Impacto de agroquímicos sobre los ensambles de macroinvertebrados en arroyos rurales

Abstract

La creciente adopción de sistemas productivos basados en la siembra directa, junto con el uso de agroquímicos y la introducción de semillas modificadas genéticamente permitió extender la superficie sembrada de los cultivos, principalmente de soja. Es en el sur de América Latina donde este cambio tecnológico se ha implementado con mayor velocidad e intensidad. En Argentina, el área sembrada del cultivo de soja aumentó de 4,9 a 20,5 millones de hectáreas desde la campaña 90/91 hasta el presente; en Brasil, el área cultivada con soja se incrementó en 126% durante el período 1995/2011 y en Paraguay, aumentó de 1,3 a 3,5 millones de hectáreas entre el 2000 y el 2015. La misma tendencia se observa con el consumo de agrotóxicos y fertilizantes para las tres regiones. Los biocidas más utilizados en nuestra región son el herbicida glifosato y los insecticidas cipermetrina, clorpirifos y endosulfán. El organoclorado endosulfán fue prohibido en Argentina, a partir de 2013. El objetivo del presente trabajo de tesis es estudiar el impacto de la práctica agrícola sobre los ensambles de macroinvertebrados acuáticos de cuencas rurales, poniendo especial énfasis en el efecto producido por los agroquímicos. Se compararon los ensambles de macroinvertebrados, las características físicas y químicas del agua, las concentraciones de agrotóxicos en sedimentos y la calidad del hábitat en arroyos que atraviesan zonas con uso intensivo del suelo y arroyos de características similares, en cuyas cuencas no se realiza agricultura intensiva y/o poseen franjas de atenuación cubiertas por vegetación. En el laboratorio se realizaron ensayos de toxicidad para determinar la concentración letal (LC50) de los agrotóxicos más utilizados (cipermetrina, lambda-cialotrina, endosulfán, clorpirifos) en el anfípodo Hyalella curvispina en agua y sedimento. La sensibilidad de H. curvispina fue comparada con la de otras especies por medio de la curva de distribución de sensibilidad de especies (SSDs). El piretroide lambda-cialotrina registró los valores de LC50 más bajos, seguido de cipermetrina, clorpirifos y endosulfán. Se observó que la sensibilidad de H. curvispina es similar a la de H. azteca, comúnmente utilizado como organismo indicador de contaminación en America del Norte, y que ambos organismos son más sensibles que la mayoría de los taxones de invertebrados de agua dulce. Los arroyos estudiados se encuentran en áreas agrícolas de Argentina, Paraguay y Brasil. Los muestreos se realizaron durante el período de crecimiento de la soja, correspondiente a los meses de noviembre a abril. En Argentina se llevó a cabo el estudio durante un período de tres años y se monitorearon 23 arroyos ubicados en dos regiones de La Pampa argentina, incluyendo una región de producción intensiva de soja, en Arrecifes, y una región mixta: agrícola y ganadera, en La Plata. En el año 2013 se estudiaron dos regiones de la Selva Paranaense: 17 arroyos en Paraguay ubicados sobre la cuenca del río Pirapó, departamento de Itapúa y 18 arroyos en Brasil en Toledo, estado de Paraná. Ambas regiones poseen producción intensiva de soja y una legislación que exige a los productores dejar una franja sin cultivar entre el cultivo y los arroyos. En la región Pampeana se determinó que los ensambles de macroinvertebrados registraron diferencias significativas entre arroyos con distinto uso del suelo en sus cuencas (agrícolas, ganaderos y reserva). Las mayores concentraciones de nutrientes y la presencia de agrotóxicos se registraron en los arroyos de cuencas donde la agricultura fue la actividad dominante. Asimismo, en los arroyos agrícolas se registraron los mayores valores de Unidad Tóxica total (UT) alcanzando, en algunos sitios, valores extremos mayores a la unidad. Se observó que en los sitios menos disturbados la dominancia correspondió a Hyalellidae (Amphipoda), Palaemonidae (Decapoda) y Caenidae (Ephemeroptera), considerados sensibles a los agrotóxicos, mientras que en los sitios más disturbados Gastropoda, Oligochaeta e Hirudinea, considerados tolerantes, fueron los taxones mejor representados. En la Selva Paranaense se observó que la mayor riqueza taxonómica y abundancia correspondió a los arroyos estudiados de Paraguay, como así también los índices de diversidad y equitatividad. Los taxones Coleoptera, Ephemeroptera y Trichoptera resultaron ser más abundantes en Paraguay y registraron una correlación inversa con la concentración de los biocidas. Por el contrario, los taxones Diptera y Bivalvia fueron más abundantes en Brasil y registraron correlación positiva con la concentración de algunos agrotóxicos. Cabe destacar, que el ancho de la franja de atenuación en Paraguay fue mayor y menos variable que en los arroyos estudiados de Brasil. En los sedimentos analizados de los arroyos de Argentina, en cuencas con producción intensiva de soja, Brasil y Paraguay se detectó la presencia de todos los biocidas utilizados con mayor frecuencia en los cultivos regionales. Sin embargo, el impacto de los mismos sobre los taxones sensibles estaba más claramente correlacionado en los arroyos pampeanos. Una posible razón de esta discrepancia puede ser que las franjas de atenuación de los arroyos de Argentina son mucho más pequeñas y no están forestadas, por lo que las comunidades de invertebrados no serían tan resilientes. Estos resultados confirmarían el efecto protector de las franjas de atenuación y ponderan su utilidad como norma de manejo para mitigar el impacto agrícola. En la presente tesis se observaron reiteradamente correlaciones positivas entre la concentración de PRS y la concentración de agrotóxicos y negativas entre el PRS y la abundancia de algunos grupos taxonómicos. Su correlacion no significa una relación causa efecto sino la simultaneidad de su aplicación con los agrotóxicos y su similar comportamiento ambiental, por lo cual, resulta un buen indicador del impacto agrícola. Asimismo, se determinaron las variables ambientales que tienen mayor influencia en la composición de los ensambles de macroinvertebrados, entre ellos se encuentran la materia orgánica y textura de los sedimentos. En este estudio se concluye que la exposición a los agrotóxicos contribuye a las diferencias observadas en la composición del ensamble de macroinvertebrados en arroyos con distinto uso del suelo en sus cuencas. Aquellos arroyos que atraviesan zonas con uso intensivo del suelo sin franja de atenuación poseen una fauna con mayor abundancia de taxones tolerantes a los agrotóxicos y una disminución o ausencia de taxones sensibles. Se concluye también que los ensambles de macroinvertebrados son una herramienta eficaz para evaluar ecosistemas acuáticos y sus respuestas a los cambios en el uso del suelo de la cuenca.

The increasing adoption of productive systems based on direct sowing, together with the use of agrochemicals and the introduction of genetically modified seeds increased the sown area of the crops, mainly soybean. It is in southern Latin America where this technological change has been implemented with greater speed and intensity. In Argentina, the area planted with soybean increased from 4.9 to 20.5 million hectares form 90/91 up to the present; in Brazil, the area cultivated with soybeans increased by 126% during the period 1995/2011 and in Paraguay, increased from 1.3 to 3.5 million hectares between 2000 and 2015. The same trend is observed with the consumption of pesticides and fertilizers for the three regions. The most used biocides in our region are the glyphosate herbicide and the cypermethrin, chlorpyrifos and endosulfan insecticides. The organochlorine endosulfan has been prohibited in Argentina, since 2013. The objective of this thesis is to study the impact of the agricultural practice on the assemblage of aquatic macroinvertebrates of rural basins, with special emphasis on the effect produced by agrochemicals. The assemblage of macroinvertebrates, the physical and chemical characteristics of the water, the concentrations of agrochemicals in sediments and the quality of the habitat in streams adjacent to plots with different land use were compared. Laboratory toxicity tests were performed to determine the lethal concentration (LC50) of the most commonly used agrotoxics (cypermethrin, lambda-cyhalothrin, endosulfan, chlorpyrifos) for the amphipod Hyalella curvispina in water and sediment. The sensitivity of H. curvispina was compared with the sensitivity of other species by means of the species sensitivity distribution curve (SSDs). The pyrethroid lambdacyhalothrin registered the lowest LC50 values, followed by cypermethrin, chlorpyrifos and endosulfan. It was observed that the sensitivity of H. curvispina is similar to H. azteca, a commonly used test organism in North America, and that both organisms are more sensitive than most freshwater invertebrate taxa. The streams studied are found in agricultural areas of Argentina, Paraguay and Brazil. The samplings were made during the period of soybean growth, corresponding 10 to the months of November to April. In Argentina, the study was conducted over a three years period and 23 streams were monitored in two regions of the Argentine Pampa, including a region of intensive soy production, in Arrecifes, and a mixed region: agricultural and livestock, in La Plata. Two regions of the Paranaense Forest were studied in 2013: 17 streams in Paraguay located on the Pirapó river basin, Itapúa department and 18 streams in Brazil in Toledo, Paraná state. Both regions have intensive soy production and legislation that requires farmers to leave a strip of uncultivated land between the crop and the streams. In the Pampean region it was shown that the assemblage of macroinvertebrates registered significant differences between streams with different land use in their basins (agricultural, livestock and reserve). The highest concentrations of nutrients and the presence of agrotoxics were recorded in the streams of basins where agriculture was the dominant activity. Likewise, in the agricultural streams the highest values of Total Toxic Unit (TU) were recorded, reaching, in some places, extreme values greater than unity. It was observed that in the least disturbed sites the dominance corresponded to Hyalellidae (Amphipoda), Palaemonidae (Decapoda) and Caenidae (Ephemeroptera), considered sensitive to the agrotoxics, while in the most disturbed site Gastropoda, Oligochaeta and Hirudinea, considered tolerant, were the taxa best represented. In the Paranaense Forest it was observed that the highest taxonomic richness and abundance corresponded to the studied streams of Paraguay, as well as diversity and equitability indexes. Coleoptera, Ephemeroptera and Trichoptera were found to be more abundant in Paraguay and showed an inverse correlation with the concentration of the biocides. On the contrary, Diptera and Bivalvia were more abundant in Brazil and showed a positive correlation with the concentration of some agrotoxics. It is noteworthy that the width of the attenuation strip in Paraguay was greater and less variable than in the streams studied in Brazil. In the analyzed sediments of the streams of Argentina, in basins with intensive soybean production, Brazil and Paraguay, the presence of all the biocides most frequently used in regional crops was detected. However, the impact of them on sensitive taxa was more clearly correlated in the Pampean streams. One possible reason for this discrepancy may be that the attenuation strips of stream in Argentina are much smaller and are not forested, so that invertebrate communities would not be so resilient. 11 These results confirm the protective effect of the attenuation strips and their usefulness as a management practice to mitigate the agricultural impact. In the present thesis, positive correlations were observed between the PRS concentration and the concentration of agrotoxics and negatives between the PRS and the abundance of some taxonomic groups. Its correlation does not mean a cause-effect relationship but the simultaneity of its application with agrotoxics and its similar environmental behavior, which is a good indicator of agricultural impact. The environmental variables that have the greatest influence on the composition of the macroinvertebrate assemblage were determined; among them are the organic matter content and texture of the sediments. In this study it is concluded that the exposure to agrotoxics contribute to the observed differences in the composition of the macroinvertebrate assemblage in streams with different land use in their basins. Draining basins with intensive land use without attenuation strips possess a fauna with greater abundance of taxa tolerant to the agrotóxicos and a decreased or absence of sensible taxa. It is also concluded that the assemblage of macroinvertebrates is an effective tool to evaluate aquatic ecosystems and their responses to changes in the land use from the adjacent fields.