Capacidad de remoción de macroelementos, aniones, boro y metales pesados de Hydrocharis laevigata
Removal capacity of macroelements, anions, boron and heavy metals of Hydrocharis laevigata
Maybe Ruiz M. 1, 2; Héctor Aponte 1, 2 *
1 Facultad de Ciencias Veterinarias y Biológicas. Carrera de Biología Marina. Universidad Científica del Sur. Carr. Panamericana Sur km 19, Villa El Salvador – Lima 42, Perú.
2 Coastal Ecosystems of Peru Research Group - COE – Perú, Universidad Científica del Sur. Lima, Perú.
* Autor corresponsal: haponte@cientifica.edu.pe (H. Aponte).
ORCID de los autores:
M. Ruiz M.: https://orcid.org/0000-0002-4387-9567 H. Aponte: https://orcid.org/0000-0001-5249-9534
RESUMEN
Hydrocharis laevigata (Humb. & Bonpl. ex Willd.) Byng & Christenh., es una planta acuática flotante que presenta características de interés para su aplicación en fitorremediación, forraje de organismos acuáticos y captadora de carbono. El objetivo del presente trabajo fue evaluar y cuantificar la capacidad de remoción de macroelementos, aniones, boro y metales pesados de H. laevigata en condiciones de laboratorio. Se utilizaron dos tratamientos con densidades de un 50% a 70% de biomasa vegetal de capacidad de carga. Se analizó la variación de la sustancia en el agua (ΔMA, mg/L), la tasa de remoción (TR, mg L-1 día-1), la eficiencia de remoción (ER, %) y la tasa de crecimiento relativo (TCR). Se determinó que la especie removió el Cu, Fe, Mn, Zn, NO3-, Cl-, Mg, Ca, Na y K. No hubo diferencias entre ambos tratamientos para la ER% y la TR, se tuvo una ER% < 50% para el Cu, Fe, NO3-, Cl-, Ca, Na y K; y una ER% > 50% para el Mn (80%) y Zn (70%-72%). La TCR en el tratamiento T50 (0,06) fue mayor que en el tratamiento T70 (0,03). Los resultados muestran la capacidad de H. laevigata para remover múltiples metales en simultáneo lo que nos sugiere que esta especie tiene potencial para fitorremediación.
Palabras clave: eficiencia de remoción; biorremediación; Hydrocharis laevigata; plantas acuáticas; remoción de metales pesados.
ABSTRACT
Hydrocharis laevigata (Humb. & Bonpl. ex Willd.) Byng & Christenh., is a floating aquatic plant that presents characteristics of interest for its application in phytoremediation, forage of aquatic organisms, and carbon capture, given its rapid growth, high biomass production, and high potential for bioaccumulation of pollutants. The objective of this work was to evaluate and quantify the removal capacity of H. laevigata for macroelements, anions, boron and heavy metals under laboratory conditions. Two treatments with densities of 50% to 70% of vegetal biomass of carrying capacity were used. The variation of the substance in the water (ΔMA, mg/L), the removal rate (TR, mg L-1 day-1), the removal efficiency (ER, %) and the relative growth rate (TCR) were analyzed. It was determined that the species removed Cu, Fe, Mn, Zn, NO3-, Cl-, Mg, Ca, Na and K. There were no differences between the two treatments for ER% and RT, there was an ER% < 50% for Cu, Fe, NO3-, Cl-, Ca, Na and K; and an ER% > 50% for Mn (80%) and Zn (70%-72%). The TCR in the T50 treatment (0.06) was higher than in the T70 treatment (0.03). The results show the ability of H. laevigata to remove multiple metals simultaneously, which suggests that this species has potential for phytoremediation.
Keywords: removal efficiency; bioremediation; Hydrocharis laevigata; aquatic plants; heavy metal removal.
Recibido: 20-01-2025.
Aceptado: 10-05-2025
Las plantas acuáticas son organismos vegetales adaptados a vivir y crecer en ambientes acuáticos, tales como ríos, lagos, estanques y océanos (Bonilla-Barbosa & Santamaría, 2010). Estas hidrófitas desempeñan un papel crucial en los ecosistemas acuáticos, debido a que contribuyen con la producción de oxígeno, brindan hábitats y refugio para diversas especies marinas, colaboran en el mantenimiento de la calidad del agua al absorber nutrientes y sustancias contaminantes orgánicas e inorgánicas, y estabilizan los sedimentos (Mays & Edwards, 2001; Ashraf et al., 2018; Santhakumaran et al., 2020). Además, tienen aplicaciones prácticas, en la fitorremediación son empleadas para purificar cuerpos de agua contaminados de origen antropogénico, y también se utilizan en la ornamentación de acuarios y estanques (Kadono, 2004; Bao et al., 2020).
Numerosas plantas acuáticas flotantes son utilizadas como fitorremediadoras; géneros como Lemna, Eichhornia, Spirodela, Azolla, Wolffiella y Wolffia han demostrado una alta eficiencia para eliminar contaminantes orgánicos e inorgánicos del agua mediante la bioacumulación en sus tejidos vegetales (Ansari et al., 2020). Plantas acuáticas como Pistia stratiotes L., Eichhornia crassipes (Mart.) Solms y Lemna minor L. se emplean específicamente para eliminar iones metálicos presentes en el sistema acuático; de ellas, E. crassipes es capaz de biodegradar contaminantes inorgánicos al concentrar iones metálicos como Zinc (Zn), cobre (Cu), cadmio (Cd), Cromo (Cr) y plomo (Pb) (Sharma et al., 2018). Para que una especie sea seleccionada en fitorremediación debe cumplir con ciertos criterios tales como: la capacidad de absorber distintos tipos de metales pesados, presentar una alta tasa de acumulación de estos incluso en concentraciones bajas, ser de fácil cosecha, ser resistente a plagas y enfermedades y, mostrar una aplicación amigable con el medio ambiente (Rezania et al., 2015).
La capacidad de las plantas para acumular metales y sobrevivir sin sufrir daños en sus tejidos aéreos ha despertado un gran interés científico. Este fenómeno se debe a su capacidad de biodegradar y transformar los metales en formas no tóxicas (Prasad et al., 1999). Para lograr esta tolerancia, las plantas han desarrollado una serie de mecanismos, entre los que se incluye la formación de complejos metálicos, la unión de metales en la pared celular, la quelación de iones metálicos con proteínas y péptidos, y el transporte activo de los metales a las vacuolas (Laghlimi et al., 2015). Es interesante destacar que las plantas acuáticas, en particular aquellas con un alto índice de crecimiento y producción de biomasa, son especialmente eficientes en la absorción de contaminantes y continúan su crecimiento de manera óptima (Celis et al., 2005; Benítez et al., 2008; Martelo & Lara, 2012; Laghlimi et al., 2015). Estos hallazgos resaltan la importancia de comprender los mecanismos que permiten a las plantas adaptarse y tolerar la presencia de metales en su entorno.
El impacto negativo en el desarrollo y crecimiento de las plantas debido a la acumulación de metales tóxicos ha sido ampliamente estudiado, cuando se supera el umbral de tolerancia, se pueden observar efectos indeseables en sus raíces, tallos y hojas (Emamverdian et al., 2015). Kumar et al. (2017) informaron que la exposición de P. stratiotes a efluentes de una fábrica de azúcar, que contenían Mn, Zn, Fe, Cu, Cd, Cr y Pb, resultó en síntomas como amarillamiento de las hojas, clorosis y necrosis. De manera similar, un estudio llevado a cabo por Mishra & Tripathi (2009) demostró que la exposición de Eichhornia crassipes a iones de cromo en concen-traciones de 10 a 20 mg/l provoca amarillamiento de las hojas, clorosis y desprendimiento de las raíces; también, se encontró que el contenido de clorofila, azúcar y proteína en las plantas disminuye conforme aumenta la concentración de metales y el tiempo de exposición, por lo que resulta importante tomar en consideración estos factores cuando se realizan estudios que involucren exposición de especies vegetales a metales pesados.
En las últimas décadas, se han desarrollado diversas tecnologías para la remoción de metales pesados y otros contaminantes inorgánicos y orgánicos en aguas residuales, con el objetivo de mitigar su impacto ambiental y en la salud humana. Entre los métodos convencionales destacan la precipitación química, la coagulación-floculación, la filtración por membranas y la adsorción, aunque estos suelen presentar limita-ciones en cuanto a costos, eficiencia y generación de residuos secundarios (Zhang et al., 2023). La biosor-ción ha emergido como una alternativa prometedora, utilizando biomateriales como algas, hongos y bacterias para eliminar metales como Cu (II), Pb (II), Zn (II) y As(V), alcanzando eficiencias superiores al 90% en condiciones controladas (Elgarahy et al., 2021). Por otro lado, la fitorremediación, especial-mente mediante especies acuáticas, ha ganado relevancia como una estrategia verde y sostenible para la descontaminación de aguas, aprovechando la capacidad de ciertas plantas para absorber, acumular y transformar metales pesados (Jorge et al., 2024). Asimismo, la integración de tecnologías emergentes como la nanotecnología ha permitido mejorar la eficiencia de procesos tradicionales, dando lugar a enfoques como la nano-fitoremediación, que combina nanopartículas con plantas para potenciar la remoción de contaminantes (Tahoon et al., 2020). Estos avances reflejan una tendencia hacia soluciones más sostenibles y eficientes en el tratamiento de aguas contaminadas.
Una especie promisoria para el tratamiento de aguas contaminadas es Hydrocharis laevigata (Humb. & Bonpl. ex Willd.) Byng & Christenh., esta planta acuática se distribuye en áreas subtropicales y tropicales desde Norteamérica a Sudamérica (Cook y Urmi, 1983; Lourenço & Bove, 2017). En Perú se ha reportado en las regiones de Loreto, Ucayali y Lima (Brako & Zarucchi, 1993; Ramírez & Cano, 2010). En los últimos años, esta macrófita flotante se ha convertido en una especie de interés debido a que presenta características como un rápido crecimiento, es captadora de carbono, tiene potencial como forraje, es de rápida propagación y se considera fito-rremediadora para el tratamiento de aguas servidas (Valderrama, 1996; Aponte et al., 2013; Aponte, 2016; Arán et al., 2017). Por estas propiedades ha sido objeto de múltiples estudios con la finalidad de aumentar su productividad y maximizar su propa-gación en sistemas controlados (Aponte & Pacherres, 2013; Aponte, 2016; Aponte, 2017; Campos & Aponte, 2020; Troncoso & Aponte, 2020). Siendo entonces la especie una planta acuática promisoria para la reducción de compuestos en el agua, esta investi-gación buscó evaluar la capacidad de remoción de H. laevigata en una solución compuesta por múltiples metales pesados, boro, aniones y macroelementos.
METODOLOGÍA
Colecta y Limpieza
Se colectaron 6 kg de biomasa de H. laevigata situada en la zona de amortiguamiento del Refugio de Vida Silvestre Los Pantanos de Villa (18L 284263.97 Este, 8649114.35 Sur, 5 msnm). Las muestras fueron llevadas a las instalaciones de la Universidad Científica del Sur, donde se realizó la experimentación. A diferencia de estudios previos (Aponte & Pacherres, 2013; Aponte, 2016, 2017; Campos & Aponte, 2020; Troncoso & Aponte, 2020) las plantas no fueron sometidas a una etapa de aclimatación; esto, para evitar su exposición al medio de cultivo que tiene por característica su enriquecimiento con metales y macroelementos (Aponte & Pacherres, 2013). Las plantas fueron limpiadas con agua, retirando impure-zas y organismos presentes como algas e insectos.
Diseño experimental
Cada unidad experimental estuvo conformada por tanques de 30 L (60 cm x 60 cm x 15 cm) los cuales contenían una solución hidropónica comercial al 25% (siguiendo los lineamientos y recomendaciones de Aponte & Pacherres, 2013, Tabla 1). En dichas unidades experimentales se colocaron 349 g (50% de la capacidad de carga, T50) y 488 g (70% de la capacidad de carga, T70) las cuales definieron respectivamente los tratamientos; la elección de estas densidades permite que la población siga creciendo ya que son menores a su capacidad de carga (0,19 g/cm2, Aponte, 2016). Por cada tratamiento hubo 4 unidades experimentales (réplicas). El experimento tuvo una duración de 7 días, diariamente se registraron la temperatura ambiental y del agua (°C), la humedad (%), iluminación (lux) y pH del agua. La Tabla 1 muestra las condiciones del laboratorio durante la etapa experimental.
Tabla 1
Condiciones durante el experimento. Concentraciones iniciales (mg/L). Se muestra el Promedio ± coeficiente de Variación (%) (Mínimo - Máximo)
Parámetro |
Promedio ± CV (%) (Mín. – Max.) |
Iluminación (lux) |
14527,63 ± 98,17 (3550,00 – 45300,00) |
Temperatura del agua (°C) |
23,79 ± 2,97 (22,63 – 25,00) |
pH del agua |
7,77 ± 0,83 (7,51 – 7,86) |
Temperatura Laboratorio (°C) |
24,62 ± 4,89 (22,30 – 26,90) |
Humedad relativa (%) |
51,89 ± 18,85 (42,00 – 78,00) |
B |
60,20 ± 1,75 (59,10 – 61,20) |
Cu |
0,79 ± 5,80 (0,75 – 0,84) |
Fe |
7,94 ± 6,99 (7,59 – 8,58) |
Mn |
3,62 ± 4,71 (3,48 – 3,81) |
Zn |
1,49 ± 6,47 (1,38 – 1,56) |
SO4-2 |
7113,60 ± 0,81 (7056,00 – 7171,20) |
NO3- |
2935,80 ± 0,98 (2910,60 – 2967,30) |
Cl- |
45191,50 ± 1,42 (44517,00 – 45795,00) |
Mg |
3881,47 ± 1,20 (3830,40 – 3921,60) |
Ca |
12700,00 ± 3,62 (12420,00 – 13230,00) |
Na |
16511,70 ± 1,64 (16263,30 – 16801,50) |
K |
2421,90 ± 4,66 (2340,00 – 2550,60) |
Las unidades experimentales fueron mantenidas al volumen inicial (30 L) durante todo el experimento, para compensar la evaporación se completó con agua destilada cuando era necesario.
Al finalizar el experimento se obtuvo la biomasa seca total (g) y la tasa de crecimiento relativa (TCR) usando la fórmula desarrollada en Hoffmann y Poorter (2002):
TCR =(LnWf-LnWi) /(t2-t1)
donde WF y Wi representan el peso húmedo final e inicial de cada unidad experimental y la diferencia de tiempos (t2-t1) corresponde al número de días que duró el experimento (7 días).
Evaluación de macroelementos, compuestos químicos y metales pesados en agua
Para evaluar los macroelementos (K, Na, Mg y Ca), metaloide (boro), metales pesados (como Mn, Cu, Fe, Zn) y aniones (SO4-2, NO3-, Cl-) en el agua, se tomaron muestras de cada tratamiento al inicio (3 réplicas) y al final del experimento (4 réplicas por tratamiento), estas fueron llevadas al laboratorio de la Universidad Nacional Agraria La Molina en donde se realizó la determinación de K, Na, Mg, Ca, Mn, Cu, Fe y Zn por espectrofotometría de absorción atómica (Perkin Elmer Analyst 200); el B, SO4-2 y NO3- fueron determinados por colorimetría; y los cloruros fueron determinados por titulación con AgNO3. Los procedimientos para estos análisis se encuentran detallados en Chapman et al. (1973).
Se calculó la concentración del elemento/sustancia en el agua al inicio (Mai) y al final (Maf) del experimento. Con estos valores se realizó el cálculo de la diferencia del elemento/sustancia en el agua (△MA) usando la siguiente ecuación:
△MA = Mai - Maf… (1)
Los valores hallados en esta ecuación representan el metal removido del agua y absorbido por la planta.
Los valores de △MA nos permitieron estimar la eficiencia de remoción de cada tratamiento (ER%) usando la siguiente ecuación:
ER% = (△MA .100) /Mai … (2)
La tasa de remoción (TR) por día fue calculada dividiendo △MA entre el número de días del experimento tal como se muestra en la siguiente ecuación:
TR = (△MA) /7 … (3)
Análisis estadísticos
Se realizó un análisis estadístico descriptivo (promedio, desviación estándar y coeficiente de variación) para el △MA, ER, TR y TCR; el análisis del △MA se acompañó de gráficos de barras. Adicionalmente, se compararon los valores iniciales y finales dentro de cada tratamiento usando la prueba de t de student previa verificación de la normalidad (Jarque - Bera) y de homoce-dasticidad (Bartlett). Se compararon el △MA, ER%, TR y la TCR entre los dos tratamientos (T50 y T70) para cada uno de los elementos usando la prueba de T de student previa verificación de la normalidad (Jarque - Bera) y de homocedasticidad (Bartlett). Los gráficos y los análisis corres-pondientes se desarrollaron en los programas R versión 4.1.1 (Rstudio Team, 2021, de acceso libre), Excel 2013© y SPSS versión 22 (en los dos últimos utilizando la licencia de la Universidad Científica del Sur).
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Los resultados obtenidos para el △MA se presentan en la Figura 1 y en el Material suplementario (Tabla S1); en ellos se aprecia que el tratamiento T50 muestra una disminución en la concentración del Ca, Mn, Cl-, Cu, Mg, Fe, K, Zn, Na y NO3-; en el caso del Mn, Mg, Fe, NO3-, K y Zn (p < 0,05) las diferencias son respaldadas por el análisis estadístico (p < 0,05). Por el contrario, al final del experimento se observa una mayor concentración de SO4-2 y B en el agua; siendo esta diferencia significativa solo para el SO4-2 (p < 0,05).
En el tratamiento T70 se observa una disminución de Ca, Mn, Cu, Mg, Fe, K, Zn y NO3-, (similar a lo obtenido en el tratamiento T50); se soportan estadísticamente las diferencias para el Mn, Fe, Zn y NO3- (p < 0,05). Por otro parte, en el caso del Na, SO4-2, Cl- y B, el T70 muestra un aumento de las concentraciones al final del experimento, siendo significativo estadísticamente para el B y SO4-2 (p < 0,05). No se encontraron diferencias (p > 0,05 en la prueba t de student) al comparar el △MA entre los tratamientos para todos los metales, boro, aniones y macroelementos.
Figura 1. △MA del B (A), NO 3 - (B), Cu (C), Cl - (D), Fe (E), Mg (F), Mn (G), Ca (H), Zn (I), Na (J), SO4-2 (K), K (L) en cada tratamiento experimental. Las llaves representan la desviación estándar. Los asteriscos indican un valor de p < 0,05 para la prueba de t de student al comparar el inicio y final del experimento. La línea punteada representa el valor cero para el eje Y.
El presente estudio demuestra la capacidad de H. laevigata para remover simultáneamente metales pesados, boro, aniones y macroelementos, como se evidencia en los valores obtenidos del △MA (Figura 1). Aunque las plantas acuáticas flotantes absorben metales principalmente a través de sus raíces, estos elementos pueden retornar al sistema desde sus tejidos vegetales (Stoltz & Greger, 2002; Bennicelli et al., 2004; Du et al., 2020). Además, ciertos metales o metaloides pueden liberarse en forma gaseosa desde la superficie foliar, contribuyendo a su reincorpo-ración al medio ambiente (Wang et al., 2021; Alimba & Faggio, 2022). Este fenómeno explicaría los valores negativos de △MA observados para B, SO4-2, Cl⁻ y Na (Figura 1A, 1K, 1D, 1J, respectivamente), los cuales podrían deberse a la descomposición y muerte de las plantas en los tratamientos experimentales. Estudios recientes han documentado este comportamiento en especies utilizadas en fitodepuración, donde la liberación de elementos acumulados ocurre durante la senescencia o degradación de biomasa vegetal (Sun et al., 2022; Fikri et al., 2023). Fenómenos similares también han sido reportados en investigaciones con Pistia stratiotes (Lu et al., 2011).
La capacidad de las plantas acuáticas para absorber metales pesados las posiciona como herramientas potenciales en el monitoreo y remediación de aguas contaminadas (Sawidis et al., 1995; Ravera, 2001; Zurayk et al., 2001; Cardwell et al., 2002; Bennett et al., 2003; Wang, 2006). Este proceso de fitoextracción es influenciado por factores como la biodisponibilidad del metal, la especie vegetal, el pH, la secreción de raíces, la temperatura, el oxígeno disuelto, y la capacidad de intercambio catiónico (Buta et al., 2011; Pang et al., 2023). Las plantas pueden limitar la absorción de metales mediante mecanismos como la activación de barreras selectivas en la membrana plasmática, la inmovilización en la pared celular, y la quelación intracelular con fitoquelatinas y metalotioneínas (Wang, 2024; Skuza & Skuza, 2022). Sin embargo, en sistemas multimetálicos, la presencia de diversos iones metálicos puede generar competencia por los sitios de absorción, reduciendo la eficiencia de acumulación de metales específicos (Prasad et al., 1999); por ejemplo, se ha observado que la absorción de Cd²⁺ disminuye en presencia de concentraciones elevadas de Zn²⁺ (O'Keeffe et al., 1984; Hardy & Raber, 1985; Hasan et al., 2007; Zhao et al., 2017). En el presente estudio, se observaron tasas de remoción (TR) variables para cada elemento, lo que podría atribuirse a estas interacciones competitivas. Comparando la TR de H. laevigata con otras especies acuáticas como Myriophyllum aquaticum, Ludwigia palustris y Mentha aquatica, las cuales presentan tasas de remoción de 0,48 mg. L-1. día-1 para Zn, 0,11 mg. L-1. día-1 para Cu y entre 7 - 0,41 mg. L-1. día-1 para Fe (Kamal et al., 2004), se evidencian valores menores (Tabla 2), posiblemente debido a la exposición simultánea a múltiples compuestos, en contraste con las condiciones de estudios previos.
La ER% para todos los elementos se presentan en la Tabla 2. Para el T50 se observa que el Mn y Zn presentan ER% mayores al 50%, mientras que el Cu, Fe, NO3-, Cl -, Mg, Ca, Na y K muestran ER% menores; solo el B y SO4-2 presentan ER% negativos. En el tratamiento T70, ER% del Mn y Zn mayores al 50%, mientras que el Cu, Fe, NO3-, Mg, Ca y K tuvieron valores más bajos; para el caso del B, SO4-2, Cl - y Na se muestran valores negativos. No se encontraron diferencias (p > 0,05) al comparar la ER% de cada elemento/sustancia entre tratamientos. La ER% para cada elemento varió en cada tratamiento experi-mental obteniendo para la T50 un orden descendente de Mn<Zn<Fe<NO3-<Mg<K<Cu<Ca<Cl-<Na<B<SO4-2; para el T70 el orden descendente de la ER% fue de Mn<Zn<Fe< NO3-<K<Cu<Ca<Mg<Cl-<Na<B< SO4-2.
Tabla 2
Eficiencia de remoción (ER, %) y tasa de remoción (TR, mg. L-1. día-1) en Hydrocharis laevigata para cada elemento/sustancia en los tratamientos experimentales. Se muestra el Promedio ± CV (%) [Mínimo – Máximo]
ER% |
|
TR |
|||
T50 |
T70 |
|
T50 |
T70 |
|
Metaloide |
|||||
B |
-3,41 ± 287,07 [-9,95 – 7,84] |
-18,40 ± 63,96 [-31,98 – (-11,27)] |
|
-0,29 ± 295,97 [-0,86 – 0,69] |
-1,57 ± 62,21 [-2,70 – (-0,99)] |
Metales |
|||||
Cu |
11,65 ± 60,12 [3,57 – 16,00] |
8,71 ± 60,34 [3,85 – 14,29] |
|
0,01 ± 57,74 [0,00 – 0,02] |
0,01 ± 65,47 [0,00 – 0,02] |
Fe |
48,85 ± 12,00 [45,06 – 55,59] |
46,71 ± 7,95 [42,69 – 50,00] |
|
0,56 ± 19,35 [0,49 – 0,68] |
0,53 ± 14,27 [0,46 – 0,61] |
Mn |
79,83 ± 0,91 [78,99 – 80,31] |
80,13 ± 0,99 [79,53 – 81,03] |
|
0,41 ± 5,12 [0,40 – 0,44] |
0,41 ± 3,92 [0,40 – 0,43] |
Zn |
69,63 ± 5,77 [65,22 – 73,08] |
72,37 ± 3,76 [69,57 – 75,00] |
|
0,15 ± 12,01 [0,13 – 0,16] |
0,15 ± 10,02 [0,14 – 0,17] |
Aniones |
|||||
SO4-2 |
-43,38 ± 6,83 [-46,76 – (-41,22)] |
-44,88 ± 2,01 [-45,92 – (-44,33)] |
|
-440,91 ± 6,99 [-475,20 – (-415,54)] |
-456 ± 1,38 [-462,86 – (-450,51)] |
NO3- |
26,65 ± 24,51 [19,11 – 30,52] |
20,39 ± 25,85 [16,88 – 26,45] |
|
111,60 ± 23,75 [81,00 – 126,90] |
85,50 ± 25,72 [70,20 – 110,70] |
Cl- |
5,68 ± 113,86 [-1,67 –10,47] |
-0,15 ± 1567,11 [-2,33 – 2,35] |
|
370,21 ± 113,39 [-106,50 – 684,64] |
-10,14 ± 1509,97 [-152,14 – 152,14] |
Macroelementos |
|||||
Mg |
13,87 ± 24,71 [10,05 – 16,67] |
2,85 ± 334,38 [-7,90 – 10,22] |
|
76,78 ± 23,75 [56,28 – 91,20] |
16,16 ± 325,60 [-43,25 – 56,80] |
Ca |
7,99 ± 19,35 [6,35 – 9,42] |
3,85 ± 158,03 [-3,14 – 7,94] |
|
144,29 ± 16,36 [120,00 – 167,14] |
71,43 ± 155,58 [-55,71 – 150,00] |
Na |
0,61 ± 1336,97 [-8,82 – 5,38] |
-3,53 ± 88,92 [-7,15 – (-1,44)] |
|
16,1 ± 1189,56 [-205,03 – 129,13] |
-84,11 ± 90,36 [-171,51 – (-33,51)] |
K |
12,93 ± 25,81 [10,55 – 16,75] |
8,74 ± 71,92 [1,50 – 12,81] |
|
44,57 ± 23,82 [38,44 – 56,83] |
30,64 ± 72,43 [5,01 – 43,46] |
Si bien la ER% de los elementos fue distinta para cada componente, son notorios los valores obtenidos para el Zn y Mn, los cuales superan el 50%. Al comparar la eficiencia de remoción con otros estudios, encontramos en la literatura resultados similares para H. laevigata donde se obtuvo un ER% de 98% para el Zn en un periodo de exposición de 4 días (Fernández et al., 2018); es importante considerar que las condiciones de experimentación fueron diferentes en ambos trabajos (en Fernández et al., 2018 se sometió a H. laevigata al metal de manera individual), en el presente estudio, la exposición simultánea a múltiples metales podría explicar las menores tasas observadas. En Lemna gibba también se han encontrado resultados que coinciden con el presente estudio, la especie ha demostrado eficiencias de remoción de Zn entre 65% y 70% en los primeros dos días, alcanzando hasta 100% después de 10 días, aunque a concentraciones de Zn más elevadas (10–30 mg/L, mientras que en el presente estudio fue de 1,49 mg/L) (Megateli et al., 2009). Por otro lado, Eichhornia crassipes y Pistia stratiotes han mostrado eficiencias de remoción de Zn de hasta 29,45% y 99,89% respectivamente en aguas residuales (Lozano et al., 2024); y porcentajes de remoción entre 77% y 95% para metales pesados como Fe, Cu, Zn, Cd y Cr en un periodo de exposición de 12 días (Mishra & Tripathi, 2009). Estas diferencias resaltan la influencia de factores como la concentración inicial del metal, el pH, la temperatura y la presencia de otros iones en la eficiencia de remoción. En este contexto, estudios futuros que evalúen la ER% de H. laevigata frente a metales de forma individual podrían proporcionar una mejor comprensión de su capacidad fitorremediadora específica.
Al finalizar el experimento se obtuvo la TCR para cada tratamiento experimental. El tratamiento T50 obtuvo la mayor tasa de crecimiento relativo de 0,06 ± 18,78% (0,04 - 0,07) con una ganancia en biomasa de 5,66 g ± 12,19% (5,06 – 6,41), mientras que el tratamiento T70 tuvo una TCR de 0,03 ± 11,84% (0,03 – 0,04) con una ganancia en biomasa de 5,06 g ± 23,15% (4,09 – 6,36); las diferencias se soportan estadísticamente (p < 0,05).
Las plantas acuáticas con altas tasas de crecimiento y productividad son eficientes para acumular contaminantes (Celis et al., 2005; Benítez et al., 2008; Laghlimi et al., 2015; Martelo y Lara, 2012; Dadi-Mamud et al., 2020). H. laevigata tiene esas características lo que nos permite catalogarla como una especie potencial para remover metales pesados (Aponte & Pacherres, 2013). Las diferencias en los valores de TCR entre tratamientos sugiere que una menor biomasa proporciona mayor espacio y recursos para el crecimiento, mientras que, al alcanzar la capacidad de carga, el crecimiento se estabiliza; esto ha sido descrito detalladamente en estudios previos (Aponte, 2016). En el presente estudio el tratamiento con menor biomasa (T50) tuvo una TCR más alta confirmando lo descrito. Es relevante mencionar que se seleccionaron el 50% y 70% de la capacidad de carga conocida para esta especie; resultados distintos de remoción de elementos podrían obtenerse con valores menores al 50%. Por otro lado, exposiciones a concentraciones elevadas de metales pueden inducir tasas de crecimiento negativas en plantas acuáticas, por ejemplo, estudios realizados en E. crassipes muestran una TCR negativa frente a un aumento de la concentración de Cd (> 4 ppm) y Zn (de 2 a 12 ppm) (Hasan et al., 2007); asimismo, la especie ha mostrado una inhibición de crecimiento a concentraciones de cadmio superiores a 5 mg/L, evidenciando estrés y toxicidad (Zhang et al., 2019). En este estudio, se mantuvieron concentraciones de metales dentro de rangos que favorecen el crecimiento óptimo de H. laevigata (siguiendo las recomendaciones de Aponte & Pacherres, 2013), evitando así efectos adversos en la TCR.
En los tratamientos evaluados, se observó una remoción del 11% para el potasio (K+) y del 24% para el nitrato (NO3-), lo que refleja la importancia de estos iones en el metabolismo y crecimiento de las plantas. El nitrato no solo actúa como fuente de nitrógeno, sino que también regula la expresión de transportadores de K+, como NRT1.1, facilitando la absorción y distribución de K+ desde las raíces hacia los tejidos aéreos, particularmente bajo condiciones de limitación de potasio (Fang et al., 2020; Cui & Tcherkez, 2021). Este mecanismo de co-transporte y señalización entre NO3- y K+ es esencial para mantener la homeostasis iónica y optimizar el crecimiento vegetal (Zioni et al., 1971; Coskun et al., 2017).
Por otro lado, la presencia predominante de nitrato en lugar de amonio (NH4+) en la solución nutritiva usada en este estudio favorece la absorción de cationes como calcio (Ca2+) y magnesio (Mg2+). Altas concentraciones de NH4+ pueden inhibir la absorción de estos cationes debido a la competencia por los sitios de transporte y a la alteración del equilibrio iónico en las raíces, lo que puede generar un desequilibrio nutricional (Van Beusichem et al., 1988; Wang & Wu, 2013). La baja concentración de NH4+ en la solución utilizada previene esta respuesta adversa, favoreciendo la absorción eficiente de Ca2+y Mg2+, como se observó en el presente estudio.
El presente estudio proporciona las bases para futuras investigaciones orientadas a evaluar en mayor profundidad la capacidad de remoción de H. laevigata. Los resultados obtenidos reafirman su potencial como especie fitorremediadora en ambientes acuáticos contaminados. Se recomienda, como línea de investigación futura, realizar estudios que analicen la absorción y acumulación de metales de forma individual, lo cual permitiría identificar mecanismos específicos de tolerancia y selectividad. De igual manera, se sugiere el desarrollo de experimentos en condiciones de campo que evalúen la eficacia de la especie en escenarios reales de contaminación, considerando variables ambientales como la estacionalidad, la competencia interespecífica y la dinámica de nutrientes (Wong-Argüelles et al., 2021). Además, integrar estudios fisiológicos y moleculares podría resultar relevante para profundizar en la caracterización del metabolismo de metales en H. laevigata, incluyendo el análisis de genes involucrados en su transporte, acumulación y detoxificación (Khan et al., 2024). Estos alcances permitirán optimizar su uso en estrategias de biorremediación sostenible.
CONCLUSIONES
H. laevigata ha demostrado capacidad para remover de forma conjunta metales pesados (Cu, Fe, Mn y Zn), aniones (NO3- y Cl-) y macroelementos (Mg, Ca, Na y K), lo que respalda su potencial aplicación en la fitorremediación de efluentes complejos, como aguas residuales municipales, industriales y agrícolas. Las mayores eficiencias de remoción (ER%) se observaron para el Mn (80%) y el Zn (70-72%), mientras que elementos como el B y el SO4-2 mostraron una baja eficiencia de remoción.
Para estudios futuros se recomienda evaluar la capacidad de H. laevigata frente a otras sustancias inorgánicas como arsénico (As), plomo (Pb), cadmio (Cd), níquel (Ni) y cromo (Cr), los cuales son comunes en efluentes industriales. También, sería relevante incorporar compuestos orgánicos como pesticidas (atrazina, glifosato), hidrocar-buros aromáticos policíclicos (HAPs) y fármacos emergentes (como analgésicos, antibióticos y hormonas), de esta manera se podría determinar su potencial de fitorremediación frente a contaminantes más diversos y representativos de escenarios reales, y entender los mecanismos implicados en la remoción y tolerancia a distintos contaminantes.
AGRADECIMIENTOS
Agradecemos a la Universidad Científica del Sur por otorgar la Beca Cabieses que permitió el financiamiento de este proyecto y por la facilitación para el uso de sus instalaciones y equipos/materiales; a SERFOR por brindarnos los permisos correspondientes (RA Nº D000891-2921-MIDAGRI-SERFOR-ATFFS-LIMA) para la colecta de la especie y a las personas que me ayudaron en las diferentes etapas del proyecto: Angela, Cristina, Keller, Greaisy, Luciano y Marla.
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