Biocamas para el tratamiento de aguas contaminadas con fungicidas en la zona platanera de Teapa, Tabasco

Abstract

En México se tienen tres regiones principales productoras de plátano, la del Golfo, integrada por Tabasco, Veracruz y Oaxaca, la del Pacífico representada por Chiapas y la del Pacífico-Centro integrada por Colima, Nayarit, Michoacán, Jalisco y Guerrero, con un área total de plantación mayor a 82000 ha (Beltrán-García et al., 2009). Los intentos para la propagación de las plantaciones de plátano se iniciaron en Tabasco en el año 1884, cuando llegaron desde Honduras cinco plantas sobrevivientes de las condiciones del viaje, los esfuerzos tuvieron frutos hasta 1907, año en que se lograron 60000 cepas sembradas a ambas márgenes del Grijalva (López, 2004). Poco después de iniciar la industria platanera en la Región de la Sierra de Tabasco, y debido a la alta humedad en el ambiente se presentó la plaga llamada Sigatoka negra, un hongo que crece sobre el fruto, manchándolo y reduciendo su valor comercial (Contreras, 1982). Para controlar esta enfermedad se realiza la aplicación de agroquímicos (casi al 100 % vía aérea, utilizando avionetas), en especial Mancozeb, y algunos fungicidas sistémicos. El Mancozeb es un Ditiocarbamato que pertenece al grupo de los plaguicidas denominados carbamatos, el cual presenta toxicidad aguda moderada a otros receptores (Barberá, 1976). Se ha mostrado que en puntos donde se concentra en el campo (por ejemplo en las descargas de los drenes al Río Teapa) se registran toxicidades alrededor del doble del nivel umbral (10.52 UT), especialmente en la estación climática “nortes” que es cuando hay mayor humedad en el ambiente y se incrementa la frecuencia de aplicación del plaguicida de dos, a tres veces por semana (Cornelio, 2001). El Mancozeb es considerado ligeramente tóxico y presunto cancerígeno en seres humanos (USEPA, 2005), se clasifica como disruptor endócrino por su riesgo para la salud reproductiva, puesto que ocasiona efectos adversos directos en la Tiroides (Xu, 2000). Tiene una vida media menor a dos días en suelos aeróbicos y menos a ocho días en suelos anaeróbicos. Su principal producto de degradación (etilentiourea) es considerado tóxico, cancerígeno y mutagénico en humanos (WHO, 1988). La aplicación semanal de Mancozeb en las plantaciones, genera la producción de grandes volúmenes de aguas residuales contaminadas con Mancozeb y ETU, mismas que son vertidas directamente a los drenes de descarga, estas aguas al llegar a geoformas más bajas (cubetas de decantación) pueden representar riesgos de acumulación de ETU, puesto que los altos contenidos de arcilla en los fondos de estas geoformas contribuyen a una baja percolación (Ortíz et al., 2005). La mezcla de fumigación con Mancozeb se prepara combinándolo con un aceite que funciona como vehículo, típicamente aceite de pino, y posteriormente se hace una emulsión en agua. Los aeródromos cuentan con un área de preparación de la mezcla de fumigación, que también se emplea para la carga de dicha mezcla en un tanque adaptado a las avionetas, al final de la jornada se realiza el lavado de las avionetas en el mismo sitio, desalojando el sobrante de la mezcla de fumigación contenido en el tanque de la avioneta. Posteriormente, enjuagan el interior de los tanques de carga en cada avioneta. En algunos casos las aguas de lavado y la mezcla sobrante se combinan al ser vertidos en el piso del área en que se están lavando dichos tanques, dirigiéndose por efecto de la pendiente a los canales de desagüe, los cuales se conforman solo por una excavación poco profunda en el suelo. En otros casos, el agua escurre hacia una “cisterna” de base abierta (en contacto directo al subsuelo). La zona platanera de la Sierra es sumamente lluviosa y recibe un promedio anual de 2500 a 3500 mm de precipitación promedio anual (INEGI, 2001). Este factor aumenta la probabilidad de dispersión del fungicida y la contaminación de otras áreas, considerando que los tipos de geoformas identificadas en el área de estudio son llanuras aluviales, que en las partes más bajas presentan estructuras cóncavas con sedimentos finos (Ortíz et al., 2005) que forman un sello en la superficie del fondo y reducen la infiltración o permeabilidad de los contaminantes. También se presenta el enterramiento de restos vegetales dando origen a la formación de suelos orgánicos (Fulvio et al., 2010), los cuales pueden absorber y retener los contaminantes. La prevención de que estas aguas vayan al suelo es la propuesta para la solución a los riegos de contaminación, evitando que las aguas contaminadas con plaguicidas se viertan directamente al suelo; la tecnología de biocamas es una alternativa para el tratamiento de las aguas residuales contaminadas con Mancozeb y ETU. Las biocamas, también conocidas como sistemas de biopurificación (BPS) han sido desarrolladas en los últimos 15 años en la Swedish University of Agricultural Sciences, en Uppsala, Suecia (Castillo y Torstensson, 2007). En esta institución, Castillo et al. (2008) aplicó el concepto de “bio-profilaxis” para la prevención de contaminación de acuíferos y aguas superficiales relacionadas con el uso inadecuado de plaguicidas. Los sistemas pueden ser una biocama (excavación) o una biotabla (contenedor), con una profundidad de 50 cm, con un fondo de arcilla compactada de 10 cm y conteniendo una mezcla de paja (50 % v/v), turba (25 % v/v) y suelo (25 % v/v), con una grama en la superficie, la cual actúa como indicador del funcionamiento del sistema. Las biocamas han sido utilizadas y estudiadas en áreas agrícolas donde se usan tractores para la aplicación de los plaguicidas. El funcionamiento de la biocama en estas áreas consiste en que durante la preparación y carga de los tractores, cualquier goteo, derrame o escurrimiento caiga a la superficie de la biocama y sea absorbida por los materiales orgánicos en la mezcla. Este material orgánico es rico en lignina, estimula la actividad de humificación que realizan los hongos y actinomicetos del suelo (Castillo y Torstensson, 2007). La actividad enzimática no específica, generada principalmente por lignina peroxidasa, manganeso peroxidasa, lacasas, y enzimas productoras de peróxido de hidrógeno, actúa sobre cualquier sustrato orgánico presente y los plaguicidas, generando sub-productos parcialmente oxidados (Aust, 1990; Castillo et al., 1997). Estos compuestos presentan una reacción química espontánea de condensación que resulta en el ligamiento en una estructura irregular favoreciendo el secuestro de los subproductos de la descomposición parcial en el humus, y reduce su biodisponibilidad y potencial de lixiviarse. En el clima frío del sur de Suecia las biocamas duran de seis a ocho años. Durante este periodo el material orgánico en la biocama se descompone y pierde volumen. Se requiere remover la mezcla y preparar mezcla nueva para re-hacer la biocama. Con el material removido se realiza un composteo estático sencillo durante un año, después del cual los plaguicidas terminan de descomponerse en la mezcla. Al final de un año, las concentraciones residuales de plaguicidas en la mezcla son suficientemente bajas para poder re-utilizar el material como abono para jardinería (Torstensson, 2000). En Suecia se han instalado más de 1500 biocamas (Castillo et al, 2008). En otros países europeos (Reino Unido, Bélgica, Francia, Italia, Dinamarca, Holanda) se han realizado modificaciones a la tecnología de biocamas para aplicaciones locales, considerando las formas de aplicación de los plaguicidas (utilizando bombas de mochila, pipas), e incluyendo el empleo de diferentes tipos de abonos orgánicos y suelos, el uso de biocamas con membranas, recolección del agua y aplicación gradual de las aguas residuales a las biocamas, e incrementos en la profundidad de las mismas (Debaer y Jaeken, 2006; Fait et al., 2007; Coppola et al, 2007). En América Latina se han realizado investigaciones en Perú, Ecuador, Guatemala, El Salvador y México sobre el funcionamiento de las biocamas (Castillo y Torstensson, 2007). Se ha estudiado el remplazo de la paja y turba en la mezcla, por materiales disponibles localmente (carrizo u hojas de maíz), y el diseño de “biotablas”, que son unidades pequeñas y parcialmente arriba del piso para el manejo de plaguicidas aplicados con bombas de mochila. Se ha determinado que existen varios factores importantes a considerar en el manejo de una biocama: a) lograr una buena adsorción de los plaguicidas a la materia orgánica, b) el tamaño de las fibras utilizadas, c) controlar la carga de agua (proveniente de la preparación de mezclas de plaguicidas o de precipitaciones); las condiciones aerobias son necesarias para la humificación y d) mantenimiento de un fondo impermeable (hecho con materiales naturales, o artificiales) para evitar la infiltración al subsuelo. En este estudio, se contribuye en el conocimiento del estado actual de las instalaciones de fumigación en la zona platanera de Teapa, Tabasco, México. En el Capítulo II se presenta la información que permite identificar los riesgos de salud ocupacional por efectos del manejo de Mancozeb, para esto, se documentaron las prácticas en las cuatro instalaciones de fumigación aérea en la región bananera de la Sierra, y se realizaron entrevistas semi-estructuradas a los responsables de cada instalación. También se evaluaron los impactos ambientales mediante un bioensayo de toxicidad aguda con Vibrio fischeri, en muestras de agua y suelo, utilizando muestras no contaminadas de suelo y agua para establecer niveles de fondo, dichas muestras de referencia resultaron no tóxicas. En el Capítulo III se presenta la propuesta de un método analítico basado en espectrofotometría UV, en el que se obtuvieron parámetros de desempeño adecuados, que permiten realizar la cuantificación de la reducción de las concentraciones de ETU en las biocamas, éste método permite una cuantificación rápida, eficiente, de bajo costo y es libre de residuos. En el cuarto capítulo se presenta la evaluación de las biocamas para la reducción de Mancozeb y ETU en aguas residuales contaminadas con Mancozeb y ETU, mediante un diseño experimental completamente aleatorizado, probando tres tipos de sustratos (astillas de eucalipto, punta de caña y pizonte de plátano) a tres diferentes proporciones cada uno (30, 50 y 70%), el suelo nativo y la cachaza en partes iguales complementan las proporciones en cada mezcla. Se identificaron los mejores tratamientos y obtuvieron modelos teóricos que garantizan la reducción de las concentraciones de ETU a un nivel que no presenta riesgo para el ambiente.