Estudio de la volatilidad de diferentes formulaciones de 2,4-D

Jorgelina C. Montoya Carolina Porfiri

INTA. Estación Experimental Agropecuaria Anguil “Ing. Agr. Guillermo Covas”. Argentina

Introducción

El ácido 2,4-diclorofenoxiacético (2,4-D) es un herbicida hormonal, fenoxi derivado, de acción sistémica y selectiva para el control de malezas de hoja ancha. Entre las formulaciones del 2,4-D se halla el ácido puro, las sales (aminas, sódicas o amónicas) y los ésteres (Qurratu y Reehan 2016). Estas diversas formas incluyen la sustitución del átomo de hidrogeno terminal de la cadena acética de la molécula primaria por distintos grupos químicos. Las sustituciones modifican las propiedades fisicoquímicas de la molécula parental, facilitando el uso y mejorando la eficacia del herbicida a campo.

El 2,4-D es ampliamente usado en la producción agrícola debido a su eficacia en el

control de malezas. Sin embargo, las evidencias de volatilización del 2,4-D fuera del sitio de aplicación han traído preocupaciones en el medio productivo y en la sociedad en general. Las inquietudes no sólo radican en el riesgo de afectar cultivos sensibles, sino también en el daño que pudiesen causar los vapores volátiles al ambiente, y a la salud humana.

Las sales alcalinas y aminas de 2,4-D son altamente solubles en agua hallándose

en formulaciones en base a agua. Las formulaciones ésteres son moléculas poco solubles en agua y pero sí en aceite, y el ácido como tal tiene baja solubilidad en agua. Desde un punto de vista agrícola, el 2,4-D éster es normalmente más eficaz que las sales en el control de malezas, ya que penetra más rápidamente la cutícula de las plantas. La eficacia relativa de las formulaciones se refiere al diferente grado de producir fitotoxicidad a la misma dosis de aplicación. Cabe aclarar, que independientemente de la formulación, la molécula ácida es la que ejerce el poder herbicida en el sitio de acción de la planta. Una vez dentro de la planta, todas las formas salinas y ésteres se transforman rápidamente en acido libre (Mónaco et al. 2002).

Las formulaciones en forma de sales y ésteres difieren en su potencial de producir

vapores. Asimismo, la capacidad de volatilizar difiere ampliamente entre las formulaciones en forma de ésteres. Este compuesto se forma por reacción del ácido de 2,4-D con un alcohol. La longitud y estructura del alcohol del éster afecta directamente la volatilidad del compuesto. A medida que se acorta la cadena carbonada de la parte éster de la molécula, más volatilidad exhibe la formulación. En general, los ésteres con 5 carbones o menos son considerados volátiles (Mónaco et al. 2002). Que He and Sutherland (1981) reportaron que los ésteres de cadena corta (C1 a C4) son más volátiles que el ácido puro, mientras que los ésteres de cadena larga (C8) son mucho menos volátiles, y la sal amina es esencialmente no volátil.

La volatilización de las sales en las condiciones ideales de temperatura de aplicación es

despreciable, mientras que los ésteres, en mayor o menor medida, siempre producen vapores a temperaturas normales de aplicación (Dexter 1993). La volatilidad de los compuestos se relaciona directamente con la presión de vapor (PV) inherente al compuesto químico. La PV puede variar en diferentes órdenes de magnitud entre pesticidas de distinta

familia e inclusive en compuestos de la misma familia (Stepheson y Ritcey, 1989). En general, los herbicidas con PV ≥ a 1x10-4 mm Hg a 25 ºC tienen mayor probabilidad de volatilizarse (Mónaco et al., 2002). En el caso del 2,4-D, la PV varía ampliamente entre sus formulaciones. Por ejemplo, la Sal Dimetilamina y el Ácido tienen PV <1x10-7 y 1.4x10-7 mm Hg, respectivamente, clasificándose como de baja. Los ésteres poseen diferentes presiones de vapor según su estructura molecular; como por ejemplo el Éster Butílico tiene una PV de 3.97 x10-4 mm Hg y el Etilhexil Éster tiene una PV de 3,6 x10-6 mm Hg, siendo de alta y moderada volatilidad, respectivamente.

Las mediciones de contaminantes por métodos analíticos son importantes, sin

embargo no permiten obtener conclusiones acerca de los efectos de las concentraciones sobre los seres vivos. Para ello, se utilizan los bioindicadores que aportan información de los efectos de la contaminación sobre los organismos (Klumpp et al. 2004). Las plantas pueden servir como indicadores de la actividad biológica de los contaminantes atmosféricos porque no sólo son sensibles, sino también proveen respuestas características a contaminantes atmosféricos dados (Guderian 1985). A los fines de conocer la volatilidad de las diferentes formulaciones de 2,4-D y sus efectos sobre cultivos sensibles, se procedió a la elaboración de un bioensayo con girasol comercial en una cámara de crecimiento en condiciones controladas de temperatura, luz y humedad.

Objetivo

Evaluar la volatilidad de diferentes formulaciones de 2,4-D mediante el uso de

girasol como plantas bioindicadora.

Materiales y métodos

Se utilizaron cinco formulaciones de 2,4-D, la dosis utilizada para el ensayo fue 4x igual a 1140 gr ea ha-1. En la tabla 1 se describen las características de los productos formulados y algunas propiedades físico-químicas.

Tabla 1. Tratamientos y características de los productos utilizados Ingrediente Equivalente PV

Pesomolecular SolubilidadTrat. Formulaciones activo ácido (mmHg(Grmol-1) (mgL-1) % % 25ºC)

Testigo - - - - - -

Colina 2,4-Dsalcolina 66.9 45.6 1.4x10-7** 234.21 76.8x104**

DMA 2,4-Dsaldimetilamina 58.4 48.5 1x10-7* 266.13 72.9x104**

EH 2,4-Désteretilhexílico 97 64.3 3.6x10-6** 333.27 0.0867**

Ácido 2,4-Dácido - 30.0 1.4x10-7* 221.04 4.46x104**

Butílico 2,4-Désterbutílico 97 77.4 3.97x10-4* 277.16 46* *(QurratuyReehan2016);**Petersonetal.2016.

Para evaluar la volatilidad de las diferentes formulaciones se aplicó la metodología

de bioensayo. Se usó girasol (HELIANTHUS ANNUUS L) como especie indicadora de la volatilidad. El híbrido de girasol utilizado fue el ACA 891 con un poder germinativo del 90%. El ensayo se realizó en cámara de cultivo bajo condiciones controladas de luz, humedad y temperatura. Inicialmente se puso a punto el método de estudio probando las diferentes condiciones de temperatura que mejor se adaptaban al ensayo. Se utilizaron macetas

plásticas de 1 kg a los cuales se les realizaron perforaciones en la base para favorecer el drenaje de las mismas. Posteriormente se rellenaron con 700 gramos de suelo de textura arenosa, seco al aire y tamizado; dicho suelo proveniente de un lote de pastura de pasto llorón sin aplicaciones de herbicidas.

Se sembraron cinco semillas en cada maceta, se llevaron a cámara en condiciones

controladas de temperatura (25 ºC diurnos y 20 ºC nocturnos) y 12 horas de luz y 12 horas de noche; se le realizaron riegos diarios de aproximadamente 50 cc de agua a fin de mantener una humedad constante. Se ralearon las plántulas a dos plantas por maceta. En estado de V2 se procedió a exponer a las plantas a los tratamientos ensayados.

Se prepararon recipientes de 6 cm de diámetro por 1.5 cm de alto con 20 grs del

mismo suelo usado en las macetas al que se le agregaron 10 cm3 de solución con herbicida según el tratamiento correspondiente. Dichos recipientes se colocaron sobre la superficie del suelo de cada maceta. Las macetas se envolvieron individualmente con doble bolsa de nylon formando un biodomo de manera de aislar cada tratamiento de herbicida. Para evitar el contacto de las bolsas con las plantas se armó una estructura de alambre. Los biodomos permanecieron armados durante 24 hs; periodo durante el cual la temperatura diurna se llevó a 35 ºC de forma de emular temperaturas diurnas estivales (Fotos 1 y 2).

Fotos 1 y 2. Vista de la cámara de crecimiento.

Cumplidas las 24 hs se quitaron las bolsas, se retiraron los recipientes con las diferentes concentraciones de herbicidas, se dejó ventilar las macetas con el fin de desalojar cualquier resto de producto remanente en la atmósfera de las plantas y se volvieron a introducir en la cámara. Esta vez a una temperatura de 25 ºC durante el día y 20 ºC durante la noche.

Se realizaron evaluaciones visuales de fitotoxicidad en una escala de 0 a 100 (%)

respecto al testigo en fechas posteriores 0, 3 y 7 días desde la exposición de las macetas a los tratamientos. Al finalizar el ensayo se procedió al desarmado de las macetas. Se midió

la actividad fotosintética del primer par de hojas verdaderas con tres repeticiones mediante el índice Spad (IS) utilizando un sensor Konica Minolta Sensing Inc.; altura de las plantas (cm); peso seco aéreo (PSA) y peso seco de raíces (PSR). Los datos tomados de cada planta fueron promediados por maceta.

Cada tratamiento fue repetido tres veces con una distribución aleatoria de las

macetas dentro de la cámara. El ensayo fue replicado tres veces. Se realizaron análisis de varianza y test de diferencia de medias DUNCAN (p<0.05).

Resultados y discusión

En general, las evaluaciones visuales demostraron claros síntomas derivados de

daño de herbicidas hormonales tales como malformación y retorcimiento de hojas y tallos (Foto 3 y 4 Anexo).

Foto 3 y 4. Detalle de los síntomas de daño sobre las plantas de girasol por las diferentes fomulaciones de 2,4-D.

La fitotoxicidad se diferenció significativamente entre tratamientos (p<0.01). El

porcentaje de daño causado por la sal Colina fue el menor respecto al resto de los tratamientos. Mientras que, la fitoxicidad causada por las formulaciones Butílico y Ácido fueron mayor que el Testigo, Colina, DMA, EH (p<0.05). Los síntomas de fitotoxicidad provocados por los tratamientos Butílico y Ácido se incrementaron entre las evaluaciones a los 0 y 7 DDA de 70 a 80 % y de 40 a 67 %, respectivamente. La evolución de los síntomas de daño por volatilidad se incrementó durante el período de evaluación en ambos tratamientos (Figura 1).

Figura 1: Evaluación visual de los niveles de daños por efecto de los tratamientos. Las letras distintas significan diferencias significativas entre tratamientos y entre fecha de evaluación visual de la fitoxicidad (p< 0.05).

La volatilización de las formulaciones ésteres del 2,4-D ha sido ampliamente estudiada usando distintos especies a diferentes temperaturas. Tarragó et al. (2005) hallaron que los síntomas de fitoxicidad del 2,4-D éster butílico fue mayor a 80 % en el cultivo de tomate, entre 60 y 80 % en el girasol y menor a 60 % en el algodón. Baskin y Walker (1953) estudiaron la respuesta de las plantas expuestas a los vapores de diferentes formulaciones de 2,4-D en un rango de temperatura de 21 ºC a 50 ºC. Estos autores hallaron que las formulaciones en base a ésteres volátiles afectaron a las plantas en todo en todas las temperaturas testeadas. El 2,4 D éster Butoxyethanol éster, de baja volatilidad, generó vapores dañinos a temperaturas mayores a 32 ºC, por debajo no volatilizó.

En el presente estudio, la fitoxicidad generada por los vapores volátiles del 2,4-D EH

fue menor al 25 % para las tres fechas de evaluación. El daño promedio de la sal Colina y DMA fue de 10 y 15 %, respectivamente. En coincidencia, la bibliografía sugiere que la volatilización de la formulación en forma de sal DMA del 2,4-D es despreciable a temperatura óptima de aplicación y menor al 15 % a temperaturas superiores a la recomendada para aplicar (Tarragó et al., 2005; Que Hee y Sutherland, 1974). En coincidencia, Sosnoskie et al. (2015) observaron que el nivel de daño por fitotoxicidad en el cultivo algodón expuesto a las formulaciones de 2,4-D éster, amina y colina fue 76, 13, and 5%, respectivamente.

La volatilidad de los herbicidas formulados como sales es una función de la

estabilidad de la sal y la presión de vapor del ácido. La formulación de la sal colina presenta una altísima estabilidad incluso cuando es expuesta a condiciones desafiantes en términos de alta temperatura y baja humedad relativa.

El PSR se diferenció significativamente entre tratamientos (p<0.01) (Figura 2),

donde el tratamiento en base a la formulación de éster Butílico mostró el menor peso de raíces. La altura de las plantas presentó diferencias significativas entre los tratamientos, observándose (Figura 3) que las formulaciones Ácido y Butílico mostraron la menor altura de las plantas.

Figura 2. Peso seco de las raíces de las plantas de girasol. Las letras distintas significan diferencias significativas entre tratamientos (p<0.05).

Figura 3. Altura de las plantas de girasol. Las letras distintas significan diferencias significativas entre tratamientos (p<0.05).

Conclusión

De acuerdo a los resultados obtenidos con la especie girasol utilizada como

bioindicadora de volatilidad, en las condiciones del ensayo descripto, se concluye que las formulaciones de 2,4-D sal Colina y Dimetilamina presentaron la menor volatilidad, seguida por una moderada volatilidad de la formulación Etilhexil Ester. Mientras que la formulación en base al Ácido puro y el éster Butílico presentaron elevado efectos fitotóxicos, lo cual implica una alta volatilidad.

Bibliografía

Monaco T J, Weller SC, Ashton F M. 2002. Formulation and application equipment Weed Science: Principles and Practices, 4th Edition. ISBN: 978-0-471-37051-2. 156-159 pages.

Que Hee, S.S. and Sutherland, R.G. (1974) Volatilization of Various Esters and Salts of 2,4-D. Weed Science, 22, 313-318. Comunicaciones Científicas y Tecnológicas. Universidad nacional del Noreste. Resumen: A-019

Qurratu, A.; Reehan, A. 2016. A Review of 2,4-Dichlorophenoxyacetic Acid (2,4-D) Derivatives: 2,4-D Dimethylamine Salt and 2,4-D Butyl Ester. International Journal of Applied Engineering Research. 11: 9946-9955

Sosnoskie LM, Culpepper AS, Braxton LB, Richburg JS (2015). Evaluating the volatility of three formulations of 2,4-D when applied in the field. Weed Technol 29:177–184

Tarragó JR, Fernández F, Marinich MJ, Lilles, Leopoldo. 2005. Estudio comparativo de la volatilidad de dos formulaciones del herbicida 2,4-D (ácido 2,4-diclorofenoxiacético).