Calidad del Agua y Absorción de Herbicidas

Variables de la Calidad del Agua

Tres variables de la calidad del agua influyen directamente en la efectividad de los herbicidas:

1. Acidez o alcalinidad (pH)
2. Minerales disueltos y dureza
3. Sólidos suspendidos (turbidez)

Acidez o Alcalinidad

La concentración de iones H+ u OH- (pH) interactúa con los herbicidas. La hidrólisis alcalina (degradación a pH > 7) inactiva algunos herbicidas. Un pH ligeramente ácido (5.5 a 6.1) es ideal para la mayoría de los herbicidas.

Hidrólisis Alcalina

• pH > 7: Puede causar hidrólisis alcalina.
• pH alto: Reduce la eficacia de los agroquímicos.
• Solución: Usar un buffer ácido para bajar el pH.
• pH óptimo: 5.5 a 6.0 (ligeramente ácido).
• Precaución: Evitar un pH demasiado bajo (hidrólisis ácida).
• Consecuencia: Puede generar tolerancia o resistencia.
• Recomendación: Evaluar el pH del agua antes de la aplicación.

Disipación y Degradación de Herbicidas

Disipación: Reducción de la concentración inicial del herbicida en el ambiente.

Degradación: Modificación parcial o total de la molécula del herbicida.

Dinámica de Herbicidas en el Suelo

La permanencia o disipación de un herbicida y su absorción por las raíces dependen de la relación: [Herbicida adsorbido al suelo] / [Herbicida en solución del suelo].

Micela Coloidal Inorgánica

• Actúa como sustancia amortiguadora.
• Adsorbe metabolitos tóxicos y antibióticos.
• Inmoviliza cationes orgánicos.
• Protege físicamente a microorganismos (hábitat).
• Adsorbe elementos nutritivos (positivos y negativos).
• Constituye el cemento de los agregados del suelo.
• Confiere al suelo su estructura, elasticidad, plasticidad y consistencia.

Micela Coloidal Orgánica

• Almacena nutrimentos orgánicos (positivos y negativos).
• Adsorbe sustancias lipofílicas.
• Ayuda a la absorción de iones (positivos y negativos).
• Incorpora sustratos.

Procesos de Absorción del Herbicida

• Herbicida: Molécula, solubilidad (Kd), volatilidad, degradabilidad.
• Clima: Temperatura, precipitación.
• Suelo: Textura, composición, materia orgánica, estructura, microorganismos.
• Manejo: Rotación de cultivos, laboreo del suelo, aplicación de herbicidas.
• Destino Ambiental

Factores que Definen la Adsorción-Desorción de Herbicidas

Características Moleculares del Plaguicida

El tipo de carga (anión, catión, residual), la posibilidad de unión por puentes de hidrógeno o fuerzas de van der Walls, el coeficiente de adsorción (Kd), el pKa y la solubilidad influyen en la adsorción-desorción.

Coeficiente de Adsorción (Kd)

Mide la capacidad del herbicida para adherirse a micelas coloidales.

• Kd: Coeficiente de adsorción.
• Cad: Concentración del herbicida en la fase adsorbente.
• CL: Concentración del herbicida en la fase acuosa en equilibrio.

Isotermas de Adsorción

Relación entre la cantidad de sorbato adherido a una superficie y su concentración en equilibrio a temperatura constante.

pKa de la Molécula

Determina la capacidad de ionización a diferente pH. El pH del suelo influye en la forma molecular del herbicida y su interacción con las micelas coloidales.

Solubilidad en Agua

Herbicidas poco solubles tienden a ser más persistentes, mientras que los muy solubles pueden sufrir lixiviación o escorrentía.

Ejemplo: Glifosato ácido: 15700 mg/L. Glifosato sal isopropilamina: 900000 mg/L. Glifosato trimesio: 4300000 mg/L. Paraquat: 620000 mg/L. Metribuzin: 1100 mg/L.

Coeficiente de Reparto (Koc)

Cuantifica la distribución de un compuesto entre dos fases en equilibrio. El Koc (carbono orgánico-agua) determina la adsorción del herbicida a la materia orgánica del suelo. Dosis altas de herbicidas con alto Koc pueden requerir ajustes según el porcentaje de materia orgánica.

Otros Factores

• Dosis del herbicida
• Presión de vapor (volatilidad)
• Cantidad de micelas coloidales
• pH del suelo
• Temperatura del suelo
• Humedad del suelo
• Movimiento del agua en el suelo
• Microorganismos del suelo

Degradación de Herbicidas

La degradación modifica la estructura del herbicida, alterando sus propiedades. Puede ser abiótica (química) o biótica (por microorganismos).

Degradación Abiótica

• Hidrólisis: Disociación de la molécula por interacción con el agua.
• Fotodescomposición: Ruptura de enlaces por radiación UV.
• Termodegradación: Degradación por altas temperaturas.

Degradación Biótica

Principalmente por microorganismos del suelo. Vías: deshalogenación, desalquilación, descarboxilación, desaminación, óxido-reducción, hidroxilación, conjugación, destrucción del anillo estructural.

Persistencia de Herbicidas en el Suelo

Tiempo en que el herbicida permanece activo. Se mide por la vida media (T0,5), tiempo que tarda en reducir su concentración inicial a la mitad.

Herbicidas en el Agua

Entrada intencional (control de malezas acuáticas, herbigación) o no intencional (escorrentía, lixiviación, accidentes).

Entrada No Intencional

• Escorrentía: Desplazamiento horizontal por arrastre del suelo. Acumulación en aguas superficiales.
• Lixiviación: Desplazamiento vertical. Puede alcanzar aguas subterráneas.

Índice de Gustafson (Riesgo de Lixiviación)

Relación entre Koc y T0,5. GUS > 2.8: Lixiviable. 1.8 – 2.8: Intermedio. < 1.8: No lixiviable.

Degradación de Plaguicidas en el Agua

Principalmente por fotólisis e hidrólisis. La degradación microbiana es relevante en aguas superficiales.

Herbicidas e Impacto Ambiental

Técnicas para prevenir o mitigar la contaminación:

1. Prevención: Uso y manejo apropiado.
2. Incineración
3. Aireación mecánica
4. Lavado del suelo
5. Uso de carbón activado
6. Biorremediación: Uso de organismos para extraer o degradar herbicidas.

Absorción de Herbicidas por las Plantas

Estructuras de Absorción desde el Suelo

• Pre-emergencia: Semillas en germinación, brotes y raíces de plántulas.
• Post-emergencia: Raíces (pelos absorbentes).

La cutícula poco desarrollada favorece la absorción pre-emergencia. La ausencia de la Banda de Caspary en plántulas facilita la absorción.

Zonas de Mayor Absorción

• Monocotiledóneas: Coleoptilo, mesocótilo, nudo coleoptilar.
• Dicotiledóneas: Raíz secundaria, raíz primaria.

Absorción por las Raíces

• Difusión: Movimiento pasivo de zonas de alta a baja concentración.
• Flujo de masas: Arrastre de moléculas por interacción físico-eléctrica.
• Crecimiento de plántulas: Intercepción del herbicida por raíces.

Factores que Afectan la Absorción por Raíces

Factores que afectan el movimiento del agua en plantas (crecimiento, desarrollo radical, estado hídrico) y características del suelo (humedad, textura, capacidad de retención de agua).

Consideraciones Generales para Herbicidas Aplicados al Suelo

• Seguir recomendaciones de dosis y volumen.
• Preparar el suelo adecuadamente.
• Usar boquillas apropiadas.
• Aplicar con la humedad adecuada.
• Considerar textura y materia orgánica.
• Seguir normas de seguridad.

Absorción de Herbicidas Aplicados al Follaje

Estructuras de absorción:

1. Lámina foliar (cutícula, pared celular, membrana celular)
2. Tallos (epidermis en herbáceos, lenticelas en leñosos)
3. Brotes o puntos de crecimiento

Penetración de Herbicidas Foliares

• Retención foliar: Depende del solvente, volumen, concentración, área de retención y condiciones ambientales.
• Penetración cuticular
• Penetración estomática
• Penetración de membrana plasmática: Difusión, trampa iónica, procesos activos.

Cutícula

Capa protectora (0.1-10 µm) compuesta de:

• Ceras: Cadenas carbonadas largas, no polares, lipofílicas.
• Cutina: Cadenas carbonadas cortas, lipofílicas, con grupos carboxilos e hidroxilos.
• Pectina: Hidrofílica, en la interfase cutina-pared celular.

Tricomas Bicelulares

Incrementan la irregularidad foliar, pero al madurar descargan mucílagos que dificultan la penetración de herbicidas.

La carga negativa de la cutícula favorece la adhesión de compuestos catiónicos.

Factores que Afectan la Absorción Foliar

• Retención foliar
• Penetración cuticular (grosor, estado hídrico)
• Penetración estomática (cantidad, ubicación, estado hídrico)
• Penetración de membrana (tipo de molécula)

Vías de Transporte de Herbicidas

• Apoplasto: Pared celular, espacios intercelulares, xilema (vasos y traqueidas).
• Simplasto: Citoplasma, plasmodesmos, floema (tubos cribosos, células acompañantes), trampa iónica.
• Intracelular: Dentro de la célula.
• Membranas: Plasmalema, organelas.

pKa y Kow

pKa: pH donde la molécula está 50% ionizada y 50% molecular.

Kow (coeficiente octanol-agua): Relación de concentración del plaguicida en octanol y agua en equilibrio.

Herbicidas que se Mueven por Xilema

Movimiento impulsado por la evapotranspiración.

Herbicidas que se Mueven por Floema

Movimiento desde fuente a sumidero, siguiendo el flujo de fotosintatos.

Translocación de Algunos Herbicidas

• Dinitroanilinas: Limitada
• Tiocarbamatos: Apoplasto
• Triazinas: Apoplasto
• Derivados de Urea: Apoplasto
• Fenóxidos: Apoplasto y simplasto
• Sulfonilureas: Apoplasto y simplasto
• Glifosato: Simplasto

Solvente y Retención Foliar

La naturaleza lipofílica de la cutícula favorece la retención de herbicidas en solventes oleosos.

Calidad del Agua y Absorción de Herbicidas

Variables importantes:

1. Acidez o alcalinidad
2. Minerales disueltos y dureza
3. Sólidos suspendidos (turbidez)

Acidez o Alcalinidad

El pH interactúa con los herbicidas. La hidrólisis alcalina (pH > 7) los inactiva. Un pH ligeramente ácido (5.5-6.1) es ideal.

Hidrólisis Alcalina

• pH > 7: Hidrólisis alcalina.
• pH alto: Reduce la eficacia.
• Solución: Buffer ácido.
• pH óptimo: 5.5-6.0.
• Precaución: Evitar pH muy bajo.
• Consecuencia: Tolerancia o resistencia.
• Recomendación: Evaluar pH antes de aplicar.

Hidrólisis Alcalina de Algunos Herbicidas

• Diquat: Estable en pH neutro o ácido. Hidrólisis en medio alcalino.
• Paraquat: Estable en pH neutro o ligeramente ácido. Hidrólisis rápida en medio alcalino.
• Imazapyr: pH ideal = 7. Descomposición rápida en medio alcalino.
• Atrazina: pH ideal = 7. Degradación rápida con limo. Estable en pH ligeramente ácido o alcalino.
• Dicamba: pH ideal = 5. Estable en medio ácido.
• Diuron: pH ideal = 7. Estable en pH neutro. Hidrólisis en medio ácido o alcalino.

Minerales Disueltos y Dureza del Agua

Iones predominantes: Ca, Mg, Na, SO4, Cl, HCO3. Otros: K, Fe, NO3. Aguas con > 500 mg/L de sólidos disueltos se consideran salinas y pueden afectar a los herbicidas.

Dureza del Agua

Concentración de minerales, expresada como mg/L de CaCO3. 0-75: Suave. 75-150: Moderadamente dura. 150-300: Dura. >300: Muy dura.

Sólidos en Suspensión (Turbidez)

Partículas suspendidas (arcillas, materia orgánica, coloides). Arcillas y materia orgánica pueden afectar la actividad de los herbicidas debido a sus cargas eléctricas.

Etiquetas: absorción, Agua, degradación, herbicidas, micelas coloidales, plantas, suelo