Responses shown by plant populations to real settings of polluted soils: an ecological approach to remediation
- Autores: María Jesús Gutiérrez Ginés
- Directores de la Tesis: Jesús Pastor Piñeiro (dir. tes.), Ana Jesús Hernández Sánchez (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Alcalá ( España ) en 2013
- Idioma: inglés
- Tribunal Calificador de la Tesis: Raimundo Jiménez Ballesta (presid.), Julio A. Camargo Benjumeda (secret.), Anna Barra Caracciolo (voc.), Carmen Lobo Bedmar (voc.), Rocío Millán Gómez (voc.)
- Materias:
- Enlaces
- Resumen
- español
La investigación realizada está referida a emplazamientos con vertederos de residuos sólidos urbanos clausurados en la Comunidad de Madrid, agrupados en diferentes litologías (granitos y gneis, substratos arcósicos -facies Madrid-, calizas y margas) así como a emplazamientos con minas abandonadas situadas en la zona centro de la Península Ibérica. Los objetivos que nos habíamos propuesto alcanzar se han logrado y se exponen en los diferentes capítulos de la tesis, algunos de ellos publicados en revistas internacionales ISI y otros en revisión o enviados. Así mismo, se muestran en un Anexo otras publicaciones concernientes a la transferencia de resultados a la docencia. Los principales resultados obtenidos hacen referencia a: (i) la puesta a punto de diversas técnicas analíticas de contaminantes del suelo y de sus efectos en plantas herbáceas, en especial, la fluorescencia de rayos-X portátil se ha revelado muy eficaz para detectar in situ y de forma fiable, metales pesados y elementos traza; (ii) se muestran muchos datos de tipo cuantitativo referidos tanto a la contaminación de la capa superficial edáfica que afectan a las poblaciones vegetales que se desarrollan en ella (metales pesados, elementos traza, aluminio, cloruros, sulfatos, nitratos y nitritos, hidrocarburos totales, hidrocarburos aromáticos policíclicos, bifenilos policlorados, insecticidas y otros compuestos organoclorados, fenoles y compuestos orgánicos volátiles), además de otros datos respecto a los metales que son absorbidos por especies vegetales autóctonas en estos empalzamientos (especies tolerantes, y acumuladoras de Cu, Zn, Pb y As , y de cuantificación de la fitomasa subterránea); (iii) por otro lado, se han obtenido algunas cepas bacterianas endofitas que demuestran capacidad de incentivar el crecimiento de las plantas y tolerar BaP y otros contaminantes orgánicos (gasoil y mezclas comerciales de PCBs). Aunque se reconoce que, a medida que avanzamos en el conocimiento de la temática abordada, se presentan lagunas que deben seguirse investigando, se valoran muy positivamente los resultados obtenidos para tener en cuenta en la aplicación de técnicas de remediación de suelos contaminados (colonización vegetal para VRSU, fitorremediación con especies que desarrollen bacterias endofitas y toleren varios metales del suelo, y fitoestabilización de metales por el componente radicular de las comunidades vegetales). Así mismo, que la metodología utilizada integrando visiones analíticas concretas con aquellas más holísticas, así como diagnósticos de campo con observaciones a escala de microcosmos y de microscopía electrónica, y a distintos niveles de la organización biológica de las plantas, es básica para aproximarnos a entender la complejidad de esta temática desde un punto de vista ecológico. Muchos de los protocolos seguidos son considerados de interés para la evaluación ecotoxicológica de emplazamientos con suelos contaminados, así como también para aplicar al análisis de riesgos.
- English
This research is based on sites with sealed urban waste landfills in Community of Madrid, grouped by different lithologies (granites and gneisses, arkosic substrates - Madrid facies -, limestone and marl) and sites with abandoned mines of Central Iberian Peninsula. The research group supporting my project had a large database of these scenarios with polluted soils, which was a valuable background that led to the objectives of this thesis:
(i) optimize various analytical techniques of soil pollutants and their effect on grass plants and integrate them in different levels of biological organization; (ii) systematize available information regarding urban landfills sealed with soil from their surroundings and plant populations that have been colonizing them for 30 years, aimed towards the revegetation of these systems; (iii) analyze heavy metals and organic pollutants in topsoil layers of ecosystems located on referred sites and relate them with native plant populations adapted to pollution (tolerant species, metal accumulators and hyperaccumulators); (iv) conduct a set of bioassays in microcosms and greenhouse for remediation (phytoaccumulation, phytostabilization and biodegradation) of polluted soils collected from referred sites.
Hard work was necessary to achieve those objectives: field sampling and preparation of samples for analysis, greenhouse bioassays, application of methods for data analysis, knowing how to adjust them at each scenario. However, the results are provided in an integrated way and presented in chapters that correspond to articles published or to be published in scientific journals (some of them submitted or under review). Additionally, an annex is included to present publications related to transference of the results to education and teaching.
Although the methodology integrates analytic insights with those more holistic, it is evident that the advance in the study of addressed issues exposes gaps that need further work.
Thus, this research opens up possibilities for future research. However, we highlight the following conclusions.
Field portable X-ray fluorescence has proved to be very effective for detecting in situ and reliably heavy metals and trace elements in soils and plants, thus it is interesting in screening research of sites with potentially polluted soils. Much quantitative data is exposed: topsoil layer pollutants that affect plant populations (heavy metals, trace elements, Al, chlorides, sulfates, nitrates and nitrites, hydrocarbons, polycyclic aromatic hydrocarbons, polychlorinated biphenyls, pesticides and other organochlorinated compounds, phenols and volatile compounds); heavy metals and trace elements taken up by plant species growing in sites with polluted soils; underground phytomass grown in them.
Most of analyzed plant species, especially those of Poaceae family, are tolerant to more than one heavy metal at a concentration higher that accepted levels (Cu, Zn, Pb and As).
Only Agrostis castellana resulted to be hyperaccumulator of Cu, Zn and Pb. On the other hand, some endophyte strains with plant growth promoting capacity and tolerant to benzo(a)pyrene and other organics (diesel and commercial mixtures of PCBs) were isolated. These results are interesting for phytoremediation and bioremediation of polluted soils. Likewise, the combined contribution of perennial herbaceous species with rhizomes and species of Poaceae family to phytostabilization of soil heavy metals was assessed. The accumulation of metals by root systems is related to metal concentration in the first centimeters of soil, being higher for Zn, Cu, Cd and Mn.
Finally, many of the followed protocols are considered interesting for ecotoxicological assessment of sites with polluted soils, as well as for risk analysis.
- español
