Impacto ecotoxicológico de la distribución de elementos mayores y traza en suelo, sedimento y material vegetal en Taxco, México

Abstract

RESUMEN: En este trabajo de investigación se determinó la concentración de elementos mayores (Al, Fe, Ca, Mg, K, P, Ti) y elementos traza normados (As, Ba, Be, Cd, Cr, Hg, Ni, Ag, Pb, Se, Tl y V) y no normados (Li, B, Na, Bi, Mn, Co, Cu, Zn, Ga, Rb, Sr, Zr, Nb, Mo, In, Sn, Sb, Cs, W, Au, Th y U) en México por la NOM-147 en suelo, sedimento y material vegetal recolectando en un muestreo, realizado durante la temporada de lluvias, en la zona minera de Taxco, Guerrero, para evaluar los resultados de concentración elemental obtenidos, mediante el uso de índices contaminación y el uso de herramientas estadísticas y geo-estadísticas; Lo anterior, con el fin de valorar su potencial impacto al medio ambiente y a la salud humana. Para el trabajo de campo se realizaron visitas de campo para el reconocimiento del área de estudio, así como la observación, detección, verificación y tipificación de las posibles zonas contaminadas que constituyen algún grado de amenaza a las distintas fuentes de agua, suelo y material vegetal en las diferentes comunidades. Para ello se contó con el apoyo del gobierno local del municipio de Taxco y del municipio de Iguala, los comisariados ejidales y comunales, y Organizaciones de la Sociedad Civil, en diversos talleres y durante la colecta de muestras, lo cual se realizó entre el 27 y 29 de julio del 2019, en el municipio de Taxco, Guerrero y sus alrededores. Se identificaron 61 sitios relevantes para muestrear, los cuales reportaron los actores como potencialmente contaminados o fuentes relevantes de agua para la población. Los datos obtenidos expresados como concentraciones de elementos en los grupos de elementos mayores y traza fueron muy variados entre los puntos muestreados, aunque de manera general se presentaron valores de concentraciones elementales superiores a sus respectivos niveles de fondo en especial para elementos potencial mente tóxicos como el As, el Pb y el Cd en las zonas cercanas a los jales. Para identificar el riesgo ecológico y evaluar la contaminación del suelo, se calcularon para las zonas norte, centro y sur, del área de estudio varios índices de contaminación, como los índices de contaminación simple: índice de geo-acumulación (Igeo) y Factor de Enriquecimiento (FE). Por su parte entre los indices complejos totales estimados se encuentran el Índice de carga de contaminación (PLI), el Grado de contaminación y Grado de contaminación modificado (Cdeg, mCdeg) y el Riesgo potencial ecológico (RI). Los resultados encontrados ponen en evidencia la tendencia a registrar valores de contaminación altos en las cercanías a los jales situación que representa un riesgo relevante tanto para los ecosistemas como para la población que reside a sus alrededores. También se identificó el riesgo cancerígeno para la salud humana de acuerdo al método propuesto por la EPA para el Pb, el Cd, As y el Cr, en niños y adultos en la zona, encontrando que el As constituye el principal factor de riesgo para ambos grupos. Con las concentraciones de material vegetal, se calculó el factor de translocación para determinar la capacidad de las especies vegetales en la zona para trasladar los elementos potencialmente tóxicos desde las raíces hasta sus hojas. La identificación de las posibles fuentes de contaminación se evaluó mediante el análisis de correlación y el método multivariado de análisis de factores (FA) con resultados que apuntan como fuentes principales a los jales de la zona de acuerdo a la mineralogía rica en sulfuros como la pirita que se reporta para los mismos en la bibliografía consultada. Por último, una vez con las concentraciones de los elementos y sus coordenadas georeferenciadas, mediante el uso del paquete geo-estadístico del software Arcgis 10.5, se utilizó la herramienta de interpolación Kriging para el ajuste, diagnóstico y comparación de modelos para la determinación de las zonas de mayor riesgo con base en la concentración de los metales analizados por arriba de la NOM-147 y normas internacionales. Para la selección del mejor método de interpolación se consideraron los resultados Mean Standardized Error y Root-mean-Square-Standardized Error registrándose altas concentraciones en las zonas cercanas a los jales. ABSTRACT: In this research work, the concentration of major elements (Al, Fe, Ca, Mg, K, P, Ti) and regulated trace elements (As, Ba, Be, Cd, Cr, Hg, Ni, Ag, Pb, Se, Tl and V) and non-regulated trace elements (Li, B, Na, Bi, Mn, Co, Cu, Zn, Ga, Rb, Sr, Zr, Nb, Mo, In, Sn, Sb, Cs, W, Au, Th and U) in Mexico by NOM-147 was determined in soil, sediment and plant material collected during the rainy season in the mining area of Taxco, Guerrero, to evaluate the results of elemental concentration obtained, through the use of contamination indexes and the use of statistical and geostatistical tools; The above, in order to assess their potential impact on the environment and human health.

For the field work, field visits were made for the reconnaissance of the study area, as well as the observation, detection, verification and typification of the possible contaminated areas that constitute some degree of threat to the different sources of water, soil and plant material in the different communities. For this purpose, with the support of the local government of the municipality of Taxco and the municipality of Iguala, communal commissaries, and Civil Society Organizations in various workshops and during the collection of samples, which was carried out between July 27 and 29, 2019, in the municipality of Taxco, Guerrero and its surroundings. Sixty-one relevant sites were identified for sampling, which were reported by stakeholders as potentially contaminated or relevant water sources for the population.

The data obtained, expressed as elemental concentrations in the major and trace element groups, varied greatly among the points sampled, although in general there were values of elemental concentrations higher than their respective background levels, especially for potentially toxic elements such as As, Pb and Cd in the areas near the tailings.

To identify the ecological risk and evaluate soil contamination, several contamination indexes were calculated for the northern, central and southern zones of the study area, such as the simple contamination indexes: geo-accumulation index (Igeo) and Enrichment Factor (FE). The total complex indices estimated include the Pollution Load Index (PLI), the Pollution Degree and Modified Pollution Degree (Cdeg, mCdeg) and the Potential Ecological

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Risk (RI). The results show a tendency to register high contamination values in the vicinity of the tailings, a situation that represents a relevant risk for both the ecosystems and the surrounding population.

The carcinogenic risk to human health was also identified according to the method proposed by the EPA for Pb, Cd, As and Cr in children and adults in the area, and As was found to be the main risk factor for both groups. Using the concentrations of plant material, the translocation factor was calculated to determine the ability of plant species in the area to move potentially toxic elements from their roots to their leaves. The identification of the possible sources of contamination was evaluated using correlation analysis and the multivariate method of factor analysis (FA) with results that point to the tailings in the area as the main sources, according to the mineralogy rich in sulfides such as pyrite reported in the literature consulted.

Finally, once the concentrations of the elements and their geo-referenced coordinates were obtained, using the geostatistical package of Arcgis 10.5 software, the Kriging interpolation tool was used to adjust, diagnose and compare models to determine the highest risk zones based on the concentration of the metals analyzed above the NOM-147 and international standards. For the selection of the best interpolation method, the Mean Standardized Error and Root-mean-Square-Standardized Error results were considered, registering high concentrations in the areas near the tailings.