FORO DEL OLIVAR Y EL MEDIO AMBIENTE: OLI-36

COMPORTAMIENTO DE OXIFLUORFEN EN DOS SUELOS ANDALUCES DEDICADOS AL CULTIVO DEL OLIVAR: ESTUDIO DE LABORATORIO Mª Jesús Calderón, Miguel Real, Juan Cornejo, Mª Carmen Hermosín Instituto de Recursos Naturales y Agrobiologia de Sevilla. CSIC. Apartado 1052. 41080 Sevilla, España. [email protected]

RESUMEN Se han realizado experiencias de laboratorio a fin de valorar los procesos de disipación y lixiviación de oxifluorfen en dos suelos correspondientes a las provincias de Jaén y Sevilla dedicados al cultivo del olivar, así como comprobar el efecto que tienen las enmiendas del suelo con residuos semisólidos procedentes de la extracción del aceite de oliva, en el comportamiento de dicho herbicida. También se han medido durante dos años las concentraciones de oxifluorfen en aguas superficiales y subterráneas a lo largo del valle del Guadalquivir (área eminentemente oleícola) y se interpretan en base a los resultados anteriores. Los dos suelos (P2 y SJ) proceden de diferentes localizaciones y tienen distintas propiedades físico-químicas. Los suelos P2 y SJ se han enmendado además en laboratorio hasta obtener una concentración final del 5% p/p de alperujo, residuo procedente de almazara. En el estudio de disipación de oxifluorfen se ha comprobado que la desaparición de este herbicida está directamente asociada al contenido en humedad e inversamente al contenido de arcilla y materia orgánica, lo que sugiere la biodegradación, como proceso fundamental y que es disminuida por la adsorción en coloides y microporos del suelo. En cuanto al potencial de lixiviación de oxifluorfen es muy bajo, disminuyendo con la temperatura y aumentando con la materia orgánica del suelo e incluso con las enmiendas. La alta persistencia y su asociación a las capas superficiales del suelo, así como la lixiviación observada en algunos suelos en estos experimentos, parece confirmarse con la presencia de bajas concentraciones encontradas en aguas superficiales y subterráneas. Palabras clave: aguas subterráneas, aguas superficiales, alperujo, disipación, enmiendas orgánicas, herbicidas, lixiviación, olivar, oxifluorfen, persistencia, lixiviación

INTRODUCCIÓN El cultivo del olivar es uno de los más importantes en el área mediterránea, concretamente en España, y se encuentra localizado eminentemente en Andalucía. Tradicionalmente las plantaciones de olivo se encuentran en áreas montañosas con una pendiente > 7%, lo que asociado a periodos de lluvias cercanos a la época de aplicación de los herbicidas hace que el riesgo de contaminación de aguas superficiales aumente, debido a procesos de arrastre o escorrentía ligados a la persistencia de residuos en las capas superficiales de los suelos. Además estas zonas se caracterizan por tener suelos con una baja cantidad en materia orgánica (M.O.) y estar bastante erosionados por las labores agrícolas lo que hace que el riesgo de lixiviación de pesticidas y contaminación de aguas subterráneas sea también alto (Carter, M.R. 2002, Calderón y col., 2004, Hermosín y col, 2009). Un modo de mejorar la calidad de estos suelos es la aplicación de enmiendas orgánicas como los residuos procedentes de la extracción del aceite de oliva, alperujo, práctica que a la vez soluciona la eliminación sostenible de estos residuos. De hecho, varios investigadores han demostrado la gran influencia que tienen este tipo de enmiendas en el comportamiento de herbicidas y otros compuestos orgánicos en el suelo (Albarran y col., 2003, Celis y col., 2006, Cabrera y col, 2007, Cox y col. 2007, Serrano y col., 2010). Durante los últimos años se han observado repetidos eventos de contaminación por plaguicidas en diversos pantanos que han sido asociados a áreas donde el cultivo predominante es el olivar, lo cual ha causado cierta alarma pública. De hecho, herbicidas como atrazina, simazina, y diuron han sido prohibidos en el cultivo del olivar y otros como terbutilazina lo han sido por su cercanía a cursos de agua. En los últimos 5 años se ha introducido el herbicida oxifluorfen como alternativa a aquellos otros productos con un mayor potencial de contaminación. Este herbicida se caracteriza por su baja solubilidad y su alta capacidad de adsorción a los coloides del suelo lo que hace que el riesgo de contaminación tanto de aguas subterráneas

 

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como superficiales disminuya considerablemente (Fadayomi y Warren, 1977, Wauchope, 1992). No obstante, también muestra una alta persistencia en suelo lo que puede llegar a ser contraproducente ya que implicaría una posterior contaminación difusa (Das y col., 2003, Alister y col., 2009, Serrano y col., 2010). Otros procesos importantes en el comportamiento de los herbicidas en el suelo son la lixiviación y la degradación. La lixiviación es inversa a la retención por los componentes del suelo y ha sido encontrada de nivel bajo por diversos autores (Milanova y Grigorov, 1996, Yen y col., 2003). Los procesos de degradación físico-químicos o biológicos parece no juegan un papel claro en el caso de este herbicida. Mientras unos autores (Wauchope 1992) afirman que la biodegradación no juega un pepel relevante, otros autores (Walker y col. 1988) han observado que los microorganismos son capaces de biodegradar con cierta facilidad al herbicida oxifluorfen cuando éste va asociado a sedimentos procedentes de estuarios. El objetivo de este trabajo ha sido comprobar tanto los factores como los procesos del suelo que pueden afectar al comportamiento de oxifluorfen en condiciones asociadas principalmente al cultivo del olivar. Por ello se estudia también la influencia de la adición de enmiendas orgánicas procedentes de la extracción del aceite de oliva al suelo en dicho comportamiento, así como analizar posibles residuos de oxifluorfen en aguas superficiales y subterráneas dentro de las áreas consideradas (Jaén, Córdoba, Málaga, Granada y Sevilla).

MATERIALES Y METODOS Características del herbicida y el suelo Oxifluorfen (2-cloro-4-trifluorometilfenil-3-etoxy-4-nitrofenil eter) es un herbicida cuya solubilidad en agua es de 0.1 mg L-1 y ha sido suministrado con una pureza del 98% por Dr. Ehrenstorfer GmbH (Augsburg, Alemania). Se han elegido dos suelos dedicados al cultivo del olivar: un suelo limo-arcilloso procedente de Mengíbar (Jaén) (SJ) y otro arenoso procedente de Coria del Río (Sevilla) (P2). La enmienda procedente de la extracción del aceite de oliva que se usó para enmendar los suelos fue un alperujo semicompostado cuyas principales características son el pH de 6.7, 80.9% M.O. y C/N=32.4. Para el trabajo en laboratorio las muestras de suelo fueron tomadas de los primeros 10 cm de suelo, se secaron al aire y después se tamizaron con 2 mm de luz. Después se mantuvieron a 4ºC hasta que se llevaron a cabo los experimentos. Las enmiendas de los suelos SJA y P2A se realizaron mezclando el alperujo con dichos suelos haciéndolos pasar por un tamiz de 2 mm con objeto de obtener una mezcla lo más homogénea posible y con una concentración final del 5% p/p. Las propiedades físico-químicas tanto del suelo como de éstos enmendados con alperujo se encuentran en la tabla 1. Experimento de disipación 500 g de suelo sin enmendar y enmendado (SJ, P2, SJA y P2A) se han colocado en botes de cristal herméticos a los cuales se ha añadido una disolución de oxifluorfen en etanol para dar una concentración final de 0.96 g kg-1 en suelo seco equivalente a la dosis de campo. Después de equilibrar la mezcla sueloherbicida, se añadió agua hasta obtener dos contenidos diferentes de humedad, 20% y 40% de la capacidad de campo. Se llevó a cabo en un incubador a 25ºC tomándose muestras a diferentes tiempos durante dos meses. En cada muestreo se extrajeron 10 g de suelo con 20 ml de metanol, agitando durante 24h para después centrifugar a15.000 r.p.m. durante 10 minutos y el sobrenadante se analizó por HPLC. Experimento de lixiviación Este experimento se ha llevado a cabo en columnas de vidrio de 20 cm de longitud por 3 cm de diámetro interno. Cada columna se rellenó con aproximadamente 180 g de cada suelo (SJ, P2, SJA y P2A). En la parte baja de la columna se colocó lana de vidrio y en la parte superior se colocó arena de mar. Después de la saturación de la columna con Cl2Ca 0.01M se aplicó el herbicida a la dosis de campo (0.96 g kg-1) y se añadieron diariamente 15 ml de Cl2Ca 0.01M recogiendo los lixiviados al día siguiente para su posterior análisis por HPLC. Después de la completa lixiviación del herbicida se dividió el suelo de la columna cada 5 cm y se extrajo con metanol para igualmente proceder a su análisis por HPLC. Este experimento se realizó a dos temperaturas (4ºC y 25ºC) ya que este herbicida es aplicado en olivar desde finales de Octubre a Diciembre y las temperaturas registradas en el sur de España entrarían dentro de ese rango.

 

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Muestreo de aguas superficiales y subterráneas Diez muestras de aguas superficiales y siete de aguas subterráneas fueron recolectadas a lo largo del Valle del Guadalquivir distribuidas principalmente en áreas de Sevilla, Córdoba, Málaga, Granada y Jaén. Este muestreo se realizó durante seis campañas en Febrero, Marzo, Abril, Mayo, Septiembre y Diciembre y durante dos años (2009 y 2010). Las muestras de aguas una vez tomadas se mantuvieron refrigeradas a 4ºC en frascos de cristal ámbar, hasta ser analizadas. Condiciones analíticas Suelos y lixiviados: En el caso de las muestras de suelo se desarrolló un método de extracción de modo que los porcentajes de recuperación fueron del 94% y 99% para los suelos SJ y P2, respectivamente. El análisis de los extractos se realizó mediante cromatografía líquida con un equipo 1525 de Waters compuesto por un detector de fotodiodos 2996 y un autoinyector 717. Se usó una columna de C18 Nova-Pack (150 x 3.9 mm d.i.) y una fase móvil compuesta por 70% de acetonitrilo y 30% de agua a un flujo de 1 ml/min, un volumen de inyección de 25 µl y una longitud de onda de 220 nm como máximo de absorbancia. El límite de detección del aparato para este compuesto fue de 0.025 µg ml-1. Aguas: El análisis de las muestras de agua se realizó mediante GC-MS/MS en un equipo Varian con un espectrómetro de trampa iónica Saturn 2000 en modo MRM usando iones primarios, secundarios y terciarios. El volumen de inyección fue de 8 µl a un flujo constante de 1 ml min-1, mientras que el programa de temperatura del GC fue de 70ºC durante 3 minutos, seguido de una rampa de 25ºC min-1 hasta 180 ºC (mantenido durante 0.1 min) y una rampa final de 5ºC min-1 hasta 300ºC (mantenido durante 7 min). Se usó una columna capilar de silica de Varian (30 m x 0.25 mm d.i.), recubierta de fenilsilicona al 5% y un film de espesor de 0.25 µm. La curva de calibración se realizó con patrones internos y con un coeficiente de correlación de 0.99.

RESULTADOS Y DISCUSION Estudio de disipación En la Figura 1 se han representado los porcentajes de disipación de oxifluorfen extraidos del suelo sin enmendar en el experimento de incubación a diferentes tiempos y a dos diferentes contenidos de humedad (20% y 40%). En primer lugar resalta la rápida adsorción o retención del herbicida oxifluorfen en el suelo SJ respecto al suelo P2 sugerida por la menor cantidad de herbicida encontrada en el suelo SJ frente al suelo P2 justo antes de ser introducida en el incubador o a tiempo cero. El mayor contenido en arcilla y M.O. del suelo SJ respecto al suelo P2 favorece estos fenómenos de adsorción o retención, ejerciendo un pepel protector de la molécula de herbicida frente a procesos de degradación (Pignatello y Xing, 1996), de ahí la mayor recuperación final en el suelo SJ (62%) que en el P2 (48%). El aumento del contenido en humedad disminuye esta diferencia entre ambos suelos, ya que las moléculas de agua compiten por los sitios de adsorción con el herbicida favoreciendo su desorción (Guo y col., 2000; García-Valcarcel y col.1999) y la degradación en ambos casos. Otra consideración importante es que en suelos con mayor contenido en humedad aumenta la disipación de oxifluorfen (31% y 14% en SJ y P2, respectivamente) frente a los suelos con menor porcentaje de humedad (62% y 36% en SJ y P2, respectivamente). De hecho la disminución de los niveles de humedad parece retardar o inhibir el metabolismo microbiano, lo que se traduce en una menor degradación (Shelton y Parkin, 1991). La enmienda con alperujo produce un incremento en la persistencia de oxifluorfen en ambos tipos de suelo y a ambos contenidos de humedad tal y como se muestra en la Figura 2. El cambio más importante tras la enmienda es el aumento de M.O., lo que por una parte favorece la adsorción y protección del herbicida y por otra, dicha M.O. es utilizada por los microorganismos del suelo como principal fuente de C frente al procedente del herbicida, lo que se traduce en una menor degradación de dichos compuestos y por tanto en una mayor persistencia (Albarran y col., 2004, Serrano y col., 2010). Por tanto los resultados del estudio de incubación parecen indicar el papel relevante de los procesos de biodegradación de oxifluorfen en estos suelos. Los valores finales de recuperación indican una larga persistencia sobre todo en suelos pesados, contrarrestados en casos de altos contenidos en coloides

 

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orgánicos e inorgánicos o por adición de alperujo, más en línea con algunos datos muy recientes (Serrano y col., 2010) que con otros mostrados anteriormente (Wauchope, 1992). Estudio de lixiviación En este experimento se ha comprobado que las concentraciones de oxifluorfen en los lixiviados no eran detectables (