Efecto de metales pesados asociados al petróleo en el crecimiento de Rhizophora mangle con análisis dendroquímico.

Abstract

A nivel mundial los ecosistemas de manglar tienen un papel sumamente importante a nivel biológico y además comercial, pues son albergue de una amplia diversidad de organismos. Las condiciones ambientales a las que son expuestas estas especies son factores que interfieren en su desarrollo y crecimiento. Los bosques de manglar en Tabasco, México, están bajo amenaza desde la mitad del siglo pasado debido al desarrollo de la industria petrolera, lo cual ha provocado serios problemas de contaminación debido a derrames de petróleo, así como modificaciones hidrológicas en estos ecosistemas en la zona de influencia del campo petrolero Cinco Presidentes, sitio en donde crece una franja amplia de manglar. Muestras de árboles y suelo fueron tomadas dentro de la región hidrológica RH29 Coatzacoalcos, considerando un sitio contaminado cercano a la laguna El Yucateco, dentro de la subcuenca Ad Río Tonalá, y un sitio sin contaminación cerca de la laguna La Palma la cual pertenece a la subcuenca Aa Lagunas del Carmen y Machona, sin presencia de infraestructura petrolera. De las especies presentes en un manglar, Rhizophora mangle es la más sensible a la exposición al petróleo, por lo que se consideró como la especie objeto de esta investigación. Para evaluar estos efectos se evaluó la identificación del potencial dendrocronológico de R. mangle. La identificación de estas estructuras anatómicas se realizó de manera macroscópica (estereomicroscopio) y microscópica (microscopio electrónico de barrido), además de un análisis de distribución de carbono por espectroscopía de energía dispersiva. Una vez identificados los anillos de crecimiento se aplicaron técnicas dendrocronológicas de conteo y datación cruzada, para datar y validar las cronologías representadas en los anillos de crecimiento de esta especie, lo cual permitió establecer los patrones de crecimiento e indagar sobre los factores que tienen efecto en ellos. Los anillos de crecimiento de R. mangle presentan porosidad difusa, con vasos conductores pequeños, que de acuerdo con la densidad en que se presentan logran diferenciar el crecimiento temprano (baja densidad de vasos) y el crecimiento tardío (alta densidad de vasos). Las edades de los árboles registradas en la sección transversal cortada a 0.30 m fueron 131, 146 y 183 años y el incremento anual de 1.74, 1.82 y 1.98 mmaño-1 fue mayor en sitio contaminado. Los resultados de la intercorrelación entre series en la datación cruzada fueron muy bajos (0.08) por lo que no se realizó la estandarización de las cronologías, sin embargo, se aplicaron regresiones lineales simples y múltiples entre el ancho de anillo y, la temperatura y la precipitación del sitio de estudio, obteniendo correlaciones < 0.30 no significativas (p<0.05). Debido a estos resultados, el uso de la microscopía electrónica de barrido y la espectroscopía de energía dispersiva permitió conocer la distribución del carbono en los anillos de R. mangle, estableciéndose límites anatómicos. Por lo que los anillos de crecimiento de esta especie fueron considerados anuales, pues el método del conteo es aceptable cuando se evalúan árboles que se encuentran bajo presión antropogénica y además no existen cronologías previas de la especie o de algún otra de un sitio cercano. Para poder relacionar el efecto de los eventos de contaminación de la industria petrolera durante la vida de los árboles de R. mangle muestreados, se construyó un historial de contaminación en el área de la laguna El Yucateco a partir de la búsqueda de textos científicos, reportes y prensa durante los últimos 60 años. El Campo Petrolero Cinco Presidentes es la fuente principal de contaminación en los manglares de la laguna El Yucateco, de acuerdo con las investigaciones consultadas, las concentraciones de hidrocarburos totales del petróleo han alcanzado más de 50,000 mgkg-1, por lo que en esta investigación se determinaron las concentraciones de hidrocarburos fracción pesada en los suelos del sitio contaminado (1,529.48 ± 265.04 mgkg-1) y el sitio no contaminado (522.54 ± 134.82 mgkg-1). La composición química elemental de los anillos de crecimiento de R. mangle, previamente fechados, se realizó mediante un análisis dendroquímico utilizando Microscopía Electrónica de Barrido y Espectroscopía de Energía Dispersiva de Rayos X (MEB-EED), el cual tenía como principal objetivo la detección de elementos indicadores como los metales pesados níquel y vanadio, además de considerar anomalías en los niveles de elementos naturales de la madera. Las submuestras de R. mangle analizadas provenían de secciones transversales cortadas a tres alturas del fuste (0.30, 1.0 y 1.30 m después de la última raíz aérea), en las cuales no se observó variación en los niveles de los elementos químicos que las constituyeron, sin embargo, solo las submuestras de la sección cortada a 0.30m revelaron la presencia de elementos indicadores de contaminación, pues no existió translocación vertical de los contaminantes. Debido a esto se analizaron con mayor detalle las submuestras de la sección transversal cortada a menor altura. Los niveles promedio en los que se detectaron los elementos químicos en las submuestras de R. mangle del sitio contaminado fueron 54.80 % C, 44.52 % O, 0.26 % Na, 0.14 % Cl, 0.07 % K y 0.22 % Ca, mientras que para las submuestras del sitio no contaminado los valores fueron de 55.0 % C, 44.20 % O, 0.30 % Na, 0.24 % Cl, 0.10 % K y 0.22 % Ca, durante el periodo de actividades petroleras en la zona de estudio (inicio de 1950 a la actualidad). En los anillos de crecimiento de las submuestras del sitio contaminado, que se formaron en los años de mayor producción de petróleo, se determinó la presencia de S (hasta 0.09 %) y Mo (0.26 %) por encima de los niveles registrados normalmente en la madera; estos elementos se consideran indicadores de la presencia de actividad petrolera. La sensibilidad de la técnica de detección no fue la adecuada para poder detectar los metales pesados, por lo que se consideró el aumento en los niveles de S y Mo en los anillos de crecimiento de R. mangle para evaluar la existencia eventos históricos de contaminación por derrames de petróleo en el tiempo, sin embargo, no se registró un efecto directo en el ancho de anillo. _______________ EFECT OF HEAVY METALS ASSOCIATED TO PETROLEUM IN THE GROWTH OF Rhizophora mangle WITH DENDRO CHEMICAL ANALYSIS. ABSTRACT: Globally, mangrove ecosystems play an extremely important role at the biological and commercial levels, since they are home to a wide variety of organisms. The environmental conditions to which these species are exposed are factors that interfere in their development and growth. The mangrove forests in Tabasco, Mexico, have been under threat since the middle of the last century due to the development of the oil industry, which has caused serious pollution problems due to oil spills, as well as hydrological modifications in these ecosystems in the area of influence of the Cinco Presidentes oil field, site where a wide strip of mangrove grows. Samples of trees and soil were taken in the RH29 Coatzacoalcos hydrological region, considering a contaminated site near El Yucateco lagoon, within the Ad Río Tonalá sub-basin, and a site without pollution near La Palma lagoon which belongs to the sub-basin Aa Lagunas del Carmen and Machona, without the presence of oil infrastructure. Of the species present in a mangrove, Rhizophora mangle is the most sensitive to exposure to oil, so it was considered as the species object of this investigation. To evaluate these effects, the identification of the dendrochronological potential of R. mangle was evaluated. The identification of these anatomical structures was performed in a macroscopic (stereomicroscope) and microscopic (scanning electron microscope), in addition to a carbon distribution analysis by dispersive energy spectroscopy. Once the growth rings were identified, dendrochronological counting and cross dating techniques were applied, to date and validate the chronologies represented in the growth rings of this species, which allowed establishing the growth patterns and investigating the factors that influence the rings. The growth rings of R. mangle have diffused porosity, with small conductive vessels, which, according to the density in which they occur, differentiate between early growth (low vessel density) and late growth (high vessel density). The ages of the trees registered in the cross section cut to 0.30 m were 131, 146 and 183 years and the annual increase of 1.74, 1.82 and 1.98 m-1 was greater in contaminated site. The results of the intercorrelation between series in the cross dating were very low (0.08), so the chronologies were not standardized, however, simple and multiple linear regressions were applied between the ring width and the temperature and the precipitation of the study site, obtaining correlations <0.30 not significant (p <0.05). Due to these results, the use of scanning electron microscopy and dispersive energy spectroscopy allowed us to know the carbon distribution in R. mangle rings, establishing anatomical limits. So, the rings of growth of this species were considered annual, because the method of counting is acceptable when evaluating trees that are under anthropogenic pressure and in addition there are no previous chronologies of the species or of any other from a nearby site. In order to relate the effect of pollution events in the oil industry during the life of the R. mangle sampled trees, a history of contamination in the area of the Yucateco lagoon was constructed from the search of scientific texts, reports and press for the past 60 years. The Cinco Presidentes Oil Field is the main source of pollution in the mangroves of the El Yucateco lagoon, according to the researches consulted, the concentrations of Total Petroleum Hydrocarbons have reached more than 50,000 mgkg-1, so in This investigation determined the concentrations of Heavy Fraction Hydrocarbons in the soils of the contaminated site (1,529.48 ± 265.04 mgkg-1) and the non-contaminated site (522.54 ± 134.82 mgkg-1). The elemental chemical composition of R. mangle growth rings, previously dated, was carried out by means of a dendrochemical analysis using Scanning Electron Microscopy and X-ray Dispersive Energy Spectroscopy (SEM-EDS), whose main objective was the detection of indicator elements such as heavy metals nickel and vanadium, in addition to considering anomalies in the levels of natural elements of wood. The subsamples of R. mangle analysed came from cross sections cut at three heights of the stem (0.30, 1.0 and 1.30 m after the last aerial root), in which no variation was observed in the levels of the chemical elements that constituted them, however, only the subsamples of the section cut at 0.30m revealed the presence of pollution indicating elements, since there was no vertical translocation of the contaminants. Because of this, the subsamples of the cross section cut at a lower height were analysed in greater detail. The average levels at which the chemical elements were detected in the R. mangle subsamples of the contaminated site were 54.80 % C, 44.52 % O, 0.26 % Na, 0.14 % Cl, 0.07 % K and 0.22 % Ca, while for the sub-samples of the uncontaminated site values were 55.0 % C, 44.20 % O, 0.30 % Na, 0.24 % Cl, 0.10 % K and 0.22 % Ca, during the period of oil activities in the study area (beginning of 1950 to the present). In the growth rings of the contaminated site sub-samples, which were formed in the years of greatest oil production, the presence of S (up to 0.09 %) and Mo (0.26 %) was determined above the levels normally recorded in the wood; These elements are considered indicators of the presence of oil activity. The sensitivity of the detection technique was not adequate to detect heavy metals, so the increase in the levels of S and Mo in the growth rings of R. mangle was considered to evaluate the existence of historical contamination events by oil spills over time, however, did not register a direct effect on the ring width.