1 UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERÍA AMBIENTAL Y DE RECURSOS NATURALES ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA AMBIENTAL Y DE RECURSOS NATURALES “PELARGONIUM HORTORUM EN LA FITORREMEDIACIÓN DE SUELOS CONTAMINADOS POR PLOMO Y CADMIO DEL ASENTAMIENTO HUMANO VIRGEN DE GUADALUPE, CALLAO 2023” TESIS PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE INGENIERO AMBIENTAL Y DE RECURSOS NATURALES FERNÁNDEZ QUIROZ, INGRID KARYME TEJADA PAUCAR, FIORELLA VALDERRAMA VASQUEZ, CAROL GLADYS ASESOR: Mtro. VIGO ROLDÁN, ABNER JOSUÉ LÍNEA DE INVESTIGACIÓN: CIENCIAS DE LA TIERRA Y DEL AMBIENTE Callao, 2023 PERÚ 2 3 4 5 INFORMACIÓN BÁSICA FACULTAD FACULTAD DE INGENIERÍA AMBIENTAL Y DE RECURSOS NATURALES UNIDAD DE INVESTIGACIÓN DE LA FACULTAD DE INGENIERÍA AMBIENTAL Y DE RECURSOS NATURALES. TÍTULO: “PELARGONIUM HORTORUM EN LA FITORREMEDIACIÓN DE SUELOS CONTAMINADOS POR PLOMO Y CADMIO DEL ASENTAMIENTO HUMANO VIRGEN DE GUADALUPE, CALLAO 2023” AUTORES / CÓDIGO ORCID / DNI: FERNANDEZ QUIROZ INGRID KARYME / 0009-0003-7170-3635 / 76588262 TEJADA PAUCAR FIORELLA / 0009-0003-9603-6365 / 73149573 VALDERRAMA VASQUEZ CAROL GLADYS/ 0009-0009-1380-5290 / 77337709 ASESOR / CÓDIGO ORCID / DNI: Mtro. ABNER JOSUÉ VIGO ROLDÁN / 0000-0002-5611-8011 / 08085074 LUGAR DE EJECUCIÓN: ASENTAMIENTO HUMANO VIRGEN DE GUADALUPE, DISTRITO DE MI PERÚ, PROVINCIA CONSTITUCIONAL DEL CALLAO. UNIDAD DE ANÁLISIS: SUELO CONTAMINADO CON METALES PESADOS, PLOMO Y CADMIO. TIPO DE INVESTIGACIÓN: APLICADA ENFOQUE: CUANTITATIVO. DISEÑO: EXPERIMENTAL. TEMA OCDE: 2.08.02 BIORREMEDIACIÓN, BIOTECNOLOGÍAS DE DIAGNÓSTICO EN LA GESTIÓN AMBIENTAL https://catalogos.concytec.gob.pe/vocabulario/ocde_ford.html#2.08.02 https://catalogos.concytec.gob.pe/vocabulario/ocde_ford.html#2.08.02 6 DEDICATORIA A mi madre Marcelina Paucar o como le digo omma, quien, con su amor, paciencia, apoyo y esfuerzo, siempre creyó en mí y en todo lo que quisiera hacer, gracias infinitamente por enseñarme a ser libre y valiente. A mis hermanas, Milagros y Anjela, por su cariño, paciencia y apoyo incondicional. A mis amigos de la facultad, mi código 13B, con los que tengo muy lindos recuerdos. A mí, por todo el esfuerzo, dedicación, amor y respeto entregado en cada una de las metas trazadas junto al universo. Y a Bangtan Sonyeondan quienes me acompañan con sus palabras y canciones, siendo mi gran motivación día a día. Fiorella Tejada A mi familia, que, con su amor, apoyo y confianza en mí, me motivaron a poder lograr este objetivo, me inculcaron la perseverancia y la determinación de poder lograr todo lo que me proponga. A mis sobrinos, Caleb, Fabián, Amelie, que desde que llegaron a mi vida fueron mi motivación y me dieron la fuerza que necesitaba para poder salir adelante. A mis abuelos y mi mejor amigo que desde el cielo me cuidan y sé que están orgullosos de mí. A mis amigos de la facultad, les agradezco por todo su apoyo desde los inicios en esta travesía, cada uno de ellos fue una pieza fundamental para esta etapa y a mí, porque a pesar de todos los obstáculos que tuve que pasar nunca me di por vencida. Carol Valderrama A mi familia, por todo su esfuerzo, apoyo constante, confianza y amor incondicional durante cada aventura que enfrento, sin ustedes no sería la persona en la que me he convertido, cada logró es por y para ustedes. A mi abuelita y mi madrina que me cuidan desde el cielo. A mis amigos, por tantos momentos y enseñanzas compartidas durante mi vida. Y Bangtan, que con su frecuencia y música me han enseñado que “Esta bien parar y detenerse, no necesitas correr sin saber por qué lo estás haciendo”, quienes son una fuente de motivación, inspiración, compañía y consuelo durante este extraño viaje llamado vida. Ingrid Fernandez 7 AGRADECIMIENTO Agradecemos a nuestras familias y amigos por su apoyo a lo largo de nuestra vida y estudios, por ese orgullo y ganas de superación que en todo momento nos transmiten. A nuestros mentores de la Universidad, ya que sus enseñanzas fueron importantes en toda nuestra transición universitaria. De manera especial a nuestro asesor el Mtro. Abner Josué Vigo Roldan, quién nos orientó en este importante trabajo de investigación; gracias por los valiosos consejos para nuestra formación profesional. 8 ÍNDICE I. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 18 1.1. Descripción de la realidad problemática 18 1.2. Formulación del problema 20 1.2.1. Problema General 20 1.3. Objetivos 21 1.3.1. Objetivo general 21 1.3.2. Objetivo específico 21 1.4. Justificación 21 1.5. Delimitantes de la investigación 24 1.5.1. Delimitante teórica 24 1.5.2. Delimitante temporal 24 1.5.3. Delimitante espacial 25 II. MARCO TEÓRICO 26 2.1. Antecedentes 26 2.1.1. Antecedentes internacionales 26 2.1.2. Antecedentes nacionales 30 2.2. Bases teóricas 34 2.3. Marco Conceptual 43 2.4. Definición de Términos Básicos 44 III. HIPÓTESIS Y VARIABLES 47 3.1. Hipótesis 47 3.1.1. Hipótesis general 47 3.1.2. Hipótesis específicas 47 3.2. Operacionalización de variable 47 9 IV. METODOLOGÍA DEL PROYECTO 49 4.1. Diseño metodológico 49 4.2. Método de investigación 50 4.3. Población y muestra 57 4.3.1. Población 57 4.3.2. Muestra 57 4.4. Lugar de estudio 57 4.5. Técnicas e instrumentos para la recolección de la información 58 4.6. Análisis y procesamiento de datos 59 4.7. Aspectos Éticos en Investigación 60 V. RESULTADOS 61 5.1. Resultados descriptivos 61 5.1.1. Análisis y caracterización del suelo 61 5.1.2. Análisis de las concentraciones de Plomo y Cadmio en suelo contaminado 63 5.1.3. Análisis de la concentración de Pb y Cd en suelo contaminado y el aditivo compost 66 5.1.4. Análisis de la concentración de Pb y Cd en suelo contaminado y el aditivo humus 68 5.2. Resultados inferenciales 72 5.2.1. Factor inter sujeto 72 5.2.2. Prueba de efecto intersujeto 75 5.2.3. Comparaciones Post hoc 77 VI. DISCUSIÓN DE RESULTADOS 81 6.1. Contrastación y demostración de la hipótesis con los resultados 81 6.2. Contrastación de los resultados con otros estudios similares 85 6.3. Responsabilidad ética de acuerdo con los reglamentos vigentes 87 10 VII. CONCLUSIONES 89 VIII. RECOMENDACIONES 91 IX. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 92 X. ANEXOS 102 11 ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1. Normativa Internacional 40 Tabla 2. Normativa Nacional 41 Tabla 3. Operalizacion de las variables 48 Tabla 4. Puntos de muestreo de suelos 53 Tabla 5. Materiales empleados en la recolección de muestra de suelos 53 Tabla 6. Profundidad del muestreo según el uso de suelo 54 Tabla 7. Caracterización de la muestra de suelo 55 Tabla 8. Cantidad de suelo y aditivo por tratamiento 56 Tabla 9. Métodos, instrumentos y equipos 59 Tabla 10. Caracterización de la muestra de suelo 62 Tabla 11. Concentraciones iniciales de Pb y Cd en el Tratamiento T1 (muestra de suelo contaminado) 63 Tabla 12. Concentraciones de Pb y Cd en el Tratamiento T1 64 Tabla 13. Concentraciones de Pb y Cd en el Tratamiento T2 66 Tabla 14. Concentraciones de Pb y Cd en el Tratamiento T3 68 Tabla 15. Porcentaje de remoción de Pb y Cd en cada Tratamiento 70 Tabla 16. Factor inter sujeto de los datos de Pb respecto a cada tratamiento 73 Tabla 17. Estadístico descriptivo de la absorción del Pb respecto a cada tratamiento 73 Tabla 18. Estadístico descriptivo de la media del Pb respecto a cada tratamiento y días de evaluación 74 Tabla 19. Estadístico descriptivo de la media del Cd respecto a cada tratamiento y días de evaluación 75 Tabla 20. Prueba de efecto intersujeto para Pb 76 Tabla 21. Prueba de efectos inter-sujetos para Cd 76 Tabla 22. Comparaciones múltiples para el Pb en tratamientos 77 Tabla 23. Comparaciones múltiples para el Pb en días 78 Tabla 24. Comparaciones múltiples para el Cd en tratamientos 80 Tabla 28. Comparaciones múltiples para el Cd en días 81 12 ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1. Captación y transporte de metales pesados en las plantas a través de varios transportadores de metales en la membrana plasmática 36 Figura 2. Mecanismos de fitorremediación en una planta 37 Figura 3 .Diagrama de flujo de procedimiento experimental 52 Figura 4. Tratamientos 55 Figura 5. Mapa de lugar de estudio 58 Figura 6. Concentraciones de Pb en el Tratamiento T1 y su comparación con el ECA 65 Figura 7. Concentraciones de Cd en el Tratamiento T1 y su comparación con el ECA 65 Figura 8. Concentraciones de Pb en el Tratamiento T2 y su comparación con el ECA 67 Figura 9. Concentraciones de Cd en el Tratamiento T2 y su comparación con el ECA 67 Figura 10. Concentraciones de Pb en el Tratamiento T3 y su comparación con el ECA 69 Figura 11. Concentraciones de Cd en el Tratamiento T3 y su comparación con el ECA 69 Figura 12. Concentraciones de Pb en los tratamientos y su comparación con el ECA 71 Figura 13. Concentraciones de Cd en los tratamientos y su comparación con el ECA 72 13 ÍNDICE DE ABREVIATURAS FAO: Food and Agriculture Organization (Traducido a Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura) PNUMA: Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente ECA: Estándares de Calidad Ambiental OEFA: Organismos de Evaluación y Fiscalización Ambiental A.H.: Asentamiento Humano ERSA: Estudios de Evaluación de Riesgos a la Salud y el Ambiente DIGESA: Dirección General de Salud Ambiental e Inocuidad Alimentaria FCA: Facultad de Ciencias Administrativas ANOVA: Análisis de la Varianza D.S.: Decreto Supremo MINAM: Ministerio del Ambiente ISO: Internacional Organization for Standardization (traducido a Organización Internacional de Normalización) EPA: Environmental Protection Agency (traducido en Agencia de Protección Ambiental) FLAA: Flame Atomic Absorption Spectrophotometry (traducido a Espectrofotometría de Absorción Atómica de Llama) ICP-AES: Inductively Coupled Plasma - Atomic Emission Spectroscopy (traducido a Espectroscopía de Emisión Atómica con Plasma de Acoplamiento Inductivo) 14 RESUMEN La investigación que se presenta a continuación tuvo como objetivo evaluar la efectividad del Pelargonium hortorum para fitorremediar suelos contaminados con plomo (Pb) y cadmio (Cd) en el A.H. Virgen de Guadalupe, motivado por la presencia de Pb y Cd en el aire y suelo que sobrepasan los estándares de calidad ambiental, siendo esta afectación atribuida a las actividades industriales que se desarrollan en la zona colindante al Parque Industrial de Ventanilla. Entre las técnicas de remediación para suelos contaminados, Delgadillo et al. (2011) precisa a la fitorremediación como opción de tecnología que reduce la concentración de diversos compuestos. Asimismo, (Pandey, Sarkar y Pandey, 2019) menciona que el Pelargonium hortorum tiene potencial para fitorremediar debido a su tolerancia y capacidad de acumular metales pesados. La presente investigación fue de tipo aplicada, con un nivel explicativo, enfoque cuantitativo y diseño experimental. Se establecieron cuatro tratamientos usando el Pelargonium hortorum, agregándose 10% de compost en uno de ellos y 10 % humus a otro. Los tratamientos fueron codificados como: T0 (tierra de chacra + planta), T1 (suelo contaminado + planta), T2 (suelo contaminado + compost + planta) y T3 (suelo contaminado + humus + planta). Las concentraciones de Pb y Cd se midieron en el T1, T2 y T3, al inicio del tratamiento, a los 20 días y a los 40 días. Los resultados obtenidos mostraron que la concentración inicial fue 156.64 mg/Kg PS de Pb y 9.04 mg/Kg PS de Cd; a los 40 días se logró disminuir las concentraciones de los metales pesados, para T1 47.12 mg/Kg PS de Pb y 0.99 mg/Kg PS de Cd, para T2 67.97 mg/Kg PS de Pb y 1.56 mg/Kg PS de Cd, y para T3 59.2 mg/Kg PS de Pb y 1.14 mg/Kg PS de Cd; demostrando que el tratamiento 1 (T1) es el que obtuvo mayor porcentaje de disminución con 71,17% para el Pb y 89,49% para el Cd en la fitorremediación de los suelos contaminados del A.H. Virgen de Guadalupe. Por ende, el Pelargonium hortorum es efectivo para fitorremediar los suelos contaminados con Pb y Cd. 15 ABSTRACT The research presented below aimed to evaluate the effectiveness of Pelargonium hortorum for phytoremediation of soils contaminated with lead (Pb) and cadmium (Cd) in the A.H. Virgen de Guadalupe, motivated by the presence of Pb and Cd in the air and soil that exceed environmental quality standards, being this affectation attributed to the activities that are developed in the area adjacent to the Ventanilla Industrial Park. Among the remediation techniques for contaminated soils, Delgadillo et al. (2011) specify phytoremediation as a technology option that reduces the concentration of various compounds. Also, (Pandey, Sarkar y Pandey, 2019) mentions that Pelargonium hortorum has potential for phytoremediation due to its tolerance and ability to accumulate heavy metals. The present research was applied, with an explanatory level, quantitative approach and experimental design. Four treatments were established using Pelargonium hortorum, adding 10% compost to one of them and 10% humus to another. The treatments were coded as: T0 (farm soil + plant), T1 (contaminated soil + plant), T2 (contaminated soil + compost + plant) and T3 (contaminated soil + humus + plant). Pb and Cd concentrations were measured at T1, T2 and T3, at the beginning of treatment, at 20 days and at 40 days. The results obtained showed that the initial concentration was 156.64 mg/Kg PS of Pb and 9.04 mg/Kg PS of Cd; at 40 days the concentrations of the heavy metals were decreased, for T1 47.12 mg/Kg PS of Pb and 0.99 mg/Kg PS of Cd, for T2 67.97 mg/Kg PS of Pb and 1.56 mg/Kg PS of Cd, and for T3 59.2 mg/Kg PS of Pb and 1.14 mg/Kg PS of Cd; showing that treatment 1 (T1) is the one that obtained the highest percentage of decrease with 71.17% for Pb and 89.49% for Cd in the phytoremediation of the contaminated soils of the A.H. Virgen de Guadalupe. Therefore, Pelargonium hortorum is effective for phytoremediation of soils contaminated with Pb and Cd. 16 INTRODUCCIÓN La contaminación del suelo es una problemática global que ha afectado de manera significativa la salud de la población y el medio ambiente. El suelo se ha convertido en un receptor silencioso de la contaminación, especialmente por metales pesados como el plomo (Pb) y el cadmio (Cd), los cuales son altamente tóxicos y peligrosos para el ser humano y otros seres vivos. En el Perú, la contaminación de suelos por metales pesados es un problema frecuente, especialmente en áreas cercanas al desarrollo de actividades industriales. Esta situaciónse acentúa en el distrito de Mi Perú , donde se han registrado altos niveles de contaminación del suelo con metales como el plomo y el cadmio, viéndose afectada la salud y calidad de vida de la población cercana, debido a la ubicación del distrito en la zona industrial del Callao,. En el caso particular de Mi Perú, los estudios realizados por diversos especialistas indican que los niveles de plomo y cadmio en el suelo son alarmantes, superando los límites recomendados por la Organización Mundial de la Salud (OMS) y otros organismos internacionales. Ante la problemática presentada, es necesario implementar un método que nos permita disminuir el impacto ambiental, por lo que se presenta una alternativa muy eficiente, la fitorremediación, que permite mitigar la contaminación por metales pesados, al ser una técnica ambientalmente amigable que se enfoca en el uso de especies vegetales y la capacidad de ellas para absorber, acumular y tolerar altas concentraciones de sustancias contaminantes; ofreciendo numerosas ventajas en relación con los métodos fisicoquímicos que se usan en la actualidad, como su amplia aplicabilidad y bajo costo. (Ferrua, 2021) Teniendo presente lo descrito, y en base a lostextos de investigación revisados, se advirte la gran capacidad del género Pelargonium para poder remover metales pesados en suelos contaminados, como por ejemplo el estudio realizado en la ciudad de Trujillo, donde se obtuvo una disminución de la concentración de metales contaminantes presentes en el suelo mediante el 17 cultivo de geranio, lográndose el mayor porcentaje de remoción para el Cd, de hasta un 79% tras seis semanas de cultivo. (Obeso, 2021) Con la información obtenida en los antecedentes y fuentes bibliográficas, donde se indica que agregar compost o humus mejora la biodisponibilidad de metales pesados, se diseñaron los tratamientos y análisis de las muestras de suelo; por ello, en la presente investigación se evaluó la efectividad del Pelargonium hortorum para fitorremediar suelos contaminados con Pb y Cd en el Asentamiento Humano Virgen de Guadalupe. 18 I. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 1.1. Descripción de la realidad problemática Los recursos naturales como el aire, suelo, agua y diversidad biológica son afectados por la contaminación. Respecto al suelo, la degradación antropogénica de este viene siendo un problema a nivel mundial ; más del 75% de la superficie terrestre ya se ha degrado y para 2050, esta cifra podría superar más del 90% (Gligo et al. 2020). Las actividades industriales, domésticas, agrícolas y ganaderas, son las principales fuentes de contaminación de suelo debido a que provocan una disminución de los servicios ecosistémicos de este recurso. (Food and Agriculture Organisation, 2019) A nivel internacional actualmente existe una gran preocupación por la degradación del suelo, siendo las actividades industriales como la minería, industrias de pintura, industria metalúrgica, papelera, entre otras, las que generan un aporte considerable de metales pesados al suelo que afectan la productividad agrícola, el medio ambiente, salud de la población, aspectos económicos y sociales (Ramos, 2022). La recuperación de un suelo degradado es difícil, costosa, y de largo tiempo, y en algunos casos es imposible volver al estado inicial (Food and Agriculture Organization of the United Nations, Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible, 2018). Por ejemplo, en la Unión Europa se han contaminado 3,5 millones de sitios con sustancias peligrosas y se estima que el costo de rehabilitaresas áreas es de 17 300 millones de euros al año.(Montanarella, Scholes y Brainich, 2018) Entre los principales contaminantes del suelo, se tienen los componentes orgánicos, entre ellos los halogenados y no halogenados, y los inorgánicos, como son el metal o metaloide y los no metales; asimismo, esta contaminación genera que los suelos no sean buenos para uso residencial, agrícola y recreativo debido a reducción de porcentajes de materia orgánica, mayor emisión de GEI, desequilibrio de nutrientes, pérdida de biodiversidad y biomasa, ecotoxicidad, entre otros (Food and Agriculture Organisation y Programa de las Naciones Unidas para el Desarrollo, 2022).Asimismo, la contaminación del suelo con 19 metales pesados genera estrés abiótico (Osman et al. 2017), cabe precisar que, el desarrollo de actividades económicas realizado por el hombre, ha generado que el ambiente mundial esté bajo estrés, a causa de la industrialización y la urbanización, así como tener recursos naturales limitados y una gran presión demográfica. (Garzón, Rodríguez y Hernández, 2017) En el Perú existe una preocupación alta sobre el deterioro del ambiente y de los recursos naturales, existe pérdida de los suelos agrícolas por salinización, erosión y poca fertilidad (Grupo de Trabajo Multisectorial, 2008) esto debido a la falta adecuada de uso, manejo y planificación de suelo en el Perú ha ocasionado la pérdida de este recurso, y cada día es mayor, principalmente el que sirve para el desarrollo agrícola y ganadero (Díaz, 2016). Por otro lado, mediante Resolución Ministerial N° 307-2007-MINAM se declaró en estado de emergencia la zona industrial de Ventanilla y la zona urbana de Mi Perú, distritos que pertenecen a la Provincia Constitucional del Callao, esto debido a la presencia de plomo y cadmio en el aire. Adicional a ello, según estudios realizados por OEFA, el A.H. Virgen de Guadalupe, ubicado en el distrito de Mi Perú, es uno de los más afectados por la presencia de Pb y Cd en el aire y suelo que sobrepasan los estándares de calidad ambiental, lo cual puede ser atribuido a las actividades industriales que se desarrollan en el Parque Industrial de Ventanilla (lugar adyacente al referido asentamiento humano donde se localizan empresas de fabricación de insumos químicos, alimentos, metalmecánicas, hidrocarburos residuales y fundiciones de metales no ferrosos, entre otros).(Organismo de Fiscalización y Evaluación Ambiental, 2017) Bajo este contexto, se presenta a la fitorremediación como una tecnología sostenible -remediación pasiva y biológica- con generación de residuos sólidos mínima en comparación a otros tratamientos, que no emplea aditivos, fácil aplicación y seguimiento, y al ser de bajo costo permite su aplicación en asentamientos humanos o zonas de bajos recursos que hayan sido contaminados con metales pesados teniendo de esta manera beneficios sociales, económicos al país y a la población del distrito. Esta tecnología como señala (Chaney et al.1997) consiste en la aplicación de especies vegetales tolerantes a los metales pesados debido a su capacidad de acumularlos, 20 absorberlos o volatilizarlos. Sin prejuicio de ello, (Carpena y Bernal, 2007) señalan que una de las desventajas de esta técnica son las características físicas y químicas del suelo que pueden influir en el desarrollo fisiológico de las especies usadas, así como el nivel de tolerancia de las especies a los compuestos a los que serán expuestas. Para el desarrollo de la presente investigación se seleccionó el Pelargonium hortorum, tomando en consideración lo señalado por (Orroño, 2002), el cual menciona que esta especie se adapta a climas templados, de fácil cultivo, no requiere grandes cantidades de agua y nutrientes, con potencial para la fitorremediación y de adaptabilidad a diversos tipos de suelos. Finalmente, el desarrollo de la parte experimental fue realizado en un ambiente controlado (ex- situ), se recolectó muestras de suelos contaminados por Pb y Cd del A.H. Virgen de Guadalupe, las cuales fueron evaluadas a fin de determinar las concentraciones iniciales de estos metales, posterior a ello, se adicionó enmiendas orgánicas (compost y humus) a fin de mejorar la efectividad del Pelargonium hortorum en la fitorremediación de suelos. 1.2. Formulación del problema 1.2.1. Problema General ¿El Pelargonium hortorum en efectivo en la fitorremediación de los suelos contaminados por Pb y Cd del A.H. Virgen de Guadalupe, 2023? 1.2.2. Problemas Específicos ¿La muestra de suelo obtenido del A.H. Virgen de Guadalupe contiene Pb y Cd? ¿El Pelargonium hortorum fitorremedia los suelos contaminados con Pb y Cd? ¿La adición de compost mejora la fitorremediación del Pelargonium hortorum de suelos contaminados con Pb y Cd? ¿La adición de humus mejora la fitorremediación del Pelargonium hortorum de suelos contaminados con Pb y Cd? 21 1.3. Objetivos 1.3.1. Objetivo general Evaluar la efectividad del Pelargonium hortorum para fitorremediar suelos contaminados con Pb y Cd entre los tratamientos empleados. 1.3.2. Objetivo específico Analizar las concentraciones de Pb y Cd en la muestra de suelo obtenida del A.H. Virgen de Guadalupe. Determinar si el Pelargonium hortorum fitorremedia los suelos contaminados con Pb y Cd. Determinar si la adición de compost mejora la fitorremediación del Pelargonium hortorum en suelos contaminados con Pb y Cd. Determinar si la adición de humus mejora la fitorremediación del Pelargonium hortorum en suelos contaminados con Pb y Cd. 1.4. Justificación 1.4.1. Justificación Ambiental Ambientalmente, se presenta una alternativa sostenible al emplear la especie Pelargonium hortorum para la remediación de suelos contaminados por metales pesados en zonas industriales, ya que es una técnica pasiva y biológica cuya generación de residuos es mínima en comparación a otros tratamientos. Es preciso resaltar que, este tipo tratamiento no emplea aditivos y/o productos químicos, en su lugar, se emplearon enmiendas orgánicas (compost y humus) a fin de mejorar el proceso de fitorremediación de la especie materia de investigación del presente estudio. 22 1.4.2. Justificación normativa - legal La investigación toma como fundamento la Constitución Política del Perú, numeral 22 del artículo 2 y a la Ley General del Ambiente, artículo I del Título Preliminar, destacando el derecho a vivir en un ambiente sano y el deber de conservar y restaurar los recursos naturales, con el fin de preservar el medio ambiente y la calidad de vida de la población actual y futura, desde ese punto de vista esta investigación ofrece una alternativa de recuperación de suelos contaminados por metales pesados, mejorando así la calidad del ambiente y calidad de vida para el ser humano; ya que los impactos causados en el suelo pueden afectar directamente a la salud humana. (Ferrua, 2021) Adicional a ello, el Decreto Supremo N° 012- 2017-MINAM menciona a la fitorremediación como una técnica de descontaminación, en el artículo 4.13 Medidas de descontaminación: Comprenden aquellas técnicas de remediación que tienen por objeto eliminar o reducir los contaminantes del sitio hasta alcanzar los ECA para Suelo, los niveles de fondo o los niveles establecidos en el Estudio de Evaluación de Riesgos a la Salud y el Ambiente (ERSA). Esta clase de medidas pueden contemplar técnicas fisicoquímicas (como la excavación de suelo contaminado, extracción del aire del suelo, bombeo y tratamiento de aguas subterráneas, enjuague de suelos y tratamientos químicos in -situ), biológicas (como la biodegradación in-situ, fitorremediación, landfarming, tratamientos ex- situ, on-site y off-site en biopilas y compostaje), térmicas (como la incineración y desorción térmica), entre otras. 1.4.3. Justificación teórica A nivel teórico, existen diferentes reportes y estudios que evidencian la presencia de suelos contaminados por metales pesados, tales como, plomo y cadmio, producto de las actividades industriales de las empresas. En el caso del Perú existe información de fuentes secundarias que evidencian la presencia de estos metales en el distrito de Mi Perú que limita con el parque Industrial del distrito de Ventanilla. Por otro lado, dentro de las especies del género Pelargonium que son empleadas para la fitorremediación se encuentra Pelargonium hortorum según lo mencionado por (Pandey, Sarkar y Pandey, 23 2019); sin perjuicio de ello, este autor también señala que, la aplicación de enmiendas de residuos orgánicos en suelos contaminados mejora el proceso de fitorremediación, la resistencia de las plantas al estrés y el aumento de la producción de biomasa vegetal. En ese sentido, la presente investigación se desarrolló en base a teorías de ingeniería, donde la fitorremediación es considerada una biotecnología o tecnología amigable. Finalmente, esta investigación contribuye al conocimiento científico y técnico sobre la fitorremediación mediante la difusión del uso de especies ornamentales del género Pelargonium. 1.4.4. Justificación metodológica La presente investigación empleó el análisis de laboratorio por medio de métodos de ensayos a fin de medir las variaciones de las concentraciones de Pb y Cd en suelos contaminados, a los cuales se le adicionó enmiendas orgánicas (compost y humus) para mejorar la fitorremediación del Pelargonium hortorum. La adición de enmiendas orgánicas para mejorar la fitorremediación de suelos contaminados por metales pesados ha sido desarrollada en diversas especies, tales como, Hellianthus annuus (Cerrón et al. 2020), Lolium hybridum Hausskn (Ancco, 2018), Artemisia absinthium (Ataucusi, 2022) entre otros, obteniéndose resultados exitosos. Sin embargo, las investigaciones de este campo en la especie Pelargonium hortorum son escasas, por ello se busca contribuir a la bibliografía existente mediante una metodología sencilla, con la finalidad de ser empleada en escenarios similares. 1.4.5. Justificación práctica Esta estrategia presenta diversas ventajas, tales como: (i)poder realizarse in situ, es decir sin necesidad de transportar el suelo o sustrato contaminado, (ii) son de bajo costo, (iii) permiten su aplicación, tanto a suelos como a aguas, (iv) sólo requieren prácticas agronómicas convencionales, (v) actúan positivamente sobre el suelo mejorando sus propiedades físicas y químicas, (vi) y son ambientalmente aceptables, debido a que se basan en la formación de una cubierta vegetal (Carpena y Bernal, 2007). 24 Asimismo, esta investigación permitirá obtener información a nivel local y nacional para la ampliación de la información disponible para futuros investigadores de este tipo de tratamiento con condiciones similares. 1.4.6. Justificación económica Esta investigación ha permitido identificar y evaluar el uso del Pelargonium hortorum y su capacidad fitorremediadora al ser una tecnología con ventajas sobre otros métodos de remediación de suelos, como ser de bajo costo, fácil de aplicar in situ, estética, no es invasiva y versátil al emplear varias especies vegetales. 1.4.7. Justificación social Esta tecnología presenta una alternativa de remediación de suelos contaminados por metales pesados que se puede replicar en asentamientos humanos o zonas de bajos recursos a fin de mejorar la calidad de suelo donde la población desarrolla sus actividades. 1.5. Delimitantes de la investigación 1.5.1. Delimitante teórica La delimitación teórica de la presente investigación se enfoca en la fitorremediación como una técnica de remediación que emplea a la especie Pelargonium hortorum, conocido comúnmente como geranio, a fin de eliminar o reducir las concentraciones de Pb y Cd presentes en la muestra de suelos del A.H. Virgen de Guadalupe del distrito de Mi Perú. Adicional a ello, se potenciará esta capacidad al adicionar enmiendas orgánicas (compost y humus). 1.5.2. Delimitante temporal La delimitación temporal está relacionado al periodo de ejecución de la presente investigación, llevada a cabo en un periodo limitado de aproximadamente 6 semanas, del 24 de abril al 02 de junio de 2023. Durante este periodo de tiempo, se llevó a cabo el desarrollo experimental, en el cual se 25 analizaron muestras de suelo para evaluar la capacidad de cada uno de los tratamientos empleados. 1.5.3. Delimitante espacial Para el desarrollo de esta tesis, se recolectó una muestra de suelos contaminados con metales pesados del A.H. Virgen de Guadalupe del distrito de Mi Perú, la cual fue posteriormente trasladada a un área acondicionada de 5 m2 que se ubica en la parte posterior de la Facultad de Ciencias Administrativas (FCA) de la Universidad Nacional del Callao, en la cual se tuvo las condiciones necesarias y un ambiente apto para el correcto desarrollo de la presente investigación. 26 II. MARCO TEÓRICO 2.1. Antecedentes 2.1.1. Antecedentes internacionales Debido a que la fitorremediación es una biotecnología sustentable y novedosa, es necesario revisar investigaciones que ayuden a mejorar el rendimiento y la confiabilidad de esta tecnología, teniendo en consideración el enfoque metodológico y teórico. A continuación, se presentan los antecedentes internacionales que tienen relación con el objetivo de esta investigación. (Gul et al. 2019), en su trabajo de investigación Comparative effectiveness of organic and inorganic amendments on cadmium bioavailability and uptake by Pelargonium hortorum, tuvo como objetivo comparar las enmiendas orgánicas e inorgánicas, como son, ácido cítrico, nitrato de amonio, compost y nanopartículas de dióxido de titanio (TiO2) con ácido etilendiaminotetraacético (EDTA) en la mejora de la biodisponibilidad de cadmio (Cd) en la fitoextracción asistida. Se adicionó al suelo no contaminado diferentes niveles de Cadmio (25, 50, 100, 150 mgkg-1) utilizando una solución de sulfato de cadmio (CdSO4) y diferentes niveles de cinco enmiendas EDTA, ácido cítrico, nitrato amónico, TiO2 NPs y compost. El Pelargonium hortorum se cultivó en suelos enmendados durante un periodo de 6 meses y se consideraron diferentes parámetros para evaluar la biodisponibilidad de Cadmio tras la aplicación de enmiendas. Entre todas las enmiendas, se recomienda al ácido cítrico como un sustituto eficaz y amigable con el medio ambiente del EDTA para la fitoextracción asistida de Cd para descontaminar suelos contaminados, ya que tras la aplicación del ácido cítrico la absorción de Cadmio por planta y el ratio de extracción del metal fue mayor. Siendo relevante de esta investigación, la metodología de adición de aditivos, tiempos, cantidad de tratamientos, porcentajes y técnicas de análisis de laboratorio y de datos. Adicional a ello el uso del Pelargonium con suelos contaminados de Cadmio en diferentes concentraciones, y la adición de enmiendas como el compost. https://link.springer.com/article/10.1007/s11368-018-2202-1 https://link.springer.com/article/10.1007/s11368-018-2202-1 https://link.springer.com/article/10.1007/s11368-018-2202-1 27 (Ogundiran, Mekwunyei y Adejumo, 2018), en su investigación Compost and biochar assisted phytoremediation potentials of Moringa oleifera for remediation of lead contaminated soil su diseño incluía la recogida y preparación del suelo y las enmiendas, la dilución del suelo, la incubación, pre-plantación, plantación, post-plantación, análisis químico y medición de parámetros agronómicos. Se utilizó la metodología de recogida y preparación de materiales, caracterización fisicoquímica de suelos y enmiendas, aplicación de enmiendas e incubación de suelos enmendados, germinación de semillas de Moringa oleífera y experimento en invernadero, recogida de datos y análisis estadístico, control de calidad. Teniendo como resultado que la combinación de compost, moringa oleífera y biocarbón puede utilizarse para remediar suelos contaminados con Pb. Las enmiendas con compost y biocarbón del suelo contaminado mejoraron la supervivencia y el crecimiento de las plantas de Moringa oleifera. El nivel de significancia de esta investigación fue la metodología de adición de aditivos en suelos contaminados de compost, ya que mejoró el crecimiento de la planta y la supervivencia. (Gong et al. 2018), en su investigación titulada Green waste compost and vermicompost as peat substitutes in growing media for geranium (Pelargonium zonale L.) and calendula (Calendula officinalis L.) evaluó el compost de residuos verdes (GWC) y el vermicompost de residuos verdes (GWV) como sustitutos de la turba en los sustratos de cultivo utilizados para la producción de geranio (Pelargonium zonale L.) y caléndula (Calendula officinalis L.).Se prepararon cinco medios de cultivo, el primero con 100% turba (P), el segundo con 50% turba + 50% GWC (PC), el tercero con 100% GWC (C), el cuarto con 50% turba + 50% GWV (PV) y el quinto y último tratamiento con 100% GWV (V). Se trasplantaron las plántulas de geranio y caléndula a cada medio y se cultivaron durante 6 meses en condiciones de vivero comercial, es decir, hasta que alcanzaron el tamaño comercial. El mayor porcentaje de compost de residuos verdes (GWC) y vermicompost de residuos verdes (GWV) en el medio de cultivo podría aumentar la densidad aparente y el espacio aéreo; disminuir el espacio poroso total y la porosidad llena de agua; y aumentar el pH, la conductividad eléctrica y los contenidos de macro y microelementos. El compost de residuos https://doi.org/10.1016/j.jece.2018.03.025 https://doi.org/10.1016/j.jece.2018.03.025 https://doi.org/10.1016/j.jece.2018.03.025 28 verdes (GWC), cuando se utiliza solo o mezclado con turba (50% GWC + 50% turba), logra reducir el crecimiento del geranio probablemente debido a su elevado pH. De ello se deduce que el compost de residuos verdes GWC no debe utilizarse para la producción de geranio a menos que se utilicen enmiendas acidificantes para ajustar el pH del cultivo. El crecimiento del geranio y la caléndula fue mejor en todos los medios de cultivo a base de vermicompost que en un medio de cultivo de turba pura. Por consiguiente, el vermicompost de residuos verdes (GWV) puede utilizarse para sustituir entre el 50 y el 100% de la turba empleada en la producción de geranio y caléndula en contenedores. Además, cuando se añadieron en las mismas proporciones, los sustratos de cultivo a base de vermicompost favorecieron mejor el crecimiento del geranio y la caléndula que los sustratos de cultivo a base de compost. El nivel de significancia de esta investigación es la evaluación de la eficacia de los aditivos compost y vermicompost (humus) y su influencia en la producción del geranio: Pelargonium, teniendo como resultado un mejor crecimiento del geranio en el cultivo donde se usó como aditivo al vernicompost. (Hoehne et al. 2016) en Addition of Vermicompost to Heavy Metal- Contaminated Soil Increases the Ability of Black Oat (Avena strigosa Schreb) Plants to Remove Cd, Cr, and Pb tuvo como objetivo determinar la inmovilización de cadmio, cromo y plomo en un suelo con diferentes mezclas y cantidades de vermicompost estabilizados (obtenido por lombricompostaje) y verificar si este ayuda en la eliminación de metales pesados mediante la técnica de fitoextracción con plantas de avena negra. Se mezclaron los residuos orgánicos con tierra, estiércol de vaca, hojas secas y cáscara de fruta y se contaminaron los tratamientos con Cd, Cr o Pb; el periodo de estabilización fue de 120 días a 25°C y humedad constante, posterior a ello se realizó una secuencia de extracción de metales para evaluar la movilidad de Cd, Cr y Pb. Las plantas se cosecharon, limpiaron y secaron con el fin de obtener su materia seca de brotes y raíces tras 70 días; en un espectrómetro de absorción atómica fueron analizadas las plantas. Con el análisis estadístico de los datos obtenidos se comparó la absorción de metales, mediante la ANOVA unidireccional y la comparación de las medias mediante la prueba de Tukey. La adición de vermicompost mejoró el https://link.springer.com/article/10.1007/s11270-016-3142-2 https://link.springer.com/article/10.1007/s11270-016-3142-2 https://link.springer.com/article/10.1007/s11270-016-3142-2 https://link.springer.com/article/10.1007/s11270-016-3142-2 https://link.springer.com/article/10.1007/s11270-016-3142-2 29 crecimiento de las plantas de avena negra, pero las cantidades elevadas de materia orgánica en el suelo (75 y 100%) no mejoran los niveles de absorción de metales. Lo significativo de esta investigación fue la metodología de adición de aditivos como es el vermicompost, realizándose el estudio con 120 días de estabilización del suelo contaminado y el aditivo, se realizaron diferentes cantidades de tratamientos y porcentajes a temperatura (25°C) y humedad constante, además de las técnicas de análisis de laboratorio, el análisis estadístico y los datos usados durante la investigación. (Orroño y Lavado, 2009) en su investigación Heavy metal accumulation in Pelargonium hortorum: Effects on growth and development (Acumulación de metales pesados en Pelargonium hortorum) determino la acumulación y tasa de absorción en las raíces, los tallos, hojas y flores de metales pesados del Pelargonium, teniendo tiempos de cultivo diferentes; así como evaluar la producción de biomasa aplicando índices de acumulación de metal y analizar su efecto en el desarrollo de la floración del Pelargonium hortorum. Se realizaron cuatro cosechas destructivas y se analizaron las raíces, los tallos, las hojas y las flores por cosecha. Mediante espectrometría de emisión óptica con plasma acoplado. Durante 16 semanas las plantas crecieron en suelos enriquecidos con cadmio, cromo, cobre, plomo, níquel y zinc teniendo 3 tratamientos: el primero fue el control de suelo no enriquecido, el segundo con concentración media y el tercero con concentración alta. Se redujo significativamente la producción de biomasa en los suelos enriquecidos con metales pesados en comparación con las plantas en suelo control. En base a los resultados se confirmó que el Pelargonium hortorum fue afectado por la aplicación de metales pesados y las concentraciones de metales pesados fueron mayores en las raíces que en la parte aérea de las plantas. La pertinencia de esta investigación fue demostrar la capacidad del Pelargonium hortorum para la acumulación y su tasa de absorción en raíces, tallos, hojas y flores de metales pesados. http://www.scielo.org.ar/scielo.php?script=sci_abstract&pid=S1851-56572009000100013#.ZDclryI9wQo http://www.scielo.org.ar/scielo.php?script=sci_abstract&pid=S1851-56572009000100013#.ZDclryI9wQo http://www.scielo.org.ar/scielo.php?script=sci_abstract&pid=S1851-56572009000100013#.ZDclryI9wQo http://www.scielo.org.ar/scielo.php?script=sci_abstract&pid=S1851-56572009000100013#.ZDclryI9wQo http://www.scielo.org.ar/scielo.php?script=sci_abstract&pid=S1851-56572009000100013#.ZDclryI9wQo http://www.scielo.org.ar/scielo.php?script=sci_abstract&pid=S1851-56572009000100013#.ZDclryI9wQo http://www.scielo.org.ar/scielo.php?script=sci_abstract&pid=S1851-56572009000100013#.ZDclryI9wQo http://www.scielo.org.ar/scielo.php?script=sci_abstract&pid=S1851-56572009000100013#.ZDclryI9wQo http://www.scielo.org.ar/scielo.php?script=sci_abstract&pid=S1851-56572009000100013#.ZDclryI9wQo http://www.scielo.org.ar/scielo.php?script=sci_abstract&pid=S1851-56572009000100013#.ZDclryI9wQo http://www.scielo.org.ar/scielo.php?script=sci_abstract&pid=S1851-56572009000100013#.ZDclryI9wQo http://www.scielo.org.ar/scielo.php?script=sci_abstract&pid=S1851-56572009000100013#.ZDclryI9wQo http://www.scielo.org.ar/scielo.php?script=sci_abstract&pid=S1851-56572009000100013#.ZDclryI9wQo http://www.scielo.org.ar/scielo.php?script=sci_abstract&pid=S1851-56572009000100013#.ZDclryI9wQo http://www.scielo.org.ar/scielo.php?script=sci_abstract&pid=S1851-56572009000100013#.ZDclryI9wQo http://www.scielo.org.ar/scielo.php?script=sci_abstract&pid=S1851-56572009000100013#.ZDclryI9wQo http://www.scielo.org.ar/scielo.php?script=sci_abstract&pid=S1851-56572009000100013#.ZDclryI9wQo http://www.scielo.org.ar/scielo.php?script=sci_abstract&pid=S1851-56572009000100013#.ZDclryI9wQo http://www.scielo.org.ar/scielo.php?script=sci_abstract&pid=S1851-56572009000100013#.ZDclryI9wQo http://www.scielo.org.ar/scielo.php?script=sci_abstract&pid=S1851-56572009000100013#.ZDclryI9wQo http://www.scielo.org.ar/scielo.php?script=sci_abstract&pid=S1851-56572009000100013#.ZDclryI9wQo http://www.scielo.org.ar/scielo.php?script=sci_abstract&pid=S1851-56572009000100013#.ZDclryI9wQo http://www.scielo.org.ar/scielo.php?script=sci_abstract&pid=S1851-56572009000100013#.ZDclryI9wQo http://www.scielo.org.ar/scielo.php?script=sci_abstract&pid=S1851-56572009000100013#.ZDclryI9wQo http://www.scielo.org.ar/scielo.php?script=sci_abstract&pid=S1851-56572009000100013#.ZDclryI9wQo 30 2.1.2. Antecedentes nacionales (Ocaña, 2022) en su investigación Comparación de la eficacia de la fitorremediación mediante el geranio (Pelargonium hortorum) y el girasol (Helianthus annuus) para la recuperación de suelos provenientes de la concesión minera mister muki distrito San Rafael, provincia Ambo, departamento Huánuco 2021, busco comparar la eficacia de la fitorremediación mediante el uso de dos tipos de plantas el girasol (Helianthus annuus) y el geranio (Pelargonium hortorum) para la recuperación de suelos contaminados por metales pesados. La investigación fue de tipo Mixto; ya que esta “investigación implica un conjunto de procesos de recolección, análisis y vinculación de datos cuantitativos y cualitativos en un mismo estudio”, de nivel explicativo y se usó el método experimental. La población utilizada para esta investigación fue el suelo de la Concesión minera Mister Muki que se estima un área de 500 m2 ubicado en el distrito de San Rafael, provincia y departamento de Huánuco en un periodo de investigación de noventa días, donde los análisis de laboratorio tuvieron una duración de veinte días. La muestra usada fue por un total de 35 Kg, esta muestra se trabajó de manera ex situ realizando el método de cuarteo el cual consistió en tomar muestras de 1.5 Kg, los cuales fueron ubicadas en envases específicos para poder realizar el estudio. Las técnicas e instrumentos se basaron en la Normativa correspondiente, la Guía de muestreo de suelos Resolución Ministerial N°085-2014-MINAM y el DecretoSupremoN°002-2013 MINAM. El análisis y el procesamiento de los datos fue realizado en forma digital elaborando tablas y gráficos estadísticos; obteniendo los resultados. Para el análisis estadístico de la información los datos de las muestras fueron ingresados al Software SPSS versión 25. Las plantas geranio (Pelargonium hortorum) y el girasol (Hellianthus annuus) tuvieron resultado en los parámetros: como el pH, la textura del suelo, la materia orgánica y los metales pesados que fueron biorremediadores eficientes. Finalmente se determinó que el cobre (Cu), el plomo (Pb) y el zinc (Zn) después de la fitorremediación reducen su presencia de manera significativa, obteniendo mayor eficacia el girasol con el Cu y el Pb mientras que el geranio con el Zinc. 31 El aporte de esta investigación será el uso del Pelargonium en la fitorremediación en suelos contaminados con metales, el análisis de la tolerancia de la planta al metal pesado plomo, y el cambio de pH a moderadamente alcalino en un suelo ácido. Además, en esta tesis sese midio el crecimiento de las plantas en cuanto al grosor, tamaño y cantidad de hojas. (Ferrua, 2021) en Evaluación de la capacidad fitorremediadora de las especies “Tradescantia pallida” y “Pelargonium hortorum” en suelos contaminados con plomo de la zona de las Lomas de Carabayllo evaluó la capacidad fitorremediadora de 2 especies: Tradescantia pallida y Pelargonium hortorum en suelos que han sido contaminados con plomo. Se recolectaron muestras de suelos que provienen de la zona de las Lomas de Carabayllo - Sur, donde primero se analizó el contenido de plomo del suelo y el crecimiento que tuvo la planta en los días 0, 45 y 90; se realizó el análisis de la concentración de plomo antes y después de realizar el tratamiento y el análisis físico- químico. Se aplicaron para cada especie de planta cuatro tratamientos y cada uno con 3 repeticiones durante 90 días, usando distintas concentraciones de plomo por cada tratamiento, los cuales fueron: el tratamiento P1 (510.28ppm), el tratamiento P2 (148.35ppm), el tratamiento P3 (214.96ppm), y finalmente el tratamiento P4 (49.14ppm). Con el Software R Studio se usó el diseño de bloques al azar, y finalmente se evidenció que las dos especies tienen capacidad de acumular plomo en sus tejidos, sin embargo, la mejor eficiencia se obtuvo con el Pelargonium hortorum, ya que tuvo mayor porcentaje de remoción en el T1 (52.61%) y presentó mayor absorción de Pb en la parte radicular de la planta llegando a acumular 73.43 ppm en el T1, mientras que la especie Tradescantia pallida tuvo mayor porcentaje de remoción en el T1 (46.08 %) y presentó mayor absorción de Pb en la parte radicular acumulando 56.55 ppm en el T1. Lo relevante de esta investigación es el tipo de metodología, el enfoque y la eficiencia del Pelargonium hortorum para remover los metales pesados, en este caso el Plomo. (Obeso, 2021) en su investigación Cultivo de geranios: uso potencial para la eliminación de arsénico (As), cadmio (Cd) y cobre (Cu) en suelos 32 contaminados evaluó la capacidad del geranio (Pelargonium zonale) para remover arsénico (As), cadmio (Cd) y cobre (Cu) de suelos contaminados en esta investigación, se cultivó el geranio en condiciones ex situ, durante un periodo de seis semanas, en muestras de suelo obtenidas del botadero El Milagro de la ciudad de Trujillo (Perú). Las concentraciones de Arsénico, Cadmio y Cobre en las muestras de suelo disminuyeron significativamente tras el periodo de prueba, demostrando una tolerancia hacia los metales, con una disminución del Arsénico, Cadmio de hasta 74% y 79%, respectivamente, con respecto a la concentración inicial, mientras que para Cobre se logró una reducción de hasta 55%. Los metales contaminantes del suelo disminuyeron mediante el cultivo de geranio, donde el mayor porcentaje de remoción se logró para el Cadmio, alcanzando hasta un 79%, para el Arsénico, un 74% de remoción, mientras que la menor tasa de remoción fue obtenida para el Cobre (55%), todos los resultados durante el periodo de seis semanas de cultivo. Siendo relevante de esta investigación demostrar la eficacia del cultivo de geranio para disminuir los metales pesados en suelos contaminados. (Valverde, 2019) en su investigación titulada Evaluación de Pelargonium zonale para fito extraer plomo de suelos agrícolas en El Mantaro - Jauja evaluó la capacidad de Pelargonium zonale para fito-extraer plomo de los suelos agrícolas contaminados de la Estación Experimental Agrícola “El Mantaro” de la UNCP. La investigación es de tipo aplicada, de nivel explicativo. Se usó el método experimental, donde se manipulan dos variables, en tres niveles cada uno y se busca conocer los efectos de su interacción en la eficiencia de la fitoextracción. La población se constituyó por los suelos agrícolas de la Estación Experimental de la Universidad Nacional del Centro del Perú, la muestra la constituyeron los suelos de las nueve parcelas de 9 m2 cada una, el área total de trabajo fue 81 m2, donde se plantaron P. zonale en un periodo de experimentación de 15 meses. Se realizó el muestreo de las parcelas para la recolección de datos de caracterización de suelos antes de la fitoextracción, estas nueve muestras se analizaron a través de ensayos físicos y químicos por el Laboratorio de Análisis de Suelos, Plantas, Aguas y Fertilizantes de la Universidad Nacional Agraria La Molina. En base a los resultados se concluye 33 que el Pelargonium zonale es tolerante a este metal pesado, pudiendo desarrollarse en medios que superan los 500 ppm y también que tiene la capacidad de concentrar plomo en sus tejidos, siendo las raíces las que acumulan la mayor cantidad; logrando que la concentración de plomo de los suelos disminuya, obteniendo una eficiencia de fitoextracción de hasta 31,37 %; sin embargo, los resultados finales no entran en los límites máximos permisibles para suelos agrícolas de acuerdo con el Decreto Supremo N°002-2013-MINAM. Lo significativo de esta investigación fue el uso del Pelargonium en la fitoextracción de plomo en suelos. Se analizaron el pH, la tolerancia de la planta al metal pesado, y la concentración del plomo en las raíces de la planta de la fitoextracción realizada a un 31,37%. (Ancco, 2018) en su investigación que lleva por título Fitorremediación de suelos contaminados con plomo utilizando ray – grass híbrido (lolium hybridum hausskn) utilizando humus comercial y compost en el distrito de viques – provincia de Huancayo – departamento de Junín evaluó la eficiencia de remoción y la capacidad extractora del Plomo del Ray Grass Híbrido (Lolium hybridum Hausskn), adicionando dos biofertilizantes comerciales en suelos contaminados con plomo. La investigación es de tipo aplicada, de nivel explicativo y correlacional, teniendo un método es experimental, donde se manipulan dos variables, en tres niveles cada uno y se busca conocer los efectos de su interacción en la eficiencia de la fitoextracción. Se tuvo como población de estudio a los suelos contaminados con plomo del distrito de Viques, provincia de Huancayo, departamento de Junín, la investigación fue realizada en un laboratorio experimental usando instrumentos de registro y electrónicos, durante un periodo de 3 meses. Para la muestra se usaron 9 Parcelas (de 4 m2 cada una) teniendo al suelo donde se le adicionó fertilizante comercial una menor concentración de plomo (57.57) después de la fitoextracción con Ray Gras aquel, rebajando la concentración de plomo por debajo del ECA (70 ppm), debido a que este contiene mayor concentración de sustancias fijadoras del nitrógeno, las cuales son indispensables para potenciación de la fitoextracción y la alimentación de las plantas. Los FBC tanto de la parte aérea y raíz del ray grass híbrido, posiblemente se deba a la elevada concentración de plomo en el suelo 34 (189.94 ppm), concluyendo que el ray gras híbrido es una planta excluyente por tener un FBC<1. Finalmente, con la evidencia estadística se concluyó que los tratamientos con compost y biofertilizante influyen significativamente en la eficiencia de remoción del plomo (p<0.05) con Ray Gras Híbrido (Lolium hybridum Hausskn). El biofertilizante comercial produce un porcentaje elevado de remoción media de plomo (69.883 ppm) en comparación con los demás tratamientos. La pertinencia de esta investigación fue la influencia de la adición de biofertilizante en los suelos contaminados con plomo, así como metodología realizada en un tiempo de 3 meses. 2.2. Bases teóricas - Biorremediación Uno de los tratamientos para suelos contaminados es la biorremediación; esta biotecnología trata de corregir los desequilibrios causados en el medio ambiente por actividades industriales que alteran los ecosistemas naturales mediante contaminación biológica o química por medio de la transformación de los contaminantes en productos inocuos. Ante esto es preciso señalar que, la fitorremediación es una de las vertientes de la biorremediación que puede considerarse una tecnología alternativa rentable y sostenible (Robinson et al. 2006), la cual emplea plantas (flora arbórea, herbácea, arbustiva) (Rahimi y Manavi, 2010) que tienen la capacidad de poder almacenar y eliminar sustancias tóxicas a través de procesos metabólicos, principalmente metales pesados, por lo que son conocidas como plantas hiperacumuladoras, asimismo, la fitorremediación es considerada una técnica ambientalmente amigable que se enfoca en el uso de especies vegetales y la capacidad de ellas de absorber, acumular y tolerar altas concentraciones de sustancias contaminantes (Ferrua, 2021). 35 - Fitorremediación La fitorremediación es una tecnología que reducen la concentración de diversos compuestos a partir de procesos bioquímicos realizados por las plantas y microorganismos asociados a ellas, con capacidad de usarse in situ o ex situ (Delgadillo et al. 2011). Esta tecnología usa de plantas para hacer que los contaminantes del suelo no sean tóxicos, y a menudo también se denomina biorremediación, biorremediación botánica y remediación verde. La idea de utilizar plantas raras que hiperacumulan metales para eliminar y reciclar selectivamente el exceso de metales del suelo se introdujo en 1983. (Chaney et al. 1997) Incluyendo en sus definiciones que es una técnica biológica que se basa en usar las plantas para poder reducir la concentración o el nivel de peligrosidad de los contaminantes orgánicos e inorgánicos del suelo, aire, agua, mediante procesos bioquímicos que son realizados por microorganismos y plantas que mediante su raíz conducen a la reducción, degradación, estabilización y volatilización de distintos tipos de contaminantes (Nuñez et al. 2004). Esta tecnología logra reducir el nivel de concentración de los metales pesados in situ y ex situ obteniendo resultados positivos en la disminución del nivel de contaminación del suelo (Delgadillo et al. 2011). Además, se considera una metodología amigable con el medio ambiente ya que reduce la movilidad y lixiviación de los metales pesados (Awa y Hadibarata, 2020). Suele ser usada en casos de emergencia, teniendo un amplio potencial para tratar los contaminantes debido a que aprovecha los procesos fisiológicos de distintos tipos de plantas con el fin de degradar, remover, contener o inmovilizar contaminantes en suelo y agua, incluso es de menor costo comparado con otras tecnologías (Environmental Protection Agency 2000). 36 Figura 1. Captación y transporte de metales pesados en las plantas a través de varios transportadores de metales en la membrana plasmática Nota. Tomado de “System Biology of Metal Tolerance in Plants: An Integrated View of Genomics, Transcriptomics, Metabolomics, and Phenomics”,(Khalid, Aqeel y Noman, 2019) pg. 113. - Categorías de fitorremediación Las categorías de fitorremediación incluyen la fitoextracción que es el uso de plantas para eliminar contaminantes de los suelos, la fitovolatilización que hace énfasis en el uso de plantas para fabricar especies químicas volátiles de elementos del suelo, la rizofiltración donde las raíces es la principal parte de las plantas que funcionan para eliminar contaminantes, y la fitoestabilización que es el proceso de transformar los metales del suelo en formas menos tóxicas, pero sin eliminar el metal del suelo (Chaney et al. 1997). 37 Figura 2. Mecanismos de fitorremediación en una planta Nota. Tomado de “Phytoremediation of environmental pollutants” (Chandra, Dubey, Kumar 2018) pg.23. - Pelargonium hortorum El Pelargonium hortorum, es una especie con potencial para fitorremediar suelos contaminados, debido a su acción como fitoestabilizador, hiperacumulador, biomonitor y metalófito facultativo (Pandey, Sarkar y Pandey, 2019). Estas plantas con potencial para aplicaciones de fitorremediación deben presentar características como ser de rápido crecimiento y alta productividad de biomasa, además de ser tolerantes y buenas acumuladoras de metales pesados (Orroño, Lavado 2009). El género Pelargonium tienen capacidad de producir una biomasa elevada y de acumular los metales pesados, pero a condiciones geográficas y climáticas son vulnerables, por ello se requiere la necesidad de mejorar la fitodisponibilidad 38 del contaminante (Gul et al. 2019). Las especies de Pelargonium además de ser hiperacumuladores de metales, también tienen la capacidad de acidificar el pH del suelo. (Arshad et al. 2020) - Suelo El suelo es un material no consolidado compuesto por partículas inorgánicas, materia orgánica, agua, aire y organismos, que comprende desde la capa superior de la superficie terrestre hasta diferentes niveles de profundidad – ECA SUELO. (Ministerio del Ambiente, 2017) - Suelo contaminado El suelo contaminado es aquel cuya calidad ha sido alterada como consecuencia del vertido indirecto o directo de residuos o productos peligrosos y tóxicos, el resultado del vertido es la presencia de alguna sustancia en concentraciones tales que confieren al suelo propiedades nocivas, insalubres, molestas o peligrosas para algún fin (Encinas, 2011). De acuerdo con lo establecido en el Decreto Supremo N° 002-2013- MINAM, el suelo contaminado es aquel cuyas características químicas, han sido alteradas negativamente por la presencia de sustancias contaminantes depositadas por la actividad humana. Comúnmente llegan distintos contaminantes y su tiempo de residencia en el suelo es alto; generando efectos negativos a los organismos (animales y plantas) que oscila desde daño medio a daño alto (Bautista, 1999). Las consecuencias directas de esta contaminación del suelo son la desaparición de la vegetación, disminución de la biodiversidad y pérdida de su productividad; indirectamente se menciona la contaminación del aire, y aguas superficiales y subterráneas (Wong, 2003). - Metales Pesados La tabla periódica consta de 70 elementos que forman parte del grupo de los metales, de estos 59 se consideran metales pesados, que son los que 39 presentan el peso atómico mayor al del hierro (55,58 g/mol) (Galán y Romero, 2008). Estos elementos se encuentran de forma natural en bajas concentraciones en suelos, y muchos de ellos son esenciales micronutrientes para humanos, animales y plantas; sin embargo, teniendo altas concentraciones pueden causar fitotoxicidad y un daño al ser humano, esto debido a que tienen una naturaleza no biodegradable, lo que genera que sean fáciles de acumular en los organismos vivos y tejidos (Galán y Romero, 2008). Además, de ser del tipo de contaminantes más complejos y persistentes para remediar en la naturaleza, ya que no solo degradan la calidad de la atmósfera, de los cuerpos de agua y de los cultivos de alimentos, sino que también amenazan la salud y bienestar de animales y seres humanos, que, a diferencia de la mayoría de los compuestos orgánicos, no están sujetos a degradación metabólica (Londoño, Londoño y Muñoz, 2016) - Plomo (Pb) El plomo es un metal gris-azulado, que adquiere un color grisáceo cuando se empaña (moja). Es muy flexible, elástico y se funde con gran facilidad. Es resistente a la presencia de los ácidos y a la corrosión atmosférica (Sociedad Nacional de Minería Petróleo y Energía, 2015). Este metal se encuentra en cantidades pequeñas en la corteza terrestre y es de origen natural. Comúnmente proviene de actividades realizadas por el ser humano tales así, como la explotación minera, la industria de manufactura, la quema de combustibles fósiles, entre otros (Agency for Toxic Substances and Disease Registry, 2007). Convirtiéndolo en uno de los contaminantes que más se encuentra en el ambiente, que genera preocupación ya que afecta la salud humana y los ecosistemas (Ortiz et al. 2009). - Cadmio (Cd) El cadmio es una sustancia natural en la corteza terrestre. Comúnmente se presenta como mineral combinado con otras sustancias tales como oxígeno (óxido de cadmio), cloro (cloruro de cadmio) o azufre (sulfato de cadmio y/o 40 sulfuro de cadmio), y se encuentra en todo tipo de terrenos y rocas, incluso minerales de carbón, abonos minerales en distintas cantidades, algunas veces en menor cantidad y otras en mayor. El cadmio no se oxida fácilmente, y tiene muchos usos incluyendo baterías, pigmentos, revestimientos para metales, y plásticos (Agency for Toxic Substances and Disease Registry, 2012). Los suelos contaminados con cadmio tienen una concentración promedio que va de 0.07 a 1.1 mg/kg. En caso de que existan altos valores de pH el cadmio no será movible, esto posiblemente a la baja solubilidad de los fosfatos y carbonatos; a valores altos de pH el cadmio no es móvil posiblemente por la baja solubilidad de los carbonatos y fosfatos (Bautista, 1999). - Normativa Internacional Dentro de las teorías usadas se tienen definiciones en normativa internacional de apoyo a los términos mencionados a continuación: Tabla 1. Normativa Internacional NORMA DESCRIPCIÓN ISO 11074 Esta norma internacional define una lista de términos utilizados en la elaboración de las normas en el campo de la calidad del suelo. Humus: total de todas las sustancias vegetales y animales muertas y sus productos de transformación orgánica, así como material orgánico insertado a través de actividades antropogénicas que aparecen en y sobre el suelo mineral. Suelo: capa superior de la corteza terrestre transformada por la meteorización y procesos físicos/químicos y biológicos y compuesta de partículas minerales, materia orgánica, agua, aire y organismos vivos organizados en horizontes genéricos del suelo. EPA 2000 Introduction to Phytoremediation La fitorremediación es una biotecnología ecológica y de bajo costo que utiliza plantas para extraer, contener, degradar o inmovilizar contaminantes del ambiente contaminado. La selección de las especies de plantas ideales y las medidas de mejoramiento adecuadas para 41 NORMA DESCRIPCIÓN obtener una alta eficiencia de remediación y una gran biomasa valiosa son requisitos esenciales para una fitorremediación exitosa. EPA 3052 Microwave assisted acid digestion of siliceous and Organically based matrices Este método es aplicable a la digestión ácida asistida por microondas de matrices silíceas, matrices orgánicas y otras matrices complejas. Si se requiere un análisis de descomposición total (en relación con la lista de analitos objetivo), se pueden digerir las siguientes matrices: cenizas, tejidos biológicos, aceites, suelos contaminados con petróleo, sedimentos, lodos y suelos. Este método es aplicable para el Cadmio y plomo. EPA 3051A Microwave assisted acid digestion of Sediments, sludges, soils, and oils Este método es aplicable a la digestión ácida asistida por microondas de lodos, sedimentos, suelos y aceites para los siguientes elementos: Cadmio, plomo, entre otros. EPA 3050B: Acid digestion of sediments, sludges, and soils Este método se ha redactado para proporcionar dos procedimientos de digestión separados, uno para preparación de muestras de sedimentos, lodos y suelos para su análisis por espectrometría de absorción atómica de llama (FLAA) o espectrometría de emisión atómica por plasma acoplado inductivamente (ICP-AES) y una para la preparación de sedimentos, lodos y muestras de suelo para el análisis de muestras por grafito (GFAA) o espectrometría de masas con plasma acoplado inductivamente (ICP-MS). i. Normativa Nacional Dentro de las teorías usadas se tienen definiciones en normativa nacional de apoyo a los términos mencionados a continuación: Tabla 2. Normativa Nacional NORMA DESCRIPCIÓN Constitución Política del Perú Numeral 22 Artículo 2°.- A la paz, a la tranquilidad, al disfrute del tiempo libre y al descanso, así como a gozar de un ambiente 42 NORMA DESCRIPCIÓN equilibrado y adecuado al desarrollo de su vida. Ley 28611 Ley General del Ambiente Artículo I.- Del derecho y deber fundamental Toda persona tiene el derecho irrenunciable a vivir en un ambiente saludable, equilibrado y adecuado para el pleno desarrollo de la vida, y el deber de contribuir a una efectiva gestión ambiental y de proteger el ambiente, así como sus componentes, asegurando particularmente la salud de las personas en forma individual y colectiva, la conservación de la diversidad biológica, el aprovechamiento sostenible de los recursos naturales y el desarrollo sostenible del país en un ambiente sano y el deber de conservar y restaurar los recursos naturales. Decreto Supremo N° 012-2017-MINAM Aprueban Criterios para la Gestión de Sitios Contaminados 4.13 Medidas de descontaminación Aquellas técnicas de remediación que tienen por objeto eliminar o reducir los contaminantes del sitio hasta alcanzar los ECA para Suelo, los niveles de fondo o los niveles establecidos en el Estudio de Evaluación de Riesgos a la Salud y el Ambiente (ERSA). Esta clase de medidas pueden contemplar técnicas fisicoquímicas (como la excavación de suelo contaminado, extracción del aire del suelo, bombeo y tratamiento de aguas subterráneas, enjuague de suelos y tratamientos químicos in-situ), biológicas (como la biodegradación in-situ, fitorremediación, landfarming, tratamientos ex-situ, on-site y off-site en biopilas y compostaje), térmicas (como la incineración y desorción térmica), entre otras. Decreto Supremo N° 011-2017-MINAM Aprueban Estándares de Calidad Ambiental (ECA) para Suelo Artículo 3.- De la superación de los ECA para Suelo De superarse los ECA para Suelo, en aquellos parámetros asociados a las actividades productivas, extractivas y de servicios, las personas naturales y jurídicas a cargo de estas deben realizar acciones de evaluación y, de ser el caso, ejecutar acciones de remediación de sitios La concentración es la medida de la cantidad de soluto en una cantidad dada de solvente o disolución contaminados, con la finalidad de proteger la salud de las personas y el ambiente 43 2.3. Marco Conceptual Efectividad del Pelargonium hortorum El Pelargonium hortorum tiene potencial para fitorremediar suelos contaminados debido a su acción como hiperacumulador y fitoestabilizador (Pandey, Sarkar y Pandey, 2019), junto a sus características de rápido crecimiento, tolerantes y alta productividad de biomasa (Orroño y Lavado, 2009). La efectividad del Pelargonium hortorum se refleja al absorber y/o acumular, en este caso, metales pesados que son el Pb y Cd presentes en los suelos contaminados para lo cual se emplea métodos de ensayos de laboratorio que analizaran las variaciones de las concentraciones de esos metales en las muestras de suelo de los tratamientos empleados. Fitorremediación de suelos contaminados por Pb y Cd La fitorremediación es una tecnología usada de manera in situ o ex situ, la cual consiste en reducir la concentración de diversos compuestos a partir de procesos bioquímicos realizados por las plantas y microorganismos asociados a ellas (Delgadillo et al. 2011) siendo esta una tecnología amigable con el medio ambiente, de bajo costo y eficaz para reducir el nivel concentración de los metales pesados; y teniendo en cuenta, al distrito de Mi Perú a efectos de esta investigación, el suelo contaminado de la muestra empleada tiene calidad y características alteradas negativamente, con altas concentraciones de plomo y cadmio en los suelos. Por lo que, la fitorremediación de suelos contaminados por Pb y Cd se determinará mediante la reducción de las concentraciones de estos metales pesados en la muestra de suelo contaminado como resultado de la efectividad del Pelargonium hortorum, para lo cual se utilizarán métodos de ensayos de laboratorio. 44 2.4. Definición de Términos Básicos - Calidad de suelos Es la capacidad natural del suelo de cumplir diferentes funciones: ecológicas, agronómicas, económicas, culturales, arqueológicas y recreacionales. Es el estado del suelo en función de sus características físicas, químicas y biológicas que le otorgan una capacidad de sustentar un potencial ecosistémico natural y antropogénicas (Ministerio del Ambiente, 2014) - Compost Es el producto de un proceso aeróbico, basado en altas temperaturas, bacterias termófilas y mesófilas para higienizar, descomponer y estabilizar la materia orgánica (Mendoza-Hernández, Fornes y Belda, 2014). Al utilizar compost como aditivo se realiza la mejora de las propiedades fisicoquímicas del suelo contaminado, la reducción de la acidez del suelo y el aumento de la materia orgánica, el N y el P, lo cual facilita el establecimiento y el crecimiento de la planta (Karami et al. 2011). - Concentración Es la medida que expresa la cantidad de soluto presente en una cantidad dada de solvente o de solución, la relación obtenida será expresada en unidades de concentración (Rodriguez, 2017) - Conservación de recursos naturales La conservación de los recursos naturales y principalmente los hídricos superficiales y subterráneos es una de las actividades prioritarias de la comunidad científica internacional, por ello el estudio de la problemática ambiental y la contaminación de las aguas subterráneas por residuos mineros se ha convertido en una de las principales líneas de investigación dentro del ámbito de las ciencias de la tierra (Rodríguez y García-Cortés, 2006). 45 - Contaminación ambiental El término contaminación se refiere al incremento anormal de sustancias que pueden ejercer un efecto dañino sobre los organismos en los ecosistemas. A veces, la contaminación es de origen natural, pero, en general, está relacionada con la actividad del hombre, que, en su búsqueda de supervivencia y bienestar, dispersa sustancias agresivas, algunas de las cuales pueden ser transformadas por los organismos vivos (biodegradables) y otras que son persistentes (no biodegradables) (Bautista, 1999). - Estándar de Calidad Ambiental (ECA) Es la medida que establece el nivel de concentración o del grado de elementos, sustancias o parámetros físicos, químicos y biológicos, presentes en el aire, agua o suelo, en su condición de cuerpo receptor, que no representa riesgo significativo para la salud de las personas ni al ambiente. Según el parámetro en particular a que se refiera, la concentración o grado podrá ser expresada en máximos, mínimos o rangos (Ministerio del Ambiente, 2014). - Ficha de muestreo Documento que recoge información levantada en campo, que incluye la técnica de muestreo, las condiciones del punto de muestreo y una descripción de las muestras tomadas (Ministerio del Ambiente, 2014). - Humus El humus es una fuente de abono utilizada en la producción de cultivos, que, resulta de la recolección de deyecciones de lombrices, las cuales son mantenidas en criaderos acondicionados para tales fines, denominados camas lombriceras (Pérez, Céspedes y Núñez, 2008). El humus o también conocido como vermicompost, aumenta el crecimiento y la floración de las caléndulas mediante su adición a los sustratos para macetas, de vermicompost preparados a partir de estiércol de vaca y residuos domésticos (Wong, 2003). 46 - Impacto ambiental Se puede definir como el efecto de las actividades antropogénicas sobre el medio natural y los ecosistemas que se desarrollan sobre la superficie o interior de la corteza terrestre (primeros 2 km), y su trascendencia, magnitud e importancia, derivan de la vulnerabilidad y fragilidad del territorio afectado (Rodríguez y García-Cortés, 2006). - Sitio contaminado Aquel suelo cuyas características químicas han sido alteradas negativamente por la presencia de sustancias químicas contaminantes depositados por la actividad humana, en concentraciones tal que en función del uso actual o previsto del sitio y sus alrededores representa un riesgo a la salud humana o el ambiente (Ministerio del Ambiente, 2017). 47 III. HIPÓTESIS Y VARIABLES 3.1. Hipótesis 3.1.1. Hipótesis general El Pelargonium hortorum es efectivo para fitorremediar suelos contaminados con Pb y Cd del A.H. Virgen de Guadalupe, 2023. 3.1.2. Hipótesis específicas La muestra de suelo obtenido del A.H. Virgen de Guadalupe contiene Pb y Cd. El Pelargonium hortorum fitorremedia los suelos contaminados con Pb y Cd. La adición de compost mejora la fitorremediación del Pelargonium hortorum de suelos contaminados con Pb y Cd. La adición de humus mejora la fitorremediación del Pelargonium hortorum de suelos contaminados con Pb y Cd. 3.2. Operacionalización de variable Las variables de la investigación cumplen con la siguiente función: 𝑌 = 𝑓(𝑋) X: Efectividad del Pelargonium hortorum. Y: Fitorremediación de suelos contaminados por Pb y Cd. 48 Tabla 3. Operalización de las variables VARIABLES DEFINICIÓN CONCEPTUAL DEFINICIÓN OPERACIONAL DIMENSIONES INDICADORES INDICES MÉTODO TÉCNICA Variable Independiente (Y) 1. Efectividad del Pelargonium hortorum El Pelargonium hortorum tiene potencial para f itorremediar suelos contaminados debido a su acción como hiperacumulador y f itoestabilizador potencial (Pandey, Sarkar y Pandey, 2019). La efectividad del Pelargonium hortorum se ref leja al absorber y/o acumular el Pb y Cd presentes en los suelos contaminados para lo cual se emplea métodos de ensayos de laboratorio que analizaran las variaciones de las concentraciones de esos metales en las muestras de suelo de los tratamientos empleados. Variación de concentraciones en los tratamientos Variación porcentual entre la Concentración f inal e inicial de Pb (Ci - Cf) /Ci % Hipótetico - Deductivo Experimental Variación porcentual entre la Concentración f inal e inicial de Cd (Ci - Cf) /Ci % Variable Dependiente (X) 2. Fitorremediación de suelos contaminados por Pb y Cd La f itorremediación es una tecnología que reducen la concentración de diversos compuestos a partir de procesos bioquímicos realizados por las plantas y microorganismos asociados a ellas, con capacidad de usarse in situ o ex situ (Delgadillo et al. 2011). La f itorremediación de suelos contaminados por Pb y Cd se determinará mediante la reducción de las concentraciones de estos en la muestra de suelo contaminado como resultado de la efectividad del Pelargonium hortorum para lo cual se utilizarán métodos de ensayos de laboratorio. Reducción de concentraciones Concentración de Pb en suelo mg/kg PS Concentración de Cd en suelo mg/kg PS 49 IV. METODOLOGÍA DEL PROYECTO 4.1. Diseño metodológico Tipo de investigación La presente investigación es de tipo aplicada según lo consultado en “Introducción a la metodología de la investigación” de Daniel S. Behar Rivero y la definición brindada por (Supo 2012). Recibe este nombre la investigación que obtiene su información de la actividad intencional realizada por el investigador y que se encuentra dirigida a modificar la realidad con el propósito de crear el fenómeno mismo que se indaga, y así se observa. Nivel de investigación Según (Supo 2012) la presente investigación es de nivel explicativa debido a que explica el comportamiento de una variable en función de otra(s) y al ser estudios de causa-efecto requieren control y debe cumplir otros criterios de causalidad. Por otro lado, el control estadístico es multivariado a fin de descartar asociaciones aleatorias, casuales o espurias entre la variable independiente y dependiente. Asimismo, de acuerdo con (Behar, 2008) la investigación que requiere la combinación de los métodos analítico y sintético, en conjugación con el deductivo y el inductivo ya que busca responder o dar cuenta de los porqués del objeto que se investiga. Enfoque de la investigación El enfoque de esta investigación tiene un enfoque cuantitativo, siendo este secuencial y probatorio que busca describir, explicar, comprobar y predecir los fenómenos (causalidad), generar y probar teoría, para lo cual, se recolectan datos con instrumentos estandarizados y validados y así demostrar su confiabilidad y recopilar la información que ayude a medir con precisión las variables del estudio (Hernández y Mendoza, 2018). 50 Adicional a ello, para (Behar, 2008) el enfoque cuantitativo recoge información empírica (de cosas o aspectos que se pueden contar, pesar o medir) y que por su naturaleza siempre arroja números como resultado. Diseño de la investigación Esta investigación tiene un diseño experimental, ya que se cumple dos condiciones: la asignación aleatoria (grupo control) e intervención a propósito de la investigación como señala (Supo 2012). Asimismo, (Behar, 2008) menciona que las investigaciones experimentales puras obtienen su información de la actividad intencional realizada por el investigador y que se encuentra dirigida a modificar la realidad con el propósito de crear el fenómeno mismo que se indaga, y así poder observar. En ese sentido, el investigador desea comprobar los efectos de una intervención específica, en este caso el investigador tiene un papel activo, pues lleva a cabo una intervención. 4.2. Método de investigación La presente investigación emplea el método hipótetico-deductivo, documental y el estadístico como se describe a continuación : Para (Sánchez, 2019), el método hipotético - deductivo parte de premisas generales para llegar a una conclusión particular, que sería la hipótesis a falsar para contrastar su veracidad, en caso de que lo fuera no solo permitiría el incremento de la teoría de la que partió (generando así un avance cíclico en el conocimiento), sino también el planteamiento de soluciones a problemas tanto de corte teórico o práctico (llamado también pragmático, aplicativo o tecnológico), y en tanto que no, bien podría impulsar su reformulación hasta agotar los intentos para hacerla veraz, o abandonarla y replantear sobre la base de otros preceptos teóricos que indiquen una orientación distinta o alternativa a la anterior. En ese sentido, la presente investigación empleó el método hipotético-deductivo ya que las hipótesis (general y específicas) fueron sometidas a pruebas de veracidad. 51 El método documental emplea fuentes de carácter documental, esto es, en documentos de cualquier especie, como subtipos de esta investigación encontramos la investigación bibliográfica, la hemerográfica y la archivística; la primera se basa en la consulta de libros, la segunda en artículos o ensayos de revistas y periódicos y la tercera en documentos que se encuentran en los archivos, como cartas, oficios, circulares, expedientes, etc. (Behar, 2008). En ese sentido, la presente investigación inicialmente utilizó el método documental a fin de recopilar información se consultó diversos documentos como libros, revistas, artículos científicos, entre otros. Por otro lado, según (Ojeda et al., 2011) todos los investigadores que basan sus avances de investigación en la obtención de datos, manejo de datos, e interpretación de información, requieren del método estadístico. Asimismo, según (Barreto-Villanueva 2012) los métodos estadísticos hacen uso de la estadística descriptiva e inferencial para recopilar y estimar caracteres de la población en base a resultados de la muestra. Bajo este contexto, la presente investigación también empleó el método estadístico. Parte experimental En el proceso experimental se puede resumir en la Figura 3. Luego se detalla cada una de las etapas a realizar en la parte experimental de la investigación. i. Determinación de la población A fin de determinar la población de esta investigación se consideró las fuentes bibliográficas existentes, tales como, OEFA y DIGESA, que señalan la existencia de contaminación del suelo en el Asentamiento Humano Virgen de Guadalupe por presencia de metales pesados (Pb y Cd). ii. Visita de campo Se realizó una visita de campo previa a la recolección a la muestra el día 12 de marzo de 2023 a fin de identificar la accesibilidad de la zona de estudio y definir los puntos de muestro. 52 Figura 3 . Diagrama de flujo de procedimiento experimental. iii. Determinación de los puntos de muestreo El muestreo de los puntos fue aleatorio en concordancia con la Guía para el muestreo de suelos en el marco del Decreto Supremo N° 002-2013-MINAM, • T0: control Planta + tierra de chacra) • T1: tratamiento 1 (Planta + suelo contaminado) • T2: tratamiento 2 (Planta + suelo contaminado + 10% de compost) • T3: tratamiento 3 (Planta + suelo contaminado + 10% de humus) DETERMINACIÓN DE LA POBLACIÓN VISITA DE CAMPO DETERMINACIÓN DE LOS PUNTOS DE MUESTREO RECOLECCIÓN DE MIUESTRA DE SUELO ANÁLISIS DE LA MUESTRA DE SUELO SELECCIÓN DE LA ESPECIE VEGETAL PREPARACIÓN DE TRATAMIENTOS TRANSPLANTE DEL PELARGONIUM HORTORUM A LOS TRATAMIENTOS SEGUIMIENTO A LOS TRATAMIENTOS Y RECOLECCIÓN DE MUESTRAS MEDICIÓN DE LAS CONCENTRACIONES DE Pb y Cd • Caracterización de la muestra de suelo (T0, T1, T2 y T3). • Análisis de las concentraciones de Pb y Cd en la muestra de suelo. Se realizó un análisis de clasificación taxonómica a la especie seleccionada. 53 Estándares de Calidad Ambiental (ECA) para Suelo (en adelante, Guía para el muestreo de suelos), bajo ese contexto, se seleccionaron cuatro (4) puntos y se empleó un GPS marca Garmin a fin de determinar las coordenadas UTM de cada uno de ellos. En la siguiente tabla se detallan dichos puntos. Tabla 4. Puntos de muestreo de suelos PUNTO DE MUESTREO COORDENADA UTM (*) ALTITUD (m.s.n.m.) DESCRIPCIÓN NORTE ESTE SU-01 8 687 964 0 268 639 94 A la espalda del mercado del A.H. Virgen de Guadalupe SU-02 8 687 758 0 268 641 84 Frente a la loza deportiva y Parque del A.H. de Virgen de Guadalupe SU-03 8 687 614 0 268 728 92 Frente al parte industrial SU-04 8 687 628 0 268 747 98 Frente a la vivienda Mz A Lt. 1 – A.H. Virgen de Guadalupe (*) Coordenadas establecidas en el sistema WGS84; zona 18 S. iv. Recolección de la muestra de suelo Para la toma de muestras se consideró los lineamientos establecidos en la Guía de muestreo de suelos, el cual indica en el ítem 2.2 que la profundidad del muestreo para suelos residenciales/parques es de 10 cm – 30 cm (ver Tabla 6). Asimismo, se emplearon los siguientes materiales para la recolección. Tabla 5. Materiales empleados en la recolección de muestra de suelos N° DESCRIPCIÓN CANTIDAD 1 Pala 1 2 Bolsa hermética (ziploc) 12 3 Botella de plástico 7 54 N° DESCRIPCIÓN CANTIDAD 4 Botella ámbar 1 Tabla 6. Profundidad del muestreo según el uso de suelo USOS DE SUELO PROFUNDIDAD DEL MUESTREO Suelo Agrícola 0 - 30 cm(1) 30 - 60 cm Suelo Residencial/Parques 0-10 cm(2) 10-30 cm(3) Suelo Comercial/Industrial – Extractivo 0-10 cm(4) Nota: Guía para muestreo de suelos (1) Profundidad de aradura. (2) Capa de contacto oral o dermal de contaminantes. (3) Profundidad máxima alcanzable por niños. v. Análisis de la muestra de suelo La muestra de suelo contaminado recolectado del A.H. Virgen de Guadalupe fue homogenizada para obtener una muestra compuesta y representativa de la zona de estudio. Luego de ello, dicha muestra fue traslada a la Universidad Nacional del Callao (UNAC) para su tamizado a fin de eliminar impurezas y/o materiales extraños presente en la muestra. Es preciso señalar, que una parte de dicha muestra fue ingresada a los laboratorios acreditados para su caracterización, del cual se consideraron los parámetros detallados en la Tabla 7. vi. Selección de la especie vegetal Luego de una búsqueda bibliográfica se consideró emplear la especie Pelargonium hortorum. Se seleccionaron 4 ejemplares del Vivero Forestal de la Universidad Agraria La Molina (UNALM) de aproximadamente 3 meses de cultivo, de los cuales un ejemplar fue sometido a una clasificación taxonómica 55 en el Herbolario del Museo Natural de Biología de la Universidad Nacional Mayor de San Marcos (UNMSM) a fin de garantizar el empleo de la referida especie. (ver Anexos) Tabla 7. Caracterización de la muestra de suelo N° Parámetros 1 Ph 2 Conductividad eléctrica 3 Fósforo 4 Potasio 5 CaCO3 6 % materia orgánica 7 Textura % arena % limo % arcilla 8 CIC (Capacidad de intercambio catiónico) 9 Metales vii. Preparación de tratamientos Se rotularon 4 macetas en función a los tratamientos a emplear. Figura 4. Tratamientos Donde: - T0: Control (Planta + tierra de chacra) T0 T1 T2 T3 56 - T1: tratamiento 1 (Planta + suelo contaminado) - T2: tratamiento 2 (Planta + suelo contaminado + 10% de compost) - T3: tratamiento 3 (Planta + suelo contaminado + 10% de humus) La muestra de suelo contaminado previamente tamizado fue distribuida en 3 macetas. En cada una de las macetas se adicionaron las siguientes cantidades de suelo y aditivo a fin de determinar cada tratamiento. Tabla 8. Cantidad de suelo y aditivo por tratamiento Tratamientos Suelo Aditivo Cantidad Tipo Cantidad Tipo T0 7 kg Tierra chacra - - T1 7 kg Suelo contaminado - - T2 7 kg Suelo contaminado 10% de 7 Kg (700 g) Compost T3 7 kg Suelo contaminado 10% de 7 Kg (700 g) Humus Luego, cada maceta fue rotulada para permitir su diferenciación. En relación con los tratamientos T0, T2 y T3 determinados en la presente investigación, estas muestras de suelo también fueron caracterizadas en un laboratorio acreditado. viii. Trasplante del Pelargonium hortorum a los tratamientos Las especies de Pelargonium hortorum fueron trasladadas a cada uno de los tratamientos detallados en el Tabla 7. ix. Seguimiento a los tratamientos y recolección de muestras Durante el desarrollo de la parte experimental se desarrolló el seguimiento a cada uno de los tratamientos mediante la toma de las fotografías con una frecuencia semanal. Asimismo, se recolectaron muestras de suelo de cada tratamiento (aproximadamente 1 Kg) en 2 ocasiones para su posterior análisis de laboratorio. 57 x. Medición de las concentraciones de Pb y Cd El suelo de los tratamientos (T1, T2 y T3) fueron analizados en 3 ocasiones: (i) al inicio, en el proceso de recolección de muestra (C0); (ii) a los 20 días de iniciado el proceso de fitorremediación (Ci) y (iii) a los 40 días de iniciado el proceso de fitorremediación (Cf), esto a fin de determinar la efectividad de cada uno de los tratamientos. 4.3. Población y muestra 4.3.1. Población La población de la presente investigación es el suelo contaminado con los metales plomo y cadmio del A.H. Virgen de Guadalupe en el distrito de Mi Perú. 4.3.2. Muestra Para la investigación se utilizó el muestreo por conveniencia que es parte del muestreo no probabilístico, debido a que la elección de la muestra es deliberada porque no hay ningún procedimiento, ninguna acción ni razón para seleccionar la muestra (Supo 2014). Por ende, se realizó la toma de 30 kg de muestra de suelo contaminado con metales pesados plomo y cadmio proveniente del A.H. Virgen de Guadalupe en el distrito de Mi Perú (en referencia a la metodología). 4.4. Lugar de estudio El lugar de estudio como se observa en la siguiente figura, se encuentra ubicado en el A.H. Virgen de Guadalupe en el distrito de Mi Perú en la provincia constitucional del Callao, el cual, se encuentra al costado de la Parque Industrial de Ventanilla. Asimismo, se describe geográficamente en las coordenadas geográficas 11°51´15´´ de latitud sur y 77°07´21´´ de longitud este del meridiano de Greenwich; cabe indicar que, se seleccionó este lugar debido a la información recolectada de fuentes oficiales como el Organismo de Evaluación y Fiscalización Ambiental (OEFA) que presenta en el Informe N°021-2017-OEFA/ DE-SDLB-CEAPIO, el Plan de evaluación ambiental en el ámbito de la Zona Industrial de Ventanilla - Mi Perú, Provincia Constitucional del Callao durante el 58 año 2017, la existencia de concentraciones de plomo y cadmio que excedieron la norma de comparación de contaminación del suelo por metales pesados en referido lugar. Figura 5. Mapa de lugar de estudio 4.5. Técnicas e instrumentos para la recolección de la información Para el desarrollo de la presente investigación se emplearon fuentes de información obtenidas de trabajos académicos y/o de carácter científico, tales como: tesis de pregrado y postgrado, artículos científicos y otros estudios de organismos gubernamentales (ministerios, gobiernos regionales y distritales, entre otros). Asimismo, se hizo uso de técnicas e instrumentos para recolección y análisis de datos durante el desarrollo de la investigación como la ficha de muestreo que se adjunta en el Anexo 2. 59 Tabla 9. Métodos, instrumentos y equipos VARIABLES INDICADORES UNIDADES TÉCNICA / INSTRUMENTOS Efectividad del Pelargonium hortorum Variación porcentual entre la concentración f inal e inicial de Pb (Ci - Cf) /Ci % Método de ensayo de laboratorio: EPA 3050 EPA 3051 EPA 3052 Variación porcentual entre la concentración f inal e inicial de Cd (Ci - Cf) /Ci % Fitorremediación de suelos contaminados por Pb y Cd Concentración de plomo (Pb) en suelo mg/kg PS Método de ensayo de laboratorio: EPA 3050 EPA 3051 EPA 3052 Concentración de cadmio (Cd) en suelo mg/kg PS 4.6. Análisis y procesamiento de datos Debido a la escala de las variables de estudio (razón), se utilizó el análisis descriptivo para cada etapa; procediendo a analizar los datos a través de gráficos de líneas y de barras, los cuales permitieron visualizar la relación entre la reducción de los parámetros analizados, variabilidad de crecimiento y parámetros fisicoquímicos aplicando a la especie de Pelargonium hortorum en los tratamientos empleados en esta investigación. Programa de Microsoft Excel: Permitió tabular los datos obtenidos en las evaluaciones realizadas en campo, facilitando la obtención de resultados. Software SPSS Statistics 25: Se encargó de brindar cuadros y diagramas para realizar las apreciaciones correspondientes a la relación de las variables y se trabajó con los valores obtenidos; para ello, se utilizaron los siguientes métodos: 60 Prueba de efecto intersujeto Con la finalidad de analizar la tabla de varianzas de los resultados obtenidos, se realizó la prueba de efecto intersujeto, donde cada término del modelo, más el modelo en su conjunto se prueba por su capacidad para tener en cuenta la variación en la variable dependiente: fitorremediación de suelos contaminados por plomo y cadmio. Prueba de hipótesis Se realizó la prueba de hipótesis, con la finalidad de comprobar si la aplicación de la especie fitorremediadora y aditivos logran reducir la concentración del plomo y cadmio en los tratamientos T1, T2 y T3. ANOVA El estadístico de ANOVA ayudó a determinar las diferencias significativas entre las eficiencias fitorremediadoras, comparando con diversos grupos. 4.7. Aspectos Éticos en Investigación La investigación contiene información con reconocimiento de fuentes y autores, aportes científicos y técnicos correctamente citados sin vulnerar el carácter genuino de la patente intelectual de los autores. Asimismo, para su desarrollo se ha hecho uso de la estructura y contenido ha sido cautelado de acuerdo con la Directiva N° 004-2022-R, Directiva para la elaboración de proyecto e informe final de investigación de pregrado, posgrado, equipos, centros e institutos de investigación. Además, hay que informar que no se ha generado riesgo ni se ha vulnerado el medio ambiente durante el desarrollo de investigación. 61 V. RESULTADOS 5.1. Resultados descriptivos En este apartado se detallarán los resultados en función al cumplimiento de los objetivos de la investigación. 5.1.1. Análisis y caracterización del suelo Como se mencionó en el capítulo de IV: metodología del proyecto, en el subíndice Análisis de la muestra de suelo existen diferentes evaluaciones para las muestras seleccionadas, tales como, la tierra de chacra (T0), muestra de suelo contaminado (T1) y las muestras a las que se adicionaron humus comercial (T3) y compost comercial (T4), las cuales fueron caracterizadas en laboratorios acreditados a fin de obtener resultados confiables que permitan conocer las características iniciales (propiedades físicas y químicas) de los suelos que se usaran en los tratamientos. Por lo que, en la Tabla 10 se presentan los resultados y se ha nombrado a cada tipo de suelo analizado y/o aditivo agregado, siendo SU-01: muestra de suelo del A.H. Virgen de Guadalupe, SU-02: muestra de tierra de chacra, SU-03: muestra de compost comercial y SU-04: muestra de humus comercial. Como se puede observar en la Tabla 10, SU-01 (muestra de suelo del A.H. Virgen de Guadalupe) presenta textura ARENA, pH de 7.86 y conductividad eléctrica de 8.842 mS/cm, siendo estos mayores en comparación con los demás muestras de suelo analizadas; caso contrario a la cantidad de fosforo (1.4 mg/l), potasio (4.27 mg/l), CaCO3 (2.20 mg/l) y 0.39% de materia orgánica, siendo estos valores los menores en comparación con los demás muestras de suelo, además, la CIC de SU-02 fue de 6.10 meq/100g . En el caso de SU-02 (muestra de tierra de chacra) presentó textura ARENA FRANCA, pH de 7.53 y conductividad eléctrica de 3.044 mS/cm, siendo estos los menores en comparación con los demás muestras de suelo analizado; caso contrario a la cantidad de fosforo (7.4 mg/l), potasio (35.27 mg/l), CaCO3 (3.66 mg/l), 34.04% de materia orgánica y la CIC fue de 26.45 meq/100g, siendo los mayores en comparación con los demás muestras de suelos. Finalmente, para los aditivos orgánicos como SU-03 62 (muestra de compost comercial) y SU-04 (muestra de humus comercial) se reportaron valores que oscilan entre los resultados de SU-01 y SU-02. Es preciso indicar que para SU-03, el pH fue de 7.61 y conductividad eléctrica de 8.343 mS/cm, fosforo (3.1 mg/l), potasio (11.01 mg/l), CaCO3 (2.68 mg/l), 1.36% de materia orgánica y la CIC fue de 5.27 meq/100g; para el SU-04 el pH fue de 7.76 y conductividad eléctrica de 5.630 mS/cm, fosforo (2.4 mg/l), potasio (13.21 mg/l), CaCO3 (2.78 mg/l), 0.85% de materia orgánica y la CIC fue de 6.74 meq/100g. Tabla 10. Caracterización de la muestra de suelo PARÁMETROS UNIDAD RESULTADOS SU-01 SU-02 SU-03 SU-04 pH unidades de pH 7.86 7.53 7.61 7.76 Conductividad eléctrica mS/cm 8.842 3.044 8.343 5.630 Fósforo mg/l 1.4 7.4 3.1 2.5 Potasio mg/l 4.27 35.27 11.01 13.21 CaCO3 mg/l 2.20 3.66 2.68 2.78 % materia orgánica % 0.39 34.04 1.36 0.85 Textura % arena % 1.42 1.43 - - % limo % 86.90 82.53 - - % arcilla % 11.68 16.04 - - - - ARENA ARENA FRANCA - - CIC (Capacidad de intercambio catiónico) meq/100 g 6.10 26.45 5.27 6.74 Nota: Informe de ensayo N° 05405L/23-MA y N° 05406L/23-MA Luego de la caracterización de los suelos usados en los tratamientos, se determinaron las concentraciones iniciales (C0) de los metales Pb y Cd de la muestra del suelo obtenido del A.H. Virgen de Guadalupe, como se presentan a continuación en la Tabla 11. 63 Tabla 11. Concentraciones iniciales de Pb y Cd en el Tratamiento T1 (muestra de suelo contaminado) PARÁMETRO UNIDAD C0 ECA Suelo residencial / Parques (*) (mg/kg PS) NORMA DE COMPARACIÓN Plomo (Pb) mg/kg PS 156.64 140 “Estándares de Calidad Ambiental (ECA) para Suelo” Decreto Supremo N° 011-2017- MINAM Suelo Residencial / Parques Cadmio (Cd) mg/kg PS 9.04 10 (*) Suelo residencial/parques: Suelo ocupado por la población para construir sus viviendas, incluyendo áreas verdes y espacios destinados a actividades