Introducción

La importancia del agua como recurso vital en nuestro planeta se ve comprometida por diversos factores, como el crecimiento poblacional desmedido que aumenta la demanda de agua potable y ejerce presión sobre los recursos hídricos disponibles. Además, las actividades humanas, como la agricultura, la industria y el vertido de desechos, introducen sustancias químicas y contaminantes en los cuerpos de agua, afectando su calidad y la vida acuática(^{Morales Cornejo & Paucara Huamani, 2021}; ^{Vardhan et al., 2019}).

La actividad industrial en varios rubros genera la liberación de desechos tóxicos, incluyendo metales pesados como el cromo, que se vierten sin tratamiento en los cuerpos de agua. (^{Baby et al., 2019}; ^{Karthik et al., 2016}; ^{Medina Garcia et al., 2019}; ^{Saha et al., 2011}; ^{Vardhan et al., 2019}).

El cromo es considerado una sustancia inorgánica con el potencial de causar daños a la salud en concentraciones elevadas. Para eliminar metales pesados como el cromo del agua, se utilizan diversos métodos tradicionales en las plantas de tratamiento de aguas residuales (^{Baby et al., 2019}; ^{Kerur et al., 2021}; ^{Quispe Yana et al., 2019}; ^{Tumolo et al., 2020}).

En nuestro país, se ha observado un aumento significativo en la cantidad de industrias en diversos sectores(^{Edelira Velázquez et al., 2020}). Diariamente se desechan al río Paraguay 2,9 millones de metros cúbicos de aguas residuales sin ser procesadas (^{OLAS, 2021}).

Es fundamental promover prácticas sostenibles en el uso del agua, implementar tecnologías adecuadas y fomentar la conservación de los recursos hídricos. La fitorremediación, que utiliza plantas para tratar y reducir contaminantes en el agua, es una solución efectiva y económica(^{Delgadillo López et al., 2011}; ^{Morales Cornejo & Paucara Huamani, 2021}). Entre las especies vegetales utilizadas, se encuentra la Epipremnum aureum, una planta capaz de acumular metales pesados disueltos (^{Singh et al., 2019}).

A pesar de existir estudios científicos acerca de la fitorremediación del cromo en aguas residuales utilizando diversas especies de plantas acuáticas, hasta la fecha es limitada la literatura que aborda específicamente la descromación del agua utilizando la especie de planta E. aureum.

Con este trabajo se propuso un modelo en escala de laboratorio acerca de la fitorremediación de cromo fortificado sobre agua de grifo con Epipremnum aureum en condiciones controladas.

Materiales y Métodos

Localización y colecta de ejemplares

La recolección de los ejemplares de E. aureum para esta investigación se realizó en forma aleatoria a conveniencia de la enredadera del manantial artificial ubicado en las instalaciones de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales (UNA), Campus Universitario de San Lorenzo, Departamento Central, Paraguay, cuyas coordenadas precisas son 25°20'08.6"S 57°31'08.6"W (Figs 1 y 2).

El desarrollo experimental se llevó a cabo en las instalaciones del Laboratorio de Calidad de Agua de esta institución. Los ejemplares recolectados fueron lavados minuciosamente con agua de grifo y agua destilada. Luego, se cortaron en segmentos de 40 cm de longitud y se colocaron en frascos de vidrio transparente con una capacidad de 1 litro, que contenían 500 ml de agua de grifo. Estos frascos se dejaron en reposo durante 15 días en condiciones ambientales controladas para permitir su aclimatación (Fig. 3).

Un ejemplar fue trasladado al Laboratorio de Análisis de Recursos Vegetales del Departamento de Biología de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales con el propósito de llevar a cabo su identificación taxonómica.

Diseño Experimental

Para llevar a cabo este experimento se siguió el siguiente diseño experimental:

Caracterización de agua: El agua de grifo utilizada en las pruebas se sometió a un análisis siguiendo los métodos analíticos establecidos en los Métodos Normalizados para el Análisis de Aguas Potables y Residuales (APHA et al, 1992). Se evaluaron diversos parámetros, que incluyeron el contenido de cloro residual, pH, la conductividad electrolítica, el oxígeno disuelto, también contenido de cromo total, el nitrato, fósforo total y hierro total.

Curva de calibrado de cromo: Se preparó7 niveles de concentración (0,01-0,030-0,050-0,100-0,200-0,300 y 0,500) mg/L^-1, calculadas estequiométricamente a partir de 500 mg.L^-1 de dicromato de potasio (K2Cr2O7) de calidad MRC (Fig.4). El desarrollo analítico siguió la metodología establecida en los Métodos Normalizados para el Análisis de Aguas Potables y Residuales APHA et al, 1992) ,específicamente de la sección 3500 D.

Ensayo de fitorremediación

Para llevar a cabo el ensayo de fitorremediación, se preparó una solución de agua fortificada con cromo con una concentración de 2 mg.L^-1, a partir de una solución de 50 mg.L^-1 de dicromato de potasio, diluyendo 20,00 mL de la misma en un matraz aforado de 500 mL con agua de grifo.

A continuación, tres ejemplares de E. aureum de 40 cm de longitud, previamente lavados cuidadosamente para eliminar cualquier residuo, secados y pesados, se introdujeron en 5 frascos de vidrio transparente, boca ancha de 1 L de capacidad, con 500 ml de la solución fortificada (grupo experimental) por triplicado y con 500 mL con agua de grifo (grupos testigos) por duplicado, en contacto durante 13 días a condiciones ambientales del laboratorio (Fig.5).

Figuras 1-3 Colecta y aclimatación de las muestras de Epipremnum aureum. 1) Ubicación del muestreo, FACEN. 2) Colecta de ejemplares. 3) Adaptación climática, Laboratorio de Calidad de Agua, FACEN. 

Determinación de Remoción de Cromo en la Solución Fortificada y Tiempo de Vida Media

Los monitoreos de concentración de cromo en el fortificado se realizaron los días 1,5,9 y 13 días, diluyendo 3 mL de cada frasco por triplicado (grupo experimental) llevando a volumen de 50 mL con agua desionizada y para los testigos directamente 50 mL de cada envase, analizados según método estandarizado ya citado anteriormente, empleando el espectrofotómetro UV-visible de la marca Thermoscientific, modelo GENESIS 180 (Fig. 6).Para estas mediciones, se utilizaron cubetas de cuarzo con un recorrido de luz de 1 cm.

Figuras 4-7 Procedimientos laboratoriales. 4) Patrón de Dicromato de potasio, MRC. 5) Montaje del ensayo de fitorremediación, Laboratorio de Calidad de Agua, FACEN. 6) Desarrollo de color de muestras y equipo Espectrofotómetro UV-visible, Laboratorio de Calidad de Agua, FACEN. 7) Tratamiento preliminar de tejido pos fitorremediación. A) Muestra seca a 75ºC.B) Pesaje de muestra seca. C) Trituración. D) Resguardo de material triturado. E) Digestión de tejido triturado. 

Simultáneamente, se determinó otros parámetros como el pH, utilizando un potenciómetro de mesa de la marca Boeco Germany (modelo BT-700), la conductividad electrolítica (CE) con un multiparamétrico de mesa de la marca HANNA (modelo HI2030-01 Edge), y el oxígeno disuelto (OD) con un oxímetro de la marca HANNA (modelo HI98193).

Determinación de Cromo Acumulado en Tejido Vegetal

Al concluir del ensayo de fitorremediación, las plantas fueron lavadas minuciosamente con agua de grifo y destilada, escurridas, pesadas y puestas dentro de bandeja de aluminio, secadas durante 8 días a temperatura ambiente de 33 ± 2 ºC. Luego, se continuó el proceso de secado a una temperatura de 75 ± 2 ºC durante 48 horas en una estufa de secado. Después de enfriar, se pesaron nuevamente utilizando una balanza analítica de la marca Sartorius. A continuación, las muestras fueron trituradas con un mortero y finalmente guardadas en frascos de plásticos con tapa etiquetadas. Seguidamente la muestra fue pesada una cantidad equivalente a 0,500 ± 0,02 g y puesta en digestión húmeda en erlenmeyer de 250 mL con ácido nítrico y ácido perclórico hasta la aparición de humos blancos (Fig. 7).

Por último, una vez enfriadas las muestras digeridas, se agregaron 40 mL de agua desionizada a cada erlenmeyer y se siguieron los mismos pasos de ensayo para la determinación de cromo total, tal como se describe en (^{APHA et al, 1992}) sección 3500 D. Estos pasos comenzaron desde el calentamiento y adición de permanganato de potasio al 4%, hasta completar los pasos correspondientes del procedimiento analítico y leídas sus respectivas absorbancias mediante el espectrofotómetro UV-visible a 540 nm.

Análisis de resultados

Para la evaluación de los resultados, se calculó el valor promedio de cada grupo utilizando Excel. Posteriormente, se realizó un análisis estadístico para determinar si existían diferencias significativas entre los resultados obtenidos. Para esto, se aplicó la Prueba de "t de Student" con un nivel de significancia establecido en p < 0,05.

Resultados y discusión

En base a los resultados obtenidos en la Tabla 1 y Fig. 8, se determinó que la cinética de remoción del cromo fue descrita por un modelo cinético de primer orden, se observó un decaimiento exponencial y gradual de la concentración de cromo, lo cual se ajusta a dicho modelo. La constante de velocidad de decaimiento (k) obtenida fue de 0,018 días^-1 y la vida media del cromo (T1/2) fue de 39,16 días, esto significa, que aproximadamente 39 días se necesita para poder remover el 50 % de cromo en la solución fortificada.

Figura 8 Cinética de remoción de cromo. 

No se detectaron cromo en las testigos durante todo el ensayo. Sin embargo, la concentración del mismo cromo en cada una de las tres muestras experimentales disminuyó gradualmente con el tiempo, desde 1,90 mg/L^-1 alcanzando una concentración promedio de 1,56 mg/L^-1 al final del ensayo. Además, se observó una tasa de remoción (R) del cromo que aumentó con el tiempo, alcanzando un máximo del 17,89% después de 13 días de exposición.

Para el cálculo del porcentaje de remoción de cromo R (%) en la solución fortificada se aplicó la ecuación utilizada en el trabajo de investigación de ^{Charazińska (2022})(Charazińska et al., 2022), donde:

Donde Ci = promedio concentración cromo total día 1 (mg.L^-1) y Cf = promedio concentración cromo total día 13 (mg.L^-1).

Relación sobre la variabilidad de concentración de cromo total vs pH, CE y OD durante la fitorremediación

Para saber si existen diferencias significativas entre los valores iniciales de cromo, pH, CE, OD y la media entre los valores al final del ensayo, se realizó la prueba de" t de Student" para un nivel de confianza del 95% (p ˂0,05) utilizando la siguiente ecuación:

Dónde t es el valor de la prueba t de Student, xi es el valor inicial de la muestra, x es valor de la media de las muestras, s es la desviación estándar de la muestra, N es el número de muestras.

De acuerdo a los valores de la Tabla 2 y Fig.9, se observó una disminución con diferencias significativas en el valor de cromo total desde el primer día hasta el día 13 de exposición al fortificado, lo que indica que la fitorremediación con la planta de E. aureum fue efectiva en la disminución de la cantidad de cromo presente en la solución, esto trajo consigo también un consumo de OD con diferencia significativa, una alcalinización del medio y un aumento de CE, también con diferencias significativas.

Figura 9 Variabilidad de concentración de cromo vs pH, CE y OD en los diferentes tiempos de exposición. 

Las posibles causas del aumento de pH podrían ser a causa de que los ejemplares habrían absorbido iones de hidrógeno (H⁺) del agua que son ácidos, también podría deberse a la presencia de microorganismos capaces de producir compuestos alcalinos como resultados de su metabolismo, el descenso del contenido de oxígeno disuelto en la solución (Cubillos Vargas, 2011).

Los aumentos de la CE podrían deberse a la liberación de electrolitos en el medio causada por el estrés de la planta o por la interacción de la misma con microrganismos presentes en el medio donde descomponen el cromo u otros contaminantes liberando iones (Tortorelli, 2009).

Los descensos en los niveles de oxígeno disuelto podrían ser atribuidos a factores como la temperatura del medio, que a mayor temperatura disminuye el contenido de oxígeno disuelto, la presencia de microorganismos como algas, hongos que consumen oxígeno disuelto, como así también nuestro ejemplar podría haber absorbido el oxígeno del agua para su metabolismo, proceso de descomposición de material orgánico también disminuye el OD (Cubillos Vargas, 2011; Tortorelli, 2009).

Cromo bioacumulado en tejido vegetal

De acuerdo a los resultados obtenidos en la Tabla 3, cada planta de pothos tuvo la capacidad de acumular en su sistema en promedio uno 3,03 mg.kg^-1 en el caso de grupos experimentales (M1, M2, M3) con un FBC de 0,049 (4,90%) mucho menor a la unidad, nos indica que la E. aureum es acumuladora de cromo, pero de respuesta lenta. Sin embargo, no se detectó cromo en los tejidos del grupo testigos (B1 y B2). Para el cálculo del FBC se utilizó la ecuación utilizada por (^{Kumar Yadav et al., 2018}; ^{Zayed et al., 1998}).

Al compara la cantidad de cromo removido por la planta con la cantidad de cromo acumulado en la misma (Fig. 10), encontramos una diferencia en promedio 0,247 mg.L^-1. Estas disparidades podrían atribuirse a varios factores, como la precipitación de material vegetal en el fondo de los envases, lo que podría restar miligramos de cromo disponibles para su digestión. Además, la técnica de digestión utilizada para el material vegetal se enfoca en análisis de agua y puede no ser óptima para el procesamiento de plantas. Durante el proceso de trituración del pothos seco, existe la posibilidad de que se hayan perdido muestras, ya que el material es liviano y puede dispersarse en el aire o adherirse a las paredes del frasco de plástico en el que se almacenaba. Asimismo, al realizar el filtrado de la muestra digerida, es posible que se retuvieran trazas de cromo por el papel de filtro empleado.

Figura 10.Comparabilidad entre cromo removido vs cromo acumulado. 

Otro factor a considerar es que la planta podría tener componentes morfológicos desconocidos que generen interferencias negativas en la medición del cromo. Estos elementos podrían influir en la acumulación y remoción del cromo de maneras que no se comprenden completamente.

Conclusión

Tras analizar los resultados obtenidos en esta investigación, nos permite concluir que la E. aereum tiene capacidad de remover 0,340 mg.L^-1 de cromo en 13 días de contacto con la solución fortificada, equivalente a una remoción del 17,89%. Además, cada planta pudo acumular en su sistema 3,03 mg.kg^-1 de cromo total. Por otro lado, el tiempo de vida media estimado para el cromo fue de 39 días. Estos resultados nos dan indicios que la especie E. aureum tiene capacidad de remoción lenta para el cromo. No obstante, es esencial considerar que estos resultados podrían haber sido influenciados por diversos factores, como la morfología de la planta, las condiciones ambientales, la metodología utilizada y otros parámetros específicos del experimento. Por lo tanto, se requiere un análisis más detallado y estudios adicionales para comprender completamente el potencial de E. aureum en la remoción de cromo y su aplicabilidad en la fitorremediación de metales pesados.