Espanhol (pdf)
Artigo em XML
Referências do artigo
Tradução automática
Enviar este artigo por email
Citado por SciELO 
Citado por Google 
Similares em
SciELO 
Similares em Google 
Permalink
1. INTRODUCCIÓN
Los plaguicidas son sustancias químicas usadas en el control de plagas y la reducción de enfermedades transmitidas por vectores. Sin embargo, estas sustancias representan un riesgo ambiental y de salud pública para la población (Environmental Protection Agency-EPA, 2016, 2017). Tobón, López y Paniagua (2010) y Tobón y López (2011), evaluaron la genotoxicidad de fuentes hídricas de la vereda Monterredondo, municipio de San Pedro de los Milagros, demostrando el riesgo ambiental relacionado con la exposición de los cuerpos de agua a plaguicidas de gran uso en las actividades agropecuarias de la zona.
La producción agrícola en el Altiplano Norte del departamento de Antioquia tiene como primer renglón de explotación el cultivo intensivo de pastos por su vocación pecuaria, especialmente la producción de leche. Los monocultivos manejados como modelos de producción convencional, como el frijol, el tomate de árbol, el aguacate, la papa y el maíz, así como la producción del pasto kikuyo (Pennisetum clandestinum), tienen gran cantidad de requerimientos en cuanto al uso de plaguicidas y algunos fertilizantes químicos y de porquinaza, éstos dos últimos traen como consecuencia el aumento de plagas y la contaminación de los de los suelos con nitritos y nitratos (Vahos et al., 1997). Como medida de control de plagas en la región se ha identificado el uso de algunos plaguicidas como Lorsban 4 EC (Clorpirifos), Dithane (Mancozeb), Malation, Karate (lambda-cihalotrina) y Elosal (Azufre) (Loaiza et al., 2000), siendo el Lorsban el producto más usado. El Clorpirifos es un insecticida clorado organofosforado (O,O-dietil O-(3,5,6-tricloro-2-piridinil) fosforotioato) comercializado comúnmente con los nombres de: Dursban, Lorsban, Brodan, Detmol UA, Dowco 179, Empire y Ráfaga. Es el insecticida de mayor producción y venta en el país (Instituto Colombiano Agropecuario-ICA, 2016).
Inicialmente, una fracción de los plaguicidas aplicados sobre los pastos manejados y los cultivos, son absorbidos en las plantas y pueden incorporarse en la cadena trófica a través de la ganadería de leche, lo que puede representar un problema de salud pública a través del sistema productivo lácteo del departamento. Por ejemplo, en un trabajo realizado por Márquez et al. (2017), se encontraron potenciales de bioconcentración del plaguicida Clorpirifos en follaje y raíz de pasto kikuyo, lo que podría ocasionar problemas de biomagnificación en la actividad ganadera de lácteos y carne.
Sin embargo, otra fracción de estos compuestos puede impactar los suelos o depositarse sobre el follaje sin absorberse y durante eventos de lluvia ser transportados disueltos o asociados a partículas de suelo por procesos de flujo superficial hasta fuentes de agua superficial (Tang et al., 2012). Es así como el desarrollo agropecuario y las actividades antropogénicas en los suelos de esta zona antioqueña pueden afectar la calidad del recurso hídrico del valle de Aburrá, dado su alta influencia sobre las cuencas tributarias del embalse Riogrande II, el cual es una de las principales fuentes de abastecimiento de agua para el valle.
La escorrentía puede darse por flujo superficial del exceso de infiltración o por flujo superficial del exceso de saturación. El primer caso, ocurre cuando la tasa de precipitación excede la tasa de infiltración del agua en el suelo y se observa durante un evento de lluvia fuerte, por lo general, en suelos limosos que son propensos a la compactación mecánica o al impacto de la lluvia. El segundo caso, ocurre como resultado de la saturación de suelos donde el horizonte subsuperficial es impermeable, y en áreas con nivel freático muy superficial (Tang et al., 2012).
En el transporte rápido de plaguicidas a aguas superficiales, el flujo preferencial del agua a través de macroporos en canales de drenaje juega un papel importante. La existencia de éstos permite que los plaguicidas pasen de largo por la matriz del horizonte A, horizonte húmico más activo en la absorción y degradación de estos compuestos. El flujo de agua preferente es influenciado por los patrones de lluvia, el contenido de humedad del suelo y la poca afinidad de éste por el agua (Tang et al., 2012). Márquez (2012), reporta la residualidad del Clorpirifos en praderas de pasto Pennisetum clandestinum de los sistemas de producción intensiva de leche del municipio de San Pedro de los Milagros basado en su investigación sobre la persistencia de los plaguicidas en una región caracterizada por el uso intensivo de estas sustancias a través de mapas de riesgo y geoestadística encontrando que en todos los cuadrantes evaluados aplicaban Clorpirifos.
Actualmente se desconoce el potencial de infiltración del Clorpirifos (CPF) en los suelos de la zona aledaña al embalse, y por ende la contaminación que dicha infiltración pudiera generar en ellos, en las aguas superficiales y subterráneas a través de mecanismos lixiviación. Gran parte de este problema se asocia a las dificultades analíticas relacionadas con el efecto matriz, la sensibilidad y la confiabilidad que ofrecen los resultados, así como a la ausencia de metodologías que integran la identificación y la cuantificación bajo escenarios naturales y en tiempo real. Por lo tanto, este trabajo se centra en el análisis de lixiviación del CPF en un Entisol antioqueño bajo cobertura de pastos considerando el verdadero efecto matriz del suelo extraído de la zona de estudio.
2. MATERIALES Y MÉTODOS
Estudio de Caso
Para el estudio del potencial de lixiviación del Clorpirifos, se ubicó la zona de experimentación en un Entisol, localizado sobre la microcuenca Fray Juana, quebrada El Hato la cual alimenta el embalse Riogrande II. El sitio específico se ubica en la Hacienda La Montaña, Municipio de San Pedro de Los Milagros. El lote escogido se encontraba en barbecho por más de un año lo que garantizó que el área no estuviera en contacto con el plaguicida durante ese periodo, Figura 1. Las coordenadas del sitio son: X = 75,54213° N X´= 75,54225° N y Y= 6,45056° E Y´= 6,45061° E.
Trabajo de campo
Encerramiento del área, ubicación y excavación apiques
Una vez seleccionada el área se delimitó una zona de 63,25 m2 (13,90 m de longitud y 4,55 m de ancho) (Figura 2). Allí se excavaron tres apiques separados entre sí 4 m y ubicados perpendicularmente a la dirección de la pendiente del terreno, y con unas dimensiones de 1,5 m de largo x 1,0 m de ancho y 1,8 m de profundidad (hasta tocar roca).
Definición y caracterización de las unidades de suelo
Realizados los apiques se efectúo la descripción detallada del perfil del suelo, siguiendo las pautas de Soil Survey Division Staff (SSDS, 1993). De cada uno de los horizontes, se tomó una muestra de aproximadamente 1 kg y se almacenó en una bolsa plástica hermética en refrigeración hasta su análisis en el laboratorio y con base en los resultados físico-químicos de los horizontes de cada perfil (SSS, 2010), se realizó la clasificación de suelos de acuerdo con la Keys to soil taxonomy (SSS, 2014).
Montaje de los lisímetros
En la estación lisimétrica se instalaron tres lisímetros de drenaje de 1 m2 de superficie y de 1,5 m de profundidad, sin contenedores que aislasen el volumen de suelo y con muestreadores de percolación en cada horizonte.
Aplicación del plaguicida
Para cada apique, se dispuso una parcela con una superficie de 1 m2, separadas 20 cm del perfil. Así entonces se tuvieron dos parcelas de experimentación y una parcela control (blanco) en el medio (Figura 2). En las parcelas se sembró semilla de pastos raigrás perenne (Lolium perenne) en lugar de Kikuyo (Pennisetum clandestinum) y así garantizar que el pasto no tuviese contacto antes de la experimentación con el plaguicida. Una vez el pasto alcanzó el estado fenológico para la fumigación, ésta se hizo de forma uniforme con una bomba de pulverización manual.
En cada parcela de experimentación (Parcela 1 y 2), se aplicó el plaguicida Lorsban 4 EC, Dow AgroSciences, Cartagena-Colombia y cuyo principio activo es el Clorpirifos, con una concentración de 480 g/L, alcanzando una cantidad total del ingrediente activo de 4,8 kg/ha (10 L/ha), lo que representó una sobredosificación 10 veces el límite superior de este rango del producto (dosis recomendada: entre 0,25 y 1,0 L por hectárea). De esta forma se simularon eventos que se presentan en el país por el uso de estos productos sin asesoría técnica y que permitieran alcanzar la sensibilidad de las metodologías analíticas para la determinación de esta sustancia en el suelo. No se aplicaron coadyuvantes agrícolas para mejorar la adhesión y penetración del producto en la planta. En la parcela control no se aplicó el producto.
Recolección de muestras de suelo para determinar la presencia de CPF
Se realizaron 16 muestreos entre el 5 de diciembre del 2013 y el 27 de febrero del 2014. Fueron recolectadas muestras de suelo de la superficie de las tres parcelas en un tiempo T0 (tres horas después de aplicar el producto) y muestras de suelo en el Lisímetro Nº dos (L2): superficie Parcela 2 + horizontes uno, dos y tres del perfil del Apique Nº dos (P2) durante todos los muestreos. En el lisímentro Nº uno (L1) se tomaron solo muestras en la superficie para los mismos tiempos evaluados en L2. En el Lisímetro N° tres (P3) o control se tomaron muestras en la superficie y a lo largo del perfil al inicio y al final del experimento. Las muestras se transportaron al laboratorio del Grupo GAIA refrigeradas a 4 °C y se almacenaron en congelador hasta su análisis a -20 °C.
Trabajo de laboratorio
Reactivos
Los reactivos empleados fueron Clorpirifos con una pureza del 99,5% (Sigma), Clorpirifos-metil (estándar Interno) con una pureza del 98,5% (AccuStandard), diclorometano, acetonitrilo, metanol, acetona, y acetato de etilo grado cromatografía de gases (Merck), sulfato de sodio anhidro, pureza 99,6% (Merck) y florisil grado pesticidas (Restek).
Extracción y limpieza de las muestras
Los métodos EPA 3500C y 3600C se usaron como guía para la selección de los métodos de extracción (tratamiento) y limpieza de muestra, respectivamente. Específicamente se utilizaron los métodos EPA: 3550c Revisión 3 del 2007 (Extracción asistida por ultrasonido) y la 3620C Revisión 3 de 1996 (Limpieza con florisil).
La implementación del método EPA 3550C comprende un procedimiento que abarca la extracción sólido-líquido de compuestos no volátiles y semivolátiles orgánicos de matrices sólidas como los suelos, lodos y residuos usando ultrasonido e incluye las siguientes etapas: 1) agitación manual de un tubo de centrifuga con 5 g de muestra y 15 mL de una mezcla de diclorometano:acetona (50:50) por 10 segundos seguida de una agitación con vortex por 30 segundos, 2) sonicación de la mezcla por 20 minutos, 3) separación del extracto de la muestra centrifugando por 5 minutos a 4000 rpm. Estos tres pasos se realizan dos veces. La mezcla de solventes es un aspecto que se modificó de este método y este cambio se realizó basándose en el trabajo realizado por Díaz y Barceló (2006).
La limpieza de los extractos comprende su paso por columnas de florisil 1,5 g y sulfato de sodio anhidro 1,0 g acondicionadas con 20 mL de una mezcla de diclorometano:acetona (50:50) seguida de 10x2 mL de Acetato de Etilo. La elución de los cartuchos se realiza con 5 mL de acetona, 10 mL de acetonitrilo y 10 mL de Metanol, estas fracciones se recogen en balón de vidrio y se concentra hasta aprox. 0,5 mL en el rotaevaporador, se lava tres veces el balón con 500 uL de acetona, se lleva a sequedad con nitrógeno y se reconstituye a 1 mL con acetona y el estandar interno (CPF-M).
Los ensayos de recuperación del analito en suelo se llevaron a cabo evaluando el porcentaje de recuperación del Clorpirifos dopando el suelo con 200 μg CPF/kg.
Los equipos empleados para la extracción del analito y la limpieza de las muestras fueron un agitador vortex V1 Plus marca Boeco, un baño de ultrasonido marca Branson, modelo 2510 y una ultracentrífuga Thermo Scientific Sorvall ST 16R acoplada con un rotor para tubos de centrifuga de 50 mL.
Análisis de las muestras por GC-MS
Para la detección del analito se utilizó un cromatógrafo de gases Trace GC ULTRA acoplado a un detector de masas simple cuádruplo ISQ e inyector automático AS 3000 de la marca Thermo Scientific, una columna cromatográfica Rtx-5Sil MS de Restek (30 m, id 0,25 mm, df 0,25 μm).
El modo de inyección usado fue splitless durante 1 min, se inyectó 1μL del extracto y el puerto de inyección se encontraba a una temperatura de 270 °C. Durante el análisis se utilizó helio (grado 5 marca Linde) como gas de arrastre a un flujo constante de 1 mL/min. La temperatura inicial del horno cromatográfico fue de 50 °C y se incrementó a una razón de 25 °C/min hasta 320 °C y se mantuvo allí durante 1 min. La temperatura del detector se mantuvo a 250 °C y la línea de transferencia a 250 °C. El rango de masas seleccionado fue de 40 a 550 Dalton.
El Clorpirifos y el Clorpirifos-metil (CPF-M) se identificaron con los siguientes criterios: comparación de los tiempos de retención con los de los estándares de referencia y mediante la comparación de los espectros de masas de referencia de la base de datos NIST Mass Spectral Library 2011. Se empleó como estándar interno el CPF-M en la evaluación del Clorpirifos en la matriz suelo. Para el análisis en modo SIM, se emplearon los iones característicos de mayor intensidad de los espectros de cada analito. Como iones de cuantificación se emplearon el 314 y el 286 para el CPF y CPF-M, respectivamente. Como iones de identificación los iones 197 y 258 para CPF y 125 y 197 para CPF-M.
3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
El suelo fue clasificado como Thapto-Histic Fluvaquents, cuyo material parental es un depósito de vertiente bajo cobertura de pastos en barbecho. Son suelos muy profundos, bien drenados con evidencias de erosión en terraceo por sobrepastoreo. En estos suelos los horizontes A están decapitados y hay presencia de paleosuelos, los perfiles típicos son B/BC, B/Ab/C o Ab/C. En ellos el pH en agua son de fuerte a medianamente ácidos (4,49 y 5,46), el porcentaje de humedad medio fue de 54,96%, el de materia orgánica 2,31% y los de carbón orgánico 1,34%, son suelos de baja fertilidad con texturas franco limosas (Jaramillo, 2002).
El estudio de selectividad del método analítico para la determinación de CPF en suelo mostró la capacidad de identificación del analito en presencia de otros compuestos propios de la matriz suelo por su buena separación y la ausencia de picos en los tiempos de retención de los compuestos de interés (Figura 3).
Un resumen del desempeño analítico del método con respecto a los parámetros: linealidad, calibración y sensibilidad se presenta en la Tabla 1. Se realizó una regresión lineal ponderada como medida remedial para controlar la heterocedasticidad que presenta el modelo de regresión lineal simple, lo que le dio más peso a la zona de menor varianza (niveles bajos de la curva) y menos peso a los niveles con mayor variabilidad, niveles más altos de concentración (Edgerley, 1998; Lavagnini y Magno, 2006). La precisión se evaluó a través del estudio de la repetibilidad instrumental y la repetibilidad del método. El coeficiente de variación del instrumento para CPF en rango bajo (10,0 ug CPF/kg) siempre se encontró por debajo del 6% (CV (%)=5,58%). La repetibilidad y exactitud del método se probó en un nivel de concentración, 200,0 ug/kg y se obtuvo un coeficiente de variación del 9,75%. El resultado del estudio de la exactitud de la metodología analítica a través de porcentaje de recuperación a dicha concentración fue del 76,41% de CPF.
TABLA 1. DESEMPEÑO ANALÍTICO DEL MÉTODO CON RESPECTO A LA LINEALIDAD, CALIBRACIÓN Y SENSIBILIDAD (FEM-EPA 2005)
En la Tabla 2, se presentan los volúmenes de agua percolada a lo largo del Perfil Nº 2, donde la mayor infiltración se aforó en el horizonte más superficial. A los 25 días de muestreo se presentó en el primer horizonte el mayor volumen de infiltración reportado para este perfil (745,7 mL) y aunque no se presentó de forma coincidente con el tiempo de mayor precipitación (t = 70 d), éste si se da luego de un periodo de siete días con lluvias donde se alcanza a acumular una lámina de agua de 42,8 mm. Nóteese que en el drenaje ubicado a 56,0 cm de la superficie concuerda el mayor volumen de infiltración con la lámina más alta ecipitada.
En la superficie del suelo se observa la presencia de CPF en altas concentraciones durante todo el periodo de estudio (84 días), lo que habla de su persistencia en un Entisol bajo cobertura de pastos (Tabla 3). Solo hasta los 84 días empieza a verse un decaimiento de su concentración (725,4 ug/kg).
Algunos autores reportan vidas medias de este compuesto en la superficie de diferentes tipos de suelos con dosis para el control de plagas en la agricultura entre 1,1 y 35 días (Racke et al., 1994; Laabs et al., 2000). Por ejemplo, Laabs et al. (2000) encontraron una disipación muy rápida del CPF en Brasil, ellos midieron una vida media en campo en un Oxisol de 1,1 días. Al relacionar dichos hallazgos del Brasil con los aquí encontrados para el Entisol debe señalarse que las diferencias en las condiciones del experimento fueron determinantes en los resultados encontrados para los tiempos de disipación. Factores como la ausencia de pasto para Laabs et al. (2000) favorecen las perdidas del compuesto por volatilización y por procesos de transformación como la fotolisis. Las temperaturas reportadas en esta zona del Brasil entre los 35°C y los 45°C son mucho mayores a las registradas en San Pedro-Colombia durante el desarrollo del experimento (13,5°C en promedio) y pueden aumentar las tasas de degradación del compuesto bajo procesos biológicos por el incremento del metabolismo de los organismos.
La dosis aplicada en el Entisol fue 10 veces mayor a la recomendada para el control del chinche de los pastos (Collaria scenica). Racke et al. (1994) analizaron dosis mayores del plaguicida como las empleadas en el control de las termitas, aplicándolas en diferentes tipos de suelos y se han encontrado vidas medias mayores (175 a 1576 días). Estos atribuyen el aumento de la persistencia del CPF a altas concentraciones a la inhibición de la comunidad microbiana que participa en la degradación de éste compuesto en el suelo.
Los picos de concentración más altos de la superficie se reportan después de 18 y 25 días de aplicado el plaguicida (Tabla 3). Esto puede tener relación con los eventos de lluvias fuertes que tuvieron lugar en el sitio de estudio después de 14 días de aplicado el producto (Tabla 2). Estos eventos de precipitación pudieron propiciar el lavado del producto desde el follaje del pasto hasta el suelo, dado que no se usó coadyuvantes para mejorar la adherencia y la penetración del producto a las hojas.
A partir de los 18 días de aplicado el plaguicida inicia su movimiento a lo largo del perfil del suelo, encontrándose las mayores concentraciones en los horizontes ABw y 2Ab/Bw a los 35 días justo después de los eventos constantes de lluvias fuertes entre los días 14 y 32, este aspecto también está fuertemente relacionado con los grandes volúmenes de infiltración encontrados entre los 14 y 25 días del experimento para el primer horizonte y a los 35 días para el segundo horizonte (Tablas 2 y 3). En el horizonte 2C la mayor concentración del plaguicida se encontró 25 días después de aplicado el producto. Las mayores concentraciones de Clorpirifos se hallaron en el horizonte más superficial (ABw) y en el tercero (2C). Aspecto posiblemente relacionado con los altos volúmenes de infiltración encontrados a estas profundidades que favorecen el flujo de masa por caminos preferentes (Stone y Wilson, 2006; Tang et al., 2012).
A pesar de ello, la movilidad del CPF a través del perfil durante todo el periodo de estudio fue reducida pues en ninguno de los casos se movilizó más del 10% de la cantidad reportada en la superficie. Laabs et al. (2000) también reportaron la baja movilidad del compuesto a pesar de eventos de lluvia simulados (30 mm lámina de agua) en todos los registros que obtuvieron del compuesto entre los 5 y los 25 cm (de los 60 cm muestreados), concentraciones menores al 12% de la cantidad aplicada en la superficie.
En el estudio realizado por Laabs et al. (2000), el CPF se movilizó hasta profundidades menores de las encontradas aquí. Esto relacionado con los mayores contenidos de arcillas (50,3% en promedio) que se midieron en el Oxisol brasilero frente a medidos en el Entisol (30,7% en promedio). Esto tiene gran influencia sobre la capacidad de adsorción de los plaguicidas en los suelos (Harper 1994), el Oxisol del Brasil tiene mayor capacidad de retención del CPF que el Entisol colombiano el cual presentó una mayor movilidad del compuesto.
Este aspecto advierte sobre el riesgo en la aplicación del Clorpirifos en estos suelos de la zona de estudio dado al relieve, sus pendientes, la escorrentía y que hace parte de la zona de influencia sobre los cuerpos de agua que llevan sus aguas al embalse Riogrande II y donde ya se ha detectado la presencia de CPF (Molina et al., 2016).
4. CONCLUSIONES
El potencial de infiltración del CPF en un Entisol evaluado en una estación lisimétrica permite observar que los flujos de masa teniendo como medio de transporte el agua tienen gran fuerza cuando se trata de flujos prefentes en laderas de alta pendiente, caso de estudio. Lo que tiene graves implicaciones sobre la contaminación de fuentes hidricas superficiales.
Las concentraciones del plaguicida a lo largo del perfil del suelo se relacionaron con los altos volúmenes de infiltración generados por los eventos de lluvias fuertes y la saturación del suelo.
Para este caso en particular, un suelo clasificado como Thapto-Histic Fluvaquents, el cual se desarrolló a partir de un depósito de vertiente, con textura franco limo-arcillosa, con abundantes poros finos que se saturan rápidamente e impiden la penetración de más fluidos hacía la profundidad del suelo y sin niveles freáticos visibles dentro de los primeros 100 cm desde la superficie del suelo mineral, no se corre ningún riesgo de contaminación de aguas subterráneas. Por el contrario, el mayor riesgo está relacionado con dos aspectos: el transporte de estas sustancias en agua de escorrentía favorecido por las altas precipitaciones que se registran en la zona y las altas pendientes; y el transporte por flujo preferente al interior del suelo, pues de esa forma las aguas van directamente a los cuerpos de agua superficial como es la quebrada Fray Juana que lleva sus aguas a la quebrada el Hato y esta al río Chico para finalizar en el embalse Riogrande II.
