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Degradación de plaguicidas durante el proceso de compostaje de residuos
agrarios.
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Alcoverro T , Díaz R , Doble A , López-Cepero J .
1.- Instituto Canario de Investigaciones Agrarias. Finca Isamar. Valle Guerra. Apdo 60. 38200 La Laguna.
Santa Cruz de Tenerife.
2.- Laboratorio de Residuos de Fitosanitarios de Canarias. Instituto Tecnológico de Canarias. C/ Los
Cactus, nº 68, Polígono Industrial de Arinaga. 35118. Agüimes. Las Palmas de Gran Canaria.
3.- Escuela Técnica Superior de Ingeniería Agraria. Universidad de La Laguna. Ctra de Geneto, 2. 38271
La Laguna. Santa Cruz de Tenerife.
4.- COPLACA Organización de Productores de Plátanos. Avda Anaga, 11 – 04. 38001. Santa Cruz de
Tenerife. [email protected].
(Trabajo presentado en las XVIII Jornadas Técnicas SEAE “Manejo agroecológico del suelo”.
Granada, 22- 24 de septiembre de 2011.)
Resumen
El compostaje es uno de los procesos clave en producción ecológica, al transformar los
residuos agroindustriales y ganaderos en productos con valor fertilizante y capacidad para
mejorar las propiedades del suelo. Está demostrado que si el proceso se lleva a cabo
correctamente, las temperaturas que se alcanzan son capaces de sanear el compost
eliminando los patógenos que pudieran contener los materiales de partida. Sin embargo, la
presencia de residuos de fitosanitarios procedentes de tratamientos efectuados al material
vegetal utilizado no había sido estudiada para las condiciones de Canarias, donde se realiza el
compost con restos de empaquetado de plátano y restos de cultivo de tomate. Estos materiales,
por otra parte, pueden constituir un problema ambiental en determinadas situaciones de
acumulación. Con el fin de comprobar si el compostaje degradaba los fitosanitarios aplicados,
se llevó a cabo un ensayo consistente en la elaboración de dos pilas de compost a partir de
estiércol de vaca, restos de poda y los restos vegetales indicados, tratados inmediatamente
antes de la construcción de las pilas con tres productos fitosanitarios (clorpirifos, mancozeb y
penconazol) a las dosis medias indicadas en la etiqueta. Se realizó un seguimiento de la
temperatura de las pilas, a las que se aplicaron tres volteos en tres meses, muestreando
periódicamente el material para monitorizar los niveles de cada materia activa. Se comprueba
que el compostaje disminuye la concentración de los fitosanitarios, aunque sin llegar a
disiparlos totalmente, y no se detectan residuos en el cultivo realizado posteriormente sobre
sustrato con 25 % de este compost.
Palabras clave: fitosanitarios, plátano, tomate, compost.
Introducción
La elaboración de compost supone un sistema ideal para procesar residuos vegetales,
ganaderos y agroindustriales, y es indudable la mejora que supone en las propiedades físicas,
químicas y biológicas del suelo. Sin embargo, la posibilidad de que los materiales utilizados
incorporen residuos de los tratamientos fitosanitarios que pudieran haber recibido, es un
aspecto que puede deteriorar potencialmente la calidad del producto final o incluso podría
afectar al suelo, el cultivo en el que se aplique o la salud de agricultores o consumidores.
Existen referencias sobre este tema, desde la amplia revisión de revisión de Büyüksönmez et al.
(2000) hasta estudios más concretos como los de Garrido et al. (2005) o Ghaly et al. (2007)
sobre la degradación de metil pirimifos, malation, clorpifos-metil, lindano y endosulfan en
compostaje en reactores cerrados, así como ensayos multirresiduos en plantas a gran escala
(Kupper et al. 2008). Hasta la fecha, sin embargo, no se ha realizado ningún ensayo en las
condiciones del compost de baja dedicación (CBD), entendiendo como tal aquel en el que se
reduce al mínimo la intervención, la necesidad de mecanización y el manejo sobre la pila, y que
se basa en un correcto diseño de las proporciones de los materiales de partida en base a sus
características morfológicas, físicas y químicas, utilizando la temperatura como indicador para
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el monitoreo del proceso y reduciendo el trabajo a un volteo mensual (León 2010). Este
sistema lleva ya tiempo experimentándose en Canarias, tanto por el Dpto de Producción
Vegetal del ICIA, como por diferentes empresas agrarias, especialmente cooperativas de
plátanos (Alcoverro et al. 2009) y es una de las líneas de actuación del proyecto Interreg
“Biomusa” (Transferencia de I+D+i para el desarrollo sostenible del cultivo del plátano en las
RUPs MAC). Además, la correcta gestión de los residuos de empaquetado de plátanos supone
uno de los pilares en los que se basa la minimización de la huella de carbono del Plátano de
Canarias, objetivo de responsabilidad ambiental en el que este sector está trabajando como
ventaja competitiva y estrategia diferenciadora (Piedra Buena 2009).
Por eso se consideró de interés plantear un ensayo en el que se evaluase la dinámica de
degradación de plaguicidas que fueran de empleo común en los posibles materiales de partida
en Canarias en una pila de compost CBD. La selección de estos materiales se realizó tomando
como criterio los que constituyen un problema ambiental más grave y que son de más fácil
acceso para el agricultor. Se valoró inicialmente la posibilidad de realizar varias pilas, usando
otros residuos habituales en Canarias como madera de poda de viña, restos del proceso de
elaboración del vino, residuos de empaquetados de tomate y plátano, gallinaza, restos de
industria de envasado de hortalizas, etc… Sin embargo, por simplificación del ensayo y por
disponibilidad estacional de los materiales se decidió realizar dos pilas, una con residuos de
empaquetado de plátano (disponibles de manera contínua y en distintos puntos de las islas, ya
que en Canarias hay 9.109 ha de platanera y 94 empaquetados, en los que se procesan unas
440.000 t anuales que suponen cerca de 40.000 t de destrío al año) y otra con restos de cultivo
de tomate (con una superficie de 1.416 ha en Canarias en 2009; Gobierno de Canarias, 2011)
En cuanto a los fitosanitarios a ensayar, se decidió usar un insecticida, clorpirifos, por su uso
habitual en los cultivos de tomate y platanera (a pesar de que cada año desciende su empleo
gracias al uso creciente de aceites de parafina, jabones potásicos y fosfóricos, y control
biológico), y dos fungicidas, penconazol y mancozeb, por su empleo tanto en tomate como en
viña. Esta también supone un cultivo importante en Canarias (8.786 ha en 2009; Gobierno de
Canarias, 2011) y es una fuente interesante potencialmente de material para compostar, tanto
en el caso de sus restos de poda como en el de los residuos de la bodega.
Materiales y métodos
a. Elaboración de pilas de compost y análisis del producto.
Para una de las pilas se usó como material complementario una mezcla de restos de plantas
de tomate (ramas, tallos y frutos), procedentes de una finca de cultivo tradicional al final de su
ciclo productivo. Para la otra pila se utilizaron residuos procedentes de un empaquetado de
plátanos convencional, compuestos por raquis de racimo y frutos deformes, rozados y con
defectos que impiden su comercialización
En ambas pilas se emplearon como materiales comunes estiércol de vaca de un establo con
lecho procedente de la limpieza del monte típico del pinar de Tenerife (ramas de brezo, tejo,
escobones, hojas y ramas de pino) y restos leñosos de poda de jardines urbanos.
Antes de su incorporación a cada pila, se extendieron por separado sobre el suelo 0,5 m3 de
restos de tomate y de plátano, procediendo a su tratamiento mediante una mochila de presión
manual con cada uno de los productos fitosanitarios indicados en la Tabla 1. Se aplicaron cinco
litros de caldo de cada producto sobre cada montón. El pH del agua empleada para el
tratamiento era de 7,5.
Para reducir su tamaño y facilitar la elaboración de la pila, los restos de empaquetado de
platano fueron machacados, aplastándolos con las ruedas de un tractor. Esta operación no fue
necesaria en los restos de cultivo de tomate.
Se procedió a continuación a la realización de las pilas de compost. Para ello, se marcaron en
el suelo con carbonato cálcico dos rectángulos de 2,00 x 1,50 m sobre los que se fueron
apilando los materiales, controlando los volúmenes mediante recipientes de 50 l. En ambas
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pilas se comenzó con una capa de restos de poda (0,3 m ) seguida de otra de estiércol con
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cama (0,15 m ), siendo la tercera en un caso de restos de tomate y en el otro de residuos de
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empaquetado de plátanos, ambas de 0,15 m3, para respetar una proporción de volumen de
2:1:1 en restos de poda, estiércol y material tratado. Se repitió esta secuencia hasta completar
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las dos pilas con un volumen cada una de unos 3,5 m . Es importante destacar que cada capa
colocada se mojaba con una manguera hasta su saturación, salvo en el caso de los restos de
plátano que por su alto contenido en agua no hacían necesario este proceso.
Finalizado el proceso, se tomaron muestras de ambas pilas a lo largo de una vertical en el
centro de cada una, tras lo cual se taparon con cobertor geotextil especial para compostaje
para facilitar la aireación pero evitando que la lluvia y el viento incidiesan directamente sobre
las pilas. Se inició en ese momento el registro de temperaturas con un termómetro digital
French Cooking con rango de -50 a 200ºC, labor que se realizó cada dos o tres días tomando
el dato en tres puntos de la pila, para controlar el correcto desarrollo del proceso. La curva
resultante (Figura 1), indicaría el momento en el que procedía el volteo de las pilas por el
descenso paulatino de la temperatura. Los volteos tuvieron lugar a los 37, 65 y 100 días de la
construcción de la pila, siendo este último volteo simplemente para mezclar el material, ya que
la temperatura prácticamente se mantuvo estable después del segundo. Además de las
muestras de los materiales iniciales antes y después del tratamiento fitosanitario y de las pilas
recién montadas, se tomaron cuatro muestras más de ambas pilas en los días 8, 37 (primer
volteo), 44 y 65 (segundo volteo) para analizar la evolución del nivel de residuos.
Los análisis multirresiduo, extracción, purificación y posterior cuantificación de los plaguicidas
mediante cromatografía de gases e identificación por espectrometría de masas (GCMS) se
realizaron en el Laboratorio de Residuos del Departamento de Análisis Ambiental del Instituto
Tecnológico de Canarias.
b. Cultivo de lechuga para evaluar la transferencia de plaguicidas y para la validación
agronómica del compost
Una vez finalizado el proceso (compost de tres meses) se llevó a cabo un ensayo para evaluar
la posible transferencia al cultivo de los residuos remanentes en cada compost. Se eligió la
lechuga (var. Palmera) por ser un cultivo rápido y que por su alto contenido en agua era
susceptible de absorber las sustancias que se encontrasen en el compost. Para ello se
prepararon dos mezclas compuestas por 75 % de tierra vegetal y 25 % del compost de restos
de tomate en un caso y de residuos de empaquetado de plátanos en el otro, además de un
testigo con sólo tierra vegetal. Con cada una de estas mezclas se llenaron 20 macetas de 3
litros en las que se plantó una planta de lechuga procedente de vivero comercial y se ubicaron
en un invernadero de policarbonato de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería Agraria de la
Universidad de La Laguna.
Al cabo de 40 días se procedió a su cosecha, dedicando una parte a la obtención del peso
seco mediante secado en estufa a 80 ºC hasta peso constante, mientras que otra parte se
remitió al laboratorio de análisis antes mencionado para la determinación de residuos de
plaguicidas.
Resultados y discusión
a. Residuos en el compost
Al realizar los análisis de residuos de los materiales de partida se detectó la presencia de
algunas materias activas que aparecían en los restos de poda, como oxifluorfen, bifentrin,
cipermetrina o triadimenol (fungicida de la familia de los triazoles). Si bien los tres primeros no
aparecen en el análisis correspondiente a la muestra de la pila recién formada, por lo que no se
estudió su degradación, el caso del triadimenol es diferente ya que se siguió detectando
durante todo el desarrollo del ensayo, por lo cual se incorporó al experimento como una
materia activa más a pesar de no haberlo aplicado.
Por su parte, el mancozeb mostró un comportamiento peculiar. En la pila de compost de
plátano se degradó de manera práticamente inmediata. Partiendo de una concentración en los
restos recién tratados de 1,55 mg kg-1, la concentración al construir la pila se redujo a 0,05 mg
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kg descendiendo a 0,01 mg kg a los 8 días, y desapareciendo en las siguientes muestras.
Sin embargo, en la pila de tomate, los restos antes de tratar presentaban ya un contenido en
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ditiocarbamatos (mancozeb) de 6,54 mg kg-1; recién tratados y antes de construir la pila tenían
30 mg kg-1, mientras que inmediatamente tras la construcción de la pila presentan 0,32 mg kg-1,
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valor que se mantiene hasta los 37 días para caer bruscamente hasta los 0,03 mg kg a partir
de los 44 días. En el análisis de laboratorio en este caso han aparecido muchos compuestos
azufrados que presentan una interferencia con los enlaces covalentes carbono-azufre y que se
degradan en el método de preparación de la muestra a CS2 y por eso no se incluyen en la Fig 2.
Con esta salvedad, los datos correspondientas a los análisis de residuos para cada plaguicida
en cada una de las dos pilas se muestran en la Fig.2. En cada una de las curvas se incluye el
ajuste a una cinética de desaparición de primer orden exponencial decreciente
y = y0 . exp (kt)
donde
“y” es la concentración del residuo al tiempo “t” después de la aplicación
“y0“ es la concentración inicial después de la aplicación
“k” es la constante de disipación
A partir del dato de k ajustado en cada curva, se puede calcular un tiempo esperado para que
la concentración de la materia activa baje hasta el 50% según esta cinética.
DT 50 = ln (2) / k
Estos datos se presentan en la Tabla 2 comparándolos con referencias bibliográficas. Se
puede comprobar que para todos los casos el tiempo necesario para la degradación al 50% es
mucho más corto en las condiciones del ensayo que los tiempos citados por la bibliografía.
El clorpirifos presenta una degradación más rápida que la referida por PPDB (2011), aunque
similar en el caso de las dos pilas. Este dato es interesante porque como se comentó
anteriormente el clorpirifos es, dentro de los insecticidas de síntesis, el más utilizado en el
cultivo del plátano de Canarias. Estos resultados indican que el compostaje de los restos de
empaquetado puede ser una garantía para hacer desaparecer los posibles residuos de este
plaguicida de una manera más eficiente y segura que otros procedimientos alternativos como la
simple desecación pasiva previa a la alimentación del ganado o el traslado a vertedero.
Para el penconazol, la tasa de degradación también fue mucho mayor en este ensayo,
especialmente en la pila de compost de plátano. Según Monaci et al. (2011), a mayor tasa de
actividad biológica del suelo (mayor actividad hidrolítica), mayor degradación de penconazol en
el mismo. Esto sugiere que la mayor velocidad de disipación observada en la pila de compost
de plátano respecto a la pila de compost de tomate podría estar relacionada con una mayor
actividad biológica en la primera, concretamente una mayor capacidad o actividad hidrolítica,
posiblemente derivada del mayor contenido en azúcares debido a la presencia de frutos, que
son ricos en almidón.
En el caso del triadimenol, las concentraciones de inicio en las pilas de compostaje eran bajas,
ya que responden a concentraciones residuales de este fungicida procedente de los
tratamientos que se hubieran efectuados a las plantas de las que se tomaron los restos de
poda. Por este motivo, el proceso de disipación/degradación está posiblemente ya en su parte
final y lenta, de manera que el ajuste a cinética de primer orden aporta estimaciones de mayor
tiempo de disipación, superior en el caso del compost de plátano que en el caso del tomate,
aunque en los dos casos presentan tiempos inferiores a los de la bibliografía. De todas formas,
estos datos son más orientativos y cualitativos que cuantitativos, porque habría que determinar
el comportamiento de esta materia activa si se hubiera aplicado en el tratamiento igual que las
restantes. No obstante, es evidente que los triazoles son más resistentes a la degradación.
Estos resultados sugieren la necesidad de estudiar el efecto sobre estos residuos de
plaguicidas tras un proceso de compostaje más prolongado, especialmente para garantizar la
desaparición total de las materias activas si el compost va a ser usado para elaborar “té de
compost”, donde es deseable la ausencia total de residuos de plaguicidas. Asimismo, sería de
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interés estudiar la cinética de degradación de los plaguicidas en otros sistemas de compostaje
que incorporen una mayor aireación o número de volteos.
b. Evaluación de transferencia en lechuga y validación agronómica del compost
Las dos muestras entregadas al laboratorio consistente cada una en 1 kg de hojas de lechuga
cultivada sobre la mezcla de tierra con cada uno de los compost al 25% resultaron libres de
residuos, sin que ninguna de las materias activas estudiadas superase el límite de detección.
En base a estos resultados se concluye que a los niveles presentes en ambos composts de 65
días ambos son seguros en cuanto a transferencia de materias activas al cultivo.
Por lo que se refiere al peso fresco y seco de las lechugas, los datos se presentan en la Fig. 3,
donde se observa que los compost elaborados tienen un efecto significativo sobre el
crecimiento (peso fresco y peso seco) de las plantas de lechuga cultivadas. Por otra parte no
se observaron síntomas que sugieran fitotoxicidades u otro tipo de problemas para su empleo
en cultivo, de manera que se validaría su uso agronómico.
Conclusiones
1. El compostaje de baja dedicación (CBD) con una duración de dos meses utilizando
restos de empaquetado de plátano y restos de cultivo de tomate acelera la degradación
de las materias activas clorpirifos, mancozeb, penconazol y triadimenol.
2. Al finalizar el proceso de compostaje, las materias activas son prácticamente
indetectables en la muestra, especialmente en el caso del compost de restos de
empaquetado de plátanos.
3. El compost obtenido es válido para su uso en la producción de hortalizas (lechugas),
sin que se detecte transferencia al cultivo de las materias activas remanentes.
4. Se proponen nuevos estudios para evaluar la posible disipación total al aumentar el
período de compostaje o el método utilizado, así como la posible transferencia de las
materias activas a la extracción acuosa del compost (té de compost) o la valoración del
posible residuo contenido en el agua de lixiviación.
Agradecimientos
A Goretti Delgado Acosta (Platacan OPP), Jonay González (Coplaca OPP) y Juan Pedro
González Luis (Coop Nuestra Sra de Abona) por el suministro del material para el compostaje y
productos fitosanitarios. Al personal de la Finca La Planta (ICIA) por el apoyo en la elaboración
y seguimiento de las pilas.. A Miguel Santos Benítez Gil y Fernando Delgado (ETSIA – ULL)
por su apoyo en el proceso de acondicionamiento, cultivo y secado de las lechugas. Al
personal del Laboratorio de Residuos del Instituto Técnológico de Canarias por su colaboración
en la realización de los análisis multirresiduos.
Referencias
Alcoverro T, Camacho J, López-Cepero J. 2009. Experiencia de compostaje de baja dedicación
(CBD) con restos de empaquetado de plátanos. Actas del Simposio de Compostaje: La Salud
de la tierra. Utilización en la Agricultura Ecológica. Lugo, 29 y 30 de octubre 2009. Ed SEAE.
Büyüksönmez F, Rynk R, Hess TF, Bechinski E. 2000. Occurrence, degradation and fate of
pesticides during composting. Part II: Occurrence and fate of pesticides in compost and
composting systems. Compost Science & Utilization 8, (1), 61-81.
Garrido A, González MJ, Martínez JL, Arrebola FJ, Hernández ME. 2005. A study of the
disappearance of pesticides during composting using a gas chromatography-tandem mass
spectrometry technique. Pest Management Science 61, 458–466.
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Ghaly AE, Alkoaik F, Snow A. 2007. Degradation of pirimiphos-methyl during thermophilic
composting of greenhouse tomato plant residues. Canadian Biosystems Engineering 49, 6.1-6.11.
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[Consulta: 19 de agosto de 2011].
Kupper T, Bucheli TD, Brändli RC, Ortelli D, Edder P. 2008. Dissipation of pesticides during
composting and anaerobic digestion of source-separated organic waste at full-scale plants.
Bioresource Technology 99, 7988–7994.
León I. 2010. Compostaje de baja dedicación (CBD): caracterización y optimización del
proceso. Trabajo Final de Carrera (inéd). Escuela Técnica Superior de Ingeniería Agraria.
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Monaci E, Coppola L, Casucci C, Vischetti C. 2011. Losses and dissipation of penconazole in
vineyard soil as affected by mid-row management system. Journal of Environmental Science
and Health 46 (6), 461-468.
Piedra Buena A. 2009. Plátano de Canarias y cambio climático. Campo Canario 79, 9-10.
PPDB: Pesticide Properties DataBase [en línea]. Universidad de Hertfordshire. Dirección URL:
<http://sitem.herts.ac.uk/aeru/footprint/en/index.htm>. [Consulta: 19 de agosto de 2011].
Tablas
Tabla 1. Productos fitosanitarios utilizados para tratar los restos de tomate y residuos de
empaquetado de plátanos antes de incorporarlos a las pilas de compostaje.
Producto
Materia activa y riqueza
Familia quimica
Dosis
Dursban 48
Clorpirifos 48%
Organofosforados
2 cm3 l-1
Topas
Penconazol 10%
Triazoles
0,4 cm3 l-1
Zatest
Mancozeb 80%
Ditiocarbamatos
2,5 g l-1
Tabla 2. Comparación del tiempo (días) necesario para que la concentración del plaguicida
descienda al 50% de la inicial en distintas condiciones.
DT50 (típico)
DT50 (lab a
20ºC)
DT50 pila
plátanos
DT50 pila
tomates
Clorpirifos
50
76
8,35
9
Mancozeb
0,1
0,1
-
-
Penconazol
197
117
6,86
17,32
Triadimenol
250
136.7
33
21
PPDB (2011)
PPDB (2011)
Datos del ensayo
Datos del ensayo
Referencias
Jornada Técnica:: Fertilidad y Calidad del Suelo. Experiencias de fertilización orgánica en platanera.
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Figuras
Figura 1. Temperaturas de cada una de las pilas a lo largo del proceso de compostaje.
Figura 2. Curvas de disipación de cada uno de los plaguicidas en cada pila de compost.
Jornada Técnica:: Fertilidad y Calidad del Suelo. Experiencias de fertilización orgánica en platanera.
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Figura 3. Peso fresco y seco de las lechugas cultivadas sobre cada tipo de compost y sobre el
testigo de tierra.
Jornada Técnica:: Fertilidad y Calidad del Suelo. Experiencias de fertilización orgánica en platanera.
Instituto Canario de Investigaciones Agrarias. ICIA.21 de Octubre de 2011.Proyecto BIOMUSA 8