1.
Introducción
Para entender cómo
se comporta un plaguicida en el ambiente se necesita conocer cierta información
sobre las propiedades físico-químicas de la molécula y su mecanismo de
transporte, así como las características medio ambientales y la geografía del
lugar en el que se le encuentra.
Con la gran complejidad
y cantidad de datos requeridos, los científicos no siempre pueden predecir
exactamente lo que ocurrirá con una partícula de plaguicida cuando ésta ha
entrado en el ambiente. A este problema, se suma el hecho de que los datos de
las investigaciones son obtenidos bajo condiciones controladas de laboratorio y
con cantidades conocidas de plaguicida, lo cual no ocurre en la naturaleza.
A pesar de lo complejo del problema, los
científicos han logrado determinar ciertas características físico-químicas
cuantificables para los plaguicidas, como es la solubilidad, presión de vapor,
Constante de la Ley de Henry, el Coeficiente de Carbono orgánico (Koc) y el
Coeficiente de Partición Octanol-Agua (Kow). Con esta información pueden
predecir el lugar donde pudiera encontrarse un plaguicida en altas
concentraciones.
Por otra parte, la
molécula de plaguicida no permanece intacta por tiempo indefinido en el medio
ambiente, ya que con el tiempo sufre una degradación influenciada por
microorganismos, actividad química, pH, clima, y contenido de materia orgánica
del suelo, entre otros.
2. Características físico químicas de los plaguicidas
2.1.
Volatilización
La volatilidad
representa la tendencia del plaguicida a pasar a la fase gaseosa. Todas las
sustancias orgánicas son volátiles en algún grado dependiendo de su presión de
vapor, del estado físico en que se encuentren y de la temperatura ambiente. La
volatilidad se mide a partir de la constante de Henry que depende de la presión
de vapor en estado líquido y de la solubilidad en agua.
2.2.
Presión de Vapor
Es una
medida de volatilidad de una sustancia química (plaguicida) en estado puro y es
un determinante importante de la velocidad de volatilización al aire desde
suelos o cuerpos de agua superficiales contaminados. La presión de vapor varía;
se incrementa la presión cuando se incrementa la temperatura y disminuye cuando
disminuye la temperatura.
La presión de
vapor se expresa usando una variedad de unidades, incluyendo los pascales (Pa),
milímetros de mercurio (mm Hg equivalente a Torr), libras por pulgada cuadrada
(lb/pulg 2) y atmósferas (atm).
Un
plaguicida con presión de vapor mayor a 1x10-3 mm Hg son muy
volátiles, por lo tanto, tienen gran movilidad y se dispersan hacia la
atmósfera; existen substancies ligeramente volátiles, menos móviles, con
presiones entre 1x10-4 a 1x10-6 mm de Hg, y las no
volátiles, que son más persistentes en suelo, con presión de vapor menor de
1x10-8 mm de Hg (Cuadro 1).
Cuadro 1.
Presión de vapor de un plaguicida
Por
ejemplo, los herbicidas, tienen presiones de vapor muy bajas; las
clorotriazinas, del grupo de las triazinas (probablemente los herbicidas más
utilizados) tienen presiones de vapor menores de 1x10-7 mm de Hg.
Este grupo es de mayor persistencia y menor volatilidad que las
metoxitriazinas, con presiones de vapor igual o mayores a 1x10-7 mm
de Hg.
2.2. Constante
de la Ley de Henry (H)
Describe la
tendencia de un plaguicida a volatilizarse del agua o suelo húmedo. El valor se
calcula usando la presión de vapor, solubilidad en agua y peso molecular de un
plaguicida.
Cuando el
plaguicida tiene una alta solubilidad en agua con relación a su presión de
vapor, el plaguicida se disolverá principalmente en agua (Cuadro 2).
Un valor
alto de la Ley de Henry, indica que un plaguicida tiene un potencial elevado
para volatilizarse del suelo húmedo; un valor bajo predice un mayor potencial
de lixiviación del plaguicida (Cuadro 2).
Cuadro 2. Constante
de la Ley de Henry.
2.3. Persistencia
Se define como la capacidad de cualquier plaguicida para retener sus
características físicas, químicas y funcionales en el medio en el cual es
transportado o distribuido, durante un período limitado después de su emisión.
Los plaguicidas que persisten más tiempo en el ambiente, tienen mayor
probabilidad de interactuar con los diversos elementos que conforman los
ecosistemas (Cuadro 3).
Si su vida media y su persistencia es mayor a la frecuencia con la que se
aplican, los plaguicidas tienden a acumularse tanto en los suelos como en la
biota y con el tiempo, la mayoría de los plaguicidas sufren una degradación
como resultado de reacciones químicas y microbiológicas en suelo o agua.
Cuadro 3. Clasificación de los plaguicidas de acuerdo a su persistencia
2.4. Vida
media
La vida media está definida como el tiempo (en días, semanas o años)
requerido para que la mitad del plaguicida presente después de una aplicación
se descomponga en productos de degradación. La descomposición depende de varios
factores incluidos la temperatura, el pH del suelo, los microorganismos
presentes en el suelo, clima, exposición del plaguicida a la luz, agua y oxígeno.
Es importante señalar que muchas sustancias resultantes de la
descomposición de un plaguicida pueden ser también tóxicas y tener vidas medias
significativas. Existen diferentes tipos de clasificar a la vida media de un
plaguicida, como son:
Vida media en
suelo: Es el tiempo
requerido para que un plaguicida se degrade en el suelo. La vida media está
determinada por el tipo de organismos presentes en el suelo, el tipo de suelo
(arena, arcilla, limo), pH y temperatura, entre otros (3). El Departamento de Regulación
de Plaguicidas en California, E.U., determinó que un plaguicida que tiene una
vida media mayor a 9 días en un suelo aeróbico puede tener potencial para
contaminar aguas subterránea.
Vida media
por Fotólisis: Es
el tiempo requerido para que la mitad de un plaguicida aplicado expuesto a la
luz del sol se degrade.
Vida media
por Hidrólisis: Es
el tiempo requerido para que la mitad de un plaguicida aplicado se degrade por
la acción del agua. El Departamento de Regulación de Plaguicidas en California,
E.U., determinó que un plaguicida con una hidrólisis mayor de 14 días tiene
potencial para contaminar agua subterránea.
2.5. Solubilidad
en Agua
La solubilidad en agua de un plaguicida es una medida que determina la
máxima concentración de un plaguicida a disolverse en un litro de agua y por lo
general tiene un rango de 1 a 100,000 mg/L. Las unidades de concentración son:
mg por litro (mg/L), que es aproximadamente igual a una parte por millón (ppm)
o un microgramo por litro (μg/L), que es aproximadamente igual a una parte por
billón (ppb).
ppm = parte
por millón = 1 mg/L
ppb = parte por billón = 1 μg/L
Es importante mencionar que la mayoría de los valores reportados fueron
determinados en experimentos de laboratorio a temperaturas de 20 a 25 °C.
Los plaguicidas muy solubles en agua se adsorben con baja afinidad a los
suelos y por lo tanto, son fácilmente transportados del lugar de la aplicación
por una fuerte lluvia, riego o escurrimiento, hasta los cuerpos de agua
superficial y/o subterránea (Cuadro 4).
Cuadro 4.- Solubilidad de un plaguicida en agua
Las substancias con solubilidad acuosa mayor a 500 ppm son muy móviles en
los suelos y en los otros elementos del ecosistema; su mayor concentración se
encuentra en los ecosistemas acuáticos. Por otro lado, las substancias con una
solubilidad acuosa mayor de 25 ppm no son persistentes en los organismos vivos,
en tanto que aquellas con una solubilidad acuosa menor a 25 ppm tienden a
inmovilizarse en los suelos y a concentrase en los organismos vivos. En
general, los plaguicidas organofosforados tienen una solución acuosa mayor a
los 25 ppm en tanto que los plaguicidas organoclorados tienen una solubilidad
menor a los 25 ppm.
El departamento de Regulación de Plaguicidas en California, E.U.
determinó que los plaguicidas con una solubilidad mayor a 3 mg/L tiene potencial
para contaminar agua subterránea. Sin embargo en E.U., plaguicidas con
solubilidad en agua menor de 3 mg/L se han encontrado en agua subterránea, lo
cual indica que el parámetro antes mencionado no es una garantía.
2.6. Coeficiente
de Adsorción de carbono orgánico (Koc)
También se le conoce como Coeficiente de adsorción suelo/agua o el
Coeficiente de adsorción. Es una medida de la tendencia de un compuesto
orgánico a ser adsorbido (retenido) por los suelos o sedimentos.
El Koc es específico para cada plaguicida y es independiente de las
propiedades del suelo. Los valores del Koc van de 1 a 10,000,000.
Un Koc elevado indica que el plaguicida orgánico se fija con firmeza en
la materia orgánica del suelo, por lo que poca cantidad del compuesto se mueve
a las aguas superficiales o a los acuíferos (cuadro 5).
Cuadro 5.- Rangos del Koc (ml/g carbono orgánico).
2.7. Coeficiente
de Partición Octanol/Agua (Kow)
El coeficiente de partición Octanol-agua, Kow, es una medida de cómo una sustancia
química puede distribuirse entre dos solventes inmiscibles, agua (es un
solvente polar) y octanol (es un solvente relativamente no polar, que
representa a las grasas). El Kow proporciona un valor de la polaridad de un
plaguicida, que es frecuentemente utilizado en modelos para determinar como un
plaguicida puede distribuirse en tejido de grasa animal.
Los plaguicidas con una vida media y un Kow altos pueden
acumularse en tejido graso y bioacumularse a lo largo de la cadena alimenticia
(Cuadro 6).
Cuadro 6.- Rangos de Kow de un plaguicida.
2.8. Potencial
de contaminación de agua subterránea
Las propiedades anteriormente descritas son de gran utilidad para los
investigadores ya que permiten estimar el potencial de afectación de los plaguicidas
si entran en contacto con el agua. La Agencia de Protección Ambiental (EPA), de
los Estados Unidos, realizó estudios de laboratorio durante 10 años, asociando
ciertas propiedades de los plaguicidas con la lixiviación; en el cuadro 7 se
muestran los valores de potencial de contaminación de agua subterránea.
Cuadro 7. Valores que indican el potencial de los plaguicidas para
contaminar agua subterránea.
3. Mecanismos de transporte ambiental de los
plaguicidas
Es la forma
en que se mueven los plaguicidas en el medio ambiente, desde la fuente emisora
del plaguicida hasta los puntos donde existe exposición para el ser humano o
biota.
El
transporte ambiental involucra los movimientos de gases, líquidos y partículas
sólidas dentro de un medio determinado y a través de las interfaces entre el
aire, el agua, sedimento, suelo, plantas y animales (Figura 1).
Figura 1. Posibles mecanismos de transporte y
transformación de plaguicidas en el ambiente.
3.1.
Difusión
Es el
movimiento de moléculas debido a un gradiente de concentración. Este movimiento
es al azar pero trae como consecuencia el flujo de materiales desde las zonas
más concentradas a las menos concentradas. Para medir la difusión de un
compuesto en el suelo hay que considerar la interacción conjunta de parámetros
tales como la porosidad, los procesos de adsorción, la naturaleza del
compuesto, etc.
Lixiviación. Es el parámetro más importante de evaluación del movimiento de
una sustancia en el suelo. Está ligado a la dinámica del agua, a la estructura
del suelo y a factores propios del plaguicida. Los compuestos aplicados al
suelo tienden a desplazarse con el agua y lixiviar a través del perfil,
alcanzando las capas más profundas y el acuífero, que en consecuencia resulta
contaminado.
Evaporación. La tasa de pérdida de un plaguicida por volatilización depende
de su presión de vapor, de la temperatura, de su volatilidad intrínseca y de la
velocidad de difusión hacia la superficie de evaporación.
4. Influencia
de las características del sitio en el transporte de plaguicidas
Las
características físicas y las condiciones climáticas del sitio de estudio
contribuyen al transporte de los contaminantes. Por consiguiente, es necesaria
la información acerca de la topografía, tipos de suelo y ubicación, tipo de
cubierta del suelo, precipitación anual, condiciones de temperatura, entre
otros, para poder estimar hacia donde pudiera desplazarse el plaguicida
aplicado.
4. Clasificación
de la toxicidad de los plaguicidas
Por mucho
tiempo se ha intentado desarrollar un sistema práctico para evaluar la
toxicidad aguda y crónica de las sustancias químicas, incluyendo a los
plaguicidas. El método más comúnmente empleado y avalado por la Organización
Mundial de la Salud (OMS) para medir la toxicidad es la Dosis Letal 50, DL50,
que se define como la cantidad mínima de una sustancia, generalmente expresada
en mg/kg, que es capaz de matar al 50% de una población de animales de prueba.
Los resultados de DL50 obtenidos para una sustancia dada se
extrapolan a los humanos y sirven de base para los sistemas de clasificación de
la toxicidad.
En el
catálogo de plaguicidas de la CICOPLAFEST se adopta la clasificación de la
toxicidad recomendada por la OMS, con base en la DL50 obtenida en
ratas cuando el plaguicida se administra por vía oral en forma aguda. La
clasificación según estos criterios se anota en el siguiente cuadro (Cuadro 8).
Cuadro 8.
Valores que indican la categoría toxicológica.
5. Conclusiones
Las
propiedades de algunas sustancias químicas, tales como los plaguicidas,
implican cierto nivel de riesgo tanto al medio ambiente como a la salud humana.
Debido a esto, es necesario contar con un mejor conocimiento de los
plaguicidas, con la finalidad de prevenir y minimizar los riesgos asociados a
un uso indiscriminado de estos.
En México,
debido a la gran diversidad de climas, suelos, orografía, biota y tipo de
tecnología aplicada en la agricultura, se deben tomar los valores del cuadro 7
como una base o referencia, y no como una regla, debido a que son datos tomados
en laboratorio bajo condiciones controladas, lo cual no ocurre en la
naturaleza.
Sería
importante realizar investigaciones a nivel de laboratorio y campo con las
condiciones ambientales que prevalecen en México, a fin de entender los
parámetros ambientales e identificar de forma más precisa el transporte y
comportamiento de los plaguicidas en el ambiente a lo largo de su ciclo de
vida. Esto proporcionaría la mínima información requerida para: prevenir el
desarrollo de resistencia de las plagas, la intoxicación de insectos, animales
y plantas benéficos para el hombre y evitar la bioacumulación a lo largo de las
cadenas tróficas y la contaminación de suelo, aire y agua.
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