Estado ecológico de sistemas lóticos rurales del sudeste bonaerense y efectos letales y subletales de plaguicidas sobre la especie no blanco Chilina parchappii
Authors: M. Rocío Fernández San Juan 
Published: March 2023

Los agroecosistemas han ido cambiando a lo largo del tiempo en todo el mundo, incorporando nuevas tecnologías para lograr mejores rendimientos y satisfacer así la creciente demanda de alimentos. El control químico de plagas y malezas mediante el uso de plaguicidas sigue siendo la herramienta de control más difundida en todo el mundo. Sin embargo, los plaguicidas se dispersan en el ambiente y pueden producir efectos adversos sobre organismos no blanco. Cuando estos compuestos llegan a los cuerpos de agua, pueden ser tóxicos para los organismos acuáticos que allí habitan, poniendo en riesgo a todo el ecosistema. Por lo tanto, resulta fundamental realizar un seguimiento de la acumulación de los plaguicidas en el ambiente y evaluar los efectos de los mismos sobre organismos no blanco. A partir de todo lo expuesto, en la presente Tesis Doctoral se planteó como hipótesis de trabajo que los sitios de muestreo presentan características que reflejan el impacto ambiental y que pueden observarse a nivel ecológico (índices bióticos o multimétricos), individual (bioindicadores) o subindividual (biomarcadores). El trabajo se desarrolló siguiendo el objetivo general de evaluar el estado ecológico de arroyos rurales pampeanos y los efectos de plaguicidas en una especie no blanco a partir de la aplicación y combinación de diferentes metodologías y a distintos niveles de organización. Para esto, se determinó el uso del suelo de las principales cuencas serranas del partido de Tandil, la calidad ecológica de los arroyos a partir de descriptores ecológicos e índices bióticos y multimétricos, la presencia y concentración de plaguicidas en los arroyos del área de estudio y se realizó un análisis de riesgo ecológico en cada sitio. Además, se evaluó la toxicidad aguda letal de diferentes plaguicidas sobre la especie acuática Chilina parchappii (molusco gasterópodo nativa) utilizada como modelo y se identificaron biomarcadores potenciales mediante la evaluación del efecto agudo y subcrónico de concentraciones subletales de los plaguicidas sobre parámetros bioquímicos en los organismos modelo. Finalmente, se determinó el estrés de los arroyos estudiados a partir de la combinación de biomarcadores de efecto. Para realizar el estudio, se realizaron muestreos en 4 arroyos (Napaleofú, Tandileofú, Las Chilcas y Chapaleofú) que atraviesan el partido de Tandil, en el sureste de la provincia de Buenos Aires, Argentina. Para la caracterización ecológica de los sitios, se tomaron muestras de agua y sedimento y se evaluaron las características fisicoquímicas del agua, variables en relación al hábitat, y presencia y composición del conjunto de macroinvertebrados presentes. A partir del análisis de las características estructurales y funcionales de los macroinvertebrados bentónicos se calcularon los índices bióticos IBPAMP y PBMWP, y el índice multimétrico SPEAR. Sumado a esto, se colectaron muestras de sedimento para la determinación de la presencia y concentración de cinco plaguicidas muy utilizados en la región pampeana (atrazina, acetoclor, clorpirifós, cipermetrina y 2,4-D). En base a las concentraciones registradas, se calcularon las unidades tóxicas (UT) para evaluar la contribución de cada plaguicida al riesgo de toxicidad a corto plazo para los organismos que habitan en sedimentos, y el cociente de riesgo (CR) para la evaluación del riesgo acuático a largo plazo. En laboratorio, se estudió la toxicidad de la cipermetrina (CIP) y el clorpirifós (CPF) en individuos Chilina parchappii. La selección de estos plaguicidas se basó en su alta toxicidad general y en su gran uso en la región. Se realizaron ensayos de CL50para cada compuesto y se comparó la sensibilidad de C. parchappiicon otros invertebrados de agua dulce a partir del cálculo de lasdistribuciones de sensibilidad de especies (SSD). Se realizaron bioensayos para evaluar efectos subletales en los individuos mediante la determinación de biomarcadores del sistema de defensa antioxidante: Catalasa (CAT), Glutatión peroxidasa (GPx) y Glutatión s-transferasas (GST), y Glutatión reducido (GSH). Finalmente, para comparar el estrés en los sitios de muestreo, se calculó el índice de respuesta de biomarcadores integrados (IBR) a partir de las actividades enzimáticas (CAT, GPx, GST) y no enzimáticas (GSH) evaluados en C. parchappii recolectados en cada uno de los sitios. Los resultados obtenidos evidencian el proceso de agriculturización que se viene dando en la región pampeana desde hace varias décadas en detrimento del pastizal templado. A pesarde esto, en la mayoría de los sitios de muestreo, los valores de los parámetros fisicoquímicos obtenidos no excedieron los niveles de referencia de calidad de vida y protección de la vida acuática en agua dulce superficial. En relación al hábitat, los sitios estudiados presentan una composición granulométrica principalmente limosa y con valores variables de materia orgánica. Por otro lado, se identificaron 27 taxa de macroinvertebrados bentónicos, y los valores medios de riqueza de taxa y de la diversidad (H ́) no presentaron diferencias significativas entre los sitios de muestreo. Los valores de IBPAMP por sitio presentaron diferencias significativas, y los valores registrados corresponden a calidad ambiental “muy crítica”, “crítica” o “dudosa”. Los valoresdel índice PBMWP determinaron una calidad ambiental “crítica” o “muy crítica”, y los valores del índice SPEAR determinaron que los sitios presentan calidad ambiental “pobre” a “mala” debido al impacto de plaguicidas. En relación a la presencia y concentración de plaguicidas, la cipermetrina fue el único compuesto detectado en todos los sitios y temporadas de muestreo. El clorpirifós fue el segundo plaguicida con mayor frecuencia de detección (>88%), mientras que los herbicidas acetoclor, atrazina y 2,4-D sólo se detectaron en algunas temporadas de muestreo. Las concentraciones máximas de atrazina (57 μg/kg) y del clorpirifós (50.5 μg/kg) se registraron en diciembre. En febrero se registraron las mayores concentraciones de 2,4-D (46.1 μg/kg) y de cipermetrina (20.5 μg/kg), mientras que, la mayor concentración de acetoclor (32.6 μg/kg) se registró en octubre. En cuanto al riesgo, la ΣUT fue mayor en diciembre, con valores superiores a 1 en la mayoría de los sitios de muestreo, indicando un riesgo por toxicidadaguda de plaguicidas para los organismos bentónicos que allí habitan. En la mayoría de los sitios, el riesgo ecológico por toxicidad aguda se debe principalmente a la presencia de clorpirifós, seguido de cipermetrina y acetoclor. Por otro lado, ΣCR fue mayor a 1 en todos los sitios de muestreo en diciembre y octubre, indicando en estos casos un alto riesgo de toxicidad crónica debido principalmente a la presencia de acetoclor en el ambiente. Los valores de CL50 (24 horas) en C. parchappii fueron 53.62 mg/L y 4.06 mg/L para CIP y CPF, respectivamente. Las comparaciones de sensibilidad de CIP y CPF entre especies de invertebrados de agua dulce muestran que C. parchappiies la especie más resistente para los dos plaguicidas estudiados según la base de datos de la ECOTOX. Los plaguicidas CIP y CPF tuvieron un efecto inhibitorio de la actividad CAT entre un 10 y un 40%. La actividad GPx fue mayor (24 a 190%) en caracoles expuestos a CIP y CPF en comparación con los controles. En todos los tiempos de estudio, se registraron aumentos mayores al 27% en la actividad GST con CIP, y mayores a 18% con CPF. Los niveles de GSH de los organismos expuestos a CIP y con CPF aumentaron respecto a los controles en los tres tiempos de estudio, con porcentajes de aumento superiores al 64% y 26% a los 10 días de exposición en los ensayos con CIP y CPF, respectivamente. Finalmente, el índice IBR presentó diferencias significativas entre los sitios de muestreo indicando distintos niveles de estrés. Esta es la primera vez que se usa el enfoque IBR en gasterópodos acuáticos de la región pampeana, y los resultados obtenidos podrían estar dando un puntapié inicial para futuros estudios que permitanprofundizar en el uso de componentes del sistema de defensa antioxidante como biomarcadoresde estrés en los monitoreos ambientales. Las metodologías aplicadas en el presente trabajo podrían resultar ser herramientas eficientes para ser utilizadas de manera complementaria en la evaluación del impacto de los plaguicidas en los ecosistemas acuáticos pampeanos.

Agroecosystems have been changing over time throughout the world, incorporating new technologies to achieve better yields and thus meet the growing demand for food. Chemical control of pests and weeds through the use of pesticides remains the most widespread control tool in the world. However, pesticides are dispersed in the environment and can cause adverse effects on non-target organisms. When these compounds reach bodies of water, they can be toxic to the aquatic organisms that live there, putting the entire ecosystem at risk. Therefore, it is essential to monitor the accumulation of pesticides in the environment and evaluate their effects on non-target organisms. Based on the above, in this Doctoral Thesis it was proposed as a working hypothesis that the sampling sites have characteristics that reflect the environmental impact and that can be observed at the ecological level (biotic or multimetric indices), individual (bioindicators) or sub-individual. (biomarkers). The work was developed following the general objective of evaluating the ecological status of rural pampas streams and the effects of pesticides on a non-target species from the combination of different methodologies and at different levels of organization. For this, the land use of the main basins of the district of Tandil and the ecological quality of the streams were determined from ecological descriptors and biotic and multimetric indices. The presence and concentration of pesticides in the streams of the study area were also evaluated, and an ecological risk analysis was carried out at each site. In addition, the lethal acute toxicity of different pesticides on the aquatic species Chilina parchappiiused as a model was evaluated, and potential biomarkers were identified by evaluating the acute and subchronic effect of sublethal concentrations of pesticides on biochemical parameters in Chilina parchappii. Finally, the stress of the studied streams was determined from the combination of effect biomarkers.To carry out the study, samples were taken in 4 streams that cross the district of Tandil (Napaleofú, Tandileofú, Las Chilcas and Chapaleofú), in the southeast of the province of Buenos Aires, Argentina. For the ecological characterization of the sites, water and sediment samples were taken and the physicochemical characteristics of the water, variables in relation to the habitat, and the presence and composition of the set of macroinvertebrates present were evaluated. From the analysis of the structural and functional characteristics of the benthic macroinvertebrates, the IBPAMP and PBMWP biotic indices and the SPEAR multimetric index were calculated. Added to this, sediment samples were collected to determine the presence and concentration of five pesticides widely usedin the pampas region (atrazine, acetochlor, chlorpyrifos, cypermethrin and 2,4-D). Based on the recorded concentrations, the toxic units (TU) were calculated to assess the contribution of each pesticide to the short-term toxicity risk for sediment-dwelling organisms, and the risk quotient (HR) for the toxicity assessment to the long-term. In the laboratory, the toxicity of cypermethrin (CIP) and chlorpyrifos (CPF) was studied in Chilina parchappiiindividuals. The selection of these pesticides was based ontheir high general toxicity and their wide use in the region. LC50assays were performed for each compound and the sensitivity of C. parchappiiwas compared with other freshwater invertebrates from calculation of species sensitivity distributions (SSDs). Bioassays were carried out to evaluate sublethal effects in individuals by determining biomarkers of the antioxidant defense system: Catalase (CAT), Glutathione peroxidase (GPx) and Glutathione s-transferases (GST), and reduced Glutathione (GSH). Finally, to compare the stress in the sampling sites, the integrated biomarker response index (IBR) was calculated from the enzymatic (CAT, GPx, GST) and non-enzymatic (GSH) activities evaluated in C. parchappiicollected in each of the sites.The results obtained show the process of agriculturization that has been observed in the Pampas region for several decades to the detriment of the temperate grassland. Despite this, in most of the sampling sites, the values of the physicochemical parameters obtained did not exceed the reference levels for quality of life and protection of aquatic life in surface freshwater. In relation to the habitat, the studied sites present a granulometric composition mainly silty and with variable values of organic matter. On the other hand, 27 benthic macroinvertebrate taxa were identified, and the mean values of taxa richness and diversity (H ́) did not present significant differences between the sampling sites. The IBPAMP values by site showed significant differences, and the registered values correspond to "very critical", "critical" or "doubtful" environmental quality. The values of the PBMWP index determined a "critical" or "very critical" environmental quality, and the values of the SPEAR index determined that the sites present "poor" to "bad" environmental quality due to the impact of pesticides. Regarding the presence and concentration of pesticides, cypermethrin was the only compound detected in all sampling sites and seasons. Chlorpyrifos was the second most frequently detected pesticide (>88%), while the herbicides acetochlor, atrazine and 2,4-D were less frequently detected and were only detected in some sampling seasons. The maximum concentrations of atrazine (57 μg/kg) and chlorpyrifos (50.5 μg/kg) were recorded in December. The highest concentrations of 2,4-D (46.1 μg/kg) and cypermethrin (20.5 μg/kg) were recorded in February, while the highest concentration of acetochlor (32.6 μg/kg) was recorded in October. Regarding the risk, the ΣTU was higher in December, with values greaterthan 1 in most of the sampling sites, indicating a risk due to acute toxicity of pesticides for the benthic organisms that live there. In most sites, the ecological risk for acute toxicity is mainly due to the presence of chlorpyrifos, followed by cypermethrin and acetochlor. On the other hand, ΣHR was greater than 1 in all the sampling sites in December and October, indicating in these cases a high risk of chronic toxicity, mainly due to the presence of acetochlor in the environment. LC50values (24 hours) in C. parchappiiwere 53.62 mg/L and 4.06 mg/L for CIP and CPF, respectively. Comparisons of CIP and CPF sensitivity between freshwater invertebrate species show that C. parchappiiis the most resistant species for the two pesticides studied according tothe ECOTOX database. The pesticides CIP and CPF had an inhibitory effect on CAT activity between 10 and 40%. GPx activity was higher (24 to 190%) in snails exposed to CIP and CPF compared to controls. At all study times, increases greater than 27% in GST activity were recorded with CIP, and greater than 18% with CPF. The levels of GSH of the organisms exposed to CIP and with CPF increased with respect to the controls in the three study times, with percentages of increase greater than 64% and 26% at 10 daysof exposure in the tests with CIP and CPF, respectively. Finally, the IBR index presented significant differences between the sampling sites, indicating different levels of stress. This is the first time that the IBR approach has been used in aquatic gastropods of the pampas region, and the results obtained could be giving an initial kick for future studies that allow deepening the use of the components of the antioxidant defense system as stress biomarkers in environmental monitoring. The methodologies applied in the present work could turn out to be efficient tools to be used in a complementary way in the evaluation of the impact of pesticides in the pampas aquatic ecosystems.