Introducción

El aumento de la población mundial ha forzado al desarrollo intensivo del área agrícola; en dichos sistemas intensivos, el daño ocasionado por plagas y enfermedades en los cultivos ha determinado que la agricultura sea una de las actividades que más requiere el uso de sustancias químicas sintéticas, con demandas de un 85 %, para generar una producción de alto rendimiento (FAO, 2019; Vera-Díaz et al., 2020). El incremento de la cantidad y frecuencia de aplicación de los plaguicidas se ha convertido en un tema de preocupación a nivel mundial (Betancourt y Diaz, 2018), debido a que ha generado numerosos problemas ambientales a largo plazo, lo que conlleva a que residuos de estas sustancias puedan ser detectados en los recursos agua, suelo y aire, poniendo en riesgo la salud de las personas (Varga, 2021), lo que amerita la evaluación de manera sistemática de las sustancias que son utilizadas para el control de plagas agrícolas (Padilla, 2019). El crecimiento agrícola ha incrementado la demanda del recurso agua, lo cual ha ocasionado que por causas tanto naturales como artificiales disminuya su calidad (FAO, 2011). La contaminación por plaguicidas es de tipo difusa y se mueve a través de escorrentía superf icial, erosión, lixiviación y mala disposición de los envases vacíos, lo que provoca que estos compuestos se detecten lejos de su punto de aplicación en bajas concentraciones debido a que son degradados lentamente (Rodríguez et al., 2019).

Es importante recordar que los plaguicidas de tipo organoclorados fueron los primeros utilizados a nivel mundial de una forma masiva, resultando muy eficaces y económicos. No obstante, desde entonces se han suscitado numerosos problemas por su presencia en tejidos humanos y animales, ya que se han relacionado con altas tasas de probabilidad en el desarrollo de afecciones cancerogénicas y mutagénicas; además de su acción tóxica en el sistema nervioso y su capacidad de bioacumulación y persistencia en el ambiente, entre otros problemas; lo que provocó que su uso fuera restringido en muchos países. Esto condujo al descubrimiento de otros compuestos, como los insecticidas organofosforados que contienen enlaces fósforo-carbono, utilizados en el control de plagas. Sin embargo, los plaguicidas organofosforados, al igual que los clorados, presentan una alta persistencia en el ambiente, permaneciendo por largos períodos en los suelos, siendo difícilmente biodegradables (Díaz et al., 2017).

El cuadro de intoxicación ocasionado por los insecticidas organofosforados en seres humanos es conocido como síndrome colinérgico, siendo los síntomas clínicos más comunes: debilidad muscular, acetilcolinesterasa elevada, problemas digestivos (dolor abdominal, náuseas y vómitos), tos y falta de aire, lesiones en mucosas de cavidad oral y faringe, fiebre y pérdida de conciencia, incluyendo convulsiones, diarrea, daño de pulmones, riñones e hígado (Marrero et al., 2017; Prado et al., 2018). Se ha demostrado que la repercusión ecológica que tienen los plaguicidas sobre la biota acuática puede ir desde pequeños hasta grandes daños ecológicos, tanto en animales como peces, debido a que algunos son extremadamente tóxicos a bajas concentraciones, dependiendo de la especie en cuestión (Vargas y Ramírez, 2019). En muchos países se ha prohibido su uso, debido al efecto que causa en la salud (Morales et al., 2014; Muñoz et al., 2016). Desafortunadamente, en países que se encuentran en vías de desarrollo se siguen aplicando estas sustancias, tal es el caso del Ecuador, y específicamente en las zonas agrícolas aledañas al río Carrizal, provincia de Manabí, donde se utilizan de manera indiscriminada gran cantidad de plaguicidas, como: insecticidas, fungicidas, nematicidas y herbicidas, sin las precauciones y controles necesarios, en cultivos de ciclo corto (maíz, tomate, pimiento, entre otros) y cultivos perennes (cacao, café, plátano y banano), pudiendo representar un inminente riesgo o amenaza tecnológica. Esto se agrava, como lo establece Ramírez (2010), cuando la labor de las entidades oficiales encargadas de la regulación de estos productos aprueba su implementación, sin existir una supervisión eficaz de los efectos que ocasionan.

Por otra parte, el término amenaza tecnológica se refiere al contexto de peligros de origen antropogénico relacionado con accidentes tecnológicos en los que puede incurrir la sociedad, causando una alteración del funcionamiento de la misma; una de estas amenazas es la producida por el uso indiscriminado y vertido de sustancias químicas y peligrosas en el recurso agua (García, 2011; Vargas-Gonzáles et al., 2019). Una definición más completa del término la enuncia Lavell (2007), quien establece que amenaza tecnológica es aquella relacionada con accidentes tecnológicos o industriales, procedimientos peligrosos, fallos de infraestructura o de ciertas actividades humanas, que pueden causar muerte o lesiones, daños materiales, interrupción de la actividad social y económica o degradación ambiental. Como ejemplos, se incluyen la contaminación industrial, descargas nucleares y radioactividad, desechos tóxicos, ruptura de presas, explosiones e incendios.

Soler (2022) señaló que la amenaza está dada por la aplicación regular de plaguicidas particularmente en las áreas agrícolas; en otras palabras, se trata de una fuente de contaminación difusa, de liberación intermitente y a largo plazo. En este sentido, Jiménez-Quintero et al. (2016) indicaron que la amenaza tecnológica a la que se encuentran expuestos los agricultores de la microcuenca “La Pila” está relacionada con su salud, debido al uso excesivo y manejo inadecuado de plaguicidas químicos. Ramírez (2009), acotando que en español los términos “riesgo” y “amenaza” usualmente se aplican indistintamente, comentó que desde un punto de vista académico no se ha podido establecer una definición unitaria de los mismos. Si bien la literatura sobre el riesgo tecnológico proporciona una serie de clasificaciones del propio término, es posible identificar dos orientaciones generales: los enfoques de carácter positivista en la línea de las ciencias naturales, que trabajan con datos y hechos cuantificables, y, por otro lado; las aproximaciones de tipo interpretativo o hermenéutico que se centran en los aspectos más cualitativos del concepto (Ortega-García et al., 2019).

Por lo anteriormente expuesto, el objetivo de esta investigación fue determinar la concentración de nueve plaguicidas organofosforados en las aguas superficiales del río Carrizal, generando información útil que contribuya a analizar el riesgo o amenaza tecnológica que implica el uso de estos plaguicidas para los habitantes de las zonas aledañas.

Materiales y Métodos

Localización del área de estudio

La cuenca del río Carrizal se ubica entre los cantones Bolívar y Chone, tendiendo una superficie de aproximadamente 2267 km² (Carreño et al., 2019); a lo largo del río se distinguen la zona alta, media y baja. El estudio se realizó en cinco puntos desde las localidades de Quiroga hasta Bachillero, los cuales se seleccionaron con base en su cercanía a las localidades agrícolas (Figura 1). La definición de las coordenadas cartográficas proyectadas en unidades UTM de los puntos de muestreo, se presenta en la Tabla 1.

Tipo y frecuencia de muestreo

Se realizaron tres muestreos puntuales de tipo sistemático en los cinco puntos seleccionados (Figura 1),durante los meses de junio, julio y agosto de 2018, para un total de 15 muestras. Estas muestras fueron tomadas en botellas de 1000 ml tipo PET (tereftalato de polietileno), introduciéndolas a una profundidad intermedia de 15 a 20 cm entre la superficie y el fondo, con la boca del envase en contra corriente hasta llenar la botella, evitando que la muestra incluyera impurezas. Cada botella se identificó con una etiqueta que tenía la información correspondiente a cada punto de muestreo, colocándolas posteriormente en una caja térmica a una temperatura de 2 a 5 ºC.

Plaguicidas evaluados

Se analizaron nueve plaguicidas organofosforados diferentes: O,O,O – triethylphosphorothioate, thionazin, sulfotep, phorate, dimethoate, disulfoton, methylparathion, pharation y famphur. Para ello, se prepararon 10 patrones de trabajo a partir del estándar de referencia correspondiente: 0,5; 1; 1,5; 2; 2,5; 3; 3,5; 4; 4,5 y 5 µg/ml, usando micropipetas de 0,5 y 1 ml, y efectuando tres lecturas por cada nivel. Haciendo uso del programa Chromeleon Console, con el cual se maneja el cromatógrafo de gases automáticamente se generaron 270 datos en total, pertenecientes al área y concentraciones de cada uno de los plaguicidas en estudio. El estándar de plaguicidas organofosforados utilizado fue Organophosphorus Pest Mix, 1x1 ml, 2000 µg/ml hexano:acetona (80:20) de SUPELCO SIGMA-ALDRICH, Alemania.

Figura 1. Cuenca del río Carrizal (Ecuador): localización del área de estudio y puntos de muestreo (modificado de Mero, 2018).

Extracción en fase sólida (SPE)

Para la extracción y pre-concentración de las muestras en fase sólida se emplearon cartuchos para clean up C18 LiChrolut RP-18 marca MERCK, con fase estacionaria de 500 mg y de 6 ml de capacidad. Se usó un equipo de concentración HyperSep™ Glass Block Vacuum Manifolds marca THERMO FISHER SCIENTIFIC, conectado a una bomba de vacío. Los cartuchos se acondicionaron con 6 ml de hexano, 6 ml de acetonitrilo y 6 ml de agua MilliQ. Posteriormente, se agregaron 500 ml de muestra previamente filtrada para eliminar impurezas, aplicándose un vacío por 30 min. La elución de los analitos se llevó a cabo utilizando 2 ml de acetona (Augusto et al., 2013).

Cromatografía de gases (CG)

Para la separación, identificación y cuantificación de los nueve plaguicidas se utilizó un cromatógrafo de gases TRACE™ 1310 Gas Chromatograph, marca THERMO FISHER SCIENTIFIC, con detector de ionización de llama (FID, según sus siglas en inglés), columna capilar TR-II PESTICIDE marca THERMO FISHER SCIENTIFIC e inyector en modalidad splitless.

Las condiciones para el procesamiento fueron las siguientes: volumen de inyección de 1 µl, temperatura del inyector de 280 ºC, temperatura del detector FID de 280 ºC, flujo de purga de 5,0 ml/min, flujo de helio de 108,2 Kpa, flujo de aire de 350 ml/min y de hidrógeno de 35 ml/min. La temperatura del horno inició en 50 ºC por 2 min, a razón de 10 ºC por min y se incrementó a 150 ºC donde se mantuvo por 1 min, a razón de calentamiento de 30 ºC/min se elevó a 280 ºC por 2 min. El tiempo total de la corrida por muestra fue de 19,33 min. Este procedimiento se basó en la metodología propuesta por Martínez-Lara y Páez-Melo (2017) para cromatografía gaseosa. Se determinaron los límites de detección, límites de cuantificación y porcentajes de recuperación de cada analito (SPE), a partir del estándar de plaguicidas.

Validación del método analítico

Para la validación de método se aplicaron los siguientes parámetros estadísticos: coeficiente de correlación, desviación estándar, desviación estándar relativa, límite de detección y cuantificación, de acuerdo al estudio realizado por Betancourt-Arango et al. (2021).

Aplicación de entrevista relacionada con la amenaza tecnológica

Se implementó una entrevista para determinar el conocimiento que sobre estos aspectos posee la población aledaña a la zona de estudio. La población entrevistada estuvo integrada por agricultores y habitantes de cada localidad evaluada. Del total de 25 personas entrevistadas, 28 % correspondió a la localidad de Quiroga, 20 % a Platanales y a Bachillero, 16 % a La Estancilla y a ESPAM.

En la entrevista se realizaron las siguientes preguntas:

1. ¿Posee conocimiento sobre el concepto de amenaza tecnológica?: Sí:______, No: ____

2. ¿Qué grado de conocimiento posee sobre la amenaza tecnológica asociada al uso de plaguicidas organofosforados?

Conocido: ____, Medio: ____, Desconocido: ____

Resultados y Discusión

Con la metodología aplicada en esta investigación SPE-CG (extracción en fase sólida-cromatografía de gases), se pudo detectar la presencia de algunos residuos de plaguicidas organofosforados en aguas del río Carrizal. Los parámetros estadísticos obtenidos para la extracción en fase sólida y porcentajes de recuperación, se presentan en la Tabla 2, mientras que los límites de cuantificación, detección y máximos permisibles de la legislación ecuatoriana (Ministerio del Ambiente del Ecuador, 2015), se incluyen en la Tabla 3.

Los parámetros establecidos para la validación del método cumplieron con los criterios de excelente linealidad de la curva de calibración en el rango de trabajo establecido, coeficiente de correlación igual a 0,9963 (mayor a 0,995) (Aguilar et al., 2021). En cuanto a la precisión del método, la medida de la desviación estándar menor a 20 %, con un valor de 4,38 %, límites de detección que estuvieron entre 0,001 a 0,006 µg/ml y límites de cuantificación entre 0,004 y 0,017, demostraron una muy buena sensibilidad (García, 2019); asimismo, el porcentaje de recuperación de la extracción en fase sólida, se encontró entre 70 y 127 %. Todo esto indicó una relación entre las variables límite de detección y límite de cuantificación (García, 2019). Estos resultados destacan la aplicabilidad de las técnicas analíticas utilizadas en esta investigación, y refuerzan lo establecido por Köck (2014), quien indicó que para la extracción y concentración de plaguicidas en muestras de agua, la más recomendada es la SPE debido a su selectividad, precisión, rendimiento, ya que la muestra está sujeta a muy poca manipulación. Por su lado, Bastidas et al. (2019) aclararon que la recuperación de los analitos mediante SPE depende de la polaridad de los eluyentes, de modo especial cuando se extraen varios de manera simultánea.

Como se muestra en la Tabla 2, el 90 % de los plaguicidas presentaron un porcentaje de recuperación eficiente, de acuerdo al método EPA 505 (Environmental Protection Agency, 1995). El mayor y menor porcentaje de recuperación fue para famphur y dimethoate, con 127,36 y 12,16 %, respectivamente. Estos resultados coincidieron parcialmente con los reportados por Rodríguez et al. (2016), quienes consideraron que los porcentajes aceptables de recuperación de los analitos en SPE estuvieron entre 70 y 130 %. El bajo porcentaje de recuperación alcanzado por dimethoate (12,16 %), puede atribuirse, según García et al. (2017), a su alta polaridad, lo que contribuyó a un bajo rendimiento durante la extracción mediante SPE; así mismo, Guerrero y Velandia (2014) en un estudio comparativo de dos metodologías para la determinación de residuos de plaguicidas en agua potable, demostraron que los organofosforados con mayor polaridad, como es el caso del dimethoate, presentaron un porcentaje de recuperación muy bajo o nulo, con una elevada solubilidad en el agua.

Con respecto a los límites de cuantificación y detección de los plaguicidas organofosforados evaluados, se determinó que los valores más altos fueron para dimethoate (0,017 y 0,006 µg/ml, respectivamente) y los menores para phorate (0,004 y 0,001 µg/ml, respectivamente). Dichos niveles se compararon con los límites máximos permisibles establecidos en el texto unificado de la legislación secundaria del ministerio del ambiente, libro VI, anexo 1, de las normas de calidad y de descarga de efluentes al recurso agua, criterios de calidad de fuentes de agua para consumo humano y uso doméstico (Ministerio del Ambiente del Ecuador, 2015) y que se presentan en la Tabla 3, evidenciándose que se obtuvieron límites de detección por debajo de lo que estable la normativa.

Detección y concentración de plaguicidas por localidad y mes de muestreo

La localidad en la que se determinó la presencia de plaguicidas en los tres meses de evaluación fue ESPAM, con la detección de famphur; mientras que phorate se presentó durante el mes de junio en Quiroga. Famphur fue detectado en cuatro localidades en el mes de junio, en tres localidades en el mes de julio y en una localidad en el mes de agosto, siendo el plaguicida de mayor ocurrencia; los otros plaguicidas no lograron ser detectados en las muestras (Tablas 4, 5 y 6).

Un aspecto que se debe destacar es que la concentración más alta del plaguicida famphur fue detectada durante el mes de junio en La Estancilla, localidad en la cual se realiza la captación del agua para su tratamiento y distribución a cinco cantones de la provincia de Manabí: Calceta, Junín, Tosagua, Bahía y San Vicente, con los consecuentes riesgos de contaminación que ello implica, donde las concentraciones mostraron una pequeña diferencia por cada mes que se realizó el muestreo. Famphur, así como en general todos los plaguicidas organofosforados, son utilizados ampliamente en la agricultura y ganadería para el tratamiento de plagas y enfermedades (Esparza-Olalla et al., 2020), y por lo tanto, no se exime su uso en el control fitosanitario de los cultivos agrícolas presentes en la localidad. También famphur, de acuerdo a (Lee y Myung, 2019), es un insecticida de uso sistémico de animales tipo ganado para infecciones causadas por gusanos, larvas, piojos. En la lista de plaguicidas de la Organización Mundial de la Salud (OMS, 2019), el famphur se encuentra como altamente peligroso, indicando que causa muchos problemas de salud, especialmente a niños y generando daños al ambiente.

Por su parte, el phorate, también conocido como forato y detectado en Quiroga (Tabla 4), es un insecticida de uso exclusivo para la agricultura, siendo un producto altamente tóxico, ya que suele estar sujeto a un proceso de separación denominado hidrólisis lenta, generando varios compuestos que contribuyen a la aparición de cáncer en las personas. Este tipo de hidrólisis ocurre en el agua, produciendo dietil disulfuro, ácido sulfhídrico y formaldehído como productos de degradación (Pesticide Action Network, 2018; Dar et al., 2022). De acuerdo a Brunton et al. (2020), el phorate tiene una persistencia moderada en el ambiente, siendo catalogado como extremadamente peligroso por su toxicidad aguda y crónica, aun encontrándose a bajos niveles. También, Martin-culma y ArenasSuárez (2018) demostraron que fue altamente tóxico para las abejas.

Aunque en general los valores obtenidos de plaguicidas organofosforados en esta investigación se encontraron por debajo del límite permisible que establece la normativa ambiental vigente del Ecuador para agua destinada a consumo humano y uso doméstico, estos a bajas concentraciones pueden ser tóxicos, y causan problemas a la salud y al ambiente, debido a que suelen ser resistentes a la degradación, con persistencia en periodos de tiempo extensos, llegando a convertirse en compuestos muy riesgosos (Rodríguez et al., 2019; Grondona et al., 2022). Planteándose esta misma problemática, Álvarez-Sánchez (2020) llevó a cabo una investigación donde el objetivo fue evaluar el riesgo de impacto ambiental que genera la aplicación de plaguicidas en arveja (Pisum sativum), en el municipio de Ipiales, departamento de Nariño, Colombia. Entre los resultados más relevantes se identificaron 44 ingredientes activos, con un valor medio de uso de 25,1 kg ia/ha/año, mostrando una alta dependencia de plaguicidas en el sistema productivo del cultivo. Así, considerando el tipo de productor, se presentó un riesgo moderado para los campesinos, y la contaminación de fuentes hídricas superficiales representó la mayor amenaza derivada del uso de estos productos.

Por otra parte, con respecto a los resultados de la entrevista, en la Figura 2 se presentan los relacionados con el conocimiento que la población posee sobre el concepto de amenaza tecnológica. El 80 % de la población entrevistada afirmó no conocer el concepto, y apenas un 20 % indicó tener nociones generales sobre el mismo, lo que pone en evidencia una desinformación con relación a los riesgos a los que puede estar expuesta, atribuyéndolo a un bajo nivel educativo y al desconocimiento de los riesgos de los agroquímicos, subestimando los posibles efectos que pueden desencadenar el uso y exposición a estas sustancias.

En la Figura 3 se presentan los resultados relacionados con el conocimiento de la población entrevistada sobre el nivel de peligro asociado al uso de plaguicidas organofosforados. El 52 % de los entrevistados manifestaron un nivel desconocido, un 40 % nivel medio y un 8 % indicaron un nivel conocido; así mismo, manifestaron que no sería corregible el daño que podría ocasionar este factor, es decir, que hubo una leve percepción de la amenaza tecnológica asociada al uso de plaguicidas debido al desconocimiento del riesgo por la exposición por el uso y manejo inadecuado de plaguicidas químicos, para el control fitosanitario de sus cultivos

En una investigación similar, Ramírez (2010) analizó la percepción de los riesgos ambientales generados por el uso intensivo de plaguicidas en soya transgénica en Argentina, empleando metodologías de investigación cualitativa como la técnica de la entrevista. De manera similar a los resultados obtenidos aquí, el autor afirmó que el uso de plaguicidas en soya no fue percibido como una actividad riesgosa para el ambiente, debido a las siguientes razones: confianza en el mejoramiento de la calidad de los productos, así como en los procesos de innovación tecnológica acontecidos en los últimos años, y a la labor de las entidades oficiales encargadas de la regulación de plaguicidas que aprueban su implementación.

Finalmente, las zonas aledañas a la cuenca del río Carrizal donde se realizó la investigación presentó evidencias de peligros antrópicos, donde las inminentes causas de contaminación superficial de las aguas estuvieron relacionadas con el uso indiscriminado de plaguicidas organofosforados en actividades agropecuarias. Aunque la información no se recabó en la entrevista, se pudo constatar mediante observación el manejo inadecuado de los plaguicidas, lo que sienta las bases para la estimación de la amenaza tecnológica a la que se encontró expuesta la población. Estas amenazas pueden afectar la calidad de vida de los pobladores de forma directa, sobre todo a los grupos poblacionales que viven cerca del área de influencia de los cultivos, quienes se encuentran expuestos a los plaguicidas, lo que incide en daños a su salud por la ingesta de alimentos y agua contaminada; adicionalmente, pueden causar pérdidas económicas en sistemas de producción agrícolas y pecuarios derivados de desequilibrios ecológicos; de esta manera, se debe tener muy en cuenta que los insecticidas evaluados pueden tener una permanencia prolongada en el ambiente, con tendencia a bioacumularse (García et al., 2022; Palacio, 2022).

Conclusiones

Con los métodos de extracción en fase sólida y cromatografía de gases se detectó la presencia de algunos plaguicidas organofosforados en aguas del río Carrizal, validándose su precisión con los parámetros estadísticos aplicados. En el 60 % de las muestras analizadas hay presencia de phorate y famphur en bajas concentraciones, encontrándose dentro de los límites máximos permisibles por la legislación ecuatoriana para agua destinada a consumo humano y uso doméstico.

Se identificó que existe un riesgo a la salud de la población aledaña al río Carrizal por el uso y manejo inadecuado de estas sustancias, dichas consecuencias se agravan debido a que la misma posee escasos conocimientos sobre los peligros y amenazas que representa la exposición y manipulación de este tipo de compuestos químicos, enfrentándose a un inminente riesgo.

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