Residuos de acolchado plástico y de pesticidas en agricultura intensiva

[SPA] En la década de 1960, la “revolución verde” agrícola trajo nuevas tecnologías y una gran mecanización en los campos. Estas tecnologías aportaron respuestas rápidas para aumentar los rendimientos de los cultivos y mejorar la seguridad alimentaria. En estas tecnologías encontramos aplicaciones de pesticidas y de acolchado plástico. Desde entonces, la comunidad científica y el público en general se preocuparon por las consecuencias de estas soluciones a corto plazo. De hecho, el acolchado plástico y los pesticidas dejan residuos que se acumulan en el suelo y son potencialmente peligrosos para algunos organismos. Con esta tesis doctoral tratamos de describir el riesgo de la acumulación de residuos de plástico y de pesticidas en agricultura. Este trabajo está organizado en siete capítulos que se describen a continuación. En la introducción, presentamos los varios beneficios del uso de pesticidas y plásticos en agricultura. Los muchos servicios que ofrecen explican por qué se usan abundantemente en todo el mundo. Sin embargo, tanto el plástico como los pesticidas tienen el potencial de acumularse en el suelo. Con respecto a el plástico, hicimos la diferencia entre fuentes directas (p. ej., acolchado plástico, fertilizantes recubiertos con plástico) e indirectas (p. ej., lodos de depuradora, compost). Explicamos los procesos de degradación de los residuos plásticos en microplásticos y, al final, en agua y CO2. Diferenciamos entre microplásticos primarios (~prístinos) y secundarios (~degradados). Nos focalizamos en el uso de acolchado plástico, ya que se usa abundantemente en todo el mundo y que se reconozca como una fuente importante de desechos plásticos. Presentamos tres tipos de plástico diferentes: Polietileno de baja densidad (LDPE), acolchados que contienen aditivos prooxidantes (PAC) y biodegradables (BIO). Finalmente, presentamos las amenazas que representan los residuos de plástico y pesticidas y la necesidad de más investigación. Elaboramos seis preguntas principales que se abordan en los siguientes cinco capítulos de investigación. El objetivo de esta evaluación de campo fue medir los residuos de plásticos y pesticidas en los suelos agrícolas y sus efectos en el microbioma del suelo. Para eso, tomamos muestras de suelo (0-10 cm y 10-20 cm) de 18 parcelas de 6 huertas del sureste de España. Las fincas estaban bajo manejo orgánico o convencional, donde se había usado acolchado plástico por más de 25 años. Medimos el contenido de desechos plásticos de densidad micro y macro, los niveles de residuos de pesticidas y una variedad de propiedades fisicoquímicas. También llevamos a cabo la secuenciación del ADN de las comunidades fúngicas y bacterianas del suelo. Se encontraron residuos plásticos en todas las muestras y se encontraron de 4 a 10 residuos de pesticidas diferentes en todos los suelos en manejo convencional. En general, el contenido de pesticidas fue ~100 veces menor en manejo orgánico, mientras que no se observaron diferencias significativas en el contenido de plástico entre manejos. Las comunidades fúngicas y bacterianas eran específicas de cada finca y estaban relacionadas con diferentes parámetros fisicoquímicos y contenido de contaminantes en el suelo. En cuanto a los contaminantes, las comunidades bacterianas respondieron al total de residuos de pesticidas, al fungicida Azoxystrobin y al insecticida Clorantraniliprol, así como al total del área de plástico. El fungicida Boscalid fue el único contaminante que influyó en la comunidad fúngica. Demostramos que los residuos de plástico y pesticidas estaban presentes juntos en el suelo, por lo que nos preguntamos hasta qué punto podría haber absorción de pesticidas en los residuos plásticos. El objetivo de esta investigación fue de medir la sorción de las sustancias activas de los pesticidas en acolchados de LDPE, PAC y BIO plástico y comparar la descomposición de las sustancias activas en presencia y ausencia de desechos plásticos. Para eso, se incubaron 38 sustancias activas de 17 insecticidas, 15 fungicidas y seis herbicidas comúnmente aplicados con acolchado plástico en el sureste de España con una pieza de acolchado plástico de 3 × 3 cm2 (LDPE, PAC y Bio). La incubación se realizó en una solución de 10% acetonitrilo y 90% agua destilada a 35 °C durante 15 días en oscuridad. La sorción dependió tanto del pesticida como del tipo de acolchado plástico. En promedio, el porcentaje de sorción fue de ~23 % en LDPE y PAC y ~50 % en BIO. La descomposición de las sustancias activas en presencia de plástico fue ~30 % menor que la descomposición de las sustancias activas en solución sola. Investigamos si los residuos plásticos encontrados en el suelo en el capítulo 2 podrían modificar las propiedades fisicoquímicas del suelo. Probamos el impacto de residuos plásticos de tamaño macro (~5 mm) y micro (< 1 mm) de LDPE y un tipo de acolchado BIO sobre las propiedades fisicoquímicas e hidrológicas del suelo. La densidad aparente, la porosidad, la conductividad hidráulica saturada, la capacidad de campo y la repelencia al agua se alteraron significativamente en presencia de los cuatro tipos de residuos plásticos, mientras el pH, la conductividad eléctrica y la estabilidad de los agregados no se vieron afectados sustancialmente. El tipo, tamaño y contenido de los residuos plásticos, así como las interacciones entre estos tres factores, resultaron en efectos complejos sobre las variaciones de los parámetros del suelo. Ampliamos el enfoque de nuestro trabajo desde el suelo hasta los seres vivos que caminan con la pregunta: ¿Las ovejas ingieren los desechos plásticos cuando pastan en campos contaminados? Para dar una respuesta, recolectamos heces de ovejas de 5 rebaños diferentes y analizamos el contenido de microplásticos bajo densidad. Encontramos ~103 partículas∙kg-1 en las heces. Los datos mostraron que el ganado ingirió plástico, en forma de microplásticos y/o macroplásticos. Estudios adicionales deberían centrarse en: evaluar la cantidad de plástico en las heces que venga directamente del acolchado plástico, estimar la degradación del plástico en las entrañas de las ovejas y comprender los efectos potenciales de estos residuos plásticos en la salud del ganado. En un experimento final, replicamos las condiciones de campo en un mesocosmo para probar si el acolchado plástico y los residuos de pesticidas podrían afectar la producción de la planta. Probamos tres acolchados plásticos y tres pesticidas comúnmente utilizados por los agricultores. Se colocaron acolchados de polietileno de baja densidad (LDPE), que contienen aditivos prooxidantes (PAC) y biodegradables (BIO) en un campo durante cuatro meses, se fragmentaron en micro y macroplásticos y se agregaron al suelo con pesticidas. Plástico y pesticidas incubaron en el mesocosmo durante un año en condiciones de campo antes de plantar plántulas de lechuga, Lactuca sativa. Después de un período de crecimiento de 14 semanas, medimos el diámetro basal, el número de hojas, el área foliar, la biomasa de brotes frescos, la biomasa de brotes secos y el contenido de agua de los brotes. Observamos una disminución del área foliar, la biomasa de brotes frescos y la biomasa de brotes secos en plantas que crecían en suelo donde había plástico BIO en comparación con el control. Estos resultados se suman a estudios previos en un llamado a realizar pruebas más detalladas antes de la aprobación de acolchados BIO para agricultura en el mercado. Los principales resultados de la tesis se resumieron en el último capítulo. Comparamos nuestros resultados con la literatura existente y discutimos los vínculos entre los capítulos. Exploramos las limitaciones de la detección actual de residuos de plásticos y pesticidas. Más específicamente, la detección de pequeños residuos plásticos, microplásticos y nanoplásticos en el suelo sigue siendo un desafío. Se están desarrollando una diversidad de métodos. Sugerimos que la diversidad de métodos se requiere para describir la diversidad de tipos, tamaños y formas de plástico y que los métodos deben ser adaptados al objetivo específico del estudio. También discutimos los niveles actuales de residuos de plástico y pesticidas en el suelo y qué concentraciones deberían usarse para evaluar sus impactos potenciales. Finalmente, exploramos diferentes opciones para controlar los impactos de los residuos de plásticos y pesticidas en la agricultura. No se puede sugerir una solución única, ya que los sistemas agrícolas son muy diversos y enfrentan muchos desafíos. No obstante, se recomienda usar mejores prácticas para limitar la acumulación de residuos en el medio ambiente: utilizar acolchados plásticos más fuertes para una eliminación y reciclaje más eficientes o utilizar plásticos biodegradables probados en condiciones de campo; tener en cuenta las condiciones climáticas al aplicar pesticidas y tener en cuenta el tiempo de residencia de los residuos en el suelo. Concluimos que el uso de plásticos y pesticidas son insumos artificiales que afectan procesos naturales, mientras muchos procesos naturales son beneficiosos para la producción de cultivos. Necesitamos más investigación e iniciativas para adaptar la gestión agrícola a sus condiciones y desafíos específicos.

Author

• Bériot, Nicolas Georges

• Agricultura sostenible
• Contaminación del suelo
• Microplásticos
• Acolchado plástico
• Agricultural science
• Soil science
• Environmental Contamination and remediation
• Environmental impacts
• Green chemistry

Identifier

hdl:10317/11098

OAI identifier oai:identifier

oai:repositorio.upct.es:10317/11098