Una sencilla distancia química podría ayudar a predecir qué oligoelementos absorben las plantas
Una propiedad básica de los iones metálicos hidratados podría ofrecer una forma más rápida y práctica de estimar la facilidad con la que los oligoelementos pasan de los suelos contaminados a las plantas, según un nuevo estudio publicado en la revista *New Contaminants*.
Métricas sencillas para sistemas complejos: la distancia Me–O en los cationes hidratados es una nueva métrica potencial para predecir la absorción de elementos por parte de las plantas
Hayley Jensen, Niklas Lehto, Peter Almond, Hadee Thompson-Morrison, Sally Gaw & Brett Robinson
«Los análisis de suelos y plantas pueden requerir mucho tiempo, equipamiento y recursos, especialmente cuando hay muchos elementos diferentes implicados», afirmó la autora principal, Hayley Jensen, del Instituto de Ciencias de la Bioeconomía de Manaaki Whenua Landcare Research, en Nueva Zelanda. «Nuestros hallazgos sugieren que la distancia entre un ion metálico y los átomos de oxígeno circundantes en el agua podría constituir un indicador químico sencillo de la probabilidad de que se acumule en los tejidos vegetales».
La contaminación por oligoelementos es una preocupación creciente para la agricultura y la seguridad alimentaria. Los elementos liberados a través de la minería, la industria, los residuos electrónicos, los fertilizantes y otras actividades humanas pueden penetrar en los suelos y ser potencialmente absorbidos por los cultivos o las plantas de pastoreo. Una vez presentes en hojas comestibles, cereales, frutas o piensos para animales, estos elementos pueden pasar a la cadena alimentaria.
Sin embargo, sigue siendo difícil predecir la absorción por parte de las plantas. El movimiento de un elemento a través del suelo hasta llegar a una planta depende de la acidez del suelo, la materia orgánica, la composición mineral, la humedad, la especie vegetal y muchos otros factores. Los investigadores suelen utilizar un coeficiente de bioacumulación, que compara la concentración de un elemento en el tejido vegetal con su concentración en el suelo. Obtener estos valores de forma experimental puede resultar costoso, destructivo y llevar mucho tiempo.
El equipo de investigación estudió si varias propiedades químicas fundamentales podrían ayudar a explicar la absorción por parte de las plantas. Se centraron principalmente en la distancia entre el metal y el oxígeno, conocida como distancia Me-O, en los cationes hidratados. Cuando los iones metálicos con carga positiva se disuelven en agua, quedan rodeados de moléculas de agua. La distancia entre el metal y los átomos de oxígeno de estas moléculas de agua refleja la intensidad con la que el ion interactúa con su capa de hidratación.
Los investigadores compararon la distancia Me-O, el potencial iónico y el radio de hidratación con datos de absorción vegetal procedentes de tres sistemas distintos: un experimento en macetas con raigrás perenne en Christchurch, plantas de pastizal recogidas en 39 emplazamientos de toda Nueva Zelanda y palmas de aceite que crecen en Sumatra (Indonesia).
En los tres conjuntos de datos, las plantas acumulaban, en general, mayores cantidades de aquellos elementos cuyos iones hidratados presentaban distancias Me-O más largas. Esta relación se observó en grupos de plantas y entornos muy diferentes, lo que sugiere que este parámetro podría reflejar una influencia química básica sobre la movilidad de los elementos.
La distancia de Me a O también mostró un comportamiento más consistente que las demás propiedades examinadas. El potencial iónico se mostró inversamente relacionado con la absorción por parte de las plantas, pero la relación no fue estadísticamente significativa en uno de los conjuntos de datos. El radio hidratado mostró fuertes correlaciones en algunos casos, pero no se disponía de valores publicados para varios elementos, incluidos contaminantes emergentes como el galio, el indio, el neodimio y el gadolinio.
Los lantánidos, un grupo de elementos de tierras raras, constituyeron una excepción importante. Su absorción disminuyó a medida que aumentaba la distancia de Me a O, al contrario de lo observado en la mayoría de los demás elementos. Los autores atribuyen esta diferencia, en parte, al tamaño atómico inusualmente grande y a la química distintiva de los lantánidos. Por lo tanto, es posible que los modelos futuros deban tratar los elementos de tierras raras por separado.
La métrica propuesta podría resultar especialmente valiosa cuando no se disponga de mediciones directas o estas resulten poco prácticas. Podría ayudar a los investigadores a estimar el comportamiento de contaminantes poco estudiados, ampliar los conjuntos de datos existentes a elementos adicionales y reducir la dependencia de las mediciones de la distribución en el suelo, las propiedades de las raíces, el movimiento del agua y otras variables complejas.
Los resultados no eliminan la necesidad de realizar análisis de suelos y plantas, pero proporcionan una base prometedora para herramientas de cribado más sencillas y modelos medioambientales mejorados. Los investigadores recomiendan comprobar esta relación en más cultivos, suelos, climas y elementos pesados antes de utilizarla en la evaluación rutinaria de riesgos.
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