3. Resultados y discusión
En la Tabla 2 se muestran los resultados obtenidos de la caracterización de la muestra de suelo de sabana utilizada en la investigación, luego de aplicarse los procedimientos estandarizados mencionados en el punto 2.1.
Tabla 2
Características del suelo original
Los suelos de las sabanas venezolanas poseen texturas predominantemente arenosas, fuerte acidez y bajos contenidos de materia orgánica y nutrientes, características que le imponen severas limitaciones por fertilidad (García y Herrera 1978, Rodríguez, Sanabria y Navarro 1996). Según lo anterior se puede observar en la Tabla 2 que la muestra presentó características promedio que la definen como un suelo de sabana, ya que su textura es Franco Arenosa arcillosa con porcentajes de 54% Arena, 23% arcilla y 23% Limo, en cuanto a su pH se puede decir que es un suelo fuertemente ácido (Rojas, 2009). El contenido de materia orgánica muestra que el suelo posee buenas características para uso agrícola, ya que contiene una cantidad alta de la misma, esto según lo que establece Rioja (2002) en Pavón (2003) el cual indica que cantidades de MO mayores a 3,6% en suelos de clima cálido se clasifica como muy alta; esto no está acorde con las características propias de los suelos de sabana, sin embargo puede deberse a que la muestra se obtuvo de una parcela que no ha sido labrada por cierto tiempo y al estar cubierta de gramíneas, la acumulación de restos de estas plantas en descomposición puede inducir valores altos de MO como lo reseña la Soil Survey Staff (2010).
La alta concentración de MO también influye de manera importante en el contenido de aceites y grasas presentes, ya que como lo establece la norma EPA 9071b, este valor se refiere a cualquier material graso proveniente de restos de animales y plantas presentes en el suelo, así como hidrocarburos los cuales pueden ser extraídos con n-hexano y la presencia de restos orgánicos en descomposición son fuente de aceites y grasas.
Según Flores y Alcalá (2010) los valores típicos de densidad para los suelos se encuentran entre 2,60 y 2,70 g/mL de densidad real y menores a 1,60 g/mL de densidad aparente, lo indica que el valor obtenido de densidad real es baja, lo que se debe al contenido de materia orgánica ya que ésta al ser menos densa disminuye la densidad del suelo (Rojas, 2009). En el caso de la densidad aparente, ésta se encuentra dentro de lo esperado pues su valor es menor a 1,60 g/mL. El cálculo de la porosidad del suelo (densidad aparente/densidad real *100) arroja un valor de 62% que se considera muy alto, lo que corresponde a un suelo de textura fina (Flores y Alcalá, 2010) concordando con su textura con alto contenido de granos finos (arcilla y limo).
Los resultados de la caracterización de la muestra de suelo, están acordes a los obtenidos en otras investigaciones, como la de Marín (2016).
En la Tabla 3 se muestran los resultados de la caracterización de la muestra de suelo después de ser contaminada con el petróleo. Las propiedades determinadas fueron las mismas que para la muestra de suelo original.
Tabla 3
Características del suelo contaminado con petróleo
En cuanto al porcentaje de aceite y grasa que este presenta fue de 7,1% siendo mayor al del suelo original debido a que el petróleo por ser una mezcla compleja de sustancias orgánicas, le adiciona aceites y grasas al suelo, cuantificables por el método de extracción utilizado. Se observa entonces que el aporte del petróleo al %AyG fue de 3,3%. Igualmente al contaminar el suelo con 100 mL de petróleo por kilogramo, se produce un incremento en el carbono orgánico, lo que se refleja en el contenido de materia orgánica, la cual es 3,7 veces mayor a la original del suelo. En este aspecto, se pueden incluir compuestos orgánicos tóxicos provenientes de contaminación de suelos por hidrocarburos del petróleo, que también constituye parte de la materia orgánica del suelo (Etchevers, 1988).
El valor del pH sufrió una ligera disminución, lo que puede deberse a la incorporación de sustancias ácidas contenidas en el petróleo, sin embargo se sigue manteniendo la tendencia fuertemente ácida del suelo (Rojas, 2009). La textura del suelo no se vio afectada por la contaminación con petróleo, debido a que esta tiene que ver con la parte mineral del suelo, no variando sus proporciones de arena, limo y arcillas.
La densidad aparente es afectada por el contenido de materia orgánica, los valores más bajos (menores de 1 g/mL), se obtienen en suelos orgánicos (Flores y Alcalá, 2010). Por esta misma razón se observa una disminución en la densidad real del suelo, ubicándose en el rango de los suelos orgánicos. La porosidad calculada para el suelo contaminado fue de 40%, que se ubica en el rango de porosidad media (Flores y Alcalá, 2010). La disminución en la porosidad se debe a que el petróleo se comporta como un material cementante de los granos, lo que disminuye el espacio poroso del suelo, disminuyendo de igual forma la capacidad del mismo de almacenar agua, haciéndolo menos apto para la solubilización de los nutrimentos para las plantas, convirtiéndolo en un suelo menos fértil.
En la Tabla 4 se muestran los resultados de la caracterización de la muestra de petróleo utilizado para contaminar el suelo en estudio.
La gravedad API del petróleo lo clasifica como de tipo pesado, ya que su valor es menor a 22,3 esto según lo establecido por la American Petroleum Institute (Faergestad, 2016). Los petróleos pesados poseen una mayor proporción de compuestos pesados que los demás petróleos, como es el caso de los asfaltenos, los cuales son difíciles de degradar, al respecto Martínez (2010) menciona que existe una relación inversa entre la biodegradabilidad del petróleo y el porcentaje de asfaltenos y en su estudio demostró que la fracción de asfaltenos es clave para la predicción de la biodegradabilidad del petróleo. La viscosidad de la muestra está acorde con la misma, ya que como lo expresa Faergestad (2016), las viscosidades de los petróleos pesados es mayor a 10 cP. El porcentaje de agua y sedimentos es elevado (>1%) debido a que es una muestra de petróleo obtenida directamente del pozo productor, sin ser pasada por un sistema de deshidratación. La cantidad de agua y sedimentos también puede ser indicativo de que se está en presencia de una emulsión, lo que puede influir también en la biodegradabilidad.
En la Tabla 5 se presentan las características obtenidas del extracto de fibra de coco (Cocos nucifera) al aplicar los procedimientos en el laboratorio.
Tabla 5
Características del extracto de fibra de coco
El resultado del pH mostró un valor neutro, lo que contrasta con valores reportados para lixiviados de compost como los de Granada y Prada (2015) que fueron de características alcalinas (7,67 y 7,71) y los reportados por Tirado y López (2016) para un extracto acuoso de fibra de coco obtenido en caliente el cual fue ácido con pH de 5,29. Velástegui (2009) reportó para un lixiviado de compost un valor de pH igual 7,83 también de características alcalinas. Lo anterior es indicativo de que el pH del extracto depende del tipo de residuo utilizado así como de la técnica que se use para su extracción. El porcentaje de materia orgánica obtenida en base al sólido muestra que el 70,08% de los sólidos totales en el extracto corresponden a materia orgánica que el agua extrajo de las fibras de coco durante su proceso de descomposición. El extracto no reportó contenido de aceites y grasas, lo que indica que el mismo no contiene materia grasa, lo que concuerda con lo reportado por Velástegui (2009) para un lixiviado de compost. Al respecto de la caracterización del extracto, Tirado y López (2016) obtuvieron un total de sólidos de un extracto de fibra de coco, de 6410 mg/L, el cual consideraron bajo; sin embargo, es superior al obtenido en esta investigación. La diferencia en sólidos totales se debe a la manera de realizar la extracción ya que los autores citados utilizaron fibras verdes y realizaron extracción en caliente, es decir colocaron las fibras trituradas en agua, la cual sometieron a calentamiento hasta su punto de ebullición, lo que evidentemente aumenta la eficiencia de extracción. Velástegui (2009) reportó un valor de sólidos totales para un lixiviado de compost de 866 mg/L que es un valor menor al obtenido en la presente investigación, lo que corrobora que este parámetro depende de la biomasa utilizada para la elaboración del compost y que el extracto de fibra de coco presenta un valor aceptable. El porcentaje de materia orgánica con base en contenido sólido del extracto, concuerda con los contenidos reportados por Melgarejo, Ballesteros y Bendeck (1997) para diferentes humus líquidos, estando los resultados de los autores entre 26,35% y 79,73%, De igual manera los autores citados reportaron valores de pH en rango neutro, lo que también es consistente con lo obtenido en la presente investigación. El contenido de carbono orgánico es bajo comparado con valores como los reportados por Granada y Prada (2015) quienes al caracterizar un lixiviado de compost obtuvieron un valor de 2660 mg/L, sin embargo esto depende de la procedencia del compost y el tipo de biomasa utilizada para su obtención.
En la Tabla 6 se muestran los resultados obtenidos de la determinación de los porcentajes de aceites y grasas y el pH respecto al tiempo en cada una de las unidades experimentales.
Tabla 6
Porcentajes de aceites y grasas y pH respecto al tiempo
En relación a los porcentajes de aceites y grasas, se partió de un valor inicial de 7,10% en cada unidad experimental esto debido a que al inicio el suelo fue contaminado con la misma cantidad de petróleo y se caracterizó luego de 7 días para luego ser dividido en las 4 unidades experimentales, siendo el valor del día 0 el reportado en esta caracterización, valor constante. A partir del día 0, se observa como los aceites y grasas fueron disminuyendo en cada una de las unidades experimentales, En la unidad patrón sin tratamiento con extracto, P(SE), se observó una disminución hasta los 21 días, a partir de los cuales se mantuvo el valor constante, representando esto una disminución de 32,39% respecto al valor inicial. Este porcentaje de disminución por atenuación natural es consistente con el reportado por Arrieta et al. (2012) para un suelo contaminado con diésel, que fue de 36,86% en un lapso de 4 meses. A pesar de presentarse una disminución del contenido de aceites y grasas en la muestra de suelo contaminado sin tratamiento, se observa que por atenuación natural el suelo no alcanzó el valor límite establecido por el Decreto 2635, que es de 1%. En la Figura 1, se muestra la gráfica obtenida de aceites y grasas en función al tiempo para la unidad patrón.
Fig. 1:
Comportamiento del %AyG en función al tiempo en la unidad patrón
La curva se extrapoló a partir de la mejor tendencia (exponencial) con lo que se estima que por atenuación natural el suelo se remediaría en un mínimo de aproximadamente 125 días. Tomando como referencia el trabajo de Arrieta et al. (2012) se observa que bajo la tendencia de la curva de remediación, a los 120 días (4 meses) el porcentaje de remediación supera al reportado por los citados autores, ya que sería un valor aproximado de 86,00%, lo que puede deberse a las diferencias en las propiedades de los suelos utilizados.
En el caso de las unidades tratadas con extracto de fibra de coco, se observa en todas el valor de porcentaje de aceites y grasas fue menor al 1% a los 28 días, lo que demuestra la efectividad del mismo como biorremediador. En cuanto a los porcentajes de disminución, la U1 (50 mL) mostró un valor de 90,14%, la U2 (100 mL) de 87,61% y la U3 (150 mL) de 87,32%. Lo anterior indica que el tratamiento más eficiente fue el de 50 mL de extracto por kilogramo de suelo. Al comparar estos resultados con los reportados por Marín (2017) para el tratamiento de un suelo de sabana contaminado con petróleo liviano tratado con extracto hidroalcohólico de cáscaras de naranja (Citrus sinensis) se observa que el tratamiento con el extracto de fibra de coco fue más eficiente en cuanto a los aceites y grasas respecto al tiempo, debido a que el autor citado muestra que el valor menor a 1% en su investigación se obtuvo a los 42 días con una dosis de 150 mL de extracto al 5% de concentración por kilogramo de suelo, logrando una remoción de hidrocarburos de 90,9%, lo que significa que en el caso de la presente investigación se tiene un producto más eficiente, logrando el resultado en 14 días menos, esto debido a que existe mayor cantidad de materia orgánica en el extracto utilizado, lo que contribuyó a una mayor actividad de los microorganismos presentes en el suelo.. Rodríguez et al (2012) reportaron que la técnica de bioestimulación con la adición de nutrientes de cáscaras de banano en proporción 90:10 en un suelo contaminado con diésel, fue más eficiente en relación a la atenuación natural y la bioaumentación con un 93% de remoción de hidrocarburos, resultado obtenido a los 30 días, lo que también está acorde con los resultados reportados en esta investigación y también demuestra un mejor comportamiento del extracto de fibra de coco como bieorremediador.
La determinación del pH mostró un aumento del mismo respecto al tiempo, pese a que el suelo se mantuvo dentro del rango de suelo ácido (Rojas, 2009). Lo anterior se debe a que la actividad metabólica de los microorganismos estimulados por el extracto utilizado, genera la liberación de especies químicas iónicas que contribuyen al intercambio de electrones en el suelo. El Decreto 2635 considera que para un suelo contaminado estar acto debe tener un pH entre 6 y 9 por lo que no se alcanzó este rango, aun así al observar la tenencia ascendente de este parámetro, se estimó el tiempo requerido para alcanzar dicho rango, lo que se puede observar en la Figura 2.
Fig. 2:
Comportamiento del pH en función al tiempo
En la Figura 2 se observa que todas las unidades experimentales tratadas con el extracto de fibra de coco pueden alcanzar el rango de pH establecido por el decreto 2635 en un lapso menor de 50 días, por el contrario la muestra patrón contaminada sin tratamiento se proyecta para alcanzar el valor en un lapso entre 120 y 130 días. Al igual que en el caso de los aceites y grasas, estos resultados demuestran la eficiencia de los tratamientos aplicados en la remediación del suelo. Arrieta et al. (2012) reportó que al bioestimular un suelo contaminado con Diésel con inóculos contentivos de microorganismos degradadores del mismo, el pH del suelo pasó de ser ácido a neutro en un lapso de 120 días (7,3 unidades de pH) y al observar la tendencia de los resultados de la presente investigación se demuestra la efectividad de los tratamientos aplicados, ya que ese mismo valor de pH se estima alcanzarlo en menos de 65 días.
Luego de la obtención de los resultados, se realizó un análisis de varianza multifactorial, cuyos resultados se muestran en la Tabla 7. Como factores se tomaron los Tratamientos y el Tiempo, siendo las variables dependientes el %AyG y el pH. En la Tabla 7 se muestra el ANOVA multifactorial realizado para la variable %AyG.
Tabla 7
Análisis de Varianza para la variable %AyG
Se observa que para ambos factores, el Valor-P de la tabla ANOVA fue menor de 0,05 lo que indica que tienen influencia estadísticamente significativa sobre el %AyG con un nivel de confianza de 95%. Se concluye entonces que los porcentajes de aceites y grasas obtenidos muestran diferencias en función a la cantidad de extracto que se se aplicó a la muestra de suelo contaminado, como también que a medida que transcurre el tiempo existió una variación significativa en esta misma variable. Para complementar el análisis ANOVA, se realizó una prueba múltiple de rangos mediante el procedimiento de Fisher (DMS), cuyos resultados se muestran en las Tablas 8y 9.
Tabla 8
Análisis Múltiple de rangos (DMS) del factor Tratamientos para la variable %AyG
El análisis del factor Tratamientos muestra que la diferencia existió solo respecto a la unidad patrón (sin tratamiento) y que independientemente de la cantidad de extracto que se aplicó al suelo contaminado, el porcentaje promedio de aceites y grasas obtenido fue estadísticamente igual, es decir no existieron diferencias al comparar los resultados obtenidos con las dosis de extracto aplicadas. Lo anterior demuestra la aplicabilidad del extracto como biorremediador y que además se puede utilizar en la menor cantidad (50 mL/kg) obteniéndose resultados satisfactorios con el menor gasto de extracto. Este comportamiento difiere del obtenido de la remediación de un suelo de sabana tratado con extracto de cáscaras de naranja (Citrus sinensis) según Marín (2017), ya que en la investigación citada si se muestran diferencias significativas respecto a los tratamientos, siendo el más eficiente el de 150 mL/kg, lo que demuestra que en comparación es más eficiente el extracto de fibra de coco, ya que se obtienen buenos resultados con menos dosis.
El análisis del factor Tiempo se muestra en la Tabla 9, donde se puede observar que entre 7 y 14 días, los porcentajes de aceites y grasas son estadísticamente iguales, lo que ocurre de igual forma para los valores obtenidos entre 14 y 21 días y luego entre 21 y 28 días, sin embargo existen diferencias significativas entre los resultados obtenidos entre 7 y 21 días y entre 14 y 28 días. Lo anterior sugiere que las diferencias en los %AyG se manifiestan cada 14 días y que los valores obtenidos cada 7 días no son estadísticamente diferentes. Todos los valores de %AyG obtenidos mostraron diferencias significativas respecto al valor obtenido al inicio de la investigación, lo que demuestra la influencia del factor Tiempo en la biorremediación.
Tabla 9
Análisis Múltiple de Rangos (DMS) del factor Tiempo para la variable %AyG
En la Tabla 10 se presentan los resultados del análisis de varianza multifactorial respecto a la variable pH, tomando de igual manera que para el %AyG como factores los Tratamientos y el Tiempo.
Tabla 10
Análisis de Varianza para la variable %AyG
Al igual que para la variable %AyG, para la variable pH se obtuvo que los dos factores en estudio tuvieron influencia estadísticamente significativa sobre los valores obtenidos con un nivel de confianza de 95%, esto con base en el Valor-P de la tabla ANOVA el cual fue menor a 0,05. Lo anterior indica que el pH del suelo contaminado y tratado con el extracto de fibra de coco se vio afectado significativamente al variar la cantidad de extracto utilizado y el tiempo de exposición del suelo al tratamiento.
Para establecer como fue la influencia de los dos factores, se realizó la prueba múltiple de rangos, mostrándose los resultados en las Tablas 11ytabla12.
Tabla 11
Análisis Múltiple de rangos (DMS) del factor Tratamientos para la variable pH
El análisis múltiple de rangos respecto al factor Tratamiento sobre la variable pH mostró que no existen diferencias significativas al aplicar 50 y 100 mL de extracto por kilogramo de suelo, obteniéndose para ambos los mayores valores de esta variable. Al aplicar la cantidad mayor de extracto (150 mL por kilogramo de suelo) se evidencia que existe diferencia significativa respecto a las otras dos dosificaciones siendo además este valor de pH el menor entre los tratamientos. Igualmente el pH de la unidad patrón sin tratamiento mostró diferencias significativas respecto a las unidades tratadas, reportando el menor valor de pH. La presencia del petróleo en el suelo produce un incremento del pH, debido a que al ser un aceite dificulta el paso de corriente eléctrica, que el potenciómetro registra como un incremento del pH. La presencia en el suelo del extracto con pH neutro es decir mayor al del suelo original produce también el efecto de incremento del pH. Tomando en cuenta que se recomiendan valores de pH mayores al obtenido para la muestra de suelo original, según el Decreto 2635, es evidente que los mejores tratamientos fueron los de menor cantidad de extracto, aunque el suelo sigue siendo de características ácidas.
Tabla 12
Análisis Múltiple de rangos (DMS) del factor Tiempo para la variable pH
El análisis múltiple de rangos respecto al factor Tiempo para la variable pH arrojó resultados similares a los obtenidos para la variable %AyG. Los valores obtenidos para los 7 y 14 días fueron estadísticamente iguales, de igual manera los valores para 21 y 28 días, sin embargo al comparar los valores entre 7 y 21 días y entre 14 y 28 días se observan diferencias significativas. Lo anterior sugiere que en el caso de la variable pH, la influencia del tiempo se evidencia cada 14 días, ya que cada 7 días los resultados son estadísticamente iguales. Todas las unidades tratadas con extracto mostraron pH diferentes desde el punto de vista estadístico respecto a la unidad patrón sin tratamiento, evidenciándose una vez más la influencia que tuvo el extracto de fibra de coco en el proceso de biorremediación del suelo contaminado con petróleo. Lo anterior se debe a que al irse degradando el petróleo por la acción de los microorganismos estimulados por los nutrientes del extracto, se van consumiendo también los electrolitos que permiten el paso de la corriente eléctrica y por ende se generan mayores medidas de pH, lo que también se ve favorecido por la presencia del extracto que tiene características neutras.
