BIOBEDS: Degradación de plaguicidas a bajo costo

M.Sc. William Rivera M.
Laboratorio de Control Biológico.
Centro de Investigación en Biotecnología. ITCR.
Octubre 2017*

Concepto

Las aplicaciones de plaguicidas en los sistemas de cultivo deben ser realizadas cuidando todos los detalles de seguridad para minimizar los riesgos hacia la salud de los trabajadores y la protección del ambiente. Si bien, en los esquemas productivos actuales se dispone de protocolos y medidas de protección, muchas veces se olvida la seguridad en el momento de la preparación de mezclas y el descarte de las soluciones que quedan cuando se lavan los equipos o maquinaria de aplicación.

Las aguas que quedan como sobrante luego de las aplicaciones y luego del lavado de los equipos y de los envases que contenían los agroquímicos presentan un alto grado de toxicidad, pues han estado en contacto con el mismo principio activo, aunque puedan estar a menor concentración.

Las “biobeds” son un método para tratar este tipo de aguas mediante la absorción y degradación de los compuestos químicos que estas arrastran. Esto se logra mediante el establecimiento de un lecho compuesto de diversos materiales, donde se desarrolla una comunidad de microorganismos que pueden degradar los compuestos químicos (Singh, 2015).

Tomado de: Biobed.org 

El principio de esta tecnología fue desarrollado en Suecia en la década de los 90, y poco a poco se ha ido expandiendo por el mundo entero, sobre todo por su fácil aplicación y bajo costo. Este avance se realizó mediante colaboración entre científicos y agricultores (RISE, 2017). La traducción realizada adecuada sería biocama, pero se ha popularizado más bajo el nombre de biofiltro, lecho biológico o cama biológica. Es oportuno señalar, que también algunos de estos nombres son usados rutinariamente para sistemas de depuración de aguas residuales.

La figura anterior nos muestra el concepto de biobed tal como se enseña por RISE actualmente (Research Institutes of Sweden, 2017). Anteriormente era un sistema abierto, pero ha evolucionado hacia uno cerrado y con pozo de recolección de lixiviados.

En Latinoamérica, de manera gradual, se ha ido adoptando esta idea, con algunos cambios para adaptarla a las necesidades de los agricultores de cada país y a la disponibilidad de materiales para su elaboración. Esta adopción también ha dependido del empuje de organismos estatales, centros de investigación, consorcios empresariales y agencias internacionales de cooperación.

Cómo funciona un lecho o biofiltro

Entender cómo funciona una cama biológica es sencillo. Se necesitan una serie de materiales que cumplen dos funciones generales. La primera de ellas es servir como absorbente, es decir un material que atrape las moléculas del agroquímico y las fijen en su estructura. La segunda función es la de servir como hábitat para un grupo variado de especies de microorganismos, que conforman lo que se llama una comunidad. Estos microorganismos son los encargados de realizar modificaciones químicas sobre la estructura del plaguicida, de forma tal que la toxicidad original del compuesto disminuye con el tiempo y conforme estas moléculas van fluyendo hacia abajo en la cama.

Es un proceso similar a cuando el agua de la lluvia cae sobre la tierra y en su escorrentía hacia las profundidades del suelo el agua va siendo mineralizada. En este caso los residuos con el pesticida van fluyendo sobre el la biomezcla y van atravesando, muy lentamente, la comunidad de microrganismos que se ha establecido. Estos microorganismos obtienen de las reacciones con el agroquímico su fuente de energía, lo que les permite sobrevivir en las partículas del sustrato. Luego de un tiempo, el fondo de la biocama, llega un material que ha perdido su toxicidad. Algunos otros compuestos durante su procesamiento son volatilizados y se evaporan. En parte del proceso son especialmente valiosos microorganismos degradadores de celulosa, lignina e hidrocarburos, aunque se producen muchos otros tipos importantes.

Tomada de: Bernal y Estrada, 2010. 

Una forma sencilla de ilustrar el trabajo de una comunidad de microorganismos establecida en el suelo es mediante el uso de columnas de Winogradsky modificadas (Babcsányi et al., 2017). La imagen anterior nos permite ver cilindros rellenos con distintos materiales (biomezclas) y los diferentes cambios de coloración indican la predominancia de un determinado grupo de organismos, que utiliza las condiciones ambientales y químicas en esa sección de la biomezcla para crecer. A lo largo de los cilindros se establecen diferentes poblaciones (cada color es una población), que están aprovechando los compuestos disponibles en esa sección. Un proceso similar es lo que sucede en estas camas biológicas, para que al final mediante distintas reacciones químicas, obtener la detoxificación del plaguicida.

Adaptación a agricultores Latinoamericanos

La idea sueca de los biobeds se ha implementado en América Latina con modificaciones a la idea original, producto de diferencias culturales, económicas y sociales. Sin embargo, el objetivo de la adopción y tropicalización de esta tecnología sigue siendo el mismo: la protección de la salud y el cuidado del ambiente.

En general, las modificaciones van enfocadas con el tipo de materiales con que se diseña la biomezcla, el tamaño de las camas y su diseño, además del uso o no de materiales impermeabilizantes en el fondo de la cama.

Para los pequeños productores se ha optado por el uso de contenedores plásticos de al menos 200 L de capacidad (estañón o tambo), cerrados en el fondo y donde se deposita la biomezcla que realizará la degradación. Los residuos son vertidos sobre la boca del contenedor y estos inician su flujo hacia abajo. Este tipo de diseños es muy útil en pequeñas explotaciones pue su costo es muy bajo y no se necesita tratar grandes cantidades de líquido. A este respecto se pueden ver ejemplos como los desarrollados Costa Rica (CICA, 2017).

También se pueden ver modelos de camas pequeñas, como las más utilizadas en Guatemala, país que ha sido pionero en el continente. En este caso, son camas de tamaño pequeño, que funcionan usando mezclas de pastos o paja seca como material de absorción. La cama puede usar o no arcillas en el fondo y usualmente está protegida por un techo.

Castillo y colaboradores (2008) reportaron que para ese momento ya existían estas construcciones en Guatemala, Ecuador y Perú. La misma autora reportó en el 2011 documentación de experiencias, además de los países anteriores, en México, El Salvador, Costa Rica, Colombia y Chile. Esta misma información actualizada (Castillo et al., 2013) ya incluye a Argentina, Uruguay, Bolivia y Brasil.

Usos adecuados

Debido a su éxito en el tratamiento de derrames y residuos líquidos con plaguicidas la tecnología de biobed se recomienda para reducir o eliminar la toxicidad de:

Es muy importante decir que buena parte del éxito de un sistema de filtro biológico depende de la efectividad de la mezcla o sustrato para mantener especies de microorganismos que sean capaces de degradar una determinada gama de sustancias. Es en este punto donde se centran los esfuerzos de los investigadores; encontrar los compuestos adecuados de una biomezcla para degradar un tipo específico de agroquímicos o un conjunto de los mismos. De esta forma existen biomezclas para degradar varios grupos químicos y existen mezclas desarrolladas para degradar, por ejemplo, carbofurán (Chin-Panpillo et al., 2015).

Tipos de Biobeds

Hablar de tipos de biobed puede ser algo innecesario, pues como se ha explicado, las variantes dependen de aspectos regionales, culturales, sociales, económicos y científico-tecnológicos. Además este asunto se puede enfocar solamente desde el punto de vista de diseño, tamaño, movilidad, mezcla, materiales de construcción, grupos químicos a degradar, etc.

La agrupación más apropiada suele ser clasificar los sistemas como cerrados (lined) o abiertos (unlined). Los sistemas abiertos representan un solo contenedor lleno de la mezcla para degradación, además suele estar terminado con una capa de arcilla. Los sistemas cerrados tienen dos contenedores; el primero lleno con la mezcla y luego capas de diferentes materiales que mejoran la retención y la degradación, dando paso al líquido resultante a un segundo depósito o pozo de recolección.

Actualmente están ya disponibles varios tipos o diseños. Muchos de ellos son construidos por agricultores y otros son vendidos por algunas compañías en el mundo. Para obtener información sobre estos modelos puede revisar los siguientes enlaces:

• Biofiltro
• Phytobac
• Biodep
• Información general sobre la construcción de BIODEPS
• Construcción Biodeps
• Iniciativa - Biodeps

Bibliografía

• Babcsányi, I., Meite, F., & Imfeld, G. (2017). Biogeochemical gradients and microbial communities in Winogradsky columns established with polluted wetland sediments. FEMS Microbiology Ecology, 93(8), fix089.
• Bernal, A. Estrada, D. (2010). Columna de Winogradsky. Columnas de Winogradsky. Consultado en: https://i.ytimg.com/vi/5XIbV1vw3Bg/maxresdefault.jpg.
• Castillo, M. D. P., Torstensson, L., & Stenström, J. (2008). Biobeds for Environmental Protection from Pesticide Use A Review. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 56(15), 6206-6219.
• Castillo, M. D. P., Torstensson, L., & Stenström, J. (2011). Biobeds (lechos biológicos), una contribución sueca para un medio ambiente mejor. Swedish Institute of Agricultural and Environmental Engineering (JTI). Presentación digital.
• Castillo, M. D. P., Torstensson, L., & Stenström, J. (2013). Biobeds-una contribución sueca para la minimización de la contaminación por el uso de pesticidas. Swedish Institute of Agricultural and Environmental Engineering (JTI). Presentación digital.
• Centro de Investigación en Contaminación Ambiental (CICA). (2017). Universidad de Costa Rica. Consultado en: https://cica.ucr.ac.cr/?tag=biobeds
• Chin-Pampillo, J. S., Ruiz-Hidalgo, K., Masís-Mora, M., Carazo-Rojas, E., & Rodríguez-Rodríguez, C. E. (2015). Design of an optimized biomixture for the degradation of carbofuran based on pesticide removal and toxicity reduction of the matrix. Environmental Science and Pollution Research, 22(23), 19184-19193.
• Research Institutes of Sweden. 2017. Tomado de: https://biobeds.net/es/cj-esp/
• Singh, J. S. (2015). Microbes: the chief ecological engineers in reinstating equilibrium in degraded ecosystems. Agriculture, Ecosystems & Environment, 203, 80-82.

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