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
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)
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
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)
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
(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.
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.
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.