Evaluacion del riesgo ambiental a la liberacion de plaguicidas

• introduccion
• origen de los plaguicidas en el ambiente
• movimiento y destino de los plaguicidas en el ambiente
• degradación de los plaguicidas
• ecotoxicologia y evaluacion de riesgo ambiental
• analisis de riesgo
• analisis de riesgo por metodo determinístico
• informacion de estudios ecotoxicologicos
• conclusiones

INTRODUCCION

La actividad agropecuaria ha experimentado en las últimas décadas importantes procesos de transformación, lo cual ha significado un aumento de las áreas plantadas tanto en productos de consumo humano, forrajero y forestal. Esta situación ha implicado un aumento en la liberación de sustancias químicas, o plaguicidas ya sean naturales o de síntesis, imprescindible para el control de plagas principalmente en los procesos de producción intensivos.

Estas sustancias, los plaguicidas, han sido diseñados específicamente para combatir a organismos vivos, las plagas, que causan efectos no deseados sobre cultivos agrícolas y forestales. Los plaguicidas por lo tanto son sustancias que permiten eliminar, controlar y manejar plagas, lo que presupone una elevada toxicidad al menos para esos organismos plagas , evidentemente la actividad del plaguicida sobre la especie objetivo no es considerado un problema, ya que en esa actividad se basa su eficacia y la razón de su utilización, sin embargo los problemas derivan de la falta de selectividad ya que en la liberación de estas sustancias la toxicidad se extiende a otras especies no objetivos. Este posible efecto no intencionado sobre otros organismos, obliga a realizar valoraciones previas a modo de minimizar los impactos sobre estos organismos y los diferentes compartimentos ambientales.

Considerando que las mejores soluciones son las preventivas, la Normativa de autorización para plaguicidas de uso agrícola, incorpora en sus exigencias información relativa a efectos ecotoxicologicos sobre diferentes especies representativas de los compartimentos ambientales hacia los cuales puede derivar el plaguicida en un escenario de aplicación de acuerdo a las buenas practicas agrícolas.

ORIGEN DE LOS PLAGUICIDAS EN EL AMBIENTE

El principal origen de los plaguicidas en el ambiente es consecuencia de las aplicaciones que se realizan a los cultivos agrícolas y forestales mediante distintos métodos de aplicación terrestres y aéreos.

De acuerdo al método de aplicación, los depósitos del plaguicida es decir, la cantidad que queda sobre el vegetal inmediatamente después del tratamiento pueden variar por muchos factores:

• Dosis del plaguicida aplicado
• Naturaleza química del plaguicida
• Naturaleza de la formulación
• Características de la aplicación (tamaño de la gota)
• Naturaleza y morfología de la superficie vegetal.
• Condiciones climáticas..etc.

Algunos estudios han reportado para tratamientos terrestres depósitos del 62 ± 27% y para aplicaciones aéreas del 45 ± 20%. (Willis and Mc.Dowell).

A partir de los resultados anteriores, vemos que en muchos casos y según las condiciones expuestas una cantidad importante de los plaguicidas en una aplicación es derivado a los suelos y aguas cercanas causando inevitablemente, la contaminación de estos y en consecuencia efectos adversos sobre los ecosistemas de esos compartimentos.

Deriva de pulverización: por deriva se entiende el movimiento de las gotitas del plaguicida hacia un objetivo distinto al de la aplicación.

La deriva tiene su origen en una serie de factores que interactúan entre si:

• Tamaño de las gotas: Cuanto menor es el tamaño de las gotas mayor es la deriva, el tamaño se ve afectado por la presión de pulverización, (una presión mayor producirá gotas más pequeñas), por el tipo de boquilla, la viscosidad y presión de vapor del diluyente de pulverización.
• Viento: Cuanto mayor es la velocidad del viento, mayor será la deriva, por lo general no se debiera aplicar plaguicida cuando la velocidad del viento es superior a los 10/15 Km/hr. Igualmente el viento favorece el fenómeno de volatilización ya que renueva las capas de aire en torno a las plantas impidiendo que se saturen estas capas de aire con el vapor del plaguicida.
• Temperatura: A mayor temperatura, más rápido se evapora el diluyente de la pulverización reduciéndose el tamaño de la gotita con un aumento de la deriva.

MOVIMIENTO Y DESTINO DE LOS PLAGUICIDAS EN EL AMBIENTE

Los plaguicidas liberados pueden moverse hacia distintos medios de acuerdo a las condiciones climáticas, características químicas y físicas del plaguicida y de los receptores ambientales. Su persistencia quedara determinada por sus propiedades intrínsecas como por factores ambientales y de las propiedades del compartimentos ambiental en el cual está depositado.

1. Volatilización: Es la propiedad que probablemente más afecta el movimiento del plaguicida hacia la atmósfera después de la aplicación, el ritmo de volatilización está determinado por la tensión de vapor del plaguicida, cada materia activa tiene una tensión de vapor característica en unas condiciones dadas, los plaguicidas normalmente tienen tensiones de vapor relativamente bajas (10-4 a 10-8 mm Hg), como también hay algunos que son muy volátiles y precisamente deben a ello gran parte de su eficacia al actuar por inhalación y penetrar vaporizado en lugares como el interior de un racimo de uvas, la volatilización es aumentada por el viento y la temperatura. Distintas formulaciones para un mismo plaguicida tienen diferentes presiones de vapor y por ende su grado de volatilización es distinto.

2. Lixiviación: La lixiviación es el fenómeno por el cual el plaguicida se desplaza hacia el interior del compartimento suelo fuera de su área objetivo causando en algunos casos la contaminación de las napas subterráneas dependiendo de la profundidad de esta y de la movilidad del plaguicida. La lixiviación es un proceso que depende de las características químicas del plaguicida y las propiedades químicas y físicas del suelo

La adsorción de los plaguicidas en el suelo, es medida por el coeficiente de adsorción del producto (Kd), y según las características de este será el grado de adsorción y por lo tanto de inmovilidad del plaguicida.

Según el tipo de suelo, la adsorción cambia de acuerdo a:

Aumento del % de materia orgánica aumento de la adsorción

Aumento del % de arcilla aumento de la adsorción

Aumento del % de arena disminución de la adsorción

Igualmente los plaguicidas mas solubles en agua tendrán mayor nivel de movilidad respecto a los menos solubles.

Efectos de la humedad, pH y temperatura del suelo:

Humedad: El aumento de la humedad del suelo, implica en la mayoría de los casos un aumento de la sustancia disuelta y por ende mayor desplazamiento de ellas hacia los estratos más profundos del suelo.

pH: En los suelos agrícolas el pH de los suelos varia entre 6 y 9, pero puede llegar a valores de 3 en suelos boscosos, la constante de adsorción varia con el pH, siendo baja cuando el pH es muy alto o muy bajo, con lo que aumenta la liberación del plaguicida en el suelo.

Temperatura: La adsorción de los plaguicidas a las superficies del suelo corresponde a una reacción exotérmica la cual es invertida agregando calor (energía) al suelo.

Diferentes modelos se han desarrollado para medir la lixiviación en el suelo, pero los parámetros principales corresponden al coeficiente de adsorción y la vida media del plaguicida en la tierra.

3. Escurrimiento: En muchas situaciones de aplicaciones cercanas a aguas superficiales se producen escurrimientos que contaminan estas con los plaguicidas , factores como el riego, lluvias y efectos de deriva son las causas principales de esta situación.

DEGRADACIÓN DE LOS PLAGUICIDAS

De acuerdo a sus propiedades y las características químicas del plaguicida como del entorno en el que se encuentra depositado, la vida media de ellos puede variar de días a meses. Muchos plaguicidas se degradan rápidamente en el suelo, proceso denominado mineralización en donde, el plaguicida es transformado en compuestos más simple como CO2, NH3 y H2O. El resultado de este proceso es causado por reacciones de hidrólisis, fotólisis y también por procesos de degradación metabólica mediada por microorganismos, los cuales utilizan los plaguicidas como fuente de carbono. Según el tipo de plaguicida del que se trate, su presencia en el suelo puede generar una selección o inducción de microorganismos los pueden descomponer más rápidamente el producto.

En el agua, la degradación de los plaguicida es mediada por los mismos factores, hidrólisis, fotólisis (degradación abiótica) y por la acción de microorganismos (degradación biótica).

La hidrólisis de los insecticidas organofosforados y carbamatos está sumamente influenciada por el pH, son estables a valores de pH entre (5 – 7), pero hidrolizan rápidamente a pH alto (7 – 10), por otro lado, los herbicidas son más estables a un pH mayor de 7. El aumento de la temperatura por lo general afecta la estabilidad de los plaguicidas causando un aumento de los procesos de hidrólisis, solubilidad, volatilización y degradación biológica.

Como hemos señalado anteriormente, la aplicación de plaguicidas implica en diferente grado un nivel de contaminación sobre distintos compartimentos ambientales y por ende posibles efectos sobre los organismos existentes en estos ecosistemas, es por ello que estudiar y evaluar los impactos que tendrá la aplicación de un plaguicida bajo condiciones conocidas es fundamental para tomar las medidas de resguardo necesarias para la protección de especies aéreas, acuáticas y terrestres representativas de los ecosistemas. Para ello se han diseñado los modelos de Evaluación de Riesgo Ambiental o Ecológico que a partir de información de datos ecotoxicologicos de laboratorios de distintas especies junto con la de uso del plaguicida es posible modelar escenarios que permiten predecir los efectos que tendrá el químico sobre distintos organismos.

ECOTOXICOLOGIA Y EVALUACION DE RIESGO AMBIENTAL

La ecotoxicología la podemos definir como la ciencia que se encarga de estudiar los efectos de las sustancias químicas sobre la estructuras y función de los ecosistemas. De hecho, valorar y predecir efectos sobre estructuras altamente complejas es sin duda una tarea difícil de desarrollar y es por ello, que se han diseñado modelos de valoración de riesgos que nos permiten predecir situaciones adversas sobre el medio ambiente producto de la liberación de sustancias químicas, en este caso de plaguicidas.

La Evaluación de Riesgo Ambiental, ERA, es un buen mecanismo para la toma de decisiones en este campo, la cual se aplica como metodología en los Estados Unidos, USEPA, 1998, y en los países de la Comunidad Europea, directiva 414, CEE.

Los procedimientos de Evaluación de Riesgo Ambiental, se basan en los criterios de no efecto, en donde se considera que la utilización de los plaguicidas debe regularse, a modo que se evite la aparición de efectos adversos sobre el medio ambiente, el planteamiento ecotoxicologico extrapola al campo ambiental un axioma que establece que la mayoría de las curvas que relacionan la dosis o concentración del tóxico a que se ve sometido un individuo, con la respuesta que en el se produce tienen forma sigmoidea, la extrapolación se basa en utilizar la información existente para determinar las dosis o concentraciones para la cual no hay efectos, considerando la calidad y cantidad de la información disponible, la Evaluación de Riesgo Ambiental ERA, permite establecer los límites de aceptabilidad mediante procedimientos científicos basados en la información disponible.

ANALISIS DE RIESGO

Evaluar los potenciales efectos de los plaguicidas sobre el medio ambiente, constituye una parte importante en el proceso de regulación de ellos, la valoración del riesgo define una relación entre los niveles esperados de exposición y de efectos sobre una serie de escenarios predeterminados. La exposición, supone la estimación cuantitativa de la concentración que puede alcanzar el plaguicida en los diferentes compartimentos por la actividad humana, siempre a partir de una liberación intencionada al ambiente, por lo que los escenarios desarrollados son los específicos de la utilización de estos productos. La valoración de los efectos, es la parte que se obtiene de los conocimientos ecotoxicologicos y pretende analizar los efectos sobre la estructura y función de los ecosistemas, poniendo énfasis en : protección de los organismos vivos, protección de los elementos del medio y de las interacciones entre ambos.

En cada situación, debemos definir los elementos a proteger, y deben responder a los componentes claves del ecosistema, llamados receptores y estudiar los parámetros de toxicidad para cada uno de ellos. Los parámetros y receptores seleccionados para la evaluación de riesgo ambiental de plaguicidas son:

Parámetros de toxicidad a estudiar: Supervivencia

Reproducción

Crecimiento

Como así mismo, se debe considerar la protección del suelo y las aguas por efecto de la contaminación de productos y/o metabolitos de alta persistencia y de las interacciones de los microorganismos con ellos.

A partir de los resultados obtenidos en las valoraciones de exposición y de efectos, se realiza la caracterización del riesgo, en donde se determinan los niveles de exposición para cada uno de los receptores expuestos y la probabilidad de que se vayan a producir efectos en cada uno de los receptores considerados.

Existen dos procedimientos básicos para la caracterización del riesgo, los probabilísticos y los determinísticos, el primero utiliza análisis de probabilidades y el resultado es una función de probabilidad sobre la cual se puede decidir el nivel de riesgo que se está dispuesto a asumir, el segundo método, utiliza medidas directas para la comparación entre la exposición y los efectos, siendo el resultado una valoración de aceptabilidad o no aceptabilidad.

Tanto el análisis como la caracterización del riesgo se desarrolla en etapas de complejidad creciente, considerando en cada una de ellas los escenarios del " peor caso posible", siendo estos procesos auténticos instrumentos de gestión, que nos deben permitir tomar la decisión correcta con respecto a la autorización para la liberación de un plaguicida, la adecuación a las normativas vigentes a las exigencias de Evaluación de Riesgo Ambiental nos obliga establecer una serie de cambios necesarios en ellas a modo de incorporarlas como un instrumento de gestión.

Etapas para un proceso de Valoración de Riesgos Ecológicos

ANALISIS DE RIESGO POR METODO DETERMINÍSTICO

La utilización de este método implica desarrollar escenarios concretos, para los que se describen las rutas por las cuales el contaminante llega a los compartimentos ambientales y dentro de este hacia los receptores que van a ser expuestos dentro de cada compartimento. Los escenarios deben ser representativos del peor caso posible, como también ser lo mas realista posible, el equilibrio entre ambas situaciones viene dado por el nivel de información existente. Cuando se tiene mucha información, los escenarios se acercan mucho a condiciones reales, un ejemplo es la estimación de los porcentajes de plaguicida que pueden alcanzar las aguas superficiales por deriva del producto durante un proceso de pulverización.

Cuando la información es escasa, los escenarios corresponden a condiciones suficientemente protectoras a modo de cubrir la falta de información, por ejemplo en un escenario de aplicación foliar en arboles se asume la siguiente distribución: 50% en suelos, 15% de deriva a las aguas superficiales y 100% en hojas para valorar efectos en las aves, la distribución corresponde a un valor superior al 100%, esta situación se debe a la falta de información ya que no podemos determinar con seguridad como va a distribuirse el producto, ahora si se dispone de suficiente información al respecto los escenarios se acercan a la realidad con una suma de distribución hacia el 100%.

El desarrollo de los escenarios , permite por una serie de cálculos estimar la concentración ambiental esperada en cada uno de los compartimentos ambientales PEC (Predicted Environmental Concentration) , y reflejará el peor caso posible, es decir, la mayor concentración posible que podemos esperar cuando se unen todos los factores que favorecen la presencia del plaguicida.

En la valoración de los efectos, el método determinístico aplica una serie de márgenes de seguridad a los datos ecotoxicologicos, márgenes que dependen del tipo y calidad de la información.

Los datos ecotoxicologicos a utilizar en el análisis corresponden a ensayos de toxicidad agudos, crónicos, mesocosmos y estudios de campo.

En los ensayos de toxicidad aguda, el parámetro a medir es la mortalidad en animales e inhibición de crecimiento en los vegetales, como medida a parámetro de evaluación se utiliza la dosis o concentración letal media DL50 o CL50, que representa el valor al cual se produce un efecto sobre el 50% de los individuos de la población expuesta. Para cada estudio en un compartimento dado, se selecciona el valor más bajo para la especie más sensible ensayada y se aplica el valor de seguridad que corresponda de acuerdo a la información disponible y luego dividiendo la DL50 o la CL50 más baja por el factor de seguridad, se calcula el umbral ecotoxicologico o la concentración máxima que puede aceptar el compartimento estudiado.

En los ensayos de toxicidad crónicos, los parámetros seleccionados son: NOEC, que corresponde a la mayor concentración a la cual no se observan efectos y el LOEC, la menor concentración a la cual se observan efectos, al igual que en el caso anterior, la estimación del umbral ecotoxicologico se realiza de la misma manera aplicando el margen de seguridad al menor de los NOEC.

Un procedimiento de Análisis de Riesgo en base a los protocolos ERA presenta las siguientes etapas:

Definición del problema: el procedimiento cubre la utilización agrícola del producto. De acuerdo a los tipos de aplicación y dosis predeterminadas, se realiza una valoración genérica para los componentes bióticos no objetivos y los componentes abióticos del medio.

• Análisis del riesgo: mediante el procedimiento determinístico, se comparan directamente los niveles de exposición esperados con los efectos observados (toxicidad), la valoración se realiza sobre una serie de escenarios genéricos con los que se calculan los niveles de exposición de acuerdo a las dosis y formas de aplicación suponiendo una correcta utilización del producto.

Los efectos se estiman sobre una serie de grupos taxonómicos representativos: aves, mamíferos, organismos acuáticos, abejas, artrópodos , lombrices de tierra y microorganismos del suelo.

• Caracterización del riesgo: Desde la metodología determinista, la caracterización del riesgo se realiza por los siguientes métodos;

• Relación entre la toxicidad y la exposición TER. Se caracteriza el riesgo sobre las aves y mamíferos, organismos acuáticos y lombrices de tierra, dividiendo el parámetro de toxicidad, CL50, NOEC, por la concentración ambiental esperada en el compartimento responsable de la exposición.
• Cuociente de peligro HQ. Corresponde a la relación entre la dosis máxima de aplicación y la toxicidad DL50, se aplica principalmente para las abejas en donde se consideran los efectos orales y de contacto.
• En el caso de artrópodos benéficos y microorganismos del suelo, los ensayos que pueden ser de una o dos dosis y se valoran directamente a partir de los resultados observados, considerando que una aplicación no debe afectar a más de un 30% de la actividad o la población de los organismos benéficos.

La caracterización del riesgo, se realiza en forma independiente para cada uno de los grupos, realizando un estudio preliminar en donde se comparan las concentraciones iniciales con los resultados del laboratorio y asumiendo el peor caso posible, si los resultados demuestran la ausencia de riesgo la caracterización ha terminado y el producto puede liberarse, en caso contrario debemos afinar el análisis acercándonos a casos más reales y considerando otros ensayos, terminando el estudio cuando se basa en casos reales.

INFORMACION DE ESTUDIOS ECOTOXICOLOGICOS PARA EVALUACION Y AUTORIZACION DE PLAGUICIDAS.

En nuestro país como en los países europeos, Estados Unidos, y otros, la información de los ensayos ecotoxicologicos requeridos es similar y representa los elementos de los distintos compartimentos hacia los cuales se puede desplazar un plaguicida, por lo que considera organismos representativos de dichos compartimentos:

Estudios Ecotoxicologicos requeridos para autorización de plaguicidas en Chile; Res. SAG. 3670/99.

• Efectos sobre las aves.

Toxicidad oral aguda

Toxicidad a corto plazo (8 días)

Efectos sobre reproducción

• Efectos sobre organismos acuáticos

Toxicidad aguda para peces

Toxicidad crónica para peces

Bioacumulación en peces

Toxicidad aguda para microcrustáceos (Daphnias)

Toxicidad crónica para microcrustáceos (Daphnias)

Inhibición de crecimiento de microalgas.

• Efectos sobre organismos distintos del objetivo.

Toxicidad aguda para abejas

Toxicidad aguda para artrópodos benéficos

Toxicidad para lombrices de tierra

Toxicidad para microorganismos de suelo.

CONCLUSIONES

La utilización de los plaguicidas dentro de una actividad sostenible, debe considerar los mecanismos de control necesarios a modo de evitar efectos adversos sobre la salud humana y el medio ambiente, los modelos de evaluación de riesgo ambiental son una buena herramienta para realizar la gestión ambiental requerida a la liberación de estos productos. Sin duda falta más información al respecto, pero es necesario profundizar en el conocimiento científico a modo de reducir los niveles de incertidumbre asociados con las estimaciones de exposición, efectos y comportamientos de estas sustancias en el medio. Debemos señalar, que cada plaguicida a partir de sus propiedades genéricas tiene sus propias particularidades por lo que cada situación debe resolverse partiendo desde una óptica general a un análisis particular caso a caso.

Pedro Enriquez A.

Bioquímico

Laboratorio de Ecotoxicología , Servicio Agrícola y Ganadero (SAG), Chile.

Av. Bulnes 140 Santiago – Chile / F: (56) 2 6010445