UNIVERSIDAD DE MEDELLÍN - MEDELLÍN, 2010

Presentación del tema: "UNIVERSIDAD DE MEDELLÍN - MEDELLÍN, 2010"— Transcripción de la presentación:

1 UNIVERSIDAD DE MEDELLÍN - MEDELLÍN, 2010
EVALUACIÓN DE MEZCLAS COMPOST INMADURO/SUELO DE MORAVIA, Y FUENTES DE NUTRIENTES PARA LA DEGRADACIÓN DE LOS PESTICIDAS: CLORPIRIFOS, MALATIÓN Y METIL PARATIÓN PRESENTADO POR: SERGIO AUGUSTO UPEGUI SOSA LILIANA ROCÍO BOTERO Ingeniero Ambiental – U. de M. M . Sc. Biología Estudiante Maestría en Ingeniería Urbana Directora de Tesis UNIVERSIDAD DE MEDELLÍN - MEDELLÍN, 2010

2 Origen y financiación del proyecto
“Aislamiento y evaluación de microorganismos potencialmente útiles para la degradación de Metil paratión en suelos contaminados y el efecto cruzado de degradación sobre Malatión y Clorpirifos”.

3 Pesticidas Pesticidas Organofosforados
Los pesticidas son productos químicos, naturales o sintéticos utilizados para combatir organismos plaga. Representan un grupo heterogéneo de compuestos, cuyos mecanismos y espectros de acción dependen de la fórmula química del principio activo. Pesticidas Organofosforados Esteres y aminas derivados principalmente del ácido fósforico. Son usados principalmente como insecticidas, aunque algunos de ellos presentan actividad nematicida, fungicida o herbicida.

4 Movilidad de los Pesticidas en el Ambiente
Los principales fenómenos que influyen en la interacción de los pesticidas con el ambiente son: la adsorción-desorción, lixiviación y volatilización. Por su parte, los principales procesos de degradación son la descomposición química y biológica.

5 Afecciones causadas sobre la salud y el medio ambiente
Uso pesticidas Afecciones al medio ambiente Suelo y Agua Diversidad microbiana Animales y Plantas Afecciones a la salud humana Efectos agudos Efectos Crónicos El uso inapropiado de los pesticidas en la producción agrícola y el mal manejo de sus residuos generan contaminación del suelo y el agua principalmente, afectando de esta manera la diversidad microbiana y por ende la fertilidad del suelo, así como el normal desarrollo de animales y plantas. Los síntomas de intoxicación aguda: incluyen náuseas, dolor de cabeza, temblores, incapacidad para respirar, convulsiones y la muerte. Las intoxicaciones crónicas las padecen personas expuestas al plaguicida por largos períodos y pueden sufrir: cáncer, cambios en el material genético de las células o malformaciones congénitas (NOTICyT, 2003).

6 Disposición Inadecuada de Pesticidas
En Colombia, para el año 2006 se tenían calculadas 500 toneladas de pesticidas obsoletos, almacenados en condiciones inadecuadas o dispuestos en entierros ilegales. Los pesticidas obsoletos que se encuentran en Colombia, son en su mayoría de tipo organofosforado. No hay capacidad tecnológica en los países en vías de desarrollo para la disposición final adecuada de estos pesticidas. (Sánchez et al., 2006; Vallejos, 2003). En Colombia se presenta una problemática con los pesticidas prohibidos u obsoletos, pues muchos de éstos se encuentran en condiciones inadecuadas de almacenamiento o disposición final. Siendo la mayoría de éstos de tipo organosfosforado. Además no se cuenta con capacidad tecnológica ni económica adecuadas para su apropiado tratamiento.

7 Desventajas del Tratamiento Convencional
Generación de residuos peligrosos. Generación de gases tóxicos. Generación de pasivos ambientales. Transporte del material a tratar. Elevado consumo de energía e insumos.

8 Biorremediación Uso de microorganismos y sus enzimas para la degradación de sustancias químicas peligrosas presentes en suelo, sedimentos, agua u otros medios contaminados (Saval, 1998).

9 Ventajas de la Biorremediación
Bajo costo de ejecución. Fácil implementación. Operación bajo condiciones ambientales. Amigable con los ecosistemas. Menor gasto de energía.

10 Degradación Cruzada ¿Qué es la degradación cruzada? Habilidad adquirida por los microorganismos para metabolizar compuestos con estructuras químicas relativamente similares (Kearney & Kellogg, 1985). La importancia de su estudio se basa en que esta habilidad puede alterar la persistencia de un insecticida organofosforado en suelos donde se están aplicando otros pestidicidas del mismo tipo para el control de plagas. Clorpirifos Metil paratión Malatión

11 Importancia del estudio de la degradación cruzada
La degradación cruzada puede causar alteración en la persistencia de un insecticida organofosforado en aquellos suelos donde se aplican otros organofosforados para el control de insectos rizófagos ó nematodos. Por otro lado, esta habilidad puede resultar útil si lo que se busca es implementar un sistema biológico de tratamiento para este tipo de compuestos.

12 VARIABLES DE ESTUDIO Matrices Mezclas de las Matrices Nutrientes

13 Matrices seleccionadas
Compost Inmaduro Suelo de Moravia Exposición prolongada a gran diversidad de sustancias químicas y condiciones tóxicas. Diversidad enzimática con potencialidades de degradación de compuestos complejos. (U.S. Department of Environmental Quality, 1998) Aumento de poblaciones microbianas - Liberación de nutrientes. Estimulación de la actividad metabólica y diversidad enzimática en suelos con alto grado de contaminación. (EPA, 1997) El uso de compost inmaduro se justifica bajo el concepto de Aumento de poblaciones microbianas, liberación de nutrientes y la estimulación de la actividad microbiana y de la diversidad enzimática sobre suelos contaminados.

14 Efecto de las mezclas Las mezclas Compost Inmaduro:Suelo de Moravia generan matrices con variaciones en la disponibilidad y tipo de nutrientes. Regulando la presencia y tamaño de las comunidades microbianas en cada mezcla. Generando diversas alternativas para la degradación de los compuestos orgánicos presentes en éstas.

15 Efecto de los nutrientes en la biodegradación
Fertilizante fósforo Los procesos de degradación microbiana están orientados a la reproducción de los microorganismos, y éstos requieren que los constituyentes químicos se encuentren biodisponibles para su asimilación (Maroto & Rogel, 2000). Es un nutriente de importancia crítica, ya que interviene en la formación de compuestos energéticos dentro de la célula (ácidos nucleicos, ATP, fosfolipidos de la membrana celular), que luego se utilizan en los procesos de degradación y reproducción (Vidali, 2001). Fosforo: Ademas de enzimas hay otros compuestos asociados al fosforo que participan en los procesos metabolicos.

16 Objetivo General Evaluar el efecto del compost, suelo de un antiguo basurero y fuentes de nutrientes sobre la capacidad de degradación cruzada de tres plaguicidas organofosforados Clorpirifos, Metil Paratión y Malatión.

17 Objetivos Específicos
Caracterizar física y químicamente las matrices recolectadas. Establecer el método para la extracción y la cuantificación de los pesticidas. Evaluar el efecto de las mezclas Compost:Suelo sobre la cinética de degradación de los plaguicidas. Evaluar el efecto del enriquecimiento con fósforo sobre la cinética de degradación de los plaguicidas. Evaluar el efecto de la adición de fertilizante sobre la cinética de degradación de los plaguicidas. Evaluar el efecto cruzado en los diferentes ensayos realizados.

18 METODOLOGÍA Obtención y caracterización de las matrices.
Extracción y cuantificación de los pesticidas. Ensayo biodegradación. Evaluación de la mineralización. Análisis Estadístico de Resultados.

19 Obtención del Suelo El suelo fue recolectado de un sitio donde se vienen adelantando otros proyectos de bioprospección llevados a cabo entre la Unal y la Udea.

20 Preparación del Compost
Proporción: 50:50 Activación microbiana: 5 días.

21 Caracterización de Matrices
PARÁMETROS EVALUADOS pH (NTC 5167) % Humedad (NTC 5167) Densidad Aparente (NTC 5167) Máxima Capacidad de Retención de Humedad (Arias, 2004) % Carbono Orgánico (%C.O.)- % Materia Orgánica (%M.O.) (Walkley and Black , 1934). Capacidad de Intercambio Catiónico (CIC) (NTC 5167) Fósforo Total Disponible (Motta, 1990) Las matrices fueron previamente tamizadas por malla #30 (2 mm de diámetro) con el fin de obtener matrices homogéneas.

22 Cuantificación de los Pesticidas
Características del Equipo Cromatógrafo de gases, Agilent Technologies, modelo Acoplado con inyector automático modelo 7683B. Columna HP-1 Detector µ-ECD Programación del horno: Temp. Inicial 100º C Temp. Final 290º C

23 Cuantificación de los Pesticidas
TR = 6.39, 7.13 y 7.40 minutos

24 Curva de Calibración Cc = (Ac – 3829.46)/120.586 R2 = 0.99969
CMP = (AMP – )/ R2= CM = (AM – )/ R2=

25 Establecimiento del método extractivo
(Mosquera, 2007; Castañeda, 2005; Goncalves et al., 2005) Proceso de Extracción 10 g Matriz Adición de pesticidas 2 mL Sln Pesticidas Extracción Cuantificación (CG) % Recuperación Cada una de las mezclas. Esterilizadas con calor húmedo (121º C, 15 lb, 20 minutos) Evaluado a los 0, 7, 15 y 30 días

26 Ensayos de biodegradación: Mezclas
Procedimiento 10 g Matriz Adición de pesticidas (2 mL Solución) Cultivo Extracción Cuantificación (CG) Mezclas (C:S): 100:0, 75:25, 50:50, 25:75, 0:100 30 días a 25ºC, oscuridad y cámara húmeda Muestreo: 0, 1, 3, 5, 7, 15, 30 d

27 Ensayos de biodegradación: Adición de nutrientes
Procedimiento 10 g Matriz Adición de pesticidas (2 mL solución) Cultivo Extracción Cuantificación (CG) Mezcla 25:75 Compost:Suelo Enriquecida con fósforo (K2HPO4) o fertilizante Muestreo: 0, 1, 3, 5, 7, 15, 30 d

28 Ensayos de Biodegradación

29 Ensayos de mineralización
Todos los tratamientos. (Mezclas, Fósforo, Fertilizante) 20 g Matriz Control Adición de Pesticidas (4 mL solución) Cultivo Captura del CO2 liberado 10 mL de NaOH 0.8 N Medición de CO2 liberado Titulación con HCl 0.4 N

30 Concentración inicial en las matrices
PESTICIDA CONCENTRACIÓN (mg * Kg-1) Clorpirifos 130 Metil Paratión 30 Malatión 20 NUTRIENTE CONCENTRACIÓN (mg * Kg-1) Fósforo (K2HPO4) 400 Fertilizante 100

31 RESULTADOS Y ANÁLISIS

32 Caracterización de las Matrices
Siglas: Hum. = humedad, Dap = Densidad Aparente, MCRH = Máxima Capacidad de Retención de Humedad, M.O. = Materia Orgánica, C.O. = Carbono Orgánico, CIC = Capacidad de Intercambio Cationico. Matriz pH Hum. (%) Dap (g/cm3) MCRH (%) M. O. (%) C. O. (%) CIC (meq/100g) Fósforo Total (mg/Kg) Suelo 7,5 39,48 0,93 77,7 8,22 3,54 24,86 76,54 Compost 8,31 47,36 0,20 82,64 17,6 7,79 53,0 60,45 pH: Valores aptos para el crecimiento de microorganismos, principalmente bacterias (Donézar Díez de Ulzurrun, 1995). Humedad: 50,81% y 57,31% de la capacidad de campo. Condiciones aeróbicas del cultivo -valores inferiores al 85- (Department of Environmental Quality, 1998). Nutrientes: el compost es la matriz con mayor disponibilidad de nutrientes para el desarrollo microbiano (Hang, 2003; Müller, Núñez & Ramírez, 1998).

33 Extracción de los pesticidas desde las matrices
100:0 (C:S) 50:50 (C:S) 75:25 (C:S) -- Clorpirifos -- Metil Paratión -- Malatión 25:75 (C:S) 0:100 (C:S) Tiempo (días)

34 Efecto de las mezclas C:S en la degradación de Clorpirifos, Malatión y Metil Paratión
Matrices C:S -- 100:0 -- 75:25 -- 50:50 -- 25:75 --0:100 Malatión

35 Degradación cruzada en las mezclas C:S
-- Clorpirifos -- Metil Paratión -- Malatión 25:75 (C:S) 0:100 (C:S)

36 Clorpirifos Metil Paratión Malatión

37 Efecto de la adición de nutrientes en la degradación de Clorpirifos, Malatión y Metil Paratión
25:75 (C:S) 25:75 (C:S) Malatión 25:75 (C:S) -- Fósforo -- Fertilizante -- Control

38 CONCLUSIONES Las matrices con mayor contenido de Suelo de Moravia, 25:75 y 0:100 (C:S) fueron las que presentaron mayor capacidad microbiana para la degradación de Malatión (90%), Metil Paratión (95%) y Clorpirifos (47%). A medida que se aumenta la proporción de compost inmaduro en la mezcla, disminuye la degradación de Clorpirifos. Lo que genera un efecto negativo sobre la degradación cruzada. La velocidad de degradación (capacidad enzimática) no se asoció directamente con la mineralización, siendo la micro-flora del Suelo de Moravia menos activa, pero más útil para la degradación de los pesticidas evaluados.

39 CONCLUSIONES La adición de fósforo generó un efecto negativo en la capacidad de los microorganismos para degradar los pesticidas Clorpirifos y Metil Paratión. La adición de fertilizante comercial no presentó efectos significativos en la velocidad de degradación de los pesticidas. No se evidenciaron diferencias significativas en la mineralización de los tratamientos con fertilizante y fósforo. Enfatizar en lo negativo.

40 RECOMENDACIONES Identificar productos de degradación de los pesticidas, usando el suelo de Moravia, para determinar los mecanismos y rutas de degradación empleados por los microorganismos de esta matriz. Igualmente, es necesaria la identificación de los microorganismos o poblaciones microbianas encargadas de degradar estos pesticidas, con el fin de evaluar alternativas de bioaumentación o su uso en otras técnicas para el tratamiento in situ de pesticidas organofosforados.

41 Agradecimientos A mis padres y hermana. A Liliana Botero.
A mis amigos. Grupo GEMA. Grupo GDCON. Gustavo Peñuela y Aleida Ochoa. Centro de Laboratorios U. de M. Juan Guillermo Uribe y Vanessa González.

42 GRACIAS

43 BIBLIOGRAFÍA Moreno, J.; Mormeneo, S. (2008). Microbiología y bioquimica del proceso de compostaje. In: J. Moreno & R. Moral, Compostaje. Sanchéz, N.P.; Rodríguez, M.S.; Sarria V.M. (2006). Pesticidas Obsoletos en Colombia. Revista de Ingeniería 23. Universidad de los Andes Castañeda, L. M. (2005). Estudio de la biodegradación del Clorpirifos y su principal producto de degradación, el TCP, en muestras de suelo contaminado con clorpirifos. Medellín: Universidad de Antioquia. Leys, N., Bastiaens, L., Verstraete, W. (2005). Influence of the carbon/nitrogen/phosphorus ratio on the polycyclic aromatic hydrocarbon degradation by Mycobacterium and Sphingomonas in soil. Environmental Biotechnology, Singh, B., Walker, A., Wright, D. (2005). Cross-enhancement of accelerated biodegradation of organophosphorus compounds in soils: Dependence on structural similarity of compounds. Soil Biology and Biochemistry, Stoffella, P. (2005). Utilización de Compost en los Sistemas de Cultivo Hortícola. Mundi-Prensa.

44 BIBLIOGRAFÍA Carillo, L. (2003). Actividad Microbiana. En Carrillo, L. Microbiología Agricola. Universidad Nacional de Salta. Hang, S. (2003). Destino de los Plaguicidas en el Ambiente Suelo. Córdoba, Argentina: Universidad Nacional de Córdoba. Depto de Recursos Naturales. Facultad de Ciencias Agropecuarias. ICONTEC. (2003). NTC productos para la industria agrícola. Materiales orgánicos usados como fertilizantes y acondicionadores del suelo. Bogotá: Icontec, Singh, B., A., W., W. Morgan, J., Wright, D. (2003). Role of Soil pH in the Development of Enhanced Biodegradation of Fenamiphos. Applied and environmental microbiology , Vallejos, M. (2003). Efectos de los Plaguicidas en el Suelo. Managua: Gobierno de Nicaragua. Ministerio del Ambiente y los Recursos Naturales (MARENA). Department of Environmental Quality (DEQ). (1998). Fundamental Principles of Bioremediation. Michigan: EPA.

45 BIBLIOGRAFÍA Mora, J. (1998). La Actividad Microbiana: Un indicador integral de la calidad del suelo. Lunazul (05-06). Müller, S., Núñez, J., Ramírez, L. (1998). Indicadores para el uso de la tierra. IICA/GTZ, Costa Rica. Saval, S. (1998). La Biorremediación como Alternativa para la Limpieza de Suelos y Acuíferos. México D.F.: Universidad Nacional Autónoma de México. Environmental Protection Agency -EPA-. (1997). Innovative Uses of Compost: Bioremediation and pollution prevention. Washington D.C.: EPA. Donézar Díez de Ulzurrun, M. (1995). Estudios de suelos y evaluación de tierras. In I. T. España, Contaminación y depuración de suelos. Madrid. Tabatabai, A. (1994). Soil Enzymes. En R. Weaver, J. S. Angle, & P. S. Bottomley, Methods of soil analysis, part. 2 Microbiological and Biochemical Properties (págs ). Madison, WI, USA. Weber, J. B. (1994). Properties and Behavior of Pesticides in Soil. En R. Honeycutt, & D. Schabacker, Mechanisms of pesticides movement into ground water (págs ).

46 BIBLIOGRAFÍA Kearney, P., Kellogg, S. (1985). Microbial adaptation to pesticides. Pure & Appl. Chem., Walkley, A.; Black ,A. (1934). An examination of the degtjareff method for determining soil organic matter, and a proposed modification of chromic acid titration method. Soil Sci. CAB International. INKOA SISTEMAS S.L. (S.F.). Proyecto "life" de demostración de la tecnología de biorremediación con compostaje para la recuperación y gestión urbanística sostenible de zonas contaminadas en desuso. Recuperado el Agosto de 2008, de BiOSOIL: