| dc.description.abstract | Los antimicrobianos son administrados al ganado para tratamiento y/o
prevención de enfermedades, siendo excretados en alrededor del 90%, con su
función terapéutica y estructura original, lo que provoca su llegada inminente
al suelo. Los antimicrobianos con más ventas netas en Chile reportados por el
Servicio Agrícola Ganadero (SAG), son las fluoroquinolonas y las
sulfonamidas, con alta a mediana persistencia en suelos, respectivamente.
Los suelos de origen volcánico ubicados en el Sur de Chile, que representan
menos del 1%, es donde se desarrollan alrededor del 60% de las labores
agrícolas, incluidas la industria avícola y porcina, generadores de desechos
con presencia de antimicrobianos de uso veterinario.
Con los antecedentes expuestos, el propósito del trabajo de tesis es modelar
y describir los fenómenos de transporte de antimicrobianos en suelos
volcánicos, con una etapa experimental que considera fenómenos de
adsorción, desorción y curvas de ruptura del antimicrobiano. El estudio de
transporte considera dos antimicrobianos: Sulfametoxazol (SMX) y
Ciprofloxacino (CIP) en suelos de las series Collipulli (CLL), Frutillar (FRU),
Nueva Braunau (NBR) y Osorno (OSR).
Un método electroanalítico para determinar SMX y CIP en disolución fue
desarrollado, utilizado en estudios cinéticos e isotermas de adsorción (Batch)
para los antimicrobianos en los suelos. El estudio cinético electroquímico
evidenció que ambos procesos oxidativos son irreversibles y controlados por
difusión.
La cinética de adsorción de SMX en el suelo CLL mostró un comportamiento
de pseudo primer orden (PPO), indicando que el antimicrobiano interacciona
con sitios de adsorción instantáneos tipo-1 vinculados a la fracción inorgánica
del suelo; mientras que en los suelos FRU, NBR y OSR el ajuste al modelo de
pseudo segundo orden (PSO) indica que el fármaco se adsorbe sobre sitios
dependientes del tiempo tipo-2, relacionados con la fracción orgánica de suelo. Las isotermas de CLL y OSR, se ajustan a Freundlich, indicando que la
adsorción es por multicapa, con mayor coeficiente de adsorción para OSR
(3,28x10-3 L
n μmol1-n g
-1
), comparado con CLL (1,91x10-4 L
n μmol1-n g
-1
). Para
FRU y NBR, Langmuir describe la adsorción, con formación de monocapa y
una mayor constante de adsorción para NBR (6,56x10-3 L μmol-1
) comparada
con FRU (3,35x10-3 L μmol-1
).
La cinética de adsorción de CIP en suelos CLL, FRU y NBR obedece al modelo
de PSO, donde la presencia de CIP zwiteriónico permite explicar la interacción
con sitios de adsorción dependientes del tiempo. Para el suelo OSR el mejor
ajuste fue con PPO relacionado a sitios de adsorción instantáneos. Las
isotermas de adsorción de CIP sobre los suelos CLL, NBR y OSR se ajustan
mejor al modelo de Freundlich, por lo que se puede considerar la formación de
multicapa, con una secuencia decreciente de adsorción para NBR (kf 0,674 Ln
μmol1-n g
-1
); CLL (0,259 Ln μmol1-n g
-1
) y OSR (0,231 Ln μmol1-n g
-1
), mientras
que para la adsorción del CIP sobre FRU ajustan mejor al modelo de Langmuir
con una constante de adsorción de 8,67 x10-3 L μmol-1
.
El análisis de los espectros FTIR de los suelos con y sin adsorción tanto de
SMX como CIP, mostró la atenuación de la magnitud de absorbancia de las
señales comprendidas en la región diagnóstica (4000-1800 cm-1
) y un aumento
en la intensidad de las señales de absorbancia comprendidas en la región de
la huella dactilar de los antimicrobianos (1800-400 cm-1
), siendo más notorio
este comportamiento en los suelos NBR y OSR, evidenciando así la
incorporación de los antimicrobianos en la matriz suelo.
Las curvas de ruptura de los analitos muestran que las fracciones de SMX
eluido en los cuatro perfiles de suelo es menor al 100% de lo aplicado en el
pulso inicial, por lo que procesos de adsorción irreversible durante el transporte
del antimicrobiano en el suelo fueron identificados al modelar en HYDRUS-1D.
El modelo de porosidad dual con dos sitios de adsorción en la zona móvil
mostró mejor desempeño. La movilidad de SMX es mayor en suelos con menor contenido de materia orgánica (CLL), a consecuencia de la menor capacidad
de adsorción a una profundidad de 5 cm (CLL Cads=6,4 µmol g-1
),
comparativamente con FRU, NBR y OSR que poseen mayor contenido de
materia orgánica y alta capacidad de adsorción (FRU Cads=33,3 µmol g-1
; NBR
Cads=16,9 µmol g-1
; OSR Cads=26,9 µmol g-1
). La lixiviación se ve favorecida
cuando el flujo es mayor a través del perfil de suelo.
El modelado directo, considerando la conductividad hidráulica saturada, y
variables meteorológicas, permitieron la simulación del transporte de SMX a
una profundidad de 0,20 m en los suelos en estudio, estableciendo así su
disposición temporal-espacial. Las proyecciones muestran que los suelos en
estudio adsorberían SMX principalmente en la primera semana, bajo una
disposición de 100 µmol cm-2 en la superficie del perfil. El suelo CLL adsorberá
cerca de 6,6 µmol g-1
; mientras que el suelo FRU retendrá cerca de 24 µmol g1 en los 0,1 m del horizonte A. El suelo NBR adsorbería cerca de 17 µmol g-1
en los primeros 0,5m de profundidad, ocurriendo algo similar en el suelo OSR,
que muestra un potencial de adsorción de 27 µmol g-1
. La proyección con
HYDRUS-1D nos muestra que los suelos con menor contenido de materia
orgánica lixiviaran por completo al SMX dispuesto a través de los 0,20 m del
perfil de suelo al final de la estación invernal. Lo anterior no ocurre con los
suelos NBR y OSR que muestran potencial de lixiviación, aún al final del año
de evaluación. | |
