POTENCIAL DE LIXIVIACIÓN DEL CLORPIRIFOS EN UN ENTISOL COLOMBIANO

LEACHING POTENTIAL OF CHLORPYRIFOS IN A COLOMBIAN ENTISOL

POTENCIAL DE LIXIVIAÇÃO DE CHLORPIRIFOS EM UM ENTISOL COLÔMBIO

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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).

El desarrollo agropecuario y las actividades antropogénicas en los suelos de esta zona antioqueña, tiene 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 de Aburrá. Esto se debe a que los plaguicidas en el agua son transportados disueltos o asociados a partículas de suelo por procesos de flujo superficial (escorrentía). La escorrentía puede darse por flujo superficial del exceso de infiltración o por flujo superficial del exceso de saturación. El primer tipo 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 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 de transporte. 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 de suelo extraído de la zona de estudio.

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).

Figura 1
Figura 1.
Figura 1. Ubicación del estudio de caso, microcuenca La Fray Juana, San Pedro de Los Milagros, Antioquia. Fuente: Elaborado a partir de la cartografía oficial del IGAC facilitada por CORANTIOQUIA.

Figura 2
Figura 2
Figura 2. Ubicación de Apiques y Lisímetros en los Entisoles de la microcuenca La Fray Juana, San Pedro de Los Milagros, Antioquia.

Figura 3
Figura 3. Corridos cromatográficos de un blanco de suelo, un estándar de CPF y Suelo dopado con CPF.

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
Tabla 1. Desempeño analítico del método con respecto a la linealidad, calibración y sensibilidad (FEM-EPA 2005).

Autor

En la Tabla 2, se presentan los volúmenes de agua percolada a lo largo del Perfil N° 2, donde la mayor infiltración se aforó en el lisímetro ubicado 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. Nótese que en el lisímetro ubicado a 56,0 cm de la superficie concuerda el mayor volumen de infiltración con la lámina más alta de agua precipitada.

Tabla 2
Tabla 2. Volumen de agua infiltrada y lámina precipitada durante el seguimiento del experimento.

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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).

Tabla 3
Tabla 3. Concentraciones del compuesto en el suelo durante el periodo de estudio.

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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 35ºC y los 45ºC son mucho mayores a las registradas en San Pedro-Colombia durante el desarrollo del experimento (13,5ºC 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).

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.