First South American plant for purifying soils contaminated with zinc and cadmium

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There are soils all over the world polluted with heavy metals – often through human activity. Cadmium in particular is very harmful to humans and animals and can cause cancer in high concentrations. By growing plants that take up a lot of heavy metals, the contaminated soil can be cleaned in an eco-friendly way known as ‘phytoremediation.’ An important condition is that the plants used are able to grow well in the relevant soil, and are not themselves poisoned by the heavy metals.

Plants that can withstand heavy metals are most easily found by studying what already grows on contaminated soils, where plant species that can resist the pollution will win out over more sensitive plants. However, a plant that is capable of growing in contaminated soil is not automatically a plant that stores heavy metals.

The scientists, led by Mina T. Villafort Carvalho from Wageningen University, part of Wageningen UR (University & Research Centre), discovered many plants of the species Gomphrena claussenii near a zinc mine in the state of Minas Gerais in Brazil. They examined the plants in the lab, comparing them to the closely related Gomphrena elegans. "Our first question was to check that the G. claussenii plants did not suffer from high concentrations of heavy metals," Carvalho remembers. "The claussenii plants were indeed found to grow well, while G. elegans plants wasted away completely at high concentrations of zinc and cadmium."

Out of the two species, the G. claussenii plants were also observed to be better at taking up heavy metals than G. elegans plants – up to thirty times better for zinc and twenty times better for cadmium. The leaves of the plants ultimately contained almost 1% zinc and more than 0.1% cadmium. The G. claussenii plants store the heavy metals proportionately more in the leaves and stems, and less in the roots, than the G. elegans plants. Carvalho: "This is important as only the leaves and stems can be harvested. In other words, when the G. claussenii plants are removed much more zinc and cadmium is removed with them."

If the concentrations of heavy metals in the Gomphrena claussenii plants are compared with those in other plants suitable for the purification of contaminated soils, for example in Europe, then Gomphrena claussenii is not necessarily the best. However, the plant grows fast and creates much more biomass than any other plants that take up zinc or cadmium – and therefore absorbs the most metal from the ground per plant. Scientists estimate that removal of about 5-15 kg of cadmium per hectare per year is entirely realistic. This would cause many contaminants to be brought below minimum safety levels within five years. According to the scientists, it would therefore be worthwhile to conduct practical research into the purifying effect of Gomphrena claussenii in South America. In addition, further research might provide insight into the mechanism by which the plant absorbs the heavy metals without poisoning itself.

Descubrimiento de la primera planta sudamericana que limpia los suelos contaminados por zinc y cadmio

Investigadores de Wageningen (Países Bajos) y Lavras, Brasil, han descubierto la primera planta sudamericana que se puede usar para limpiar los terrenos sudamericanos contaminados por los metales pesados zinc y cadmio. El uso de plantas autóctonas es preferible al de foráneas, puesto que se reduce la posibilidad de introducir una variedad de planta que sea "invasiva" y pueda convertirse en una plaga. La planta descubierta, Gomphrena claussenii, crece bien en los suelos contaminados de las minas de zinc y acumula gran cantidad de metales pesados en las hojas y tallos, debido a lo cual es muy indicada para limpiar los suelos sudamericanos contaminados por metales pesados.

En todo el mundo existen suelos que están contaminados con metales pesados, normalmente a causa de actividades humanas. El cadmio es especialmente nocivo para los seres humanos y los animales y, en concentraciones elevadas, puede provocar cáncer. El cultivo de plantas que absorben gran cantidad de metales pesados en estos terrenos y su eliminación controlada permite limpiar los suelos contaminados de un modo agradable. Este método se denomina "fitorremediación". Una condición importante es que las plantas usadas crezcan bien en los suelos contaminados y toleren los metales pesados.

Las plantas que toleran bien los metales pesados se descubren normalmente observando lo que crece en los suelos contaminados, ya que las especies de plantas que toleran bien la contaminación, suelen sobrevivir a las que no lo hacen. Sin embargo, el hecho de que una planta crezca bien en suelos contaminados no implica automáticamente que absorba metales pesados.

El grupo de investigadores, dirigido por Mina T. Villafort Carvalho de la Universidad de Wageningen, un componente de Wageningen UR (University & Research centre), descubrió un gran número de plantas de la especie Gomphrena claussenii cerca de una mina de zinc del estado brasileño de Minas Gerais. Los investigadores estudiaron las plantas en el invernadero, comparándolas con una especie muy afín: Gomphrena elegans. Carvalho: "Nuestra primera duda era saber si las plantas claussenii realmente toleran las concentraciones elevadas de metales pesados. Las plantas claussenii demostraron crecer bien, mientras que las elegans se debilitaban si se les sometía a elevadas concentraciones de zinc y cadmio."

Las plantas claussenii también demostraron ser las más capacitadas para absorber zinc y cadmio: hasta treinta veces más zinc y hasta veinte veces más cadmio que las plantas elegans. Las hojas de las plantas contienen casi 1% de cinc y más de 0,1% de cadmio. En comparación con las plantas elegans, las claussenii acumulan una cantidad proporcionalmente mayor en las hojas y los tallos y menor en las raíces. Carvalho: "Esto es un dato importante, puesto que solo se pueden cosechar las hojas y tallos. Al eliminar las plantas claussenii desaparece, por consiguiente, una mayor cantidad de zinc y cadmio."

Si se comparan las concentraciones de metales pesados en las plantas Gomphrena claussenii con las de otras plantas indicadas para limpiar los suelos contaminados, por ejemplo en Europa, la Gomphrena claussenii no es la que presenta los mejores resultados. Se trata, sin embargo, de una planta de rápido crecimiento, que desarrolla más biomasa que las otras plantas que absorben zinc o cadmio, debido a lo cual, Gomphrena claussenii extrae, de hecho, más metal del suelo por planta. Los investigadores estiman que se puede llegar a extraer entre 5-15 Kg. de cadmio por hectárea al año. Esto permitiría reducir muchas contaminaciones por debajo de la norma en el plazo de cinco años. Los investigadores opinan que sería recomendable analizar la acción descontaminante de Gomphrena claussenii durante ensayos prácticos en Sudamérica. Además, estas investigaciones podrían ofrecer información sobre el mecanismo usado por la planta para absorber metales pesados sin intoxicarse.