Evaluación de la toxicidad y de la bioacumulación del Cu en un cultivo acumulador (Lactuca sativa L.) y otro no-acumulador (Solanum lycopersicum L.) en suelos agrícolas mediterráneos representativos, como base para la propuesta de estrategias de gestión

Las principales conclusiones de la presente Tesis son: 1. Los valores de toxicidad establecidos para los diferentes suelos cultivados con lechuga de las diferentes regiones agrícolas mediterráneas consideradas abarcaron rangos similares, siendo de 8 a 752 mgCu/kg en la región española y de 49 a 728 mgCu/kg en la australiana. En ambos casos, el valor máximo se obtuvo para el suelo con el mayor pH y el mayor contenido en arcilla, independientemente del tipo de suelo. Por tanto, estas dos propiedades edáficas son muy relevantes a la hora de analizar y evaluar la movilidad y la disponibilidad del Cu en el suelo. La diferencia entre los valores máximos obtenidos para cada área se puede deber al mayor contenido en materia orgánica que presenta el suelo de la región española, lo que aumenta ligeramente su capacidad de retención 2. Los valores de toxicidad establecidos para los suelos de la región mediterránea española con los cultivos considerados en esta Tesis mostraron una diferencia significativa entre cultivos en términos de tolerancia y respuesta tóxica. Según se ha comentado en el punto anterior, para la lechuga, los valores variaron entre 8 y 752 mgCu/kg, mientras que para el tomate entre 33 y 1697 mgCu/kg. Un análisis más en profundidad de estos resultados nos indica que, para la EC10, los valores obtenidos para tomate son casi el doble de los obtenidos para lechuga en todos los suelos; y que para la EC50, el valor mínimo obtenido es muy parecido al máximo obtenido para lechuga. Estos valores muestran claramente un comportamiento diferencial entre cultivos, mostrando al tomate como un cultivo más tolerante que la lechuga a los suelos contaminados por Cu. Por otro lado, el análisis de la influencia de las diferencias propiedades edáficas sobre la producción de biomasa de ambos cultivos mostró similitudes en cuanto a las propiedades más relevantes. En ambos casos, el contenido en materia orgánica, el contenido en arcilla y la capacidad de intercambio catiónico fueron las propiedades más influyentes en la dinámica del Cu en el suelo. 3. El análisis de la bioacumulación de Cu en lechuga señaló importantes diferencias entre ambas regiones mediterráneas. Sin embargo, es importante señalar que la comparación fue difícil debido al intenso efecto tóxico que mostraron las lechugas cultivadas en la zona mediterránea australiana. En los suelos de esta región, se dejó de producir biomasa en dosis más bajas que en caso de los suelos mediterráneos españoles, por lo que la comparación en relación a valores y tasas de absorción fue complicada. En ambas áreas, el contenido en Cu en las partes comestibles del cultivo aumentó a medida que también aumentaba la concentración en suelo. Sin embargo, no se pudo extraer un patrón común debido a los limitados datos disponibles sobre los suelos y cultivos australianos. Por otro lado, los análisis de correlación entre el contenido en Cu y las propiedades del suelo mostraron resultados similares entre ellos y con los relativos a la producción de biomasa. En este caso, pH, salinidad y contenido en arena favorecieron la absorción del Cu por parte de este cultivo, mientras que el contenido en materia orgánica y el contenido en arcilla tuvieron el efecto contrario. 4. La comparación entre cultivos cultivados en suelos agrícolas de la región mediterránea española en términos de bioacumulación mostró diferencias significativas entre ellos. Tallos y hojas de ambos cultivos acumularon cantidades similares de Cu en las diferentes dosis, aunque la concentración en el caso de las lechugas estuvo siempre por encima de aquella determinada para tomate. Sin embargo, los resultados más relevantes se obtuvieron al analizar la concentración de Cu en la parte comestible del cultivo. Mientras que para la lechuga, el contenido en Cu en dicha parte del cultivo aumentó conforme lo hacía también la concentración en Cu en el suelo, para el tomate, en contenido en la parte comestible se mantuvo constante en todas las dosis y suelos ensayados para los que se obtuvieron frutos. 5. Los resultados de bioacumulación en la parte comestible de la lechuga y tomate obtenidos para las dos regiones agrícolas mediterráneas consideradas solo permitieron establecer el umbral crítico para las lechugas cultivadas en los suelos agrícolas mediterráneos españoles. Estos umbrales (1975 mgCu/kg para Rojales, 8697 mgCu/kg para Sollana, 30817 mgCu/kg para Nules) mostraron que el estándar de calidad establecido en la legislación española vigente es demasiado restrictivo para los suelos no salinos mientras que es demasiado permisivo para el caso de los salinos. 6. La concentración máxima de Cu establecida en la legislación identificada (Codex 1998, McLaughlin et al. 2000) sólo fue excedida en el caso del cultivo de la lechuga cultivada en el suelo salino de la región mediterránea española, y tras la dosis cuarta. Así pues, se debe prestar especial atención a aquellos suelos salinos con concentraciones elevadas (>1647.5 mgCu/kg), ya que algunos cultivos no deberían de ser cultivados debido a los riesgos sanitarios asociados. 7. Las propiedades edáficas son muy relevantes e influencian de manera significativa la movilidad y biodisponibilidad del Cu en suelo. Esta influencia depende principalmente del pH de suelo. En suelos básicos (pH>7), el contenido en materia orgánica y el contenido en arcilla reducen esta movilidad a través de procesos de adsorción, mientras que la salinidad y el contenido en arena favorecen la absorción de este metal por la plantas. En suelos ácidos (pH<7), el efecto de un bajo pH, es decir, de favorecimiento de la movilidad, es mucho más relevante y significativo que aquél de cualquier otra propiedad. 8. El análisis del efecto de Cu y su interacción con las propiedades del suelo sobre la producción de biomasa y sobre la bioacumulación de Cu en las diferentes partes de las plantas de lechuga y tomate indicó que el estándar de calidad del suelo español no es válido desde ninguno de los dos puntos de vista para todos los suelos agrícolas ensayados. Así pues, los estándares de calidad del suelo para suelos contaminados por metales pesados se deberían establecer teniendo en cuenta la influencia de las diferentes propiedades edáficas sobre la movilidad y biodisponibilidad del metal. Para el caso concreto del Cu, las propiedades que se deberían considerar son: pH, contenido en materia orgánica, contenido en arcilla, contenido en arena y salinidad. 9. Para los cultivos considerados en esta Tesis, el efecto más relevante se produjo a nivel de producción de biomasa. Por tanto, esta es la perspectiva que se debe considerar para establecer estándares de calidad del suelo adecuados. 10. El tomate mostró un potencial fitorremediador importante, extrayendo y acumulando Cu no sólo en suelos con concentraciones de este metal bajas o medias sino también en altas concentraciones (>1700 mgCu/kg), y mostrando en todas esas una tasa de translocación hacia la parte comestible muy baja. Sin embargo, los tomates cultivados en suelos con concentraciones elevadas de Cu experimentaron una importante reducción de biomasa. Por eso, es necesario encontrar un adecuado equilibrio entre estos dos aspectos, para poder proponer este cultivo como alternativa de fitorremediación en las condiciones edáficas adecuadas. 11. La fluorescencia de rayos X portátil (P-XRF) ha demostrado ser una técnica adecuada para llevar a cabo el screening y la evaluación primaria de áreas contaminadas por Cu. La aplicación de esta novedosa técnica parece más adecuada para analizar muestras inorgánicas, debido a su mejor ajuste en los modelos de regresión calculados, aunque mostró buen potencial para el caso de matrices orgánicas, a falta de más experimentos. 12. La determinación del contenido de Cu en matrices orgánicas a través del P-XRF debe incluir un adecuado pretratamiento de las muestras que reduzca las limitaciones introducidas por los efectos de matriz y de método

Evaluating a soil quality standard for Cd in agricultural Mediterranean soils under a non-accumulator crop

Poster presentado en EUROSOIL 2012 celebrado en Bari (Italia) del 2 al 6 de julio de 2012Peer Reviewe

Valores de toxicidad de Co para un cultivo acumulador en suelos agrícolas mediterráneos representativos

4 páginas, 1 tabla. Comunicación presentada al V Simposio Nacional sobre Control de la Degradación y Uso Sostenible de Suelo. 27-30 Junio 2011. Campus Mare Nostrum. Murcia. - Área temática 2: Causas y procesos de la degradación del suelo.El presente trabajo establece los valores de toxicidad EC50 y EC10 (concentración efectiva que reduce la producción de biomasa en un 50% y en un 10%, respectivamente) de Co para un cultivo acumulador (Lactuca sativa L.) en suelos agrícolas Mediterráneos representativos. Para ello, se llevó a cabo el test 208 de la OECD en tres suelos con diferentes propiedades edáficas de la Comunidad Valenciana, una zona representativa de la Región Mediterránea Europea. Los valores de EC50 y EC10 más bajos se obtuvieron para el suelo con menor contenido en carbonato cálcico y textura con mayor contenido en arena. Por tanto, estas dos propiedades edáficas son relevantes para desarrollar estándares de calidad del suelo que resulten útiles para declarar suelos contaminados por Co.Peer reviewe

Pb toxicity values for a non-accumulator crop in representative agricultural Mediterranean soils

Poster presentado en EUROSOIL 2012 celebrado en Bari (Italia) del 2 al 6 de julio de 2012Peer Reviewe

Propuesta de un conjunto mínimo de indicadores de calidad ambiental para la evaluación y seguimiento de impactos ambientales en relación con los instrumentos de ordenación del territorio en el ámbito mediterráneo

4 páginas, 1 figuras, 1 tabla. Comunicación presentada al V Simposio Nacional sobre Control de la Degradación y Uso Sostenible de Suelo. 27-30 Junio 2011. Campus Mare Nostrum. Murcia. - Área temática 1: Cuantificación de la degradación del sueloEl presente trabajo desarrolla un conjunto mínimo de indicadores para la evaluación de la calidad de los recursos naturales como base para la valoración de impactos ambientales. Además, pretende ser útil para acometer el seguimiento de éstos en el Programa de Vigilancia Ambiental. Específicamente, dicho conjunto se ha diseñado para la evaluación y seguimiento de impactos ambientales de los instrumentos de ordenación del territorio en la Región Mediterránea. Concretamente, mediante la aplicación del Análisis de Componentes principales (ACP), se ha conformado un conjunto de 13 indicadores referidos al suelo, agua, aire y comunidad biótica (fauna y flora), que ha demostrado ser relevante y adecuado para establecer la calidad ambiental a nivel municipal, como base para la evaluación y seguimiento de impactos.Peer reviewe

Increasing the knowledge on the transference of Zn to an accumulator crop (Lactuca sativa L.) in representative Mediterranean soils

Poster presentado en EUROSOIL 2012 celebrado en Bari (Italia) del 2 al 6 de julio de 2012Peer Reviewe

Increasing the Knowledge on the Management of Cu-Contaminated Agricultural Soils by Cropping Tomato (Solanum Lycopersicum L.)

This paper increases the knowledge on the potential use of Cu-contaminated agricultural soils with tomato (Solanum lycopersicum L.). The effect of Cu and its interaction with soil properties on plant biomass production and on the accumulation of this metal in plant tissues were evaluated by conducting biomass assays in four representative Mediterranean agricultural soils contaminated by Cu. Copper toxicity on plant biomass production, evaluated through the effective concentrations of Cu added to soil that reduce the biomass production by 50% (EC50) and by 10% (EC10), was higher in soils having less soil organic matter and clay content and even in soils with favourable properties but having salinity. For the cases in which tomato was collected, Cu concentrations in them were similar for all soils and doses and never exceed the maximum Cu concentration allowed by the Codex Alimentarius Commission Regulation (10mgCukg-1 in fresh weight basis). According to our results, tomato could be cropped in Cu-contaminated Mediterranean agricultural soils when concentrations of Cu determined in them rely between their respective EC50 and EC10, because production and quality of fruits, the latter understood as the Cu concentration in them, would not be compromised. For the soils assayed, these values would range between 32·9 and 1696·5mgkg-1, depending on soil properties. Because the baseline value considered is similar to those established in other parts of the European Mediterranean region, these results can be used as guidance for this region to establish adequate phytoremediation strategies and prevent land degradation processes. © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.The authors thank the Spanish Ministry of Innovation and Science for funding the research project CGL-2006-07250/BTE, the Universitat de València for the research project UV-INV-AE112-66228 and the Regional Valencian Government for granting one of the authors (ACIF/2010/041).Peer Reviewe

Can a single and unique Cu soil quality standard be valid for different mediterranean agricultural soils under an accumulator crop?

The validity of the soil quality standard for copper (Cu) established by the Spanish legislation (Spanish Royal Decree 9/2005) is evaluated in representative agricultural Mediterranean soils under an accumulator crop (Lactuca sativa L. var. Romaine cv. Long Green), considering both the effect of the metal on crop growth (biomass production) and its accumulation in the edible part of the plant. For saline soils, such a soil quality standard seems not to be valid taking into account both of the aspects evaluated. For non-saline soils, the soil quality standard also seems not to be valid since, considering the metal accumulation in the edible part of the plant, the soil quality standard should be above such standard; but considering the productivity function of soil (biomass production), the standard should be much below, meaning that this function is being greatly affected by the presence of high concentrations of Cu. The soil quality standard for each soil considered should correspond to a value between its respective EC 50 and EC 10 values (effective concentrations of added Cu causing 50% and 10% inhibition on the biomass production), depending on the politicians and/or farmers' compromise with yield production and, therefore, with soil productivity. These threshold values were greater for the soil having more organic matter and clay content, showing that Cu toxicity also depends on these properties. Further research in other agricultural areas of the region would improve the basis for proposing adequate soil quality standards as highlighted by the European Thematic Strategy for Soil Protection. © Springer Science+Business Media B.V. 2011.Peer Reviewe

Testing the validity of a Cd soil quality standard in representative Mediterranean agricultural soils under an accumulator crop

The validity of a quality standard for cadmium (Cd) in representative agricultural Mediterranean soils under an accumulator crop (Lactuca sativa L.) is evaluated in this work considering both its effect on the crop growth (biomass production) and the metal accumulation in the edible part of the plant. Four soils with different properties relevant to regulate the behaviour of heavy metals were selected from the Valencian Region, a representative area of the European Mediterranean Region. For all soils, the effective concentration of added Cd causing 50% inhibition (EC50) on the biomass production was much higher than the minimum legal concentration used to declare soils as contaminated by cadmium, i.e. 100 times the baseline value for Cd, in Spain (Spanish Royal Decree 9/2005). As expected, Cd toxicity in the crop was higher in the soils having less carbonate content. On the other hand, for all soils, from the second dose on, which represents 10-times the baseline value for Cd, the metal content in crops exceeded the maximum level established for leaf crops by the European legislation (Regulation EC no. 466/2001). Soil salinity and coarse textures make the accumulation of Cd in the edible part of the plant easier. Therefore, the legal baseline soil cadmium content established by the Spanish legislation seems not valid neither from the point of view of the effect on the crop growth nor from the point of view of the metal accumulation in the edible part of the plant. In order to realistically declare contaminated soils by heavy metals, soil quality standards should be proposed taking into account the soil properties. Further research in other agricultural areas of the region would improve the basis for proposing adequate soil quality standards for heavy metals as highlighted by the European Thematic Strategy for Soil Protection. © 2010 Elsevier B.V.The authors thank the Spanish Ministry of Science and Innovation for funding the research project CGL-2006-07250/BTE.Peer Reviewe