Introducción

Cuando los plaguicidas son aplicados como aspersiones aéreas y polvos al follaje, grandes cantidades de ellos alcanzan el suelo, que actúa como un reservorio de esos productos químicos persistentes, desde el cual se mueven hacia el cuerpo de invertebrados terrestres (hormigas y escarabajos), pasando por el aire o el agua. Asimismo, menciona que el cultivo disminuye la cantidad de insecticidas organoclorados volatilizados desde el suelo.

Al estar debajo de la superficie, el plaguicida puede difundirse hacia la superficie o ser transportado por la humedad del suelo antes de que pueda escapar hacia la atmósfera, provocando daños ambientales a largo plazo, dentro de los cuales están la degradación de los suelos, la contaminación irreversible de los mantos freáticos, aguas continentales y costeras, la acumulación de los plaguicidas en las cadenas tróficas y el desarrollo de resistencia en los organismos como insectos, hongos o roedores (^{Edwards, 1976}; ^{Miglioranza et al., 1999}; ^{Dan et al., 2001}; ^{Barry y Warren 2004}; ^{Vives et al., 2005}; ^{Albert et al., 1989}; ^{Jiménez et al., 2005}; ^{Helberg et al., 2005}; ^{Ólafsdóttir et al., 2005}; ^{Thomas et al., 2012}; ^{Morales et al., 2017}; ^{Varol et al., 2017}).

Algunos investigadores han realizado estudios para determinar las características del suelo que intervienen en la difusión, adsorción y retención de plaguicidas en el suelo. Al respecto, ^{Ehlers et al. (1986)} trabajaron en un suelo franco limoso para observar la difusión del lindano en el suelo. Encontraron que la difusión del lindano está influenciada por el contenido de agua del suelo, la densidad aparente y la temperatura del suelo. Por otra parte, la adsorción y retención de herbicidas por el suelo está influenciada por la capacidad de intercambio de cationes, pH, materia orgánica, contenido de arcilla y, en menor grado, por la temperatura y el contenido de humedad del suelo (^{Sullivan y Felbeck, 1967}; ^{Yu et al., 2013}; ^{Cederlund et al., 2017}).

Respecto al movimiento y persistencia de los plaguicidas en el suelo, los resultados reportados son variables, ^{Voerman y Besemer (1986)} determinaron residuos de díeldrin, lindano, DDT y paratión en un suelo arenoso, después de repetidas aplicaciones a través de un período de 15 años. Los resultados que encontraron en muestras de suelo analizado en capas de 10 cm hasta los 60 cm de profundidad indicaron que el DDT y el díeldrin fueron mucho más persistentes que el lindano. Por el contrario, el paratión desapareció muy pronto. Debajo de 20 cm solamente se encontraron trazas de díeldrin y DDT.

Asimismo, ^{Jiménez y Arias (1992)} estudiaron el movimiento y persistencia del atrazina en Luvísoles de la Fraylesca, Chiapas, México, aplicando lluvia simulada a pequeños lisímetros. Los resultados mostraron que para la dosis baja de atrazina (1.5 kg ha^-1), la mayor concentración se localizó en el primer estrato (2.5 cm de profundidad); sin embargo, para la dosis alta (3 kg ha^-1), la mayor concentración se encontró en el segundo estrato del suelo (5 cm de profundidad).

^{Harner et al. (1999)} realizaron un estudio en 36 suelos agrícolas de Alabama para determinar residuos de plaguicidas organoclorados. Los compuestos determinados comprendieron el alfa y gama hexaclorociclohexanos (BHC), heptacloro, heptacloro epoxido, trans y cis-clordano, trans-nonacloro, díeldrin, toxafeno, DDT y DDE. Las más altas concentraciones (medias aritmética en ng g^-1 de suelo seco) fueron encontradas para el toxafeno (285 ±390) y DDT’s (p, p’ DDE, 22.7 ±21.4; p, p’-DDT, 24.6 ±30.5; O, P’-DDT, 4 ± 5.86; p, p’-DDD, 2.4 ±2.41) de uso frecuente en el sureste de los Estados Unidos de América. Los residuos de plaguicidas no fueron proporcionales al contenido de carbón orgánico del suelo, indicando que la concentración de residuos fue un reflejo de la histórica aplicación de plaguicidas.

En la Comarca Lagunera se han realizado pocos trabajos, al respecto, ^{García et al. (1988)} trabajaron en un monitoreo de suelos en localidades de la Comarca Lagunera para detectar residuos de insecticidas organoclorados. En sus resultados concluyeron que los insecticidas organoclorados detectados fueron: aldrín, lindano, clordano, 1, 1-diclorofenil-2, 2, 2-tricloroetano (DDT) y 1, 1-diclorofenil-2, 2-dicloroeteno (DDE); el rango de detección fue de 0.05 y 4.98 mg kg^-1 de lindano y aldrín, respectivamente. Con respecto al DDT y DDE, el primero como producto técnico y el segundo como su principal metabolito, se observó que el DDE se encontró en mayor cantidad; esto es razonable, ya que debido a mecanismos de degradación, al reducirse la cantidad de DDT, tiende a incrementarse la de DDE.

Pese a que desde 1972, en EE.UU. se prohibió la producción de plaguicidas persistentes, como el DDT y el Paratión, entre otros, estos productos siguen teniendo impacto en el medio ambiente, ya que cantidades apreciables de sus residuos permanecen retenidos en el suelo, lodos, atmósfera y biota (^{Harrey et al., 1995}; ^{Harner et al., 1999}; ^{Williams y Guang, 2000}; ^{Zhang et al., 2011}; ^{Mishra et al., 2012}; ^{Yang et al., 2012}; ^{Yingxin et al., 2012}; ^{Yang et al., 2013}; ^{Zhang et al., 2013}; ^{Niu et al., 2017}).

Aunque los países desarrollados están ahora más conscientes del peligro potencial de los plaguicidas persistentes, han impuesto grandes restricciones a su uso o están aplicando con mucho más cuidado pequeñas cantidades, a nivel mundial el uso total está incrementándose (^{Albert et al., 1989}).

En México, durante la década de 1950, se emplearon alrededor de 1 000 t de DDT al año para uso agropecuario. Su utilización y producción tuvo su pico máximo en la década de 1960, durante la cual se llegó a producir, en 1968, más de 80 000 t al año. Debido a 50 años de uso, a su persistencia y acumulación en la cadena alimenticia, la dieta podría ser la mayor fuente de exposición entre la población general; sin embargo, otras vías de exposición pueden ser a través del aire, suelo y agua (^{Luévano et al., 2003}; ^{Nakata et al., 2005}; ^{Hangxin et al., 2011}; ^{Kuranchie et al., 2012} N; ^{Barakat et al., 2013}; ^{Hellar et al., 2013}; ^{Li et al., 2014}; ^{Yu et al., 2014}; ^{Buah y Humhires, 2017}).

Por lo tanto, es necesario tener más información acerca de la ocurrencia de dichos residuos de plaguicidas persistentes en los diferentes componentes (suelo, agua) del medio ambiente, preferentemente en aquellas regiones o áreas sometidas a un sistema de producción agrícola intensivo, como es el caso de la Comarca Lagunera, en el estado de Coahuila, México, región que ha sido explotada intensamente durante muchos años a través del monocultivo del algodonero, con el establecimiento de hasta 65 000 ha por ciclo y con aplicación sistemática de grandes cantidades de agroquímicos, pues se han llegado a efectuar hasta ocho aplicaciones de insecticidas en un ciclo (^{Tijerina y Byerly, 1977}).

Aunque no existe una documentación adecuada, en la región se están reportando problemas serios de salud como alergias, cánceres y malformaciones, entre otros, ocasionados por la contaminación de los recursos naturales por plaguicidas (^{Wolff et al., 1993}; ^{Costabeber et al., 2000}; ^{Luévano et al., 2003}; ^{Kunisue et al., 2004}; ^{Polanco et al., 2017}). No obstante, no existen suficientes evidencias que indiquen el origen y la magnitud de este problema, ni siquiera el relativo a los suelos donde se practica la agricultura antes mencionada. Por lo cual, el presente trabajo plantea detectar los niveles de plaguicidas que más se utilizaron en la Comarca Lagunera, los organoclorados, a cinco profundidades en siete localidades de la Comarca Lagunera en el estado de Coahuila, México.

Materiales y métodos

Localización general. El estudio se realizó en la Comarca Lagunera en el estado de Coahuila, la cual tiene una ubicación geográfica de 25° 30’ 00” latitud norte y 103° 30’ 00” longitud oeste, a una altura de 1 100 msnm.

Delimitación de las áreas de estudio. Se realizaron muestreos en siete localidades correspondientes a cinco municipios de la Comarca Lagunera de Coahuila, éstas fueron las siguientes: El Paredón, municipio de Fco. I. Madero; El Lequeitio, municipio de Fco. I. Madero; San Roque, municipio de San Pedro; El Consuelo, municipio de Matamoros; Ejido la Partida, municipio de Torreón; Ejido Buenavista, municipio de Viesca; Ejido San Manuel, municipio de Viesca.

Muestreo del suelo. Una vez ubicados los predios, se realizó un muestreo aleatorio en forma de zig-zag sobre el terreno, tomando una muestra compuesta de suelo por hectárea. Se tomaron muestras individuales de suelo de los primeros ocho centímetros de profundidad, debido a la posible presencia de un mayor contenido de materia orgánica y posteriormente a intervalos de cada 15 cm de profundidad hasta 68 cm, formando muestras compuestas, dando un total de cinco submuestras por hectárea y por sitio.

Las muestras compuestas fueron analizadas en el laboratorio de ecología del Instituto de Fitosanidad del Colegio de Posgraduados y las características físicas y químicas, en el laboratorio de la sección de química del Instituto de Recursos Naturales del Colegio de Posgraduados en Montecillos Estado de México.

Características del suelo analizadas. Se realizaron las siguientes determinaciones físicas ^{Klute (1986)} y químicas ^{Page (1982)} a las muestras de suelo: textura, por el método el hidrómetro de Bouyoucos; el contenido de humedad del suelo, por el método gravimétrico; el pH, con el potenciómetro y una relación agua-suelo 2:1; conductividad eléctrica con el conductivímetro y la relación 2:1 y materia orgánica por el método de Walkey y Black.

Preparación y extracción de las muestras de suelo. Para realizar las extracciones de compuestos en los suelos, se utilizó el método 3540B propuesto por la EPA (Environmental Protection Agency) de Estados Unidos de América en 1990, siguiendo el procedimiento que a continuación se describe: se pesaron 5 g de suelo seco cribado en una malla de 2 mm, previamente secado al aire y se colocó en un cartucho de celulosa supelco 25*80 mm previamente lavado con acetona, introduciéndolo en la columna de extracción; posteriormente, se lavó la muestra de suelo durante 24 h con 80 ml de una mezcla de hexano-acetona de alta pureza para cromatografía (HPLC) en una relación 1:1.

Concentración de las muestras. Para la concentración de las muestras se utilizó un equipo Kuderna Danish, dando los pasos siguientes: las muestras líquidas, derivadas de la extracción del suelo, se colocaron en el Kuderna Danish a una temperatura de 65 °C por 2 h, teniendo al final un volumen concentrado de 10 ml.

Limpieza de las muestras de suelo. Se introdujo un centímetro de fibra silanizada dentro de la columna de limpieza, empacándola perfectamente bien, lavándola posteriormente con 2 ml de hexano y 2 ml de acetona. Se adicionaron 13 g de florisil (Merck de 60-100 mesh) y 4 g de sulfato de sodio. Se agregaron a la columna 40 ml de hexano para acondicionar el sulfato de sodio y el florisil, descartado el eluato. Se transfirió el extracto concentrado de la muestra problema a la columna de limpieza. Después se adicionaron 60 ml de hexano, recibiendo el eluato en un matraz Erlenmeyer. Se añadieron posteriormente 50 ml de una mezcla de hexano-éter dietílico en una relación 9:1. Se diluyó con 20 ml de hexano-éter dietílico en una relación 8:2. Se concentró la muestra en un rotavapor hasta un volumen de aproximadamente 5 ml.

Estándares utilizados. En este trabajo se usó un estándar de 17 plaguicidas organoclorados Hewlett Packard y un estándar interno (dibutil clorendato) en acetona, para probar la eficiencia de recuperación del método. Las determinaciones se realizaron en dos repeticiones.

Equipo y método utilizado. El cromatografo de gases usado fue un Hewlett Packard serie 5890, equipado con detector de captura de electrones. Se utilizó una columna HP 608 de 30 m y 0.53 mm de diámetro. Las condiciones térmicas del análisis fueron: inyector a 280 °C, columna a 290 °C y el detector a 280 °C, utilizando nitrógeno como gas auxiliar y helio como gas acarreador.

Se utilizaron dos rampas de temperatura con tres niveles con el objeto de asegurar la identificación de los compuestos, estas fueron.

Primer rampa de temperatura. Primer nivel: temperatura inicial 80 °C, temperatura final 190 °C durante un minuto, a 30 °C por minuto. Segundo nivel: temperatura inicial 190 °C, temperatura final 280 °C durante un minuto a 6 °C por minuto. Tercer nivel: temperatura inicial 280 °C, temperatura final 290 °C durante cinco minutos y velocidad de 20 °C por minuto.

Segunda rampa de temperatura. primer nivel: temperatura inicial 80 °C, hasta 210 °C durante un minuto y 40 °C por minuto de velocidad. Segundo nivel: temperatura inicial 210 °C, hasta 280 °C durante un minuto a una velocidad de 4 °C por minuto. Tercer nivel: temperatura inicial 280 °C, temperatura final 290 °C durante un minuto y una velocidad de 20 °C por minuto.

Análisis estadístico. Se realizaron análisis de regresión múltiple para cada localidad tomando como variable dependiente la concentración de díeldrin en el suelo y como variables independientes las características del suelo. Se evaluó el efecto de cada variable independiente a partir de los coeficientes de regresión, y se utilizó el coeficiente de determinación (r²) para evaluar el efecto conjunto de todas las variables.

Resultados y discusión

Los resultados obtenidos en los análisis físicos y químicos del suelo realizados en las siete localidades correspondientes a los cinco municipios de la Comarca Lagunera se presentan en el Cuadro 1.

Cuadro1. Resultados obtenidos en los análisis físicos y químicos de siete localidades estudiadas 

En el Cuadro 2 se presentan los resultados de las concentraciones del díeldrin (ng g^-1) en cada sitio y profundidad del suelo estudiada.

Cuadro 2 Concentración (ng g^-1= µg kg^-1= ppb) de díeldrin para cada profundidad y sitio estudiado 

Con la información de los Cuadros 1 y 2, se realizaron regresiones múltiples, con el objeto de determinar la influencia del contenido de la materia orgánica, el porcentaje de arcilla y el pH del suelo sobre la concentración del díeldrin para cada localidad estudiada, estos resultados se muestran en el Cuadro 3. El análisis realizado puso énfasis en los coeficientes de determinación (r²) de la regresión y en los coeficientes de regresión múltiple (coeficientes ponderales) de cada variable, independiente de la misma.

Cuadro 3 Resultados de los análisis de regresión. 

Los resultados del Cuadro 1, muestran la diversidad de las características físicas y químicas de los suelos bajo estudio, debido a que éstos corresponden a cinco municipios de la Comarca Lagunera. Asimismo, destaca que los predios particulares presentan los porcentajes más altos de materia orgánica, principalmente en la profundidad 0-8 cm, esto es debido a las mejores prácticas de manejo del suelo y a las aplicaciones de materiales orgánicos, que generalmente llevan a cabo en las pequeñas propiedades.

Los predios no presentaron problemas de salinidad; por el contrario, CE generalmente fue baja, debido al buen manejo y calidad del agua de riego, por otra parte los sitios El Lequeitio y el Ejido Buenavista presentaron un pH relativamente alto en algunas de sus profundidades (8.5 y 8.7 respectivamente), lo que indica la presencia de exceso de sodio intercambiable, ya que los suelos sódicos generalmente presentan un pH mayor de 8.5.

En el Cuadro 2 se observa que el díeldrin fue el único plaguicida encontrado consistentemente en las siete localidades estudiadas de la Comarca Lagunera, de un total de 17 posibles que contenía el estándar usado, lo cual difiere con el trabajo realizado por ^{García et al. (1988)} en la Región Lagunera, en el cual reportan presencia de aldrín en concentraciones considerables. Esto se explica debido a que el aldrín se transforma a través del tiempo por efecto de la luz solar en díeldrin, ésta es la causa principal por la cual no se detectó el aldrín. Otro aspecto importante es que las mayores concentraciones de díeldrin se presentaron en los predios particulares, en contraste con las bajas concentraciones que se encontraron en el Ejido La Partida.

Esto se debe a que en los predios particulares aplican mayores dosis y más frecuentes aplicaciones de plaguicidas, debido a las malas condiciones socioeconómicas. Asimismo, el Cuadro 2 indica que los predios particulares presentan las mayores concentraciones de díeldrin en la segunda profundidad (8-23 cm) y el Ejido Buenavista, en la tercera profundidad (23-38 cm). Estos resultados coinciden con lo reportado por ^{Voerman y Besemer (1986)} quienes mencionan que debajo de los primeros 20 cm de profundidad del suelo sólo se encuentran trazas de díeldrin.

Las concentraciones más altas en los suelos superficiales de las pequeñas propiedades y ejidos analizados fueron 2.57 y 1.22 ng g^-1 (ppb) respectivamente. En México, no existe una norma que establezca límites máximos permisibles para este producto; sin embargo, la EPA (Environmental Protection Agency) establece 0.04 mg kg^-1 (^{Romero et al., 2009}).

El Cuadro 3 muestra que los r² altos corresponden a la pequeña propiedad El Consuelo, municipio de Matamoros, Coahuila, y al Ejido La Partida, municipio de Torreón, Coahuila (r²= 0.99). Dichas localidades fueron las únicas con diferencia significativa en cuanto al peso de la materia orgánica: en el primer caso, se observó un valor positivo y en el ejido un valor negativo; era de esperarse un valor positivo para ambos casos; sin embargo, debido posiblemente que la pequeña propiedad presentó los valores más altos de materia orgánica y concentración de díeldrin, aunado a que en el Ejido La Partida tuvo diferencia significativa para el coeficiente ponderal de pH (r²= 0.96), diluyó el efecto de la materia orgánica. Para el resto de las localidades no existieron diferencias significativas en los coeficientes ponderales, lo cual indica que las características del suelo (materia orgánica, contenido de arcilla y pH) contribuyen en forma semejante en los respectivos coeficientes.

Asimismo, de acuerdo con las regresiones lineales realizadas, los mayores coeficientes de determinación para el contenido de materia orgánica del suelo corresponden a la pequeña propiedad El Consuelo (r²= 0.99) y al Ejido La Partida (r²= 0.83), lo cual indica un efecto mayor de la materia orgánica sobre la concentración de díeldrin en los predios particulares que en los ejidos.

Estos resultados coinciden con lo reportado por ^{Seybold et al. (1994)}; ^{Yang et al. (2005)}, quienes indican que el contenido de carbón orgánico de los horizontes del suelo correlaciona significativamente con la distribución de atrazina (r²= 0.84) y DDT (r²= 0.71) y con lo encontrado por ^{Mishra et al. (2012)}; ^{Yu et al. (2013)}.

Conclusiones

En los suelos y profundidades estudiadas sólo se encontró el plaguicida organoclorado díeldrin. En general, la capa superficial de los suelos (profundidad de 0-8 cm) presenta las más altas concentraciones del producto citado. Las características del suelo que más correlacionaron con su concentración fueron el contenido de materia orgánica, el pH y el contenido de arcilla. Los suelos de los predios particulares estudiados presentaron mayor concentración de díeldrin que los de los ejidos evaluados.

Las concentraciones más altas del producto en los suelos superficiales de las pequeñas propiedades y ejidos analizados fueron 2.57 y 1.22 ng g^-1, respectivamente. No obstante que estas concentraciones son menores a los límites máximos permisibles establecidos por la EPA, existe la posibilidad de la incorporación de este plaguicida a las cadenas tróficas y su bioacumulación en los organismos vivos.