Sains Malaysiana 44(3)(2015): 337–346

Vibrio fischeri Bioassay for Determination of Toxicity in Petroleum Contaminated Soils from Tropical Southeast Mexico

(Bioasai Vibrio fischeri untuk Menentukan Ketoksikan dalam Tanah Terlumus Petroleum dari Tenggara Tropika Mexico)

RANDY H. ADAMS¹*, VERÓNICA I. DOMÍNGUEZ-RODRÍGUEZ¹ & JOEL ZAVALA-CRUZ²

¹División Académica de Ciencias Biológicas, Universidad Juárez Autónoma de Tabasco

Km 0.5 Carr. Villahermosa-Cárdenas, Tabasco, Mexico

²Colegio de Postgraduados, Campus Tabasco, Km 3 Carr. Cárdenas – Huimanguillo, Tabasco

Mexico

Diserahkan: 7 Disember 2013/Diterima: 22 September 2014

ABSTRACT

Using the Microtox bioassay toxicity was determined in 16 areas located in eight sites: In contaminated areas, in areas with natural recovery, after bioremediation and phytoremediation projects and in control areas (uncontaminated). These areas correspond to the following ecosystems: mangrove, fresh water swamp (Pachira aquatica), marsh and pasture (in the coastal plain and Pliocene-Pleistocene terraces). A significant toxicity was detected in uncontaminated organic soils (22.2-49.1 toxicity units (TU)) which were comparable to levels found in hydrocarbon contaminated areas (22.3- 42.0 TU). Generally, the toxicity in organic soils was much higher than that found in mineral soils (which was from below quantification levels to 9.3 TU). In an area restored by phytoremediation, the simple method used by Petróleos Mexicanos achieved recovery and superficial detoxification in the treated plot, exhibiting a toxicity reduction of 2.4 times with respect to untreated soil and a toxicity even slightly lower than the uncontaminated control in the same ecosystem (22.2 TU). Likewise, a bioremediation project in pasture resulted in a toxicity reduction down to levels comparable to uncontaminated soil (from below quantification levels to 7.9 TU). A tendency to decrease toxicity in organic soils during the rainy season was observed, toxicity drop in 80% of the areas sampled. Based on these findings, recommendations are presented for use of this test method in regional diagnostic studies.

Keywords: Bioremediation; contamination; ecotoxicology; oil

ABSTRAK

Penggunaan ketoksikan bioasai Microtox telah ditentukan di 16 kawasan yang terletak di lapan tapak: Dalam kawasan terlumus, di kawasan dengan pemulihan semula jadi, selepas projek bio pemulihan dan fito pemulihan serta kawasan kawalan (tidak terlumus). Kawasan-kawasan ini sesuai dengan ekosistem berikut: Paya bakau, paya air tawar (Pachira aquatica), marsh dan Pastura (di dataran pantai dan Teres Pliocene-Pleistocene). Ketoksikan yang ketara telah dikesan di tanah organik tidak terlumus (22.2-49.1 unit ketoksikan (TU)) yang dibanding dengan tahap yang dijumpai di kawasan terlumus hidrokarbon (22.3 - 42.0 TU). Secara amnya, ketoksikan dalam tanah organik adalah lebih tinggi daripada yang diperoleh dalam tanah mineral (daripada tahap pengkuantitian yang rendah kepada 9.3 TU). Dalam kawasan yang telah dipulihkan melalui fito pemulihan, kaedah yang mudah digunakan oleh Petróleos Mexicanos telah mencapai pemulihan dan detoksifikasi superfisial dalam plot yang dirawat, mempamerkan pengurangan ketoksikan 2.4 kali berbanding dengan tanah yang tidak dirawat dan ketoksikan yang sedikit lebih rendah daripada kawalan tidak terlumus dalam ekosistem yang sama (22.2 TU). Begitu juga, projek bio pemulihan di padang ragut mengakibatkan pengurangan ketoksikan ke tahap yang setanding dengan tanah tidak terlumus (daripada tahap ketersediaan kepada 7.9 TU). Kecenderungan untuk pengurangan ketoksikan dalam tanah organik semasa musim hujan juga diperhatikan, dengan ketoksikan menurun 80% dalam kawasan yang disampel. Berdasarkan penemuan ini, cadangan dikemukakan bagi penggunaan kaedah ujian ini dalam kajian diagnostik serantau.

Kata kunci: Bio pemulihan; ekotoksikologi; minyak; pelumusan

RUJUKAN

Adams, R.H., Castillo-Acosta, O., Escalante-Espinosa, E. & Zavala-Cruz, J. 2011. Natural attenuation and phytoremediation of petroleum hydrocarbon impacted soil in tropical wetland environments. In Remediation of Contaminated Soils and Aquifers, edited by Torres L.G. & Bandala, E.R. New York: Nova Science Publishers.

Adams, R.H., Castillo Acosta, O., Zavala Cruz, J. & Palma López, D. 1999. Recuperación con Mangle Blanco (Laguncularia Racemosa) de Áreas Impactadas por Hidrocarburos y su Manejo como Agrosilvo-Ecosistema en la Zona Costera de Huimanguillo y Cárdenas, Tabasco. Reporte Final del Proyecto Relativo al Uso Sustentable y Conocimiento de Recursos Biológicos de la Zona Maya de México. CONABIO/Fundación MacArthur. No. Ref. MO76.

Adams, R.H., Domínguez Rodríguez, V.I. & García Hernández, L. 1999b. Potencial de la Biorremediación de Suelo y Agua Impactados por Petróleo en el Trópico Mexicano. Terra Latinoamericana 17(2): 159-174.

Beltrán, J.E. 1993. Los Impactos del Petróleo. En: Tabasco: Realiadad y Perpectivos. Vol. 2. Gobierno del Estado de Tabasco, Villahermosa. pp. 569-621.

Edwards, D.A., Andriot, M.D., Amoruso, M.A., Tummey, A.C. & Bevan, C.J. 1995. Development of fraction specific reference doses (RfDs) and reference concentrations (RfCs) for total petroleum hydrocarbons (TPH), vol. 4. The Association of Environmental Health and Sciences. http://library.wur.nl/ WebQuery/clc/1658752.

Food and Agriculture Organization of the United Nations (FAO) 2006. World Reference Base for Soil Resources 2006. A framework for international classification, correlation and communication. Rome, Italy. p. 132.

García-López, E., J. Zavala, C. & Palma-López, D.J. 2012. Caracterización de las comunidades vegetales en un área afectada por derrames de hidrocarburos. Terra Latinoamericana 24: 17-26.

Hamzah, A., Rabu, A., Azmy, R.F.H.R. & Yussoff, N.A. 2010. Isolation and characterization of bacteria degrading Sumandak and South Angsi Oils. Sains Malaysiana 39(2): 161-168.

Isenberg, D. 1993. The microtox toxicity test, a developer’s commentary. In Ecotoxity Monitoring, edited by Richardson, M. New York: VCA Publishers. pp. 3-15.

Khan, M.I., Cheema, S.A., Tang, X., Hashmi, M.Z., Shen, C., Park, J. & Chen, Y. 2013. A battery of bioassays for the evaluation of phenanthrene biotoxicity in soil. Arch. Environ. Contam. Toxicol. 365: 47-55.

Killham, K. & Prosser, J.I. 2007. The prokaryotes. In Soil Microbiology, Ecology and Biochemistry. 3rd ed., edited by Paul, E.A. New York: Academic Press. pp. 119-144.

Magaña, M. 1995. Catalogo de Nombres Vulgares y Científicos de Plantas de Tabasco. Universidad Juárez Autónoma de Tabasco, División Académica de Ciencias Biológicas, Centro de Investigación, Villahermosa, Tabasco, México. p. 205.

Matejczyk, M., Grazyna, A.P., Nałecz-Jawecki, G., Ulfig, K. & Markowska-Szczupak, A. 2011. Estimation of the environmental risk posed by landfills using chemical, microbiological and ecotoxicological testing of leachates. Chemosphere 82: 1017-1023.

Mayo-López, T.M., Adams, R.H., Domínguez-Rodríguez, V.I. & Guzmán-Osorio, F.J. 2010. Organic amendment optimization for treatment of hydrocarbon contaminated soil using the chemical-biological stabilization process. Afr. J. Biotech. 9(40): 7079-7085.

Overton, E.B. Jr., Henry, C.B. & Mendelssohn, I. 1997. Application of Microtox Assay to Establish and Evaluate the Efficacy on In situ Burning of Oiled Marshes. Lousiana Applied Oil Spill Research and Development Program. OSRADP Technical Report Series 96-009.

Palma-López, D.J., J. Cisneros D., E. Moreno C. & Rincón-Ramíres, J.A. 2007. Suelos de Tabasco: su uso y manejo sustentable. Colegio de Postgraduados-ISPROTAB-Fundación Produce Tabasco. Villahermosa, Tabasco, México.

Palma-López, D.J. & Obredor, O.J.J. 1999. Diagnóstico de los Recursos Naturales, Niveles de Contaminación y Alternativas para el Desarrollo del Área de Influencia de los Campos Petroleros Cinco Presidentes y La Venta Norte. Gob. del Estado de Tabasco, CIMADES – Col. Posgraduados, Campus Tabasco (Villahermosa y Cárdenas).

Petróleos Mexicanos. 1988. El Petróleo. Petróleos Mexicanos, Gerencia de Información y Relaciones Públicas, México, D.F. p. 176.

Piskonen, R. 2002. Enhanced biotreatments of PAH-contaminated soil by chemical treatments. VI International Symposium on Environmental Biotechnology. International Society for Environmental Biotechnology. Veracruz, Ver. June. 9-12.

Secretaría de Comercio y Fomento Industrial (SECOFI). 1995. Norma Mexicana NMX-AA-112-1995-SCFI. Análisis deAgua y Sedimento - Evaluación de Toxicidad Aguda con Photobacterium phosphoreum - Método de Prueba.

Secretaría de Medio Ambiente y Recursos Naturales (SEMARNAT). 2007. Oficio No.DGGIMAR. 710/006805. Resolutivo del Programa de Remediación del Sitio Presa Agua de Mina y Presa Anexa en la Unidad Minera Texistepec. Subsecretaría de Gestión para la Protección Ambiental, Dirección General de Gestión Integral de Materiales y Actividades Peligrosas. 22, Octubre, 2007. México, D.F.

Secretaría de Medio Ambiente y Recursos Naturales (SEMARNAT). 2005. Norma Oficial Mexicana NOM- 138-SEMARNAT/SS-2003, Límites Máximos Permisibles de Hidrocarburos en Suelos y las Especificaciones para su Caracterización y Remediación. Diario Oficial, Martes 29 de marzo de 2005.

Secretaría de Medio Ambiente y Recursos Naturales (SEMARNAT). 2002. Norma Oficial Mexicana de Emergencia NOM-EM-138-ECOL-2002, Que Establece los Límites Máximos Permisibles de Contaminación en Suelos Afectados por Hidrocarburos, la Caracterización del Sitio y Procedimientos para la Restauración. Diario Oficial, Martes 20 de agosto de 2002.

Secretaría de Medio Ambiente, Recursos Naturales y Pesca (SEMARNAP). 1997. Ley General de Equilibrio Ecológico y Protección al Ambiente. México, D.F.

Servicio Geológico Mexicano (SGM). 2005. Carta geológico-minera Villahermosa E15-8 Tabasco, Veracruz, Chiapas y Oaxaca. Pachuca, Hgo.

Servicio Geológico Mexicano (SGM). 2004. Carta geológico-minera Coatzacoalcos E15-1-4 Veracruz, Oaxaca y Tabasco. Pachuca, Hgo.

Steliga, T., Jakubowicz, P. & Kapusta, P. 2012. Changes in toxicity during in situ bioremediation of weathered drill wastes contaminated with petroleum hydrocarbons. Bioresour. Technol. 125: 1-10.

Strategics Diagnostics Inc. (SDI). 2005. How to Use the Microtox Acute Toxicity Test to Perform an In-house Toxicity Reduction Evaluation (TRE). Newark, DE, USA. p. 7.

Thorn, R.G. & Lynch, M.D.J. 2007. Fungi and eukaryotic algae. In Soil Microbiology, Ecology and Biochemistry. 3rd ed., edited by Paul, E.A. New York: Academic Press. pp. 145-162.

Universidad Autónoma Nacional de México (UNAM). 2002. Diagnóstico de las Presas Existentes en la Unidad Minera Industrial Texistepec. Reporte no publicado. Instituto de Ingeniería/Pemex Gas y Petroquímica Básica, Unidad Minera Texistepec.

Vanenesland, B., Conn, E.E., Knowles, C.J., Westley, J. & Wissing, F. 1981. Cyanide in Biology. London: Academic Press. p. 562.

West, R.C., Psuty, N.P. & Thom, B.G. 1985. Las Tierras Bajas de Tabasco. Gobierno del Estado de Tabasco. Instituto de Cultura de Tabasco. Villahermosa, Tabasco. p. 410.

Zavala, C.J. 1996. Impacto de las Actividades Petroleras sobre la Hidrología Superficial del Distrito de Agua Dulce, Tabaco, México, En: Golfo de México, Contaminación e Impacto Ambiental: Diagnostico y Tendencias. EPOMEX Serie Científica 5, México D.F. p. 666.

Zavala, C.J. 1993. Procesos de Degradación de Suelos y Vegetación por la Industria Petrolera en la Planicie Deltaica de Tabasco. Memorias, Curso-Taller, Conservación de los Recursos Naturales y Desarrollos Sustentable, Secretaría de Desarrollo Social, Programa de las Naciones Unidos para el Desarrollo, Universidad Juárez Autónoma de Tabasco, Villahermosa, Tabasco.

Zavala-Cruz, J. & García-López, E. 2012. Suelo y vegetación de la cuenca baja del Río Tonalá, Tabasco. Colegio de Postgraduados, Campus Tabasco. Cárdenas, Tabasco. p. 204.

Zavala Cruz, J. & Adams Schroeder, R.H. 2006. Suelos degradados, cambio de uso y remediación. En: XXIV Curso-diplomado internacional de edafología ‘Nicolás Aguilera’, el cambio global y los suelos tropicales – Guía de campo. Molina Enriquez-Murgía Jorge Fco., Ibáñez Huerta Abel, Fuentes Romero Elizabeth, Moreno Cáliz Elvia, Triano Sánchez Arnulfo (Eds.) UNAM/UJAT/Colegio de Posgraduados-Campus Tabasco.

*Pengarang untuk surt-menyurat; email: drrandocan@hotmail.com