Humedales artificiales: plantas y microbios en acción para tratar aguas contaminadas

Marina Montserrat Atilano Camino, Aurora M. Pat Espadas y Francisco E. Molina Freaner

Si tuviéramos la oportunidad de medir la cantidad de agua que un mexicano promedio utiliza en un día para bañarse, lavar alimentos, lavar el coche, la que descargamos al ir al baño, y otros usos más, sumaría aproximadamente 360 litros. Este gasto está muy por encima de lo recomendado por la Organización Mundial de la Salud (OMS), y es que en México el gasto diario promedio por persona rebasa el 200 % de lo recomendado. Imagina que, de esos 360 litros, sólo el 50 % serán tratados correctamente para volverse a utilizar, es decir, 180 L serán descargados y desperdiciados. Escalemos esta situación a una familia, una colonia, una ciudad, un país y es claro que la crisis hídrica es enorme.

Esta realidad nos debería obligar a reflexionar sobre alternativas para disminuir el consumo de agua y optimizar su uso; pero también en aumentar la cantidad de agua residual a tratar. Recordemos que el agua es un recurso renovable pero limitado, por lo que es imperativo desarrollar tecnologías alternativas que puedan llegar a todos los lugares.

Aquí es donde introduciremos una tecnología que se ha desarrollado durante los últimos 50 años y que ha demostrado ser eficiente y amigable con el medio ambiente. Hablamos de los humedales artificiales (Figura 1). Estos están inspirados en los humedales naturales, ya que toman los elementos más importantes de ellos y los aplican y mejoran para depurar contaminantes del agua, transformándola en agua de calidad que puede ser reutilizada (Figura 2). Dentro de los elementos que conforman un humedal artificial se encuentran: las plantas acuáticas, los microorganismos, el sustrato, y la corriente de agua a tratar. Cada uno de ellos tiene un rol importante en el proceso de depuración de contaminantes y, sin la sinergia de estos, no sería posible un tratamiento eficiente [1].

Esta vez nos enfocaremos en el papel de la biotecnología en el uso de humedales artificiales para remover contaminantes del agua; para ello, las plantas y los microorganismos serán los protagonistas de esta historia.

Los protagonistas de la historia

La biorremediación es una de las aplicaciones de la biotecnología que se enfoca en la eliminación de contaminantes con ayuda de la actividad de organismos vivos, como bacterias, hongos, protozoos, plantas, entre otros. En los humedales, las plantas acuáticas y los microorganismos juegan el papel más importante, ya que tienen una gran influencia en diferentes procesos biológicos, químicos y físicos [2].

En especial, pensemos en las plantas como un enorme filtro en un acuario; donde son como esponjas y filtros que eliminan las impurezas del agua. Las plantas también proveen el ambiente, la superficie y los nutrientes a los microorganismos para crecer, además de proteger y estabilizar el sustrato que las alberga. Otra función importante de las plantas es la liberación de oxígeno, a través de sus raíces, en la zona del suelo alrededor de ellas, que es donde viven microorganismos que benefician a las plantas y que se llama “rizosfera” [3].

Este oxígeno crea condiciones que favorecen el crecimiento de microorganismos aerobios, capaces de degradar la materia orgánica. La presencia de oxígeno también contribuye a la precipitación de metales y la mejora de la nitrificación (bioproceso para transformar el amonio a nitrato) (Figura 3). La selección de las plantas apropiadas para el mejor desempeño de un humedal artificial es crucial, ya que éstas deben adaptarse a las condiciones climáticas donde se instalará el humedal artificial. Las especies más utilizadas son Phragmites australis, Typha latifolia, Typha domingensis, Pennisetum americanum, entre otras [4].

A los microorganismos los imaginaremos como aquellos micro huéspedes que, si encuentran la comodidad necesaria (es decir, nutrientes, temperatura, oxígeno, entre otros), no querrán irse, y entonces participarán de diferentes maneras para mejorar el funcionamiento del humedal. Sabemos que, hablar de microorganismos significa una diversidad enorme de especies, que, según la comodidad que encuentren, se reproducirán unos más que otros.

Los microorganismos pueden actuar independientemente en un humedal, al encontrarse principalmente en el sustrato (suelo), pero también pueden actuar en compañía de las plantas. En un humedal, la interacción que existe entre las plantas y los microorganismos es la clave para el equilibrio funcional del sistema y para la depuración de contaminantes.

Un ejemplo del trabajo en equipo de estos elementos se observa en la formación de endófitos, es decir, los microorganismos que colonizan el tejido vegetal inter o intracelularmente sin causar daño. Por el contrario, esta asociación facilita y mejora la biorremediación. En otras palabras, los endófitos pueden participar en la transformación y la estabilización de contaminantes en los tejidos vegetales. Uno de los mecanismos más importantes es la inmovilización, que consiste en retener o fijar los contaminantes, como metales pesados u otros compuestos tóxicos, en formas químicas menos solubles o biodisponibles. Esto reduce su movilidad en el agua y evita que se dispersen a otros compartimentos del ecosistema. En algunos casos, los endófitos también pueden transformar estos compuestos en formas menos tóxicas, lo que contribuye a una remediación más segura y eficiente. Otra interacción directa se produce cuando se forman biopelículas en la superficie de la planta, especialmente en las raíces. Estas biopelículas son comunidades de bacterias, hongos, algas o protozoos que viven en equilibrio y, en el proceso, favorecen la producción de minerales (biomineralización), la generación y transporte de nutrientes hacia la planta, así como la degradación de contaminantes al utilizarlos como fuente de energía (Figura 4) [5].

Aplicación biotecnológica en humedales

Ahora que conocemos un poco sobre el papel que tienen los elementos vivos en un humedal artificial, es decir, plantas y microbios; pasemos a la aplicación de esta tecnología para el tratamiento de aguas residuales. En este contexto, cobra sentido la aplicación de diversas herramientas biotecnológicas [6], por ejemplo, la bioaumentación, un proceso que se lleva a cabo cuando se añaden inóculos “extras” al sistema; éstos pueden ser microorganismos especializados en la degradación y/o transformación de los contaminantes, por lo que su adición contribuye en lograr una mejor eficiencia en el tratamiento dentro del humedal. Por otra parte, se pueden utilizar técnicas de secuenciación genética y herramientas de biología molecular para monitoreo y control, con el fin de estudiar la diversidad y la actividad de los microorganismos presentes en el sistema, lo que permite ajustar las condiciones operativas para mejorar el rendimiento del tratamiento.

¿Qué falta por hacer?

Los humedales artificiales representan una tecnología alternativa con gran potencial para la eliminación de contaminantes, además de ser una opción respetuosa con el medio ambiente.

En este relato nos enfocamos principalmente en los elementos bióticos, es decir, los componentes vivos de los humedales, como las plantas acuáticas (por ejemplo, carrizos, juncos o lirios), los microorganismos (bacterias y hongos que ayudan a degradar contaminantes) y pequeños organismos acuáticos como protozoos, rotíferos, microcrustáceos (por ejemplo, copépodos) y larvas de insectos, que participan en la cadena trófica y contribuyen al equilibrio ecológico del sistema. Sin embargo, es importante reconocer que también existen elementos abióticos, o no vivos, que influyen de manera significativa en el funcionamiento del humedal, como el agua, el sustrato o grava, el oxígeno, la luz solar, la temperatura y los nutrientes disueltos. Estos factores crean las condiciones necesarias para que los organismos vivos puedan desarrollarse y cumplir su función de tratamiento.

Finalmente, recordemos que los humedales artificiales son una tecnología inspirada en la naturaleza. Comprender cómo interactúan sus componentes vivos y no vivos nos permite valorar su eficacia, optimizar su diseño y reconocer que la sabiduría de los sistemas naturales puede guiarnos hacia soluciones sostenibles para el cuidado del agua y del medio ambiente.

Referencias

1. Rodríguez Flores E., Ruiz Ponce L., Arteaga Cortez V., González Hernández C.A., Pérez Belmont P., Valiente Rivero E. (2021). Manual de humedales artificiales. REDES Restauración Ecológica y Desarrollo A.C. Agua.org.mx. https://agua.org.mx/biblioteca/manual-de-humedales-artificiales
2. Landa, C. (2008) Humedales, riñones del mundo. Revista ¿Cómo ves? Núm.120. https://www.comoves.unam.mx/numeros/aquiestamos/120
3. ECOTEC (s.f.). Humedales artificiales. IIES-UNAM. https://ecotec.unam.mx/ecoteca/humedales-artificiales-2
4. López, G., Estrada, N., Aguilar, G., Alonso, E., Torres, C. (2023). Degradación de contaminantes en humedales artificiales en serie con especies macrófitas del trópico húmedo. CIBA Revista Iberoamericana de las Ciencias Biológicas y Agropecuarias. Vol.12 Núm.24. https://www.ciba.org.mx/index.php/CIBA/article/view/122
5. Bautista-Fondo, K., Horcasitas, E. (2025). Humedales artificiales: una solución natural para limpiar el agua. Agua.org.mx. https://agua.org.mx/editoriales/humedales-artificiales-una-solucion-natural-para-limpiar-el-agua
6. Fuentes, J. (2021). Humedales artificiales para tratar aguas residuales. CIATEJ-Gobierno de México. https://www.ciatej.mx/el-ciatej/comunicacion/Noticias/Humedales-artificiales-para-tratar-aguas-residuales/225