Elementos traza en gramíneas afectadas por el vertido tóxico de las minas de Aznalcóllar

Elementos traza en gramíneas afectadas por el vertido tóxico delas minas de Aznalcóllar

P. Madejón *, J.M. Murillo, T. Marañón, F. Cabrera, R. LópezInstituto de Recursos Naturales y Agrobiología de Sevilla (IRNAS-CSIC).

Apartado de Correos 1052. 41080 Sevilla. España

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RESUMEN

La inmediata retirada de los lodos mineros que cubrieron en 1998 cerca de 4.600 ha de las cuencas de losríos Agrio y Guadiamar, no impidió que los suelos afectados presenten todavía, tres años más tarde, una impor-tante contaminación residual por metales. Se estudió la acumulación de As, Cd, Cu, Pb, Tl y Zn en la parte aéreade dos gramíneas espontáneas, grama (Cynodon dactylon (L.) Pers.) y sorgo (Sorghum halepense (L.) Pers.), re-colectadas en suelos afectados de la vega del Guadiamar, así como en una parcela testigo experimental en la queno se retiraron los lodos. Las concentraciones de elementos traza en las plantas de la parcela con lodos alcanza-ron niveles tóxicos para el ganado (hasta 157 mg kg–1 de As en grama y 59 mg kg–1 en sorgo; alrededor de 0,7mg kg–1 de Cd en ambas especies; 149 mg kg–1 de Pb en grama y 47 mg kg–1 en sorgo y 36 mg kg–1 de Cu engrama; las concentraciones fueron aún mayores en las plantas sin lavar, tal como serían ingeridas por el ganado).Todo ello justifica las urgentes medidas de limpieza adoptadas. En los suelos «limpios», las gramíneas presenta-ron concentraciones de estos elementos mayores que en las de suelos no afectados por el vertido. En algunospuntos, la grama alcanzó (en muestras sin lavar) concentraciones de Cd (hasta 0,8 mg kg–1), Cu (más de 25 mgkg–1) y Pb (60 mg kg–1) que superaron el umbral de tolerancia para ser consumida por el ganado sin causarleefectos tóxicos. Es importante continuar con un seguimiento periódico de estos niveles de contaminación enplantas y evaluar los posibles riesgos para la red trófica.

PALABRAS CLAVE: Metales pesadosArsénicoGramaSorgo silvestreGuadiamar

Invest. Agr.: Prod. Prot. Veg. Vol. 16 (3), 2001

* Autor para correspondenciaRecibido: 12-3-01Aceptado para su publicación: 21-6-01

INTRODUCCIÓN

Se denominan «elementos traza» a aquellos elementos químicos que tienen una con-centración baja en las plantas (inferior al 0,1 %), independientemente de que sean esen-ciales para su metabolismo o tengan efectos tóxicos (Bargagli, 1998). Los elementos tra-za, como el As, Cd o Tl en condiciones naturales son en general poco abundantes en elagua y el suelo. Por ejemplo, los suelos normales tienen concentraciones de 6 mg kg–1 deAs, 0,35 mg kg–1 de Cd y 0,2 mg kg–1 de Tl (Bowen, 1979). Sin embargo, las actividadesindustriales y mineras pueden originar una contaminación por estos elementos, que pasana las plantas y animales en concentraciones altas, causando efectos tóxicos (Bargagli,1998, Prasad y Hagemeyer, 1999).

La madrugada del 25 de abril de 1998, el dique de contención de una balsa de decan-tación de la mina de los Frailes, en Aznalcóllar (Sevilla), se desplazó unos 60 m, dejandoabierta una brecha de casi 50 m, por donde salió una mezcla de lodos y aguas ácidas(unos 5 millones de m3) que inundó los suelos de las cuencas de los ríos Agrio y Guadia-mar. Esta mezcla se extendió a lo largo de 60 km, entre la balsa y la zona denominadaEntremuros (ya en el límite del Parque Nacional de Doñana, Huelva), dejando una oscurafranja de lodos de unos 300 m a cada margen de ambos ríos (Fig. 1). El grosor de la capade lodos osciló entre los 2 y 30 cm a lo largo de la cuenca, llegando a tener 1,7 m de espe-sor en las inmediaciones de la balsa (Cabrera, 2000).

Los lodos vertidos estaban compuestos, básicamente, por pirita (arsenopirita,75-80 %), esfalerita y galena (5 %), silicatos (cloritas, nantronitas, montmorillonitas),cuarzo y yeso (15-20 %), siendo su composición muy similar a las de las piritas del yaci-miento (ITGE, 1998). Las concentraciones de As, Cu, Pb y Zn eran muy elevadas: 2.900,1.550, 7.900 y 7.100 mg kg–1 respectivamente (ITGE, 1998). Aunque no se tiene informa-ción sobre las aguas de la balsa, se supone que debían ser ácidas y muy ricas en metalespesados (Cabrera, 2000).

Tras el accidente, se procedió a retirar de forma inmediata la capa de lodos, junto conlos primeros 10-20 cm de suelo contaminado subyacente. Esta capa de lodos llegó a cu-brir unas 4.600 ha de terreno (pasto y labor), suponiendo una ingente tarea de limpieza desuelos contaminados, sobre los que tuvieron que operar maquinaria pesada y vehículos detransporte. Al final de la primera campaña de limpieza (1998) se retiraron más de 7 millo-nes de m3 de lodo y suelo, operación que se realizó con el mayor cuidado posible. Sin em-bargo fue imposible evitar que permaneciese cierto nivel de contaminación en la zonaafectada, derivado de la alteración del terreno causada por la propia maquinaria que,como indica Cabrera (2000), provocó el enterramiento de parte del lodo depositado en lasuperficie.

Se ha realizado una segunda labor de limpieza de suelos contaminados en 1999, perose sigue detectando un nivel de contaminación residual en muchas zonas (Cabrera, 2000).La distribución del lodo remanente, a escala de cuenca, se pudo reconocer mediante eltratamiento de las imágenes aéreas obtenidas con el sensor multiespectral Daedalus1268-ATM. En las zonas «más sucias» (5 % del área afectada) prosiguieron las labores delimpieza (López-Pamo et al., 2001).

Incluso en las zonas «más limpias» siguió detectándose cierto nivel de contaminaciónresidual. Según López-Pamo et al. (2001), la variabilidad de las concentraciones de ele-mentos traza seguiría estando relacionada, directamente, con la presencia de lodo rema-nente, apareciendo a muy pequeña escala, de forma que en sólo algunos metros estas con-

430 P. MADEJÓN et al.


ELEMENTOS TRAZA EN GRAMÍNEAS 431

Fig. 1.–Río Guadiamar. Extensión de la zona afectada y situación aproximada de las zonas demuestreo (adaptado del ITGE, 1998)

centraciones pueden aumentar varios órdenes de magnitud. A escala de cuenca, se confir-mó un notable incremento (de 3 a 6 veces, según el elemento) en las concentraciones deelementos traza, respecto a los valores de fondo geoquímico de la zona. En los suelos máscontaminados, estas concentraciones superan los límites establecidos en las normativasespecíficas de diversos países para suelos contaminados. La transgresión de estos límitesde contaminación sigue el orden ascendente: Cu < Zn < Pb < As, siendo especialmenteimportante el caso del arsénico (López-Pamo et al., 2001).

La toxicidad de ciertos metales pesados y elementos traza para las plantas y los ani-males ha motivado la puesta en marcha de un equipo multidisciplinar para el seguimientode los seres vivos en la zona afectada por el vertido minero (CMA, 2000). En un trabajoprevio (Murillo et al., 1999) se analizaron las concentraciones de elementos traza en plan-tas de sorgo cultivado (Sorghum bicolor (L.) Moench.) que habían sido afectadas directa-mente por el vertido. En el presente trabajo se estudió la acumulación de elementos trazaen dos gramíneas abundantes en las vegas del río Guadiamar, la grama (Cynodon dact-ylon (L.) Pers.) y el sorgo espontáneo o «cañota» (Sorghum halepense (L.) Pers.), que cre-cen en los suelos afectados por el vertido, después de haber sido limpiados de lodos (y re-tirados de su uso agrícola). Éstas gramíneas podrían ser consumidas potencialmente porherbívoros domésticos y silvestres; por tanto se compararon sus niveles de contaminacióncon el umbral de toxicidad para el consumo por el ganado, establecido en la literaturapara cada elemento.

MATERIAL Y MÉTODOS

Muestreo de plantas y suelo

Se distribuyeron siete puntos de muestreo en la vega del río Guadiamar: dos controlesen zonas no afectadas por el vertido, cuatro en suelos contaminados pero «limpios» de lacapa de lodo y uno en suelo con lodo. El primer punto control se situó en el tramo másalto del río Guadiamar, en el término municipal de Gerena, aguas arriba de la confluenciacon el río Agrio y por tanto fuera de la influencia de la mina (Fig. 1). El segundo puntocontrol estaba próximo al área afectada, pero sobre suelos que no fueron alcanzados por elvertido, relativamente alejados del cauce del río (punto situado en la finca «Soberbina»,en la margen izquierda del Guadiamar, a unos 4,5 km de la mina, Fig. 1).

Los restantes cuatro puntos de muestreo también se establecieron en la margen iz-quierda del río Guadiamar, pero sobre suelos afectados por el vertido y «limpiados» conposterioridad. En concreto se localizaron en el Puente de las Doblas (a unos 12 km de lamina), Aznalcázar (25 km), Vado del Quema (31 km) y finca «La Tiesa» (36 km), próxi-ma a las Marismas del Guadalquivir (Fig. 1).

Por último, se estableció un punto de muestreo en una parcela con suelo contaminadoen la que no se retiraron los lodos (parcela testigo, controlada por la Consejería de MedioAmbiente de la Junta de Andalucía, Fig. 2), situada en el Vado del Quema, a unos 300 mdel cauce del río, en su margen izquierda.

En cada zona de muestreo se recogió la parte aérea de las gramíneas (grama o sorgo)en tres puntos (replicados), separados entre sí más de 10 m. En cada punto de muestreo deplantas también se tomó una muestra de suelo superficial (0-25 cm). En las zonas donde


se muestrearon las dos especies (por tanto, con 6 puntos de muestreo), se promediaron losvalores de los parámetros de suelo analizados.

Especies vegetales muestreadas

Se estudiaron dos gramíneas abundantes en las vegas del río Guadiamar: la grama,Cynodon dactylon (L.) Pers. var. affinis y el sorgo espontáneo o «cañota», Sorghum hale-pense (L.) Pers. La grama es una gramínea perenne, rizomatosa y estolonífera, muy abun-dante en hábitats viarios, ruderales y arvenses, y con distribución cosmopolita (Romero,1987). El sorgo espontáneo es una gramínea perenne y rizomatosa, frecuente en los bor-des de regadíos y las cunetas húmedas; aunque nativo de la región mediterránea, en la ac-tualidad se encuentra naturalizado en las zonas cálidas y templadas de Eurasia, África,Australia y Oceanía (Romero, 1987).

Se tomaron muestras de grama en las siete zonas descritas, mientras que el sorgo sólopudo ser muestreado en el suelo control de Soberbina, en el suelo afectado de Aznalcázary en la parcela con lodos del Quema.



Fig. 2.–Vista parcial de la parcela con lodos. Al fondo se aprecian los suelos tras laretirada de los lodos

Preparación y análisis de muestras

Una vez en el laboratorio, cada muestra vegetal fue separada en dos submuestras ho-mogéneas, analizándose una de ellas sin descontaminar externamente (como sería ingeri-da por los herbívoros) y la segunda descontaminada mediante lavado. Del primer trata-miento (sin lavar) sólo se muestran los datos correspondientes al otoño de 1999, cuando lacontaminación externa por suelo fue mayor debido a las tareas de limpieza. La desconta-minación externa se realizó mediante breves lavados sucesivos (unos 15 s. cada uno) conuna solución de un detergente no fosforado al 1 %, solución acidulada (HCl 0,1 N) y aguadesionizada. El material vegetal (lavado y sin lavar) se secó a 70 � C en estufa de aire for-zado y se molió en molino de acero inoxidable (luz de malla de 500 µm).

Las muestras fueron digeridas por vía húmeda, con HNO3 concentrado bajo presión,en horno microondas, diluyéndose posteriormente el extracto líquido obtenido con aguadesionizada para el análisis de elementos traza por ICP-MS (espectrometría de masas conplasma acoplado inductivamente). En el presente trabajo se estudiaron los resultados paraAs, Cd, Cu, Pb, Tl y Zn. En el caso de las muestras de plantas sin descontaminar, la deter-minación de los elementos traza (excepto el Tl) se realizó mediante ICP-OES (espectro-metría óptica con plasma acoplado inductivamente). Paralelamente, se analizaron dosmuestras de referencia (Griepink y Muntau, 1987, 1988) mediante ICP-MS para contras-tar la precisión de la metodología empleada; los valores para estas muestras de referenciase indican en la Tabla 3.

Las muestras de suelo se secaron en estufa a 50 � C. Posteriormente fueron molidas ytamizadas (tamaño de partícula < 2mm). Una parte de cada muestra se molió en morterode ágata (tamaño de partícula < 60 � m) para el análisis de elementos traza. En las prime-ras (2 mm) se determinó pH (relación suelo/agua 1:2,5), CaCO3 (Demolón y Leroux,1952) y tamaño de partícula (Gee y Bauder, 1979). En las muestras con menor tamaño departícula (60 � m) se determinó la concentración de As, Cd, Cu, Pb y Zn extraídos con unasolución 0,05 M de EDTA mediante ICP-OES (Ure et al., 1993).

Con la determinación de los elementos traza en las muestras de suelo superficial, pro-cedente de los puntos donde crecían las plantas recolectadas, se estudió la disponibilidadde estos elementos para dichas plantas. Se han medido otros parámetros del suelo (Made-jón et al., en preparación), que no se presentan en este trabajo, al estar centrado funda-mentalmente en los niveles de acumulación de elementos traza en las gramíneas.

Tratamiento estadístico de los resultados

La comparación entre las plantas recogidas en suelos afectados por el vertido frente alas plantas control (recogidas en suelos no afectados) se realizó mediante análisis de lavarianza. La comparación entre medias se realizó mediante el test de Tukey, adoptándoseun nivel de significación de P < 0,05. Las variables que no presentaron una distribuciónnormal (test de Kolmogorov-Smirnov) fueron transformadas logarítmicamente antes de sutratamiento estadístico. Se utilizó el programa estadístico SPSS para Windows (1999).


RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Contaminación de los suelos

La Tabla 1 recoge la localización y las características generales de los suelos en lasdistintas zonas donde se muestrearon las gramíneas. Uno de los controles (Gerena, aguasarriba de la mina) tiene una textura más arenosa que los restantes, mientras que el segun-do control (Soberbina, más alejado del cauce) es de textura franco arcillosa, comparable alos demás. En la Tabla 2 se indican las concentraciones de elementos traza en los suelos,mediante el método de extracción con EDTA que refleja la disponibilidad de estos ele-mentos. Se comprueba que existe una cierta contaminación residual en los suelos afecta-dos, a pesar de las labores de limpieza.

La contaminación residual del suelo resultó especialmente evidente en la zona delpuente de las Doblas, donde se alcanzaron las mayores concentraciones de elementos tra-za entre los suelos «limpios» y en algunos casos superaron los niveles del suelo con lodos



Tabla 1

Características de los suelos (0-25 cm)

Zona Longitud Latitud pH CaCO3(%)

Arena(%)

Limo(%)

Arcilla(%) Textura

Gerena 6� 11� 19 37� 31� 4 7,8 < 1 87,8 7,4 4,9 Arenoso francoSoberbina 6� 12� 22 37� 27� 1 7,6 24 24,2 46,8 29,0 Franco arcillosoDoblas 6� 13� 36 37� 23� 47 8,0 25 22,7 47,5 29,7 Franco arcillosoAznalcázar 6� 15� 40 37� 18� 10 7,7 5,8 63,3 22,7 14,0 Franco arenosoQuema 6� 15� 52 37� 14� 46 8,1 6,7 35,7 37,8 26,6 Franco arcillosoLa Tiesa 6� 14� 1 37� 13� 6 8,0 9,2 27,9 46,8 25,3 Franco«Lodos» 6� 15� 49 37� 15� 5 6,2 < 1 16,7 43,8 39,6 Franco arcillo limoso

Tabla 2

Concentración de elementos traza extraíbles con EDTA (mg kg–1)

Zona

As Cd Cu Pb Zn

Otoño Prima-vera Otoño Prima-

vera Otoño Prima-vera Otoño Prima-

vera Otoño Prima-vera

Gerena 0,28 0,36 < 0,1 < 0,1 1,40 3,43 3,24 4,96 2,21 7,11Soberbina 0,36 < 0,1 < 0,1 < 0,1 3,76 3,69 3,20 3,30 2,03 5,08Doblas 4,73 1,07 1,50 2,33 51,4 104 66,9 82,1 167 195Aznalcázar 2,15 0,26 0,96 0,88 38,3 35,2 28,6 19,1 74,9 60,0Quema 1,65 2,30 1,50 1,88 56,6 66,2 50,2 57,0 112 154La Tiesa – 0,54 – 1,62 – 48,6 – 30,4 – 93,1«Lodos» 2,05 33,4 3,40 1,07 154 87,0 14,4 334 286 127

(Tabla 2). No obstante, hay que tener en cuenta que los lodos pueden estar sometidos a in-tensos procesos de óxido-reducción, que serían responsables de las fuertes variaciones es-tacionales registradas en la disponibilidad de As, Cu y Pb.

Contaminación de las plantas

En general, la concentración de elementos traza en las plantas recolectadas en los sue-los afectados (suelos «limpios») reflejó el nivel de contaminación residual que todavíapersistía en estos suelos. En el caso de los metales más tóxicos (As, Cd, Pb y Tl), las plan-tas de las zonas más contaminadas llegaron a superar la concentración de las plantas con-trol en un orden de magnitud.

En la Figura 3 se presenta, a modo de ejemplo ilustrativo, la evolución temporal se-guida por la contaminación de metales en las plantas (en este caso de Pb en grama). Separtió de un nivel de concentraciones de elementos traza muy bajo, en condiciones natu-rales (muestras control tomadas en suelos no afectados). El vertido minero provocó unacontaminación de metales y su acumulación en plantas, a unos niveles muy altos y tóxicospara el consumo de los animales (correspondiente a las muestras tomadas en el suelo cu-bierto de lodo, dejado como testigo). Posteriormente, la limpieza del lodo descontaminóen gran parte los suelos, de modo que las plantas presentaron niveles más bajos de meta-les. Sin embargo, aunque el promedio fue inferior al umbral de toxicidad, quedaron zonascontaminadas donde las plantas superaron este umbral.


Fig. 3.–Concentración de Pb en tejidos (plantas lavadas) de grama (Cynodon dactylon)recolectadas en tres situaciones: suelo control (n = 6), suelo contaminado y cubierto de lodos(n = 3) y suelo contaminado después de haber sido limpiado (n = 9). Se indica la media y el

intervalo entre valores máximo y mínimo. Con una línea punteada se indica el umbral tóxicopara el consumo por el ganado (según Chaney, 1989)

0

50

100

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Suelo Control Suelo con Lodos Suelo "Limpio"

Nivel Tóxico

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Se discute a continuación con más detalle (para cada elemento por separado), las con-centraciones encontradas en las gramíneas, tanto en sus tejidos (plantas lavadas) como entoda la planta, incluyendo la contaminación externa por polvo adherido (plantas no lava-das). Se comparan los valores obtenidos con los niveles de fitotoxicidad, así como de to-xicidad para los animales, establecidos en la literatura.

Arsénico

El As fue uno de los elementos que mayor alarma social causó tras el vertido, debidoa su elevada concentración en los lodos (hasta 4.000 mg kg-1, Cabrera et al., 1999) y a suconocida toxicidad para los seres vivos.

En la parcela donde no se habían retirado los lodos, las muestras de grama tenían ni-veles muy elevados de As, bastante superiores al intervalo normal de fitotoxicidad paraplantas (Tablas 4, 5 y 6). En primavera, la grama alcanzó las concentraciones mayores(157 mg kg–1, Tabla 4); en esta época fue también cuando la disponibilidad del As en elsuelo era más alta (Tabla 2). Las plantas del género Cynodon parecen tolerar bien la pre-sencia de As en sus tejidos, llegándose en algunos casos hasta concentraciones de 3.000mg kg–1 (Smith et al., 1998). En principio, la grama se puede considerar como un materialadecuado para la revegetación de suelos contaminados. Ahora bien, hay que tomar pre-cauciones para evitar su consumo por herbívoros cuando estas plantas acumulen nivelestóxicos de As (o de otros elementos traza). En el caso particular de la parcela de sueloscontaminados y cubiertos de lodos (parcela testigo del Quema), la concentración de As al-canzada por los tallos y hojas de grama (75-157 mg kg–1 en muestras lavadas) es absoluta-mente prohibitiva para su consumo (50 mg kg–1 es el nivel máximo tolerado por el gana-do, Tabla 6). También son prohibitivas para el consumo las plantas de sorgo espontáneorecogidas en primavera en la misma parcela con lodos (60 mg kg–1, Tabla 5).



Tabla 3

Análisis de elementos traza de las muestras de referencia (BCR) CRM 279 y CRM281. Valores experimentales y valores certificados correspondientes (valores

medios � desviación estándar, sobre materia seca). Los valores entre paréntesisson indicativos (no certificados). (N = 5)

ElementoCRM 279 (lechuga de mar) CRM 281 (ryegrass)

Certificado Experimental Certificado Experimental

As 3,09 � 0,20 2,60 � 0,13 0,057 � 0,004 0,118 � 0,013Cd 0,274 � 0,022 0,200 � 0,005 0,120 � 0,003 0,117 � 0,005Cu 13,14 � 0,37 11,69 � 0,73 9,65 � 0,38 9,76 � 0,09Tl (0,038 � 0,005) 0,028 � 0,004 – –Pb 13,48 � 0,36 12,73 � 0,91 2,38 � 0,11 2,29 � 0,07Zn 51,3 � 1,2 51,21 � 2,28 31,5 � 1,4 32,7 � 0,2


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05).

Las plantas de grama recogidas en los suelos afectados («limpios») presentaron nive-les de As bastante menores que en la parcela de lodos. La mayor concentración medida enestas plantas fue 15 mg kg–1 (en plantas lavadas y 39 mg kg–1 en plantas sin lavar) en lasmuestras tomadas en el otoño en las Doblas (Tabla 4). Estos valores no alcanzaron la má-xima concentración tolerada por el ganado (50 mg kg–1, Tabla 6), pero son superiores alintervalo de niveles fitotóxicos (3-10 mg kg–1).

La concentración de un elemento en los tejidos vegetales depende de la fisiologíade la planta y de la biodisponibilidad de dicho elemento en el suelo. Algunas variablesedáficas, como la textura y el pH, influyen notablemente sobre la adsorción iónica delAs sobre superficies cargadas del suelo, y en consecuencia sobre su disponibilidad paralas plantas. Por ejemplo, tanto el suelo arenoso de Gerena como el suelo arcilloso de So-berbina presentaron una disponibilidad de As similar, del orden de 0,3 mg kg–1 (Tabla2); sin embargo, la grama de Gerena acumuló mayor cantidad de As (1,3 mg kg–1) quela de Soberbina (0,3 mg kg–1, Tabla 4). De hecho, la adsorción superficial de As en lossuelos arenosos suele ser menor que en los arcillosos (Smith et al., 1998). Además, hayque tener en cuenta que la grama tiene un menor crecimiento en los suelos arenosos (ysecos en verano) de Gerena que puede conducir a una mayor concentración de los ele-mentos en sus tejidos.

El hecho de que los intervalos de As registrados en los suelos afectados siempre fue-ran inferiores al límite de tolerancia para el ganado, 50 mg kg–1, parece indicar que la si-tuación general de la zona comienza a ser esperanzadora, por lo que respecta a este conta-minante. Obviamente, las labores de seguimiento deben continuar, haciéndolas extensivasa un número mayor de especies. No hay que olvidar que la grama de la zona más próximaa Doñana (finca La Tiesa, en las proximidades de las Marisma del Guadalquivir) todavíaregistra una concentración de As comparativamente alta (Tabla 4).

También hay que tener presente que la existencia de concentraciones de As relative-mente altas en las gramíneas (y posiblemente en otras plantas) de la zona puede afectar, amedio y largo plazo, a especies animales silvestres que sean relativamente sensibles a esteelemento (aunque el nivel de As no supere el límite de los 50 mg kg–1 recomendado parael ganado).

Cadmio

Las plantas pueden tolerar contenidos relativamente altos de Cd en el suelo, pero si seacumula este Cd en los tejidos vegetales puede suponer un peligro potencial por su toxici-dad para los animales (Wagner, 1993, Gupta y Gupta, 1998).

En la parcela de suelos con lodos y en material vegetal sin lavar (con contaminaciónexterna) se alcanzaron concentraciones del orden de 2 mg kg–1 (Tablas 4 y 5). El mismomaterial vegetal, procedente de plantas que crecían directamente sobre los lodos, perodespués de ser lavado, tenía un nivel de Cd bastante inferior: entre 0,7 y 0,8 mg kg–1. Se-gún Wagner (1993), la absorción foliar de Cd es comparativamente baja, incluso en plan-tas creciendo en suelos muy contaminados. Estos niveles de Cd en plantas, sobre suelocontaminado y cubierto de lodo, superaron el límite máximo de tolerancia para el ganado(0,5 mg kg–1, Tabla 6), lo cual justifica, también para este elemento, la urgencia en la lim-pieza de los suelos, a pesar de que algunos autores (Beyer, 2000) consideran que estos lí-mites de toxicidad recomendados para el Cd son excesivamente altos.


En algunas zonas afectadas, a pesar de que los suelos han sido limpiados de lodo, lasconcentraciones de Cd en grama lavada siguen siendo relativamente altas: 1,1 mg kg–1 enDoblas y 0,7 mg kg–1 en Quema (ambas en primavera, Tabla 4); en estas zonas de mues-treo los suelos presentaban una mayor contaminación por Cd (ver valores de Cd disponi-ble, extraíble con EDTA, en Tabla 2). Las concentraciones de Cd medidas en estas gramí-neas superan el límite máximo de tolerancia para el ganado (0,5 mg kg–1, Tabla 6), por loque se debe restringir el pastoreo en estas zonas y seguir la evolución de este elemento enlas plantas.

Cobre

A pesar de que la disponibilidad de Cu en los suelos afectados («limpios») era muyalta (> 10 veces el valor del control, Tabla 2), la concentración de Cu en grama y sorgo,procedente de estos suelos no fue, en general, significativamente diferente del control(Tablas 4 y 5). En cambio, la grama de la parcela con lodos acumuló niveles altos de Cu:28-36 mg kg–1 en muestras lavadas y 48 mg kg–1 en muestras sin lavar (Tabla 4), alcan-zando niveles considerados fitotóxicos (a partir de 25 mg kg–1). El sorgo acumuló menosCu en sus tejidos, presentando 14-16 mg kg–1 en muestras lavadas, aunque puede alcanzarniveles tóxicos (51 mg kg–1) en las muestras contaminadas externamente (sin lavar).



Tabla 6

Intervalos normales en plantas, concentraciones fitotóxicas y niveles tóxicos parael ganado de algunos elementos traza (según Chaney, 1989 y otros autores,

especificados a pie de tabla)

Elemento

Nivelesnormales

(mg kg–1, ma-teria seca)

Nivelesfitotóxicos

(mg kg–1, ma-teria seca)

Niveles máximos tolerados por el ganado(mg kg–1, sobre dieta seca)

Bovino Ovino Porcino Avícola

As inorg, 0,01 - 1 3 - 10 50 50 50 50

Cd 0,1 - 1 5 - 700 0,5 0,5 0,5 0,5

Cu 3 - 20 25 - 40 100 25 250 30010 - 70a 300 - 500b

Pb 2 - 5 30 - 300c 30 30 30 305 - 10c

Tl 0,02 - 0,04d

0,03 - 0,3e– – – – –

Zn 15 - 150 500 - 1.500 500 3001.000b

1.0002.000b

1.000

a Niveles tóxicos para cultivos (Gupta y Gupta, 1998).b Niveles tóxicos (Annenkov, 1982).c Niveles normales y tóxicos para plantas (Barceló y Poschenrieder, 1992).d Niveles presentes en la mayoría de los cultivos sobre suelos no contaminados (Adriano, 1986).e Composición elemental de especies herbáceas (Bowen, 1979).

El ganado ovino parece ser el más sensible a la intoxicación por Cu y sólo tolera unaconcentración menor de 25 mg kg–1 de Cu en su dieta (Tabla 6). Este nivel umbral es su-perado por las muestras de grama sin lavar procedentes de Doblas (27 mg kg–1) y Aznal-cázar (30 mg kg–1), además de las que fueron recolectadas en la pequeña parcela testigocon lodos. Por tanto, es recomendable restringir el pastoreo (al menos por ovejas) en estasdos zonas de la vega del Guadiamar.

Por otra parte, al ser los niveles tóxicos de Cu debidos principalmente a la contamina-ción externa (circunstancia esperable para la grama, que es una planta rastrera y por tantopropensa a ser contaminada por el suelo), cabe suponer que el riesgo de toxicidad vayadisminuyendo notablemente con el tiempo, a medida que se recupera la vegetación y seestabiliza el suelo.

Plomo

El Pb, junto con Fe y Zn, fue uno de los metales más abundantes en los lodos del ver-tido minero de Aznalcóllar, alcanzando una concentración próxima a los 10.000 mg kg–1

(Cabrera et al., 1999). Este elemento puede causar efectos tóxicos en los animales cuandola concentración en su dieta sobrepasa los 30 mg kg–1 (Tabla 6).

La concentración de Pb en la grama procedente de la parcela con lodos fue muy alta(106-149 mg kg–1 en muestras lavadas, Figura 3) y por tanto, estaría prohibido su consu-mo por animales, al superar con creces el límite de tolerancia para el ganado (30 mg kg–1).

En los suelos afectados («limpios»), los niveles de Pb fueron inferiores, aunque supe-raron el umbral de toxicidad en Doblas (32 mg kg–1 en muestras lavadas y 60 mg kg–1 enmuestras sin lavar) y Aznalcázar (41 mg kg–1 en muestras sin lavar, Tabla 4 y Figura 3).Por tanto, debido a la contaminación por Pb (junto con el Cd y Cu expuestos anteriormen-te) es recomendable restringir el pastoreo en estas zonas contaminadas.

En las zonas no afectadas por el vertido (zona control) la concentración de Pb en lagrama fue bastante baja (0,5-2,4 mg kg–1, Figura 3). La muestra de otoño tomada en Gere-na presentó una cierta acumulación de Pb (2,4 mg kg–1) que pudo deberse a la influenciade antiguas actividades mineras efectuadas aguas arriba de la mina de Aznalcóllar; encualquier caso estaba dentro de los niveles normales para tejidos vegetales (2-5 mg kg–1,Tabla 6). En la misma zona de muestreo, Gerena, la grama recogida en primavera presen-tó valores de Pb más bajos (0,7 mg kg–1); en general las concentraciones de Pb en grama ysorgo tendían a ser inferiores durante la primavera que en otoño (Tablas 4 y 5).

Talio

Los lodos vertidos tras el accidente minero tenían una concentración de Tl considera-blemente alta, hasta 60 mg kg–1 (Cabrera et al., 1999). En los suelos afectados también seencontraron concentraciones altas de Tl (media de 2,11 mg kg–1 e intervalo de 0,40-30,3mg kg–1, Cabrera et al., 1999), si se compara con el intervalo de concentraciones para sue-los normales: entre 0,1 y 0,8 mg kg–1 (Bowen, 1979).

La acumulación de Tl en los tejidos vegetales puede resultar muy tóxica, tanto paralas mismas plantas como para los animales que las consuman (Kabata-Pendias y Pendias,1992); aunque algunas especies vegetales pueden acumular Tl en cantidades altas (supe-riores a los 100 mg kg–1).


Las dos gramíneas estudiadas presentaron concentraciones relativamente bajas de Tlen los suelos afectados y limpiados de lodo (0,02-0,3 mg kg–1) que está dentro del interva-lo normal para plantas herbáceas (Tabla 6). En la parcela con lodos, la concentración deTl en la grama fue relativamente elevada (0,4-0,7 mg kg–1, Tabla 4); estos valores estánpor encima del límite superior del intervalo normal para herbáceas (0,3 mg kg–1, Bowen,1979) pero sin llegar al umbral de toxicidad (2,5 mg kg–1) propuesto por Makridis yAmberger (1996). Las muestras de sorgo, incluso las tomadas en la parcela de lodos, tu-vieron valores relativamente bajos de Tl en sus tejidos (0,01-0,3 mg kg–1).

La grama y en especial el sorgo parecen absorber y acumular el Tl en pequeñas canti-dades, incluso en suelos muy contaminados (caso de la parcela con lodos). La concentra-ción más alta de Tl registrada en material vegetal del Guadiamar (0,8 mg kg–1 en la mues-tra de grama tomada en otoño en la parcela con lodos) estuvo muy por debajo del nivel tó-xico de 2,5 mg kg–1 (Makridis y Amberger, 1996). Esta moderada absorción de Tl se pudodeber, en parte, a su baja movilidad en los lodos mineros y, consecuentemente, en los sue-los afectados (Vidal et al., 1999). Sin embargo, otros autores (Kabata-Pendias y Pendias,1992) propusieron un comportamiento del Tl muy diferente, debido a que su disponibili-dad suele ser alta.

Por consiguiente, el Tl no parece presentar problemas de toxicidad en las gramíneasde la zona afectada por el vertido minero de Aználcollar. Posiblemente se debe a que sepresenta en los lodos en una forma poco soluble. Sin embargo, se debe continuar con elseguimiento de los niveles de Tl en la zona afectada, porque es un elemento tóxico, y por-que es importante verificar que no se producen cambios a largo plazo en su disponibili-dad.

Zinc

El Zn, junto con el Fe y Pb, era uno de los elementos más abundantes en los lodosvertidos tras el accidente minero (hasta 11.000 mg kg–1, Cabrera et al., 1999). La contami-nación de Zn en los suelos afectados y limpiados fue bastante alta (75-195 mg kg–1), muysuperior al suelo de la zona control (2-7 mg kg–1) (Tabla 2).

La grama y el sorgo procedente de los suelos afectados y limpiados también presenta-ron contaminación por Zn, con valores mayores (93-264 mg kg–1 para la grama y 65-162mg kg–1 para el sorgo) que los de las plantas tomadas en la zona control (36-68 mg kg–1

para la grama y 48-49 para el sorgo). En algunas zonas afectadas, la concentración de Znen el material vegetal sobrepasó el límite superior del intervalo normal para plantas (150mg kg–1, Tabla 6); estos casos fueron la grama en Doblas (189-264 mg kg–1 para muestraslavadas) y en Aznalcázar (155 mg kg–1 para muestras sin lavar), y el sorgo en Aznalcázar(162 mg kg–1 en muestras lavadas y 193 mg kg–1 en muestras sin lavar).

Los niveles de Zn en las gramíneas recolectadas, incluso en la parcela con lodos,siempre estuvieron por debajo del umbral de toxicidad para plantas y animales. El ganadoovino parece ser el más sensible a la toxicidad de este elemento y el nivel máximo de to-lerancia en su dieta, para algunos autores, es de 300 mg kg–1 (Tabla 6); sólo se acercaron aeste umbral de toxicidad las muestras de gramíneas sin lavar tomadas en el suelo contami-nado cubierto de lodo: 247 mg kg–1 para la grama y 284 mg kg–1 para el sorgo.



CONCLUSIONES

Las concentraciones de elementos traza, medidas en las gramíneas (grama y sorgo)recolectadas en una parcela (testigo) de suelo contaminado y cubierto por el lodo minero,son muy altas. Las plantas analizadas directamente (sin lavar), tal como serían ingeridaspor los animales, superan el umbral de toxicidad para el As, Cd, Cu y Pb. Por tanto, la ur-gente retirada de estos lodos, que cubrían buena parte de las vegas de los ríos Agrio yGuadiamar, fue una medida acertada y plenamente justificada.

En las zonas afectadas, pero donde los suelos se han limpiado y la mayor parte dellodo ha sido eliminado, la situación no es tan grave pero sigue siendo preocupante. En doszonas de la vega del Guadiamar (Las Doblas y Aznalcázar), la grama recolectada y medi-da directamente (sin lavar) ha presentado niveles tóxicos de Cd, Cu y Pb y por tanto es re-comendable que no se permita el acceso del ganado a estas zonas. Se debe hacer un segui-miento de la posible ingestión por herbívoros silvestres (como liebres y conejos, aves einsectos) y sus consecuencias para la red trófica.

La mayor parte de la contaminación de las gramíneas es externa, producida por elsuelo adherido, y se reduce con el lavado. Por tanto, es de esperar que con el tiempo, ellavado por las lluvias y la estabilización del suelo (al terminar las tareas de remoción ylimpieza) vaya descendiendo notablemente esta contaminación. Sin embargo, hay que re-saltar que en algunos casos, como el Cd y el Pb en la grama de Las Doblas, se sigue supe-rando el umbral de toxicidad incluso después de ser lavadas las plantas; es decir que hasido incorporado y acumulado en el material vegetal y, por tanto, es de esperar que el pro-ceso de descontaminación sea más lento.

Es importante continuar con un seguimiento periódico de los niveles de contamina-ción por elementos traza, en especial Cd, Cu y Pb, en las plantas que crecen en los suelosafectados de la vega del Guadiamar. Dada la variabilidad entre especies vegetales, encuanto a la acumulación de estos elementos, sería deseable ampliar el estudio a otras es-pecies, especialmente las que tienden a ser más consumidas (sus hojas, frutos o raíces) ypor tanto pueden tener más incidencia en la red trófica.

Los niveles de Tl en plantas no son preocupantes (por el momento), debido posible-mente a la baja solubilidad de los compuestos de los que forma parte en los lodos. Sinembargo, conviene seguir estudiando su evolución temporal, por si aumentase su disponi-bilidad para las plantas, a más largo plazo, y tener así un efecto tóxico retardado.

AGRADECIMIENTOS

El presente trabajo ha sido realizado dentro del marco del Programa de Investigación del Corredor Verde(PICOVER) y financiado por la Consejería de Medio Ambiente de la Junta de Andalucía. Gracias a M.D. Hurta-do, J.M. Alegre y J.S. Cara por su ayuda en diferentes aspectos del trabajo.


SUMMARY

Trace elements in grasses affected by the toxic spill of the Aznalcóllar mines

Although the mine sludge that covered in 1998 ca. 4600 ha of the Agrio and Guadiamar valleys was re-moved immediately, three years after the spill occurred the affected soils are still polluted by metals. We havestudied the accumulation of As, Cd, Cu, Pb, Tl and Zn in shoots of two native grasses, bermudagrass (Cynodondactylon (L.) Pers.) and wild sorghum (Sorghum halepense (L.) Pers.), collected in spill-affected soils, and in anexperimental plot from which the sludge was not removed. In the sludge-covered soil, trace element concentra-tions in grasses reached toxic levels for livestock (up to 157 mg kg–1 of As in bermudagrass and 59 mg kg–1 insorghum; around 0.7 mg kg–1 of Cd in both grasses; 149 mg kg–1 of Pb in bermudagrass and 47 mg kg–1 in sor-ghum, and 36 mg kg–1 of Cu in bermudagrass). These concentrations were even higher in unwashed samples,which is the way they would be ingested by livestock. These results support the adequacy of the urgent clean-ing-up operations carried out in 1998. Trace element concentrations in grasses from the cleaned-up soils weregreater than those from unaffected soils. In some cleaned-up sites, unwashed samples of bermudagrass reachedconcentrations of Cd (up to 0.8 mg kg–1), Cu (more than 25 mg kg–1), and Pb (60 mg kg–1) that were above thetolerance threshold for livestock. All of this suggests that the monitoring of the pollution levels in plants shouldbe continued, and the possible risks for the trophic web must be assessed.

KEY WORDS: Heavy metalsArsenicBermudagrassWild SorghumGuadiamar

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Elementos traza en gramíneas afectadas por el vertido tóxico de las minas de Aznalcóllar

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