Transferencia de elementos potencialmente tóxicos en plantas comestibles desarrolladas en tecnosoles mineros experimentales

Abstract

Los Elementos Potencialmente Tóxicos (EPTs), representan una gran preocupación ambiental, debido a sus características de alta persistencia, así como su capacidad de bioacumulación. Los suelos afectados por la presencia de EPTs representan una gran superficie en nuestro planeta. De especial relevancia, son las zonas agrícolas, que se localizan en las inmediaciones de emplazamientos potencialmente contaminados por actividades mineras pasadas, debido a la transferencia de EPTs del suelo al medio biótico, en la secuencia suelo-planta-cadena trófica- fauna-ser humano y representando un riesgo de salud pública así como afección tanto a flora como a fauna. Estos suelos requieren de estudios y aplicaciones metodológicas, que sean rentables y que pongan en valor el principio de economía circular, para su restauración. En esta Tesis Doctoral se desarrolló una experimentación para dar respuesta a este reto, mediante la fabricación de tecnosoles con diferentes residuos, y comprobación de su eficacia mediante un Análisis de Riesgos Cuantitativo (ARC) que evalúe si existe riesgo cancerígeno o peligro sistémico para la salud humana y la fauna circundante. En este estudio se evaluó la absorción de EPTs de las plantas hortícolas: lechuga, cebolla, brócoli, puerro, acelga y salicornia. Los cultivos se desarrollaron sobre 5 tipos de suelos: TC (suelo contaminado: ): 50% Lo Poyo + 25% Cabezo Rajao + 25% Portmán), T1 (Suelo vegetal o suelo de referencia), T2 (50% TC + 50% T1), T3 (75% TC + 25% RCDs), T4 (75% TC + 25% filler calizo). Con la fabricación de estos tecnosoles se puso en valor el principio de la economía circular, evaluando residuos de la construcción y demolición (RCDs) y otros industriales, con alto contenido en carbonato cálcico y convirtiéndoles en subproductos de alto valor para la restauración de suelos contaminados. La experimentación se realizó en un invernadero, y se determinó la concentración de As, Cd, Cu, Pb y Zn en suelos, rizosferas, lixiviados y plantas. En los suelos se determinaron las características químicas, así como estudios de movilización en diferentes medios que simulan condiciones ambientales que permitieron predecir el comportamiento de los EPTs en los diferentes tecnosoles. Se desarrolló una metodología basada en el cálculo/estimación del riesgo que representa la presencia de EPTs, en suelos afectados por actividades mineras pasadas y suelos agrícolas, para la salud y los ecosistemas, especialmente la fauna circundante. También se evaluó la eficacia de los tecnosoles fabricados, como metodología de restauración de suelos potencialmente contaminados por EPTs, mediante la caracterización y evaluación de riesgos según los posibles usos del suelo (agrícola, residencial e industrial). Los resultados obtenidos en plantas determinaron valores similares a los establecidos en el Reglamento (UE) 2023/915, a excepción de las especies que se desarrollaron en TC. Se observaron comportamientos muy diferentes de absorción y traslocación según la especie vegetal cultivada. El ARC mostró que no existe peligro para la salud humana a través de la ingesta de los cultivos obtenidos en los tecnosoles, únicamente existe riesgo para consumo de puerro debido a la presencia de arsénico. Los estudios en jabalí determinaron mayor riesgo y peligro especialmente por el consumo de las raíces de las hortalizas. El ARC realizado en 7 posibles escenarios de usos del suelo, para evaluar la eficacia de los tecnosoles, mostró excelentes resultados, no existiendo riesgo ni peligro por ingesta para todos los EPTs estudiados (excepto As). La evaluación por las vías de inhalación y dérmica no mostraron riesgo para la salud. La evaluación de los residuos de la construcción y demolición así como la de filler calizo, mostraron una eficacia similar como enmendantes para la restauración de suelos, considerándose muy idóneos para la atenuación natural de la contaminación a través de la fabricación de tecnosoles.

Potentially Toxic Elements (PTEs) represent a major environmental concern, due to their high persistence characteristics, as well as their bioaccumulation capacity. Soils affected by the presence of PTEs represent a large surface area on our planet. Agricultural areas located in the proximity of sites potentially contaminated by past mining activities are of particular relevance, due to the transfer of PTEs from the soil to the biotic environment, through the sequence soil-plant-trophic chain-fauna-human being which represents a public health risk, affecting to flora and fauna. These soils restorations require studies and methodological applications, which must be profitable and put in value the circular economy principle. In this PhD thesis, an experimental study was developed to respond to this challenge, by manufacturing technosols with different wastes, and verifying their effectiveness through a Quantitative Risk Analysis (QRA) which asseses whether there is a carcinogenic risk or systemic danger to human health and surrounding fauna. In this study, the uptake of PTEs of the following vegetable plants was assesed: lettuce, onion, broccoli, leek, chard and salicornia. The crops were grown on 5 types of soil: TC (contaminated soil): 50% Lo Poyo + 25% Cabezo Rajao + 25% Portman), T1 (natural soil), T2 (50% TC + 50% T1), T3 (75% TC + 25% CDW), T4 (75% TC + 25% limestone filler). By the manufacturing of these technosols, the principle of the circular economy was put into practice, evaluating construction and demolition waste (CDW) and other industrial waste with a high calcium carbonate content and converting them into high-value subproducts for the restoration of contaminated soils. The experiment was carried out in a greenhouse, and the concentration of As, Cd, Cu, Pb and Zn in soils, rhizospheres, leachates and plants were analyzed. The soil chemical characteristics were determined, as well as mobilisation studies with different reagents to simulate diverse environmental conditions which allowed predicting the behaviour of PTEs in the different technosols. A methodology was carried out based on the calculation/estimation of the risk to health and ecosystems which represents the presence of PTEs in soils affected by past mining activities and agricultural soils, especially the surrounding fauna. The efficacy of these technosols used as a restoration methodology for soils potentially contaminated by PTEs was also evaluated by characterising and assessing risks according to the possible land uses (agricultural, residential and industrial). The results obtained in plants determined similar values to those established in Regulation (UE) 2023/915, with the exception of the species that developed in TC. Very different uptake and translocation behaviours were observed depending on the plant species crop. The Quantitative Risk Assesment (QRA) showed that there is no danger to human health through ingestion of crops grown in technosols, there is only risk for leek consumption due to the presence of arsenic. The studies on wild boar found a higher risk and danger especially from the consumption of root vegetables. The QRA carried out in 7 possible land use scenarios to assess the efficacy of technosols showed excellent results, with no risk and no hazard from ingestion for all studied PTEs (except As). Assessment by inhalation and dermal routes showed no health risk. The assessment of construction and demolition wastes as well as limestone filler showed similar efficacy as soil restoration amendments, and were considered very suitable for the natural attenuation of contamination through the manufacture of technosols