En los suelos agrícolas a nivel mundial la presencia de metales pesados debería justificarse únicamente como parte de su composición mineral originaria y de los procesos edáficos que crearon dicho suelo.

Por Víctor Bataller

Las concentraciones elevadas de estos metales, al igual que el resto de minerales esenciales para el crecimiento y desarrollo de las plantas como el nitrógeno, el fósforo o el potasio, ejercen graves efectos tóxicos en todas sus rutas metabólicas y pueden bloquear moléculas fundamentales evitando que realicen su función, sustituir cationes esenciales en el interior de las células, alterar la estructura de las membranas celulares y sus orgánulos y desnaturalizar o inactivar las enzimas que catalizan sus procesos metabólicos.

Todos estos niveles indeseados de metales pesados son consecuencia de la mayor plaga creada por el desarrollo humano: la contaminación medioambiental.

La contaminación medioambiental se define como la presencia en el ambiente de cualquier agente (físico, químico o biológico) o bien de una combinación de varios agentes en lugares, formas y concentraciones tales que sean o puedan ser nocivos para la salud, la seguridad o el bienestar de la población, o bien, que puedan ser perjudiciales para la vida vegetal y/o animal, o impidan el uso normal de las propiedades y lugares de recreo y disfrute de los mismos. La contaminación ambiental es también la incorporación a los cuerpos receptores de sustancias sólidas, liquidas o gaseosas, o mezclas de ellas, siempre que alteren desfavorablemente las condiciones naturales del mismo o que puedan afectar a la salud, la higiene o el bienestar de la población (Guía sobre contaminación ambiental 2006-2009, Begum, 2010).

Las principales fuentes de contaminación medioambiental son:

  • Industrias: como los frigoríficos, mataderos, empresas mineras y petroleras.
  • Comercios: por sus embalajes.
  • Agricultura: por el uso de agroquímicos (plaguicidas sintéticos y fertilizantes minerales).
  • Domicilios particulares: pues generan gran cantidad de residuos que por falta de concienciación medioambiental no siempre se incorporar a un sistema de reciclado.
  • Desarrollo de la actividad humana: cuya principal consecuencia son los gases de combustión y/o de efecto invernadero.

Según los medios físicos en la naturaleza que se pueden contaminar los resultados son muy variados. 

  • contaminación del agua: es la incorporación al agua de materias extrañas, como microorganismos, productosquímicos, residuos industriales y otras aguas residuales. Estas materias deterioran la calidad del agua y la hacen inútil para los usos pretendidos, algo que se podría considerar más grave que las sequías.
  • Contaminación del suelo: es la incorporación al suelo de materias extrañas, como basura, desechos tóxicos, productos químicos y otros desechos industriales. La contaminación del sueloproduce un desequilibrio físico, químico y biológico que afecta negativamente a las plantas, los animales y al hombre.
  • Contaminación del aire: es la adición dañina a la atmósfera de gases tóxicos como el dióxido de carbono u otros que afectan al normal desarrollo de plantas, animales y que afectan negativamente a la salud de los humanos y al clima mundial.

También la contaminación ambiental se puede clasificar según el tipo de contaminante, de manera que tenemos:

  • Contaminación química: se refiere a cualquiera de las anteriormente comentadas donde un compuesto químico concreto se introduce en el medio alterándolo en ocasiones de manera irreversible.
  • Contaminación radiactiva: es aquella que resulta de la dispersión accidental o no de materiales radiactivos, como el uranio enriquecido, y que son usados en instalaciones médicas o de investigación, reactores nucleares de centrales energéticas, munición bélica, submarinos, satélitesartificiales, etc.
  • Contaminación térmica: que se refiere a la emisión de fluidos (gases o líquidos) a elevadas temperatura Esta emisión se puede producir tanto al aire como en los cursos de agua. Dicho incremento de la temperatura en el medio tiene una serie de efectos negativos como que disminuye la solubilidad del oxígeno en el agua y evita que sea tomado por los animales que viven en ese medio.
  • Contaminación acústica: es la contaminación debida al ruidoprovocado por las actividades industriales, sociales y del transporte. En las grandes ciudades es uno de los problemas de salud pública más grave a los que se pueden enfrentar las autoridades sanitarias.
  • Contaminación electromagnética: es la producida por las radiaciones del espectro electromagnético como la generada por los teléfonos móviles y sus antenas de repetición de señales, algunos electrodomésticos, etc.
  • Contaminación lumínica: se refiere sobre todo al brillo nocturno producido por el reflejo y la difusión de la luz artificial en los gases y en las partículas del aire por el uso de luminarias o excesos de iluminación, así como la introducción de luz o de determinadas longitudes de onda del espectro lumínico en lugares no deseados
  • Contaminación visual: se produce generalmente por instalaciones industriales, edificios e infraestructuras que deterioran la estéticadel medio sobre todo en espacios naturales protegidos.
  • Contaminación industrial: es sin duda la más grave. Sus efectos son devastadores como la apertura de galerías en minas que provocan infiltraciones de sales de potasa en el terreno, los gases tóxicos que se disuelven en el aguade las precipitaciones llegando a contaminar el suelo y los acuíferos (la conocida como lluvia ácida), la ruptura accidental de las canalizaciones de las industrias de transformación (como la rotura de la presa de Aznalcollar que provocó la contaminación del Parque Nacional de Doñana), los vertidos a las aguas de metales pesados como plomo, mercurio y otros compuestos orgánicos e inorgánicos de síntesis, el almacenamiento deficiente de productos químicos, los gases de combustión y vertidos de aceites lubricantes usados en los transportes, la contaminación térmica por el agua caliente de las centrales nucleares vertidas a ríos y lagos, etc.
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Las concentraciones anómalas de metales pesados en los suelos pueden deberse básicamente a dos tipos de factores: causas naturales y causas antropogénicas (propias de la actividad del hombre). Las causas naturales pueden ser, entre otras, la actividad volcánica, procesos de formación de suelos, meteoros, erosión de rocas, terremotos, tsunamis, etc. Las causas antropogénicas pueden ser, como ya hemos visto, la minería, la combustión de carburantes fósiles, la industria a través de sus vertidos, el uso de pesticidas y fertilizantes, etc.

Llegado este punto y tras la introducción que hemos realizado, vamos a dedicar el resto del artículo a los metales pesados.

Los metales pesados afectan a las cadenas alimenticias, provocando un efecto de bioacumulación entre los organismos de la cadena trófica. Ello es debido a la alta persistencia de los metales pesados en el entorno al no tener la mayoría de éstos una función biológica definida. Bastante conocido es el caso en el que se incorporan a la cadena alimenticia a través de los organismos filtrantes presentes en los sedimentos marinos, habiéndose observado en ciertas especies un factor de bioconcentración (cociente entre la concentración del metal contaminante en el organismo vivo y en el agua circundante).

También es muy conocido el caso del aumento de la concentración de metales pesados y sus efectos negativos a medida que vamos subiendo en la cadena trófica. Una empresa japonesa dedicada a la fabricación de materias primas para la obtención de papel utilizaba mercurio en sus procesos industriales. Los residuos resultantes eran vertidos al mar donde eran asimilados por su fauna. Durante décadas no se observaron efectos negativos en la fauna marina por lo que no se tomaron medidas para corregir la contaminación. Pero con el tiempo comenzaron a aparecer casos de niveles elevados de mercurio en la población mientras que no se apreciaban efectos negativos en la fauna de la zona. La explicación a este hecho es que a medida que se sube en la cadena trófica los procesos metabólicos son más complejos y por lo tanto la eliminación de los metales pesados supone más dificultad que si el organismo dispone de procesos metabólicos más sencillos.

En la actualidad la mayoría de las actividades industriales son consideradas como “actividades potencialmente contaminantes de los suelos”. El suelo ha variado sus características originales por culpa del desarrollo de la actividad humana lo que puede ocasionar grandes riesgos para la salud humana y los ecosistemas. Las principales causas de la contaminación del suelo con metales pesados como plomo, cadmio, cromo, zinc, cobre, níquel, mercurio, selenio y arsénico, entre otros, son el riego con agua contaminadas por la industria, la aplicación de residuos sólidos contaminados y el uso de antiguos terrenos industriales contaminados por sus vertidos.

Las mayores fuentes de metales pesados incluyen las industrias metalúrgicas del hierro y del acero que provocan residuos ricos en níquel, las fábricas de baterías que pueden emitir cantidades considerables de plomo y los residuos domésticos ya que aproximadamente el 10% de nuestra basura está compuesta por metales pesados. Uno de los problemas más serios de las sociedades modernas es cómo deshacerse de este volumen de basuras y las dos alternativas más comunes son enterrar o incinerar, no por ser las más eficaces sino por ser las más económicas. El enterramiento de los residuos contamina los suelos y las aguas subterráneas, mientras que la incineración  contamina la atmósfera.

Otras fuentes de procedencia de los metales pesados son pequeñas industrias establecidas en zonas urbanas o en polígonos industriales carentes de plantas de tratamiento, talleres de automóviles, el pequeño y mediano comercio, la limpieza de vehículos de transporte en la vía pública o en la propiedad privada… por lo que es un problema provocado también por todos nosotros.

Los metales pesados tienen diversos efectos en nuestros cultivos y vamos a tratarlos uno por uno con detenimiento.

Cadmio

A pesar de que el cadmio no es un elemento esencial para las plantas, su absorción se realiza fácilmente a través de las raíces y las hojas. La circulación dentro de la planta se cree que ocurre, al igual que con otros metales pesados, por la formación de complejos metalorgánicos. El cadmio no es un elemento esencial en animales ni en vegetales, constituyendo un contaminante de muy alta toxicidad y de gran peligrosidad.

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Muchas enzimas que poseen metales en su composición pueden ser inhibidas por la sustitución de uno de sus iones metálicos por otro ion con igual carga y tamaño similar. Éste es el caso del cadmio, donde su toxicidad se debe a la sustitución del zinc de la estructura molecular de muchas enzimas, manifestándose su fitotoxicidad a concentraciones más bajas que las de otros metales pesados.

Entre los efectos fitotóxicos del cadmio se describen alteraciones en diferentes procesos fisiológicos como:

  • Alteraciones en la fotosíntesis.
  • Efecto inhibitorio en la elasticidad de la pared celular.
  • Aumento de la permeabilidad de membranas.
  • Disminución en el contenido de proteínas totales en hojas.
  • Alteración en la absorción, contenido y metabolismo de nutrientes.
  • Alteraciones en la actividad enzimática.
  • Alteración en el balance hídrico de la planta.
  • Inhibición en el crecimiento y daño en las raíces.
  • Inhibición en el crecimiento de los tallos.
  • Inhibición en el área, biomasa y anatomía foliar.

Cromo

El cromo suele ser muy frecuente en residuos generados por la actividad del hombre y en la naturaleza ya que se utiliza en la elaboración de cementos, aleaciones de metales como el acero, pigmentos para pinturas, en la fabricación del papel, del caucho y de otros materiales.

Si bien el cromo no constituye uno de los elementos esenciales para los vegetales, a bajas concentraciones se han observado efectos positivos:

  • Aumento de la elasticidad de la pared celular.
  • Aumento del crecimiento radical.
  • Mayor resistencia al estrés hídrico y otras situaciones de estrés.
  • Retraso en los procesos de caída de las hojas.
  • Mejora en la nutrición mineral e incremento en el transporte de nutrientes por el interior de la planta.
  • Aumento en el contenido de proteínas.

Por el contrario, en concentraciones elevadas el cromo es muy fitotóxico. La principal causa de toxicidad del cromo es la formación de complejos inertes cuando se une a sustancias orgánicas de importancia fundamental para el metabolismo celular como los ácidos nucleicos, proteínas y compuestos orgánicos que normalmente se hacen más complejos con hierro. Los síntomas visibles y los efectos producidos por la toxicidad del cromo, además de la baja translocación de este metal desde las raíces al tallo, sugieren que los principales efectos tóxicos se producen en raíces, mientras que los daños observados en los órganos aéreos son como consecuencia de dicho efecto en las células de la raíz. La inhibición en la eliminación de H+ y en la incorporación de K+ en células de raíz, sin observarse cambios en el potencial de membrana, sugieren que el efecto tóxico del cromo se debe al aumento del pH intracelular causado posiblemente por la reducción del cromo. Por otra parte en este proceso de reducción del cromo se producen radicales libres que pueden reaccionar directamente con las moléculas de ADN. El cromo generado se une irreversiblemente a los grupos fosfato del ADN o de los nucleótidos libres interfiriendo en su funcionamiento. Como consecuencia se producen alteraciones en la división celular en el meristema radical que provoca la detención en crecimiento de la raíz.

Los efectos fitotóxicos del cromo se resumen en:

  • Inhibición de la germinación.
  • Inhibición en el crecimiento radicular por efecto en la división celular y en el desarrollo de raíces laterales, daño en los pelos radicales y en las células epidérmicas y corticales de las raíces y alteración en la absorción de agua y de nutrientes como el P, Mn, Mg, Fe y Mo.
  • Reducción del área foliar.
  • Efecto adverso en la translocación de nutrientes como el N, P, Ca, Mg, K, Zn, Cu y Fe.
  • Alteraciones en la fotosíntesis: alteraciones en la síntesis y disminución en el contenido de clorofila en hojas jóvenes, inhibición en el transporte de electrones, alteraciones en la estructura de cloroplastos, inhibición en la actividad de las enzimas del ciclo de Calvin, etc.
  • Alteraciones en la permeabilidad de las membranas celulares, en especial en células radiculares y de zonas basales del tallo.
  • Disminución en el contenido de proteínas en hojas.

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Muchos años luchando en la sombra para que el cannabis florezca al sol.

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