Copper mining drives economic growth, with the global demand expected to reach 120 million metric tons annually by 2050. However, mining produces tailings containing heavy metals (HMs), which poses environmental risks. This study investigated the efficacy of phytoremediation (Phy) combined with electrokinetic treatment (EKT) to increase metal uptake in Carpobrotus aequilaterus grown in tailings from the Metropolitan Region of Chile. The plants were exposed to varying voltages and treatment durations. In the control (no EKT), the root metal contents were Fe (1008.41 mg/kg) > Cu (176.38 mg/kg) > Mn (103.73 mg/kg) > Zn (30.26 mg/kg), whereas in the shoots, the order was Mn (48.69 mg/kg) > Cu (21.14 mg/kg) > Zn (17.67 mg/kg) > Fe (27.32 mg/kg). The optimal EKT (15 V for 8 h) significantly increased metal uptake, with roots accumulating Fe (5997.24 mg kg-1) > Mn (672 mg kg-1) > Cu (547.68 mg kg-1) > Zn (90.99 mg kg-1), whereas shoots contained Fe (1717.95 mg kg-1) > Mn (930 mg kg-1) > Cu (219.47 mg kg-1) > Zn (58.48 mg kg-1). Although EKT enhanced plant growth and biomass, higher voltages stressed the plants. Longer treatments were more effective, suggesting that EK-Phy is a promising method for remediating metal-contaminated tailings.

Central Chile’s lowland valleys constitute a major fruit-producing region, but they face soil copper (Cu) contamination originating from Cu mining in the nearby Andes Mountains as well as the historical and ongoing use of Cu-based pesticides. This study investigated the potential toxicity of Cu to plants (phytotoxicity) in a representative fruit-growing valley. To assess this risk, soil samples were collected from 12 agricultural sites with documented Cu contamination and one uncontaminated site to serve as a baseline. A short-term bioassay was conducted using perennial ryegrass (Lolium perenne) to evaluate the effects of Cu on plant growth. The results demonstrated that elevated Cu levels significantly reduced both the shoot length and dry mass of the ryegrass plants. However, other soil properties, such as the presence of soluble zinc, organic matter, available nitrogen, and clay content, could mitigate these negative effects. Interestingly, the estimated concentration of Cu causing a 50% reduction in plant growth (EC50) was greater than the values reported in previous studies. This may be because Cu binds to soil organic matter (SOM), which reduces its bioavailability and immediate toxicity to plants. While this binding to SOM can initially reduce the negative effects of Cu, the eventual breakdown of SOM over time may release Cu back into the soil, posing long-term risks to both crops and the wider soil ecosystem. To fully understand these potential long-term impacts, further research is needed and should include studies with other soil organisms, such as earthworms and microorganisms, to gain a more comprehensive understanding of the ecological consequences of Cu contamination in these vital agricultural systems.

Articulo de co-autoría principal como parte de mi colaboración como Co-I del proyecto Fondecyt Regular 1201375

Los microplásticos son partículas de plástico con un tamaño entre 0.1 μm y 5 mm, los cuales han recibido una amplia atención debido a sus posibles efectos sobre los organismos vivos, la contaminación de los ecosistemas, la baja tasa de reciclaje, su fácil transporte y su interacción con contaminantes orgánicos e inorgánicos. Los microplásticos son considerados contaminantes emergentes, pues, sus efectos sobre los organismos aún no han sido totalmente descritos. Sin embargo, se ha demostrado que los diversos aditivos que poseen los plásticos (por ejemplo, bisfenoles, ftalatos, irganox) afectan negativamente a diversos organismos, con potenciales efectos adversos para la salud humana. Por otra parte, a medida que los microplásticos sufren el proceso de envejecimiento o degradación por efecto de las condiciones ambientales, estos poseen una mayor área superficial y reactividad, lo que promueve su interacción con otros contaminantes inorgánicos (por ejemplo, metales pesados) y orgánicos (por ejemplo, hidrocarburos policíclicos aromáticos). Por lo tanto, los microplásticos poseen diversos riesgos para los organismos que no se conocen a profundidad, lo que requiere un mayor esfuerzo investigativo a nivel mundial.

Si bien la problemática de la contaminación por microplásticos es de conocimiento público, su estudio se ha enfocado en los ecosistemas marinos, específicamente en el agua, arena de playa en la línea costera y diversos organismos, con poco esfuerzo de muestreo en otras matrices ambientales como los suelos, aguas continentales y la atmósfera. Esta última es de gran importancia ya que, debido al bajo tamaño y densidad del microplástico, este puede ser resuspendido en la columna de aire, siendo fácilmente transportado desde el suelo a la atmósfera y siendo expuestos a los organismos vivos. Es por esto que el material particulado proveniente de eventos de deposición húmeda y seca es considerado como un gran aporte de microplásticos en sistemas terrestres y acuáticos, lo que es de gran relevancia cuando se considera la interacción del microplástico con elementos potencialmente tóxicos como metales u otras moléculas orgánicas. Por lo tanto, la literatura reciente en el área de los microplásticos muestra un incremento en las investigaciones del microplástico atmosférico, pues, es este el que finalmente es inhalado directamente por los seres vivos.

En Chile, a pesar de ser el país en América Latina que más genera plásticos de un solo uso, y que además posee comunas ubicadas entre las 10 ciudades más contaminadas de dicha región, los estudios sobre microplásticos son escasos. Cabe destacar que esta categorización está asociada a la calidad del aire, por lo que la presencia del material particulado es un problema significativo. En este contexto, no existen estudios publicados a nivel nacional que evalúen el microplástico atmosférico, por lo que tampoco existe evidencia sobre la interacción entre dicho plástico y otros contaminantes. Esto aplica para la Región de O’Higgins, la cual, al ser una región minera y agrícola, es esperable que presente microplásticos en el material particulado, con la posible interacción con elementos potencialmente tóxicos, especialmente en los asentamientos con mayor densidad poblacional y desarrollo. Por lo tanto, la presente propuesta busca evaluar la ocurrencia y características de microplásticos presentes en el material particulado en una zona urbana y periurbana de la Región de O’Higgins, considerando su interacción con elementos potencialmente tóxicos, la estacionalidad y los eventos de deposición húmeda y seca. Para esto se integrarán disciplinas cómo el estudio de la meteorología, la química analítica y la contaminación ambiental. Se colectará y analizará el material particulado de forma mensual cada dos meses durante un año, esto para detectar, cuantificar e identificar los microplásticos presentes debido a eventos de deposición húmeda y seca. Se instalarán colectores pasivos de material particulado en las inmediaciones de la Universidad de O’Higgins (Campus Rancagua, Campus Colchagua, Estación Experimental Choapinos, Chapetón). Las partículas de microplásticos serán analizadas mediante espectroscopia FT-IR/ATR y/o con detector FPA. Posterior a la identificación de los tipos de polímeros, las partículas se analizarán con el microscopio de barrido para evaluar la presencia de metales en la superficie del microplástico. Además, se realizará una extracción con solventes para el análisis de hidrocarburos policíclicos aromáticos y bisfenoles policlorados presentes en el microplástico mediante un GC-MS. Finalmente, se realizarán diversos modelos para detectar los mejores predictores meteorológicos y poblacionales para predecir la deposición del microplástico en el material particulado por efecto de la deposición húmeda y seca. Se espera someter un artículo científico con los resultados de este proyecto para el último año de ejecución, y además se busca que este proyecto fortalezca el estudio de los microplásticos en la Universidad de O’Higgins, siendo soporte significativo para futuras postulaciones en equipamiento especializado e investigaciones de gran novedad internacional. Por último, este proyecto sentará las bases para una futura investigación que evalúe de forma directa e indirecta los efectos del microplástico en la salud humana de las comunidades de la Región de O’Higgins.

Proyecto de colaboración internacional entre España, Chile, Argentina y Ecuador. El proyecto aborda la recuperación de suelos degradados a través del uso de enmiendas orgánicas.

We propose a three-stage study to explore the roles of BCRNF on NUE, wheat productivity, and nutritional grain quality. In Stage 1, we will assay the effect of BCRNFs on N-dynamics and chemical soil properties through soil incubations performed under controlled conditions for 90 days. We will measure N-losses periodically through volatilization of NH3 and NO2. Additionally, we will quantify potentially mineralizable nitrogen (PMN), changes in the C:N ratio, and changes in pH and soil nutrient content during nine sampling dates. In Stage 2, two independent experiments will be conducted to evaluate the interaction among BCRNFs with soil and its effect on the morphological, physiological, and biochemical plant adaptive strategies related to NUE. In Experiment 1, wheat will be harvested at the pre-anthesis growth stage, and plant growth parameters and N concentration in tissues will be used to determine N uptake efficiency (NUPE). Additionally, it will measure plant adaptative strategies related to N-uptake, such as root architecture, exudation of organic acids by roots, and changes in enzymatic and microbial activities in the soil. In Experiment 2, wheat plants will be harvested at the maturity stage to evaluate the relationship between grain yield and N concentration to determine N utilization efficiency (NUTE). Plant adaptive strategies related to NUTE will also be assessed, including N-translocation and remobilization, CO2 assimilation rate (A), stomal conductance (gs), photosynthesis per unit of N, PNUE. In addition, the leaf response to the fluorescence and stay green trait will also be performed. The amount of nitrogen in grain derived from the fertilizer (Ndff) will be calculated using the δ15N values obtained from grains. In Stage 3, the effect of BCRNFs on wheat productivity and nutritional quality will be evaluated in field conditions. The trials will be conducted over two agricultural seasons, and the impact of BCRNFs on soil and plant samples will be assessed at three different stages: anthesis, soft dough grain, and hard dough grain. During these stages, the chemical properties of the soil, as well as microbial and enzymatic activities, will be evaluated. Photosynthetic parameters such as A, gs, Ci, E, Fo, Fm, and QY will be quantified. The plant height, harvest index, and yield components will be assessed at the end of each growing season. Grain quality indicators like protein content, gluten levels, and sedimentation rate will also be measured. Finally, the amount of nitrogen in grain derived from the fertilizer (Ndff) will be calculated using the δ15N values obtained from grains. This proposal focused on understanding the interconnections among soil, N-fertilizer, and plant physiology, using wheat as a model crop. The primary aim is to boost N management strategies in agriculture, ensuring a balance between productivity and sustainability. The initiative seeks to create a technological solution to enhance NUE, reduce environmental impact, and ensure global food security.