Acumulación en tejidos vegetales de arsénico proveniente de aguas y suelos de Zimapán, Estado de Hidalgo, México  

Francisco Prieto-García¹, Judith Callejas H.¹, María de los Ángeles Lechuga¹,

Juan C. Gaytán² y Enrique Barrado E.³  

1 Centro de Investigaciones Químicas.  e-mail: prietog@uaeh.reduaeh.mx 

2 Centro de Investigaciones Biológicas. Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo, Carretera Pachuca-Tulancingo. Pachuca, Hidalgo. México 

3 Facultad de Ciencias. Universidad de Valladolid. España.

RESUMEN 

    Se estudió el nivel de acumulación de arsénico en tejidos vegetales de la región de Zimapán, estado de Hidalgo, México, ya que debido a su ubicación geográfica y características geomorfológicas, los suelos (y aguas) presentan altos contenidos de arsénico natural. La determinación de los niveles de arsénico se realizó por absorción atómica mediante generador de hidruros. Se analizaron muestras de diversas especies vegetales incluyendo, hortalizas, frutales, especias y plantas medicinales. Los resultados mostraron que el agua y el suelo de esta región tienen altos niveles de arsénico, y la mayoría de los cultivos presentaron una concentración elevada de dicho elemento. Entre las especias con mayor capacidad de acumulación se encuentran el epazote y el perejil, entre las hortalizas el chayote, chile y tomate verde, entre los frutales el chilacayote, naranja, guayaba y aguacate, y en las medicinales el toronjil. Por otra parte, se observó que la hoja fue el órgano de las plantas que acumuló la mayor concentración de arsénico. 

Palabras clave adicionales: Elementos tóxicos, hortalizas, frutales, especias, plantas medicinales  

 ABSTRACT 

Accumulation in plant tissues of arsenic coming from water and soils of Zimapán, Hidalgo State, México 

    It was studied the level of arsenic accumulation in vegetal tissues in the Zimapán region, Hidalgo State, México, since due to its geographic location and geomorphologic characteristics, the soils (and waters) contain naturally high levels of arsenic. The determination of the arsenic levels was made by atomic absorption by means of hydride generation. Samples of different vegetables, fruit crops, spices, and medicinal plants were analyzed. The results proved that the water and soils of this region have high arsenic levels, and most crops have elevated concentration of the element. Among the crops with the highest accumulation capacity there were spices like epazote and parsley, vegetables like chayote squash, bell pepper and tomato, fruit crops like chilacayote, orange, guava and avocado, and medicinal plants like toronjil. On the other hand, it was observed that the leaf was the plant organ that accumulated the highest level of arsenic.  

Additional key words: Toxic elements, vegetables, fruit crops, spices, medicinal plant

Recibido: Septiembre 27, 2005                                               

Aceptado: Diciembre 20, 2005

INTRODUCCIÓN 

La acumulación de metales pesados en sólidos y sedimentos puede acarrear, a la larga, consecuencias negativas para el entorno ecológico, ya que se facilita la lixiviación de cantidades significativamente elevadas de elementos tóxicos que, posteriormente, se hacen accesibles a los sistemas acuosos y seres vivos. Por su parte, la acumulación en tejidos vegetales puede llegar a producir daños genotóxicos en las células y de esta forma, se incorporan al hombre a través de la cadena alimenticia (Pérez, 2004). 

    Estudios sobre los contenidos de arsénico durante el período de marzo 1992 a marzo 1998 determinaron que los pozos de agua potable de la región de Zimapán, en el estado de Hidalgo en México se encuentran contaminados con arsénico según la Comisión Nacional del Agua (datos no publicados) y que rebasan el límite máximo permisible de 0,025 mg·L^-1 establecido por  la Normativa Oficial Mexicana (NOM-127-SSAI-2000). Se  han  realizado  monitoreos  de  dicho  elemento y  se  llegó  a  la  conclusión  de  cerrar  algunos pozos  ya  que  presentaban  concentraciones  de hasta 1,5 mg·L^-1. 

La Organización Mundial de la Salud ha llegado a la conclusión de que 1 de cada 10.000 habitantes corre el riesgo de adquirir cáncer de piel debido a la ingestión diaria de agua con concentraciones de 0,002 mg·L^-1 (Batsheba, 1996). Es importante destacar que en  productos destinados al consumo humano, como verduras, hortalizas, frutas y otros, no se ha encontrado alguna norma que especifique si puede ser admisible la presencia de arsénico. 

En este trabajo se estudiaron los niveles de bioacumulación de arsénico en diferentes cultivos de la región de Zimapán en suelos con presencia de este elemento y regados con aguas que igualmente presentan elevadas concentraciones de arsénico. 

MATERIALES Y MÉTODOS 

El área de estudio se ubicó en el municipio de Zimapán, estado de Hidalgo, México (Figura 1), abarcando la zona de mayor densidad de población que puede estar expuesta al riesgo de bioacumulación de arsénico. 

Los estudios de caracterización de las aguas recolectadas de los diferentes pozos de agua que abastecen a la población se realizaron mediante muestreos sistemáticos y representativos, mensualmente, durante un año, para evaluar los niveles medios de concentración de arsénico. 

            Para el muestreo de suelos se consideró un área circundante de 3 m alrededor de cada pozo muestreado para considerar la cantidad absorbida de cada uno y tomado en los primeros 50 cm desde la superficie. Se colectaron además,  muestras de los suelos donde se encontraban los diferentes cultivos. Así mismo, se tomó una muestra de suelo denominada control en una zona de la carretera Pachuca-Ciudad Sahagún, la cual fue considerada como un suelo natural sin problemas de arsénico. Los muestreos se realizaron cada tres meses en cuatro campañas durante un año para considerar las variaciones climatológicas y estacionarias (Münch y Ángeles, 1998). Las muestras de suelo fueron secadas a 65 °C durante 72 horas. Posteriormente, se vaciaron en tamices Tyler para obtener partículas menores de 100 mm y se procedió a su digestión con HNO₃ concentrado a 200 ºC y 1,2 MPa de presión. 

 

Figura 1. La ciudad de Zimapán Hidalgo y parte norte de la cuenca del valle de México, sub-cuenca del río Moctezuma. El recuadro indica la zona estudiada 

Los cultivos analizados estuvieron representados por diferentes tipos de hortalizas, frutales, especias y plantas medicinales cultivadas en sembradíos y huertos familiares. Estas muestras se  lavaron  con  abundante  agua  y  se  secaron  a  60 °C durante 72 horas. Posteriormente, se trituraron en morteros, se vaciaron en tamices Tyler para obtener partículas de 100 mm de forma homogénea y fueron sometidas al proceso de digestión con HNO₃ concentrado. 

La concentración de arsénico fue determinada mediante absorción atómica por generación de hidruros. Para ello se mezcló 1 mL de yoduro de potasio y 1 mL de ácido ascórbico, y luego se adicionó 1 mL de HCl concentrado y 10 mL de la muestra digerida. Para  la generación de hidruros se preparó una solución de NaBH₄ en NaOH (Norval y Butler, 1974). Para la curva de calibración se prepararon soluciones de arsénico de concentración conocida.

Para la determinación de la textura de los suelos se empleó un densímetro Robsan Bouyoucos y los resultados se llevaron al triángulo de suelos para clasificar las muestras según su textura.  

 

Se utilizó estadística descriptiva, mediante los coeficientes de variación (C.V.), para reflejar la variabilidad de los resultados de los análisis de suelo y foliares. Así mismo, se utilizó la relación porcentual entre la concentración de arsénico en el suelo y en la planta para estimar la capacidad de ésta para absorber el contaminante.    

  RESULTADOS Y DISCUSIÓN 

    Los resultados de los análisis de las muestras de aguas se observan, en promedio, en el Cuadro 1. En todos los casos los valores exceden al valor máximo permisible de 0,025 mg·L^-1 de la normativa mexicana, por lo cual la población está expuesta a un elevado índice de toxicidad por este elemento de forma permanente.  

 

    Por  otro lado,  en  el  Cuadro 2 se muestran las altas  concentraciones  promedio  de arsénico  de los suelos estudiados, lo cual es  indicativo de  que la contaminación es de origen geomorfológico, y en conjunto con las aguas que son utilizadas para el riego de cultivos, contribuyen en mayor o menor grado a hacer disponible el contaminante a las raíces de las plantas.  

  

Cuadro 1. Valores promedios de concentración de arsénico (As) en pozos de abastecimiento a la población de Zimapán, en el distribuidor general de aguas y en el municipio de Pachuca (en paréntesis el C.V.)  

 

    En relación con la textura del suelo (Cuadro 2) se aprecia que los suelos evaluados se pueden clasificar en cuatro grupos: arena-franca (grupo 1), arena (grupo 2), arena-limosa (grupo 3) y limo-arenosa (grupo 4). La muestra de suelo denominada control fue clasificada a su vez como perteneciente al grupo 4 (textura limo-arenosa). Se observa que en su mayoría son suelos limo-arenosos, lo que puede indicar que los acuíferos estarían asociados a rocas carbonatadas fracturadas (Ramos, 1996; Martín, 2000). 

Cuadro 2. Análisis de texturas y concentración de arsénico (As) en los suelos evaluados (n=2)

 

^1/ A: Arena;  AF: Arena-franca;  AL: Arena-limosa;  LA: Limo-arenosa

 

    En cuanto al contenido de arsénico se observa que los suelos de los grupos 1 y 4 de Zimapán presentaron los mayores niveles de arsénico, lo que indica que éstos pudieran presentar altos contenidos de minerales arsenicales tales como arsenopiritas, rejalgar, oropimento, loellingita y/o tennantita. De acuerdo a Galvão y Corey (1987a; 1987b) sólo el suelo del grupo 3 se puede considerar por sus niveles de arsénico como un suelo normal, no contaminado (<2,0 mg·kg^-1). 

    En el Cuadro 3 se clasificaron los diferentes cultivos considerados como especias para su posterior comparación. Se analizaron por separado  hojas  y  tallos  para evaluar qué  parte  del cultivo  acumula  mayormente  el  arsénico.  Se puede apreciar que los de mayor acumulación fueron  el  perejil  y  el  epazote,  además  de  que en sus hojas  se  apreció  la  mayor  capacidad  de acumulación.  De  acuerdo  a  esto, se podría inferir que representa un  riesgo para quien los ingiera,  ya  que  en  estos cultivos  es  la  hoja  la principal fuente de consumo. La dosis de arsénico que  un  ser humano  puede  ingerir  sin  presentar un  riesgo  de  cáncer  es  0,0105  mg  por  día para  una  persona  de  70  kg  (Díaz,  1999),   por tanto dependiendo de los hábitos de consumo pueden  resultar  en  mayor  o  menor  riesgo  para  la salud.  

Cuadro 3. Valores promedio (n=4) de la concentración de arsénico (As) y coeficiente de variación en especias cultivadas en Zimapán

 

De las especias que les siguen en cuanto a mayor concentración de arsénico fueron el tallo del epazote, el  que indica la alta contaminación de arsénico que tiene esta especie, seguido por la hoja y tallo de mejorana, así como el tomillo y el tallo del perejil. El de menor concentración acumulada resultó  ser  el  cilantro;  sin embargo, los  valores  no  dejan  de  ser  preocupantes  ya que en los vegetales  de  consumo humano  no  es  permisible  la  presencia  de  arsénico  más  allá de lo indicado por Díaz (1999). A pesar de que las normas mexicanas de alimentos no establecen límites permisibles,  es  conocido  que  en algunos países  se  han  indicado  valores  de hasta  0,2 mg·kg^-1  (datos  no publicados).  

 

En  el  Cuadro  4  se  muestran  los  resultados en  algunas  hortalizas.  En  su mayoría  se analizaron también las hojas y los tallos, de los cuales la hoja del chayote presentó un alto nivel de arsénico; los de menor concentración fueron el bulbo y las hojas de la cebolla, algunos como las hojas de col,  lechuga, acelga, huauzontle, rábano y nopal presentaron un valor menor al límite de detección. Tanto la hoja del chile, como la del tomate verde presentaron una elevada acumulación del arsénico, comprobando que la hoja tiene una gran capacidad de absorción de arsénico  a  través del   agua  y  del  suelo  donde se cultivaron. 

    En el Cuadro 5 se muestran las concentraciones de arsénico en frutales, de los cuales el chilacayote fue el que presentó valores altos; dado que este fruto se  prepara en forma de dulces, su consumo puede ser alto. Por otra parte, las hojas del naranjo muestran una baja concentración al igual que la hoja del durazno, pero aunque ninguna se usa para consumo directo, en  algunos  sitios  se  emplean  como infusiones. Los tallos del chilacayote y durazno, así como el fruto de Opuntia, presentaron bajas concentraciones con un valor menor al límite de detección del equipo.

    Otros cultivos evaluados y que son utilizados frecuentemente para infusiones medicinales pueden apreciarse en el Cuadro 6. Así, por ejemplo, el toronjil no debería ser utilizado indiscriminadamente debido a su elevada concentración de arsénico. Así mismo, aunque los tallos del toronjil y telimón no tienen un gran uso, presentan una alta concentración del contaminante.

Cuadro 4. Valores promedio (n=4) de la concentración de arsénico (As) y coeficiente de variación en hortalizas cultivadas en Zimapán

Cuadro 5.  Valores promedio (n=4) de la concentración de arsénico (As) y coeficiente de variación en frutales cultivados en Zimapán

 

Cuadro 6. Valores promedio (n=4) de la concentración de arsénico (As) y coeficiente de variación en plantas medicinales cultivadas en Zimapán

 

 

Los Cuadros 7, 8 y 9 muestran la relación porcentual de lo que cada uno de los cultivos estudiados son capaces de absorber en dependencia del  suelo  en  el  cual  fueron cultivados  (relación de absorción). Como se aprecia en los cultivos de la  zona Sur (Cuadro 7)  en  las  hojas  de  toronjil  la  relación  alcanzó  hasta  el  99 % indicando su alta capacidad para absorber el arsénico. Se destacan aquellos que presentan más de 40 % de acumulación. Como se aprecia en orden decreciente sería: hojas de toronjil> hojas de chayote> fruto de chilacayote> hojas de perejil> hojas de limón> frutos de naranjo> hojas de guayabo> hojas de chilacayote> hojas de aguacate hoja> pulpa de chayote. Es de destacar que, en muchos casos, las hojas de los  cultivos resultan sitios  preferenciales  de  acumulación  de  arsénico. 

 

Cuadro 7. Relación porcentual de la concentración de arsénico en la planta en función de la presente en el suelo (zona Sur) 

 

 

Cuadro 8.  Relación porcentual de la concentración de arsénico en la planta en función de la presente en el suelo (zona Este) 

 

  Especie      

(%)

Especie

(%)

Beta vulgaris (Acelga) Hoja

0,09

Allium cepa (Cebolla) Bulbo

3,72

Chenopodium ambrosoides (Epazote) Hoja

62,86

Allium cepa (Cebolla) Hoja

1,03

Chenopodium ambrosoides (Epazote) Tallo

40,25

Allium cepa (Cebolla) Raíz

18,42

Chenopodium ambrosoides (Epazote) Raíz	51,56		Capsicum annuum (Chile) Fruto	31,76
Coriandrum sativum (Cilantro) Hoja	13,56		Capsicum annuum (Chile) Hoja	40,71

Matricaria chamomilla  (Manzanilla) Tallo	2,49		Capsicum nahum (Chile) Tallo	22,81
Matricaria chamomilla (Manzanilla) Flor	0,30		Opuntia nopalea (Nopal)	0,09
Lycopersicum sp. (Tomate verde) Hoja	39,85		Opuntia nopalea (Nopal) Fruto	0,09
Lycopersicum sp. (Tomate verde) pulpa	19,96

 

Cuadro 9. Relación porcentual de la concentración de arsénico en la planta en función de la presente en el suelo (zona Norte) 

 

Especie

As absorbido  (%)

Especie

As absorbido  (%)

Raphanus sativus (Rábano) Fruto	0,09		Brassica oleraceae (Col) Hojas	0,09
Raphanus sativus  (Rábano) Hojas	0,09		Lactuca sativa  (Lechuga)	0,09
Opuntia nopalea (Nopal) Fruto	0,09		Chenopodium nutalliae (Huauzontle) Hoja	0,09

Opuntia nopalea  (Nopal) Hojas

0,09

Chenopodium nutalliae (Huauzontle) Tallo

0,09

 

Después  del  toronjil,  se  encontró  que  la hoja de perejil, la del chayote y el fruto del chilacayote, dentro de sus respectivas clasificaciones, fueron los cultivos con los valores acumulados más altos en concentración de  arsénico. Se observa que la relación de absorción superó  el  50 %  con  respecto  al  suelo  donde fueron cultivados (Cuadro 7). 

 

CONCLUSIONES

 

Las concentraciones de arsénico encontradas en los diferentes cultivos resultaron ser relevantes. Para  los  del  tipo especias, destacaron el epazote, cilantro  y mejorana, entre  las  que  el  cilantro es de amplio consumo. Para las hortalizas, lo fueron  el fruto del  tomate  verde  y  el  chile, ambos  de  amplia  demanda  y consumo  en  la dieta mexicana. En cuanto a los frutos, el chilacayote es el que presentó mayor concentración, en conjunto con los frutos del naranjo, níspero, plátano y granada. En los cultivos que son utilizados para infusiones medicinales, el toronjil no debe ser utilizado indiscriminadamente debido a su elevada concentración del contaminante.

 

 

LITERATURA CITADA

 

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2. Díaz Barriga, F. 1999. Metodología de identificación y evaluación de riesgos para la salud en sitios contaminados. Organización Panamericana de la Salud. Centro Panamericano de Ingeniería Sanitaria y Ciencias del Ambiente. Publicación 99.34.        [ Links ]

3. Galvão  L.,  A.C.  y  G.  Corey.  1987a. Arsénico. Serie Vigilancia 8. Edit. Centro Panamericano de Ecología Humana y Salud. Organización Panamericana de la Salud y Organización Mundial de la Salud. Metepec, México.  p 103.         [ Links ]

4. Galvão L., A. C. y G. Corey. 1987b. Manganeso. Serie Vigilancia 3. Editorial Centro Panamericano de Ecología Humana y Salud. Organización Panamericana de la Salud y Organización Mundial de la Salud. Metepec, México. p. 64.         [ Links ]

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