Evaluación de la acumulación y la potencial biodegradación de microplásticos en humedales artificiales

[ES] La contaminación por microplásticos (MPs), partículas sintéticas con un tamaño menor a 5 mm derivadas de diversas fuentes, como las industrias de limpieza, productos cosméticos y fibras textiles, o de la degradación de plásticos mayores, constituye una amenaza global debido a su persistencia ambiental. Estos contaminantes presentan una alta capacidad para adsorber compuestos orgánicos y metales pesados, además de ingresar a la cadena trófica, lo que genera riesgos significativos para los ecosistemas y la salud humana. Los MPs son transportados masivamente a través de aguas residuales, donde los sistemas convencionales de tratamiento logran retener hasta un 90% o más, dependiendo de la tecnología de tratamiento. Sin embargo, su acumulación en los lodos de depuración y su posterior aplicación en suelos agrícolas perpetúa su ciclo ambiental. Su degradación incluye procesos físicos y químicos, como la abrasión mecánica, la oxidación por la radiación UV, térmica o química. No obstante, la biodegradación mediada por microbiota emerge como una ruta crítica para su eliminación sostenible. En este contexto, los humedales artificiales (HAs), sistemas pasivos que combinan procesos físicos, químicos y biológicos, son una solución basada en la naturaleza que han demostrado eficiencias superiores al 95% en la retención de MP. Esto se debe a la capacidad de estos sistemas para interceptar y filtrar eficazmente las partículas suspendidas presentes en estos sistemas. Una vez dentro de los humedales, el prolongado tiempo de retención de las partículas en el sedimento y la actividad microbiana asociada a estos sistemas, hace pensar que exista cierto potencial para la biodegradación por parte de la comunidad biológica existente en el interior de los lechos filtrantes. El presente trabajo evalúa la acumulación y el potencial de biodegradación de MP en HAs empleados en el tratamiento de aguas residuales mediante el análisis de cambios físicos y químicos en las partículas retenidas. El estudio se llevó a cabo en la Comunidad Valenciana en dos HAs en serie ubicados en Carrícola (flujo subsuperficial horizontal), y en el humedal subsuperficial de Tancat de Milia (Albufera de Valencia). Se caracterizaron los MPs presentes en sedimentos a diferentes profundidades, las muestras fueron procesadas iniciando con una digestión, seguida por la separación por densidad en dos pasos (CaCl2 y KI), filtración e identificación visual con microscopía óptica. Además, se empleó espectroscopía μFTIR para tipificar polímeros y detectar alteraciones químicas mediante el análisis espectral. Paralelamente, se cuantificaron los MP en aguas de entrada y salida para estimar las tasas de retención y acumulación en sedimento.
Los resultados mostraron una eficiencia de retención del 98%, con diferentes tendencias de distribución vertical, destacándose las fibras como la forma predominante en los humedales de Carrícola, y films en el estrato superficial de Tancat de Milia. El análisis FTIR evidenció oxidación en MPs retenidos durante períodos prolongados, lo que sugiere exposición a procesos biogeoquímicos. Y en contraste con otros estudios se ha determinado que los géneros microbianos asociados a las raíces vegetales y al agua residual tienen capacidad degradadora de MPs. Estos hallazgos confirman que los HAs no solo actúan como retenedores eficientes de MPs, sino que también promueven su biodegradación mediante sedimentación prolongada, formación de biopelículas en el sustrato, sinergias entre plantas y microorganismos, y condiciones redox variables que estimulan rutas metabólicas de la plastisfera.
En conclusión, los humedales artificiales son sistemas duales que combinan una alta eficiencia en la retención de MPs con la capacidad de favorecer su degradación. Sin embargo, la degradación de estos polímeros sintéticos en estos sistemas suele requerir largos periodos, a menudo de varios años, por lo que es necesario profundizar en la investigación para optimizar e incentivar estos procesos y así potenciar el papel de los humedales artificiales como solución sostenible frente a la contaminación por MPs en ecosistemas acuáticos.

[EN] Contamination by microplastics (MPs), synthetic particles smaller than 5 mm in size derived from various sources, such as cleaning industries, cosmetic products and textile fibers, or from the degradation of larger plastics, constitutes a global threat due to their environmental persistence. These pollutants have a high capacity to adsorb organic compounds and heavy metals and enter the food chain, which generates significant risks to ecosystems and human health. Depending on the treatment technology, MPs are massively transported through wastewater, where conventional treatment systems can retain up to 90% or more. However, their accumulation in sewage sludge and subsequent application to agricultural soils perpetuates their environmental cycle. Its degradation includes physical and chemical processes, such as mechanical abrasion, oxidation by UV radiation, thermal or chemical. However, microbiota-mediated biodegradation emerges as a critical route for their sustainable disposal. In this context, constructed wetlands (CW), passive systems that combine physical, chemical and biological processes, are a nature-based solution that have demonstrated efficiencies of over 95% in MPs retention. This is due to the ability of these systems to effectively intercept and filter the suspended particulate matter present in these systems. Once inside the wetlands, the long retention time of the particles in the sediment and the microbial activity associated with these systems suggest that there is some potential for biodegradation by the biological community inside the filter beds. The present work evaluates the accumulation and biodegradation potential of MP in CWs used in wastewater treatment by analyzing physical and chemical changes in the retained particles. The study was carried out in the Valencian Community in two HAs in series, located in Carrícola (horizontal subsurface flow) and the subsurface wetland of Tancat de Milia (Albufera de Valencia). MPs present in sediments at different depths were characterized, and samples were processed starting with digestion, followed by two-step density separation (CaCl2 and KI), filtration and visual identification with optical microscopy. In addition, μFTIR spectroscopy was used to type polymers and detect chemical alterations by spectral analysis. In parallel, MPs were quantified in inlet and outlet waters to estimate retention and accumulation rates in the sediment.
The results showed a retention efficiency of 98%, with different vertical distribution trends, with fibers as the predominant form. FTIR analysis showed oxidation in MPs retained for prolonged periods, suggesting exposure to biogeochemical processes. In contrast to other studies, microbial genera associated with plant roots and wastewater have been found to have MP-degrading capacity. These findings confirm that CWs not only act as an efficient MPs retainer, but also promote their biodegradation through prolonged sedimentation, biofilm formation on the substrate, synergies between plants and microorganisms, and variable redox conditions that stimulate metabolic pathways of the plastisphere.
In conclusion, CWs are dual systems that combine high efficiency in the retention of MPs with the capacity to promote their degradation. However, the degradation of these synthetic polymers in these systems usually requires long periods, often several years, so further research is needed to optimize and encourage these processes and thus enhance the role of artificial wetlands as a sustainable solution to microplastic pollution in aquatic ecosystems.