Evaluación de barreras vegetales para mitigar la deriva de pulverizaciones

Lic. Copes WalterEEA Alto Valle. INTA

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL COMAHUEFacultad de IngenieríaMaestría en Intervención Ambiental. Orientación Ingeniería Ambiental

Producción frutícola en la región Norpatagónica

80% de la producción nacional de peras y manzanas.Peras: 37% del total producido en el hemisferio sur.Ingreso de divisas por exportaciones de frutas frescas es más del 50% del total de exportaciones (Río Negro)

70.000 personas vinculadas a la actividad frutícola (Río Negro y Neuquén) 35% de la población económicamente activa del Alto Valle

Fuente: SENASA 2008 FUNBAPA 2008

414.000 Tn.

212.000 Tn.

Importancia de la fruticultura regional

Producción

Tratamientos fitosanitarios

Pérdidas millones de dólares

Cierre de mercados

Producción de pepita

Considerar:

No hay un método que controle totalmente las plagas, por lo cual se sigue dependiendo del uso de plaguicidas.

Beneficios en contraposición con los riesgos que generan las aplicaciones fitosanitarias. Caltagirone (1982)

Equipo pulverizadorTratamientos fitosanitarios

Fuente: Matthews (2000)

Factores que afectan la aplicación

VAP:

Período con condiciones atmosféricas que permiten realizar aplicaciones eficaces con mínimo riesgo de contaminación ambiental.

Maff (1998), Baldoin (2001)

- precipitación menor a 2 mm,- velocidad del viento menor a 6 km/h- temperatura máxima menor a 28ºC- humedad relativa superior al 30%.

Por la noche o a primera hora de la mañana . Cichón & Fernández (1998)

Representación gráfica de cobertura de hoja según tamaño de gota

Toda pulverización genera una amplia gama de tamaños de gota que van desde los 10 a 1000 µm.

El tamaño óptimo de las gotas pulverizadas, sobre el follaje de una planta, está comprendido entre los 40-100 micrones. (MATTHEWS, 1987).

Fuente: Di Prinzio (1998)

Pérdidas en la pulverización fitosanitaria

Pérdida global:

25% del total aplicado

Endoderiva: fracción del agroquímico que se pierde en el suelo dentro del predio de tratamiento. (arrastre, coalescencia y escorrentía de las gotas)

Pérdidas de producto

Matthews (1987)

Exoderiva: gotas que por arrastre del y debido a las corrientes convectivas son transportadas fuera del predio de tratamiento. Es un fenómeno muy peligroso al aplicar agroquímicos, dependiendo tanto de la velocidad como dirección del viento.

viento

Deriva

Deriva: movimiento de partículas de una solución pulverizada fuera de la zona prevista para la aplicación o área blanco. (ENRIQUEZ, 2000.).

A nivel ambiental, el control de la deriva es el mayor desafío para los aplicadores. Gil & Sinfort (2005)

2

4

6

8

10

12

14

Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic

Km

/hEn la región de los valles norpatagónicos, los tratamientos fitosanitarios se intensifican a partir de septiembre coincidiendo con el período donde los vientos el cuadrante oeste sudoeste aumentan su frecuencia e intensidad.

Velocidad media del viento (km/h) Período 1994-2003.Fuente: Área Agrometeorología de la EEA Alto Valle INTA

Grafico tesis 2005Grafico tesis 2005

Datos medios obtenidos con limpia pipas a 2 y 6m de altura. COPES (2005)

Depósito promedio de trazador

0

5

10

15

20

25

0 10 20 30 40 50

d ist ancia ( m)

t razador ( mg)

2m

6m

48 m

Comportamiento de la deriva en frutales de pepita a 2 y 6m de altura. COPES (2005)

Modelo de Johnstone

Johnstone et al. (1974)

Vz= fuerza ascendente por convección (turbulencia)

Vx= fuerza generada por el viento

Vt= fuerza de la gravedad

Vr= dirección resultante

Movimiento de una gota en el aire

Las gotas más pequeñas estarán afectadas principalmente por las fuerzas ascendentes, mientras que las más grandes por la fuerza de la gravedad.

48 m

Viento

Exposición a la deriva

Exposición dérmica y por inhalación (intoxicación crónica) LIBIQUIMA (1993)

Población rural expuesta en el Alto Valle

Fuente de emisiónMedio Factor afectado

Pulverizadora (modelos más eficientes)

Plaguicida (propiedades fisicoquímicas)

Aire (VAP, barreras, zonas buffer)

Población (reducción de exposición)

Posibles intervenciones

Zonas buffer (área manipulada para reducir impacto)

(Puerto Rico) Departamento de Agricultura y Calidad AmbientalDistancias de 60 a 180m

Queensland (Australia) Cultivo de algodón 300m distancia a poblaciones

Finalidad Generar alternativas viables para mitigar la contaminación producida por la deriva de pulverizaciones y aportar pautas para

la planificación urbana-ambiental en las Ciudades del Alto Valle de Río Negro y Neuquén.

Objetivo Evaluar la capacidad de barreras vegetales para atenuar la deriva de las pulverizaciones fitosanitarias.

Hipótesis Las barreras vegetales, utilizadas como cortinas rompevientos, retienen parte de la deriva de las

pulverizaciones, mitigando la contaminación de áreas vecinas.

Barreras vegetalesVan Eimern et al. (1964)

Proteger el suelo

Conservar la humedad

Estructuras de materiales vivos

Proteger plantas y animales

Interceptar contaminantes aéreos y partículas de suelo

Captación de contaminantes presentes en el aire

Sedimentación por gravedad Acumulación por precipitación

Impactación por acción eólica

Retención de contaminantes del aire

Smog atmósferico (gases + material particulado)

Holloway (1970) La retención depende de la rugosidad, tamaño y grado de pilosidad de las hojas.

Granier (1992) utilizó en Paris, Platanos como bioindicadores de PCBs

Khoukhi (2005) empleó eucaliptos y pinos urbanos como bioindicadores de metales pesados en Marruecos.

Alcalá (2008) las hojas de los árboles tienen la facultad de retener los contaminantes atmosféricos, tanto gotas microscópicas como partículas en suspensión (polvo).

Barreras vegetales

Minnesota (2007) se establecieron barreras vegetales para evitar escorrentías hacia cursos de agua .

En Italia, Vischetti (2008) determinó que en viñedos donde habían alamedas (Populus alba), la deriva de las aplicaciones de clorpirifos, tenía menos alcance y generaba una disminución importante del riesgo ecotóxico en los cursos de agua .

Barreras vegetales del Alto Valle Barreras rompevientos (proteger

los cultivos del daño mecánico) (evitar la erosión del suelo)

Orientación noroeste-sureste perpendicular a los vientos predominantes.

5,5 millones de álamos en el Alto Valle y Valle Medio. CAR (2005)

Especies: - Populus nigra (criollo, chileno, Blanc de Garonne)- Híbridos Populus x canadensis (Conti 12)

Barrera permeable

Viento incidente (barlovento)Viento a sotavento

Zona turbulenta de transición

Barreras rompevientos permeable

Barrera permeable Hipótesis

Distancia de protección: 20 H

Para que un plaguicida presente en el aire sea retenido por las hojas de los árboles, el aire debe pasar entre el follaje . Tjaden & Weber (1997)

zona de reequilibrio

Fricción, energía elástica

EEA Alto Valle INTA

Lat. 39,01° SLong.. 67,73° WAlt. 242 msm

Sitio del ensayo

(a) (b) (c) (d)

Tratamientos (vista lateral)

Estaciones de muestreo :

(a): 5m por delante de la barrera

(b): 5m detrás de la barrera

(c): 25m detrás de la barrera

(d): 50m detrás de la barrera

Tratamientos (vista superior)

Como testigo se empleó el mismo esquema de distribución a los anteriores, pero sin la barrera de álamos

Barreras rompevientos de álamos

CARACTERISTICAS:

- una hilera de álamos híbridos (populus x canadensis) Clon: I 488- plantados en dirección norte-sur- distancia entre plantas 2 m- 6m de ancho - altura aproximada de 15 m. (medida con clinómetro)

Porosidad de la barrera: 45% (barrera permeable)

Equipo pulverizador

Características del tractor

Marca: John Deere 5403 Modelo: 3029TPotencia de motor a régimen nominal 48 KW (64 hp).Tipo: Diesel, 4 tiempos. Turboalimentado

Características de la pulverizadora hidroneumática

Marca: Pazima. Modelo: MP11Tanque: Plástico reforzado, fibra de vidrio. Capacidad: 2000 L.Bomba: 3 pistones. Caudal: 110 L. min-1. Sistema de transporte de aire: caudal de aire 23.034 m3.h-1 Ventilador: circular tipo axial 8 paletasBarra de pulverización: 2 arcos de acero inoxidable, cada uno con 7 boquillas cerámicas

Trazador: sustancia utilizada para marcar el curso de un proceso, imita a un plaguicida. (COOKE & HISLOP, 1993)

Pulverización

Trazador fluorimétrico: Fluoresceína 0,02 g. L-1

- cuantificación rápida y fácil- soluble en agua- permite trabajar con alta sensibilidad- fotodegradación (desventaja)

Ventajas:

- seguridad- economía- disponibilidad en mercado

Limpiapipas (150 mm x 1,3 mm) colocados en torres de captación a 2 y 6m de altura.

Captación de muestras

Limpia pipas

Ventajas: (Miller 1993)

- alta eficiencia de colección (15 micrones)- buena absorción- fácil manipulación en el campo- economía- disponibilidad en mercado- resultados obtenidos comparables con otros tipos de captadores

Modelo estadístico:

[ ] yijkl = + μ ζi+ Aj + dk + Aζ ij + dζ ik + A.djk + A.dζ ijk + εijkl

Donde:

[ ] yijkl = Variable respuesta que indica la concentración del trazador recolectado en la i-ésima barrera, en la j-ésima altura respecto a la k-ésima distancia.

= media general del modeloμ

ζi= efecto generado por la barrera (i) i= 1,2

Aj= efecto debido a la altura (j) j= 1, 2

dk=efecto debido a la distancia (k) k= 0, 1, 2, 3

.ζ Aij=efecto combinado barrera-altura (ij)

.ζ dik=efecto combinado barrera-distancia (ik)

A.d jk=efecto combinado altura-distancia (jk)

.A.dζ ijk=efecto combinado barrera-altura-distancia (ijk)

εijkl= error aleatorio distribuido de manera idéntica e independiente N(0; 2 ), correspondiente a la i-ésima barrera, en la j-σ εésima altura respecto a la k-ésima distancia. Donde: l= 1, 2….n

Se evaluaron los supuestos del Modelo mediante Shapiro Wilks y Levenne.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Datos medios obtenidos con limpia pipas a 2 y 6m de altura. COPES (2005)

Depósito promedio de trazador

0

5

10

15

20

25

0 10 20 30 40 50

d ist ancia ( m)

t razado r ( mg)

2m

6m

0

0,0005

0,001

0,0015

0,002

0,0025

0,003

0 1 2 3 4 5 (adelante) 5 (detrás) 25 (detrás) 50 (detrás)

[ ] Trazador (ppm)

Distancia (m)

Concentración promedio del trazador captado en testigo a 6 metros de altura(sin barrera)

Datos medios obtenidos en testigo a 6m de altura (sin barrera). COPES (2011)

Comparación del comportamiento de la deriva a 6m (2005/2011)

Al comparar los resultados del tratamiento sin barrera (testigo), con la investigación realizada por Copes en el 2005, podemos observar que hay similitud respecto al comportamiento de la deriva de las pulverizaciones, lo cual le otorga mayor consistencia al desarrollo del presente estudio.

20052011

Depósitos captados con limpiapipas a 2m de altura

0

0,001

0,002

0,003

0,004

0,005

0,006

0,007

0,008

0,009

0,010

a b c d

Sin barrera

Con barrera

Trazador (ppm)

Estación de muestreo

Concentración promedio del trazador captado a 2 m de altura.

Depósitos captados con limpiapipas a 6m de altura

Concentración promedio del trazador captado a 6 m de altura.

0

0,001

0,002

0,003

0,004

0,005

0,006

0,007

0,008

a b cd

Sin barrera

Con barrera

Trazador (ppm)

Estación de muestreo

Barrera de árbolespermeable

Viento incidente (barlovento) Viento a sotavento

Zona turbulenta de transición

Barreras rompevientos permeable

Mayor variabilidad delante de la barrera, puede deberse a las turbulencias del viento generadas por la barrera que serían más notables a 6m que a 2m de altura.

Tratamientos (vista superior)

94% 6%

16%

30%

84%

70%

2m

6m

Efecto Suma de cuadrados Grados de libertad Cuadrados medios F p

Intercepción 0,000465 1 0,000465 229,7975 0,000000

barrera 0,000050 1 0,000050 24,5842 0,000002

distancia 0,001014 3 0,000338 167,0046 0,000000

altura 0,000011 1 0,000011 5,4256 0,021234

barrera*distancia 0,000189 3 0,000063 31,1049 0,000000

barrera*altura 0,000001 1 0,000001 0,6674 0,415299

distancia*altura 0,000031 3 0,000010 5,0814 0,002255

barrera*distancia*altura 0,000005 3 0,000002 0,7614 0,517478

Error 0,000291 144 0,000002

Análisis de la Varianza con todas las variables

Los efectos significativos se producen principalmente a partir de las variables individuales (barrera y distancia) se priorizó trabajar los efectos de manera independiente para cada variable.

Mediante el test de Tukey, se confirmó que en todos los tratamientos y para ambas alturas, existen diferencias significativas entre los valores medios determinados en la estación de muestreo “a”, respecto a los tratamientos b, c y d

a b c d

E s t a c i ó n d e m u e s t r e o

0 , 0 0 0

0 , 0 0 2

0 , 0 0 4

0 , 0 0 6

0 , 0 0 8

0 , 0 1 0

0 , 0 1 2

Tra

za

do

r (p

pm

)

a

b b b

Comparación de las concentraciones medias de trazador, obtenidas en las estaciones de muestreo del tratamiento con barrera a 2 m de altura.

Comparación de las concentraciones medias de trazador, obtenidas en las estaciones de muestreo “a” de los tratamientos con y sin barrera en ambas alturas.

C o n b a r r e r a S i n b a r r e r a

2 m . 6 m .

A l t u r a

0 , 0 0 0

0 , 0 0 2

0 , 0 0 4

0 , 0 0 6

0 , 0 0 8

0 , 0 1 0

0 , 0 1 2

0 , 0 1 4

tra

zad

or

(pp

m)

a

b

a

b

Comparación de las concentraciones medias de trazador, obtenidas en las estaciones de muestreo “a” de ambos tratamientos.

¿ A qué se debe este fenómeno ?

Barrera de álamos

Pulverización

Viento incidente (barlovento) Viento a sotavento

deriva ascendente

La cortina rompevientos provoca que la mayor parte del flujo de aire se eleve para superar este obstáculo. Cleugh (1998)

Estos fenómenos pueden deberse al efecto (turbulencia y vientos ascendentes) que genera la barrera vegetal sobre el viento

Por lo tanto podríamos pensar que del conjunto de gotas que componen la deriva, al llegar a la barrera rompevientos:

-Las más pequeñas serán elevadas por el viento ascendente y podrían superar la barrera.

-Las de mayor tamaño serán atraídas hacia el suelo por efecto de la gravedad.

De esta manera, parte de la deriva no superaría la barrera rompevientos y caería dentro del predio donde se realiza la pulverización, con lo cual podrían ser parte de la denominada endoderiva.

Va

Vx

Vf

Va= fuerza ascendente por convección (turbulencia)

Vx= fuerza generada por el viento

Vf= fuerza de la gravedad

Modelo de Johnstone

Comparación de las concentraciones medias de trazador, obtenidas en las estaciones de muestreo “b, c, d” de los tratamientos con y sin barrera en ambas alturas.

Comparación de concentraciones promedio de trazador, obtenidas en las estaciones (b, c, d) ubicadas detrás de la barrera

C o n b a r r e r a

S i n b a r r e r a

a l t u r a : 2 m

b c d0 , 0 0 0 0

0 , 0 0 0 1

0 , 0 0 0 2

0 , 0 0 0 3

0 , 0 0 0 4

0 , 0 0 0 5

0 , 0 0 0 6

0 , 0 0 0 7

0 , 0 0 0 8

traza

do

r (pp

m)

a l t u r a : 6 m

b c d5m 25m 50m 5m 25m 50m

La prueba F indicó que existen efectos altamente significativos de la barrera y distancia, con un nivel de significación del 5%, entre las concentraciones captadas en las estaciones de muestreo ubicadas detrás de la barrera

Barrera de álamosPulverización

Viento incidente (barlovento)

Viento a sotavento

deriva a sotavento

deriva

Retención de gotas

5m 25m 50m

En una barrera permeable, parte del viento incidente ascenderá para sortear el obstáculo por arriba y otra pasará a través de la misma, posibilitando que los contaminantes entren en contacto con la superficie foliar, e impacten en las hojas. Guyot (1989)

Concentración de deriva

Disminución significativa de la

deriva

(endoderiva)

Derivaaerotransportada

Retención de gotas

(filtrado)

Modelo de Johnstone

¿Por qué recomendar álamos en el Alto Valle?

- Son conocidos por los productores (manejo)

- Especies adaptadas (hay 5,5 millones plantados)

- No generaría una gran carga al productor (factor sociocultural)

- Disponibilidad

- Las plagas son conocidas (no generaría un desequilibrio ecológico)

- Se dispondría para madera, ya hay una logística en aserraderos.

Muchas graciasMuchas gracias