CONTAMINACION DEL AGUA Y SUBSUELO POR EL USO DEL FLUROXIPIR METILHEPTIL ESTER EN CULTIVOS DE SOYA EN LA LOCALIDAD DE CHANÉ EN EL DEPARTAMENTO DE SANTA CRUZ

Paul E. Vargas^a* Walter de Groot^b Carlo Vandecasteele^c

^aCentro de Aguas y Saneamiento Ambiental, Facultad de Ciencias y Tecnología, Universidad Mayor de San Simón, Cochabamba, Bolivia. E-mail: paul_5151@yahoo.com
^b Departamento de Química, Facultad de Ciencias y Tecnología, Universidad Mayor de San Simón, Cochabamba, Bolivia.
^cDepartment of Chemical Engineering, Kuleuven, De Croylaan 46, B-3001, Leuven, Belgium. E-mail: Carlo.Vandecasteele@cit.kuleuven.ac.be

RESUMEN

Starane^® es un producto herbicida muy utilizado en el cultivo de soya, su componente activo es fluroxipir metilheptil éster (FMHE). Se colectaron muestras de suelo de Santa Cruz y Cochabamba. Los valores de K_d y K_oc obtenidos para el FMHE fueron 8 ml g^-1 y 401 ml g^-1. Los ensayos de infiltración con 1,74 veces la dosis de FMHE aplicada en campo presentaron una recuperación de menos del 1% de FMHE. Solo suelos con abundancia de material grueso presentaron FMHE en sus respectivos infiltrados. Altos contenidos de materia orgánica y sales se asociaron con una mayor y menor sorción de FMHE en el suelo, respectivamente. FMHE fue detectado en cuatro ríos y un pozo poco profundo de Santa Cruz.

Palabras claves: Herbicida, Starane, Santa Cruz, soya, fluroxipir metilheptil éster, suelo intacto, infiltración, K_d, K_oc, sorción

ABSTRACT

Starane^® is a herbicide used massively in soybean production, its active ingredient is fluroxypyr methylhepthyl ester (FMHE). Soil samples were collected from locations in Santa Cruz and Cochabamba. The obtained K_d and K_oc values are 8 ml g^-1 and 401 ml g^-1. The infiltration tests applying 1.74 times the FMHE field dose rendered a recovery of less than 1% FMHE. FMHE was only found in the leachates of soils with gravel and high sand contents. Hight contents of organic matter and salts were associated with a bigger and smaller sorption of FMHE in soil, respectively. FMHE was detected in four rivers and one well in Santa Cruz.

Keywords: Herbicide, Starane, Santa Cruz, soybean, fluroxypyr methylhepthyl ester, intact soil, leaching, K_d, K_oc, sorption

INTRODUCCION

Un herbicida, con las precipitaciones pluviales puede ser transportado por escorrentía a través de la cuenca, llegar a los ríos y recorrer grandes distancias sin modificarse.

Starane^® es un concentrado emulsionable que actúa como herbicida post-emergente selectivo; contiene 303 g de fluroxipir metilheptil éster (FMHE) por litro (Dow AgroSciences, 2001). La Figura No. 1 presenta la estructura química del FMHE.

“Starane” es comercializado por Dow AgroSciences para el control o eliminación de malezas anuales o perennes de hoja ancha. La dosis recomendada por comercios de productos agropecuarios en la ciudad de Montero (Santa Cruz) para aplicaciones en cultivos de soya es de 1 litro de “Starane” por hectárea de terreno, aproximadamente el triple de lo recomendado por el fabricante.

Estimaciones de la concentración ambiental para exposiciones crónicas realizadas mediante modelos, dieron como resultado valores de 1,6 ppb para aguas superficiales y 0,017 ppb para aguas subterráneas (EPA, 2005).

El herbicida FMHE es completamente hidrolizado a ácido fluroxipir (AF) durante la penetración a través de la piel del ser humano y de la rata, así como en el interior de una planta (HEWITT et al., 2000). Estudios de toxicidad a largo plazo demostraron que el AF tiene un efecto crítico sobre los riñones (DIRECTORATE GENERAL HEALTH & CONSUMER PROTECTION, 1999). La Figura No. 2 presenta la estructura química del AF.

La principal fuente de agua de consumo en las zonas agrícolas del departamento de Santa Cruz es el agua subterránea. Pequeñas poblaciones como Chané tienen cooperativas que distribuyen agua de pozos de hasta 100 m de profundidad. Desde este punto de vista y considerando la creciente actividad agrícola de estas zonas, se ve la necesidad de estudiar el comportamiento de infiltración de uno de los compuestos aplicados como es el FMHE.

PARTE EXPERIMENTAL

Zona de Estudio

La zona de estudio se localizó en la provincia Obispo Santiestevan del departamento de Santa Cruz. La localidad de Chané y las zonas de cultivo que se extienden hasta Río Grande fueron de especial interés en el presente trabajo. Sin embargo, también se consideró la localidad de General Saavedra. Las localidades de General Saavedra y de Chané se encuentran a 69 y 95 kilómetros de Santa Cruz de la Sierra, respectivamente, ambas al norte de esta ciudad. En la Figura No. 3 se presenta la ubicación en el mapa de Santa Cruz de estas dos localidades.

La localidad de Chané tiene una precipitación anual promedio de 1 400 mm mientras que G. Saavedra tiene una precipitación entre 1 100 y 1 200 mm (CIAT-ANAPO, 1998). La estación lluviosa se inicia generalmente en diciembre para concluir en marzo. De 60 a 80 % de las precipitaciones ocurren durante estos 4 meses (MATTOS & CRESPO, 2000).

Muestreo de aguas y análisis de FMHE

Para el análisis se realizó una extracción líquido-líquido con una mezcla acetona (Merck, min. 99,5% pureza) y diclorometano (Scharlau, 99,9% pureza) en proporción (1:1 v/v) como solvente extractor. Se extrajo el total de la muestra (aprox. 1 litro en el caso de muestras ambientales y 200 ml en el caso de los infiltrados) con tres fracciones del solvente de extracción. Se concentró el extracto por medio de un rotaevaporador y se limpió con Florisil activado a 130ºC. Finalmente, se concentró el extracto concentrado limpio por flujo de nitrógeno en un equipo “Minivap” (Supelco) hasta un volumen final de 1 ml.

En el cromatógrafo, se utilizó una columna tipo cpsil19cb (Varian) de 50 m de largo, 0,25 mm de diámetro interno y 0,2 µm de espesor de “film”. El gas portador fue helio y el gas “make up” fue nitrógeno. Las temperaturas del inyector y del detector fueron 220º y 300ºC, respectivamente. La temperatura del horno varió desde 100ºC (2 min. de espera) hasta 150ºC a una razón de 15ºC/min. Luego varió desde 150ºC (5 min. de espera) hasta 240ºC a una razón de 10ºC/min. Finalmente, varió desde 240ºC (11 min. de espera) hasta 245ºC a una razón de 10ºC/min.

El estándar interno utilizado fue el pentacloronitrobenceno, con un tiempo de retención para el método de 20,3 min., mientras que para el FMHE fue 41,5 min. El límite cuantificable de FMHE en el extracto fue 9,9 µg/l. La Figura No. 5 presenta el cromatograma de una solución estándar en acetona que contiene 0,99 mg/l de FMHE y 2,14 mg/l de pentacloronitrobenceno, además de 1,12 mg/l de clorpirifos y 1 mg/l de dibutilcloroendato.

El día 21 de septiembre del 2004 se colectaron muestras de agua de algunos ríos y un pozo de agua en el norte del departamento de Santa Cruz. Los puntos de muestreo se los presenta en la imagen satelital de la Figura No. 4.

Muestreo de suelo

Se obtuvieron muestras de suelo intacto y disturbado de cuatro parcelas distintas: cinco muestras de una parcela de cultivo de soya en la localidad de Chané (5), dos muestras de una parcela de cultivo de soya camino a Río Grande (6), tres muestras una parcela de cultivo en la localidad de General Saavedra (2) y tres muestras de una parcela de referencia en la localidad de Colcapirhua; las tres primeras parcelas pertenecen al departamento de Santa Cruz y se muestra su localización en la imagen satelital de la Figura No. 4 de acuerdo a los números entre paréntesis, mientras que la última se localiza en el departamento de Cochabamba.

K_d y K_oc

Para la determinación del Coeficiente de Distribución para Adsorción, K_d y el Coeficiente de Adsorción Normalizado para Carbono Orgánico, K_oc, se realizó un Ensayo de Sorción por Lotes. Aproximadamente 2 g de suelo de la parcela de cultivo de soya en la localidad de Chané (pesado con 0,000 1 g de exactitud) se sometió a agitación por 24 horas, con 300 ml de solución 0,99 mg/l de FMHE. La solución contenía además CaCl₂ 0.01 M y NaN₃ al 0,1%. El NaN₃ se adicionó para minimizar la biodegradación (SØVIK et al., 2002).

Se determinó la concentración de FMHE en la solución en equilibrio y por medio de este dato se calculó la cantidad de FMHE retenido en el suelo por unidad de masa de suelo seco. La relación de la cantidad de FMHE retenido en el suelo respecto de la concentración de la solución en equilibrio, permitió obtener el valor de K_d. Por medio del factor de Van Bemmelen (1,724), el contenido de materia orgánica (determinado por perdida de peso por ignición) y el valor de K_d, se obtuvo el valor de K_oc.

Ensayo de infiltración

Existen dos métodos de infiltración en columna considerados los más utilizados para el análisis de infiltración de pesticidas en suelos (KJOLHOLT, et al., 1998), éstos son:

- Método descrito por la guía de la “Biologische Bundesanstalt für Land und Forstwirtschaft”, BBA (Alemania).

- Método descrito por la guía de la “United States Environmental Protection Agency”, US EPA (Estados Unidos).

Se saturó la muestra de suelo por medio de goteo lento de una solución CaCl₂ 0,01 M y NaN₃ 0,1%, a una razón de flujo tal que no permita acumulación de solución en la parte superior de la muestra de suelo. Se midió el caudal de salida de la solución, a partir del cual, se obtuvo la conductividad hidráulica de la muestra de suelo en el tubo.

Luego de la saturación, se dosificó a cada muestra de suelo 1 ml de una solución de estándar de FMHE de concentración 99 mg/l equivalente a 1,74 veces la dosis de aplicación del herbicida en campo. Se simuló una precipitación en el sistema mediante la adición de solución CaCl₂ 0,01 M y NaN₃ 0,1% (a una razón de flujo tal que no produzca acumulación de solución) hasta obtener 200 ml de infiltrado (volumen sugerido por el método BBA). En la muestra 8 de la parcela de G. Saavedra se obtuvo 500 ml de infiltrado (volumen sugerido por el método US EPA) para comprobar si existe diferencia respecto a los casos en que solo se obtuvo 200 ml de infiltrado. El infiltrado se analizó para conocer la cantidad de FMHE que atravesó el estrato de suelo.

Otros ensayos

Se obtuvo el pH, contenido de materia orgánica y conductividad eléctrica de las muestras de suelo disturbado.

El pH se determinó en una suspensión suelo:solución CaCl₂ 0.01 M (1:2). Después de 30 min. de agitación de la suspensión y un tiempo similar de reposo, se midió con el electrodo del pHmetro el sobrenadante. De manera similar se midió la conductividad eléctrica, pero el tiempo de agitación para este caso fue 4 horas. El contenido de materia orgánica se determinó por “ignición” a 550ºC y la consiguiente variación en el peso de una muestra de aproximadamente 5 g de suelo húmedo.

Se prepararon muestras compuestas de las cuatro parcelas, las mismas que fueron ensayadas por tamizado en el Laboratorio de Geotecnia-UMSS, para determinar la granulometría.

RESULTADOS Y DISCUSION

Los ensayos por tamizado realizados por el Laboratorio de Geotecnia-UMSS para los suelos de las cuatro parcelas comprendidas en este estudio, proporcionaron los contenidos de grava, arena y material fino (limo y arcilla) presentados en la Tabla No. 1.

Como se observa a partir de los resultados de granulometría, tres suelos tenían importante contenido de material fino comparado con el contenido de arena (Chané, Río Grande y Colcapirhua). Por otra parte, un suelo tenía alto contenido de arena (G. Saavedra) y uno solo de los suelos tenía grava (Colcapirhua).

La Tabla No. 2 presenta los valores de contenido de materia orgánica, pH, conductividad eléctrica y conductividad hidráulica de las muestras de suelo intacto.

De acuerdo a estos resultados, se pudo comprobar que todas las muestras de suelo intacto que se obtuvieron eran de características muy distintas, aun cuando fueron obtenidas de la misma parcela. Estas diferencias podrían deberse a particularidades propias del terreno como ser pequeñas depresiones o pendientes que se manifiestan en época lluviosa por la acumulación de agua en ciertas partes de la parcela. Precisamente esa acumulación de agua ocasiona que en las depresiones del terreno se tengan contenidos salinos más altos (conductividades eléctricas más altas). Por otra parte, la conductividad hidráulica del suelo también es un factor que determina el grado de salinidad del suelo; el suelo de G. Saavedra es, en general, más permeable que el de las otras parcelas debido a su alto contenido de arena; esto posibilita un mayor flujo de agua a través del suelo y, por consiguiente, un mayor lavado de las sales.

Los valores de K_d y K_oc obtenidos para el FMHE en la parcela de cultivo de Chané fueron 8 ml g^-1 y 401 ml g^-1, respectivamente. De acuerdo a una clasificación de movilidad manejada por FOGG, et al. (2004), el FMHE estaría clasificado como un compuesto entre moderadamente móvil y débilmente móvil. El valor de K_oc obtenido para el FMHE es menor al encontrado en trabajos previos, en los que se maneja un rango de valores de K_oc que va desde 6 200 a 43 000 ml g^-1 (DIRECTORATE GENERAL HEALTH & CONSUMER PROTECTION, 1999). En los ensayos de sorción de la presente investigación se buscó minimizar la biodegradación mediante la adición de NaN₃, por tanto, el K_oc obtenido solo considera los efectos físicos y químicos del suelo sobre el FMHE.

En lo referido a los ensayos de infiltración con las muestras de suelo intacto, ninguna muestra del cultivo de soya de Chané y camino a Río Grande, presentó FMHE detectable y cuantificable en sus infiltrados. Al ser suelos con un alto porcentaje de material fino sus conductividades hidráulicas eran bajas, es decir, la razón de flujo (volumen de solución que atraviesa la muestra de suelo por unidad de tiempo) de estas muestras eran bajas. Un factor importante que limita la infiltración del FMHE a través de la muestra de suelo es la razón de flujo, pues a mayor razón de flujo mayor será la infiltración del compuesto (KOOKANA et al., 1992). El hecho de que cinco de los siete ensayos de infiltración realizados en muestras de cultivos de soya de Chané y camino a Río Grande tengan las conductividades hidráulicas más bajas del conjunto de muestras, demuestra que necesariamente la razón de flujo condiciona el movimiento del FMHE, sin embargo, no es el único factor que se debe considerar.

La Tabla No. 3 presenta los resultados del ensayo de infiltración en columna; se presenta la concentración de los infiltrados correspondientes a las distintas muestras de suelo intacto, además del porcentaje de FMHE que llegó a infiltrar en cada caso.

En general, el porcentaje de FMHE infiltrado en los suelos de Colcapirhua es menor al infiltrado en los suelos de G. Saavedra, esto debido a que los suelos de Colcapirhua tienen mayor contenido de materia orgánica, material fino y una menor conductividad hidráulica.

El suelo de la parcela de Colcapirhua, a pesar de poseer un contenido material fino ligeramente superior al del suelo del cultivo de soya de Chané, en los infiltrados de dos de las tres muestras de suelo intacto se encontró FMHE. El contenido de grava podría ser la causa, sin embargo este factor parece tener un efecto mínimo pues las conductividades hidráulicas de las muestras de la parcela de Colcapirhua, en general, son ligeramente superiores a las de las muestras de la parcela de Chané. Incluso, dos muestras de la parcela de Chané poseen conductividades hidráulicas superiores a las de las muestras de Colcapirhua.

La explicación a la presencia de FMHE en el infiltrado de las muestras de la parcela de Colcapirhua está en las características del material fino que constituye el suelo. Son dos suelos de dos departamentos con orografía y clima distintos, por consiguiente, con orígenes distintos. Considerando las características del suelo de la parcela de Chané y de las parcelas de cultivo que se extienden hasta Río Grande, estos serían suelos de origen aluvial, es decir, transportados por acción del agua de ríos; en tal sentido, serían suelos ricos en material coloidal. Las partículas coloidales, al tener mayor superficie de sitios activos, tienen una mayor capacidad de sorción (BJERRE et al., 2000). A partir de los resultados obtenidos, se podría decirse que el material fino que constituye los suelos de la parcela de Chané y la del camino a Río Grande, tienen mayor capacidad de sorción comparado con el existente en la parcela de Colcapirhua.

De acuerdo a lo observado es posible decir que el efecto combinado de altos contenidos de materia orgánica y bajas conductividades hidráulicas, es capaz de reducir en una forma notable la infiltración del FMHE. Por otra parte, el contenido salino del suelo parece tener un efecto en la sorción y, por consiguiente, en el porcentaje de FMHE infiltrado; contrastando los valores de conductividad eléctrica y de porcentaje de infiltración para los suelos de Colcapirhua, se observa que a mayores contenidos salinos existiría también un mayor porcentaje de FMHE infiltrado, es decir, el contenido salino inhibiría la sorción en el suelo. Este efecto se observó para los suelos de Colcapirhua y G. Saavedra aunque en menor grado debido, obviamente a que la composición de las sales son distintas en ambas zonas.

Las muestras de agua se tomaron al final de la época seca. La noche anterior al muestreo llovió, pudiendo ser esta la razón por la cual se encontró el FMHE en los ríos. En especial, se puede destacar el valor de la concentración del Río Chané pues es extremadamente alto. Este río es una especie de rebalse del Río Piraí en el norte de la provincia Obispo Santiestevan y se caracteriza por tener aguas con poco movimiento, a tal punto que existe abundante vegetación acuática flotante cerca de las orillas. En toda la zona que rodea al Río Chané se observó una notable actividad agrícola dedicada fundamentalmente al cultivo de soya, la presencia de un gran número de recipientes vacíos de plaguicidas en los bordes de los cultivos delataba también la aplicación de plaguicidas.

El cultivo de soya abarca todo el año, llegándose a tener tres cosechas anuales, por tanto es obvio que la aplicación de plaguicidas también abarca todo el año. Es lógico entonces que las primeras lluvias pudieran ocasionar la escorrentía de éstos, llevándolos a cursos de agua como son los ríos. Es así que se puede explicar la presencia del FMHE en las aguas de los ríos, llegando a tener concentraciones apreciables, incluso en ríos tan caudalosos como el Río Grande.

En lo referido a un pozo de agua dotado de una bomba manual ubicado en un campamento cercano al Río Grande, en una zona de intensa actividad soyera (punto de muestreo 7 en la Figura No. 2), el agua presentó una concentración de FMHE de 0,032 mg/l, demostrando que existe una leve movilidad del compuesto, tal como era de prever considerando el valor de K_oc obtenido.

CONCLUSIONES

Los valores promedio de K_d y K_oc obtenidos fueron de 8 ml g^-1 y 401 ml g^-1, respectivamente. De acuerdo a estos valores, el FMHE se clasifica como un compuesto entre moderadamente móvil y débilmente móvil.

Las muestras de suelo intacto con granulometría tal que su contenido de material fino sea muy alto y que presente abundancia de material coloidal, no presentan FMHE detectable en sus infiltrados en el tiempo de evaluación. Pero en periodos largos en los que continuamente se aplica el herbicida en los cultivos, y además se presenta un importante régimen de lluvias, el herbicida puede llegar a acuíferos poco profundos, a pesar de su baja movilidad.

El contenido de sales solubles (conductividad eléctrica) tiene efecto sobre el grado de infiltración y, por consiguiente, sobre el riesgo de contaminación del subsuelo por FMHE. Mayores valores de conductividad eléctrica se asociaron a una mayor infiltración del FMHE en el suelo.

El riesgo de contaminación del subsuelo por el uso del FMHE en cultivos de soya de la localidad de Chané en el departamento de Santa Cruz es bajo, debido a las características del suelo del lugar y el importante grado de sorción del compuesto en el suelo.

AGRADECIMIENTOS

Estamos muy agradecidos por el apoyo brindado por la cooperación belga a través del Convenio UMSS-IUC, que permitió la realización del presente trabajo. No menos importante fue el concurso del Centro de Aguas y Saneamiento Ambiental de la Universidad Mayor de San Simón, que nos brindó sus instalaciones y su equipamiento para todo el trabajo de laboratorio.

REFERENCIAS

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