Para optar el Título Profesional de Ingeniera Ambiental Moquegua, 2023 FACULTAD DE INGENIERÍA Escuela Académico Profesional de Ingeniería Ambiental Tesis Judith Adelaida Maquera Puma Evaluación de la capacidad fitorremediadora de la especie Nasturtium officinale (berro) en relación con diferentes concentraciones de arsénico, distrito de Torata, Moquegua - 2022 Nasturtium officinale Esta obra está bajo una Licencia "Creative Commons Atribución 4.0 Internacional" . Cc. Facultad Oficina de Grados y Títulos Interesado(a) INFORME DE CONFORMIDAD DE ORIGINALIDAD DE TESIS A : Felipe Nestor Gutarra Meza Decano de la Facultad de Ingeniería DE : Steve Dann Camargo Hinostroza Asesor de tesis ASUNTO : Remito resultado de evaluación de originalidad de tesis FECHA : 17 de agosto de 2023 Con sumo agrado me dirijo a vuestro despacho para saludarlo y en vista de haber sido designado asesor de la tesis titulada: “EVALUACIÓN DE LA CAPACIDAD FITORREMEDIADORA DE LA ESPECIE Nasturtium officinale (BERRO) EN RELACIÓN CON DIFERENTES CONCENTRACIONES DE ARSÉNICO, DISTRITO DE TORATA, MOQUEGUA – 2022”, perteneciente al/la/los/las estudiante(s) Judith Adelaida Maquera Puma, de la E.A.P. de Ingeniería Ambiental; se procedió con la carga del documento a la plataforma “Turnitin” y se realizó la verificación completa de las coincidencias resaltadas por el software dando por resultado 20 % de similitud (informe adjunto) sin encontrarse hallazgos relacionados a plagio. Se utilizaron los siguientes filtros: • Filtro de exclusión de bibliografía SI X NO • Filtro de exclusión de grupos de palabras menores SI X NO (Nº de palabras excluidas: 5 ) • Exclusión de fuente por trabajo anterior del mismo estudiante SI NO X En consecuencia, se determina que la tesis constituye un documento original al presentar similitud de otros autores (citas) por debajo del porcentaje establecido por la Universidad. Recae toda responsabilidad del contenido de la tesis sobre el autor y asesor, en concordancia a los principios de legalidad, presunción de veracidad y simplicidad, expresados en el Reglamento del Registro Nacional de Trabajos de Investigación para optar grados académicos y títulos profesionales – RENATI y en la Directiva 003-2016-R/UC. Esperando la atención a la presente, me despido sin otro particular y sea propicia la ocasión para renovar las muestras de mi especial consideración. Atentamente, __________________________________ Asesor de tesis Cc. Facultad Oficina de Grados y Títulos Interesado(a) DECLARACIÓN JURADA DE AUTENTICIDAD Yo, Judith Adelaida Maquera Puma, identificado(a) con Documento Nacional de Identidad No. 75434580, de la E.A.P. de Ingeniería Ambiental de la Facultad de Ingeniería la Universidad Continental, declaro bajo juramento lo siguiente: 1. La tesis titulada: “EVALUACIÓN DE LA CAPACIDAD FITORREMEDIADORA DE LA ESPECIE Nasturtium officinale (BERRO) EN RELACIÓN CON DIFERENTES CONCENTRACIONES DE ARSÉNICO, DISTRITO DE TORATA, MOQUEGUA – 2022”, es de mi autoría, la misma que presento para optar el Título Profesional de Ingeniero Ambiental. 2. La tesis no ha sido plagiada ni total ni parcialmente, para la cual se han respetado las normas internacionales de citas y referencias para las fuentes consultadas, por lo que no atenta contra derechos de terceros. 3. La tesis es original e inédita, y no ha sido realizado, desarrollado o publicado, parcial ni totalmente, por terceras personas naturales o jurídicas. No incurre en autoplagio; es decir, no fue publicado ni presentado de manera previa para conseguir algún grado académico o título profesional. 4. Los datos presentados en los resultados son reales, pues no son falsos, duplicados, ni copiados, por consiguiente, constituyen un aporte significativo para la realidad estudiada. De identificarse fraude, falsificación de datos, plagio, información sin cita de autores, uso ilegal de información ajena, asumo las consecuencias y sanciones que de mi acción se deriven, sometiéndome a las acciones legales pertinentes. 17 de agosto de 2023. ________________________________________ Judith Adelaida Maquera Puma DNI. No. 75434580 20% INDICE DE SIMILITUD 20% FUENTES DE INTERNET 6% PUBLICACIONES 8% TRABAJOS DEL ESTUDIANTE 1 3% 2 3% 3 1% 4 1% 5 1% 6 1% 7 1% 8 1% EVALUACIÓN DE LA CAPACIDAD FITORREMEDIADORA DE LA ESPECIE Nasturtium officinale (BERRO) EN RELACIÓN CON DIFERENTES CONCENTRACIONES DE ARSÉNICO, DISTRITO DE TORATA, MOQUEGUA – 2022 INFORME DE ORIGINALIDAD FUENTES PRIMARIAS repositorio.continental.edu.pe Fuente de Internet repositorio.unsaac.edu.pe Fuente de Internet adoc.tips Fuente de Internet repositorio.unapiquitos.edu.pe Fuente de Internet repositorio.upsc.edu.pe Fuente de Internet repositorio.ucv.edu.pe Fuente de Internet Submitted to Universidad Continental Trabajo del estudiante repositorio.unjfsc.edu.pe Fuente de Internet 9 <1% 10 <1% 11 <1% 12 <1% 13 <1% 14 <1% 15 <1% 16 <1% 17 <1% 18 <1% 19 <1% 20 <1% apirepositorio.unh.edu.pe Fuente de Internet repositorio.uap.edu.pe Fuente de Internet revistas.unsaac.edu.pe Fuente de Internet eprints.untirta.ac.id Fuente de Internet repositorio.unjbg.edu.pe Fuente de Internet tesis.ucsm.edu.pe Fuente de Internet repositorio.unh.edu.pe Fuente de Internet 1library.co Fuente de Internet slideplayer.es Fuente de Internet Submitted to Universidad de Navarra Trabajo del estudiante repositorio.udh.edu.pe Fuente de Internet repositorio.undac.edu.pe Fuente de Internet 21 <1% 22 <1% 23 <1% 24 <1% 25 <1% 26 <1% 27 <1% 28 <1% 29 <1% 30 <1% 31 <1% 32 <1% repodigital.unrc.edu.ar Fuente de Internet repositorio.upn.edu.pe Fuente de Internet www.cortescyl.es Fuente de Internet www.miljodirektoratet.no Fuente de Internet repositorio.unasam.edu.pe Fuente de Internet pt.scribd.com Fuente de Internet repositorio.uandina.edu.pe Fuente de Internet repositorio.udl.edu.pe Fuente de Internet repositorio.upci.edu.pe Fuente de Internet www.slideshare.net Fuente de Internet repositorio.utc.edu.ec Fuente de Internet ecuciencia.utc.edu.ec Fuente de Internet 33 <1% 34 <1% 35 <1% 36 <1% 37 <1% 38 <1% 39 <1% 40 <1% 41 <1% 42 <1% 43 <1% 44 <1% www.acb.org.uk Fuente de Internet www.scielo.org.mx Fuente de Internet www.yacumanta.org Fuente de Internet redi.unjbg.edu.pe Fuente de Internet repositorio.upt.edu.pe Fuente de Internet corladancash.com Fuente de Internet dspace.usc.es Fuente de Internet idoc.pub Fuente de Internet repositorio.unsa.edu.pe Fuente de Internet envirologix.com.br Fuente de Internet pdfcookie.com Fuente de Internet repositorio.uleam.edu.ec Fuente de Internet 45 <1% 46 <1% 47 <1% 48 <1% 49 <1% 50 <1% 51 <1% 52 <1% 53 <1% 54 <1% 55 <1% Submitted to Universidad Andina Nestor Caceres Velasquez Trabajo del estudiante Submitted to Universidad Tecnologica del Peru Trabajo del estudiante Submitted to Universidad de Guayaquil Trabajo del estudiante www.obwb.ca Fuente de Internet echa.europa.eu Fuente de Internet orroresmedicos.blogspot.com Fuente de Internet repositorio.unu.edu.pe Fuente de Internet repositorio.usmp.edu.pe Fuente de Internet seib.org.es Fuente de Internet vdoc.pub Fuente de Internet Submitted to Universidad Cesar Vallejo Trabajo del estudiante 56 <1% 57 <1% 58 <1% 59 <1% 60 <1% 61 <1% 62 <1% 63 <1% 64 <1% 65 datospdf.com Fuente de Internet repositorio.uncp.edu.pe Fuente de Internet www.centrojuanmontalvo.org.do Fuente de Internet www.flacsoandes.edu.ec Fuente de Internet www.tdx.cat Fuente de Internet S.L. Flores López, M.R. Moreno Virgen, V. Hernández Montoya, M.A. Montes Morán et al. 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"Arsenic in geoenvironments of Nicaragua: Exposure, health effects, mitigation and future needs", Science of The Total Environment, 2020 Publicación ribuni.uni.edu.ni Fuente de Internet www.scielo.org.pe Fuente de Internet 2 AGRADECIMIENTOS Mis agradecimientos al alcalde de la Municipalidad Distrital de Torata, Bach. Hernán Pedro Juárez Coayla, por facilitarme el acceso al Laboratorio Ambiental San Agustín de Torata, al ingeniero encargado del Laboratorio, José Antonio Flores Oha, por permitirme el ingreso al laboratorio, por sus consejos y sugerencias; A mi colega, Biólogo Julio Cesar por su ayuda, aporte, orientación y dedicación para la ejecución de la presente investigación; así mismo agradecer a mi asesor, Mg. Ing. Steve Dann Camargo Hinostroza por la orientación, aportación, consejos y dedicación en la realización del estudio, a la Universidad Continental por haberme brindado la oportunidad de completar mi profesión y por abrirme las puertas para ser formada como profesional, a todo ellos muchas gracias. 3 DEDICATORIA Dedico esta investigación en primer lugar a Dios por darme salud, sabiduría y por haberme guiado en cada momento de mi vida y así poder cumplir cada una de mis metas propuestas y sueños. A mis padres, Amados Obtulio y Nancy por su inmenso amor, esfuerzo y apoyo en cada momento de vida que permitió del cumplimiento de unos de mis anhelos, a mi hermana Fanny por sus sugerencias y soporte absoluto. 4 ÍNDICE AGRADECIMIENTOS ................................................................................................................ 2 DEDICATORIA ........................................................................................................................... 3 RESUMEN .................................................................................................................................... 8 INTRODUCCIÓN ...................................................................................................................... 10 CAPÍTULO I: PLANTEAMIENTO DEL ESTUDIO ................................................................ 12 1.1.Planteamiento y formulación del problema........................................................................... 12 1.1.1.Problema general ................................................................................................................ 14 1.1.2. Problemas específicos ....................................................................................................... 14 1.2. Objetivos .............................................................................................................................. 14 1.2.1. Objetivo general ................................................................................................................ 14 1.2.2. Objetivos específicos ......................................................................................................... 14 1.3. Justificación e importancia ................................................................................................... 15 1.4. Hipótesis ............................................................................................................................... 16 1.5. Operacionalización de variables ........................................................................................... 17 CAPÍTULO II: MARCO TEÓRICO .......................................................................................... 18 2.1. Antecedentes de la investigación ......................................................................................... 18 2.1.1. Antecedentes internacionales ............................................................................................ 18 2.1.2. Antecedentes nacionales.................................................................................................... 20 2.1.3. Antecedentes regionales y locales ..................................................................................... 22 2.2. Bases teóricas ....................................................................................................................... 24 2.2.1. El agua ............................................................................................................................ 24 2.2.2. Importancia del agua ......................................................................................................... 24 2.2.3. Agua para consumo humano ............................................................................................. 24 2.2.4. Contaminación del agua .................................................................................................... 25 2.2.5. Metales pesados ................................................................................................................. 26 2.2.6. Metaloide ........................................................................................................................... 26 2.2.7. Contaminación por metales pesados y metaloides ............................................................ 26 2.2.8. Arsénico ............................................................................................................................ 26 2.2.9. Propiedades fisicoquímicas del arsénico ........................................................................... 27 2.2.10. Fuentes de contaminación del arsénico ........................................................................... 27 2.2.11. Toxicidad del arsénico..................................................................................................... 27 2.2.12. Comportamiento del As en el ambiente .......................................................................... 28 2.2.13. Arsénico en agua para consumo humano ........................................................................ 28 2.2.14. Normativa peruana .......................................................................................................... 28 5 2.2.15. Arsénico en el organismo humano .................................................................................. 30 2.2.16. Arsénico en tejido vegetal ............................................................................................... 30 2.2.17. Métodos para remover arsénico en el agua ..................................................................... 31 2.2.18. Fitorremediación ............................................................................................................. 31 2.2.19. Características de fitorremediación ................................................................................. 31 2.2.20. Ventajas y desventajas..................................................................................................... 32 2.2.21. Limitaciones de la fitorremediación ................................................................................ 33 2.2.22. Tipos de fitorremediación ............................................................................................... 33 2.2.23. Tipos de sistemas de fitorremediación acuático .............................................................. 34 2.2.24. Sistema de tratamiento con plantas acuáticas flotantes ................................................... 34 2.2.25. Sistema de rizofiltración .................................................................................................. 34 2.2.26. Humedales artificiales ..................................................................................................... 35 2.2.27. Sistema integral de tratamiento ....................................................................................... 35 2.2.28. Tipos de macrófitas acuáticas .......................................................................................... 35 2.2.29. Perspectiva para selección de macrófitos ........................................................................ 36 2.2.30. Factor de bioacumulación ............................................................................................... 36 2.2.31. Factor de traslocación ...................................................................................................... 37 2.2.32. Forma de acumulación de metales en macrófitos ............................................................ 37 2.2.33. Resistencia a los metales pesados en macrófitos ............................................................. 38 2.2.34. Descripción de la especie vegetal .................................................................................... 38 2.2.35. Cultivos de hidroponía en fitorremediación .................................................................... 39 2.3. Definición de términos básicos ............................................................................................ 39 CAPÍTULO III: METODOLOGÍA ............................................................................................ 40 3.1. Método y alcance de la investigación ................................................................................... 40 3.1.1. Método general .................................................................................................................. 40 3.1.2. Método específico ............................................................................................................. 40 3.1.3. Tipo de investigación ........................................................................................................ 41 3.1.4. Nivel de investigación ....................................................................................................... 41 3.2. Diseño de la investigación .................................................................................................... 41 3.3. Población y muestra ............................................................................................................. 42 3.3.1 Población ............................................................................................................................ 42 3.3.2. Muestra ............................................................................................................................. 42 3.4. Técnicas e instrumentos de recolección de datos ................................................................. 43 3.4.1. Técnicas e instrumentos .................................................................................................... 43 3.4.2. Materiales .......................................................................................................................... 47 3.4.3. Procedimientos .................................................................................................................. 48 6 CAPÍTULO IV: RESULTADOS Y DISCUSIÓN ...................................................................... 53 4.1. Presentación de resultados .................................................................................................... 53 4.2. Prueba de hipótesis ............................................................................................................... 60 4.3. Discusión de resultados ........................................................................................................ 62 CONCLUSIONES ...................................................................................................................... 64 RECOMENDACIONES ............................................................................................................. 65 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ........................................................................................ 66 ANEXOS..................................................................................................................................... 73 Índice de Tablas Tabla 1: Operacionalización de variables ................................................................................... 17 Tabla 2: Anexo III: Límites máximos permisibles ...................................................................... 29 Tabla 3: Diseño de investigación ................................................................................................ 42 Tabla 4: Parámetro y metodología .............................................................................................. 43 Tabla 5: Proceso experimental .................................................................................................... 51 Tabla 6: BAF para tratamiento 1 ................................................................................................ 55 Tabla 7: BAF para tratamiento 2 ................................................................................................. 56 Tabla 8: BAF para tratamiento 3 ................................................................................................. 57 Tabla 9: FT para tratamiento 1 .................................................................................................... 58 Tabla 10: FT para tratamiento 2 .................................................................................................. 58 Tabla 11: FT para tratamiento 3 .................................................................................................. 59 Tabla 12: ANOVA de Nasturtium officinale (Berro) ................................................................. 60 Tabla 13: Prueba Tukey .............................................................................................................. 61 Índice de gráficos Gráfico 1: Macrófitos acuáticos ................................................................................................. 36 Gráfico 2: Diagrama de procedimiento ....................................................................................... 46 Gráfico 3: Resultado de tratamiento 1 ......................................................................................... 53 Gráfico 4: Resultado de tratamiento 2 ......................................................................................... 54 Gráfico 5: Resultado de tratamiento 3 ......................................................................................... 54 Gráfico 6: Resultado BAF para tratamiento 1 ............................................................................. 56 Gráfico 7: Resultado BAF para tratamiento 2 ............................................................................. 56 Gráfico 8: Resultado BAF para tratamiento 3 ............................................................................. 57 Gráfico 9: Resultado FT para tratamiento 1 ................................................................................ 58 7 Gráfico 10: Resultado FT para tratamiento 2 .............................................................................. 59 Gráfico 11: Resultado FT para tratamiento 3 .............................................................................. 59 Gráfico 12: Gráfico de medias .................................................................................................... 61 Gráfico 13: Diagrama de cajas .................................................................................................... 62 Índice de ecuaciones Ecuación 1: Cálculo del factor de bioacumulación ..................................................................... 36 Ecuación 2: Cálculo del factor de traslocación ........................................................................... 37 Ecuación 3: Para realizar el cálculo de la solución ..................................................................... 51 8 RESUMEN El objetivo de éste estudio es evaluar la capacidad de fitorremediación de Nasturtium officinale (Berro) en relación con diferentes concentraciones de arsénico; se utilizó un método experimental de tipo de investigación aplicada con un diseño experimental “experimento puro” completamente al azar (DCA), comprende 4 tratamientos (T0 = 0.00 mg/l, T1= 0.1 mg/l, T2 = 0.3 mg/l, T3 = 0.5 mg/l de arsénico) considerando que el T0 = 0.00 mg/l corresponde al grupo control, cada unidad experimental tuvo 3 repeticiones, haciendo un total de 12 unidades experimentales. La contaminación con arsénico en la etapa de intoxicación con los tratamientos T1, T2, T3; tuvo una duración de 20 días, durante el periodo experimental se observó presencia de clorosis y necrosis en las plántulas debido a las concentraciones del contaminante arsénico que afectó al desarrollo vegetativo de la especie vegetal. Los resultados del estudio muestran que hubo capacidad fitorremediadora de tipo rizofiltración debido a que bioacumuló la mayor parte de arsénico en sus raíces de tal forma se concluye que Nasturtium officinale utiliza su parte radicular para fitorremediar aguas contaminadas con arsénico. Palabras claves: Fitorremediación, contaminación del agua, arsénico, Nasturtium officinale, factor de bioacumulación, factor de traslocación. 9 ABSTRACT The objective of this study is to evaluate the phytoremediation capacity of Nasturtium officinale (Watercress) in relation to different concentrations of arsenic; an experimental method of applied research type was used with an experimental design "pure experiment" completely randomized (DCA), comprising 4 treatments (T0 = 0. 00 mg/l, T1 = 0.1 mg/l, T2 = 0.3 mg/l, T3 = 0.5 mg/l of arsenic) considering that T0 = 0.00 mg/l corresponds to the control group, each experimental unit had 3 replicates, making a total of 12 experimental units. The arsenic contamination in the intoxication stage with treatments T1, T2, T3; had a duration of 20 days, during the experimental period the presence of chlorosis and necrosis was observed in the seedlings due to the concentrations of the arsenic contaminant that affected the vegetative development of the plant species. The results of the study show that there was a phytoremediation capacity of rhizofiltration type because it bioaccumulated most of the arsenic in its roots, so it is concluded that Nasturtium officinale uses its root part to phytoremediate arsenic-contaminated water. Key words: phytoremediation, water pollution, arsenic, Nasturtium officinale, bioaccumulation factor, translocation factor. 10 INTRODUCCIÓN A nivel mundial la demanda del crecimiento demográfico hace necesario la productividad de bienes y servicios, el desarrollo de dicha productividad genera residuos durante el proceso, causando el daño a los recursos naturales e impactando de tal modo significativo las características físicas, químicas y biológicas del ambiente (1). La alteración de la calidad de las fuentes de agua superficiales y subterráneas en gran medida es insana, produciendo la generación de una afectación en el ambiente y causando un continuo deterioro a la salud de los habitantes, los impactos generados pueden ser de manera antropogénica o de manera natural, entre los más comunes están los impactos que genera la minería, las industrias y la agricultura. La polución hídrica por metales pesados en la actualidad es un problema que va en acrecentamiento y uno de los efectos negativos es el deterioro a la salud de los habitantes que se abastece de las fuentes naturales, en virtud a que dichos elementos se acumulan a lo largo de la cadena alimentaria (2). Según la Organización Mundial de la Salud en una publicación realizada en el año 2014, menciona que la exposición al metaloide arsénico en el agua para consumo humano es una amenaza para la salud de la población peruana, se realizaron estudios sobre la polución por arsénico en el origen del agua superficial y subterránea, siendo el resultado que existe una severa contaminación de agua por arsénico en algunos distritos del Perú, excediendo los límites impuestos por la OMS (3). La técnica de fitorremediación es una tecnología “verde” que usa especies vegetales y microorganismos para recuperar la calidad de recursos en deterioro (4); éstos a la vez no alteran la biocenosis considerándose así una tecnología positiva para el ambiente. Las investigaciones de fitorremediación de agua contaminada por metales pesados que se están realizando en la actualidad están obteniendo resultados positivos debido a que presentan un alto índice de potencial para fitorremediar y recuperar la calidad del recurso hídrico, la pretensión del presente estudio es aportar conocimientos nuevos al evaluar la capacidad fitorremediadora de la especie Nasturtium officinale para remover el metaloide contaminante llamado arsénico en el agua para consumo humano del distrito de Torata, teniendo como unidad un tratamiento natural, ya que hasta la fecha en la región no existen estudios relacionados sobre la capacidad fitorremediadora del Nasturtium officinale. 11 La importancia del estudio es efectiva ya que la técnica de fitorremediación constituye una variación de las técnicas convencionales de tratamiento de agua, utilizando alternativas naturales y amigables con el medio ambiente, a su vez se arraiga en el bajo costo de mantenimiento y operación. En ese marco el trabajo de investigación está abocado en determinar la capacidad fitorremediadora que presenta la especie Nasturtium officinale en agua contaminada con arsénico, utilizando un sistema hidropónico bajo condiciones controladas en laboratorio con el fin de emplear un enfoque sistémico para el tratamiento de agua potable en el distrito, con estándares técnicos para su correcta operatividad y de bajo valor económico. La investigación realizada se halla dividida en cuatro capítulos; como 1er capítulo se encuentra el planteamiento del estudio en donde puntualiza la problemática, los objetivos de la investigación, la importancia del trabajo, la justificación considerando al medio ambiente, la parte social, económica y legal, por último las hipótesis en él se plantea si la especie presenta capacidad fitorremediadora teniendo en consideración la operacionalización de variables; en el segundo capítulo se encuentra los antecedentes de la investigación que abarcan de lo internacional, nacional y regional, el cual nos permitirá desarrollar una investigación con mayor facilidad debido a que hay bases preexistentes, también se encuentran las bases teóricas y definición de términos básicos que permitirán tener un concepto más claro de la investigación; como tercer capítulo está la metodología en el cual se explica los métodos y el alcance de la investigación, el diseño de la investigación, la población y muestra de estudio y por último las técnicas e instrumentos de recolección de datos y en el cuarto capítulo se encuentran los resultados y la discusión el cual permitirá conocer, describir y aportar en el hallazgo de esta tecnología “verde” para ser aplicada posteriormente en las sociedades. 12 CAPÍTULO I: PLANTEAMIENTO DEL ESTUDIO 1.1.Planteamiento y formulación del problema La contaminación del recurso hídrico es uno de los problemas principales que se ve obligado afrontar la sociedad actual, el agua utilizada y vertida por las actividades humanas sobrepasan los Límites Máximo Permisibles y los Estándares de Calidad Ambiental, causando daños significativos la biocenosis y a la salud de los habitantes. Los países que tienen un interés por cuidar y salvaguardar la calidad del agua en la actualidad son pocos, porque para la mayoría de los países es mucho más fácil verter las aguas provenientes de sus actividades sin realizar ningún tipo de tratamiento y de esa manera contaminan las fuentes naturales. En los últimos años surgieron nuevas tecnologías biológicas, los cuales son muy importantes y económicas como es el caso de la fitorremediación que se define como una ecotecnología que está sustentado en la utilización de vegetales para degradar compuestos contaminantes, tolerar, acumular y absorber; resulta importante dado que tiene una aproximación respetuosa con los procesos ecológicos, siendo una ecotecnología más aceptada (5). La utilización del Nasturtium offinale en el tratamiento de agua es una alternativa ecológica y económica dado que en diversas investigaciones se muestran resultados favorables para el tratamiento de agua contaminadas con metales, es por ello evaluación de su calidad para la determinación de su capacidad fitorremediadora con el metaloide arsénico. En el Perú uno de los elementos que está causando problemas en la calidad del agua es el arsénico los cuales son introducidos al cuerpo receptor de manera natural o antropogénica, limitando a nuestra población un recurso hídrico no apta para el consumo humano (6). Uno de los principales problemas en la zona Moquegua es la alteración de la calidad del recurso hídrico por metales pesados; los que se hallan con mayor concentración y son el aluminio, hierro y manganeso que afecta a las fuentes naturales para el suministro de agua potable y agricultura lo que conlleva a la necesidad de implementar nuevas medidas de tratamiento de agua potable con la finalidad de salvaguardar la salud de la población. 13 El metaloide arsénico presente en la naturaleza y tanto la repartición y polución del agua con arsénico se debe a los procesos naturales y de origen antrópico (7), el desarrollo de operaciones de extracción de minerales y agrícolas del distrito de Torata constituye un problema que estaría causando la polución por arsénico en el agua superficial y subterránea, el cual viene afectando significativamente la calidad del recurso hídrico para consumo humano y la salud de los habitantes de Torata que consume este recurso. En el monitoreo realizado por la Gerencia Regional de Salud Moquegua (GERESA) en los años 2014 al 2018 en la región Moquegua, que incluye el distrito de Torata, reveló que el agua que bebe la población de Torata, muestra preocupantes niveles elevados de arsénico, sobrepasando los límites máximos permisibles (LMP), señalados en el D.S. N° 031-2010-SA, es decir que supera el valor de 0.01mg/L. Según el informe emitido por la GERESA en el año 2019 concluyó que el distrito de Torata no cumple con los estándares de calidad de agua mínimos para el consumo humano. En otro informe emitido en el año 2021 por la Dirección Regional de Salud Moquegua con Oficio N°054-2020-GRM-DIRESA/DR-DESA, se diagnosticó que la calidad de agua para consumo humano del distrito de Torata, no cumple con los valores establecidos por el D.S. N° 031-2010-SA en 8 sistemas de agua para consumo humano en el parámetro de arsénico, los cuales son PTAP Cerro Baúl, captación “El Pino” 0.0152 mg/l de As; Reservorio Cerro Baúl 0.0123 mg/l de As; Domicilio Cerro Baúl 0.0147 mg/l de As; PTAP Torata, captación Lambramani I 0.0154 mg/l de As; Captación Torata 0.0148 mg/l de As; Captación PTAP Torata 0.0151 mg/l de As; Sector Chacane, reservorio Chacane 0.0227 mg/l de As; domicilio Chacane 0.0310 mg/l de As; Sector Jorge Chávez A, reservorio 0.0243 mg/l de As; domicilio 0.0240 mg/l de As; Sector La banda, reservorio 0.0161 mg/l de As; domicilio 0.0163 mg/l de As; Sector Sabaya, domicilio 0.0177 mg/l de As; Sector Mollesaja Grande, reservorio 0.0238 mg/l de As, domicilio 0.0237 mg/l de As, Anexo Arondaya, captación 0.0186 mg/l de As, reservorio 0.0176 mg/l de As, domicilio 0.0169 mg/l de As (8). Es por esa razón que se eligió el distrito de Torata para realizar el presente estudio; teniendo en cuenta que la calidad de agua de los sectores antes mencionados repercute en la salud de los habitantes de los centros poblados, el designio del estudio es reducir los niveles de arsénico del agua potable humana mediante un proceso de fitorremediación, usando una tecnología verde para el tratamiento de agua (9). 14 1.1.1. Problema general ¿Cuál es la capacidad fitorremediadora de la especie Nasturtium officinale (berro) en relación con diferentes concentraciones de arsénico, distrito de Torata, Moquegua? 1.1.2. Problemas específicos • ¿Influirá la adaptación del Nasturtium officinale (berro) en una solución nutritiva para determinar la capacidad fitorremediadora? • ¿Afectará la inducción de intoxicación del Nasturtium officinale (berro) con diferentes concentraciones de arsénico (0.1 mg/l, 0.3 mg/l, 0.5 mg/l) en su estado vegetativo? • ¿Cuál será el valor de arsénico que se determinará mediante el factor de bioacumulación del Nasturtium officinale (berro)? • ¿Cuál será el valor de arsénico que se determinará mediante del factor de traslocación del Nasturtium officinale (berro)? • ¿Cuál será la concentración final de arsénico en Nasturtium officinale (berro) en relación con diferentes concentraciones de arsénico (0.1 mg/l, 0.3 mg/l, 0.5 mg/l)? 1.2.Objetivos 1.2.1. Objetivo general Evaluar la capacidad fitorremediadora de la especie Nasturtium officinale (berro) en relación con diferentes concentraciones de arsénico, distrito de Torata, Moquegua. 1.2.2. Objetivos específicos • Realizar la adaptación de la especie Nasturtium officinale (berro) en una solución nutritiva. • Inducir a la intoxicación del Nasturtium officinale (berro) con diferentes concentraciones de arsénico (0.1 mg/l, 0.3 mg/l, 0.5 mg/l). • Determinar la acumulación de arsénico mediante el factor de bioacumulación del Nasturtium officinale (berro). • Determinar la acumulación de arsénico mediante del factor de traslocación del Nasturtium officinale (berro). 15 • Determinar la concentración final de arsénico en Nasturtium officinale (berro) en relación con diferentes concentraciones de arsénico (0.1 mg/l, 0.3 mg/l, 0.5 mg/l). 1.3.Justificación e importancia 1.3.1. Justificación práctica Uno de los recursos naturales es el agua que tiene que ser evaluado por sus propiedades físicas, químicas y biológicas, teniendo en consideración que es un recurso imprescindible para la existencia en el planeta, cuándo la calidad y condición de agua para consumo humano se ve alterada, las propiedades comienzan a cambiar por lo tanto es importante realizar su análisis y aplicar un método de tratamiento para brindar un servicio de calidad. Existen procesos de tratamiento amigables con nuestro entorno natural tal es el caso el que se está aplicando en nuestra investigación el proceso de fitorremediación mediante el cual la especie Nasturtium officinale (berro) permitirá la bioacumulación de los niveles de As en el agua y de tal manera brindar un agua de calidad a la población. Se eligió Nasturtium officinale (berro) para valorar su proceder y determinar la capacidad fitorremediadora en la remoción de metales pesados presentes en el agua, como el arsénico; para así contar con datos determinantes de recuperación de los recursos hídricos contaminados, hasta ahora en la región no se han registrado esfuerzos mínimos en estudiar la capacidad fitorremediadora de Nasturtium officinale (berro). 1.3.2. Justificación metodológica El procedimiento, los instrumentos y las técnicas aplicadas en el estudio para determinar la capacidad fitorremediadora de la especie Nasturtium officinale (Berro) se podrá utilizar en trabajos de investigación posteriores. El estudio comprende 4 tratamientos (T0 = 0.00 mg/l, T1= 0.1 mg/l, T2 = 0.3 mg/l, T3 = 0.5 mg/l de arsénico) considerando que el T0 = 0.00 mg/l corresponde al grupo control, cada unidad experimental tuvo 3 repeticiones, haciendo un total de 12 unidades experimentales. La contaminación con arsénico en la etapa de intoxicación con los tratamientos T1, T2, T3; tuvo una duración de 20 días, durante el periodo experimental se observó presencia de clorosis y necrosis en las plántulas debido a las concentraciones del contaminante arsénico que afectó al desarrollo vegetativo de la especie vegetal. 16 1.3.3. Justificación socioeconómica El presente estudio tiene una justificación como una opción ecológica para la remoción de arsénico utilizando especies vegetales fitorremediadoras y de esta manera aumentar el estándar del agua que se proporciona a los habitantes. El desarrollo de esta tecnología verde generará un impacto social, al optimizar las condiciones de vida de la sociedad donde hay limitantes para acceder a fitotecnologías a la vez resulta fundamental para el ambiente y para el acrecentamiento y bienestar de los habitantes. 1.3.4. Justificación ambiental En el mundo el tratamiento de aguas se realiza mediante tecnologías convencionales (plantas de tratamiento) el cuál demanda costos elevados en el mantenimiento y operación, la idea es ofrecer una alternativa que esta sea a su vez sea natural y amigable con el medio ambiente, la importancia a nivel económica de este estudio de fitorremediación se arraiga en el bajo valor económico de mantenimiento y operación, puesto que al utilizar macrófitos se realiza un tratamiento natural. Según el Reglamento de la calidad del agua para consumo humano D.S. 031-2010-SA establece los límites máximos permisibles para el agua de consumo humano relativo a los parámetros parasitológicos, microbiológicos, organolépticos, químicos inorgánicos y orgánicos y radiactivos; pero también dicho reglamento establece mayores y nuevas responsabilidades a gobiernos regionales; en el anexo III para los parámetros químicos e inorgánicos se encuentra el Límite máximo permisible para el As en donde indica que es 0.01 mg/l por el cual el agua no debe superar (10). 1.4.Hipótesis Ho: Las concentraciones de arsénico 0.1 mg/l, 0.3 mg/l y 0.5 mg/l no influyen de manera significativa en la capacidad fitorremediadora de Nasturtium officinale (berro). Ha: Las concentraciones de arsénico 0.1 mg/l, 0.3 mg/l y 0.5 mg/l influyen de manera significativa en la capacidad fitorremediadora de Nasturtium officinale (berro). 17 1.5.Operacionalización de variables Tabla 1: Operacionalización de variables Variable Definición conceptual Definición operacional Dimensiones Indicadores Escala Variable independiente: Concentración de arsénico en la especie vegetal Se define como la introducción de una sustancia o modelo de actividad (As) en un entorno mediante el cual se limita a ser seguro por lo tanto no será apto para usarlo (11). Se inducirá a la intoxicación de Nasturtium officinale con diferentes concentraciones y después de 20 días de contaminación con As, se procederá a medir la concentración de As en la especie (tallo, hojas, raíz). Concentraciones conocidas de arsénico C1= 0.1 mg/l C2=0.3 mg/l C3= 0.5 mg/l Cantidad de arsénico presente en Nasturtium officinale RAZÓN Variable dependiente: Capacidad fitorremediadora de Nasturtium officinale (berro) Es la capacidad que las especies vegetales tienen para realizar la restauración in situ de aguas, suelos, aire y sedimentos que han sido contaminados por metales pesados, desechos orgánicos o nutrientes, haciendo inocuos o eliminando dicho elemento (12). Se realiza mediante el cálculo de la división de concentración de As en la plántula entre la concentración inicial de As en agua. Capacidad fitorremediadora Factor de bioacumulación ORDINAL Se calcula mediante la relación de la concentración de As en parte radicular entre la concentración As de arsénico en parte aérea de la plántula. Factor de traslocación ORDINAL 18 CAPÍTULO II: MARCO TEÓRICO 2.1. Antecedentes de la investigación 2.1.1. Antecedentes internacionales En el artículo publicado en el año 2020 denominado “Evaluación de los efectos sinérgicos de cromo y plomo durante el proceso de fitorremediación con berro (Nasturtium officinale) en un humedal artificial” El objeto de dicho estudio realizado fue “evaluar el efecto sinérgico en la acumulación simultánea de plomo (Pb) y cromo (Cr) (VI) en Nasturtium officinale”; para el cual se hizo en un sistema cerrado y un humedal de tipo artificial, con el propósito de estimar el proceder de los metales cuando estén en presencia de la especie. Al término de cada unidad experimental se midió la concentración retenida de metales en la hoja, tallo y parte radicular. Los resultados fueron los siguientes: los metales se acumularon mayormente en parte radicular. Es decir, al aumentar la concentración de cromo (VI), la especie vegetal acumuló más elemento contaminante y en la combinación con el plomo la tolerancia de la especie vegetal incrementa, sin embargo, el factor de traslocación se reduce. El experimento que se realizó en el humedal de tipo artificial, el tanto por ciento de remoción de plomo y cromo total tuvo como valor >99.9% (100 mg/l) y 95% (28.5 mg/l); llegando a la conclusión que los valores obtenidos nos indican que hay una serie de interacciones ambientales, químicas y físicas, en los cuáles determinaron la capacidad de bioacumulación en Nasturtium officinale (13). En el artículo publicado en el año 2016 denominado “Impacto de las concentraciones enriquecidas de cadmio, plomo, arsénico y zinc en el medio de cultivo sobre la absorción elemental de Nasturtium officinale (berro)” el objeto del estudio fue evaluar el efecto de la condición del agua en la distribución y absorción de metales tóxicos presentes en el agua; arsénico, cadmio y plomo, utilizando Nasturtium officinale. Se utilizó un sistema hidropónico para el cultivo de la especie en un invernadero luego de la adaptación se intoxicó con concentraciones variables de As, Pb y Cd. Las especies vegetales fueron analizadas cada siete días para determinar la existencia de síntomas fisiológicos y morfológicos al estar en contacto con elevadas concentraciones de cadmio y plomo. Las plántulas expuestas al arsénico a elevadas concentraciones no pudieron sobrevivir y se estableció que el índice de tolerancia para Nasturtium officinale es 5 ppm de arsénico. Los resultados fueron los siguientes, los factores de traslocación tuvieron un valor bajo en los casos evaluados, porque los elementos tóxicos se acumularon en las raíces. En la 19 investigación también se evaluó el impacto del zinc sobre la absorción de elementos tóxicos y se determinó que tiene un efecto antagonista sobre la absorción de plomo y cadmio sin un efecto notable sobre la absorción de arsénico (14). En el artículo publicado en el año 2010 denominado “Acumulación de arsénico y respuestas biológicas del berro (Nasturtium officinale R. Br.) expuesto a arsenito”; el objetivo del estudio realizado ha sido determinar la respuesta biológica de la especie vegetal berro mostrado a diferentes concentraciones de arsénico 1, 3, 5, 10, 50 µM de arsenito durante siete días, se evaluó la acumulación de As en las hojas y se determinó que el berro es capaz de acumular As III en sus hojas; los resultados muestran que la especie es tolerable a concentraciones mínimas de arsénico mientras que a concentraciones elevadas afecta al crecimiento de la planta, en conclusión Nasturtium officinale es tolerante al estrés sometido por arsénico III, en condiciones moderadas (15). En el artículo publicado en el año 2009 denominado “características de crecimiento y bioacumulación del berro (Nasturtium officinale R. BR.) expuestos a Cd, Co, Cr” tuvo como objetivo principal la determinación de los efectos en la etapa de crecimiento de la especie berro en los contaminantes de cadmio, cromo y cobalto, en donde las plántulas seleccionadas fueron mostradas a concentraciones de cadmio, cromo y cobalto en un tiempo de 3 días, los resultados de la tasa de crecimiento relativo obtenidos en las plántulas que han sido expuestas a cobalto aumentaron prontamente cuando fueron exhibidas a concentraciones relativamente bajas, pero inmediatamente disminuyeron. Los valores de RGR de las plántulas que han sido expuestas a concentraciones de cromo y cadmio tuvieron la tendencia de disminuir igualmente; la relación del factor de bioacumulación fue relativamente más alta para las plántulas que fueron expuestas a cobalto, mientras que las plantas comprometidas a cromo fueron más bajas (16). En un artículo publicado en el año 2005 denominado “bioacumulación de cobre, zinc y níquel de las aguas residuales por tratamiento de Nasturtium officinale” tuvo como objetivo determinar las respuestas fisiológicas en eficiencia de bioacumulación de concentraciones altas de Cu, Ni y Zn; las plántulas fueron expuestas a dichos metales, seguidamente se analizaron por el método de espectrofotómetro de absorción atómica, los resultados muestran que Nasturtium officinale es tolerante a concentraciones bajas de ciertos metales pesados (17). 20 2.1.2. Antecedentes nacionales En una tesis realizada en la ciudad de Cuzco en el año 2017 denominada “Evaluación de la capacidad fitorremediadora de las especies vegetales Nasturtium officinale W. T. Aiton (Berro) E Hydrocotyle ranunculoides L. f. (Mateccllo) en relación a la contaminación con mercurio a diferentes concentraciones” se realizó una investigación que consistía en tres etapas para determinar la capacidad de fitorremediación del berro, las concentraciones para la contaminación con Hg fueron de 0.1, 0.5, 1, 2 y 5 ppm, al culminar se realizó el cálculo del BAF y el cálculo FT, el valor del BAF para Nasturtium officinale fue mayor a 1000 mg/L hasta la concentración de 2 ppm de Hg considerándose hiperacumuladora hasta dicha concentración, mientras que el valor de que Hydrocotyle ranunculoides, obtuvo un BAF superior a 1000 mg/L hasta la concentración 1 ppm de Hg; el FT para Nasturtium officinale en las concentraciones 0.1, 0.5, 1 ppm de Hg muestran >1 mg/L considerándose hiperacumuladoras y para Hydrocotyle ranunculoides en las concentraciones 0.1 y 0.5 ppm de Hg muestran >1 mg/L considerándose hiperacumuladoras, como resultado del estudio se consideró que ambas especies poseen capacidad fitorremediadora (18). En la tesis realizada en el año 2014 denominada “Evaluación de la actividad fitorremediadora del Schoenoplectus californicus “junco” en agua contaminada con arsénico, Tacna 2013” tuvo como objeto determinar la eficiencia de fitorremediación del Schoenoplectus californicus en un agua artificial que contenía concentraciones de As; las plántulas fueron inducidas a un agua que contenía cuatro tipos de concentraciones diferentes de arsénico las cuales se sometieron a 14 días de intoxicación; los resultados de mayor eficiencia se dieron al cuarto día después del tratamiento, concluyendo que el junco tiene capacidad fitorremediadora en un agua contaminada con As (19). En una tesis realizada en el año 2019 denominada “Eficiencia del jacinto de agua Eichhornia crassipes y lenteja de agua Lemna minor L. en la remoción de Cd en aguas residuales” tuvo como objetivo la determinación de la eficiencia en la remoción de Cd en las especies Eichhornia crassipes y Lemna minor L. se realizó en sistemas simulados y se añadió una concentración de 2mg/l de Cd, la misma concentración para ambos sistemas simulados que contenía una especie en cada uno, el procedimiento se realizó mediante un sistema de circulación del agua con el elemento contaminante durante once días y se tomaron las muestras para el análisis cada dos días. Los resultados indican que E. crassipes tuvo un porcentaje de remoción de 83.57 % y L. minor L presentó una eficiencia 21 de 39.35% concluyendo que E. crassipes tuvo un elevado porcentaje de remoción de cadmio (20). En una tesis realizada en el año 2017 denominada “determinación de la capacidad fitorremediadora de Scirpus americanus (Junco) en aguas contaminadas con arsénico, Arequipa-2016” tuvo como objeto de determinar el potencial de fitorremediación del Scirpus americanus, el proceso se realizó en un sistema de hidroponía por un tiempo de un mes y dos días en donde se colocaron las plantas para ser sometidas al proceso de intoxicación a niveles de 1.2 mg/l y 2.4 mg/l, los resultados evidencian que el S. americanus presentó una alta capacidad fitorremediadora de As en las hojas a los doce días después del tratamiento, mientras que en las raíces se tuvo una menor bioacumulación, concluyendo que en las hojas se presentaron mayor concentración del elemento contaminante (21). En una tesis realizada en el año 2020 denominada “Eficiencia de fitorremediación con jacinto de agua (Eichhornia crassipes) para disminuir concentraciones de arsénico en aguas del Centro Poblado Cruz del Medano – Morrope-2019” tuvo como objetivo la evaluación de la eficiencia fitorremediadora del Jacinto de agua para disminuir la concentración de arsénico de agua con la que se abastecía el CP de Cruz del Medano, el agua inicialmente tenía una concentración de 0.047 mg/l de As y al ser sometida al tratamiento de fitorremediación con la especie tuvo un resultado de 0.031 mg/l de As después de una semana, en la segunda semana tuvo un resultado de 0.019 mg/l, concluyendo que Eichhornia crassipes tiene eficiencia de fitorremediación de un 60% (22). En una tesis realizada en el año 2019 denominada “Actividad fitorremediadora de la totora (Schoenoplectus californicus) en agua contaminada por arsénico en los pozos del caserío Tranca Fanupe – Mórrope” tuvo como objeto medir la eficacia de la fitorremediación de la especie vegetal totora en un agua utilizada para el abastecimiento de la población, se analizaron las muestras de agua y como resultado inicial de concentración se arsénico tenía 0.1 mg/l, seguidamente se procedió a iniciar el proceso de fitorremediación aplicando la totora los cuales se realizaron 3 tratamientos que constaban de t1=0.005, t2=0.15 y t3=0.20 mg/l, después de 20 días se obtuvieron los siguientes resultados en el tratamiento uno tuvo una remoción de As de 95%, en el tratamiento dos tuvo una remoción de 85% de As y en el tratamiento tres tuvo una 22 remoción de un 80% de As, concluyendo que la totora presenta actividad fitorremediadora (23). En una tesis realizada en año 2019 denominada “Eficiencia de Eichhornia crassipes (Mart.) Solms Laub- Pontederiaceae y Nasturtium officinale W.T. Aiton – Brassicaceae en la remoción de DBO5 y DQO del efluente de la planta de tratamiento de aguas residuales de Celendín” tuvo como objetivo la determinación de la eficacia del jacinto de agua y del berro en aguas residuales para remover DBO5 y DQO, se eligieron 3 puntos y se realizaron los procedimientos respectivos de fitorremediación; los parámetros evaluados fueron DBO5, DQO y OD y se obtuvieron los resultados siguientes el jacinto de agua removió un 85.80% de DBO5 mientras que el berro removió el 30.62%; para el parámetro de DQO el jacinto de agua removió 84.33% mientras que el berro removió un 35.44%; para el parámetro de OD alcanzó un 30.61% y berro alcanzó un valor de 64.29%, en resumen el jacinto de agua es eficiente para remover DBO5 Y DQO mientras que para el OD el berro es más eficiente (24) 2.1.3. Antecedentes regionales y locales En el artículo publicado en el año 2018 denominado “Fitorremediación de aguas residuales domésticas en Moquegua” se realizó un estudio en un efluente de la PTAR con el nombre “OMO” de la ciudad de Moquegua, el cual tenía como objeto de determinar el grado de fitodepuración con la especie vegetal junco utilizando las aguas residuales, se diseñó una estructura de tratamiento dónde la especie se mantenía flotante. Para determinar la eficiencia se evaluó cada 3 días el agua residual proveniente del efluente de la estructura de fitodepuración instalada, los resultados fueron obtenidos a los 9 días en donde se observó una eficiencia de retenimiento de STS con un valor de 51 mg/l y DBO5 con un valor de 52 mg/l; para el pH los valores que se obtuvieron fueron uniformes (25). En el artículo publicado en el año 2021 denominado “Eficiencia de Eisenia foetida, Eichornia crassipes e hipoclorito de calcio en la depuración de aguas residuales domésticas en Moquegua, Perú”, tuvo como objetivo la determinación de eficiencia de sistemas artificiales de depuración el cual consta de 3, teniendo en consideración que el aguan utilizada para dicho estudio fue agua residual doméstica de la ciudad de Moquegua, la muestra de agua utilizada se tomó en el efluente, previamente se analizaron los parámetros físicos, químicos y microbiológicos, luego se realizó el tratamiento las especies de la siguiente manera la, primer sistema se trató con Eisenia foetida, el segundo 23 sistema se realizó el tratamiento con Eisenia foetida + Eichornia crassipes el último se utilizó Eisenia foetida + Eichornia crassipes + hipoclorito de calcio, como resultado se muestran una diferencia entre los sistemas, llegando a la conclusión que el tratamiento número 2 conformado por las especies Eisenia foetida + Eichornia crassipes es el más eficiente (26). En el oficio N°054 presentado en el año 2021, con fecha 03 de diciembre a la Municipalidad Distrital de Torata por parte de la Gerencia Regional de Salud Moquegua con el asunto “Diagnóstico de la calidad de agua para consumo humano del distrito de Torata año 2020” en donde remiten los resultados de los monitoreos que fueron realizados por parte de la Gerencia Regional de Salud Moquegua en distintos sectores de la localidad de Torata, para los parámetros inorgánicos son ocho sectores de que no cumplen con los LMP para arsénico que establece el Decreto Supremo N° 031-2010-SA, mostrando una preocupación por parte de las autoridades y de la población en cuanto a calidad de agua se refiere (27). 24 2.2. Bases teóricas 2.2.1. El agua Según François Dossier; menciona que el agua es un elemento más numeroso en el planeta y que únicamente se encuentra en nuestra atmósfera en 3 estados: líquido, sólido y gaseoso. Los océanos tienen la mayor cantidad de reserva de agua salada dado que contienen un 97% del líquido que se halla en el planeta Tierra; el otro porcentaje es agua dulce, pero tiene una disponibilidad limitada debido a que gran parte permanece en los casquetes polares y glaciares (28). El recurso hídrico es esencial y vital para la existencia continua de los seres vivos, la cantidad de agua dulce que hay en el planeta es limitada, y su calidad está siendo afectada a lo largo de años. Es importante la conservación del recurso hídrico para el abastecimiento de agua potable, producción y uso recreativo. En los últimos años la calidad está siendo alterada por la existencia de agentes contaminantes como productos químicos o radiaciones (29). 2.2.2. Importancia del agua El agua es un elemento líquido distribuido en la naturaleza y es esencial para la sostenibilidad y la vida en nuestro planeta, debido a que apoya a la estacionalidad de la mecánica del entorno de los seres vivos y organismos. Es invariable para todos nuestros ecosistemas y para la regulación del clima. Tiene un ciclo continuo sin principio ni fin (30). Hoy en día el ser humano no toma conciencia y altera el recurso hídrico perjudicando a nuestra propia naturaleza y existencia. El ser humano puede llegar a necesitar 500 L de agua potable al día, lo que significa un enorme uso del agua; de tal modo podemos ver el valor del agua para el progreso de la vida (31). 2.2.3. Agua para consumo humano Es aquella que es utilizada para la ingesta del ser humano, higiene, cocinar, lavado de prendas de vestir o utensilios y otros. Esta a su vez cumple con características de calidad como parámetros fisicoquímicos y microbiológicos es inocua para la salud del ser humano (32). 25 2.2.4. Contaminación del agua Las características del agua están siendo alterada debido a los procesos antropogénicos que provocan múltiples impactos negativos en los sistemas de agua acuáticos (33). 2.2.4.1. Contaminantes del agua Según Hilleboe (34) menciona que “los contaminantes de clasifican de acuerdo a su naturaleza fisicoquímica: • Agente físico: Calor • Compuestos químicos orgánicos: Se encuentran los aminoácidos, aceites y grasas, hidratos de carbono, proteínas, jabones y detergentes, pesticidas, entre otros. • Bionutrientes: Son compuestos nitrogenados y fosforados. • Compuestos químicos inorgánicos: Ácidos y bases, sales: aniones y cationes; elementos tóxicos: metales y no metales; especies minerales no disueltas y elementos radiactivos. • Microorganismos: Algas, virus, bacterias y hongos” 2.2.4.2. Fuentes de contaminación del agua • Fuente puntual: Son aquellas en las que los contaminantes ingresan a un cuerpo superficial por un solo lugar, éstas a la vez incluyen aguas servidas que no tienen un tratamiento previo y también incluyen las aguas negras de plantas de tratamiento de aguas servidas y filtración, son fáciles de identificar, monitorear y controlar (35). • Fuente difusa: Denominada también como contaminación no puntual; es aquella contaminación que no proviene de una fuente única puntual, es decir no tiene un punto de origen determinado; ésta sucede cuando existe una acumulación de cantidades mínimas de contaminantes que son provenientes de un área más grande (36). 26 2.2.5. Metales pesados Son aquellos peligrosos cuyas características comunes son, la bioacumulación, toxicidad elevada, persistencia, biotransformación y la bioacumulación, esto hace que se encuentren en los ecosistemas por mucho tiempo (37); Por lo que la palabra metal pesado se refiere a aquellos metales que tienen un peso específico superior a 5 g/cm3 y su número atómico es por encima de 20 (38). 2.2.6. Metaloide Los metaloides son elementos que tienen un comportamiento intermedio entre los metales y no metálicos, es decir presentan propiedades de los dos grupos, tienen un comportamiento como no metales, físicamente y químicamente, en la propiedad física, la conductividad tiene un parecido a los metales; son semiconductores de electricidad en un menor grado que los elementos metálicos (39). 2.2.7. Contaminación por metales pesados y metaloides Los metales pesados y los metaloides se bioacumulan y se biomagnifican a través de las cadenas tróficas. La bioacumulación de metales significa una acumulación en un organismo (40); el acaparamiento de estos elementos dañinos en niveles elevados ocasiona que la capacidad de los organismos para resistir, desarrollarse y procrear se vea obstaculizada (41). 2.2.8. Arsénico El As es un metaloide que está presente y distribuido en nuestro entorno. Se encuentra en el medio ambiente en estado de oxidación trivalente y pentavalente también formando compuestos orgánicos e inorgánicos, los compuestos orgánicos tienen un nivel menor de toxicidad que los compuestos inorgánicos y los compuestos trivalentes son más dañinos que los compuestos pentavalentes (42). El As es el elemento que está considerado entre los 20 más abundantes de la naturaleza que se halla en cantidades traza en el agua, suelo, aire y en las rocas (43). Alrededor de 1/3 del As presente en la atmósfera proviene de fuentes naturales como las emisiones de volcanes, la actividad biológica y lo demás se origina de las actividades antropogénicas (44). 27 2.2.9. Propiedades fisicoquímicas del arsénico El número atómico del arsénico es 33 y el 53° elemento más abundante de los 92 elementos en la corteza terrestre raramente está presente de forma sólida, muestra propiedades metálicas y no metálicas considerándose un metaloide en donde predomina el carácter no metálico (45). 2.2.10. Fuentes de contaminación del arsénico El principal origen de contaminación por As se debe a los procesos naturales y antropogénicos y la problemática de contaminación se basa en la movilización rápida de este elemento en el medio ambiente (46). 2.2.10.1. Fuentes naturales El arsénico se puede encontrar de manera muy frecuente en las aguas subterráneas y superficiales, llegando a concentrarse producto de la erosión de rocas volcánicas y superficiales, se sitúa en forma de rocas sedimentarias, volcánicas y en aguas geotermales; en las aguas está presente como arsenato o arsenito; por lo tanto, este elemento se encuentra como pentavalente en las fuentes naturales (47); por lo tanto se estimó que el 60% del flujo de la atmósfera de arsénico es de origen natural, concluyendo que una de las primordiales causas de polución por fuente natural es la acción volcánica (48). 2.2.10.2. Fuentes antropogénicas Estas fuentes son producto de la mano del hombre, pueden ser expuestos y liberados al ambiente, tales contaminantes pueden llegar a la cadena alimenticia causando un grave problema para el ser humano, el arsénico es insertado al suelo a través del uso de plaguicidas, residuos de las industrias o el polvo de la incineración de combustibles fósiles; de igual manera en el recurso hídrico las partículas de material particulado de la industria minera son liberados y transportados por el viento y se depositan en áreas cercanas, contaminando fuentes de agua, suelo y aire (49). 2.2.11. Toxicidad del arsénico Ésta depende de la forma en la que se encuentra en el ambiente; el arsénico que se encuentra en el ambiente en forma trivalente inorgánica (As III) tiene una elevada toxicidad y está presente mayormente en los alimentos marinos (50); la toxicidad del 28 arsénico tiene una forma decreciente y está de la siguiente manera Arsina - Arsénico III (I) – Arsénico III (O) -Arsénico V (I) – Arsénico V (O) – compuestos arsenicales y arsénico elemental (51). El arsénico es dañino para el ser humano al ingreso de este elemento tóxico al cuerpo se distribuye en el torrente sanguíneo pasando por los órganos, tejidos; en un inicio se acumula en el riñón, hígado y pulmones; en donde tiene una retención más prolongada es en las uñas y el cabello (52); el arsénico que absorbió el cuerpo humano se elimina mediante la orina y una cantidad mínima en las heces (53). 2.2.12. Comportamiento del As en el ambiente El arsénico se encuentra en la naturaleza añadido a rocas de origen volcánico, sedimentarios y en fuentes de agua geotermal; en los relaves de mina se encuentra mayormente en forma de sulfuro de As y arsenopirita y en las fuentes de aguas superficial se encuentran en forma de arsenito y arsenato (54). 2.2.13. Arsénico en agua para consumo humano El arsénico en el agua para consumo humano representa un grave problema, en diferentes lugares del planeta se han identificado poblaciones que se abastecen de agua para consumo humano de origen subterráneo, los que tienen un historial son Asia, Nepal, Vietnan, Bangladesh, India, China, Nepal, Taiwan y en América del tenemos a Perú, México, EE. UU, El Salvador, Chile, Argentina en Europa, España, Grecia, Rumania, Hungría (55). Las consecuencias para la salud del ser humano hoy en día continúan siendo objeto de estudios en diferentes continentes, según investigaciones se han detectado que en algunos países el valor del arsénico supera los 50 μg/l en el agua para consumo humano (56). Según la Organización Mundial de la Salud sugiere un valor de 10 μg/l para As en agua de consumo humano (57). La mejor manera de evitar efecto del recurso hídrico contaminado por As es cambiar las fuentes de abastecimiento o implementar una tecnología de remediación (53). 2.2.14. Normativa peruana La normativa peruana establece los parámetros y LMP que debe de cumplir el agua para consumo humano para arsénico; ésta debe de estar sujeta con la legislación nacional o norma internacional. 29 ANEXO III LÍMITES MÁXIMOS PERMISIBLES DE PARÁMETROS QUÍMICOS INORGÁNICOS Y ORGÁNICOS Tabla 2: Anexo III: Límites máximos permisibles Parámetros inorgánicos Unidad de medida Límite máximo permisible 1.Antimonio mg Sb L-1 0,020 2. Arsénico (nota 1) mg As L-1 0,010 3.Bario mg Ba L-1 0,700 4.Boro mg B L-1 1,500 5.Cadmio mg Cd L-1 0,003 6.Cianuro mg CN L-1 0,070 7.Cloro (nota 2) mg L-1 5 8.Clorito mg L-1 0,7 9.Clorato mg L-1 0,7 10.Cromo total mg Cr L-1 0,050 11.Flúor mg F L-1 1,000 12.Mercurio mg Hg L-1 0,001 13.Niquel mg Ni L-1 0,020 14.Nitratos mg NO3 L -1 50,00 15.Nitritos mg NO2 L -1 3,00 exposición corta 0,20 exposición larga 16.Plomo mg Pb L-1 0,010 17.Selenio mg Se L-1 0,010 18.Molibdeno mg Mo L-1 0,07 19.Uranio mg U L-1 0,015 Fuente: Reglamento de calidad de agua para consumo humano (58). • Nota 1: En caso de los sistemas existentes se establecerá en los planes de adecuación sanitaria el plazo para lograr el límite máximo permisible para el arsénico de 0,010 mgL-1 • Nota 2: Para una desinfección eficaz en las redes de distribución la concentración residual libre de cloro no debe ser menor de 0,5 mgL-1 30 2.2.15. Arsénico en el organismo humano El As ingresa al cuerpohumano por una “inhalación de aire, absorción dérmica y por ingestión de alimentos y agua” (59); el arsénico es expuesto al ser humano por las actividades antropogénicas mediante la agricultura, minería, el uso de combustibles fósiles, medicinas, ingesta de agua y alimentos contaminados (60); si nuestro organismo ingiere arsénico por fuentes de agua, alimentos o suelo gran cantidad pasará al torrente sanguíneo; caso contrario si respira polvos de arsénico, las partículas se posarán en los pulmones; pasando seguidamente al torrente sanguíneo; si nuestra piel es expuesta al agua y suelo con arsénico, una mínima cantidad ingresará a la piel; cabe recalcar que una exposición al arsénico en su forma orgánica e inorgánica nuestro organismo se encarga de eliminar cierta parte en la orina en unos días (61); según investigaciones realizadas el arseniato es de carácter no acumulativo es decir que puede eliminarse en cinco días siempre y cuando no sean ingeridas continuamente (62); el arsénico una vez absorbido por el organismo humano llega a la sangre; pasado un día se traslada al riñón, hígado, pulmones y bazo en donde se acumula; dentro de un día y seis horas se acumulan en las uñas y el cabello; la cantidad de As en el cabello son indicadores de tiempo desde que inició el periodo de exposición (63); las consecuencias de una exposición al arsénico tienen un nivel letal agudo que lleva a efectos crónicos, distintos órganos y sistemas se ven afectados, dentro de las cuales están las vías respiratorias, piel, sistema nervioso, cardiovascular, digestivo, inmunológico, reproductivo, genitourinario (64). 2.2.16. Arsénico en tejido vegetal Una forma de absorción de As en los tejidos vegetales es en la parte radicular porque es la vía de entrada, pero es preciso que el elemento se halle disuelto (65); la adsorción de As III y As V en la parte de la raíz es demasiado rápida, de esta manera se obtiene concentraciones elevadas de arsénico en las raíces de especies que son cultivadas hidropónicamente (66); al “ingresar el arsénico al interior de la célula en As será reducido a As III catalizado por la actuación de arseniato reductasa” (67); de esta manera se comprueba que la mayor parte de As en tejidos de origen vegetal está en forma de arsenito (68) 31 2.2.17. Métodos para remover arsénico en el agua Hoy en día hay diferentes tecnologías para eliminar el arsénico del agua, la limitante es su alto costo y tienen un tratamiento más complejo. La potabilización para agua potable pasa por diferentes procesos de “coagulación, floculación, sedimentación, filtración y desinfección” en caso el agua contenga concentraciones elevadas de arsénico requiere de tratamientos que demanda más altos costos (53); para determinar el tipo de tecnología de procesamiento de agua potable en un agua contaminada con arsénico depende de diferentes factores, éstas son algunas tecnologías “coagulación- filtración, oxidación-filtración, Adsorción utilizando medios de hidróxido de hierro granular, intercambio de iones, separación de membrana, medios VSN-33” (69), existen también procesos de origen biológico como la biofiltración y fitorremediación (53) 2.2.18. Fitorremediación La técnica de fitorremediación es una nueva tecnología que se basa en la utilización de plantas y microorganismos que está agregado a la rizósfera y ésta se integra para remover de manera in situ o ex situ los elementos tóxicos; en hábitats en donde no existe la interacción del hombre las especies “actúan como filtros, buscando remover, reducir, transformar, mineralizar, degradar, volatilizar, concentrar o estabilizar elementos tóxicos en el agua, suelo, lodos o sedimentos” (70); han sido identificadas diversas especies de plantas que se emplearon para fitorremediar; algunas tienen una eficiencia elevada para acumular metales, donde se les conoce como plantas hiperacumuladoras (71). 2.2.19. Características de fitorremediación Según Delgadillo, Camacho, Pérez y Andrade (72) mencionan que las características más comunes son las siguientes: • La técnica de fitorremediación es empleada para diferentes tipos de contaminantes • Es empleada en áreas donde no tienen una distancia larga y también en donde la contaminación por elementos tóxicos es superficial. • Los tejidos vegetales tienen una técnica de acumulación. • La fitorremediación requiere de una limpieza lenta y pasiva, en donde predomina la estética y depende básicamente de la energía solar. 32 Las plantas que absorben los contaminantes como primer paso la metabolizan y la almacenan, disminuyendo de esta manera la liberación de componentes tóxicos. En el caso de los componentes de origen orgánico fácilmente pasan a ser degradados o metabolizados así el asimila en el crecimiento de la plántula; los elementos de origen inorgánico (metaloides y metales) hay una única forma de fitoestabilizar o fitoextraer debido a que no son biodegradables (73) 2.2.20. Ventajas y desventajas A continuación, una lista de ventajas y desventajas de la fitorremediación Ventajas de la fitorremediación Desventajas de la fitorremediación ✓ Se pueden reciclar recursos (metales, biomasa, agua) ✓ La tecnología es sustentable ✓ Tiene una volubilidad potencial para el tratamiento de diferentes materiales peligrosos. ✓ Es eficiente para remediar distintos tipos de elementos polución in situ. ✓ Elude la excavación y el tráfico ✓ Se aplica a ambientes con una concentración baja o moderada. ✓ El costo es relativamente bajo, no requiere consumo de energía ni personas capacitadas para el manejo. ✓ La posibilidad de ser aceptada por la gente es porque es agradable estéticamente. ✓ Sostienen un menor daño para el medio ambiente. ✓ Nunca produce elementos contaminantes suplementarios por lo que no hay necesidad de lugares de disposición. ✓ Podría ayudar a la proliferación de mosquitos. ✓ El proceso para el desarrollo es lento, debido a que las especies vegetales son de un periodo de vida larga. ✓ Se necesitan áreas de mayor extensión. ✓ Depende de las estaciones ✓ La disolución de algunos elementos contaminantes tiene una posibilidad de incrementarse, teniendo como consecuencia un deterioro ambiental o movilización de contaminantes. ✓ El desarrollo de la vegetación podría ser reducido por la toxicidad alta. ✓ Los elementos tóxicos bioacumulados en las hojas podrían ser expuestos o expuestos al entorno natural durante la estación de otoño. ✓ Solo algunas plantas son acumuladoras o tolerantes. ✓ Los elementos tóxicos pueden acumularse en el tronco para posterior quema. Fuente: Ventajas y desventajas de fitorremediación (74) 33 2.2.21. Limitaciones de la fitorremediación Según Betancur, Macias y Suárez (75) mencionan que se debe de tener en cuenta que existen limitaciones en cuanto a la aplicación de la tecnología: • “Las plantas utilizadas determinarán la hondura a tratar • Elevadas concentraciones de elementos resultarían tóxicas • Depende de las estaciones • La biodisponibilidad y toxicidad pueden movilizarse y bioacumularse en animales” 2.2.22. Tipos de fitorremediación Según Jaramillo y Flores (76) existen diferentes procesos de fitorremediación: Tipo Proceso involucrativo Polución tratada Fitoextración Las plantas se utilizan para reunir metales en la parte radicular y aérea. Metales: Ag, Cd, Co, Cu, Hg, manganeso, molibdeno, Ni, Pb y zinc. No metales: Arsénico y boro Fitoestabilización Los tejidos vegetales tolerantes a metales se utilizan para aminorar el traslado de los mismos y eludir el pasaje a napas subterráneas o a la atmósfera. Lagunas de detrito de actividades de extracción. Propuesto para fenólicos y compuestos clorados. Fitovolatilización Las plantas captan y transforman metales pesados o elementos de origen orgánico y los liberan al aire mediante el proceso de transpiración. Hg, Se y solventes clorados (tetraclorometano y triclorometano) Fitodegradación Los macrófitos acuáticos y terrestres captan, Municiones (nitrobenceno, nitrotolueno) atrazina, 34 Guardan y descomponen elementos de origen orgánico para brindar productos de menor toxicidad o no tóxicos. solventes, clorados, pesticidas, fofatados, fenoles y nitrilos etc. Rizofiltración La parte radicular de las plantas tienen una utilidad para atraer, sedimentar y acumular metales a partir de efluentes en contaminación y degradar elementos de origen orgánico. Cd, Co, Cr, Ni, Hg, Pb, selenio, zinc, isótopos radioactivos, compuestos fenólicos Fitoestimulación Se usan los exudados de la parte radicular incrementar el desarrollo de microorganismos. Hidrocarburos derivados del petróleo y poliaromáticos, benceno, tolueno, atrazina etc. Fuente: Tipos de fitorremediación (76) 2.2.23. Tipos de sistemas de fitorremediación acuático Según Raskin, Kumar, Dushenkov y Salt (77) mencionan que los sistemas son de 4 tipos: 2.2.24. Sistema de tratamiento con plantas acuáticas flotantes Son albercas medioconstruidos o estanques naturales, en donde las plántulas flotantes se conservan para el tratamiento de aguas residual. 2.2.25. Sistema de rizofiltración Los sistemas de rizofiltración son sistemas que remueven nitratos, pesticidas, fosfatos, metales pesados, fenoles, fluoruros, elementos radiactivos, virus y bacterias. 35 2.2.26. Humedales artificiales Los humedales de origen artificial se delimitan como un dificultuoso de sustratos saturados, animales, agua y flora emergente, que está diseñado por el hombre. 2.2.27. Sistema integral de tratamiento Es una combinación de los humedales artificiales y el sistema de tratamiento con plantas acuáticos. 2.2.28. Tipos de macrófitas acuáticas Según Jaramillo y Flores (76) mencionan que hay 3 tipos de macrófitos acuáticas: 2.2.28.1. Macrófitos sumergidos Este tipo de plantas de desarrollan dentro del agua sumergidos, tienen un potencial de absorber O2, CO2 y minerales, las partes fotosintéticas están por debajo del agua. 2.2.28.2. Macrófitos flotantes Los macrófitos de dividen en 2 grupos: • Plantas no fijas: Es decir que están libres de flotación, el desarrollo de la planta es sobre la superficie de modo que la parte radicular no están fijas. • Plantas fijas: De hoja flotante; las hojas se encuentran flotando sobre el agua de modo que la parte radicular están relativamente fijas sobre sedimentos. 2.2.28.3. Macrófitos emergentes Los macrófitos emergentes se desarrollan en agua de baja profundidad y la raíz está arraigada en los sedimentos y la parte aérea está emergida fuera del agua de modo que la energía solar llega fácilmente. 36 Gráfico 1: Macrófitos acuáticos (78) 2.2.29. Perspectiva para selección de macrófitos Según Núñez, Meas, Borges y Olguín (74), mencionan que se necesitan ciertos criterios para realizar la selección de macrófitos en la técnica de fitorremediación, depende de la especie, el desarrollo de la plántula, su temporalidad y el tipo de elemento a remover. • Deben de tener un grado de tolerancia a concentraciones elevadas de metales. • Deben de ser acumuladores de metales. • Deben de poseer capacidad acelerada de desarrollo y productividad alta. • Deben de ser especies predominantes del lugar. • Deben ser de fácil cosecha. 2.2.30. Factor de bioacumulación • Factor de bioacumulación: Se realiza mediante el cálculo de la división de concentración de As en la plántula entre la concentración inicial de As en agua (79). Ecuación 1: Cálculo del factor de bioacumulación BAF={metal} Tejidos/{Metal} Agua Dónde: {metal} Tejidos= Concentración total del metal en tejido vegetal {Metal} Agua= Concentración del metal inicial en el agua contaminada 37 Se interpreta de la siguiente manera las especies vegetales que tengan un factor de bioacumulación ≥1000 mg/l son especies hiperacumuladoras o acumuladoras; si tienen un valor <1000 mg/l se consideran tolerantes; los que presentan un valor <100 son consideradas especies exclusoras (80). 2.2.31. Factor de traslocación • Factor de traslocación: Se calcula mediante la relación de la concentración de As en parte radicular entre la concentración As de arsénico en parte aérea de la plántula (79). Ecuación 2: Cálculo del factor de traslocación FT= {As} parte aérea/{As}raíz Dónde: {As} parte aérea= Concentración total de arsénico en parte aérea {As}raíz= Concentración total de arsénico en raíz Se interpreta de la siguiente manera, las especies con un FT ≥1 mg/l son especies hiperacumuladoras o acumuladoras; si tienen un valor de <1 mg/l se consideran tolerantes; los que presentan un valor de <0.1mg/l son consideradas especies exclusoras (80). 2.2.32. Forma de acumulación de metales en macrófitos Los macrófitos poseen capacidad de reunir metales, mediante un proceso que radica en 2 pasos (81) (82): • Absorción rápida • Transporte lento En los macrófitos el primer impacto de los metales es en la parte radicular porque es el responsable de asimilar los nutrientes pasando luego a la parte aérea. Los metales producen graves daños a las hojas (mitocondrias y cloroplastos) alterando el proceso de la fotosíntesis. En un periodo avanzado de variación se producen modificaciones de regulación a nivel celular y metabólicos, seguidamente se produce el envejecimiento y afectación por el metal provocando que la planta muera (82). 38 2.2.33. Resistencia a los metales pesados en macrófitos Las especies vegetales que se desarrollan en ambientes contaminados desarrollaron mecanismos a tolerancia, se clasifican en 2 categorías: • Acumulación e inclusión: Está basada en la aprehensión en las células internas en donde no hay efectos tóxicos; desintoxicación interna de los elementos tóxicos (metales) mediante la adhesión de ácidos orgánicos, proteínas, péptidos e histidina (81). • Exclusión: Involucra el estudio de elementos bioquímicos en la pared celular o ambiente; es decir precipitan al exterior los metales a través de compuestos orgánicos o secreciones (81). 2.2.34. Descripción de la especie vegetal Nombre común: Berro Nombre científico: Nasturtium officinale W. T. Aiton Clase: Equisetopsida C. Agardh Subclase: Magnoliidae Novák ex Takht. Superorden: Rosanae Takh. Orden: Brassicales Bromhead Familia: Brassicaceae Burnett Género: Nasturtium W. T. Aiton Especie: Nasturtium officinale W. T. Aiton 2.2.34.1. Descripción El berro es un macrófito con tallos ascendentes y una raíz fibrosa, crece entre 10 a 50 centímetros de altura, son muy ramificados. Su hábitat son los ríos, se adaptan a la corriente de agua y la hondura del material arenoso, las flores son completamente emergentes (18). 2.2.34.2. Hábitat Crece en lugares con bastante agua, como lagunas, ríos, pantanos etc; la especie prefiere áreas en donde predomina la sombra, crece hasta los 1500 msmn, pero también se ha encontrado que crece hasta los 2500 msnm (83). 39 2.2.35. Cultivos de hidroponía en fitorremediación El objetivo de la hidroponía es propagar especies vegetales mediante la utilización de soluciones hidropónicas reemplazando el suelo. La solución hidropónica aporta suficiente nutriente a la planta permitiendo su desarrollo. Varias investigaciones realizadas han demostrado que las especies vegetales son capaces de absorber los nutrientes esenciales mediante iones inorgánicos que están presentes en el agua (84); los cultivos hidropónicos que son utilizados en fitorremediación utilizan soluciones de origen acuoso para que las plantas se desarrollen y crezcan permitiendo una mejora de las variables de estudio en tema de investigación (85). 2.3. Definición de términos básicos a) Agua para consumo humano: Es toda fuente superficial o subterránea que cumple con todos los estándares de calidad ambiental, es decir que no cause efectos nocivos para el ser humano (58) b) Límites máximos permisibles: Están establecidos en el reglamento de calidad de agua para consumo humano D.S. 031-2010-SA; en donde se tiene que dar cumplimiento para el consumo de agua (58). c) Contaminación por metales pesados: Los metales pesados y los metaloides se bioacumulan y se biomagnifican a través de las cadenas tróficas. La bioacumulación de metales significa una acumulación en un organismo (86). d) Fitorremediación: El procedimiento de fitorremediación es un método que es eficaz en la restauración, economía, eficiencia y amable con el ambiente, esta tecnología utiliza las especies vegetales para desintoxicar, eliminar o contener los contaminantes (87) e) Arsénico: El As es un mineral que está repartido en todo el entorno natural las fuentes de exposición al ser humano son el agua, alimentos, suelo y aire (88). f) Contaminación del agua: La polución del agua es el almacenamiento de elementos extraños de deterioran la calidad como consecuencia se produce un desequilibrio en los ecosistemas (89). g) Macrófitos: Son especies vegetales que se distinguen a simple vista, dentro de este grupo se encuentran las plantas de tipo briofitos, cianobaterias, macroalgas, vasculares (Cormófitos) (90). 40 CAPÍTULO III: METODOLOGÍA 3.1. Método y alcance de la investigación 3.1.1. Método general Según José Cegarra Sánchez, el método hipotético-deductivo se emplea básicamente en la existencia habitual de acuerdo con la investigación científica. Se fundamenta en denotar una hipótesis con soluciones posibles al problema proyectado y en confirmar con los datos aptos si dichos datos están acordes con ello (91). Asimismo, Humberto Ñaupas, Elías Mejía y otros, refieren que el método hipotético deductivo consiste en prescribir leyes generales o universales sobre observaciones de casos en particular, es decir; encaminarse de la hipótesis a una deducción a fin de determinar la veracidad o falsedad de los hechos o conocimientos (92). Según el estudio el planteamiento de la hipótesis se asevera en la capacidad fitorremediadora del Nasturtium officinale en concentraciones conocidas de arsénico en el agua que busca rechazar o aceptar, llegando a la deducción de conclusiones que se compararán con los datos resultantes. 3.1.2. Método específico Según José Cegarra Sánchez, el método específico del estudio es experimental que está comprendida en una unidad conceptual y operativa en donde se aprecia diferencias en variedades diferentes según el planteamiento del problema; el cual permitirá determinar la capacidad fitorremediadora del Nasturtium officinale en concentraciones conocidas de As en el agua con el objeto de determinar comportamientos de los fenómenos naturales con el objetivo de controlarlos, se apoya en conocimientos que son probados experimentalmente (91). Según Humberto Ñaupas, Elías Mejía y otros refieren que existe tres elementos científicos que caracterizan a la investigación experimental, los cuales son 1) Control, 2) Manipulación y 3) Observación-Medición, siendo el caso de nuestro tema de investigación dónde se tendrá un grupo control, luego se procederá al manejo de la variable independiente; por último, se realizará una medición y se determinará la capacidad fitorremediadora de la especie vegetal. (92) 41 3.1.3. Tipo de investigación De acuerdo a José Cegarra Sánchez, la investigación aplicada “comprende el conjunto de actividades que tienen por finalidad el descubrir o aplicar conocimientos científicos nuevos, que puedan realizarse en productos y en procesos nuevos utilizables”; es decir permite solucionar un problema para mejorar procesos e incrementar la calidad (91), el problema identificado es la alteración de las características del agua con As en el distrito de Torata; la investigación aportará a la solución de dicha problemática mediante la fitorremediación del agua utilizando Nasturtium officinale logrando de esa manera hacer mejoras de la calidad del agua y salud de los habitantes.. Según Guillermina Baena; refiere que la investigación aplicada tiene como objeto el análisis de una problemática unido a la acción, es decir; durante la investigación se puede hacer aportes nuevos (93). Como se analiza en ambos casos nuestra investigación busca identificar el problema y propone una solución a la problemática. 3.1.4. Nivel de investigación La presente investigación corresponde al nivel correlacional; según Roberto Hernández Sampieri; menciona que el “estudio tiene la finalidad de conocer la relación o grado de asociación existente entre dos o más conceptos, categorías o variables en una muestra o contexto en particular” (94); en la investigación se analizó si existía un grado de relación entre la variable independiente concentración de As en el agua con la variable dependiente capacidad fitorremediadora del Nasturtium officinale. Según Fidias Arias, menciona que la finalidad de la investigación correlacional es la determinación del grado de relación que existe entre 2 o más variables, es decir que los estudios primeramente se mide las variables seguidamente se estima la correlación (95). 3.2.Diseño de la investigación El estudio es experimento “puro”; según Roberto Hernández Sampieri los experimentos puros “son aquellos que reúnen dos requisitos para lograr un control y validez interna: Grupos de comparación (manipulación de la variable independiente) y equivalencia de grupos” (94); se hará variar de manera intencional la variable independiente mediante concentraciones diferentes de As en el agua que permitirá 42 disponer una relación de causa-efecto de la variable independiente con la variable dependiente. Según Humberto Ñaupas, Marcelino Valdivia, Jesús Palacios y otros mencionan que los diseños experimentales puros son los que van a reunir un control de manera aleatoria, manipulación, medición y observación (96). Según Edinson Cabezas, Diego Naranjo y Johana Torres, describen el diseño experimental puro se caracteriza porque ejerce un control estricto sobre el experimento tanto por el establecimiento de los grupos de equiparación con la finalidad de manipular la variable independiente y por los grupos de equivalencia mediante el proceso aleatoria de la unidad de análisis (97). Tabla 3: Diseño de investigación RG1 X1 01 RG2 X2 02 RG3 X3 03 RC4 — 04 Nota: RG: Grupo experimental; RC: Grupo control; 0n+1: Posprueba; Xn: Tratamiento 3.3. Población y muestra 3.3.1 Población Inicialmente la población del presente fueron 250 especies vegetales de Nasturtium officinale (berro) de los cuales para el proceso experimental se seleccionaron 108 especies (Ver A.3.d) dichas especies vegetales fueron recolectadas del Anexo Paralaque, Sector Canto, distrito de Torata; las muestras de la especie fueron trasladadas al laboratorio ambiental para evaluar la capacidad fitorremediadora. Para la identificación de la población se buscó una fuente de agua en donde predomina la especie vegetal que esté libre de contaminación por arsénico. 3.3.2. Muestra De las 108 muestras utilizadas en el proceso experimental fueron tomadas 20 muestras después de la realización de intoxicación de las diferentes concentraciones de arsénico 43 definidos en los objetivos, los cuales estaban en baldes de 8 litros en el Laboratorio Ambiental del distrito de Torata. Se tomaron 10 muestras de tejido vegetal parte aérea (tallo + hojas) y 10 muestras de parte radicular sumando un total de 20 muestras analizadas. 3.4.Técnicas e instrumentos de recolección de datos 3.4.1. Técnicas e instrumentos 3.4.1.1. Técnicas de recolección de datos La técnica aplicada fue mediante observaciones en cada etapa experimental obteniéndose como resultados la elección de las muestras Nasturtium officinale para iniciar el proceso de intoxicación, una vez intoxicadas con arsénico se observó los procesos de necrosis en los tejidos vegetales. 3.4.1.2.Instrumentos de recolección de datos Las muestras de tejido vegetal fueron enviadas a un laboratorio a la ciudad de Lima en una cantidad promedio de 20 gramos de parte aérea y 10 gramos de parte radicular mediante el cual se analizaron utilizando métodos referenciados por el laboratorio. Tabla 4: Parámetro y metodología Parámetro Método Arsénico Determinación de arsénico en tejido vegetal / Espectroscopía de emisión atómica con plasma de acoplamiento inductivo (ICP-OES) *Ver anexo F A. Procesamiento de recolección de datos La colección de datos del estudio se realizó en conformidad a las variables y la investigación está dividido en tres partes: A.1. La primera corresponde a: Reconocimiento del sector Se realizó en reconocimiento del sector y se eligió el anexo de Paralaque, Sector Canto, por la calidad de agua. 44 A.2. La segunda corresponde a: Búsqueda de información y toma de muestra a) Búsqueda de información de caracterización de la fuente de agua del sector de Paralaque Según el informe de ensayo del laboratorio SGS MA1926927 Rev.0 emitido el 31 de octubre del año 2019 al laboratorio ambiental San Agustín de Torata se tiene un resultado de baja concentración para al parámetro de arsénico; según la normativa menciona que cada informe emitido tiene una duración de 3 años, por lo que cumple con la normativa vigente. b) Toma de muestra Se inició el proceso de toma de muestras de tejido vegetal para el análisis de arsénico y se envió a un laboratorio de la ciudad de Lima, con el objeto de contrastar resultados que difieran en el resultado de las concentraciones de arsénico, teniendo como resultado en el siguiente informe de ensayo N° IE-130122-04 (Ver anexo D) es decir que las plantas experimentales del sector no tienen concentraciones de arsénico y están listas para realizar el proceso de la experimentación. A.3. La tercera corresponde a: Proceso experimental del estudio Se inició de la siguiente manera: a) Plantas experimentales (Berro) Se utilizaron plantas de Nasturtium officinale (berro) del anexo de Paralaque – Sector Canto-Distrito de Torata, dónde se recolectaron plantas de berro en buen estado vegetativo, efectuándose mediante la observación. b) Recolección de la especie vegetal Se recolectaron especies vegetales de berro basado tamaño, consistencia y color. c) Lavado de Nasturtium officinale (Berro) Las plantas fueron llevadas al laboratorio ambiental San Agustín de Torata para realizar el experimento y se lavaron para eliminar todo tipo de impurezas, así como tierra y plagas. 45 d) Selección de la especie vegetal Las plantas fueron seleccionadas de acuerdo a su consistencia, color y tamaño; proceso que se realizó mediante la eliminación de plantas dañadas que se produjeron mediante el transporte al lugar de experimento. e) Adaptación de la especie vegetal Se realizó la adaptación durante un periodo de 15 días en 4 recipientes de vidrio acondicionadas con solución nutritiva para el crecimiento óptimo de la plántula; durante el proceso se procedió a controlar el pH y temperatura del agua. f) Proceso de intoxicación de la especie vegetal Una vez realizado el proceso de adaptación y nutrici