Biodisponibilidad y bioaccesibilidad de metales y metaloides en la sierra minera de Cartagena-La Unión

[SPA] La Sierra Minera Cartagena-La Unión fue uno de los principales focos de la actividad extractiva hasta finales del siglo pasado, lo cual generó gran cantidad de residuos que se abandonaron en forma de depósitos de estériles mineros con altas concentraciones de elementos traza. Estos elementos, principalmente metal(oid)es, tienen un fuerte impacto en los suelos y la hidrología, y por extensión en la biota y la salud humana. Para evaluar esa transferencia, esta tesis se ha centrado en cuatro escenarios situados en sus proximidades: una zona forestal, una zona marítima situada en la desembocadura de una rambla con los depósitos en su cabecera, zonas agrícolas y una zona urbana con afección por material particulado. Para la zona forestal se han seleccionado cinco especies vegetales: Olea europaea, Pistacia lentiscus, Chamaerops humilis, Lavandula multifida y Rhamnus lycioides. Se ha estudiado la influencia de la rizosfera en las propiedades del suelo, el contenido en metal(oid)es y su distribución en la fracción química, concluyendo no existe una influencia significativa de la vegetación y que existe un riesgo por incorporación de As y Cd a los tejidos vegetales al presentar los mayores porcentajes de las fracciones lábiles. Todas las especies se desarrollan en suelos con altas concentraciones de As, Cd, Pb y Zn pudiendo usarse para labores de recuperación de suelos basadas en la fitoextracción (Lavandula multifida) y la fitoestabilización (Pistacia lentiscus). A su vez, al acumular estos elementos, existe un riesgo de incorporarlos a la cadena trófica mediante ingesta de las partes edibles por la fauna local. Para estudiar la transferencia al medio marítimo, se ha elegido la desembocadura de una rambla con los depósitos en su cabecera, que arrastra el material que contienen en episodios de lluvias torrenciales. Los resultados obtenidos muestran un aumento significativo en la concentración de metal(oid)es al sedimento, sin transferencia a las aguas, con respecto a otra zona sin influencia de la actividad minera. La especiación química muestra que el Cd es el elemento a tener más en cuenta, al tener unas fracciones lábiles más importantes, en torno al 20% del Cd presente en el sedimento está biodisponible para ser incoporado al medio marino. El análisis de la biota marina muestra que igualmente existe una influencia de la actividad minera con respecto a la de la zona control. La influencia de los depósitos mineros en los cultivos agrícolas de la zona ha sido estudiada en tres zonas seleccionadas de las que se ha usado el suelo para cultivar tres variedades de lechugas en invernadero destinadas a consumo humano para ver el contenido de metal(oid)es. Se han obtenido concentraciones de Pb en los tejidos foliares muy superiores a los límites establecidos por la legislación. Para el Cd, las concentraciones obtenidas se han situado ligeramente por encima de los valores límite, sin embargo, los altos valores de translocación observados hacen necesario un control más estricto ya la mayor parte del Cd que entra en la planta acaba acumulándose en sus hojas. Para la zona urbana se ha caracterizado el material particulado recogido en captadores, el contenido en metal(oid)es y su procedencia. Los resultados indican que no se superan los límites establecidos en la legislación y la Organización Mundial de la Salud para las fracciones de menor tamaño y más fácilmente inhalables (PM2.5-PM10) por lo que no supone un riesgo directo para la salud de la población del municipio. Sin embargo, a las partículas de menor tamaño son a las que más se asocian los metal(oid)es y son las que más fácilmente entran por las vías respiratorias, por lo que hay que estudiar en detalle la concentración de estos elementos en el material particulado y el aire, así como conocer la fuente de estos.[ENG] Cartagena-La Union mining district was one of the main areas of extractive industry in the Iberian Peninsula until last years of past century, which generated large amounts of wastes accumulated in tailing ponds with high concentrations of trace elements. These elements, mainly metal(loid)s, have an impact in soils, hydrology, biota and human Health. To assess the transfer, this thesis has focused in four places close to tailings ponds: forest area, marine area located in the mouth of a stream, agricultural area and urban area affected by particulate matter. In forest area five vegetal species have been selected: Olea europaea, Pistacia lentiscus, Chamaerops humilis, Lavandula multifida y Rhamnus lycioides. Influenceof rhizosphere in soil properties, metal(loid)s content and distribution in chemical fractions of soils have been studied. Conclusions reveal there is no influence of vegetation and there is a risk for incorporation of As and Cd to vegetal tissues because of labile fractions high percentages. All species have developed in soils with large amounts of As, Cd, Pb and Zn, so they can be used in remediation works as phytoextractor species (Lavandula multifida) or phytostabilization (Pistacia lentiscus). As well as a risk of incorporation to food chain by fauna intake must be considered. To evaluate transfer to marine environment, the mouth of a stream with influence of tailings ponds have been selected. There is an increase in metal(loid)s sediment concentration, without seawater transfer, in relation to control area without mining activities influence. Sediment chemical fractions shows Cd is risky because of importance of labile fractions (20%), so can be easily transfer to marine environment. Marine biota metal(loid)s concentrations reveal influence of tailings ponds. Transfer to agricultural crops has been studied in three selected areas, using in situ soils to grow in greenhouse three varieties of lettuces for human consumption to show metal(loid)s concentrations. Pb and Cd in leaf tissues limits have been exceeded, so it is necessary to monitor closely in crops with mining activities influence. Particulate matter has been characterized after filters particle collection, metal(loid)s content and its origin. Results have shown particulate matter is below limits defined by legislation and World Health Organization for smaller particles (PM2.5-PM10), easily respirable by population, so there is no risk for human health. Nevertheless, fine particles trend to assimilate metal(loid)s, so it is necessary to monitor the concentration of these trace elements and their originEsta tesis doctoral ha sido ejecutada en el marco del proyecto “Soil take care” financiado por European Union Interreg V Sudoe (Ref. SOE1/P4/F0023). El soporte económico del autor durante el período predoctoral para la realización de esta tesis ha sido gracias a la beca de especialización asociada a actividades de I+D+I de la Universidad Politécnica de Cartagena (UPCT) y el grupo de Investigación Gestion y Aprovechamiento de Suelos y Aguas (GARSA). Referencia: R 529/15.Escuela Internacional de Doctorado de la Universidad Politécnica de CartagenaUniversidad Politécnica de CartagenaPrograma de Doctorado en Tecnología y Modelización en Ingeniería Civil, Minera y Ambienta