Rev. Amaz. Cienc. Ambient. Ecol., 3 (1), e626, doi: 10.51252/reacae.v3i1.e626
Artículo original
Original article
Ene-Jun, 2024
https://revistas.unsm.edu.pe/index.php/reacae
e-ISSN: 2810-8817
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y reproducción en cualquier medio, siempre que se cite debidamente la obra original.
Bioacumulación de plomo y su efecto en plantas cultivadas
de Zea Mays en un vertedero municipal
Bioaccumulation of lead and its effect on cultivated Zea Mays plants in a municipal
landfill
Lozano-Carranza, Carlos Mauricio1*
Huamán-Berru, Yonny1
Lozano-Chung, Andi2
Aniceto-Ahumada, Jessica Priscilla3
1Universidad César Vallejo, Tarapoto, Perú
2Universidad Nacional de San Martín, Tarapoto, Perú
3Universidad Peruana Unión, Tarapoto, Perú
Recibido: 12 Oct. 2023 | Aceptado: 15 Dic. 2023 | Publicado: 10 Ene 2024
Autor de correspondencia*: carmau.loca@gmail.com
Como citar este artículo: Lozano-Carranza, C. M., Huamán-Berru, Y., Lozano-Chung, A. & Aniceto-Ahumada, J. P. (2024). Bioacumulación de
plomo y su efecto en plantas cultivadas de Zea Mays en un vertedero municipal. Revista Amazónica de Ciencias Ambientales y Ecológicas, 3 (1),
e626. https://doi.org/10.51252/reacae.v3i1.e626
RESUMEN
Con el objetivo de mitigar la contaminación del suelo por el metal pesado plomo, el estudio buscó determinar el efecto de la
bioacumulación en la Zea Mays, una planta fitorremediadora. Para ello, se utilizó 360 kg de suelo proveniente del vertedero
de Cuñumbuqui, distribuido en 18 macetas de 20 kg cada una, en las cuales se sembraron un total de 72 semillas, con 4
semillas por maceta, durante un período de crecimiento de 8 semanas. Posteriormente, se recolectaron las 18 muestras
correspondientes a los 6 tratamientos triplicados y las plantas de maíz para su análisis de laboratorio utilizando el método
de digestión ácida y lectura de absorción atómica (ECA 3051A). Los resultados fueron procesados mediante programas
estadísticos que incluyeron análisis de varianza y prueba de medias. Se observó una mayor acumulación de plomo en el
sistema radicular del maíz, con valores promedio superiores a 5 ppm, lo que sugiere que la Zea Mays actúa como una planta
hiperacumuladora de plomo.
Palabras clave: biorremediación; contaminación; enmiendas orgánicas; maíz; suelo
ABSTRACT
With the aim of mitigating soil contamination by the heavy metal lead, the study sought to determine the effect of
bioaccumulation in Zea Mays, a phytoremediating plant. To achieve this, 360 kg of soil from the Cuñumbuqui landfill was
used, distributed in 18 pots of 20 kg each, in which a total of 72 seeds were planted, with 4 seeds per pot, during an 8-week
growth period. Subsequently, the 18 samples corresponding to the 6 triplicated treatments and the maize plants were
collected for laboratory analysis using the acid digestion and atomic absorption reading method (ECA 3051A). The results
were processed using statistical programs that included analysis of variance and mean comparison tests. A higher
accumulation of lead was observed in the maize root system, with average values exceeding 5 ppm, suggesting that Zea Mays
acts as a hyperaccumulator plant for lead.
Keywords: bioremediation; organic amendments; soil; contamination; corn
Lozano-Carranza, C. M. et al.
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1. INTRODUCCIÓN
La contaminación del suelo mediante los metales pesados es un problema medioambiental considerable en
todo el mundo (Yang et al., 2018). Cuando las concentraciones del contaminante pesado supera lo
establecido en los estándares de calidad ambiental, los microorganismos pueden verse afectados (Imseng
et al., 2019); además, la fecundidad, la producción y las condiciones morfológicas del cultivo también
pueden reducirse y a la vez acumular estos elementos en los vegetales, generando toxicidad en los seres
vivos cuando es consumido (Li et al., 2020).
Por ello, se han estudiado métodos para descontaminar suelos con la presencia del contaminante pesado
(Liu et al., 2018). Dentro de las diversas técnicas se menciona la bioacumulación, considerada como un
enfoque eficiente y rentable para eliminar, estabilizar o hacer menos tóxico el metal pesado; este recibió
más importancia en estos años recientes (Cordero Casallas, 2015) donde destaca la bioconcentración como
estrategia adecuada para evaluar la capacidad extractora de plomo (Pb) en las plantas (Moreno-Osuna et
al., 2021).
El Factor de Bioconcentración (BCF) de Pb en Z. Mays generalmente aumentan con el incremento de la
concentración de dicho metal. Múltiples investigaciones indican además que la capacidad de
bioacumulación de Pb de Z. Mays está a la par con otras plantas hiperacumuladoras. Z. Mays es una planta
de cereal anual de la familia Gramineae originaria de México, es uno de los cereales más antiguos y
ampliamente cultivados y sirve como alimento para los seres vivos. La capacidad de las plantas para
acumular metales y posiblemente otros contaminantes varía según la naturaleza de la planta, especie y la
naturaleza del contaminante metálico. En este caso, Z. Mays (maíz) se conoce que son buenos acumuladores
de contaminantes.
Mediante esta investigación se pretende descubrir los beneficios y el provecho que tiene la bioacumulación
del Z. Mays para el tratamiento de los metales pesados, lo contundente es enfocar y entender la procedencia
de este problema, debido a que, los poblados se desarrollan más con el pasar de los días lo cual origina que
las ciudades consuman más alimentos cosechados, por ende, con fines de mayor producción se utilicen
sustancias que contaminan los recursos con metaloides pesados. En consecuencia, una alta cantidad de
estos en el área agrícola puede aumentar su absorción por plantas, forrajes y granos, lo que genera posibles
riesgos para la salud de los consumidores (Mng’ong’o et al., 2021).
En el Perú la basura generada al año es colocada en más de 1400 botaderos a cielo abierto y rellenos
sanitarios, la mayoría de ellos son tratados inadecuadamente por lo que atrae diferentes problemas que
causa contaminación ambiental y a la misma vez afecta a la salud de los pobladores. En el país este
problema viene en aumento debido a la carencia de educación y cultura ambiental a causa de que en los
habitantes la costumbre común hace referencia a utilizar y desechar, por lo que el país viene generando
aproximadamente 23 millones de kilos de residuos sólidos (RS) diariamente, del cual un porcentaje del
15/100 es aprovechado (reciclado), asimismo, se cuentan con 12 rellenos sanitarios con autorización en
todo el país, ocasionando que en promedio un porcentaje del 90 de estos RS generados, terminen en los
diversos botaderos, entre estos 1250 ilegales (Ministerio del Ambiente - MINAM, 2019).
El distrito de Cuñumbuqui no es ajena a esta situación, ya que la inadecuada gestión de los RS ha generado
un incremento en la contaminación del suelo con metales pesados, especialmente Pb, a través de la
lixiviación de los desechos. Esta problemática ambiental repercute directamente en la calidad del suelo en
la zona del vertedero. Por consiguiente, la investigación se centra en la ejecución del tratamiento de metales
pesados en los suelos del vertedero municipal de Cuñumbuqui, utilizando Z. Mays.
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2. MATERIALES Y MÉTODOS
Se abarcó una investigación aplicada de enfoque cuantitativo y nivel explicativo. El diseño fue experimental,
ya que se manipuló la variable independiente (bioconcentración de Pb) para estudiar su consecuencia
sobre la variable dependiente (efectos de suelo con enmiendas orgánicas). A continuación, se muestra el
diseño experimental (Tabla 1):
Tabla 1.
Resumen de diseño experimental
Tratamiento
Niveles de Pb (mg/kg)
Enmiendas
T1
0
-
T2
10
-
T3
15
-
T4
0
Compost
T5
10
Compost
T6
15
Compost
Se aplicaron 6 tratamientos, cada tratamiento contenía 3 repeticiones, también se utilizó un total de 360
kg de suelo, 72 semillas de Zea Mays y 2,25 kg de compost para cada tratamiento. Se utilizó 20 kg de suelo
para cada maceta, se sembró 4 semillas por maceta Zea Mays y se añadieron 250 gramos de compost en los
tratamientos T4, T5 y T6.
2.1. Procedimientos
Extracción de suelo y recolección de muestra testigo
Se recolectaron 340 kg de suelo superficial (0 – 30 cm) del botadero del distrito de Cuñumbuqui, en las
coordenadas UTM este 336340 y norte 9280760 los que posteriormente fueron transportados al área de
estudio, en las coordenadas UTM este 344389 y norte 9286550, donde posteriormente se realizó la
experimentación (Ahmed et al., 2021).
Recolección de muestra testigo
La muestra testigo se obtuvo extrayendo 1 kg de suelo, el cual fue depositado en una bolsa ziploc y
posteriormente trasladado al laboratorio de suelos de la Universidad Nacional de San Martín para
someterlo a análisis. Para obtener la muestra testigo, se localizó inicialmente el punto mediante el uso de
un GPS, se emplearon palas especializadas para recoger las muestras y se excavó a la profundidad requerida
para la recolección.
Armado del invernadero
Para la construcción del invernadero, se adquirió madera en la maderera Milagros, ubicada en el distrito
de Tarapoto. Estos materiales fueron transportados a la zona de estudio. Posteriormente, se utilizó un
tramo de 8 m de plástico para cubrir el techo del invernadero, y se empleó una malla para cerrar el
perímetro del área de estudio.
Contaminación de suelo con Pb
Se emplearon concentraciones de Pb de 0, 10 y 15 ppm en un total de 12 macetas. Se contaminaron 6
macetas con 10 ppm de Pb cada una y otras 6 macetas con 15 ppm de Pb. El Pb utilizado fue obtenido en el
laboratorio de la Universidad Nacional de San Martín, suministrado por el responsable. Las distintas
concentraciones obtenidas se emplearon para contaminar las muestras de suelo recolectadas, siguiendo
los niveles de contaminación requeridos. La contaminación artificial del suelo con Pb se llevó a cabo en un
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recipiente de 20 kg. Después de la contaminación, se selló el recipiente y se dejó en reposo durante una
semana.
Cultivo de Z. Mays
Las semillas empleadas fueron adquiridas en una agroveterinaria del mercado número 2 de Tarapoto. Se
sembraron 4 semillas de Z. mays por macetero de 20 kg, y posteriormente, se seleccionaron las 2 plántulas
más vigorosas para llevar a cabo el estudio, siguiendo el protocolo de Munive et al. (2018). El experimento
se desarrolló en un terreno situado en el distrito de Tarapoto, que proporcionó las condiciones de
temperatura ambiente ideales para el crecimiento de las plantas.
Enmiendas orgánicas
La dosis aplicada correspondió al 2 por ciento (20 g por kg de suelo), según lo recomendado por Munive et
al. (2018). El compost utilizado fue obtenido del Distrito de Morales y proporcionado por el encargado de
la compostera de la Municipalidad Distrital de Morales.
Extracción de suelo en las macetas para determinar la concentración de Pb
Se realizó la extracción de suelo de las macetas experimentales, tanto aquellas con enmiendas como las sin
enmiendas. Este proceso consistió en recoger 500 gramos de suelo de cada tratamiento, utilizando palas
especializadas. Posteriormente, se depositó el suelo recogido en bolsas ziploc, listo para ser transportado
al laboratorio, siguiendo el procedimiento descrito por Munive et al. (2018).
Recolección de la planta Zea Mays para determinar la concentración de Pb
Con el fin de determinar la presencia de Pb en la planta, tanto en el tallo como en la raíz, se procedió a
extraer una muestra de cada tratamiento. Luego, estas muestras fueron trasladadas al laboratorio, donde
fueron evaluadas por especialistas a cargo del análisis.
2.2. Análisis de datos
Se llevó a cabo la prueba de normalidad de datos mediante la utilización de la prueba de Shapiro-Wilks, ya
que los datos no superan los 50. La elección de esta prueba se fundamentó en la necesidad de determinar
la distribución paramétrica. Para confirmar la normalidad de los datos, se considera que el p-valor debe ser
superior al nivel de significancia (p-valor > 0,05); de lo contrario, los datos no seguirán una distribución
normal (p-valor < 0,05).
Asimismo, se implementó un Diseño Completamente al Azar (DCA) con 6 tratamientos y 3 repeticiones. Se
llevará a cabo un DCA para cada observación con el objetivo de evaluar la existencia de diferencias
significativas entre tratamientos. En caso de que el valor de F calculado sea igual o mayor que el valor F de
la tabla, se concluirá que, al nivel de significancia establecido (5%), las medias de los tratamientos no son
iguales. Por el contrario, si F calculado < F de la tabla, se concluirá que los tratamientos son
estadísticamente iguales (Bustos et al., 2008).
Finalmente, los resultados fueron sometidos a la prueba de medias de Tukey con un nivel de significancia
del 5% (p ≤ 0.05). Esta prueba se llevó a cabo con el propósito de identificar la naturaleza de las diferencias
entre los tratamientos. La representación de los resultados se realizó mediante tablas y gráficos, facilitando
así una visualización práctica de los hallazgos.
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3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
3.1. Identificación de nivel de Pb en plantas de Z. Mays
En la Tabla 2 se presentan los resultados promedio de todos los análisis de laboratorio, abarcando suelo,
raíz y tallo de la planta de Z. Mays. Además, se detallan los niveles de Pb en el suelo, destacando que los
tratamientos T1 y T4 experimentaron una disminución en la concentración de Pb en comparación con la
muestra testigo inicial.
Tabla 2.
Resultado promedio de concentraciones de Pb en los tratamientos
Tratamientos
Pb en raíz (ppm)
Pb en tallo (ppm)
T1 (0 ppm pb)
5,28
4,31
T2 (10 ppm pb)
5,53
4,51
T3 (15 ppm pb)
6,37
5,2
T4 (0 ppm pb + compost)
6,28
5,86
T5 (10 ppm pb + compost)
6,58
6,21
T6 (15 ppm pb + compost)
7,13
6,93
En relación al maíz, se observa una notoria acumulación de Pb tanto en el tallo como en la raíz,
destacándose una mayor concentración de este contaminante después de la aplicación de la enmienda
orgánica de compost en los tratamientos T4, T5 y T6. Esto sugiere que dichos tratamientos fueron más
efectivos en el proceso de acumulación de Pb en la planta.
Respecto a la normalidad de los datos, se observa una distribución paramétrica, dado que el p-valor es >
0,05. En consecuencia, los datos referentes a suelo, tallo y raíz exhiben una completa normalidad.
Tabla 3.
Resultado promedio de concentraciones de Pb en los tratamientos
Variable
p-Valor
Decisión
Pb en suelo
0,9308
0,9308 > 0,05 Presenta normalidad
Pb en tallo
0,6956
0,6956 > 0,05 Presenta normalidad
Pb en raíz
0,1825
0,1825 > 0,05 Presenta normalidad
3.2. Identificación del efecto de las enmiendas orgánicas en plantas de Z. Mays
Nivel de Pb en el suelo
De acuerdo a la Tabla 4, el análisis de varianza (ANOVA) revela un p-valor inferior a 0,0001, por debajo del
nivel de significancia establecido en 0,05. Por lo tanto, se concluye que los tratamientos son altamente
significativos y tienen efectos distintos. Esta evidencia sugiere que el uso de compost impacta en la
absorción de Pb por parte del maíz. Además, se observa un bajo coeficiente de variación del 0,20%,
indicando que los resultados son consistentes y confiables.
Tabla 4.
Análisis de varianza de la concentración de Pb en el suelo
Fuentes de
variación
Grados de
libertad
Suma de
cuadrados
Cuadrado
medios
Valor F
calculado
p-valor
Tratamiento
5
2102,56
420,51
157,75
<0,0001
Error
6
15,99
2,67
Total
11
2118,56
Por otra parte, la prueba de medias de Tukey respalda los resultados obtenidos en el ANOVA, evidenciando
diferencias significativas entre los tratamientos en cuanto a la concentración de Pb en el suelo. Se
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identifican cinco agrupaciones (A, B, C, D y E) con respecto a esta variable (Figura 1). La elección del
tratamiento óptimo se basa en la búsqueda de la menor concentración posible de Pb en el suelo, excluyendo
a T4 y T1, que no fueron sometidos a contaminación. Por lo tanto, el tratamiento óptimo se identifica como
T2 (10 ppm de Pb), que muestra un valor de 17,25 ppm de Pb. En contraste, T3 (15 ppm de Pb) presenta
una concentración más elevada de 22,58 ppm. La agrupación E exhibe los valores más bajos de ppm de Pb
(T4=10,90 y T1=10,87) ya que no fueron sometidos a contaminación con dicho elemento.
Figura 1. Promedio de concentraciones de Pb en los tratamientos del suelo
Nivel de Pb en la raíz
El ANOVA arrojó un p-valor de <0,0001, menor al nivel de significancia establecido en 0,05. Esta diferencia
significativa respalda la afirmación de que los tratamientos poseen efectos diferentes, indicando que el uso
de compost está influyendo en la absorción de Pb por parte del maíz. Además, se observa un bajo coeficiente
de variación del 0,20 %, lo cual refleja que los resultados son confiables y consistentes (Tabla 5).
Tabla 5.
Análisis de varianza de la concentración de Pb en la raíz
Fuentes de
variación
Grados de
libertad
Suma de
cuadrados
Cuadrado
medios
Valor F
calculado
p-valor
Tratamiento
5
2102,56
420,51
157,75
<0,0001
Error
6
15,99
2,67
Total
11
2118,56
La prueba de medias de Tukey valida la información del ANOVA, resaltando las diferencias significativas
entre los tratamientos en relación con la concentración de Pb en la raíz. En consecuencia, se excluyen T4 y
T1 debido a que no fueron sometidos a contaminación. Por lo tanto, se identifica como tratamiento óptimo
a T6 (15 ppm de Pb + 250 g de compost), que muestra un valor de 7,13 ppm de Pb. Por otro lado, la
agrupación E presenta los valores más bajos de ppm de Pb (T1=5,28 ppm de Pb), ya que no fueron
sometidos a contaminación con dicho elemento (Figura 2).
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Figura 2. Promedio de concentraciones de Pb en los tratamientos de la raíz
Nivel de Pb en el tallo
De acuerdo con los resultados de la Tabla 6, el ANOVA exhibe un p-valor menor a <0,0001, por debajo del
nivel de significancia establecido en 0,05. Esta discrepancia respalda la afirmación de que los tratamientos
son altamente significativos, indicando que tienen efectos distintos. Este hallazgo sugiere que la presencia
de compost en el cultivo de maíz está ejerciendo una influencia en la absorción de Pb. Asimismo, se observa
un bajo coeficiente de variación del 0,20%, lo cual evidencia la confiabilidad de los resultados.
Tabla 6.
Análisis de varianza de la concentración de Pb en el tallo
Fuentes de
variación
Grados de
libertad
Suma de
cuadrados
Cuadrado
medios
Valor F
calculado
p-valor
Tratamiento
5
2102,56
420,51
157,75
<0,0001
Error
6
15,99
2,67
Total
11
2118,56
Adicionalmente, la prueba de medias de Tukey respalda los resultados del ANOVA, destacando las
diferencias significativas entre los tratamientos en relación con la concentración de Pb en el tallo. Se
identifican seis agrupaciones (A, B, C, D, E y F) según esta variable. La elección del tratamiento óptimo se
basa en aquel con el mayor valor de media, ya que el objetivo de la investigación es lograr la mayor
concentración posible de Pb en el tallo. En consecuencia, se excluyen T4 y T1, que no fueron sometidos a
contaminación. Por lo tanto, se identifica como tratamiento óptimo a T6 (15 ppm de Pb + 250 g de compost),
que muestra un valor de 6,93 ppm de Pb. En contraste, la agrupación F exhibe los valores más bajos de ppm
de Pb (T1=4,31 ppm de Pb), ya que no fueron sometidos a contaminación con dicho elemento.
Lozano-Carranza, C. M. et al.
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Figura 3. Promedio de concentraciones de Pb en los tratamientos del tallo
4. DISCUSIÓN
Referente a la identificación del nivel de Pb en plantas de Z. Mays, se observa que los tratamientos T1 y T4,
que no fueron contaminados, disminuyeron las concentraciones iniciales de Pb en el suelo de 14,75 ppm a
10,87 ppm y 10,90 ppm respectivamente. La normalidad del suelo, indicada por el p-valor (0,9308),
confirma la validez de los resultados. Estos hallazgos coinciden con Irfan et al. (2021), quien encontró que
la aplicación de enmiendas al suelo redujo significativamente el contenido de Pb. Por otro lado, Cordero
Casallas (2015) señaló que el maíz crecido en suelo no modificado presentó concentraciones de Pb
superiores al límite seguro, indicando la acumulación en tallo y raíz.
En cuanto al efecto de las enmiendas orgánicas en plantas de Z. Mays, se destaca que el nivel de Pb en el
suelo muestra un p-valor significativo (<0,0001), confirmando que los tratamientos son altamente
significativos y tienen diferentes efectos. El tratamiento óptimo identificado fue T2 (10 ppm de Pb), con
una concentración de 17,25 ppm de Pb, en comparación con T3 (15 ppm de Pb) que registró 22,58 ppm.
Estos resultados encuentran respaldo en la investigación de Irfan et al. (2021) que demostró una reducción
del contenido de Pb en el suelo al agregar compost. Respecto a la concentración de Pb en la raíz, se evidencia
que el tratamiento óptimo fue T6 (15 ppm de Pb + 250 g. compost) con 7,13 ppm de Pb, mientras que la
agrupación E (T1=5,28 ppm Pb) muestra los valores más bajos debido a la ausencia de contaminación.
Estos resultados difieren con Anjum et al. (2020), quien observó una significativa reducción de las
concentraciones de Pb en las raíces al aplicar compost.
En relación al Pb en el tallo, se confirma la influencia positiva del compost en la absorción, con el
tratamiento óptimo siendo T6 (15 ppm de Pb + 250 g. compost) con 6,93 ppm de Pb. Estos resultados son
consistentes con Munive et al. (2018), quienes obtuvieron una disminución de las concentraciones de Pb
en el tallo al aplicar compost. En conjunto, estos hallazgos sugieren que la aplicación de compost favorece
la bioacumulación de Pb en la raíz de Z. Mays, demostrando adaptación al suelo contaminado del botadero.
CONCLUSIONES
Los resultados sugieren que la aplicación de compost en el cultivo de Z. Mays es una estrategia efectiva para
mitigar la acumulación de Pb en suelo contaminado. La disminución significativa de las concentraciones de
Pb en suelo, raíz y tallo en los tratamientos con compost indica un potencial impacto positivo en la salud
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del cultivo y, por extensión, en la seguridad alimentaria. Estos hallazgos respaldan la viabilidad de utilizar
enmiendas orgánicas como medida de biorremediación, ofreciendo una solución sostenible y eco amigable
para la recuperación de suelos contaminados por metales pesados.
Se sugiere profundizar en investigaciones futuras para explorar la viabilidad a largo plazo de la aplicación
de compost en diferentes tipos de suelos y condiciones climáticas. Además, sería beneficioso evaluar el
impacto de la biorremediación con compost en otros cultivos y su interacción con la microbiota del suelo.
La implementación práctica de estas estrategias debe considerar factores como la disponibilidad y costo
del compost, así como la adaptabilidad de la planta a condiciones específicas. También se recomienda
realizar análisis continuos para monitorear la calidad del suelo y la acumulación de plomo en las plantas a
lo largo del tiempo, con el fin de ajustar las estrategias de biorremediación según sea necesario.
FINANCIAMIENTO
Los autores no recibieron patrocinio para llevar a cabo este estudio-artículo.
CONFLICTO DE INTERESES
El presente artículo no presenta conflicto de intereses.
CONTRIBUCIÓN DE LOS AUTORES
Conceptualización, curación de datos, análisis formal, adquisición de fondos, investigación, administración
del proyecto, software, supervisión, validación, visualización, redacción -borrador original y redacción -
revisión y edición: Lozano-Carranza, C. M., Huamán-Berru, Y., Lozano-Chung, A. y Aniceto-Ahumada, J. P.
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