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Introducción
Los sensores remotos poseen múltiples utilidades como la evaluación de las transformaciones ocurridas en la superficie terrestre, la cual requiere de información con adecuada resolución espacial y temporal (Vazquez et al. 2008). Los datos provistos por sensores remotos han demostrado su utilidad para caracterizar grandes territorios por su capacidad de relevar áreas extensas con cierta regularidad (Volante et al. 2015), permitiendo contribuir al entendimiento acerca de los cambios en los usos del suelo (Song et al. 2018). Su aplicación ha puesto de relevancia el proceso de agriculturización producido en la Región Pampeana Austral, área donde se hallan insertos los partidos y cuencas correspondientes al Sistema de Tandilia (Vazquez et al. 2020, Somoza et al. 2020, Sequeira et al. 2021). Estas herramientas han evidenciado el uso creciente y continuo de las tierras para cultivos agrícolas en detrimento de usos ganaderos o mixtos. Dicho proceso se encuentra asociado con cambios tecnológicos, intensificación ganadera, expansión de la frontera agropecuaria y producciones orientadas al monocultivo; además de un incremento sostenido en la utilización de insumos químicos (Manuel-Navarrete et al. 2005). El informe más reciente de la Cámara de Sanidad Agropecuaria y Fertilizantes, asociación empresaria de la industria de fitosanitarios argentina, indica un aumento del 13% en el volumen de plaguicidas vendidos respecto al año anterior (CASAFE 2016).
La expansión de la frontera agrícola basada en el paradigma industrial, pone de manifiesto una serie de problemáticas ambientales, como la deriva de los plaguicidas por escurrimiento superficial e infiltración a los cuerpos de agua subterráneos y las descargas directas de productos agrícolas por el lavado de equipos de aplicación en arroyos rurales (del Puerto Rodríguez et al. 2014). El aporte de plaguicidas a los cuerpos de agua superficial y subterránea son una amenaza constante para los organismos acuáticos que allí habitan. De acuerdo con Magdalena et al. (2010), la aplicación de plaguicidas se trata de un proceso ineficiente debido a que solo un poco porcentaje del químico entra en contacto con las plagas a combatir y el resto se acumula en los ecosistemas. Por ejemplo, el plaguicida clorpirifos ha sido detectado en cuerpos de agua pampeanos (Pérez et al. 2017). Además de ser uno de los plaguicidas más utilizados en el área de estudio, presenta alta toxicidad y gran capacidad de persistir en los sedimentos, por lo cual este compuesto representa una amenaza para los organismos acuáticos (Cappello et al. 2008). A pesar de la importancia de esta temática sobre la salud del ambiente (incluida la salud humana), el conocimiento de los efectos de los plaguicidas utilizados en la actividad agrícola sobre las especies acuáticas no blanco es escaso (Lepori et al. 2013).
Los invertebrados acuáticos son los organismos más utilizados para evaluar problemáticas ambientales tanto en campo como en laboratorio, por ser bioindicadores de contaminación acuática. Para evaluar el efecto de los plaguicidas sobre especies acuáticas no blanco, es decir, todos aquellos que no se encuentran dentro de las especies que se busca eliminar intencionalmente con las aplicaciones de dichos productos, se recurre a la utilización de ensayos de toxicidad. En el caso de las pruebas de laboratorio, éstas permiten determinar el potencial tóxico de un compuesto bajo condiciones controladas de exposición (Ronco y Díaz Báez 2004). De acuerdo con la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos, la toxicidad aguda es la capacidad de una sustancia de causar daño biológico severo o muerte, luego de una sola exposición y en un breve plazo de tiempo (EPA 2021). Una medida común para expresar la misma es la Concentración Letal 50 (CL50), definida como aquella dosis que elimina a la mitad de los organismos bajo prueba, expresada en miligramos de la sustancia por litro de agua (mg L-1), o como partes por millón (ppm). La evaluación de toxicidad de compuestos plaguicidas sobre organismos acuáticos es fundamental en el contexto del avance del modelo agrícola industrial y el creciente uso de plaguicidas. El objetivo del trabajo fue analizar los cambios en los usos del suelo en la Cuenca del Arroyo Chapaleofú y determinar la toxicidad del clorpirifos sobre una especie no blanco.
Materiales y métodos
Área de estudio
El área de estudio fue la Cuenca Alta del Arroyo Chapaleofú (Figura 1), la cual tiene una extensión de 1 484 km2. Se localiza en el partido de Tandil de la provincia de Buenos Aires, Argentina. Este sistema hídrico, conformado por las subcuencas del A° Chapaleofú Grande y A° Chapaleofú Chico, tiene sus nacientes en el faldeo norte del sistema serrano de Tandilia, hasta el límite con el partido de Rauch. Las sierras septentrionales comprenden una cadena de cerros que alcanzan una altitud máxima de 500 metros. Los pedemontes se encuentran formados por loess de 1 a 2 m de espesor, depositados sobre una costra calcárea (Matteucci 2012). Además, las condiciones climáticas, sumado al aporte de materia orgánica y las características geoquímicas de los materiales sedimentarios, propiciaron el desarrollo de suelos con alto contenido de materia orgánica y nutrientes y horizontes subsuperficiales arcillosos (Burkart et al. 1999). Los anteriores rasgos, asociados a tierras bien drenadas, proporcionan a los suelos una excelente aptitud agrícola. La Cuenca del Arroyo Chapaleofú es una matriz productiva que ha ganado superficie agrícola en los últimos años, entre otras cosas, debido al aumento del uso de plaguicidas. Los productos aplicados en la matriz agrícola, como por ejemplo el clorpirifos, se han extendido hacia otras matrices ambientales como los cuerpos de agua superficial generando contaminación difusa y afectando la biodiversidad acuática representada principalmente por invertebrados.
Usos del suelo
Para el análisis de las transformaciones en los usos del suelo se realizó una comparación de la clasificación supervisada de dos imágenes satelitales (Path/Row 225-86) adquiridas de la página del USGS (2019), de las cuales se obtuvieron valores de superficie y distribución de diversas clases de usos del suelo. La imagen correspondiente al año 1989 fue captada por el sensor TM del satélite Landsat 5, mientras que la imagen del 2019 fue obtenida por el sensor OLI del satélite Landsat 8. Para el procesamiento de las imágenes se empleó el software ENVI Classic 5.3. Previamente se realizó el preprocesamiento de las imágenes satelitales para la clasificación, teniendo en cuenta que la señal recibida por los sensores se codifica en diferentes valores de niveles digitales. Pero estos valores no son comparables entre distintas bandas o en el tiempo. Además, es necesario considerar los efectos de la interacción de la radiación electromagnética con los objetos y la atmósfera (Pons et al. 2014). Previamente al análisis de la información provista por las imágenes se realizó una corrección radiométrica para obtener los valores de radiancia (Chander et al. 2007, Chander et al. 2009). Con esto valores, las imágenes se procesaron para obtener la reflectividad a tope de la atmósfera, considerando los efectos de iluminación derivados de la posición solar (ángulo de iluminación solar) y de la posición del sensor. Debido a que estos valores no consideran el efecto atmosférico, es necesario introducir un modelo de corrección atmosférica. El modelo simple de transferencia radiativa propuesto por Kaufman (1989), permitió conocer la energía que ilumina la superficie y la fracción reflejada para calcular la reflectividad de superficie. Posteriormente se procedió a realizar clasificaciones supervisadas, para ello se consideraron datos del área de estudio a través de puntos de GPS (Global Position System) obtenidos mediante trabajo de campo, mapas e informes técnicos, el visor de imágenes del software Google Earth Pro y referencias profesionales correspondientes a las clases a diferenciar. Los usos de suelo predominantes derivados de las clasificaciones supervisadas han devenido en las siguientes clases: agrícola, pastizales y pasturas, cuerpos de agua y urbana. A continuación, se proyectaron regiones de interés que definen las clases de uso de suelo distinguibles en el área de estudio. En tal sentido, las características espectrales de estas áreas son empleadas para entrenar un algoritmo de clasificación, el cual permite calcular los parámetros estadísticos de cada banda para cada sitio piloto, y luego evaluar cada nivel digital de la imagen, compararlo y asignarlo a una respectiva clase (Posada et al. 2012). Se aplicó el algoritmo denominado Clasificador de Máxima Probabilidad. Los cambios en las diferentes clases de usos del suelo a partir de calcular la superficie ocupada por cada año considerado, se determinaron observando los estadísticos, cuantificando y comparando las modificaciones de superficie de los mismos en la CuACh.
Bioensayos
Para explorar las consecuencias del avance agrícola en la región, por el creciente uso de plaguicidas, se realizaron ensayos de laboratorio. Se seleccionó al plaguicida clorpirifos (C9H11Cl3NO3PS) por ser el insecticida más empleado en la producción alimentaria del país (Montedoro y Butinof 2019); como insecticida de amplio espectro en cultivos de frutas, hortalizas, cereales y plantas ornamentales (Cocca et al. 2015) y para el control de insectos y artrópodos vectores de agentes patógenos en la ganadería (Watts 2012). De acuerdo a la clasificación toxicológica de la Organización Mundial de la Salud, el clorpirifos pertenece a la Clase II (producto moderadamente peligroso). Para comprobar los efectos que este insecticida puede generar sobre una especie no blanco y proyectar las consecuencias que puede provocar a largo plazo sobre la biota local, se determinó la Concentración Letal 50 (CL50) a las 96 horas de exposición de la especie Physa acuta (no blanco). Physa acuta es un molusco de agua dulce nativo de Norteamérica que se ha adaptado y expandido en todo el continente (Ebbs et al. 2018). Este molusco invasor fue seleccionado para realizar los ensayos en laboratorio por ser una especie indicadora de calidad de agua utilizada en este tipo de experiencias (Sobrino-Figueroa 2016) y por su amplia distribución y abundancia en el área estudiada (Cortelezzi, com per). Para la realización del ensayo, individuos adultos de P. acuta se recolectaron del arroyo Chapaleofú (37° 19’ 12.0" S, 59° 19’ 38.7" O) y se llevaron al laboratorio para su aclimatación. Los caracoles se colocaron en acuarios de 3 L de capacidad, a los que se agregó un litro y medio de agua declorinada y filtrada, bajo régimen de aireación continua y fotoperíodo 8:16 L/O, durante siete días. Los acuarios se mantuvieron bajo condiciones controladas de temperatura (20 ± 2 °C), pH (6.8 - 7.5) y oxígeno disuelto (7.3 - 8 mg L-1). La alimentación se realizó todos los días con alimento para peces. Luego de la aclimatación, se utilizaron cinco concentraciones diferentes de clorpirifos más un control con agua sin plaguicida. También se realizó un control sin plaguicida con acetona (DORWIL, pureza 99.5% PM:58.08), para evaluar posibles efectos adversos de este solvente presente en el compuesto Clorfox. En cada frasco se colocó 1.5 L de agua declorinada, y se le agregaron 50 μL de las diluciones de clorpirifos preparadas previamente para obtener las concentraciones finales de 0.4, 0.6, 0.8, 1 y 1.2 ppm (mg L-1). En el tratamiento control de acetona sólo se agregó 50 μL de acetona. Se colocaron ocho individuos por frasco, los cuales se expusieron a estas concentraciones durante 96 h. Tanto la supervivencia como la mortalidad de los individuos de P. acuta se registraron todos los días para cada uno de los tratamientos. También se realizó un recambio diario del agua y de las soluciones de clorpirifos correspondientes a cada tratamiento. Para el cálculo de la CL50 y el análisis estadístico, se usó el programa PROBIT 1.5 mediante el método descrito por Finney (1971), trabajando con un límite de confianza de 95%. Por último, se comparó el valor obtenido en la CL50 para P. acuta con otras especies (moluscos, crustáceos anfípodos y otros invertebrados de agua dulce) por medio de la curva de distribución de sensibilidad de especies (SSDs). Los valores de CL50 para realizar la curva fueron obtenidos de la base de datos de la página ECOTOX (EPA 2020).
Resultados
El avance del uso agrícola en el área de la CuACh dentro de los límites del partido de Tandil es de un 74.35% en las últimas tres décadas (Tabla 1, Figura 2). Dicha expansión se dio en detrimento de la superficie ocupada por pastizales y pasturas destinados a la actividad ganadera que disminuyó el 48.90%. Por otro lado, si bien el uso del suelo asociado a la urbanización (localidades de María Ignacia, Estación Vela, Gardey y paraje La Porteña en el Partido de Tandil) presenta valores bajos en comparación a los usos agropecuarios, el incremento del uso urbano fue de 190.59%. El área ocupada por cuerpos de agua superficiales se mantiene constante representando para 1989 el 0.02% y para 2019 el 0.01% de la superficie de la CuACh. Por lo que se pudo comprobar, en un período de tres décadas, transformaciones radicales en el uso y cobertura del suelo.
Tabla 1 Superficies obtenidas a partir de los estadísticos de las imágenes satelitales clasificadas supervisadas para cada clase de uso del suelo en cada año seleccionado (1989 Landsat 5 TM y 2019 Landsat 8 OLI) en la Cuenca del Arroyo Chapaleofú.
| Clases | Año 1989 (km2) | Año 2019 (km2) |
|---|---|---|
| Agrícolas | 540.40 | 942.20 |
| Pastizales y pasturas | 825.19 | 421.69 |
| Urbanas | 0.90 | 2.60 |
| Cuerpos de agua | 0.02 | 0.01 |
La evaluación del efecto del plaguicida clorpirifos sobre una especie de molusco no blanco, permitió observar algunos efectos que podrían resultar del cambio del uso del suelo y el consiguiente aumento de la aplicación de plaguicidas. A partir de la determinación de la CL50 sobre la especie Physa acuta, se obtuvieron valores a las 96 horas de exposición de 0.55 mg L-1 (0.418 - 0.655). No se observaron efectos adversos ni mortalidad en ninguno de los controles realizados. Durante el ensayo se detectaron efectos subletales durante las primeras horas en los tratamientos de menor concentración de clorpirifos, como la puesta de huevos y la pérdida de la capacidad de adherencia a los acuarios. Al comparar la sensibilidad al clorpirifos durante 96 h de exposición entre diferentes especies de invertebrados se observa que P. acuta se encuentra entre las especies más tolerantes (Figura 3).
Discusión
Diversas investigaciones realizadas en cuencas con nacientes en el Sistema de Tandilia, como el caso del Arroyo Chapaleofú, reflejan el avance de la agricultura sobre otros usos del suelo (Vazquez et al. 2014, Vazquez y Somoza 2020). Dicha situación no es ajena a lo que ocurre en la Región Pampeana Argentina, donde la agriculturización condujo a un mayor empleo de plaguicidas, los cuales derivan en impactos ambientales diversos sobre los ecosistemas y la salud (Rositano 2020). La comparación en los usos del suelo a partir de sensores remotos, permitió observar el proceso de agriculturización en la CuACh, a partir de productos Landsat, que han sido y continúan siendo de gran aplicación en diferentes análisis temporales (Sequeira y Vazquez, 2022, Somoza et al. 2021).
En 1989, la actividad ganadera en pastizales y pasturas ocupaba un 60% de la CuACh. Dicha actividad se llevaba a cabo en sistemas extensivos de baja productividad y bajo impacto ambiental, o semi-extensiva con rotación de cultivos (Frank y Viglizzo 2010, Auer et al. 2019). Así, los sistemas mixtos (agrícola ganadero) permitieron que los campos de la región mantuvieran y hasta aumentaran su calidad en nutrientes y materias orgánica con ciclos de cultivos y pasturas prácticamente sin insumos externos (Pengue y Rodríguez 2018, Sarandón 2020, Andrade 2020). Por otro lado, en el 2019, los pastizales y pasturas se redujeron en un 48.90%, debido a los cambios tecnológicos introducidos, vinculados al proceso de agriculturización de la cuenca. La actividad agrícola se expandió aceleradamente a partir de la técnica de siembra directa en reemplazo de la labranza convencional, el aumento de escala, la simplificación del sistema de cultivo, una intensificación de la producción mediante un uso mayor de agroquímicos, propagación de monocultivos, incorporación de cultivos transgénicos y difusión del manejo diferencial por ambientes (Somoza et al. 2018). En relación a esto, es importante destacar la tendencia creciente hacia la especialización agrícola orientada a la producción del cultivo de soja. Teniendo en cuenta la evolución de la superficie sembrada en hectáreas, según la página oficial del Municipio de Tandil (2021), se evidencia el crecimiento exponencial que tuvo dicha leguminosa desde la campaña correspondiente a los años 1973/1974 con 40 ha, hasta la campaña 2018/2019 con 130 264 ha sembradas. Asimismo, es importante mencionar ciertas características de la actividad ganadera en el período analizado fomentadas por la competencia con la agricultura que indujo cambios de localización e intensidad de los usos ganaderos cárnicos y lácteos. De acuerdo con el Ministerio de Agricultura, Ganadería y Pesca (2019), a pesar de una disminución asociada a una fuerte caída en el número de explotaciones con ganado bovino se observa un stock que se mantiene, relativamente estable, una intensificación productiva y una mayor eficiencia de la misma. Por otro lado, en referencia a los cuerpos de agua superficiales, si se tiene en cuenta que el sistema fluvial del área de estudio se define por el aporte de precipitaciones, podemos inferir que el Arroyo Chapaleofú en los dos años seleccionados no se ha visto afectado de manera disímil, ya que los valores registrados en el partido de Tandil para 1989 fueron de 739.9 mm y para 2019 de 751.6 mm (INTA 2018). En el escenario planteado de una dinámica acelerada del proceso de agriculturización, el efecto de la deriva de plaguicidas, vinculado directamente con dicho proceso territorial, sobre especies que habitan los cuerpos de agua, es una amenaza concreta. En este sentido, en relación al ensayo de toxicidad realizado, las concentraciones de clorpirifos en el ambiente registradas a campo, suelen ser menores que los valores de CL50 empleados en este trabajo. En un arroyo de Arrecifes (Argentina), se reportaron pulsos de concentración de 0.45 μg L-1 (Jergentz et al. 2005), mientras que Marino y Ronco (2005) determinaron concentraciones de clorpirifos entre 0.4 y 10.8 μg L-1 en cursos de agua de Pergamino. Concentraciones mayores de este compuesto han sido detectadas en sedimentos del río Paraguay-Paraná de 13.5 μg kg-1 (Etchegoyen et al. 2017), en tanto que para el arroyo Tapalqué se reportan concentraciones de 4.2 μg kg-1 por Pérez et al. (2021). Por otro lado, Salvio et al. (2015) evaluaron el efecto de clorpirifos y de cipermetrina sobre Scarites anthracinus (Coleoptera), un predador de organismos considerados plagas de los cultivos, reportando que el clorpirifos es altamente tóxico, ya que en concentraciones ocho veces menor que la recomendada a campo, la población bajo estudio se redujo a la mitad. También Rafael et al. (2015) realizaron bioensayos con Octolasion cyaneum (Annelida), organismo que aumenta la disponibilidad de nutrientes para las plantas y mejora la estructura del suelo a través de bioporos que evitan la compactación del mismo, y reportaron que el clorpirifos produjo cambios morfológicos en un 33% de los organismos expuestos. Estos trabajos reflejan que la acción de los plaguicidas no se limita solo a los organismos denominados plaga en la agricultura, sino que también afecta organismos benéficos. En relación a los efectos subletales observados, estos fueron reportados también por Iannacone et al. (2002), pudiendo ser una respuesta de dichos organismos frente al estrés producido por el químico en su ambiente. La tolerancia de P. acuta al clorpirifos, demostrada con la curva de sensibilidad, indica que el efecto de la deriva de estos contaminantes sobre especies con mayor sensibilidad que habitan los cuerpos de agua es una problemática de gravedad. Debido a esto, se requiere realizar estudios que permitan vislumbrar el efecto de los múltiples químicos utilizados en la actividad agrícola, considerando exposiciones más prolongadas y con especies más sensibles.
Conclusiones
El cambio de uso de suelo en el área de estudio durante las últimas tres décadas, permiten vislumbrar el avance espacial de tierras destinadas a actividades agrícolas sobre otros ecosistemas. Este proceso demanda insumos externos para su funcionamiento, como los plaguicidas, los cuales producen consecuencias ambientales negativas en detrimento de la biodiversidad, y en especial de las especies no blanco que habitan los cuerpos de agua.
En el caso de Physa acuta, fue afectada durante el ensayo a la menor concentración de clorpirifos tanto en la puesta de huevos como en su capacidad de adherencia al sustrato, por lo que el efecto de la deriva de estos contaminantes sobre especies sensibles que habitan los cuerpos de agua es una problemática que atenta sobre la biodiversidad y el funcionamiento del ecosistema. Esta información, sumada al conocimiento de la CL50 de especies indicadoras, es fundamental para inferir el impacto de los plaguicidas sobre especies de menor tolerancia (especies sensibles a la contaminación) y por lo tanto, en el ecosistema.
