Evaluación de la aplicación de estiércol animal en relación a la presencia, disponibilidad y biodisponibilidad de estrona (E1), 17β-estradiol (E2) y 17α-etinilestradiol (EE2) en suelos degradados

Abstract

Con el objeto de buscar alternativas de producción más amigables con el medio ambiente, y evitar el deterioro de los ecosistemas, la producción silvoagropecuaria ha generado opciones sustentables y ecológicas como la agricultura orgánica, la cual conserva o aumenta la materia orgánica del suelo reciclando los residuos de cosecha, poda, estiércol y guano de animales, a través de distintos sistemas de incorporación al suelo. Según la Ley 20.089, el estiércol corresponde a fecas, orinas y productos de cama de animales, que no han sido compostado. El guano y la orina de los animales contienen cantidades importantes de nitrógeno, fósforo, potasio y otros elementos necesarios para el crecimiento de las plantas. La combinación de estiércol, paja de cereales y restos hortícolas es una mezcla de alta calidad como abono para el suelo. La composición de los guanos es muy variable y generalmente depende de la dieta que se le suministra al animal. La legislación chilena señala que la carga ganadera establecida se debe fijar considerando que no se debe sobrepasar el límite de 170 kg de nitrógeno·ha-1·año-1. Por otro lado, la ganadería intensiva crea problemas de depósito de estiércol y contaminación de agua. En este tipo de ganadería de producción intensiva el uso de fármacos u otros insumos es una práctica habitual que tiene como objetivos, aumentar la eficiencia en la engorda de los animales y la producción de leche. Uno de los problemas que puede provocar este hecho, es el aumento de la concentración de algunos contaminantes emergentes como lo son las hormonas estrogénicas naturales y sintéticas, por ejemplo, la estrona (E1), el 17β-estradiol (E2) y el 17α-etinilestradiol (EE2), que están consideradas disruptores endocrinos, y aunque se encuentren en muy bajas concentraciones, pueden provocar serios daños en animales y en seres humanos. Por esto, el objetivo de este trabajo fue evaluar la biodisponibilidad de dos hormonas naturales (E1 y E2) y una hormona sintética (EE2) en suelos restaurados con estiércol, empleando plantas de trigo como indicadores y compararlas con una extracción mediante hidroxipropil-β-ciclodextrina (HPCD). Para esto se evaluó la concentración de los tres analitos (E1, E2 y EE2) en estiércol de vacuno, cerdo y caballo, realizando una extracción asistida con ultrasonido, seguido de una etapa de clean up, derivatización y cuantificación en un cromatógrafo de gases acoplado a espectrometría de masas. También se realizó una caracterización física y química de los tres tipos de suelos y los distintos estiércoles, se determinó la fracción biodisponible en plantas de trigo cultivadas en suelos enmendados con estiércol y se estimó la concentración biodisponible mediante la extracción de las hormonas con ciclodextrina, para así validar este método como biosimulador a través de la comparación con los resultados obtenidos en el bioensayo con plantas de trigo. Finalmente, se realizó un estudio de degradación de las tres hormonas estrogénicas, aplicadas directamente a los suelos o agregadas a través del estiércol enriquecido con éstas, en dos periodos de tiempo, el primero durante treinta días y el segundo en siete días. Las hormonas naturales E1 y E2 se encontraron en los tres estiércoles, mientras que solo en el estiércol de cerdo se encontró la hormona sintética EE2. Los tres analitos se encontraron biodisponibles en las raíces de las plantas de trigo, siendo la EE2 en el suelo Codigua la que presentó mayor biodisponibilidad, el bioensayo con ciclodextrina correlacionó con la fracción biodisponible en las plantas de trigo, por lo tanto, el método biosimulador serviría como sistema predictivo en los tres suelos utilizados. Finalmente, el tiempo de degradación de las hormonas fue en general rápido, las tres hormonas se degradaron en su mayoría dentro de los dos primeros días, siendo la EE2 la más estable y la E2 la menos estable, ya que posiblemente ocurriría su degradación por oxidación a E1, por lo tanto, la concentración de E1 en las primeras horas tendería a aumentar

Intending to find environmentally production alternatives and avoid ecosystem damage, is that agro forestry production has generated sustainable and ecological alternatives as organic agriculture, which preserves or increases organic material from the ground by recycling harvest, pruning, manure and animal guano remains, all these through different ground incorporation systems. According to law no. 20.089, manure is composed by non composted feces, urine and animal bed products. Guano and urine from animals contains a significant amount of nitrogen, phosphor, potassium and some other elements needed for plants growth. The mixture made of manure, cereal straw and horticultural remains is a high quality fertilizer for the soil. Different guano compositions is very variable y generally depends on the animal diet. Current legislation points that established livestock load must be determinated considering not exceeding 170 kilograms limit of nitrogen·ha-1·year-1. On the other hand, intensive animal breeding creates manure deposit and water pollution problems. In this type of intensive animal breeding production, it is usual practice the use of drugs and other supplies that look for increase efficiency on animal fattening and milk production. One of the problems that this fact could cause is the increase on some emerging pollutants concentration as natural and synthetic estrogen hormones, like estrone (E1), 17β-estradiol (E2) y 17β-ethinylestradiol (EE2), which are considered as endocrine disruptors, that although are found on low concentration, can cause serious damage both in animals and in humans. Therefore, the main objective of this work was to evaluate the effect of the application of manure on soils and determine the bioavailable fraction of two natural hormones (E1 and E2) and a synthetic hormone (EE2) in wheat plants grown in the soils restored with manure, comparing the results with a bioassay using hydroxypropyl-β-cyclodextrin (HPCD) as an extractant. For this, the concentration of the three analytes (E1, E2 and EE2) in cow, pig and horse manure was evaluated, performing an assisted extraction with ultrasound, then a clean up, derivatization and measuring were made by in a coupled gas chromatograph to mass spectroscopy. A physical and chemical characterization of the three types of soils and the different manure was also carried out, the bioavailable fraction in wheat plants cultivated in soils amended with manure was determined and the bioavailable concentration was estimated by extracting the hormones with cyclodextrin, to validate this method as a biosimulator through the comparison with the results obtained in the bioassay with wheat plants. Finally, a study of degradation of the three estrogenic hormones, applied directly in the soil or added through the manure enriched with these, in two periods of time, the first during a month and the second for seven days. The natural hormones E1 and E2 were found in the three manures, and only synthetic mannitol EE2 was found in pig manure. The three analytes were found bioavailable in the roots of wheat plants with EE2 in Codigua soil having the highest bioavailability, the bioassay with cyclodextrin correlated with the bioavailable fraction in wheat plants, validating the biosimulator method as a predictive method, and finally, the time of degradation of hormones is generally fast, the three hormones are degraded mostly within the first two days, EE2 being the most stable and E2 the least stable, may because of this is degraded by oxidation to E1, therefore the concentration of E1 in the first hours tends to increase