Estudio de la acumulación y especiación de arsénico en cultivos de maíz y su riesgo potencial para la salud humana

Abstract

[spa] Con el objetivo de evaluar la transferencia de arsénico (As) del campo agrícola hacia la planta de maíz y el ser humano, en este trabajo fueron estudiados: 1) los parámetros fisicoquímicos del suelo sobre la acumulación y translocación de As en el cultivo, 2) la distribución de las especies de As en el agua, suelo y planta, 3) la fitodisponibilidad de As en el suelo agrícola, y 4) la bioaccesibilidad de As en el grano para el ser humano. Para tal propósito, se caracterizaron fisicoquímicamente el agua, el suelo y el cultivo de maíz de tres zonas agrícolas de San Luis Potosí (denominadas A, B y C) y se determinó el contenido de As mediante espectrometría de fluorescencia atómica acoplado a un sistema de generación de hidruros (HG-AFS). Los datos experimentales fueron analizados mediante análisis de conglomerados (cluster) y de componentes principales. La implementación de la metodología de extracción de especies de As en las partes del cultivo de maíz fue evaluada mediante estudios de recuperación. Las metodologías desarrolladas para la determinación de As biodisponible en el suelo agrícola y de As bioaccesible en el grano fueron automatizadas mediante el sistema de análisis por inyección en flujo multijeringa utilizando HG-AFS como detector y optimizadas mediante un diseño Doehlert. En general, la concentración de As total en el cultivo de maíz fue en el orden: raíz >> tallo y hoja > grano. El As(V) fue la forma predominante en los lixiviados de suelo y presentó una correlación estadísticamente significativa (p > 0.05) con el As total en raíz, tallo y hoja de maíz. El pH del suelo presentó una correlación negativa con el As acumulado en el cultivo de maíz. Parámetros como el Fe y Mn en los suelos agrícolas están fuertemente correlacionados con la translocación de As al tallo. Un método automatizado para la extracción secuencial de As en flujo fue desarrollado para evaluar el As extraíble y potencialmente disponible para los cultivos. El As potencialmente disponible fue >50% para todos los suelos analizados. El contenido de As extraíble asociado a las fracciones más lábiles fue mayor en la zona A que en la zona B, indicando que el As presente en el suelo agrícola de la zona A puede ser más disponible para el cultivo de maíz. Un procedimiento de extracción para la determinación de las especies del As en el cultivo de maíz fue implementado. El contenido de As(III), la especie más tóxica, varió de 33 a 65% dependiendo de la parte de la planta. En general, las especies inorgánicas de As fueron las formas predominantes encontradas en la parte comestible para el ganado, lo cual sugiere un riesgo de envenenamiento importante. Asimismo, un nuevo método de determinación de As bioaccesible a niveles traza en grano de maíz basado en la preconcentración mediante extracción en punto nube fue desarrollado presentando un límite de detección bajo (0.96 µg kg-1 y 1.36 µg kg-1 para arroz y maíz, respectivamente) y un amplio rango lineal de trabajo (0.41-20 y 0.55-20 µg L-1 para arroz y maíz, respectivamente). La fracción de As bioaccesible en el grano de maíz de la zona A fue 72-82%, indicando que una alta proporción de As puede acceder al torrente sanguíneo y representar un riesgo para la salud humana. La atención cuidadosa a los parámetros que afectan la transferencia de As a través de la cadena alimenticia puede derivar en programas de prevención para la reducción de la exposición humana al As por consumo de maíz.

[eng] In order to evaluate the transfer of arsenic (As) from the agricultural soil to plant corn and humans, in this work were studied: 1) the physicochemical soil parameters on the accumulation and translocation of As in corn crop 2) the distribution of As species in water, soil and plant system, 3) the As bioavailability in agricultural fields, and 4) the bioaccessibility of As in corn grain. The irrigation water, soil and corn crops of three agricultural zones of San Luis Potosi, Mexico (tagged as A, B and C) were physicochemically characterized and the total As content was determined by atomic fluorescence spectrometry coupled hydride generation (HG-AFS). The experimental data were analyzed by Cluster Analysis and Principal Component Analysis. The implementation of extraction methodology for As species in corn plant parts was evaluated by recovery studies. The methodologies for the determination of bioavailable As in soil and bioavailable As in corn grain were automated by the Multi-Syringe Flow Injection Analysis coupled to HG-AFS detector. The results indicated that the total As concentration in corn crop was in the order: root >> stem and leaf> grain. As(V) was the predominant form in soil and leachate soils and those parameters showed statistical significance correlation (p < 0.05) with the total As in root, stem and leaf of corn. Soil pH was negatively correlated with the accumulated As in maize. The iron and manganese concentration in agricultural soils were strongly correlated with As translocation the stem. The potentially available As was > 50% for all analyzed soils. The content of As(III), the more toxic As species, was from 33 to 65% depending on the plant part. In general, the inorganic As species were the predominant As form found in the edible part for livestock, which suggests a significant risk of poisoning. The bioaccessible As content in corn grain of Zone A was 72-82% indicating a high As proportion can access the bloodstream. Careful attention should be paid to the parameters that affect the As transfer through the food chain can lead methodologies to reduce the human exposure to As for corn consumption.