dos veces la de las semillas de las dos ciper ceas y de la leguminosa Los resultados de ensayos de germinaci n de Ortiz 2001 con Cyperus elegans fueron similares a los obtenidos con las de ceboll n Cyperus sp y con tulillo C articulatus De acuerdo con Salisbury y Ross 1999 la germinaci n de la semilla ini cia con la hidrataci n o imbi bici n el agua entra al em bri n e hidrata las prote nas despu s inicia la formaci n o activaci n de enzimas que originan un incremento en la INERDIENCIA JUL 2004 VOL 29 Ne 7 actividad metab lica La in fluencia positiva del petr leo sobre la germinaci n de la se milla parece estar ligada a un aumento en la entrada del agua en el endospermo y en la cubierta seminal de modo que ocurren cambios enzim ticos en menor tiempo Los resultados obtenidos no iden tifican las causas que promo vieron la germinaci n y las reacciones deben ser explica das a nivel enzim tico y bio qu mico De acuerdo con Bossert y Bartha 1985 y Salanitro et al 1997 ciertas fracciones del petr leo pueden funcionar como auxinas promotoras de la germinaci n La mayor altura de las pl ntulas y la mayor longitud de las ra ces de las cinco es pecies se present en el suelo con un valor de HTP de 2791mg
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