Adaptación de especies vegetales nativas a suelos contaminados con hidrocarburos

por Viviana Nakmatsu (1), Nicolás Ciano (1), Jorge Luque (1),
Carlos Lisoni (2), José María Quinteros (2) y Omar Mackeprang (2)
(1) Técnicos INTA Chubut
(2) Técnicos YPF SA – Regional Comodoro Rivadavia

Introducción

A través de un convenio de vinculación tecnológica INTA (Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria) e YPF SA encararon actividades de investigación y experimentación adaptiva para sanear áreas disturbadas por la actividad petrolera.

La fragilidad del ecosistema de la Patagonia Extra-andina y sus condiciones extremas (precipitaciones promedio de 200 mm. anuales, inviernos fríos, gran amplitud térmica, fuertes vientos), hacen difícil esta tarea. Además dos factores importantes como el agua y la temperatura, tanto como para el crecimiento vegetal como para la biodegradación del petróleo en el suelo, no se presentan simultáneamente.

La plantación de especies arbustivas nativas y naturalizadas en áreas donde se han producido derrames de petróleo podría ser una técnica viable para la recuperación de las mismas. Para ello se requiere el acondicionamiento de los sitios problema, y la eliminación y degradación de los hidrocarburos más tóxicos para el desarrollo vegetal.

El objetivo de este trabajo es evaluar la implantación de Atriplex lampa (especie nativa) y Grindelia chiloensis (especie naturalizada) en un derrame producido en 1994, que se encuentra bajo diferentes estados de biodegradación del petróleo.

Materiales y métodos

El sitio donde se produjo el derrame en Septiembre de 1994 está ubicado en las proximidades del aeropuerto de Comodoro Rivadavia (Pcia. de Chubut). El suelo del lugar está clasificado como un Nadurargids típico. Son salino-sódicos pobre en nutrientes, poseen un alto contenido de arcillas, que determinan una muy baja tasa de infiltración. La topografía del mismo es una depresión, donde se acumula el agua caída por precipitaciones (promedio anual 200-250 mm). Debido al encostramiento y a la alta compactación, actúa como colector del agua de lluvia y del petróleo derramado, pemaneciendo anegado cuando éstas se producen.

Una vez producido el derrame, se confinó el petróleo en un pozo realizado en el sector más bajo, procediéndose a su recuperación mediante el bombeo con camiones cisternas.

En el sector del derrame se delimitaron 12 parcelas de 8 x 3 m. En las mismas se fertilizó con urea y fosfato diamónico a diferentes dosis: 0-30-60-90 unidades de cada uno, realizando 3 repeticiones de cada tratamiento. Las dosis se dividieron en cuatro aplicaciones. El objetivo de esta fertilización es incorporar nutrientes al suelo para que aumente la población de microorganismos que biodegradan a los hidrocarburos. La incorporación de dichos productos al suelo se realizó mediante labranza vertical con cincel, que además produce la aireación del mismo. Este tipo de labranza se realizó desde octubre de 1994 a marzo de 1995, cada 20-30 días.

En marzo de 1995 se surcaron las parcelas a lo largo, quedando formados 2 surcos/parcelas separados por 1,40m. entre sí. En abril se procedió a la planificación de 12 plantas/parcela: 6 de Atriplex lampa (n.v. zampa) y 6 de Grindelia chiloensis (n.v. botón de oro), distribuidas al azar, y separadas dentro del surco a 1,3 m. Las mismas fueron criadas en el vivero de la Estación Experimental Agropecuaria Chubut, del INTA (Griffiths, 1983). Los plantines de Atriplex lampa (AL) fueron llevados a campo con 4 meses de vivero (altura promedio 15 cm.). Al momento del transplante, los mismos recibieron un riego de plantación de 2 litros/planta.

Se realizó el recuento de plantas establecidas en octubre de 1995. Debido a que algunos hoyos de plantación se encontraban con agua e impedía el recuento de las mismas, se realizó un segundo recuento en el mes de noviembre.

Se analizó mediante muestras de suelos tomadas antes de la plantación la cantidad de hidrocarburos totales (HT), la humedad de la muestra (H), la proporción de los distintos hidrocarburos (saturados, aromáticos y asfálticos), y las relaciones Pristano/Hidrocarburo normal de 17 átomos de carbono (Pr/nC17) y Fitano/Hidrocarburo normal de 18 átomos de carbono (Fi/nC18).
A través de un ANOVA se estableció si había diferencias entre los distintos tratamientos aplicados. Se realizó un análisis de correlación entre los distintos parámetros analizados en las muestras de petróleo y los porcentajes de establecimiento de Atriplex lampa y Grindelia chiloensis.
Resultados

Establecimiento de especies vegetales
En octubre de 1995 debido a las altas precipitaciones invernales y de principios de primavera, no se pudo realizar el recuento completo de establecimiento ya que el 43,75% de los hoyos plantados se encontraban inundados y el agua cubría completamente a las plantas (Tabla 1). La permanencia del agua en los mismos fue debido a la baja infiltración de los suelos, y a la mezcla con el petróleo, que produjo un material de muy baja permeabilidad, comportándose como una brea que impermeabilizaba el fondo del hoyo de la plantación.

Un mes después, los hoyos de plantación se encontraban secos, por lo tanto la medición del establecimiento de cada uno de los tratamientos aplicados se presentan en la Figura 1 y 2.

El porcentaje de establecimiento (%E) de Grindelia chiloensis (76,35 %) fue superior al de Atriplex lampa (56,9 %). Estos valores son altos, ya que salvo en el tratamiento de 0u. de fertilización en Atriplex lampa, el resto supera el 50%. Si bien los %E no mostraron diferencias significativas entre los tratamientos aplicados, en las dos especies el mayor establecimiento se presentó en las plantas que se encontraban en las parcelas tratadas con 60u. de fertilizante. Según Luque y colaboradores (1966), este tratamiento presentó la mayor tasa de degradación de hidrocarburos.

De las plantas que no sobrevivieron, una de las causas fue la presencia permanente de agua en los hoyos de plantación, que perjudicó principalmente a las plantas de Atriplex lampa. Esto encubrió el efecto del petróleo sobre el establecimiento de dicha especie (Tabla 2). Más del 80% de las plantas de Atriplex lampa que estuvieron bajo agua no sobrevivieron; en cambio, sólo se vio afectado el 25% de Grindelia chiloensis.

Estos valores nos indican la baja capacidad de Atriplex lampa de permanecer anegada, al menos en el período de implantación. La plantación en sitios bajos debería realizarse en hoyos no muy profundos, o de mayor superficie, para que la planta no permanezca totalmente inundada, y a la vez puede ser aprovechada el agua colectada.

Efecto del petróleo sobre el establecimiento de las plantas
La Tabla 3 nos presenta los resultados del análisis del suelo muestreado en marzo de 1995 al finalizar el período de aplicación de los tratamientos y de laboreo del terreno, un mes antes de realizar la plantación.

Los tenores de hidrocarburos evaluados son altos, presentando aún susceptibilidad para ser degradados. El contenido de humedad es bajo (promedio 10%), lo cual limita el crecimiento y metabolismo bacteriano (Pucci y colaboradores, 1995). La cantidad de humedad necesaria para una adecuada biodegradación es alrededor del 20% (Ercoli y colaboradores, 1995). Esto no afectó el establecimiento de las dos especies, que superaron el 50% en todos los tratamientos, a excepción de Atriplex lampa con 0u. de fertilización. Para esta especie, la no aplicación de fertilizantes para acelerar la biodegradación afectó su establecimiento. Dicho tratamiento presenta además los dos mayores porcentajes de Hidrocarburos Totales (14,28% y 15,05%), en los cuales no se detecta actividad de degradación (Pr/nC17=0,5 y Fi/nC18=0,4). Atriplex lampa requeriría para su establecimiento valores de hidrocarburos totales menores al 14% para tener un adecuado porcentaje de establecimiento.

Sin embargo, Grindelia chiloensis no vio afectado su establecimiento con 0u. de fertilización, lo que nos indica su adaptación a establecerse con valores de Hidrocarburos totales mayores al 15%.

En lo que respecta a la proporción de hidrocarburos en cada una de las muestras, es similar en casi todos los casos: 45% de componentes saturados, 30% de aromáticos, y 25% de asfálticos. La repetición 2 del tratamiento de 30 u. de fertilización y la repetición 1 del tratamiento de 90 u. son las únicas que no mantuvieron esa proporción en los dos primeros componentes, sino que presentaron un 25% de hidrocarburos saturados y un 45% de aromáticos. Atriplex lampa mostró respuestas diferentes de establecimiento en las dos parcelas. En cambio, Grindelia chiloensis presentó en las mismas un 100% de establecimiento. En esta situación, el aumento de hidrocarburos aromáticos y la disminución de los saturados la estarían beneficiando.

A través del análisis de correlación que se presenta en la Tabla 4, analizamos la relación entre el establecimiento de las dos especies y el contenido de hidrocarburos totales, la proporción de hidrocarburos saturados, aromáticos y asfálticos, y las tasas de biodegradación (Pr/nC17 y Fi/nC18). Para entender los mismos, tenemos que comprender las etapas del proceso de biodegradación. La misma comienza primero con los hidrocarburos saturados; luego, con menor eficiencia, continúa con los aromáticos, y finalmente, a los compuestos ramificados del tipo isoprenoides (Pristano y Fitano), que son considerados biomarcadores.

El %E de Atriplex lampa no está relacionado a ninguno de los parámetros analizados del petróleo, ya que como vimos en la Tabla 3, ante valores similares, se comportó de manera diferente. Este comportamiento está influenciado por la mortandad mayor al 25% por efecto de la inundación de las plantas. Esto estaría encubriendo el efecto del petróleo sobre el establecimiento de las mismas.

Sin embargo para Grindelia chiloensis hay 2 correlaciones que nos marcan una cierta tenencia. El establecimiento está relacionado a una disminución de los hidrocarburos saturados y a un aumento de los aromáticos. La explicación de este comportamiento tiene sus causas en el proceso de biodegradación de los hidrocarburos. Los saturados se degradan rápidamente (Ercoli y col., 1995), lo cual se acelera con las fertilizaciones y los trabajos de laboreo del suelo. Dentro de los aromáticos, los de C5-C6 son poco biodegradables, pero se eliminan fácilmente por volatilización, que se logra con la remoción del suelo por la labranza. Los aromáticos de C10 a C22 son los menos tóxicos y los más fácilmente biodegradables (Calabrese, E; P. Kostecki, 1993). Los hidrocarburos aromáticos policíclicos se degradan en una muy baja proporción (Ercoli y col. 1995).

La alta correlación entre los hidrocarburos saturados y los aromáticos (-0.92;p=0) nos explica que a medida que disminuyen los saturados por la biodegradación, los aromáticos policíclicos (que quedan en el suelo por su lenta degradación) aumentan su valor relativo.

La correlación negativa de Grindelia chiloensis con los hidrocarburos saturados nos indica que éstos afectan su establecimiento. En cambio la correlación positiva con los aromáticos nos marca la presencia de los aromáticos policíclicos, que quedan en el suelo, aumentan su valor relativo por disminución de los saturados, y no afectan al establecimiento de la planta.

Conclusiones

1. Las dos especies ensayadas mostraron muy buena adaptación en la etapa de estabecimiento a los diferentes estados de degradación del petróleo en el suelo.

2. Aunque no se presentaron diferencias significativas entre las especies y los tratamientos, Grindelia chiloensis presentó mejores porcentajes de establecimiento.

3. Atriplex lampa presenta baja capacidad de permanecer anegada por lo menos en el período de implantación. En sitios bajos debería plantarse en hoyos no muy profundos, de manera que la permanencia del agua no la perjudique.

4. Grindelia chiloensis no presenta problemas de establecimiento con porcentajes de hidrocarburos totales mayores al 15%, siendo los compuestos de hidrocarburos saturados los que afectan su implantación. Las técnicas de laboreo y fertilización favorecen la eliminación de los mismos.

Tabla 1:Porcentaje de plantas inundadas por especie en octubre de 1995
REPETICION	Atriplex Lampa				Grindelia Chiloensis
	Tratamientos				Tratamientos
	0u	30u	60u	90u	0u	30u	60u	90u
1	2	4	1	4	6	6	4	2
2	0	3	0	0	1	5	0	0
3	5	1	2	1	6	3	5	2
total /trat.	7	8	3	5	13	14	9	4
total /especie	23				40
(%) *	31.9				55.6
	Total de plantas inundadas: 43.75%
*Sobre un total de 72 plantas

Tabla 2: Establecimiento de plantas que estuvieron inundadas
Ý Tratamientos	ATRIPLEX LAMPA		GRINDELA CHILOENSIS
	1	2	1	2
0u	7	1	13	10
30u	8	2	14	10
60u	3	0	9	8
90u	5	1	4	2
total	23	4	40	30
ESTABLECIMIENTOS	17.4		75
MORTANDAD	82.6		25
MORTANDAD POR INUNDACION%*	26.4		13.9
* con respecto al total de plantas (72)
MediciÛn 1: plantas inundadas medido el 11/10/95 MediciÛn 2: plantas que estuvieron inundadas y sobrevivieron medido l 15/11/95

Tabla 3: An·lisis de tierras con petrÛleo luego de la aplicaciÛn de los tratamientos y porcentaje de establecimiento de Atriplex lampa (AL) y Grindelia chiloensis (GR)
Tratamiento	REPET.	F.I (%)	F.II (%)	F.III (%)	H (%)	HT(%)	Pr/C17	Fi/C18	AL (%)	GR (%)
0u.	1	49.2	26.2	24.6	14.4	8.4	0.7	0.4	16.7	66.66
	2	48.1	28.5	23.4	7	14.28	0,50	0.3	50	66.66
	3	45.7	26.9	26.9	10.8	15.05	0.6	0.4	16.7	100
30u.	1	42.2	30.7	27	11.4	9.23	2.7	1.3	0	33.33
	2	25.3	47.9	26.8	10.1	11.34	0.8	0.4	83.3	100
	3	43.6	29.6	29.6	6.4	12.38	0.9	0.4	83.3	83.33
60u.	1	49.3	30.8	19.9	10.5	9.02	4.4	2.2	83.3	83.33
	2	45.9	24.4	29.7	6	6.2	1.4	0.8	100	83.33
	3	46.8	28.7	24.5	11.4	10.6	1	0.5	50	100
90u.	1	23.7	43.4	32.9	9.5	8.45	3.2	1.5	33.3	100
	2	45.5	24.4	30.1	9.9	11.05	2.2	1	83.3	66.66
	3	47.2	26.6	26.2	12.4	13.58	1.2	0.7	83.3	33.33
Referencias:			H: Humedad
F.I: Hidrocarburos saturados					Pr/C17: relaciÛn Pristano/hidrocarburo normal de 17 ·tomos de carburo
F. II: Hidrocarburos arom·ticos					Fi/C18: relaciÛn fitano/hidrocarburo normal de 18 ·tomos de carbono
F.III: Hidrocarburos asf·lticos					AL: establecimiento de Atriplex lampa
HT: Hidrocaruros Totales					GR: establecimiento de Grindelia chiloensis

Tabla 4: CorrelaciÛn entre los porcentajes de establecimientos de Atriplex lampa y Grindelia chiloensis, los valores del an·lisis de las tierras con petrÛleo luego de aplicados los tratamientos
	FI	FII	FIII	HT	Pr/C17	Fi/C18
Grindelia chiloensis
	-0.4	0.42	0.13	0.08	-0.15	-0.08
	p = 0.19	p = 0.17	p = 0.68	p = 0.80	p = 0.63	p = 0.79
Atriplex lampa
	0.03	-0.02	-0.03	0.22	0.1	0.05
	p = 0.92	p = 0.92	p = 0.92	p = 0.48	p = 0.75	p = 0.87

Bibliografía

Calabrese, E. and P Kostecki. 1993. Principles and practices for petroleum contaminated soils. Lewis publishers. U.S.

Ercoli, E., J. Gálvez y E. Aranzadi. 1995. Degradación biológica en suelos contaminados con hidrocarburos. 2† Simposio de Producción de Hidrocarburos. IAP. Tomo I: 487-496.

Griffiths, O., J. Serra, J. Escobar y V. Nakamatsu. 1983. Implantación de especies arbustivas autóctonas e introducidas con valor forrajero y protector de suelo, en el área del Monte Patagónico. IDIA, Suplemento N† 36:255-259
Laqui SRL 1995. Evaluación de la contaminación por hidrocarburos mediante el estudio de muestras sólidas, su cuantificación y caracterización. Informe elaborado para YPF SA.

Luque, J., M. Amari, V. Nakamatsu, N. Ciano, C. Lisoni, J.M. Quinteros y O. Mackeprang. 1995. A publicar.

Pucci, O., M. Back, C. Lisoni, J.M. Quinteros y O. Bazzi. 1995. Biodegradación de petróleo en Suelos de la Patagonia Central. 2† Simposio de Producción de Hidrocarburos. IAP. Tomo I: 507-532.