Productos químicos xenobióticos

La presencia de sustancias en el suelo que no son producidas naturalmente por especies biológicas es motivo de gran preocupación para el público. Se ha descubierto que muchos de estos químicos llamados xenobióticos (del griego xenos, «extraño», y bios, «vida») son carcinógenos o pueden acumularse en el medio ambiente con efectos tóxicos en los ecosistemas (véase la tabla de los principales contaminantes del suelo). Aunque la exposición humana a estas sustancias es principalmente a través de la inhalación o el agua potable, los suelos desempeñan un papel importante porque afectan la movilidad y el impacto biológico de estas toxinas.

The abundance of xenobiotic compounds in soil has been increased dramatically by the accelerated rate of extraction of minerals and fossil fuels and by highly technological industrial processes. La mayoría de los metales se encontraron típicamente en concentraciones totales muy bajas en aguas prístinas, por esta razón, a menudo se les conoce como metales traza. El rápido aumento de las concentraciones de trazas de metales en el medio ambiente suele ir unido al desarrollo de tecnologías de explotación. Este tipo de cambio repentino expone a la biosfera a un riesgo de desestabilización, ya que los organismos que se desarrollaron en condiciones con bajas concentraciones de un metal presente no han desarrollado vías bioquímicas capaces de desintoxicar ese metal cuando está presente en altas concentraciones. La misma línea de razonamiento se aplica a los compuestos tóxicos orgánicos.

Los mecanismos subyacentes a la toxicidad de los compuestos xenobióticos no se entienden completamente, pero existe un consenso en cuanto a la importancia de los siguientes procesos para las interacciones de metales tóxicos con moléculas biológicas: (1) desplazamiento por un metal tóxico de un mineral nutritivo (por ejemplo, calcio) unido a una biomolécula, (2) complejación de un metal tóxico con una biomolécula que bloquea efectivamente la participación de la biomolécula en la bioquímica de un organismo, y (3) modificación de la conformación de una biomolécula que es crítica para su función bioquímica. Todos estos mecanismos están relacionados con la formación compleja entre un metal tóxico y una biomolécula. Sugieren que los formadores de complejos fuertes son más propensos a inducir toxicidad al interferir con la química normal de las biomoléculas.

No todos los contaminantes del suelo son compuestos xenobióticos. Los problemas de producción de cultivos en la agricultura se encuentran cuando se produce un exceso de salinidad (acumulación de sal) en suelos de climas áridos donde la velocidad de evaporación supera la velocidad de precipitación. A medida que el suelo se seca, los iones liberados por la intemperie mineral o introducidos por el agua subterránea salina tienden a acumularse en forma de carbonato, sulfato, cloruro y minerales arcillosos. Debido a que todas las sales de cloruro, sulfuro y carbonato de Na+ (sodio) y K+ (potasio) y muchas sales de Ca2+ (calcio) y Mg2+ (magnesio) son fácilmente solubles, es este conjunto de iones metálicos el que más contribuye a la salinidad del suelo. A concentraciones suficientemente altas, las sales presentan un riesgo de toxicidad de Na+, HCO3 – (bicarbonato) y Cl− (cloruro) e interfieren con la absorción de agua por las plantas del suelo. La toxicidad del B (boro) también es común debido a la acumulación de minerales que contienen boro en ambientes de suelo árido.

El uso sostenido de un recurso hídrico para regar tierras agrícolas en una región árida requiere que el agua aplicada no dañe el medio ambiente del suelo. Las aguas de riego también son soluciones salinas; dependiendo de su fuente particular y del tratamiento posterior al drenaje, las sales particulares presentes en el agua de riego pueden no ser compatibles con el conjunto de minerales presentes en los suelos. La utilización de agua y fertilizantes en los cultivos tiene el efecto de concentrar sales en el suelo; en consecuencia, sin un manejo cuidadoso, los suelos irrigados pueden convertirse en salinos o desarrollar toxicidad. Un ejemplo generalizado de peligro de toxicidad inducida por el riego es la acumulación de NO3 (nitrato) en las aguas subterráneas causada por el exceso de lixiviación de fertilizantes nitrogenados a través del suelo agrícola. Los bebés humanos que reciben agua subterránea con alto contenido de nitratos como agua potable pueden contraer metahemoglobinemia («síndrome del bebé azul») debido a la transformación de NO3 en NO2 tóxico (nitrito) en el tracto digestivo. El costoso tratamiento de las aguas subterráneas es actualmente el único remedio posible cuando surge este problema.