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Universidad de La Salle Universidad de La Salle

Ciencia Unisalle

Ingeniería Ambiental y Sanitaria Facultad de Ingeniería

1-1-2008

Propuesta de alternativas para la atenuación del impacto

generado por el uso de plaguicidas obsoletos malathion y

endosulfan basados en los estudios comparativos de movilidad

en los suelos de los predios de la Corporación Colombiana de

Investigación Agropecuaria Corpoica - Mosquera

Liliana Asleidy López Prieto Universidad de La Salle, Bogotá

Lissette Andrea Zambrano Gutiérrez Universidad de La Salle, Bogotá

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Citación recomendada

López Prieto, L. A., & Zambrano Gutiérrez, L. A. (2008). Propuesta de alternativas para la atenuación del impacto generado por el uso de plaguicidas obsoletos malathion y endosulfan basados en los estudios comparativos de movilidad en los suelos de los predios de la Corporación Colombiana de Investigación Agropecuaria Corpoica - Mosquera. Retrieved from https://ciencia.lasalle.edu.co/

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PROPUESTA DE ALTERNATIVAS PARA LA ATENUACIÓN DEL IMPACTO

GENERADO POR EL USO DE PLAGUICIDAS OBSOLETOS MALATHION Y

ENDOSULFAN BASADOS EN LOS ESTUDIOS COMPARATIVOS DE

MOVILIDAD EN LOS SUELOS DE LOS PREDIOS DE LA CORPORACIÓN

COLOMBIANA DE INVESTIGACIÓN AGROPECUARIA CORPOICA

-MOSQUERA

LILIANA ASLEIDY LÓPEZ PRIETO

LISSETTE ANDREA ZAMBRANO GUTIÉRREZ

UNIVERSIDAD DE LA SALLE

FACULTAD DE INGENIERÍA AMBIENTAL Y SANITARIA

BOGOTÁ D.C.

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PROPUESTA DE ALTERNATIVAS PARA LA ATENUACIÓN DEL IMPACTO

GENERADO POR EL USO DE PLAGUICIDAS OBSOLETOS MALATHION Y

ENDOSULFAN BASADOS EN LOS ESTUDIOS COMPARATIVOS DE

MOVILIDAD EN LOS SUELOS DE LOS PREDIOS DE LA CORPORACIÓN

COLOMBIANA DE INVESTIGACIÓN AGROPECUARIA CORPOICA

-MOSQUERA

LILIANA ASLEIDY LÓPEZ PRIETO

LISSETTE ANDREA ZAMBRANO GUTIÉRREZ

Proyecto de Grado para optar al titulo de

Ingeniero Ambiental y Sanitario

Director

RICARDO CAMPOS SEGURA

Ingeniero Agrónomo- Universidad Nacional de Colombia.

Master of Science - Universidad de Chapingo, México.

Master en Fertilizantes y Medio Ambiente – Universidad Autónoma de

Madrid, España.

UNIVERSIDAD DE LA SALLE

FACULTAD DE INGENIERÍA AMBIENTAL Y SANITARIA

BOGOTÁ D.C.

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Las autoras expresan sus agradecimientos a:

Nuestros padres, por el esfuerzo titánico realizado para darnos educación, la motivación brindada durante el desarrollo de la carrera y la confianza que tuvieron en nosotros.

Ricardo Campos, Ingeniero Agrónomo y director del proyecto ante la Universidad, por el apoyo constante, la motivación brindada durante el desarrollo del proyecto y la confianza que tuvo en nosotros.

Alejandro Parra Saad, Economista y docente, por sus valiosos aportes orientación y enseñanzas, por el interés, respaldo y entusiasmo demostrado para el desarrollo de este proyecto, muchas gracias.

Los profesores de la facultad de Ingeniería Ambiental y Sanitaria de la Universidad de la Salle, por los conocimientos ofrecidos durante el desarrollo de la carrera.

A Los integrantes del macroproyecto un especial agradecimiento por el esfuerzo realizado por su amabilidad, su colaboración y su alegría, que hicieron mucho más ameno el trabajo investigativo.

A todas aquellas personas que de una u otra forma contribuyeron al desarrollo de este proyecto infinitas gracias al ayudarnos a cumplir con nuestros objetivos.

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INTRODUCCIÓN JUSTIFICACIÓN OBJETIVOS 1.MARCO DE REFERENCIA 18 1.1 MARCO TEÓRICO 18 1.1.1 Plaguicidas obsoletos 18 1.1.2 Malathión 19 1.1.3 Endosulfan 20

1.1.4 Comportamiento de los plaguicidas en el suelo y zona no saturada. 22

1.1.5 Estudio de Movilidad 25

1.1.6 Modelación y aproximación matemática de la migración de contaminantes 26

1.1.7 Análisis de Riesgo 30 1.1.8 Alternativas de Atenuación 31 1.2 MARCO LEGAL 34 2. GENERALIDADES 37 2.1 SECCIONAL CUNDINAMARCA 37 2.1.1Ubicacion 37

2.2 DESCRIPCIÓN DEL MACRO PROYECTO DE INVESTIGACIÓN SEGMENTO UNIVERSIDAD DE LA SALLE

38

3. DISEÑO METODOLÓGICO 41

4. ESTUDIO BÁSICO DE CASO 46

4.1 TOMA DE MUESTRA 48

4.1.1 Ubicación De la Zona De Muestreo 48

4.1.2 Meteorología Y Climatología General de la zona de Muestreo 48

4.1.3 Historial de cultivos en el lote No. 5 Corpoica. 51

4.1.4 Inventario 52

4.1.5 Descripción Del Perfil 52

4.1.6 Metodología de muestreo 53

4.2. CARACTERIZACIÓN DE CONDICIONES INICIALES DE LA MUESTRA 54

4.2.1 Propiedades físicas del suelo 54

4.2.2 Propiedades químicas del suelo en condiciones iniciales 58

4.3. MONTAJE 60

4.4. DERRAME 60

4.4.1 Análisis De la Influencia De Las Características Fisicoquímicas En El Transporte De Plaguicidas

62 4.5. EXTRACCIÓN LIQUIDO – LIQUIDO 64

4.6. CROMATOGRAFÍA 64

4.6.1 Aplicación de la ecuación para el Malathión y en Endosulfan 65 4.7. TABULACIÓN, Y SELECCIÓN DE DATOS 66

4.7.1 Evaluación del proceso de medición 66

4.8 DECISIÓN ESTADÍSTICA 68

4.8.1 Análisis e Interpretación de condiciones fisicoquímicas del suelo después de cada derrame

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5. ANÁLISIS DE LIXIVIACIÓN POTENCIAL 72 5.1 PROPIEDADES HIDRÁULICAS DEL SISTEMA Y RELACIONES 72

5.1.1 Parámetros del modelo de Campbell 72

5.1.2 Análisis de las propiedades hidráulicas de los suelos estudiados 74

5.1.3 Cálculo de la conductividad hidráulica 76

5.2 RELACIONES PRESENTES EN DATOS DE MOVILIDAD 77

5.2.1 Análisis de prueba de hipótesis 79

5.2.2 Correlación de Pearson (r) 80

5.3 PROCESOS SEGUIDOS POR LOS PLAGUICIDAS EN LA ZONA NO SATURADA

80

5.3.1 Adsorción 81

5.3.2 Volatilización 83

5.4 RELACIÓN DE LOS PROCESOS DE MOVILIDAD DE PLAGUICIDAS Y LOS ÍNDICES DE LIXIVIACIÓN POTENCIAL DE PLAGUICIDAS HACIA AGUA SUBTERRÁNEA

84

5.4.1 GUS (Groundwater Ubiquity Score) 84

5.4.2 Potencial de lixiviación 85

5.4.3 Criterio USEPA/CDFA 86

5.4.4 Factor de retardo 86

6. ALTERNATIVAS DE ATENUACIÓN 88

6.1 ANÁLISIS DE RIESGO 89

6.1.1 Investigación Preliminar: ¿Qué Genero El Peligro? 89

6.1.2 Investigación Exploratoria: ¿Existe Un Peligro Real? 89

6.1.3 Tipificación Del Riesgo: ¿Qué Genera El Peligro? 93 6.2 PROPUESTA DE ALTERNATIVA DE ATENUACIÓN 95

6.2.1 Requerimientos Normativos Por Componente 95

6.2.2 Incentivos Tributarios 96

6.2.3Objetivos de atenuación del impacto y protección 97

6.2.4 Metas de atenuación 97

6.2.5 Condiciones generales para el Tratamiento 97

6.3 DETERMINACIÓN DE VENTAJAS Y DESVENTAJAS EN TECNOLOGÍAS PARA LA RECUPERACIÓN DE SUELOS CONTAMINADOS

98 6.4 MATRIZ DE EVALUACIÓN DE ALTERNATIVAS 99

6.4.1 Selección Y Propuesta De Alternativas 101

6.5 VENTAJAS Y LIMITACIONES DE LA APLICACIÓN DE LA ALTERNATIVA

104

6.5.1 Fotocatálisis heterogénea 104

6.5.2 Tratamiento Biodegradación asistida 105

CONCLUSIONES RECOMENDACIONES BIBLIOGRAFÍA

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LISTA DE TABLAS

Tabla 1: Características Fisicoquímicas Malathión Tabla 2. Clasificación Malathión

Tabla 3. Características Físico químicas Endosulfan Tabla 4. Clasificación Endosulfan

Tabla 5. Transporte Y Transferencia De Plaguicidas En La Zona No Saturada Tabla 6. Información básica para un análisis de riesgo

Tabla 7. Tipos de tratamiento de suelos contaminados Tabla 8. Referencias Legales

Tabla 9. Datos de características metereologicas para el Lote 5 CORPOICA Tabla 10. Historial de cultivos en el lote No. 5 de CORPOICA Tibaitatá. Tabla 11. Clases texturales USDA del suelo muestreado

Tabla 12. Porcentajes De Agregados Estables Al Agua Determinados por el Contenido

De Arcilla Y Materia Orgánica (Kemper, 1966)*.

Tabla 13. Observaciones Generales de Malathión y Endosulfan

Tabla 14. Comparación de propiedades Fisicoquímicas entre Malathión y Endosulfan Tabla 15. Clasificación de los plaguicidas de acuerdo a su persistencia

Tabla 16. Comparación de características toxicologicas entre Malathión y Endosulfan Tabla 17. Análisis normativo entre Malathión y Endosulfan

Tabla 18. Datos de las propiedades hidráulicas de los suelos estudiados Tabla 19. Coeficientes de correlación Pearson

Tabla 20.Matriz de evaluación para determinación de riesgo según el tipo de

plaguicida.

Tabla 21. Análisis de resultados de la matriz de evaluación para determinación de

riesgo para Malathión y Endosulfan

Tabla 22. Análisis de opciones de tratamiento binario Tabla 23. Tecnologías evaluadas

Tabla 24. Criterios para la calificación de las tecnologías LISTA DE DIAGRAMAS

Diagrama 1. Generalidades Del Marco Conceptual del Plaguicida

Diagrama 2. Esquema De La Zona No Saturada y distribución vertical del agua Diagrama 3. Comportamiento De Plaguicidas En La Zona No Saturada

Diagrama 4. Factores que determinan el movimiento de plaguicidas por la ZN Diagrama 5: Objeto y tipos de modelación de Plaguicidas En La Zona No Saturada Diagrama 6: Generalidades del Análisis de Riesgo

Diagrama 7: Diseño Metodológico

Diagrama 8: Proceso De Diseño Experimental De Ensayos De Columnas De

Derrame De Malathión Y Endosulfan

Diagrama 9: Escalas granulométricas

Diagrama 10: pH en el suelo, Rango de las Clases de pH y condiciones edáficas

asociadas

Diagrama 11: Metodología de Extracción Liquido –Liquido

Diagrama 12: Centro Reactivo (Activo) superficial para el proceso de adsorción Diagrama 13: Flujo grama Para La Formulación De alternativas En Función Del

Riesgo

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LISTA DE FIGURAS

Figura 1. Estructura del Malathión. Organofosforados

Figura 2. Estructura del Endosulfan. Organoclorados ciclodiénicos. Figura 3. Localización general Bogotá D.C. Vía Mosquera

LISTA DE FOTOS

Foto 1: Fotografía aérea, CORPOICA, Tibaitatá Foto 2. Condiciones actuales del lote No. 5

Foto 3. Representación de la Tipificación del Riesgo sobre una foto aérea Foto 4. Población aledaña

Foto 5. Población (fauna) con mayor riesgo de afectación. Foto 6. Canal de drenaje. Lote 5 Corpoica

Foto 7. Tecnología En Proyectos

LISTA DE GRAFICAS

Grafica 1. Temperatura maxima Tibaitatá -abril, mayo y junio de 2008 Grafica 2. Brillo Solar Tibaitatá -abril, mayo y junio de 2008

Grafica 3. Precipitacion Tibaitatá -abril, mayo y junio de 2008

Grafica 4. Relación de contenido de Humedad de Campo vs. Tipo De Suelo Grafica 5. Relación de contenido de Humedad de Campo vs. Tipo De Suelo Grafica 6. Relación de contenido de Humedad de Campo vs. Tipo De Suelo Grafica 7. Relación de contenido de Humedad de Campo vs. Tipo De Suelo Grafica 8. Relación de las propiedades hidráulicas en los suelo de estudio Grafica 9. Curvas Características De Los Suelos Estudiados

Grafica 10. Curvas de Conductividad vs. Contenido de Agua Grafica 11. Relación de índices de lixiviación

Grafica 12. Relación de índices de lixiviación

Grafica 13. Evaluación De Alternativa Por Núcleos A Grafica 14. Evaluación De Alternativa Por Valor A Grafica 15.Evaluación De Alternativa Por Núcleos B Grafica 16. Evaluación De Alternativa Por Valor B

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Para la interpretación interna del presente documento se incluyen los siguientes términos y definiciones:

Absorción. Concentración selectiva de sólidos disueltos en el interior de un material

sólido, por difusión. atraer algo hacia adentro tal y como lo haría una esponja que absorbe agua.

Adsorción: Enlace de un Ion o compuesto a una superficie sólida, normalmente de

forma temporal. En el suelo, los cationes son adsorbidos en las partículas de arcilla y el humus. Regula la tendencia del plaguicida a quedar retenido en el suelo. Si el coeficiente de adsorción del plaguicida es pequeño, indica una alta movilidad.

Aproximación: Máxima diferencia posible entre un valor obtenido en una medición o

cálculo y el exacto desconocido.

Atenuación: Acción de disminución del impacto ambiental negativo a fin de reducirlo a

límites tolerables restableciendo la función productiva o aptitud potencial de un recurso del suelo.

Bioacumulación: Aumento de las de concentraciones de sustancias tóxicas en el

organismo; a través del tiempo, por causas naturales u antropogénicas. ocurre en el caso de que las sustancias ingeridas, no son excretadas ni descompuestas (sustancias no biodegradables).

Capacidad de campo: Es la cantidad de agua que un suelo retiene contra de la

fuerza de gravedad cuando se la deja drenar libremente. Debido al sistema dinámico del agua, la capacidad de campo no es un valor único del suelo. No puede determinarse con precisión debido a que no existe en el tiempo discontinuidad en la curva de humedad.

Capacidad de intercambio de catión (CIC): Número total de cationes

intercambiables que están presentes en un suelo y se puede absorber. Una medida de la capacidad del suelo para retener nutrientes que son cationes, en el suelo. Se Expresa en mili equivalentes por 100 gramos de suelo.

Concentración: La relación existente entre su peso y el volumen de un líquido que lo

contiene. Sus unidades generalmente se expresan en mg/L.

Correlación: Medida estadística que muestra el nivel de asociación, indica la fuerza y

la dirección de una relación entre el movimiento de dos variables aleatorias.

Desviación típica o desviación estándar: Es una medida de dispersión para

variables. de razón (ratio o cociente) y de intervalo, de gran utilidad en la estadística descriptiva. Medida de dispersión en torno a la media. Es una medida (cuadrática) de lo que se apartan los datos de su media y por lo tanto, se mide en las mismas unidades que la variable.

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Endosulfan: Es un pesticida. usado para controlar insectos tanto en cosechas

comestibles como no-comestibles, y también como preservativo para madera.

Ingrediente activo (IA): Compuesto químico que ejerce la acción plaguicida. Este es

el nombre que hay que identificar en la etiqueta de los plaguicidas.

Ingredientes inertes (I.I): Ingredientes cuyo objeto es dar estabilidad al ingrediente

activo en una formulación determinada.

In – Situ: Referente dentro del lugar.

Lixiviado: Es el líquido que se ha filtrado a niveles inferiores de un suelo y que ha

extraído, disuelto o suspendido materiales. Denominación que se le da a los constituyentes sólidos tras haber sufrido el proceso de lixiviación, el cual es susceptible de análisis para determinar su toxicidad.

Lixiviación: Es el proceso de Escurrimiento de líquidos a niveles inferiores de un

suelo mediante drenaje, arrastrando nutrientes, sales minerales y otros compuestos orgánicos. Es un proceso físico, basado en los principios de convección y difusión, sorción y degradación.

Malathion: Plaguicida organofosforado, funciona como insecticida.

Movilidad: Indica en qué medida y con qué velocidad un compuesto se puede

dispersar en el medio ambiente.

Modelación: Es un algoritmo matemático que intenta describir fenómenos que

suceden en la naturaleza. El algoritmo matemático de un modelo es traducido a un lenguaje de programación para ser utilizado mediante equipo de cómputo.

Plaguicida: Cualquier sustancia o mezcla de sustancias destinadas a prevenir,

destruir o controlar cualquier plaga.

Plaguicida Obsoleto: Son aquellos plaguicidas que no se pueden o no se quieren

seguir usando y deben ser eliminado, y que por sus características son desechos peligrosos.

Residuo: Material, insumo, producto o subproducto, sólido, semisólido, líquido o

gaseoso, generado en el sector servicios, y que se descarta, que pueda ser susceptible de ser aprovechado o requiera sujetarse a tratamiento o disposición final.

Residuo Peligroso: Es aquel residuo o desecho que por sus características

corrosivas, reactivas, explosivas, tóxicas, inflamables, infecciosas o radiactivas puede causar riesgo o daño para la salud humana y el ambiente. Así mismo, se considera residuo o desecho peligroso los envases, empaques y embalajes que hayan estado en contacto con ellos.

Residuos Peligrosos De Xenobiótico: Comprende los plaguicidas en desuso, es

decir, los que se encuentran vencidos o fuera de especificaciones técnicas, envases o empaques que hayan contenido plaguicidas, remanentes, sobrantes, subproductos de estos plaguicidas; así como el producto de lavado o limpieza de objetos o elementos que hayan estado en contacto con los plaguicidas.

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Rutas de migración: Trayectorias pueden tomar los contaminantes en un área

específica.

Suelo: Sistema dinámico de tres componentes: partículas minerales, detritos y

organismos que se alimentan de estos. es la capa superior de la corteza terrestre en la cual las plantas fijan sus raíces y a partir de donde obtienen nutrientes y la humedad que requieren para su desarrollo.

Screen Models: Prototipo de modelo más simplificado basado en la definición de

índices o aproximaciones empíricas para la aproximación del transporte de un contaminante.

Tipo de Formulación: Presentación del plaguicida, en que condiciones se encuentra

y depende de ellas su forma de uso o aplicación. Entre ellas se encuentran: - Formulaciones líquidas: EC ó E; Emulsión concentrada. SL; Suspensión.

- Formulaciones Secas: D; Polvos.G; Granulados.WP ó W; Polvos mojables.SP ó WSP; Polvos solubles.

Toxicidad: Propiedad fisiológica o biológica que determina la capacidad de una

sustancia química para ocasionar daños a un organismo vivo. medida del peligro inherente de una sustancia.

Tratamiento: Es el conjunto de acciones y tecnologías mediante las cuales se

modifican las características contaminantes de un residuo (compuesto) en un compuesto inocuo incrementando sus posibilidades de reutilización, o para minimizar los impactos ambientales y los riesgos a la salud humana en su disposición temporal o final.

Textura Del Suelo: Tamaño relativo de las partículas minerales que componen el

suelo. Por lo regular se define en términos de contenido de arena, limo y arcilla.

Thiodan: Plaguicida órgano clorado que tiene como ingrediente activo el Endosulfan

sustancias derivadas de hidrocarburos ciclodiénicos.

Unidad experimental: Unidad de material a la cual se aplica un tratamiento.

Zona no saturada: También llamada zona vadosa o zona de aireación, está

comprendida entre la superficie del terreno y el nivel freático del agua en los acuíferos y en ella los poros no están completamente ocupados por agua.

Zona saturada: Zona del subsuelo en la que todos los huecos están ocupados por

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CORPOICA: La Corporación Colombiana De Investigación Agropecuaria. DL50: Dosis Letal 50

FAO: Food and Agriculture Organization. Organización De Las Naciones Unidas Para

La Agricultura Y La Alimentación

ICA: Instituto Colombiano Agropecuario. LDLo (DLLO): Dosis tóxica mortal mínima LMR: límite máximo de residuos

MAVDT: Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial. MStr: Cuadrado Medio De Tratamientos

MSE: Cuadrado Medio Del Error

OMS: Organización Mundial de la Salud. ONU: Organización de las Naciones Unidas. USDA: United States Department Of Agriculture

TDLo (DTLO): Toxic dose lower. Mínima dosis de una sustancia tóxica reportada que

causa efectos tóxicos

[ ]: Concentración

P1: Primer estudio, Derrame en columnas de suelo del plaguicida Malathión. P2: Segundo estudio, Derrame en columnas de suelo del plaguicida Endosulfan. E1: Primer evento

E2: Segundo Evento. ZN: Zona no saturada (i.a.):Ingrediente Activo

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En este trabajo se presenta un estudio comparativo del transporte de los plaguicidas obsoletos malathión y endosulfan en el suelo del predio de La Corporación Colombiana De Investigación Agropecuaria Corpoica –Mosquera.

Este estudio precisa la utilización de ensayos de lixiviación que describen condiciones de equilibrio durante el movimiento de estos en la zona no saturada, el análisis de la información obtenida a partir del muestreo, los datos históricos del predio, el diagnóstico edafológico sobre la zona potencialmente afectada, junto con las aproximaciones empíricas del potencial de lixiviación, aproximaciones basadas en “screen models” para modelación de la curva característica del suelo y la estimación de los coeficientes de correlación de diferentes variables, que proporcionan parte de la herramienta básica para la propuesta de atenuación del impacto ambiental derivado del uso y manejo de los plaguicidas obsoletos malathión y endosulfan.

En búsqueda de la alternativa de atenuación se establece un marco muestreal de lixiviación, la determinación de correlación de Pearson y la prueba estadística ANOVA en donde se destaca las relaciones presentes entre concentración y altura de la columna de suelo las cuales presentan, una alta heterogeneidad de comportamiento entre los dos plaguicidas y su determinación lleva implícito un grado de incertidumbre considerable; Para ello se toman como referencia los experimentos en columnas de un mismo suelo utilizando diferentes alturas de las mismas y los dos plaguicidas. Gracias a los resultados procedentes de los análisis anteriores se establecieron posibilidades de tratamiento y se realizo la estimación de parámetros de evaluación donde se determino que el tratamiento para suelos contaminados por derrame de malathión y endosulfan debe ser multifasico y el estudio preliminar de varias alternativas arroja como viables la fotocatálisis heterogénea como primer tratamiento y como secundario la biodegradación asistida.

Palabras clave: Atenuación, Endosulfan, Plaguicidas Obsoletos, Lixiviación, Malathión, Movilidad, Screen Models y Zona no saturada

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This paper presents a comparative study of the transportation of obsolete pesticides malathión and endosulfan on the floor of the property of The Colombian Agricultural Research Corporation Corpoica-Mosquera.

This study requires the use of leaching tests that describe conditions of balance during the movement of these in the unsaturated zone, analysing the information obtained from sampling, historical data of the property, diagnosis soil over the area potentially affected , Along with empirical approaches potential leaching, estimates based on "screen models" for modeling of the curve characteristic of soil and the estimate of the correlation coefficients of different variables, which provide the basic tool for the proposed mitigation environmental impact arising from the use and management of obsolete pesticides malathión and endosulfan.

In pursuit of alternative mitigation establishing a framework leaching, the determination of Pearson correlation and statistical test ANOVA where highlights the relationship between concentration and present height of the column of soil which have a high heterogeneity behavior between the two pesticides and their determination implies a degree of considerable uncertainty; To do so is taken as a reference experiments in columns of the same soil using different heights of the same and the two pesticides. Thanks to the results from previous analyses were established treatment options and make the estimated parameters of evaluation which determined that treatment for soil contaminated by spill malathión and must be multi-endosulfan and preliminary study of several alternatives as casts photocatalysis viable heterogeneous as the first treatment and as secondary biodegradation assisted.

Keywords: Mitigation, Endosulfan, Obsolete Pesticides, Leaching, Malathión, Mobility, Screen Models And Unsaturated Zone

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Los plaguicidas son parte importante de los sistemas de producción agrícolas y forestales modernos. Su adecuada utilización contribuye a la producción de alimentos de calidad y además, a un bajo costo. Sin embargo, dada su naturaleza, ellos presentan riesgos tanto para la salud de las personas, como para la vida silvestre y los ecosistemas.

Existen efectos no evaluados en la utilización de plaguicidas que han llevado a prohibir o restringir el uso de algunos compuestos considerados riesgosos. En efecto, el uso de estos plaguicidas ha ocasionado daños importantes en el medio ambiente y las personas, motivando la necesidad de estudiar y monitorear el impacto generado en los recursos ambientales (agua superficial, agua subterránea, suelo, sedimentos, aire, etc.).

El potencial contaminante de un plaguicida está dado por su movilidad y persistencia. El plaguicida debe ser lo suficientemente móvil y persistente como para alcanzar y eliminar el organismo específicamente atacado minimizando su impacto sobre las aguas subterráneas. Estas dos características están controladas principalmente por los procesos de adsorción y de degradación que condicionan la lixiviación.

La adsorción se manifiesta como un retardo del movimiento del contaminante respecto de la velocidad del agua. Este proceso no afecta la cantidad total de plaguicida presente en el suelo pero puede disminuir e incluso eliminar la cantidad disponible para el transporte. La magnitud de este fenómeno dependerá de la composición físico-química del suelo, en particular de su contenido en materia orgánica y arcillas. Por otra parte, los plaguicidas pueden sufrir la rotura de su estructura molecular en fragmentos que dan lugar a compuestos inorgánicos como productos finales de la reacción. Este proceso se denomina degradación, siendo ésta la única vía para que un plaguicida sea totalmente eliminado del medio ambiente.

El objetivo de este proyecto es la propuesta a una alternativa de atenuación del impacto generado por los plaguicidas a partir de la determinación de relaciones presentes en las características de contaminación potencial de cada plaguicida. Por lo anterior y en contribución a la búsqueda de soluciones a la problemática generada por los plaguicidas obsoletos, es indispensable la determinación de posibles relaciones entre variables que gobiernan la migración de una sustancia contaminante sometida a procesos de absorción y degradación en la zona no saturada, ya que permite hacer valoraciones reales en función del uso y manejo que se le va a dar a los suelos y residuos contaminados sirviendo como herramienta para la toma de decisiones.

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Las existencias de plaguicidas obsoletos, constituyen un riesgo para la salud y el ambiente, dado que son un residuo constituido por sustancias químicas peligrosas que en su calidad de residuo sin valor económico en general se acumulan en condiciones inadecuadas en sitios no controlados por consiguiente el riesgo se incrementa porque existe exposición a los desechos debido al libre acceso de personas, animales al sitio y se agudiza por los deterioro de envases, ,vertido de productos y contaminación del sitio y su entorno.

En este sentido, es necesario que en nuestro medio, se desarrollen experiencias que permitan adquirir conocimientos con respecto a la aplicación de sistemas de atenuación que se ajusten a las reales condiciones que presenta la movilidad de plaguicidas, ya que “actualmente existe una carencia en estudios puntuales de plaguicidas por ser sustancias químicamente más complejas, implicadas en procesos de transformación y degradación originados a lo largo de su tránsito por la zona no saturada”1_{.; debido a que estos procesos presentan variabilidad experimental se} requiere la aplicación de matemáticas y estadísticas para entender y analizar datos experimentales de una manera cuantitativa.

En el año 2004, se realizó la auditoria analítica de gestión al uso y manejo de plaguicidas en Colombia para apoyar a la Contraloría General De La República, en el ejercicio de un efectivo control sobre las entidades pública este informe revela como aspectos crítico que “ el Instituto Colombiano Agropecuario debe revisar la política establecida para los plaguicidas obsoletos ya que estos no son valorados técnicamente, sino cualitativamente lo que implica un peligro para la salud pública, en razón a que los estudios de contenidos agroquímicos no son suficientes para garantizar el uso y manejo de los mismos”2

,donde se evidencia la necesidad actual de una valoración técnica y ambiental de los plaguicidas obsoletos.

La concentración de plaguicidas en diferentes matrices ambientales se estima de acuerdo a muestreos basados en métodos estadísticos que no han sido previamente evaluados

Por esto, la presente investigación va dirigida a establecer una comparación del comportamiento de la movilidad de los plaguicidas por medio de un análisis numérico simple donde se realizará un estudio comparativo con los plaguicidas obsoletos Malathión y Endosulfan ya que son los que se encuentran en mayor proporción en predios del ICA Instituto encargado de almacenar los plaguicidas que se encuentran en desuso, labor que les fue encomendada por el gobierno tras el reporte de plaguicidas obsoletos elaborado por la FAO y el gobierno nacional, este estudio se ofrece como herramienta para el desarrollo de nuevas tecnologías de remediación de suelos en Colombia.

1_{________, Asistencia Técnica para la Eliminación de Plaguicidas Obsoletos. Proyecto FAO TCP-COL-0065.} Memorias Jornada de Capacitación Valledupar y San Andrés. 2002.

2

COLOMBIA. Auditoria General de la República Online-http://www.auditoria.gov.co/templates/ informes_gestión /2_3_2 plaguicidas.pdf. Auditoria analítica de gestión al uso y manejo de plaguicidas en Colombia (Citado el 22 de febrero de 2008)

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OBJETIVO GENERAL

Proponer alternativas para la atenuación del impacto generado por el uso de plaguicidas obsoletos Malathion y Endosulfan basados en los estudios comparativos de movilidad en los suelos de los predios de la Corporación Colombiana De Investigación Agropecuaria CORPOICA (Sede Mosquera).

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Analizar condiciones químicas, físicas y morfológicas presentes en el predio de la Corporación Colombiana De Investigación Agropecuaria CORPOICA (Sede Mosquera), lote 5.

Establecer el método mas apropiado para el análisis comparativo de datos de lixiviación de plaguicidas obsoletos Malatión y Endosulfan en el predio de la Corporación Colombiana De Investigación Agropecuaria CORPOICA (Sede Mosquera).

Estimar el índice de lixiviación potencial de los plaguicidas Malatión y Endosulfan, bajo supuestos de equilibrio y flujo unidimensional en la zona no saturada.

Determinación de la relación que existe entre variables que indiquen el comportamiento de los plaguicidas a nivel de lixiviación en los suelos del predio del ICA (Sede Mosquera).

Identificar las alternativas para la atenuación del impacto generado por los plaguicidas a nivel de lixiviación en los suelos del predio del ICA (Sede Mosquera). Identificar Ventajas y limitaciones de la aplicación de la alternativa propuesta para la

atenuación del impacto generado por el uso de plaguicidas obsoletos Malathion y Endosulfan, en los suelos del predio del ICA (Sede Mosquera).

(18)

1

1 .

.

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1.1 MARCO TEÓRICO

1.1.1 Plaguicidas obsoletos

Los plaguicidas obsoletos son plaguicidas que no se pueden o no se quieren seguir usando y deben ser eliminados, esta denominación incluye:

- Plaguicidas técnicos y formulaciones pasada la fecha de caducidad. - Plaguicidas cuya utilización ha sido prohibida o fuertemente restringida.

- Productos deteriorados: Aquellos que sufrieron cambios físicos o químicos que los hacen fitotóxicos para los cultivos, o con peligrosidad no aceptable tanto para la salud humana como para el medio ambiente, aquellos que sufrieron pérdida de eficacia biológica, aquellos que presentan cambios en sus propiedades físicas que los hacen incompatibles con los equipamientos de aplicación habituales.3

Diagrama 1. Generalidades Del Marco Conceptual del Plaguicida

3

MARTINES, Javier, Centro Coordinador Del Convenio De Basilea Para América Latina Y El Caribe, Guía Práctica Sobre La Gestión Ambientalmente Adecuada De Plaguicidas Obsoletos Montevideo, Uruguay Noviembre, 2004

Sustancia o mezcla de sustancias destinada prevenir, destruir o controlar cualquier plaga Nombres de Plaguicidas Nombre comercial Nombres común del ingrediente activo Nombre químico Formulación Ingrediente activo Su época de aplicación. Confiere la acción biológica Ingredientes inertes (aditivos) Clasificación Vehículos se agregan para mejorar las propiedades de la formulación Agentes tenso activos Odorizantes Estabilizadores Anticoagulantes Colorantes Anticoagulantes Surfactantes PLAGUICIDA Su estructura química o familia química Su mecanismo de acción Tipo de formulación Grado de toxicidad Su destino

(19)

Fuente: Las autoras

1.1.2 Malathión

Es un insecticida fosforado, es el nombre común de O,O dimetil-S-1,2-di (carboetoxi) etil fosforoditioato. otros nombres comunes de este compuesto son los siguientes: (a) O,O dimetil-S-1,2-di (carboetoxi) etil fosforoditioato; (b) O,O-dimetil S-(1,2-dicarbetoxietil) fosforotioato; (c) Fosforoditioato del O,O-dimetil dietilmercaptosuccinato; (d) O,O-dimetil-S-(1,2-dicarbetoxietil) ditiofosfato; Este insecticida fue introducido en 1950 por American Cyanamid Company4.

El Malathión no es por lo tanto un insecticida puro si no un "complejo" que incluye, además del Malathión propiamente dicho, impurezas como los trimetil fosfatos y el Malaoxón e incluso ingredientes "inertes" de alto riesgo. Además de "complejo" es por lo tanto "variable" y de variación poco predecible.

En muchos casos los derivados de su propia molécula son varias decenas de veces más tóxicos que el Malathión puro. Lamentablemente, los perfiles de las formulaciones comerciales se refieren, por lo general, al Malathión puro y no al "complejo" Malathión.En realidad nunca se demostró que las dosis bajas del complejo Malathión fueran inocuas, muy por el contrario, esas bajas dosis han podido asociarse a innumerables efectos deletéreos

.

Figura 1. Estructura del Malathión. Organofosforados

Fuente: ENVIROMENTAL PROTECTION AGENCY, Centro panamericano de ecología humana y mundial de la salud. Malathion efectos sobre la salud y ambiente, Metepec, México 1988.

Tabla 1: Características Fisicoquímicas Malathión

Formula empírica: C10H19O6PS2

Nombre IUPAC: O,O dimetil-S-1,2-di (carboetoxi) etil fosforoditioato

Masa Molecular relativa: 330,36g.

Densidad: 20 ºC: 1,2076 g/cm3

Densidad relativa del Gas: -

Punto de Ebullición: 156 ºC.

Punto de Fusión: 2,8 ºC

Hidrolizacion: pH >7 y <5

4

ENVIROMENTAL PROTECTION AGENCY, Centro panamericano de ecología humana y mundial de la salud. Malathion efectos sobre la salud y ambiente, Metepec, México 1988

(20)

Solubilidad: Es ligeramente soluble

Su solubilidad acuosa a 25 ºC es de 3,36 mol/l- 130 mg/l

Tabla 2. Clasificación Malathión

International programmer on chemical safety (IPCS)

Libro naranja de las naciones unidas

Número CAS: 121-75-5. Clasificación de peligrosos NU:9 Número UN: 3082 Grupo de envasado y embalaje : III Tipo de Químico: Organofosforado R:22

S: (2-)24

Fuente: las autoras

1.1.3 Endosulfan

Es un ingrediente activo que hace parte de la familia de los organoclorados, su estructura química corresponde en general, a la de hidrocarburos clorados aromáticos, con un peso molecular de 291 a 545.

Sus propiedades fisicoquímicas dependen del grado de cloración, pero generalmente son sustancias insolubles en agua y muy estables a la luz solar, a la humedad, al aire y al calor; el endosulfan hace parte de la subdivisión de los derivados de hidrocarburos ciclodiénicos.

La Composición de este plaguicida en desuso generalmente es una mezcla de isómeros del endosulfán (80% de isómeros-alfa / 20% de isómeros-beta) y se obtiene a partir del hexaclorociclopentadieno, mediante la reacción de Diels-Alder con butinediol, seguido de ciclización con cloruro de tionilo5; es persistente y estable en el suelo y relativamente estable en presencia de luz ultravioleta.

Figura 2. Estructura del Endosulfan. Organoclorados ciclodiénicos

.

Fuente: COLEMAN PF, DOLINGER PM. 1982. Endosulfan monograph number four: Environmental health evaluations of California restricted pesticides. State of California Department of Food and Agriculture. Sacramento, CA. USA.

5

HARIKRISHNAN v r y usha s “Endosulfan Fact Sheet & Answers to common questions” Thanal Conservation Action / Information Network L-14 Jawahar Nagar, Kowdiar, Kerala, India. Enero 2004

(21)

Tabla 3. Características Físicoquímicas Endosulfan

Formula empírica: C9H6CL6O3S

Nombre IUPAC: 6,7,8,9,10hexacloro 1,5,52,6,9,9, a hexacloruro 6,9 metano 2,4,3 benzodioxadipin 3 oxido

Masa Molecular relativa: 406.95 g

Densidad: 1.745 g / cm3

Densidad relativa del Gas: 14.1

Punto de Ebullición: 106°a 0.9 hPa (descomposición Parcial)

Punto de Fusión: Prod. Técnico 70-100 °C Isómero a 108-109°C Isómero b 206-208°C

Presión de Vapor: < 1x10 -5 Pa

Fuente: las autoras con información htpp:\informacion\internet\seguridad endosufan_archivos\seguridad endosufan.htm (11 febrero 2008)

Tabla 4. Clasificación Endosulfan

International programme on chemical safety (IPCS)

Libro naranja de las naciones unidas

Número CAS: 115- 29 – 7 Clasificación de peligrosos NU:6.1 Número UN: 2761 Grupo de envasado y embalaje : I II Tipo de Químico: Compuesto organoclorado R:24/25-36-50/53

S: (1/2-)28-36/37-45-60-61

Fuente: las autoras

Los productos encontrados en mayor cantidad en las bodegas del ICA son plaguicidas con ingrediente activo endosulfan6.

Debido a las características del endosulfan como organoclorado y por la cantidad registrada, representa un interés especial sobre su gestión hasta la disposición final. Además es uno de los candidatos para ser incluido en el convenio de Estocolmo7, lo que hace que el país tome acciones con el objetivo de eliminar sustancias existentes; por esta razón, es seleccionado como sustancia a ser evaluada en el presente estudio.

1.1.4 Comportamiento de los plaguicidas obsoletos en el suelo y en la zona no saturada.

La zona no saturada ha sido durante muchos años una especie de "caja negra" en los estudios hidrogeológicos, pues la mayoría de investigaciones se centraban solamente

6_{HELDERTH CARDENAS,” Formulación de alternativas ambientalmente apropiadas para la disposición} final de plaguicidas en desuso incautados por el estado”. Universidad de la salle, Bogotá D.C. 2006 7

UNITED NATIONS ENVIRONMENTAL PROGRAMMER, “Evaluación regional de Substancias Tóxicas Persistentes” Océano indio el Informe Regional - Sustancias Químicas- la Facilidad Global del Ambiente. 2002

(22)

en la zona saturada, actualmente se ha evidenciado el poder depurador de la zona no saturada y la influencia de esta en la contaminación de aguas subterráneas.

La zona no saturada, está situada entre el nivel freático y la superficie del terreno, tiene alguna pequeña porción (parte baja de raíces) saturada de agua permanentemente, y otras en las que ocasionalmente puede producirse saturación pero que transcurrido cierto tiempo pierden el agua.

En la zona no saturada se distinguen tres subzonas:

a) Subzona sometida a evapotranspiración: comprendida entre la superficie del terreno y los extremos radiculares de la vegetación. Cuando no hay vegetación puede tener un espesor muy pequeño entre 8 y 15 cm y si la hay puede alcanzar

profundidades de hasta 3 ó 4 m.

b) Subzona intermedia: de características totalmente similares a la anterior, está situada debajo de ella y al no estar afectada por las raíces de las plantas es más compacta.

c) Subzona capilar: es la de transición a la zona saturada propiamente dicha y alcanza una altura sobre la superficie freática que depende de las fuerzas capilares. Su parte inferior está también saturada, el límite superior de la subzona capilar con la subzona intermedia puede estar muy definido o ser apenas perceptible, según el tipo de materiales del suelo8.

Diagrama 2: Esquema De La Zona No Saturada y distribución vertical del agua

Fuente: Imagen –online www.visionlearning.com, ciclo hidrológico. (Citado 26 de mayo de2008), Modificada por las autoras.

8

CALDERÓN, M. J HERMOSIN, M. C; MORENO, F, y CONEJO, J. Movilidad de trifloralina en labranza tradicional y de conservación. En “Estudios de la zona no saturada del suelo”. ed. R. Muños – Carpena, A Ritter. C. Tascón) 1999. Subzona capilar ZONAS Subzona edáfica o de evapotranspiración Subzona intermedia Nivel piezométrico SUBZONAS Acuífero Distribución Del Agua Agua higroscópica, pelicular y capilar aislada Todas excepto, agua gravifica Aguas subterráneas

(23)

Los modelos existentes en la actualidad para predecir el comportamiento de los plaguicidas en la zona no saturada del suelo consideran los procesos físicos, químicos y biológicos que afectan su transporte y diversos procesos de degradación e inactivación de los mismos.

La mayor parte de los plaguicidas, una vez aplicados, sufren procesos de transporte y transferencia9, total o parcial, que conducen a la formación de nuevos productos que, en ocasiones, pueden ser más móviles, persistentes y peligrosos que los compuestos de partida. Las dos características más importantes que controlan la migración de plaguicidas en aguas y suelos son su movilidad y persistencia10.

Los plaguicidas deben ser suficientemente móviles como para alcanzar su objetivo y suficientemente persistentes como para eliminar el organismo específicamente atacado.11

Diagrama 3: Comportamiento De Plaguicidas En La Zona No Saturada

Fuente: http://images.google.com.co/ (movimiento de plaguicidas) (Citado 20 Febrero2008)

Tabla 5. Transporte Y Transferencia De Plaguicidas En La Zona No Saturada

PROCESO CONSECUENCIA FACTORES

TRANSPORTE

ADVECCIÓN

Se refiere al movimiento pasivo de solutos disueltos en el agua. Proceso de transporte de una sustancia química por el movimiento

Condiciones climatológicas (lluvias, viento, temperatura, radiación

9

BAILEY, G.W. y White, J.L. Factors influencing the adsorption, desorption and movement of pescticides in soils. Residue review 1970 p. 32, 29-92..

10_{MADRIGAL MONÁRREZ, P BENOIT Retención de plaguicidas en zonas amortiguadoras. Caso del}

isoproturon, INRA unite environnement et grandes cultures 78850 trivial Grigman, Francia. Online- www.ejournal.unam.mx/ict/vol0801/080104.pdf (Citado 17 de febrero 2008.)

11

MORELL, I. Y L. CANDELA,. Comportamiento de los plaguicidas en suelos. En: Plaguicidas. Aspectos ambientales, analíticos y toxicológicos, Ed. Univ. Jaume I. 1998 p 9-23. , (Citado15 demayo2008)

(24)

del medio que la contiene. * (ley de Darcy generalizada12 )

solar), Sistemas de riego, Sistema radicular y [ ] en disolución de plaguicida

PROCESO CONSECUENCIA FACTORES

DISPERSIÓN MECÁNICA

Movimiento de un producto químico de regiones de alta concentración a regiones de baja concentración mediante la turbulencia. Los diferentes tipos, tamaños y orientación de los poros da lugar a velocidades que difieren de unos puntos a otros. Además también hay variaciones de velocidad en un mismo poro. *(Coeficiente de dispersión mecánica expresión Bear,1972,Modelación Millington y Quirk)13(Ecuación de Richards) (Ecuación de transporte Wagerner, R.J 1986)14

Flujo de agua, porosidad y [] en disolución de plaguicida

DIFUSIÓN

Movimiento de un producto químico de regiones de alta concentración a regiones de baja concentración mediante el movimiento molecular.* ( Ley de Ficky, Ecuación de la continuidad) iones disueltos y [] en disolución de plaguicida, humedad. TRANSFERENCIA LIXIVIACIÓN

Movilización de los compuestos a través del suelo en donde se relaciona la curva característica de suelo con los procesos de degradación y adsorción.

(∑ de aproximaciones empíricas y aproximaciones de los procesos principales de adsorción y degradación).

Solubilidad, MO,

Textura, estructura porosidad y Humedad.

LIXIVIACIÓN

*( Conductividad hidráulica: Ecuación de Richards, Curva característica:

Modelado van Genutchen Modelado Campbell Modelado Hutson-Cass Modelado Brooks and Corey)15

Volatilización

Perdida de compuestos orgánicos debido a la evaporación del suelo o planta. * (Ley de Henry)

Presión de vapor, Temperatura, velocidad del viento

Adsorción

Disminuir o Eliminar la cantidad disponible para trasporte de plaguicida. *(Modelo de

contenido en arcillas (la arcilla la montmorillonita es la especie

12

JOSEP M GASTO Y JORDI GRIFOLL, Modelación y análisis del transporte no isotérmico de compuestos orgánicos, departamento Enginyeria química, universidad Rovira iVirgili 2000 p 2,3.

9

L. GUARRACINO1, L. CANDELA LLEDÓ2 Y J. E. SANTOS, Simulación numérica del transporte del

herbicida glifosato en la zona no saturada, CONICET; Facultad de Cs. Astronómicas y Geofísicas,

Universidad Nacional de La Plata (Argentina). 2001

14

________, Modelación matemática del movimiento de los plaguicidas hacia y en las aguas subterráneas. Primera Edición Diciembre 2003. p 61-65

15

FABREGAT, Estudios cinéticos de transporte del herbicida 2,4-D en columnas de laboratorio ,Dep. de ingeniería del Terreno – Universidad politécnica de Cataluña. Jordi Girona 2003.p107-108.

(25)

Langmuir, Modelo de Freundlich, Modelo de Henry)16

más adsorbente), MO,[] de plaguicida.

DEGRADACIÓN

Conduce a cambios en su estructura química siendo la degradación bioquímica, la mas predominante en suelo.*(Modelo cinético de primer orden vida media, ecuación Walker, 1987)

Estructura química, Polaridad y solubilidad, Persistencia y volatilidad

temperatura, humedad.

Fotoquímica

Rotura de los compuestos orgánicos debido a la absorción de la luz solar.

Estructura de los compuestos, intensidad y duración de exposición solar.

Microbiana

Degradación de los compuestos orgánicos ocasionados por microorganismos.

ph., humedad del suelo presencia de nutrientes MO.

Química

Alteración de los compuestos por reacciones de oxidación, reducción, hidrólisis, sustitución o eliminación de grupos funcionales

ph., Estructura de los compuestos. Presencia de iones.

*Algoritmos o modelos básicos, mas representativas en el proceso. la explicación total o parcial del desarrollo matemático para evaluar lixiviación potencial se expone en el ítem de Análisis de lixiviación potencial de esta investigación.

Fuente: Las autoras DOMÍNGUEZ CALLE, Efraín, modelación Matemática, Online - http://mathmodelling.googlepages.com (Citado 13 de marzo de 2008).

Diagrama 4: Factores que determinan el movimiento de plaguicidas por la ZN

1.1.5 Estudio De Movilidad

Es la evaluación del comportamiento de diferentes solutos en el suelo en donde se busca estudiar la adsorción de un plaguicida en un suelo, se utilizan dos técnicas de laboratorio:

16 _{ROBLES-GONZALEZ, Ireri V, RIOS-LEAL, Elvira, GALINDEZ-MAYER, Juvencio et al.} Comportamiento adsortivo-desortivo del lindano en un suelo agrícola. INCI. Online.

http://www.scielo.org.ve/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0378-18442006000400011&lng=es&nrm=iso (citado 20 de Mayo 2008)

MOVIMIENTO DE LOS PLAGUICIDAS

HACIA AGUAS SUBTERRÁNEAS

Propiedades intrínsecas

Condiciones del acuífero Características del medio

Solubilidad Volatilidad Persistencia Adsorcion en suelo Suelo Clima Labores agricolas Topografía

(26)

- Experiencias en batch (lotes): Se diseñan para estudiar el equilibrio de adsorción en una suspensión de suelo agitado continuamente.

Las experiencias en batch no son totalmente representativas de las condiciones naturales ya que representan las condiciones de un sistema cerrado y ofrecen a la adsorción la mayor superficie específica posible y, por tanto, la máxima posibilidad de interacción. Además, la velocidad de flujo puede asimilarse a flujo nulo, de manera que en estas condiciones puede esperarse el máximo grado de adsorción.17

Los problemas que tienen las experiencias en batch, son:  Elevada relación suelo/disolución.

 Acumulación de productos y especies desorbidas en un sistema cerrado que puede inducir reacciones secundarias.

 Puede producir incremento de la superficie específica, o puede no producir suspensiones uniformes ni evitar transferencias de soluto por procesos de difusión.

 El muestreo y la separación de fases son operacionalmente afectadas. - Miscible Column Experiments: ha sido ampliamente utilizada para obtener datos

de cinética de reacciones.

Los métodos con flujo (columnas) son sistemas abiertos en los que el soluto es continuamente añadido y/o extraído. En estos métodos la fase sólida reacciona con una mayor masa de soluto pero con una relación suelo/disolución más pequeña18. En este sentido, proporciona una mejor representación del transporte de solutos en condiciones de campo, de manera que permiten investigar el proceso de adsorción en condiciones de “no equilibrio” siempre y cuando se realicen diferentes experimentos con variación de condiciones tanto de velocidad de flujo y de concentraciones del soluto.

El objetivo es hacer pasar agua que contenga un contaminante a través del material del suelo contenido en una columna, evaluar su movimiento y caracterizar el modelo teórico de comportamiento. El contaminante que pasa es recogido, analizado y representado en una gráfica. Con ello se obtiene la información necesaria para la predicción del comportamiento de la substancia en estudio, conociendo el conjunto de factores que intervienen y su influencia en el movimiento y persistencia de los compuestos del suelo.

Cabe aclarar que para la representatividad de las apreciaciones matemáticas se requiere un análisis de la trayectoria de un trazador conservativo.

17

I MORELL, L CANDELA ,Comportamiento De Los Plaguicidas En Suelos Y Aguas, Universitat Jaume Publicado en 1998* , Online

ttp://books.google.com.co/books?id=Ti3ZZRNIaaYC&pg=PA128&dq=Las+experiencias+en+batch+&lr=&s ource=gbs_toc_r&cad=04N0yCt6qV2g#PPA319,M1, (Citado 15 de mayo 2008)

* Papers presented at the 1st Jornadas sobre Investigación en Plaguicidas, held in Mar. 1997 at the Univ. Politécnica de Catalunya.

18

L. CANDELA, S. Fabregat, M. Solé y R.L. Rodríguez-Pacheco. Estudios Cinéticos De Transporte Del Herbicida 2,4-D En Columnas De Laboratorio, Dep. de Ingeniería del Terreno-Universidad Politécnica de Cataluña. Jordi Girona, Barcelona. 2003. p 1-3

(27)

1.1.6 Modelación y aproximación matemática de la migración de contaminantes.

Al aplicar un plaguicida ya sea a la planta o al suelo, este puede permanecer como un residuo en el agua, aire y suelo.

De esta manera, el conocimiento sobre la dinámica de los plaguicidas en el suelo, es necesario para predecir la bioactividad de los mismos19 , así como su efecto sobre la contaminación ambiental, movilidad y residualidad20.

En la actualidad existen gran variedad de modelos capaces de ayudar en la interpretación de los procesos de transferencia de agua y solutos en la agricultura que a nivel local permiten simular las interacciones del sistema suelo – planta – atmósfera.

Diagrama 5: Objeto y tipos de modelación de Plaguicidas En La Zona No Saturada

19

BAILEY,G ; WHITEJ, . 1964. Review of absorption and desorption of organic pesticide bioactivity. Of Journal of Agricultural and Food Chemistry p 324-332.

20

LETEY, J.; FARMER, J. 1974. Movement of pesticides in soil. and water. Ed. by B. Guenzi. Madison, Wisconsin, Soil Science Society of America. p. 67-98.

(28)

Fuente: las autoras

Actualmente los modelos implementados en estudios de lixiviación de plaguicidas en el suelo, son modelos deterministas, pues los modelos estocásticos no están desarrollados para el estudio de los plaguicidas, pero se muestran como la clara alternativa que sustituirá a los modelos deterministas en el futuro de la modelización. El tipo de modelos más utilizado en el estudio de lixiviación de plaguicidas son los llamados Screen Models que son modelos analíticos en donde se tienen relaciones matemáticas o lógicas que representen leyes físicas. que se cree gobiernan el comportamiento del movimiento de solutos en el suelo en una situación puntual. Estos modelos generalmente emplean una columna de suelo unidimensional de propiedades homogéneas21 debido a que la cuantificación de los diversos procesos del sistema suelo- planta- atmosfera – plaguicida son muy complejos; por esto se han realizado estudios puntuales a nivel de laboratorio donde se validan diferentes algoritmos para el estudio de condiciones del suelo en base a estudios experimentales.

21

MORELL, I. Y L. CANDELA, Comportamiento de los plaguicidas en suelos. En: Plaguicidas. Aspectos ambientales, analíticos y toxicológicos, Ed. Univ. Jaume 1998I. pp. 9-23.

Modelación matemática de la migración de plaguicidas en ZNS

Evaluación de las posibilidades de transporte de los plaguicidas hacia y por las aguas subterránea Condiciones Cuantificar procesos que intervienen Propósito Resolución Recursos Modelos

deterministas Modelos estocásticos

Sistema suelo-agua-plaguicida Condiciones simples Ignora la incertidumbre Naturaleza Muestreo Simular la respuesta Consideran la incertidumbre Todo como un sistema Interrelación de diferentes sistemas Funciones Descripción Análisis Screen Models Predicción

(29)

Estas soluciones analíticas se usan para evaluar y comparar el comportamiento de los plaguicidas bajo condiciones limitadas y constreñías.

El propósito de estos modelos no es simular el movimiento subsuperficial de los plaguicidas si no estimar su potencial de lixiviación bajo determinadas condiciones climáticas e hidrogeológicas, describiendo el comportamiento de un químico con relación a otro.

Es recomendable el calculo del ranking con varios modelos de percolado antes de seleccionar los plaguicidas de alto riesgo para un programa de monitoreo. Ya que el uso de estos modelos implica en la mayoría de los casos, asumir algunos factores y despreciar otros, motivo por el cual los resultados obtenidos no deben considerarse como exactos para las condiciones reales de campo, de igual forma los algoritmos planteados son simples y sintéticos que facilitan la construcción de una percepción de problemas complejos. Además, proveen información cuantitativa para evaluar la efectividad de las alternativas de decisión de recuperación de suelos contaminados. Pero este tipo de modelos no pueden utilizarse para la inferencia de datos que requiera un rango de precisión alto, como la sustentación de estudios en casos epidemiológicos, ya que los estimadores no se acercan a los parámetros, aunque si puede ser utilizado como herramienta de anticipación para la minimización de impactos ambientales adversos producidos por diferentes contaminantes en donde se garantice que la generalización conceptual se abstrae de un grupo de experiencias con el propósito de categorizar y sistematizar nuevas experiencias de dinámicas de suelos.

Al mismo tiempo los algoritmos numéricos utilizados en estos screen models permiten la asociación de cálculos de los ordenadores, que verifican las cualidades del suelo en una forma no accesible para los enfoques teóricos.

Con los screen models se puede realizar:

 Cálculo de características físicas e hidráulicas del suelo: porosidad, densidad aparente, densidad real, conductividad Hidráulica y la curva característica.  Estimación de procesos de transporte y trasferencia de plaguicidas, adsorción,

degradación, volatilización, transporte advectivo.

 Índices de evaluación de lixiviaciones de los plaguicidas en la zona no saturada hacia aguas subterráneas: factor de retardo, factor de atenuación, GUS (Groundwater Ubiquity Score), Potencial de lixiviación (LP),Criterio USEPA/CDFA.

También para la evaluación del movimiento de plaguicidas a través de la ZN se han creado modelos de análisis que exigen una gran cantidad de datos de entrada que establecen relaciones multivariables como:

Modelos terrestres:22

22

EPA. Guía de modelos, Online- http://www.epa.gov/pesticides/science/models_pg.htm#terrestrial, ,http://www.epa.gov/pesticides/regulating/laws/fqpa/backgrnd.htm (Citado el 19 de mayo de 2008)

(30)

REX t (la Exposición Terrestre de Residuo) REX T es usado por OPP para estimar pesticida la concentración que se dispone y limites máximos en mamíferos de alimento.

TIM (el Modelo Terrestre de la Investigación) TIM es un modelo de probabilístico que estima la probabilidad, la magnitud, y la certeza del riesgo a organismos terrestres de la exposición al pesticidas.

PRZM (el Modelo de la Zona de Raíz de pesticida) PRZM es un modelo de superficie de agua que simula el movimiento químico en la tierra dentro de e inmediatamente debajo de la zona de raíz de planta. PRZM a menudo se traba con EXAMENES para desarrollar las evaluaciones refinadas de la exposición de concentraciones de pesticida en ambientes acuáticos. Modelo acuático:

SCIGROW (la Selección la Concentración En el Agua del SUELO) SCIGROW 23 es de los modelos que mas se ajustan a este estudio ya que un estima las concentraciones de pesticida en el agua del suelo. El modelo proporciona un valor de la exposición que se usa para determinar el riesgo potencial al ambiente y a la salud humana de beber agua contaminada con el plaguicida. pero su gran debilidad es que maneja rangos específicos para áreas de evaluación limitando el estudio de cantidad de agua en el suelo porque tiende a evaluar que las áreas grandes son menos propensas a la contaminación de aguas subterráneas, también maneja la base de datos de tierras de STATSGO que no es aplicable para zona tropical es que no poseen estaciones como la nuestra. Modelos hidrogeológicos:

LEACHM24(Leaching Estimation And CHemistry Model) que utiliza una base de datos en formato Fortran 90 que requiere un conocimiento técnico sobre el manejo del modelo específicamente el LEACHP Plaguicidas.

SWAT (Soil and Water Assessment Tool), es el modelo que actualmente se utilizado en el pais25, este es un programa de modelamiento hidrológico26 que permite simular la producción de agua y sedimentos en cuencas hidrográficas, así como el efecto que en la calidad del agua tienen las prácticas agronómicas por el uso de pesticidas y fertilizantes. El SWAT se basa en un balance hídrico para determinar la entrada, salida y almacenamiento de agua en la cuenca. por esta razón se requiere validación de la obtención de diferentes datos de entrada para el modelo.

1.1.7 Análisis de riesgo

23

EPA. Guía de modelos, Online- http://www.epa.gov/oppefed1/models/water/#scigrow , (Citado el 19 de mayo de 2008)

24

EPA. Guía de modelos, Online- http://www.epa.gov/oppfead1/Publications/catalog/, (Citado el 19 de mayo de 2008)

25

Evaluación del modelo hidrológico S.W.A.T. para la simulación de la producción de agua y de suelo, Carabali Mosquera, Fredy, Universidad Nacional,

26