Risk assessment of agriculture impact on the Frío River watershed and Caño Negro Ramsar wetland, Costa Rica

Abstract

The Caño Negro Ramsar wetland is a conservation area of great natural and societal value, located in the lower part of the Frío River watershed in the north of Costa Rica. Its aquatic ecosystems may be considered vulnerable to pollution due to recent changes in land use toward agriculture. In 2011 and 2012, quarterly sampling was done at ten sites located in the middle and lower sections of the Frío River Basin that pass through crop areas and later drain into Caño Negro wetland. Pesticide residues, nitrates, sediment concentrations, and diversity of benthic macroinvertebrates and fish biomarkers were studied in the selected sites. Additionally, risk of toxicity was calculated in two different ways: (1) by using a ratio of MEC to hazard concentrations threshold for 5% of species (HC5) to calculate a risk quotient (RQ), and (2) by using a ratio of MEC to available ecotoxicity data of native fish and cladocera for diazinon and ethoprophos, to obtain a risk quotient for native species (RQns). Results indicated that three out of the ten sites (rivers Thiales, Mónico, and Sabogal) showed variable levels of pollution including six different active ingredients (a.i.) of pesticide formulations (herbicides ametryn, bromacil, and diuron; insecticides cypermethrin, diazinon, and ethoprophos). Moreover, potential adverse effects on fishes in Thiales and Mónico rivers were indicated by cholinesterase (ChE) inhibition and glutathione S-transferase (GST) enhancement. Risk evaluations indicated pesticide residues of ametryn, bromacil, and ethoprophos to be exceeding the limits set by MTR, also RQ was high (>1) in 70% of the positive samples for diuron (most frequently found pesticide in water samples), cypermethrin, diazinon, and ethoprophos, and RQns was high for diazinon. Therefore, these substances might be of major concern for the ecological health of aquatic ecosystems in the middle basin of the Frío River. The most critical site was Mónico River, which had the highest pollution (75% detection samples with 3–5 a.i.) and highest calculated risk (RQ > 1 in 75% of the samples). This is also the river that most directly drains into the protected wetland. Even though pesticide pollution in this area is not as severe as in other parts of Costa Rica, it is imperative that measures are taken, particularly in the surroundings of Mónico River, in order to diminish and mitigate possible detrimental effects to biota in Caño Negro Ramsar Site.

El humedal Ramsar Caño Negro es un área de conservación de gran valor natural y social, ubicado en la parte baja de la cuenca del río Frío en el norte de Costa Rica. Sus ecosistemas acuáticos pueden considerarse vulnerables a la contaminación debido a cambios recientes en el uso de la tierra hacia la agricultura. En 2011 y 2012 se realizaron muestreos trimestrales en diez sitios ubicados en los tramos medio y bajo de la cuenca del río Frío que atraviesan áreas de cultivo y luego desembocan en el humedal de Caño Negro. Se estudiaron residuos de plaguicidas, nitratos, concentraciones de sedimentos y diversidad de macroinvertebrados bentónicos y biomarcadores de peces en los sitios seleccionados. Además, el riesgo de toxicidad se calculó de dos formas diferentes: (1) utilizando una relación de MEC a las concentraciones de peligro para el 5% de las especies (HC5) para calcular un cociente de riesgo (RQ), y (2) utilizando una relación de MEC a los datos de ecotoxicidad disponibles de peces nativos y cladóceras para diazinón y etoprofos, para obtener un cociente de riesgo para especies nativas (RQns). Los resultados indicaron que tres de los diez sitios (ríos Thiales, Mónico y Sabogal) mostraron niveles variables de contaminación, incluidos seis ingredientes activos (ia) diferentes de formulaciones de plaguicidas (herbicidas ametrina, bromacil y diurón; insecticidas cipermetrina, diazinón y etoprofos). ). Además, los posibles efectos adversos en los peces de los ríos Thiales y Mónico fueron indicados por la inhibición de la colinesterasa (ChE) y la mejora de la glutatión S-transferasa (GST). Las evaluaciones de riesgo indicaron que los residuos de plaguicidas de ametrina, bromacilo y etoprofos excedían los límites establecidos por el MTR, además, la RQ era alta (> 1) en el 70% de las muestras positivas para diurón (plaguicida que se encuentra con mayor frecuencia en muestras de agua), cipermetrina, diazinón y etoprofos, y la RQns fue alta para el diazinón. Por tanto, estas sustancias pueden ser de gran preocupación para la salud ecológica de los ecosistemas acuáticos de la cuenca media del río Frío. El sitio más crítico fue el río Mónico, que tuvo la mayor contaminación (75% de muestras de detección con 3-5 a.i.) y el mayor riesgo calculado (RQ> 1 en el 75% de las muestras). Este es también el río que desemboca más directamente en el humedal protegido. Si bien la contaminación por plaguicidas en esta zona no es tan severa como en otras partes de Costa Rica, es imperativo que se tomen medidas, particularmente en los alrededores del río Mónico, con el fin de disminuir y mitigar los posibles efectos perjudiciales a la biota en Caño Negro Ramsar Sitio.

O Pantanal Caño Negro Ramsar é uma área de preservação de grande valor natural e social, localizada na parte baixa da bacia do rio Frío, no norte da Costa Rica. Seus ecossistemas aquáticos podem ser considerados vulneráveis ​​à poluição devido às recentes mudanças no uso da terra para a agricultura. Em 2011 e 2012, a amostragem trimestral foi feita em dez locais localizados nas seções média e baixa da Bacia do Rio Frío, que passam por áreas de cultivo e depois drenam para o pantanal de Caño Negro. Resíduos de pesticidas, nitratos, concentrações de sedimentos e diversidade de macroinvertebrados bentônicos e biomarcadores de peixes foram estudados nos locais selecionados. Além disso, o risco de toxicidade foi calculado de duas maneiras diferentes: (1) usando uma proporção de MEC para o limite de concentrações de perigo para 5% das espécies (HC5) para calcular um quociente de risco (RQ), e (2) usando uma proporção de MEC para dados de ecotoxicidade disponíveis de peixes nativos e cladóceros para diazinon e etoprofos, para obter um quociente de risco para espécies nativas (RQns). Os resultados indicaram que três dos dez locais (rios Thiales, Mónico e Sabogal) apresentaram níveis variáveis ​​de poluição, incluindo seis diferentes ingredientes ativos (ai) de formulações de pesticidas (herbicidas ametryn, bromacil e diuron; inseticidas cipermetrina, diazinon e etoprophos ) Além disso, potenciais efeitos adversos em peixes nos rios Thiales e Mónico foram indicados pela inibição da colinesterase (ChE) e aumento da glutationa S-transferase (GST). As avaliações de risco indicaram que os resíduos de pesticidas de ametrina, bromacil e etoprofos excediam os limites estabelecidos pela MTR, também RQ foi alto (> 1) em 70% das amostras positivas para diuron (pesticida mais frequentemente encontrado em amostras de água), cipermetrina, diazinon e etoprofos, e RQns foi alto para o diazinon. Portanto, essas substâncias podem ser uma grande preocupação para a saúde ecológica dos ecossistemas aquáticos na bacia média do rio Frío. O local mais crítico foi o rio Mónico, que teve a maior poluição (75% das amostras de detecção com 3–5 a.i.) e o maior risco calculado (RQ> 1 em 75% das amostras). Este também é o rio que deságua mais diretamente na área úmida protegida. Embora a poluição por agrotóxicos nesta área não seja tão severa como em outras partes da Costa Rica, é imprescindível que sejam tomadas medidas, especialmente nas proximidades do rio Mónico, a fim de diminuir e mitigar possíveis efeitos prejudiciais à biota em Caño Negro Ramsar Local.