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INTRODUCCIÓN
La agricultura es la actividad de mayor consumo de agua con 63 600 x 106 m3 año 1, que representa el 76.3% del volumen total extraído en México (CONAGUA 2017). De manera específica la Comarca Lagunera ocupa el primer lugar nacional en producción de forrajes con 123 642.57 ha, que corresponde al 48% de la superficie total sembrada (SIAP 2018). La alfalfa es la leguminosa forrajera más importante y cultivada en el mundo (Yan-Jie et al. 2018). Pero, dada la ubicación de esta región, con escasez de agua, es complicado su desarrollo (González-Barrios et al. 2013).
Debido a lo anterior, el uso de fuentes de agua no convencionales para el riego de cultivos en zonas áridas, es una práctica que aumenta día a día (Chopra y Pathak 2015). En este sentido, una fuente potencial para aminorar la escasez de este recurso, es el agua residual tratada proveniente de la industria textil que, debido a la naturaleza de sus operaciones, consumen hasta 3000 m3 d 1 (Karci 2014). Se estima que el consumo por día de agua de una empresa textil, con 8 t de tela, es de 1.6 x 106 L (Kant 2012) lo que genera grandes volúmenes de aguas residuales (Mahawar y Akhtar 2016). Por estas condicionantes, los agricultores en las cercanías de estas industrias consideran que estos efluentes pueden ser una fuente rentable de agua de riego (Pokhriya et al. 2017). En apoyo a lo anterior, Younas et al. (2020) determinaron que el riego con aguas residuales textiles tratadas mezcladas con aguas residuales domésticas 1:1 (v:v) mejoró la productividad y disminuyó la concentración de metales pesados del Zea mays L. La selección de la alfalfa como modelo biológico se debe a que es el principal forraje para alimentar ganado (Khan et al. 2016) y por ser una especie con potencial para fitoextraer de metales pesados (Tabasi et al. 2017) puede formar parte de la cadena alimentaria y causar toxicidad en animales y humanos (Coyago y Bonilla 2016). Por lo anterior, el objetivo del trabajo fue evaluar el efecto de la aplicación de agua residual textil tratada sobre la germinación, crecimiento y acumulación de metales pesados en alfalfa.
MATERIALES Y MÉTODOS
El estudio se realizó en la Universidad Autónoma Agraria Antonio Narro Unidad Laguna (UAAAN-UL), 24○ 22’ LN y 102○ 22’ LO, a 1 120 msnm. De enero a abril del 2018. En la región se registra una precipitación promedio de 235 mm año 1 y temperatura media anual de 18.6 ○C (Schmidt 1989).
Para la obtención de las muestras del agua residual de la Industria Textil (ARTIT) y del pozo agrícola (APA) se aplicó la norma NMX-AA-051-SFCI-2001 (SE 2001). La planta tratadora de agua residual se localiza en la zona industrial del municipio de Torreón, Coahuila y el pozo de riego, número 950, en el Ejido La Rosita, Municipio de San Pedro de las Colonias, Coahuila. La selección del pozo se realizó en atención a las concentraciones reportadas por Azpilcueta-Pérez et al. (2017) de 0.042 y 0.276 mg L -1 de Cd y Pb. El suelo (Franco-arcilloso) se obtuvo del campo experimental INIFAP Matamoros, Coahuila. Se determinó el contenido de Cd2+, Ni2+ y Pb2+ en las muestras de suelo (0.11, 0.10 y 0.00 mg Kg 1 respectivamente), del ARTIT (0.001, 0.04 y <0.001 mg L 1) y del APA (0.07, 0.45, 2.54 mg L -1) por medio de absorción atómica.
Índice de germinación
Se colocaron 10 semillas de alfalfa cuf 101 en cajas Petri, con papel filtro Watman® No. 40 (Rekik et al. 2016), después de desinfectarlas en formaldehido al 3% (Aydinalp y Marinova 2009). Cada tratamiento se replicó cinco veces y se empleó un diseño completamente al azar (Emino y Warman 2004). Para su germinación se aplicaron 10 mL de cada uno de los tratamientos (T) evaluados: tratamiento testigo agua destilada (TTAD); Tratamiento con agua de pozo agrícola (TAPA), estos dos primeros tratamientos no se diluyeron; T1 = 1:3 (ARTIT:AD, v:v); T2 = 1:1 (AR-TIT:AD, v:v); T3 = 3:1 (ARTIT:AD, v:v); y T4 = 1:0 (ARTIT:AD, v:v), las diluciones se realizaron en función de los resultados de Nath et al. (2007) y Wins y Murugan (2010). Las cajas Petri se colocaron en incubadora (Seedburo Equipment® ) a 20 ○C, por 14 días (Emino y Warman 2004). Al concluir este periodo se registró la longitud de la raíz de las plántulas de cada tratamiento y el número de semillas germinadas (Rehman et al. 2009) para evaluar la germinación relativa de semillas (GRS), el crecimiento relativo de la radícula (CRR) y el índice de germinación (IG) de las plántulas de M. sativa de acuerdo con Hoekstra et al. (2002), empleando las siguientes formulas:
Desarrollo del cultivo de alfalfa
Éste se realizó en el Jardín Botánico de la UAAAN-UL, para promover su desarrollo a temperatura ambiente (He et al. 2018). Se utilizaron macetas de plástico con capacidad de 10 kg, rellenas con suelo franco-arcilloso, sembrándose 10 semillas de M. sativa, variedad cuf 101 por maceta. Como riego se aplicaron 250 mL maceta -1 día -1 (Hassan et al. 2013) de cada tratamiento, con cinco repeticiones, distribuidas en un diseño completamente al azar.
Cosecha y registro de variables en planta
La cosecha de la planta completa se realizó cuando las plantas tenían el 10% de floración, para obtener el máximo rendimiento de materia seca (Marino y Echeverría 2018). Para lo cual las plantas se separaron el área foliar y raíz (García-Gallegos et al. 2011).
Muestreo de tejido vegetal y de suelo
Al concluir la cosecha se obtuvieron muestras de follaje y raíz, por tratamiento y repetición, las cuales se colocaron en bolsas de papel de estraza etiquetadas, y trasladaron al Laboratorio de Suelos, donde se colocaron en estufa FELISA ® de aire forzado, a 75 ○C por 72 h, para luego molerlas, hasta grado talco con molino Wiley-mini ® . De cada maceta se recuperó 1 kg de suelo, que se secó a temperatura ambiente por 24 h, para luego tamizar en malla No. 25 (Lara-Viveros et al. 2015) y depositar en bolsas de plástico, hasta los análisis químicos.
Análisis químicos
De acuerdo al método de Landero-Figueroa et al. (2007), modificado por Lara-Viveros et al. (2015), de cada muestra de follaje, raíz y suelo, se pesó 1 g, en una balanza analítica AND Modelo HR-200 ® , los cuales se digirieron en HNO3, al 96%, en digestor Ethos One ® , para luego en los extractos determinar la concentración de Cd2+, Pb2+ y Ni2, mediante absorción atómica (Perkin Elmer 2380 ® ).
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Germinación y crecimiento relativos de semilla y radícula e índice de germinación de alfalfa
La GRS registró diferencia significativa (p ≥ 0.05) entre los tratamientos, resultando estadísticamente iguales los tratamientos TAPA, T1 y T3, con valores que oscilaron entre 94 y 96 de GRS, mismos que superaron en al menos 8.5% a la GRS de los tratamientos T2 y T4 (Tabla 1). Resultados que coinciden con lo reportado por Parameswari (2014) ya que el tratamiento control, y el tratamiento con dilución 1:3 presentaron el mayor porcentaje de germinación, y ningún tratamiento al igual que en el presente estudio, presentó fitotoxicidad.
Tabla 1 Evaluación de las respuestas biológicas de las plántulas de Medicago sativa.
| Tratamiento | GRS(%) | CRR(%) | IG(%) |
| Testigo(T00) | 94 ± 2.45a | 81.93 ± 3.45 b | 77.01 ± 2.52 b |
| T1 | 96 ± 2.45 a | 107.81 ± 6.72 a | 103.50 ± 7.83 a |
| T2 | 86 ± 2.45b | 101.27 ± 3.87 a | 87.09 ± 5.36ab |
| T3 | 96 ± 2.45 a | 98.22 ± 6.41 a | 94.30 ± 7.70ab |
| T4 | 86 ± 2.45 b | 111.74 ± 4.61 a | 96.10 ± 6.02 a |
Valores promedio EE de GRS = porcentaje de germinación relativa, CRR = crecimiento relativo de la radícula, IG = índice de germinación. Las medias con las mismas letras dentro de una misma columna son estadísticamente iguales. Prueba de LSD-Fisher (p ≤ 0.05).
La CRR tuvo diferencias significativas (p ≥ 0.05) entre tratamientos, presentando los tratamientos T1, T2 y T3, diluidos con AD, y el tratamiento T4, sin dilución, valores que oscilan entre 98.22 y 111.74%, los cuales superan ampliamente al tratamiento TAPA, que tuvo una CRR de 81.93% (Tabla 1). Resultados que difieren de lo reportado por Abubacker y Kirthiga (2017) quienes determinaron que la germinación de las semillas y en consecuencia el crecimiento radicular, se ve afectado cuando los efluentes textiles son utilizados como agua de riego, y se aplican sin tratamiento, mientras que cuando reciben tratamiento fisicoquímico o biológico, se observan respuestas positivas.
El IG muestra interacción de los factores, lo que puede favorecer o limitar la germinación, así como promover o inhibir el desarrollo de la radícula. Para el IG la comparación de medias detectó diferencias significativas (p ≥ 0.05) entre tratamientos. Conformando los tratamientos T1 y T4 el primer grupo estadístico con valores de 103.5 y 96.10%, mientras que el segundo grupo lo integraron los tratamientos T2 y T3, con 87.10 y 94.20%, en tanto que el tratamiento TAPA tuvo un IG del 77.02% (Tabla 1). En general y según la clasificación de la toxicidad de Emino y Warman (2004) ningún tratamiento evaluado inhibió la germinación de las semillas de M. sativa. Además de que los resultados obtenidos concuerdan con lo reportado por Ramya et al. (2017) quienes determinaron que el uso de agua residual textil tratada al 100%, fue superior a las diluciones en semillas de cacahuate (Arachys hypogaea L.). De la misma manera Rehman et al. (2009), determinaron que el tratamiento al 100% de agua residual tratada, aumentó el porcentaje de germinación en comparación con el testigo en semillas de mostaza. Lo que indica que el IG de las semillas, se inhibe al aumentar la concentración del efluente textil tratado. Al respecto Hassan et al. (2013), reportan mayor IG en tratamientos con este tipo de efluentes con respecto al control.
El menor valor de IG (77.02%) en el tratamiento TAPA, se puede deber a su elevada concentración de Pb2+ en el APA, lo cual coincide con Lyu et al. (2018) quienes reportan que la germinación de semillas y el desarrollo de raíz en lechuga son inhibidos por la alta concentración de metales pesados. En el mismo sentido, Yahagh et al. (2019) reportaron que la germinación de las semillas de alfalfa disminuye de forma significativa al aumentar la concentración de Pb2+, y consideraron que esto se puede deber a que estos iones interfieren con las enzimas de las semillas asociadas con la hidrólisis, la movilidad de proteínas y carbohidratos necesarios para el desarrollo y el metabolismo de los embriones.
Concentración de metales pesados
No se registró diferencia significativa en las concentraciones de Cd2+, por efecto de los tratamientos evaluados, en ninguno de los componentes evaluados: follaje, raíz y suelo, durante el desarrollo de la alfalfa (Tabla 2). De manera similar, Dhaouefi et al. (2018) registraron ausencia de diferencia estadística, respecto a la concentración de este metal, en muestras de suelo y follaje, durante del cultivo de rábano, al que se le aplicó agua residual textil no tratada y agua potable. Específicamente, en el caso de las partes vegetativas, las concentraciones de Cd2+ determinadas fueron inferiores a los valores reportados por Singh et al. (2009), de 5 a 50 µg mL -1, quienes establecieron que el cultivo de alfalfa se ve afectado cuando se utiliza como riego, efluentes que presenten este rango de concentración, lo que no fue detectado en el presente estudio. La reducida concentración de Cd2+ en follaje, raíz y suelo, en se puede deber al factor tiempo, ya que se ha demostrado que después de 20 años de aplicar riegos con aguas residuales este metal se tienen concentraciones bajas en el suelo (Singh et al. 2010).
Para el Ni2+, no se tuvo diferencias significativas en follaje, ni raíz (Tabla 2). Lo que puede atribuirse a la facilidad de acumulación de este metal en el suelo (Abunada y Nassar 2014) y por lo tanto en diferentes partes del cultivo (Pokhriya et al. 2017). Esta característica también depende de la capacidad radicular de absorción de elementos del cultivo (Zheng et al. 2007). Las mayores concentraciones de Ni2+ en el suelo se observaron en los tratamientos TAPA y T1, esto es un resultado inesperado aunque puede deberse a la disponibilidad de los metales e interacciones entre los diversos parámetros fisicoquímicos del mismo suelo (Bose y Bhattacharyya 2008). Los resultados indican que se puede utilizar ARTIT, con y sin diluciones, para cultivar alfalfa, ya que el Ni2+ no rebasa los límites permitidos en el suelo; y además sus concentraciones en la raíz, tuvieron concentraciones menores a la que se tuvo con el tratamiento TAPA.
Tabla 2 Concentración promedio de cadmio (Cd2+), níquel (Ni2+) y plomo (Pb2+) en follaje, raíz de alfalfa y en el suelo regada con agua residual tratada de la industria textil.
| Componente | Tratamiento | Cd2+ | Ni2+ (µg g-1) | Pb2+ |
| Follaje | TTAD | 0.02 ± 0.01a | 0.06 ± 0.03a | 0.34 ± 0.06a |
| TAPA | 0.06 ± 0.02 a | 0.12 ± 0.04a | 0.50 ± 0.05a | |
| T1 | 0.03 ± 0.01a | 0.05 ± 0.02a | 0.23 ± 0.11a | |
| T2 | 0.04 ± 0.02a | 0.11 ± 0.03a | 0.49 ± 0.09a | |
| T3 | 0.04 ± 0.01a | 0.06 ± 0.01a | 0.35 ± 0.08a | |
| T4 | 0.04 ± 0.02a | 0.13 ± 0.03a | 0.36 ± 0.08a | |
| Raíz | TTAD | 0.05 ± 0.01a | 0.08 ± 0.02b | 0.24 ± 0.10a |
| TAPA | 0.09 ± 0.01a | 0.16 ± 0.04a | 0.50 ± 0.14a | |
| T1 | 0.04 ± 0.02a | 0.05 ± 0.02b | 0.37 ± 0.10a | |
| T2 | 0.05 ± 0.01a | 0.03 ± 0.01b | 0.26 ± 0.05a | |
| T3 | 0.06 ± 0.02a | 0.07 ± 0.03b | 0.36 ± 0.06a | |
| T4 | 0.03 ± 0.02a | 0.03 ± 0.02b | 0.25 ± 0.04a | |
| Suelo | TTAD | 0.01 ± 0.01a | .06 ± 0.03b | 0 0.25 ± 0.05b |
| TAPA | 0.02 ± 0.01a | 0.13 ± 0.05ab | 0.53 ± 0.04a | |
| T1 | 0.01 ± 0.01a | 0.21 ± 0.04a | 0.24 ± 0.04b | |
| T2 | 0.02 ± 0.01a | 0.10 ± 0.02b | 0.48 ± 0.14a | |
| T3 | 0.02 ± 0.01a | 0.07 ± 0.02b | 0.21 ± 0.08b | |
| T4 | 0.03 ± 0.01a | 0.09 ± 0.02b | 0.24 ± 0.04b |
Concentraciones promedio EE. AD = Agua Destilada; ARTIT = Agua Residual Tratada de la Industria Textil; TTAD = Tratamiento Testigo con Agua Destilada; TAPA = Tratamiento con Agua de Pozo Agrícola; T1 = 1:3 (ARTIT:AD, v:v); T2 = 1:1 (ARTIT:AD, v:v); T3 = 3:1 (ARTIT:AD, v:v); y T4 = 1:0 (ARTIT:AD, v:v), Las medias con las mismas letras dentro de una misma columna para cada órgano vegetativo y suelo, son estadísticamente iguales. Prueba de LSD-Fisher (p ≤ 0.05).
Para el Pb2+ no se encontraron diferencias significativas en la acumulación del follaje y raíz (Tabla 2). Lo que puede estar relacionado con la capacidad de unión de los metales pesados con las raíces (Tóth et al. 2009), ya que los metales se bioacumulan más en esta área que en el brote (Al-Rashdi y Sulaiman 2013). También puede haberse debido a que la absorción y acumulación de metales pesados en los tejidos de las plantas depende de factores como la temperatura, humedad, materia orgánica, pH y disponibilidad de et al. (2018) quieres reportan que la acumulación de Pb2+ en el follaje y la raíz de la alfalfa fueron estadísticamente iguales, cuando se aplicaron riegos con agua residual. En el suelo la mayor concentración de Pb2+ la tuvieron los tratamientos TAPA y T2, lo que se puede deber a la mayor concentración de Pb2+ en el agua de pozo. Con respecto al ARTIT, con y sin diluciones (< 0.001 µg L -1), la concentración de Pb2+ en el suelo fue similar a la encontrada en el tallo y raíz, lo que se puede deber a que la absorción por las raíces no tuvo impacto (Lara-Viveros et al. 2015). Aunque el tatamiento T2 tuvo la mayor concentración de Pb2+ en este estudio, es posible recomendar la aplicación del ARTIT, con y sin diluciones, para riego de alfalfa, ya que los niveles de este metal fueron bajos.
El efluente textil tratado, con y sin diluciones con agua destilada, es una alternativa para el riego de alfalfa, debido a que no afecta la germinación, además de que no contribuye a la acumulación de metales pesados en las partes vegetativas del cultivo.
