Uso de la fitoestabilización asistida para facilitar la producción de aromáticas en residuos mineros como estrategia de rehabilitación ambiental y socioeconómica
- Autores: Juan Carlos Beltrá Castillo
- Directores de la Tesis: Silvia Martínez Martínez (dir. tes.), María Gabarrón Sánchez (codir. tes.)
- Lectura: En la Universidad Politécnica de Cartagena ( España ) en 2024
- Idioma: español
- Número de páginas: 253
- Títulos paralelos:
- Use of aided phytostabilization facilitate the production of aromatic plants in mining wastes as an environmental and socieconomic rehabilitation strategy
- Tribunal Calificador de la Tesis: Ángel Faz Cano (presid.), Antonio Sánchez Navarro (secret.), Marija Prodana (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Tecnología y Modelización en Ingeniería Civil, Minera y Ambiental por la Universidad Politécnica de Cartagena
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: Repositorio Digital de la UPCT
- Resumen
- español
La intensa actividad minera desarrollada en el Distrito Minero de Cartagena-La Unión generó grandes cantidades de residuos, entre los que se encuentran los residuos que constituyen las balsas o depósitos mineros. Estos depósitos mineros se caracterizan por presentar condiciones químicas y físicas adversas, que incluyen altas concentraciones de metal/oides y sales, bajo contenido de materia orgánica y escasez de nutrientes, lo que impide el crecimiento y desarrollo de la vegetación. Además, estos residuos presentan riesgos ambientales y de salud pública debido a la dispersión de metal/oides tóxicos a través de los procesos de erosión hídrica y eólica. Para reducir estos riesgos, la formación de suelos de calidad es un requisito imprescindible, ya que favorecerá la colonización, el crecimiento y desarrollo de la vegetación. De este modo, se reducirán las tasas de erosión y, por tanto, la transferencia de metal/oides tóxicos al medioambiente, donde a su vez el suelo creado se convierte en sumidero de carbono, lo que ayuda a mitigar los efectos del cambio climático. De igual modo, ofrece una alternativa con beneficios económicos a los propietarios de zonas mineras, ya que en la rehabilitación pueden ser usadas especies aromáticas pudiendo extraer aceites esenciales comercializables, consiguiendo una rehabilitación ambiental y socioeconómica de los depósitos mineros. El objetivo general de este estudio fue evaluar la eficiencia de la fitoestabilización asistida en el depósito minero Cabezo Rajao, mediante el uso de Piptatherum miliaceum y Coronilla juncea, combinado con la adición de enmiendas orgánicas como biochar y compost e inorgánicas como caliza y zeolita, las cuales mejoran las condiciones físicas, químicas y biológicas del suelo, así como la reducción de la disponibilidad de metal/oides, lo que permitirá el desarrollo de especies aromáticas (Salvia rosmarinus y Thymus zygis), con interés económico. El diseño experimental llevado a cabo en este estudio consistió en la aplicación de 7 tratamientos diferentes, en 21 parcelas localizadas en el depósito minero Cabezo Rajao: (T1)- caliza+biochar, (T2) -caliza+compost, (T3) -caliza+biochar+compost, (T4) -caliza+biochar+zeolita, (T5)-caliza+compost+zeolita, (T6)- caliza+compost+zeolita+biochar y 1 tratamiento sin enmiendas (tratamiento control, sólo con el residuo minero original). Cada uno de estos tratamientos se aplicó por triplicado. Se realizaron 6 muestreos durante el ensayo (M0-M5): (M0 - 01/2019; M1 - 03/2019; M2 - 06/2019; M3 - 11/2019; M4 - 05/2020; M5 - 05/2021), lo que permitió conocer la evolución de los parámetros analizados a lo largo del tiempo. Se tomaron muestras de suelo para abordar el estudio de las propiedades/características, la concentración de metal/oides, el efecto sobre las comunidades microbianas y la ecotoxicidad sobre Folsomia candida y Enchytraeus crypticus en los diferentes tratamientos aplicados en las parcelas. Del mismo modo se recogieron muestra de planta (tallo+raíz) de P. miliaceum, S. rosmarinus y T. zygis para determinar el contenido de metal/oide, y muestra de material vegetal de las dos especies aromáticas para la extracción de aceites esenciales. Una vez al mes se realizaron las mediciones de los gases efecto invernadero, y se evaluaba el desarrollo de la cobertura vegetal en cada una de las parcelas. Tras la aplicación de las enmiendas (M1) se mejoraron las propiedades y nutrientes del suelo, así como la estructura y diversidad de la comunidad microbiana, contribuyendo a mejorar su calidad, y favoreciendo el desarrollo de la cobertura vegetal (P. miliaceum, C. juncea, T. zygis y S. rosmarinus). En relación con los contenidos de metal/oides, las fracciones más móviles se redujeron, pasando a las fracciones más estables. En el Cd y Zn las concentraciones disminuyeron significativamente en la fracción intercambiable y aumentaron en la fracción asociada a carbonatos y retenida en los óxidos de Fe/Mn. En el Pb disminuyeron las concentraciones asociadas a óxidos de Fe y Mn, y aumentaron en la fracción residual y en la fracción asociada a carbonatos. El contenido de As retenido en la fracción asociada a óxidos de Fe y Mn disminuyó, aumentando el contenido en la fracción residual. Los bioensayos de ecotoxicidad con los diferentes tratamientos también mostraron la afinidad de los organismos por los suelos enmendados de nuestro estudio. En cuanto a la bioacumulación y translocación de metal/oides en las especies vegetales, el P. milliaceum al final del estudio no mostró indicios de bioacumulación ni translocación de metales. Por su parte, T. zygis y S. rosmarinus no se mostraron como especies bioacumuladoras, sin embargo T. zygis presentó translocación de As y Cd y, S. rosmarinus de Zn y Cd. En general, el contenido del metal en la parte aérea no sobrepasaba los valores máximos fitotóxicos. Además, se comprobó que estas dos especies aromáticas eran adecuadas para la obtención de aceites esenciales. De todos los tratamientos aplicados, el tratamiento T5 contribuía en mayor medida a favorecer la calidad del suelo. En definitiva, la aplicación de la fitoestabilización asistida basándose en las enmiendas aplicadas con el tratamiento (T5), podría resultar ser una alternativa prometedora para ser aplicada a mayor escala en futuros proyectos de rehabilitación de emplazamientos mineros.
- English
The intense mining activity carried out in the Cartagena-La Unión Mining District generated large quantities of waste, generating mining ponds or deposits. These mining ponds are characterized by adverse chemical and physical conditions, including high concentrations of metal/oids and salts, low organic matter content and nutrient scarcity, which prevent the growth and development of vegetation. In addition, these wastes present environmental and public health risks due to the dispersion of toxic metal/oids through water and wind erosion processes. To reduce these risks, the formation of quality soils is an essential requirement, as it will favor the colonization, growth, and development of vegetation. In this way, erosion rates will be reduced and thus the transfer of toxic metal/oids to the environment, where the soil created becomes a carbon sink, helping to mitigate the effects of climate change. Moreover, offering an alternative with economic benefits to the owners of mining areas, since aromatic species can be used in the rehabilitation and marketable essential oils can be extracted, achieving an environmental and socioeconomic rehabilitation of the tailing ponds. The general objective of this study was to evaluate the efficiency of aided phytostabilization in the Cabezo Rajao tailing pond, using Piptatherum miliaceum and Coronilla juncea, combined with the addition of organic amendments, such as biochar and compost, and inorganic amendments such as, limestone and zeolite, which improve the physical, chemical and biological conditions of the soil, as well as reducing the availability of metal/oids, which will allow the development of aromatic species (Salvia rosmarinus and Thymus zygis), of economic interest. The experimental design carried out in this study consisted of the application of 7 different treatments in 21 plots located in the Cabezo Rajao mining deposit: (T1)- limestone+biochar, (T2) - limestone+compost, (T3) - limestone+biochar+compost, (T4) - limestone+biochar+zeolite, (T5) - limestone+compost+zeolite, (T6) - limestone+compost+zeolite+biochar and 1 treatment without amendments, (control treatment, only with the original mining residue). Each of these treatments was applied in triplicate. Six samplings were carried out during the study (M0-M5): (M0 - 01/2019; M1 - 03/2019; M2 - 06/2019; M3 - 11/2019; M4 - 05/2020; M5 - 05/2021), which will allow know the evolution of the parameters analyzed over time. Soil samples were taken to study the properties/characteristics, metal/oid concentration, effect on microbial communities and ecotoxicity on Folsomia candida and Enchytraeus crypticus in the different treatments applied in the plots. Similarly, plant samples (stem+root) of P. miliaceum, S. rosmarinus and T. zygis were collected to determine the metal/oid content, and samples of plant material from the two aromatic species for the extraction of essential oils. Once a month, greenhouse gas measurements were taken, and the development of vegetation cover was evaluated in each of the plots. After the application of the amendments (M1), soil properties and nutrients improved, as well as soil structure and the diversity of the microbial community, contributing to improve soil quality and favoring the development of plant cover (P. miliaceum, C. juncea, T. zygis and S. rosmarinus). In relation to the metal/oid contents, the most mobile fractions decreased, turning to the more stable fractions. Cd and Zn concentrations significantly decreased in exchangeable fraction and increased in carbonates fractions and Fe/Mn oxides fraction. Cd concentrations Pb decreased at Fe and Mn oxides fraction and increased at residual fraction and bounded to carbonates. Ecotoxicity bioassays with the different treatments also showed the affinity of the organisms for the amended soils in our study. Regarding bioaccumulation and translocation of metal/oids in plant species, P. milliaceum showed no evidence of bioaccumulation or translocation of metals at the end of the study. T. zygis and S. rosmarinus were not bioaccumulating species, but T. zygis showed As and Cd translocation and S. Rosmarinus Zn and Cd translocation. In general, the metal content in the aerial part did not exceed the máximum phytotoxic values. In addition, these two aromatic species were found to be suitable for the production of essential oils. Out of all the treatments applied, the T5 treatment contributed the most to soil quality. In conclusion, the application of aided phytostabilization based on the amendments applied with the treatment (T5) could prove to be a promising alternative to be applied on a larger scale in future mine site rehabilitation projects.
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