Efecto del uso de fertilizantes y pesticidas sobre organismos acuáticos en arroyos de la zona hortícola de La Plata

Abstract

El Cinturón Hortícola Platense (CHP) se ubica en el noreste de la Provincia de Buenos Aires, presenta una superficie de 3.709 hectáreas, una producción de 78.000 toneladas/año y abastece de verduras a 14 millones de personas; se considera una de las regiones productivas más importante del país. El modelo de producción hortícola responde a un modelo dependiente de insumos, basado en la implementación de invernaderos y uso intensivo de agroquímicos. El uso de plaguicidas en Argentina se incrementó de 39 millones de kilogramos en 1991 a 336 millones de kilogramos en el 2011, y el consumo de fertilizantes de 400 mil toneladas en los años 90? a más de 3 millones de toneladas en 2013. En el CHP se utilizan más de 160 productos diferentes, los insecticidas representan aproximadamente el 50% del total de los agroquímicos utilizados.El objetivo del presente trabajo de tesis es estudiar el efecto del uso de agroquímicos sobre organismos acuáticos en arroyos de cuencas con actividad hortícola intensiva del Cinturón Hortícola Platense. Se estudió el ciclo de vida de Simocephalus vetulus con el objetivo de establecer un cultivo semipermanente para esta especie y poder desarrollar experimentos de toxicidad en laboratorio. Se realizó un ensayo de crecimiento bajo dos temperaturas contrastantes, se determinaron los parámetros poblacionales y se establecieron metodologías de mantenimiento y separación de neonatos para los ensayos. Se determinó la concentración letal 50% (CL50) de los plaguicidas más utilizados: cipermetrina, lambdacialotrina, clorpirifos, y glifosato (principios activos y formulados comerciales) en S. vetulus. Estos valores, en ocasiones menores a las concentraciones registradas en la bibliografía en arroyos pampeanos, sugirieren la ocurrencia de efectos agudos sobre la población residente de S. vetulus. Se comparó la sensibilidad de S. vetulus con otras especies de crustáceos para evaluar su utilidad como modelo para ensayos de toxicidad. La sensibilidad de S. vetulus fue mayor que organismos comúnmente utilizados como indicadores de contaminación en el hemisferio norte, como por ejemplo Daphnia magna, para todos los compuestos. En particular, S. vetulus mostró la menor CL50 para lamdacialotrina y glifosato de las especies de distribución local. Simocephalus vetulus resulta de gran utilidad en la realización de ensayos de toxicidad y como modelo para la evaluación de riesgo en los ambientes pampeanos. Se realizaron ensayos para evaluar los efectos de repetidos pulsos efímeros de toxicidad de lambdacialotrina y cipermetrina (formulados comerciales) sobre S. vetulus a nivel organísmico y poblacional. Se realizaron tres experimentos, los organismos fueron expuestos durante 60-90 minutos a diferentes concentraciones de lambdacialotrina o cipermetrina, fueron transferidos a agua limpia y se realizó un seguimiento diario. Estas exposiciones breves se repitieron cada 7 días a lo largo de los experimentos. Se determinó que S. vetulus sobrevive a pulsos efímeros de exposición a concentraciones hasta 5 veces mayores a los valores de CL50 de lambdacialotrina y cipermetrina, pero se registran efectos posteriores. Se determinó que organismos expuestos a repetidos pulsos efímeros de lambdacialotrina presentaron una disminución de la longevidad posterior a la exposición. Organismos expuestos a repetidos pulsos breves de cipermetrina presentaron menor tasa de alimentación, fecundidad acumulada, tasa de reproducción y tasa de incremento poblacional (r) y, exceptuando este último parámetro, los efectos se observaron en organismos expuestos a concentraciones hasta 10 veces menores a los valores de CL50. Los resultados indican que una población residente, expuesta a pulsos efímeros de toxicidad disminuirá su densidad, y que distintas especies de invertebrados se verán afectadas de manera diferencial debido a su diferente sensibilidad, resultando en cambios en la estructura de la comunidad. Se estudió el ensamble de invertebrados asociados a la vegetación, las concentraciones de nutrientes en agua y plaguicidas en sedimento y el porcentaje de horticultura en la cuenca de 4 arroyos ubicados en el Cinturón Hortícola Platense: San Juan, Martín, Gato y El Sauce, y se compararon con otros cuatro arroyos considerados como arroyos de referencia, (sin actividad hortícola en sus cuencas): Sin Nombre, Buñirigo, Morales y Destino, los dos primeros se localizan en cuencas con uso del suelo ganadero sobre pasturas naturales y los 2 últimos ubicados en la reserva de la biosfera Parque Costero del Sur. Se realizaron en total 11 muestreos en la época de mayor aplicación de agroquímicos de Octubre de 2014 a Marzo de 2017. Las concentraciones de nutrientes en los arroyos hortícolas fueron significativamente mayores que en los arroyos de referencia, y estuvieron positivamente correlacionadas con el porcentaje de horticultura en la cuenca. Las concentraciones y la frecuencia de detección de plaguicidas fue mayor en arroyos hortícolas, y las concentraciones de plaguicidas se correlacionaron con las concentraciones de nutrientes. Estos resultados sugieren un origen común: las aplicaciones en los cultivos adyacentes, que son incorporadas a los arroyos en coincidencia con los eventos de escorrentía superficial posteriores.Los ensambles de invertebrados asociados a la vegetación en arroyos hortícolas fueron significativamente diferentes a los ensambles de los arroyos de referencia. Los sitios hortícolas presentaron menor riqueza y densidad de invertebrados y ensambles caracterizados por colémbolos (principalmente Entomobryoidea), Dugessidae e Hirudinea, mientras que los arroyos de referencia se caracterizaron por su mayor riqueza y densidad y mayor abundancia de S. vetulus, Hyalella y Baetidae. Trichoptera, Decapoda y Caenis, considerados sensibles a los plaguicidas, aparecieron sólo en sitios de referencia. La riqueza y la diversidad se correlacionaron negativamente con las concentraciones de nutrientes y el porcentaje de horticultura en la cuenca. Del mismo modo, la riqueza se correlacionó negativamente con las concentraciones de plaguicidas. La abundancia de S. vetulus, Hyalella y Baetidae, además, se correlacionaron negativamente con el porcentaje de horticultura en la cuenca, mientras que la de Entomobryoidea y Dugessidae se correlacionaron positivamente. Se concluye que el uso de agroquímicos en la horticultura modifica la composición y la estructura del ensamble de invertebrados por pérdida de organismos sensibles y aumento de la densidad de grupos taxonómicos tolerantes. Las concentraciones de nutrientes en los arroyos, la menor riqueza de taxones y la abundancia de S. vetulus, Hyalella y Baetidae son buenos indicadores de impacto por agroquímicos.

The “Cinturón Hortícola Platense” (CHP) is located in the northeast of Buenos Aires province, the area measures 3,746 hectares, produces 78,360 tons per year and supplies vegetables for 14 million people; it is considered one of the most important productive region in the country. The horticulture production system response to an input-dependent cropping system based on greenhouse technology and agrochemicals intensive use. Pesticide use has increased from 39 million kilograms in 1991 to 336 million in 2011, and fertilizer consumption from 400,000 to above 3 million tons in 2013. One hundred and fifty different products are being used; insecticides represent roughly 50% of the total consumption. The aim of the current study is to assess the effect of agrochemical use on aquatic organisms in streams with horticultural basins from the Cinturón Hortícola Platense. The life cycle of Simocephalus vetulus was studied in order to establish a semipermanent culture for this specie and to develop laboratory toxicity essays. A growth essay was performed under two different temperatures, population parameters were determined and maintenance and neonates handling procedures for toxicity tests were stablished. The lethal concentration 50% (LC50) of the most commonly used pesticides: cypermethrin, lambdacyhalothrin, chlorpyrifos and glyphosate (active ingredients and formulations) for S. vetulus were determined. The LC50 were occasionally lower than the reported concentrations in the literature for pampean streams, suggesting the occurrence of acute effects over the resident population of S. vetulus. The sensitivity of S. vetulus was compared with the sensitivity of other crustacean species in order to evaluate its suitability as model organism for toxicity testing. The sensitivity of S. vetulus was higher than that for other commonly used species, such us Daphnia magna, for all compounds. In particular, S. vetulus showed the lowest LC50 value for lambdacyhalothrin and glyphosate of the local species. Simocephalus vetulus is suitable for toxicity testing and as model species for risk assessment in pampean streams. Bioessays were performed in order to assess the effects of repeated ephemeral toxicity pulses of lambdacyhalothrin and cypermethrin (formulations) on S. vetulus at individual and population levels. Three experiments were conducted; organisms were exposed 60-90 minutes to different concentrations of lambdacyhalothrin or cypermethrin, transferred to clean water and counted daily. These short expositions were repeated every 7 days along the experiment. Simocephalus vetulus survived to pulse exposures at concentrations up to five times the lambdacyhalothrin or cypermethrin LC50 values, but showing later effects. Organisms exposed to repeatedephemeral toxicity pulses of lambda-cyhalothrin showed decreased longevity following expositions. Organisms exposed to repeated ephemeral toxicity pulses of cypermethrin showed lower feeding rate, cumulative fecundity, reproduction rate and population increase rate (r), and except for the latter, these effects were registered in organisms exposed to concentrations up to 10 times lower than the LC50 values. Present results indicate that a resident population exposed to ephemeral toxicity pulses would decrease its density, and different species would be affected differently because of its different sensitivity, resulting in changes on community structure. The assemblage of macrophyte-associated invertebrates, nutrient concentrations in water, pesticide concentrations in sediments and horticulture land use proportion in the basin were studied in four streams located in the CHP: San Juan, Martín, Gato and Sauce; and were compared with another four considered as reference streams (without horticulture land use in their basins): Sin Nombre, Buñirigo, Morales and Destino, the first two located in extensive livestock basins and the other two located in a UNESCO Biosphere Reserve “Parque Costero del Sur”. A total of 11 samplings were performed in the main agrochemicals application period, from October 2014 to March 2017. Nutrient concentrations in horticultural streams were significantly higher than in the reference streams, and were positive correlated to the horticulture percentage in the basin. Pesticide detection frequency and concentrations were higher in horticultural streams, and pesticides concentrations were correlated to nutrient concentrations. These results suggest a common source: adjacent crop applications entering into streams in coincidence with surface runoff events. Invertebrate assemblages in horticultural streams were significantly different to assemblages of reference streams. Horticultural sites showed lower richness and density, and assemblages characterized by Collembola (mainly Entomobryoidea), Dugessidae and Hirudinea, while reference sites showed higher richness and density, and higher abundances of S. vetulus, Hyalella and Baetidae. Trichoptera, Decapoda and Caenis, considered sensitive to pesticides, appeared only in reference streams. Richness and diversity were negatively related to nutrient concentrations and horticulture percentage in the basin. In the same way, richness was negatively related to pesticide concentrations. Also, S. vetulus, Hyalella y Baetidae were negatively related to horticulture percentage in the basin, while Entomobryoidea and Dugessidae were positively related. It is concluded that agrochemical use in horticulture changes the invertebrate assemblage structure and composition because of the loss of sensitive species groups and the increase of tolerant taxones. Nutrient concentrations in streams, lower taxa richness and abundances of S. vetulus, Hyalella and Baetidae are suitable indicators of agrochemical impact in pampean streams.