Introducción

Los metales pesados son una fuente de contaminación que ha sido reportada en diversos estudios realizados en México (^{Flores et al., 2012}; ^{Valdez, Hinojosa, Alfaro, Elizondo y Acuña, 2011}; ^{Franco, Vásquez, Patiño y Dendooven, 2010}). En el Estado de México las localidades cercanas al río Lerma, destacan por su desarrollo industrial, mismo que conlleva a la contaminación de aguas y suelos afectando las producciones ganaderas de la zona.

La calidad de un suelo se determina según sea su capacidad para desarrollar una serie de actividades, siendo afectada de forma negativa cuando ocurre la contaminación de este. Serios problemas de toxicidad (^{Alloway, 2013}) han sido identificados como consecuencia de contaminación de los suelos y aguas, producto a la acumulación de metales pesados (^{Volke, Velasco y de la Rosa, 2005}), lo cual repercute en las producciones de plantas y animales (^{Rodríguez, Rodríguez, Lira, Martínez y Lara, 2006}; ^{Rodríguez, López y Grau, 2009}).

El Plomo (Pb) se encuentra en la lista de los principales metales pesados contaminantes, que se origina en producto de fundiciones, procesamiento de metales, baterías recicladas, gasolinas, minería y contaminación atmosférica (^{Volke et al., 2005}). Las partículas de este mineral pueden llegar al agua y suelos, adhiriéndose y permaneciendo en la capa superficial. El tiempo de vida media para el Pb es de 740 a 5900 años, con niveles que dependen del tipo de suelo, la topografía, las características fisicoquímicas de las superficies y el clima (^{Dantu, 2009}). Existen compuestos del Pb que pueden ser transformados a otras especies química; sin embargo, el Pb elemental no se degrada (^{ATSDR, 2007}).

Los elementos con una densidad mayor a 4 g cm^-3 y peso atómico superior a 20 son considerados metales pesados (^{Londoño, Londoño y Muñoz, 2016}). Las afectaciones que el Pb puede originar en las producciones se relacionan con mortandad del ganado y desequilibrio de los agroecosistemas. Las vías de absorción del Pb incluyen la ingestión, inhalación o el contacto dérmico, siendo el tiempo de exposición y la concentración de Pb en sangre, indicadores que influyen en el proceso de intoxicación de los tejidos (^{Schnaas, 1998}).

Diversos autores han documentado la contaminación de suelos agrícolas (^{Covarrubias y Peña, 2017}; ^{Guzmán, Cruz y Valdés, 2019}), agua (^{Prieto, González, Román y Prieto, 2009}; ^{Mancilla-Villa et al., 2012}) y plantas (^{Ismail, Farihah y Khairiah, 2005}; ^{Nuñez et al., 2007}; ^{Valentim et al., 2016}) con este metal pesado. La concentración de Pb en suelos destinados a la producción agrícola tiene una implicación directa en la contaminación de las plantas, debido a que los metales pesados pueden llegar a capas inferiores del suelo, mezclándose con las aguas subterráneas, siendo absorbidos por las raíces de las plantas (^{Fincheira, Martínez, Ortega, Janssens y Parada, 2018}).

El aumento de la contaminación y su repercusión en las diferentes regiones geográficas, actualmente demandan del desarrollo de nuevas estrategias que brinden soluciones en cortos periodos de tiempo. En la actualidad se considera muy importante el monitoreo de las concentraciones de los metales pesados, como contaminantes de las zonas dedicadas a la actividad agropecuaria, por lo que el presente trabajo se enfocó en la determinación de los niveles de Pb en agua, suelo y pasto de localidades de las cuencas del río Lerma, del Estado de México.

Materiales y Métodos

Resultados y Discusión

Los niveles promedio de Pb en agua, suelos y pastos, concentración promedio general y desviación estándar se presentan en el (Cuadro 1).

Los niveles promedio más elevados de Pb en agua se observaron para El Cerrillo Vistahermosa, seguido de Lerma y San Pedro Tultepec. Por otra parte, los más bajos se presentaron en las localidades de San José del Llano y Santa María Atarasquillo, observándose diferencias estadísticas significativas entre las localidades (P < 0.05) (Cuadro 2).

Los resultados detectados sobrepasan el máximo permitido para actividades de riego, agricultura, agua potable, uso industrial y recreativo, según lo establecido por la Norma Oficial Mexicana ^{NOM-001-ECOL-1996 (1997)}. En esta se plantea que los valores de Pb en aguas de ríos empleadas para el riego deben estar por debajo de 0.5 mg L^-1, en aguas naturales deben ser menores de 0.0015 mg L^-1 (^{EPA, 1986}), como fuente de abastecimiento de agua potable valores de 0.05 mg L^-1 (^{SEDUE, 1989}) y para uso recreativo e industrial valores de 0.1 mg L^-1. Mientras que los valores obtenidos son acordes para el riego agrícola según lo planteado por la ^{SEDUE, 1989}, que establece como aceptables valores por debajo de 5 mg L^-1 (^{Mancilla-Villa et al., 2012}).

La relación de porcentajes de distribución entre los niveles de Pb en agua y las localidades bajo estudio se muestran en el Cuadro 3, destacándose un 54.54% en el rango de concentración C.M.D. (Cantidad Mínima Detectable) a 1.0 mg L^-1; en el rango de 1.1 a 2.1 mg L^-1, 34.84% y el restante 10.60% se presentó en mayores de 2.1 mg L^-1. La relación observada en porcentajes de distribución de Pb en suelo fue de 8.91% en el rango de concentración C.M.D. a 10 mg kg^-1; 40.59% en el rango de 10.1 a 20 mg kg^-1 y en el rango mayor a 20.1 mg kg^-1 con 50.49%. Los resultados de relación de porcentajes de distribución entre los niveles de Pb en pasto y las localidades, fueron para el rango de concentración de C.M.D. a 10 mg kg^-1 fue de 50.0% para el rango de 10.1 a 20.1 mg kg^-1 se observó un 28.88% y en el rango mayor de 20.1 mg kg^-1 21.11 por ciento.

El agua analizada provino de áreas de depósitos naturales y de aguas de la zona industrial; aguas superficiales y residuales, encontrándose niveles de 1.5 mg L^-1 en El Cerrillo Vistahermosa y 1.04 mg L^-1 en Lerma. Estos valores están por encima de los encontrados por (Rozenblad, 1994¹) al realizar la evaluación del contenido de Pb en áreas pecuarias consideradas de alto riesgo (río Lerma) y bajo riesgo (Facultad de Medicina Veterinaria y Zootecnia, Toluca) del Estado de México; evidencio niveles promedios de 0.25 mg L^-1.

Teniendo en cuanta que la distancia geográfica entre las regiones es de aproximadamente 60 km, los resultados indican que hay una deposición significativa de Pb en el área de emisión, la laguna del Valle de Lerma, donde la acumulación de agua permite que se lleve a cabo una mayor contaminación con Pb a nivel local. En otros trabajos también se ha identificado que los metales pesados se acumulan en mayor cuantía en los afluentes más cercanos a la zona industrial, donde la deposición de contaminantes es significativamente superior (^{Gómez, Villalba, Acosta, Castañeda y Kamp, 2004}; ^{Mancilla-Villa et al., 2012}). Los niveles de Pb detectados en un estudio realizado en Xochimilco (^{Moreno, Zugazagoitia, Sánchez, Córdoba y Melo, 2012}) presentaron valores superiores a los máximos permisibles para su empleo como agua potable (0.025 mg L^-1) según la Norma Mexicana (^{NOM-127-SSA1-1994, 1994}), aunque considerados dentro lo aceptado para aguas residuales (0.5-1.0 mg L^-1) (NOM-001ECOL, 1996, 1997).

Los valores de Pb en suelo más elevados fueron observados en las localidades de San Pedro Tultepec y El Cerrillo Vistahermosa, mientras que las concentraciones menores se presentaron en Lerma, San José del Llano y Santa María Atarasquillo, con diferencias estadísticas entre las localidades evaluadas (P < 0.05) Cuadro 2. Las concentraciones de Pb en suelo determinados como permisibles por la Organización Panamericana de la Salud (OPS), se encuentran en un rango entre 5 a 25 mg kg^-1, siendo los valores detectados en los estudios aceptables.

En un trabajo realizado en el Valle de Mezquital, México, se estableció que la concentración máxima permisible para Pb se encuentra de 3.7 mg kg ^-1 (^{Vázquez et al., 2005}); quedando los valores obtenidos en El Cerrillo Vista hermosa y San Pedro Toltepec por encima de lo establecido. Existe una gran variedad de factores que determinan la presencia de Pb en suelo, dentro de los más importantes están el pH, la cantidad de materia orgánica, el tipo de suelo, la interacción de los metales entre sí y las reacciones químicas de los elementos minerales.

En términos generales, la presencia de Pb en suelo y un pH ácido permiten una mayor movilidad y biodisponibilidad para las plantas, por lo que a través de estos procesos se promueve un intercambio catiónico con otros minerales, formando así compuestos con mayor solubilidad; asimismo, el pH ácido relacionado con la alta humedad del suelo permite una mayor biodisponibilidad (^{Covarrubias y Peña, 2017}).

Entre los sitios más afectados por la contaminación con metales pesados en México, se incluyen los Estados de Zacatecas, Querétaro, Hidalgo y San Luis Potosí (^{Costilla et al., 2010}; ^{González, Gómez y Ruiz, 2012}; ^{Mireles et al., 2012}; ^{Cortés-Jiménez et al., 2013}). En los municipios de San Nicolás de los Garza, Ciénega de Flores, Monterrey, García, Pesquería, y General Escobedo, pertenecientes al Estado de Nuevo León, los valores de Pb total y lixiviable, en suelos cercanos a zonas industriales y empresariales, oscilaron entre 42.38 mg kg^-1 y 21 101.64 mg kg^-1 para Pb total, y entre, 0.02 mg L^-1 y 3.34 mg L^-1 para Pb lixiviable (Almaguer, 2012²).

Con respecto a los valores de Pb detectados en pasto, los más elevados se identificaron en Lerma (38.2 ± 6.9 mg kg^-1) observándose diferencias estadísticas significativas respecto al resto de las localidades (P < 0.05) (Cuadro 2). El pasto constituye un elemento importante de relación entre el medio ambiente y el animal, por lo que el impacto ocurrido en él constituye un factor más de exposición para los animales. Los niveles normales de Pb recomendados en plantas son de 2 - 5 mg kg^-1 y el nivel fitotóxico aún no ha sido determinado (^{Covarrubias y Peña, 2017}).

Los niveles de Pb en pasto fueron de 0.25 mg kg^-1 y 0.5 mg kg^-1 determinados por Rozenblad (1994¹) en forrajes de dos explotaciones bovinas productoras de leche; una de bajo riesgo y otra de alto riesgo, respectivamente; cifras que difieren a las obtenidas en nuestro estudio.

En el presente estudio se obtuvo un promedio general de 17.026 mg kg^-1 de plomo en pasto, la concentración promedio más baja fue de 7.49 mg kg^-1 en la localidad de Atarasquillo y la más alta se encontró en Lerma con un promedio de 28.27 mg kg^-1. Por otra parte, el trabajo de Rozenblad (1994¹) realizado en áreas agrícolas, los valores más elevados fueron los observados en pastos provenientes de áreas irrigadas con aguas del río Lerma, en comparación con los de zonas irrigadas con pozo profundo. En las áreas de muestreo, se detectaron diferencias estadísticas significativas (P < 0.05), con niveles promedio de Pb hasta de 38.27 mg kg^-1; reflejando un grado de exposición importante en el área.

Experimentalmente, se ha observado que los forrajes obtenidos en viveros, en comparación con los que crecen a niveles de campo, usando el mismo tipo de suelo, muestran mayor capacidad de absorción de Pb; lo anterior ha sido explicado en función de la variedad de aspectos que participan en el crecimiento de la planta como son: la humedad, el pH, el tamaño y la cantidad de raíces; siendo mínima la variación en condiciones controladas. En la parte interna de la planta se ha encontrado que el Pb tiene poca movilidad, variando su distribución con relación a la capa, etapa vegetativa y órgano; las concentraciones más altas se encuentran en la raíz y tallo (^{Munive et al., 2020}; ^{Soto-Benavente et al., 2020}).

La correlación entre los niveles de Pb en agua y suelo fue de r = 0.32, entre suelo y pasto de r = 0.47 y en agua y pasto de r = 0.07 (P < 0.05). Los estudios de Pb en agua, suelo y pasto en las diferentes áreas de estudio mostraron una baja concentración; sin embargo, se observó un mayor nivel de Pb en las muestras provenientes de las localidades con mayor densidad industrial, como es el caso de Lerma, El Cerrillo Vistahermosa y San Pedro Tultepec. La acumulación de este contaminante en el agua en estas localidades es mayor, en comparación con las localidades de San José del Llano y Santa María Atarasquillo, que tienen menor densidad de industrias y menor número de fuentes de eliminación y acumulo de aguas residuales provenientes del área industrial y de precipitación pluvial.

Conclusiones

El nivel promedio de Plomo en agua se encuentra en el rango de concentración establecido como permisible para aguas de uso agrícola; sin embargo, los niveles medioambientales son elevados, reflejando una bioacumulación importante en el suelo y por ende en el pasto, representando un riesgo potencial para la salud animal y la salud humana. Las localidades de Lerma presentan diferencias notables en la concentración de los niveles de este elemento, observándose concentraciones más altas en áreas de mayor permanencia de agua, El Cerrillo Vistahermosa y San Pedro Tultepec. Los niveles de Pb obtenidos en agua, suelo y pasto, se encuentran por arriba del rango máximo permisible en más del 50% de las muestras; reflejando una importante eliminación de elementos al ambiente.

Declaración de Ética

En la presente investigación no se emplearon muestras de humanos o animales; tampoco con datos personales.

Consentimiento para Publicación

No aplicable.

Disponibilidad de Datos

Los datos están disponibles previa solicitud razonable.

Conflicto de Intereses

Los autores expresan que no hay ningún conflicto de interés.

Fondos

El presente proyecto fue financiado parcialmente por la Universidad Autónoma del Estado de México a través de la Facultad de Medicina Veterinaria y Zootecnia y el Centro de Investigación y Estudios Avanzados en Salud Animal.

Contribución de los Autores

Líder del proyecto, participó en la planeación del proyecto, el análisis de los resultados y la integración del artículo: R.M.J. Participó en el análisis de los resultados y en la integración del artículo: J.E.P.R. Participó en la generación de los resultados y en la integración del artículo: M.C.R.D.