La fitoextracción se basa en el uso de plantas verdes para extraer metales pesados o radionucleidos del suelo y almacenarlos en la biomasa superficial (Prieto Méndez et al., 2009). Las plantas pueden acumular metales pesados esenciales para su desarrollo y crecimiento como Fe, Mn, Zn, Cu, Mg, Mo y posiblemente Ni (Do Nascimento et al., 2006). Además, algunas de ellas tienen la capacidad de acumular metales pesados a través de funciones biológicas poco conocidas, tales como Cd, Cr, Pb, Co, Ag, Se y Hg (Garbisu y Alkorta 2001) (Figura 2).
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Estas plantas acumuladoras se utilizan para transportar y concentrar contaminantes (metales y orgánicos) desde el suelo hasta los brotes superficiales. En algunos casos también se cosechan las raíces (Garbisu y Alkorta 2001). Las plantas ideales para ser utilizadas en la fitoextracción deberían tener las siguientes características (Garbisu y Alkorta 2001):
Ser tolerantes a altos niveles de contaminantes.
Acumular altos niveles de metales en sus partes cosechables. Tener una alta tasa de crecimiento.
Tener potencial para producir una gran cantidad de biomasa en el campo.
Tener un sistema radicular profundo.
La resistencia de las plantas a los metales pesados se alcanza mediante mecanismos de evasión, entre los que se incluyen principalmente la inmovilización de metales en las raíces y en las paredes celulares. La tolerancia a los metales pesados se basa en el secuestro de iones metálicos pesados por las vacuolas, en unirlas con los ligando apropiados como ácidos orgánicos, proteínas y péptidos y en la presencia de enzimas que pueden funcionar a altos niveles de iones metálicos Según Keller y Hammer (2005) hay dos estrategias de fitoextracción: utilizar plantas hiperacumuladoras y utilizar plantas que producen gran cantidad de biomasa. El primer paso para la aplicación de la técnica es la selección de las especies de plantas más adecuadas para los metales presentes y las características del emplazamiento. Las especies de plantas ideales para la fitorremediación de suelo contaminado es una especie vegetal que tiene un alto rendimiento y que tanto tolera como
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acumula los contaminantes. Entre esas plantas tenemos la vetiveria, es un pasto que ha sido ampliamente conocido por su eficacia en el control de erosión y de sedimentos (Prieto Méndez et al., 2009). Tiene una raíz fuerte que puede alcanzar hasta 3 m de profundidad, es de crecimiento rápido, y pueden sobrevivir en ambientes hostiles incluyendo sitios con niveles altos de metales (Chen et al., 2004).
Fitoextracción asistida. El contaminante que se pretende extraer del suelo debe encontrarse biodisponible para que sea factible la absorción por la raíz. Para mejorar el proceso de fitoextracción, la biodisponibilidad del contaminante puede facilitarse a través de la adición de agentes acidificantes, fertilizantes o quelantes (Volke et al., 2005); o considerando el suelo como un biorreactor, combinando conjuntamente la acción de los microorganismos del suelo con las plantas hiperacumuladoras. Con estos principios se consideran las estrategias de:
Fitoextracción asistida por quelantes: consiste en la adición de agentes quelantes al suelo para incrementar la solubilidad de los metales y de esta forma favorecer su acumulación en las partes cultivables de la planta. Los quelatos sintéticos tienen una alta efectividad para alcanzar ese objetivo, pero tienen un serio inconveniente en su aplicación en el campo debido a la cantidad excesiva de metales que solubilizan y el riesgo de lixiviación y contaminación de aguas subterráneas que ello conlleva. Los quelatos naturales de bajo peso molecular (como los ácidos orgánicos gálico, cítrico), además de tener una fitotoxicidad menor que los sintéticos, son capaces de inducir la eliminación neta de metales del suelo sin aumentar el riesgo de lixiviación. Do Nascimento
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et al. (2006) demostraron que los ácidos orgánicos pueden ser tan eficientes como los quelatos sintéticos en la fitoextracción de metales en suelos contaminados Turan y Angin (2004), compararon los efectos sobre la disponibilidad y absorción de metales pesados en suelos, de la adición de diferentes agentes quelantes orgánicos [etilen-diamino tetra acético (EDTA), di-etilen-triamino penta-acético (DTPA), ácido cítrico (AC) y ácido húmico (AH)] en maíz y girasol. La capacidad para liberar B, Cd, Mo y Pb en suelos siguió el siguiente orden:
Para el maíz HA>CA>EDTA>DTPA, Para el girasol HA>EDTA>CA>DTPA.
Los mismos autores concluyeron, por tanto, que la aplicación de sustancias húmicas es una estrategia eficaz para facilitar la fitoextracción de contaminantes del suelo. Investigaciones recientes han demostrado que la fitoextracción asistida por quelantes requiere una alta dosis de aplicación de agente quelante al suelo. Chen et al. (2008) también encontraron que al incrementar la temperatura de un suelo poli-contaminado (50-80ºC durante 3 horas) tras la aplicación del agente quelante, se consigue aumentar la acumulación de metales pesados en los brotes de las plantas. Además, el riego con agua a 100ºC dos días después de la adición de quelante o la irrigación con agua a 100ºC, también tiene un mayor rendimiento de fitoextracción que en el caso de utilizar agua a 25ºC.
Fitoextracción asistida por bioaumentación: utiliza asociaciones de plantas y microorganismos para mejorar las tasas de extracción de metales por las plantas cuando el factor limitante es la disponibilidad de metales. Los
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microorganismos aumentan la biodisponibilidad al catalizar reacciones redox que producen cambios en la movilidad de los metales, y facilitan su absorción por las raíces. Además, las asociaciones de micorrizas afectan la tasa de absorción del metal. La bioaumentación no mejora el rendimiento de la fitoextracción tanto como los agentes quelantes, sin embargo, el riesgo ambiental que éstos últimos suponen junto con su alto coste, hacen relevante el uso de la bioaumentación en la fitoextracción.
Lebeau et al. (2008) analizaron las asociaciones de rizobacterias y hongos micorrícicos arbusculares con plantas hiperacumuladoras y no hiperacumuladoras y concluyeron que la bioaumentación incrementa la acumulación media de metales en los brotes. El desarrollo a gran escala de esta técnica dependerá de (i) la fiabilidad del proceso que todavía ha de ser demostrado en campo, (ii) la facilidad de ejecución, (iii) la posibilidad de limpiar los suelos poli-contaminados y (iv) la comparación económica de la planta asistida con microorganismos o no asistida.