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Conferencia Internacional Usos Múltiples del Agua: Para la Vida y el Desarrollo Sostenible

Universidad del Valle/Instituto Cinara Peruzzo, P., HW�DO 135

,03$&72�'(�3(67,&,'$6�(1�$*8$6�683(5),&,$/(6�<�6(',0(1726�$62&,$'2�$�&8/7,926�325�6,(0%5$�',5(&7$�

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3HUX]]R��3� � ��0DULQR��'� � ��&UHPRQWH��&� � ��GD�6LOYD��0 �� 3RUWD��$� � �\�5RQFR��$ � �

* Centro de Investigaciones del Medio Ambiente, Facultad de Ciencias Exactas. Universidad Nacional de La Plata, La Plata, Argentina, FONCYT, CONICET, CIC-PBA.

** Centro de Estudios de Aguas y Suelos de Uso Agropecuario. Universidad Nacional de La Plata, La Plata, Argentina, FONCYT, CONICET, CIC-PBA. E-mail: [email protected]

5(680(1�Se realizaron campañas de muestreo a escala de detalle en sector de cultivo transgénico de soja-maíz, en un curso de primer orden que nace dentro del área de cultivo, afluente del sistema Pergamino-Arrecifes, Provincia de Buenos Aires, Argentina. El trabajo de campo contempló los eventos de aplicación de pesticidas (glifosato-cipermetrina y glifosato-clorpirifos) y lluvias. El análisis de glifosato se realizó por HPLC detección UV, previa derivatización con FMOC-Cl (cloruro de 9-fluoroenilmetil cloroformato) en buffer borato, trabajando con un límite de detección en aguas de 0,5 mg/L y en suelos de 2,5 mg/Kg. El análisis de cipermetrina en sedimento y suelo (previa extracción sólido-líquido por sonicación) se realizó por cromagrafía gaseosa, GC-FID con límite detección 0,05 mg/Kg, y en agua (previa separación y concentración en discos C18) por HPLC detección UV, con límite 0,0002 mg/L. La recuperación se estudió por método de sobreagregado. Complementariamente se analizó el comportamiento de los pesticidas con el modelo multimedial “Soil Fug” teniendo en cuenta las características del medio físico, bajo condiciones de aplicación de pesticidas y eventos de lluvia, evaluando la potencial degradación, evaporación e infiltración del pesticida aplicado sobre el suelo. Se determinó experimentalmente en laboratorio el escurrimiento vertical y superficial de pesticidas. Se encontró buen acuerdo en la aproximación general del problema, que muestran el impacto del glifosato sobre el compartimiento agua y de la cipermetrina con mayor asociación a película superficial de agua, al material particulado y a los sedimentos de fondo. 3$/$%5$6�&/$9(6�Agua, cultivo transgénico, herbicidas, insecticidas, modelo multimedial, sedimentos ,1752'8&&,Ï1��Teniendo en cuenta que desde la última década Argentina ha incrementado de manera sin precedentes el cultivo de soja, alcanzando en la actualidad las 10.000.000 has. cultivadas, de las cuales más del 95% corresponde a la variedad transgénica resistente al glifosato cultivada por medio del paquete tecnológico de la siembra directa (Pengue, 2003), es fundamental contar con metodologías que permitan medir y estimar la concentración de residuos de pesticidas en el ambiente asociados a esta modalidad de cultivo. Es por ello que, en el marco de un estudio general de evaluación del impacto de plaguicidas asociado a la siembra directa (Camilion HW� DO�, 2003; Martin HW�DO�, 2003; Natale y Ronco, 2003) se iniciaron estudios tendientes a contar con técnicas de análisis adecuadas para determinar residuos del herbicida glifosato y el insecticida cipermetrina en muestras ambientales. Para ello se seleccionó una zona de estudio a escala de detalle, en el sistema Pergamino-Arrecifes, Provincia de Buenos Aires, en la que se espera encontrar una influencia directa sobre el medio acuático y terrestre, dada las características intensivas de manejo y la relación entre el área cultivada y tipo de curso de agua. Cabe destacar que, a pesar de la importancia que el problema reviste en la región, no se han registrado publicaciones sobre monitoreos de estos pesticidas en la zona. El trabajo incluyó una etapa de puesta a punto de metodologías, tanto para el pretratamiento de muestras, como para la determinación analítica por técnicas cromatográficas. Complementariamente, con información de las cantidades y concentraciones de pesticidas aplicados, eventos de lluvia y características del medio físico, se estimaron concentraciones esperadas en el ambiente por medio de modelos multimediales. Asimismo se determinaron, además de la determinación de niveles de concentración de glifosato y cipermetrina en muestras de agua de



escurrimiento e infiltración y suelo provenientes de ensayos realizados en condiciones controladas de laboratorio. &DUDFWHUtVWLFDV�GH�ORV�SHVWLFLGDV�El glifosato (N-(fosfonometil) glicina), es un herbicida de amplio espectro que, de acuerdo a los antecedentes bibliográficos, en contacto con el suelo se asocia fuertemente a las partículas, haciéndolo no biodisponible para la vegetación, alcanzando una persistencia de hasta 170 días y una vida media normalmente inferior a 60 días (Stalikas HW� DO�� 2001). El glifosato y su principal metabolito (acido aminometilfosfónico, AMPA), son sustancias muy polares. No es simple establecer métodos sencillos para la extracción y determinación del glifosato y sus derivados a nivel de residuos, debido a su destacada solubilidad en agua, su insolubilidad en solventes orgánicos y su facilidad para formar complejos. La aplicación de cromatografía gaseosa o líquida exige la derivatización del analito, ya sea para favorecer su volatilización como para mejorar la capacidad de detección por UV o fluorescencia (Stalikas HW�DO��2001; Veiga HW�DO., 2001). Justamente en función de las propiedades del glifosato, la técnica de elección habitual es HPLC. Sólo recientemente ha sido posible contar con una oferta de metodologías optimizadas y estandarizadas. Por ejemplo la técnica propuesta por el Standard Methods for the Examination of Water and Waste Waters (APHA, 1998) fue aprobada por el “Standard Methods Committee” en 1996. La cipermetrina -mezcla (1:1) de isómeros cis-tras de -ciano-3-fenoxibencil-2,2-dimetil-3(2,2-diclorovinil)ciclopropano-carboxilato-, es un insecticida de la familia de los piretroides, que luego de su síntesis en la década del 70 inmediatamente ingresó al mercado y su uso se incrementó drásticamente en múltiples aplicaciones, entre ellas para combatir plagas asociadas a la producción de cereales. Es uno de los insecticidas más utilizados en la práctica de la siembra directa, acompañando al uso del herbicida glifosato. Los antecedentes indican que luego de que el insecticida es aplicado sobre los cultivos, sus residuos pueden ser encontrados en suelos, aguas superficiales y sedimentos, pero la degradación biológica es relativamente rápida y los residuos no permanecen de manera prolongada en el ambiente. De manera general, a pesar de la influencia de diversos factores, se considera que la vida media en suelos en condiciones aeróbicas es de 4 días a 8 semanas y en aguas mayor a 50 días (Farmer HW�DO��1995; EXTOXNET, 1996; Maund HW�DO��2002). Los métodos analíticos más frecuentemente utilizados por lo general recurren a cromatografía gaseosa con detección FID , EDC y MSD. 0e72'26�'HVFULSFLyQ�GH�OD�]RQD�GH�HVWXGLR�La zona de estudio está localizada en la Pampa Ondulada, dentro de la Llanura Pampeana, sector donde se desarrolla la mayor producción agrícola de la Argentina. Se caracteriza por presentar ondulaciones recortadas por arroyos, cañadas y ríos y suelos bien drenados y ricos en materia orgánica. El relevamiento se realizó en el sector de influencia de un curso de agua de primer orden del sistema Pergamino-Arrecifes, que desemboca en el Río Paraná. Las características geomorfológicas y edafológicas se describen en Camilión HW�DO. (2003). El curso se caracteriza por presentar en la zona de cabeceras cubetas de desborde a lo largo del primer kilómetro y aguas abajo, luego de su recorrido a través de la zona de cultivo, forma un humedal (estación S5 de muestreo). La localización de sitios de muestreo sobre el curso de agua en relación con la zona de cultivo es la siguiente: Sitio 1 –S1-, adyacente al lote de cultivo de soja, Sitio 2 –S2-, aguas abajo, a aproximadamente 150 m desde el límite del cultivo, Sitio 5 –S5-, 1,5 km aguas abajo, en el humedal.



0XHVWUHRV�Se extrajeron muestras de sedimentos de fondo (muestra superficial, integrada lateralmente) y agua (muestras puntuales) a lo largo del curso de agua en estudio en las tres estaciones de muestreo. Luego de un evento de lluvia asociado a la finalización de una aplicación de pesticidas, se recogieron dos muestras de película superficial de agua (por absorción en lámina de papel de filtro) de material flotante espumoso y materia orgánica en degradación. El detalle de fechas de muestreo, tipo de muestra, aplicaciones de pesticidas durante el período de estudio y eventos de lluvia se resumen en la tabla 1 y figura 1. También se extrajo una muestra representativa de suelo para los ensayos de laboratorio descriptos más adelante en esta sección.

Tabla 1. Identificación de muestras de agua y sedimento extraídas de la zona de estudio. Muestras de agua

y sedimentos Fechas de muestreo Referencias

S1A 27/10/02 S2A 27/10/02 S5A 27/11/02

Antes de la primera aplicación

S1D 28/11/02 S2D 28/11/02 S5D 28/11/02

Después de la primera aplicación (glifosato – cipermetrina)

S1DLl 17/12/02 S2DLl 17/12/02 S5DLl 17/12/02 MP 17/12/02

Después del primer evento de lluvia mayor a 50 mm posterior a la primera aplicación. MP corresponde a película de agua

S1D2 11/01/02 S2D2 11/01/02 S5D2 11/01/02

Después de la segunda aplicación. (glifosato – clorpirifos)

S1D2Ll 21/01/03 S2D2Ll 21/01/03 S5D2Ll 21/01/03

Después del primer evento de lluvia mayor a 50 mm posterior a la segunda aplicación.

Figura 1. Eventos de lluvia y aplicaciones en campo (flechas) durante el estudio

Las muestras de campo de agua y sedimentos para el análisis de glifosato y cipermetrina fueron conservadas en envases polipropileno y vidrio a -20 ºC hasta su análisis. Las muestras de suelos y agua de los experimentos de laboratorio fueron analizadas inmediatamente después de su recolección.

15-Dic

22-Dic

28-Dic

29-Dic

30-Dic

08-Ene15-Ene

19-Ene

22-Ene

0

20

40

60

80

26/11/02 11/12/02 26/12/02 10/01/03 25/01/03��

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1

2



$QiOLVLV�GH�*OLIRVDWR�La determinación de este herbicida en agua se realizó sobre muestras filtradas por membrana de 0,45 µm, y las de suelo previa extracción con KH2PO4 0,1 M; agitación (15 minutos); centrifugado y filtración por Whatman 1. La extracción se repite dos veces. Los extractos reunidos se filtran por membrana de 0,45 µm. El método de derivatización empleado se realizó de la siguiente manera: sobre 1 ml de muestra se agregan 0,25 ml buffer borato 5 % y 0,30 ml de FMOC-Cl 2 mM, dejando reaccionar durante 24 horas a 40 ºC protegido de la luz. La reacción se detiene por agregado de 0,30 ml de H3PO4 (2%), conservando en heladera (4 -5 ºC) hasta su análisis. El producto derivatizado (Gly-FMOC) se inyecta en sistema HPLC (Beckman, System Gold modelo 126, detector 166 UV) columna Supelco RP 18 / detección UV. Condiciones de corrida: fase móvil formada por buffer fosfato 0,05 M (pH=5,5): acetonitrilo (65:35), caudal: 0,8 ml/min., detección: 206 nm. El método se adaptó y optimizó a partir de antecedentes bibliográficos (Sancho HW� DO., 1996; Stalikas & Konidari, 2001; Veiga HW�DO., 2001). Se evaluó la recuperación de la técnica analítica completa para el análisis de agua por medio de el método de sobreagregado. $QiOLVLV�GH�&LSHUPHWULQD�Las muestras de agua fueron analizadas sobre el extracto orgánico en n-hexano, provenientes de la extracción con metanol en fase sólida con discos de C18 (ENVI-18 DSK Superlco de 47 mm de diámetro) (Diaz-Baez & Perez�, 2000), roto-evaporación, cambio a solvente hexano y clean-up (USEPA, 1985), concentración final (factor 1000×). Los sedimentos fueron extraídos en sistema sólido-líquido (50 g - 50 ml n-hexano, agitación 1 hora, seguido de 2 extracciones consecutivas posteriores de 25 ml cada una, por sonicación), filtración y llevado volumen final de 0,5 ml con corriente de nitrógeno, para posterior análisis cromatográfico. La extracción de los suelos se realizó por sonicación según recomendaciones de la USEPA (1985). La recuperación de las técnicas se verificó por medio del sobreagregado del analito en todas las matrices ambientales. Las muestras de película de agua sorbidas en filtro fueron también extraídas por sonicación. El análisis de cipermetrina (Barrionuevo & Lanças, 2001) en los extractos orgánicos de sedimentos o suelo se realizó por cromatografía gaseosa con detección FID (Agilent Technologies 6890N, columna HP5, 30 m x 0,32 x 0.25, carrier N2 con rampa de flujo iniciando a 1 ml/min hasta los 5 ml/min, inyector a 250 ºC, horno 80 ºC 5 min y 10 ºC/min hasta 250 ºC, detector a 300 ºC) alcanzando un límite de detección de 0,05 mg/Kg seco. La determinación de cipermetrina en agua se resolvió por cromatografía líquida HPLC con detección UV (Beckman, System Gold modelo 126, detector 166 UV, corrida isocrática con hexano:isopropanol 90:10, a 0,75 mL/min, columna CYANO de 25 cm y 4,6 mm ID, detección a 230 nm) trabajando con un límite de detección de 0,0002 mg/L. Se evaluó la recuperación de la técnica analítica completa para el análisis de agua y sedimentos por medio de el método de sobreagregado. 5HDFWLYRV�Para el análisis de ambos pesticidas, tanto las curvas de calibración, como los ensayos de recuperación, según corresponda, fueron utilizados principios activos de grado técnico y formulados de aplicación a campo (Roundup Max, Sherpa), todo ello posteriormente verificado cromatográficamente con patrones analíticos de alta pureza (SENASA, Servicio Nacional de Sanidad y Calidad Agroalimentaria, Ministerio de la Producción, Argentina). Los resultados se indican con la aplicación de los respectivos factores de pureza para el cálculo de las concentraciones finales. Los solventes utilizados en los cromatográficos fueron Merck, Riedel de Haen o J.T Baker, calidad para análisis de pesticidas. ��



$QiOLVLV�GHO�FRPSRUWDPLHQWR�GH�SHVWLFLGDV�FRQ�HO�PRGHOR�PXOWLPHGLDO�³6RLO�)XJ´�Para estimar la distribución de los pesticidas aplicados en el sistema en estudio, se utilizó el modelo multimedial “Soil Fug” (Di Guardo, 1996). Este modelo permite evaluar la degradación, evaporación, percolado y escorrentía de pesticidas aplicados sobre la superficie del suelo, y en consecuencia su potencial impacto sobre cuerpos de agua cercanos. Para su aplicación se utilizaron propiedades del sistema en estudio referidas al suelo (área, profundidad de la zona de difusión, temperatura, volúmenes relativos de aire y agua, composición en carbono orgánico y minerales), del pesticida (propiedades químicas convencionales, solubilidad en agua, presión de vapor, coeficiente de reparto octanol-agua, coeficiente de partición agua-mineral, vida media) y eventos de aplicación tales como número de eventos, tiempo de aplicación, dosis, eventos de lluvias, área cubierta por vegetación. (QVD\R�GH�HVFXUULPLHQWR�H�LQILOWUDFLyQ�GH�SHVWLFLGDV�Se practicaron dos ensayos en laboratorio tratando de simular las condiciones de campo, respecto al escurrimiento superficial y a la infiltración de pesticidas. La metodología de laboratorio empleada se detalla en estudio complementario (Camilion HW�DO�, 2003). La cantidad de mezcla de glifosato + cipermetrina aplicada (indicada como principio activo) simuló condiciones de campo con 10,5 g/L del herbicida y 62,5 mg/L del insecticida, seguido de dos eventos de lluvia en el experimento de infiltración y un evento de lluvia en el de escurrimiento superficial. Se extrajeron muestras de suelo y agua para el análisis químico. La denominación de las muestras y tiempos de muestreo son: para el experimento de escurrimiento superficial, luego de la aplicación de pesticida sobre del pan de tierra, se extrajeron muestras de suelo superficiales antes del evento de lluvia (SAescurr) y despúes evento de lluvia (SDescurr) y agua de escorrentía (Aescorr) y sólidos en suspensión (SS); las muestras de suelo y agua del experimento de infiltración se extrajeron luego de la aplicación de pesticida y antes del primer evento de lluvia (SApercol), después del primer (SD1percol para suelo y AD1percol para agua) y segundo evento (AD2percol para agua). 5(68/7$'26�<�',6&86,Ï1 El control de calidad realizado en las técnicas analíticas por medio del sobreagregado mostró recuperaciones (incluyendo todos los pasos analíticos) del 86 % para glifosato en agua, 99 y >95 % para cipermetrina en agua y sedimentos, respectivamente. Los resultados de los análisis químicos y estimaciones de concentraciones esperadas en el ambiente de acuerdo al modelo “Soilfug” de glifosato y cipermetrina de las muestras de aguas y sedimentos provenientes de campañas de muestreo están incluídos en la tabla 2. También se analizó el contenido residual de cipermetrina en muestras de sedimentos luego de la segunda aplicación en campo (glifosato y clorpirifos, muestras S1D2, S2D2, S5D2), sin encontrarse concentraciones detectables del analito. El máximo nivel de cipermetrina en agua se determinó en las muestras de película superficial (MP) extraídas estimándose un valor de 8 µg/m2. Los niveles de los pesticidas medidos en muestras de suelo y agua provenientes de los experimentos de infiltración y de escurrimiento superficial y los estimados en las condiciones experimentales por el modelo “Soil Fug” de este estudio se detallan en la Tabla 3.

En los resultados de los análisis de glifosato sobre las muestras ambientales no se observan niveles del herbicida, si bien se evidenciaron efectos biológicos en flora riparia y acuática asociados a las aplicaciones y lluvias (Martin HW�DO�, 2003). Los niveles del herbicida en agua de escurrimiento o infiltración hallados en el experimento controlado de laboratorio son cercanos al límite de detección de la técnica utilizada, de alli que no se descarta la necesidad de controlar cuidadosamente las condiciones de muestreo que permitan extraer muestras que evidencien pulsos de contaminación, los que si bien son transitorios, llevan asociados efectos sobre la flora local. El experimento controlado de laboratorio también evidencia la permanencia en el suelo de hasta un 10% del glifosato originariamente aplicado.



Tabla 2. Concentración de glifosato y cipermetrina en muestras de agua y sedimento provenientes de campañas de muestreo en zona de estudio.

glifosato (estimada)

cipermetrina (medido)

cipermetrina (estimada)

Muestra

glifosato agua

(medido) (mg/l)

agua (mg/l)

Agua (µg/l)

sedimento (µg/kg)

Agua (µg/l)

S1A < 0,5 < 0,2 < 200 S2A < 0,5 < 0,2 < 200 S5A -

-

< 0,2 < 200

-

S1D < 0,5 < 0,2 < 200 S2D < 0,5 < 0,2 < 200 S5D -

1,51

1,4 < 200

5x10-5

S1DLl < 0,5 - 1075 S2DLl < 0,5 - 595 S5DLl -

0,61

- 421

2x10-5

S1D2Ll < 0,5 - < 200 S2D2Ll < 0,5 - < 200 S5D2Ll -

0,21

- < 200

9x10-8

Tabla 3. Concentraciones de glifosato y cipermetrina (medidas y estimadas) en muestras de agua y

suelos provenientes de los ensayos de escorrentía e infiltración. Tipo de muestra

Concentración de glifosato (medida) (mg/l) o (mg/kg)

Concentración de glifosato

(estimada) (mg/l) o (mg/kg)

Concentración de cipermetrina

(medida) (µg/l) o (µg/kg)

Concentración de cipermetrina (estimada)

(µg/l) o (µg/kg) SAescurr 30,1 - 230,0 - SDescurr 4,6 2,0 59,4 7,7 SS - - 3200 - Aescorr 5,9 2,7 <1,0 4,4x10-4 SApercol 37,1 - 218,9 - SD1perco

** 3,2 0,4* ó 1,3 ** 91,2 1,7* ó 5,1**

AD1percol 2,9 1,1 < 1,0 6,1x10-5 AD2percol < 0,5 0,7 < 1,0 3,6x10-5

(*) Concentración estimada para un espesor de pan de tierra de 22 cm. (**) Concentración estimada para un espesor de 3 cm (equivalente a la profundidad a la cual se extrae la muestra de suelo para análisis).

En lo referente a la concentración de cipermetrina en muestras del cuerpo de agua estudiado, teniendo en cuenta la mayor asociación de este pesticida con el sedimento debida a su baja solubilidad y elevado Kow, se observa que sólo se detectan niveles apreciables del insecticida en los sedimentos asociado a las aplicaciones y posterior lluvia, y que la persistencia en este compartimiento ambiental (a los niveles de detección estudiados) no supera los 30 días. Cabe destacar que el potencial impacto del insecticida sobre los organismos acuáticos puede estar fuertemente asociado al material en descomposición flotante, de acuerdo a lo evidenciado en las muestras extraídas de la película supeficial en el agua del arroyo. Si bien su muestreo no es sencillo, proporciona información muy valiosa para la evaluación del impacto sobre la biota. Se considera que es importante implementar técnicas de muestreo orientadas a la extracción de muestras representativas de ese sector del compartimiento agua en futuros estudios en la zona.



El acuerdo de los datos experimentales de muestras de campo y ensayo de laboratorio indican que las concentraciones estimadas en todos los compartimientos estudiados son siempre inferiores a las medidas. Sin embargo, para el caso del glifosato, se observa un buen acuerdo, dentro del orden de magnitud entre el detectado y el estimado, mientras que para la cipermetrina la supera el orden de magnitud. Teniendo en cuenta el grado de conocimiento de algunos de los parámetros del suelo al momento de realizar la evaluación, ésta puede ser una de las causas del nivel de acuerdo encontrado. Es por ello que se planean futuros análisis de aplicaciones con un mayor número de datos experimentales de niveles de estos pesticidas en el ambiente que permitan afianzar la capacidad predictiva del modelo para el medio físico de la zona, con el fin de reducir, dado el alto costo asociado, el número de análisis químicos en futuras campañas de monitoreo. &21&/86,21(6: Se destaca la importancia de la evaluación ambiental integrada del impacto de los pesticidas estudiados. Ello teniendo en cuenta la representatividad de muestras de acuerdo a los antecedentes encontrados en este estudio, una muy ajustada sincronización entre muestreos y acciones o eventos climáticos, la optimización del número de muestras a analizar, minimizando en número y optimizando representatividad debido a los altos costos asociados, en complementareidad con experimentos en condiciones controladas de laboratorio. Por otra parte, la fuerte asociación de la cipermetrina a las partículas finas que migran al agua por escorrentía y que son transportadas a cursos colectores mayores, muestran la importancia de la evaluación de esa fracción a una mayor escala de diagnóstico. En este contexto, las herramientas predictivas proveen una visión global de carácter relevante de la compartimentalización de los pesticidas, aportando información muy valiosa a la hora de planificar futuros muestreos. Finalmente, se señala el aporte de este estudio preliminar dado al escaso conocimiento del comportamiento ambiental de los pesticidas en la región, en la que a su vez predominan actividades productivas de cultivo intensivo en grandes áreas. 5()(5(1&,$6��APHA. (1998). Standard methods for the examination of water and wastewater, 20th ed, American

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