Transferencia de elementos potencialmente tóxicos desde los suelos a las plantas en una zona minera abandonada de Pb–Zn (mina de San Quintín, España centro-meridional)
Fuente: https://doi.org/10.1016/j.apgeochem.2025.106637
Abstract
Background and aims
Abandoned mining areas represent critical environmental pollution hotspots due to the persistence of waste materials enriched in potentially toxic elements (PTEs). This study evaluates the transfer of PTEs from contaminated soils to six plant species in the vicinity of the San Quintín Pb–Zn mine (Ciudad Real, Spain), a site impacted by over a century of mining activity.
Methods
The studied species include the tree Quercus ilex, the shrubs Retama sphaerocarpa and Scrophularia canina, and the annual herbaceous species Spergularia rubra, Rumex bucephalophorus, and Hirschfeldia incana. Soil and plant tissue samples were analysed using X-ray fluorescence and atomic absorption spectrometry to determine concentrations of Zn, Pb, Hg, Cu, and other PTEs.
Results
Results revealed a high heterogeneity in the bioaccumulation of elements such as Zn, Pb, Hg, and Cu among the studied species, with Spergularia rubra and Rumex bucephalophorus emerging as effective bioindicators of soil contamination. The presence of acid mine drainage (AMD) significantly reduced soil pH (average ≈ 5.7), enhancing PTE solubility (e.g., Zn2+ release) and facilitating their uptake by plants (Bravo et al., 2017). Specific correlations between soil and plant concentrations were identified, and atmospheric uptake was found to significantly influence Hg accumulation in plant tissues.
Conclusions
This study revealed high PTE contamination and spatial heterogeneity in the San Quintín mining area, with concentration ranges (mg kg−1) of 13–806 for Sb, 70–57,270 for Pb, 68–48,460 for Zn, 18–1680 for Cu, and 3–1920 for Hg, as the most significant elements. Species such as Spergularia rubra and Rumex bucephalophorus exhibited strong metal accumulation, with average concentrations (mg kg−1) of 1460 and 552 for Pb, 1232 and 927 for Zn, 36 and 22 for Cu, and 28 and 9 for Hg, respectively, and the average Pb BAC for S. rubra of 0.15, significantly higher than that of other species. These results indicate the potential of these two species for bioindication and phytoremediation. Furthermore, Hg accumulation in S. rubra follows a logarithmic trend (R2 = 0.98), confirming that atmospheric uptake by leaves supposes an important contribution to bioaccumulation of the element in plants. These results indicate the potential of both species for bioindication and phytoremediation. Mercury uptake was influenced not only by the edaphic compartment but also by atmospheric deposition and plant foliar traits. Overall, these findings provide a better understanding of PTE dynamics within the soil–plant system and support phytoremediation strategies in degraded mining environments.
Resumen
Antecedentes y objetivos
Las zonas mineras abandonadas constituyen focos críticos de contaminación ambiental debido a la persistencia de residuos enriquecidos en elementos potencialmente tóxicos (PTEs). Este estudio evalúa la transferencia de PTEs desde suelos contaminados a seis especies vegetales en las inmediaciones de la mina de Pb–Zn de San Quintín (Ciudad Real, España), un enclave afectado por más de un siglo de actividad minera.
Métodos
Las especies estudiadas incluyen el árbol Quercus ilex, los arbustos Retama sphaerocarpa y Scrophularia canina, y las especies herbáceas anuales Spergularia rubra, Rumex bucephalophorus y Hirschfeldia incana. Se analizaron muestras de suelo y de tejidos vegetales mediante fluorescencia de rayos X y espectrometría de absorción atómica para determinar las concentraciones de Zn, Pb, Hg, Cu y otros PTEs.
Resultados
Los resultados mostraron una elevada heterogeneidad en la bioacumulación de elementos como Zn, Pb, Hg y Cu entre las especies estudiadas, destacando Spergularia rubra y Rumex bucephalophorus como bioindicadores eficaces de la contaminación del suelo. La presencia de drenaje ácido de mina (AMD) redujo significativamente el pH del suelo (media ≈ 5,7), aumentando la solubilidad de los PTEs (por ejemplo, liberación de Zn²⁺) y facilitando su absorción por las plantas (Bravo et al., 2017). Se identificaron correlaciones específicas entre las concentraciones en suelo y planta, y se comprobó que la captación atmosférica influye de manera significativa en la acumulación de Hg en los tejidos vegetales.
Conclusiones
Este estudio reveló una elevada contaminación por PTEs y una marcada heterogeneidad espacial en el área minera de San Quintín, con intervalos de concentración (mg kg⁻¹) de 13–806 para Sb, 70–57.270 para Pb, 68–48.460 para Zn, 18–1.680 para Cu y 3–1.920 para Hg como elementos más relevantes. Especies como Spergularia rubra y Rumex bucephalophorus presentaron fuerte acumulación metálica, con concentraciones medias (mg kg⁻¹) de 1.460 y 552 para Pb; 1.232 y 927 para Zn; 36 y 22 para Cu; y 28 y 9 para Hg, respectivamente. El BAC medio de Pb en S. rubra fue de 0,15, notablemente superior al del resto de las especies. Estos resultados indican el potencial de ambas especies para la bioindicación y la fitorremediación. Además, la acumulación de Hg en S. rubra sigue una tendencia logarítmica (R² = 0,98), lo que confirma que la captación atmosférica a través de las hojas supone una contribución importante a la bioacumulación del elemento. La absorción de Hg estuvo influida tanto por el compartimento edáfico como por la deposición atmosférica y las características foliares de las plantas. En conjunto, estos hallazgos mejoran la comprensión de la dinámica de los PTEs en el sistema suelo–planta y respaldan el desarrollo de estrategias de fitorremediación en entornos mineros degradados.