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Resumen El uso de métodos analíticos alternativos es una necesidad para la determinación de microelementos con fines de fertilidad de manera rápida, de menor costo y con resultados similares a los procedimientos analíticos ya estandarizados, por lo cual el objetivo de este trabajo fue comparar el método con fluorescencia total de rayos X (TXRF) con los resultados obtenidos para la determinación de los microelementos Cu, Mn, Fe y Zn por absorción atómica. Para ello, se cuantificaron los contenidos de Cu, Mn, Zn y Fe en dos aridisoles, uno ubicado en un bosque natural con alto contenido de materia orgánica (PS1), y otro con bajo contenido de materia orgánica (PS2), como consecuencia de la actividad agrícola intensiva, cuyas muestras se tomaron a una profundidad de diez centímetros. La cuantificación de los microelementos se realizó mediante absorción atómica (método estándar) y con TXRF, método alternativo propuesto. En ambos casos se realizó, previamente, la extracción de los microelementos con acetato de amonio. Para cada condición se tomaron tres muestras con diez repeticiones para treinta unidades experimentales. Los datos fueron analizados mediante prueba de T de Student, con un valor de P

Los parásitos se diseminan para producir infección a través del suelo o aguas contaminadas, animales domésticos o salvajes que contengan al parásito o de persona a persona, a través del ambiente cercano que esté contaminado. Los parásitos que se comunican con órganos abiertos hacia el exterior eliminan sus formas vegetativas, con la materia fecal, orina, esputo y contaminan de esta forma la tierra, los alimentos y el agua potable. A veces el estadio eliminado al exterior no es infeccioso, sin embargo madura en el medio externo. Para evaluar el nivel de contaminación del suelo por helmintos en el balneario Las Margaritas en la ciudad de El Tocuyo en el Estado Lara, se diseño un estudio descriptivo transversal en el cual se utilizó el metodo de Rugai modificado, aplicado a 24 muestras de suelo, recolectadas en áreas ampliamente frecuentadas del balneario, en búsqueda de formas parasitarias contaminantes. Del total de larvas encontradas, 33,3% eran de Strongyloides stercoralis, y el 66,7% fueron de Ancilostomideos, distribuidas en tres distintas profundidades del suelo: superficie, 10 cm y 20 cm. Estos resultados confirman la contaminación del balneario por helmintos, por lo que se concluye que el mismo representa un importante foco de transmisión de infecciones por larvas. Así mismo demuestra la necesidad de la implantación de un programa de control de los parásitos mas frecuentes encontrados en el area, asi como también de un programa de educación sanitaria de las comunidades aledanas

Hydrocarbons directly or indirectly affect plants causing adverse effects on the physiological processes of plants. This work aims to analyze the initial development of rice in soil contaminated by hydrocarbons. The work was carried out in August 2021, at Faculdades Integradas Stella Maris de Andradina (FISMA), located in the municipality of Andradina, state of São Paulo. The design was completely randomized, in a 2x5 factorial scheme, with two hydrocarbons, regular gasoline and kerosene; interacting with five doses applied to the soil, namely: zero (control); a; two; four and eight mL dm-3 of soil and with four replications, totaling 40 plots. Rice is not indicated for the phytoremediation of soils contaminated with gasoline and kerosene. Rice shows a negative response when exposed to soils contaminated by hydrocarbons. Kerosene caused more damage to rice development when compared to gasoline. Los hidrocarburos afectan directa o indirectamente a las plantas causando efectos adversos en los procesos fisiológicos de las plantas. Este trabajo tiene como objetivo analizar el desarrollo inicial del arroz en suelos contaminados por hidrocarburos. El trabajo se realizó en agosto de 2021, en las Faculdades Integradas Stella Maris de Andradina (FISMA), ubicadas en el municipio de Andradina, estado de São Paulo. El diseño fue completamente al azar, en esquema factorial 2x5, con dos hidrocarburos, gasolina regular y queroseno; interactuando con cinco dosis aplicadas al suelo, a saber: cero (control); a; dos; cuatro y ocho mL dm-3 de suelo y con cuatro repeticiones, totalizando 40 parcelas. El arroz no está indicado para la fitorremediación de suelos contaminados con gasolina y queroseno. El arroz muestra una respuesta negativa cuando se expone a suelos contaminados por hidrocarburos. El queroseno causó más daño al desarrollo del arroz en comparación con la gasolina. Os hidrocarbonetos atingem direta ou indiretamente as plantas provocando efeitos adversos nos processos fisiológicos das plantas. Esse trabalho tem o objetivo de analisar o desenvolvimento inicial da cultura do arroz em solo contaminado por hidrocarbonetos. O trabalho foi realizado em Agosto de 2021, nas Faculdades Integradas Stella Maris de Andradina (FISMA), localizada no município de Andradina, estado de São Paulo. O delineamento foi inteiramente casualizados, em esquema fatorial 2x5, sendo dois hidrocarbonetos, gasolina comum e querosene; interagindo com cinco doses aplicadas no solo, sendo elas: zero (controle); um; dois; quatro e oito mL dm-3 de solo e com quatro repetições, totalizando 40 parcelas. Não é indicado o arroz para a fitorremediação de solos contaminados com gasolina e querosene. O arroz apresenta resposta negativa quando exposto a solos contaminados por hidrocarbonetos. O querosene provocou maiores danos no desenvolvimento do arroz quando comparada com a gasolina.

The objective of this work was to investigate the possible contamination of soil solution with chemical elements present in the composition of retorted oil shale (ROS) when used together with nitrogen fertilization as urea. The experiment was conducted in a silvopastoral system with an experimental design of randomized blocks, with subdivided plots. The main treatments consisted of spatial arrangements of trees, while the split plots constituted the broadcast application of urea (U) and urea covered with ROS (U+ROS). Regardless of the spacing of the trees, the use of U + ROS implied no significant effect on the chemical parameters of the soil solution leached at 40 cm of soil depth. The heavy metals Cd, As, Al and Pb, the most hazardous trace elements present in ROS, were not even detected in soil solution, in none sampling event. Such results are mainly attributed to their low contents in ROS. Our results evidenced that, even with large and cumulative rates of ROS application, the potential for contamination of water table with ROS-derived trace elements is negligible in the soil and climate conditions of the present study. Thus, the use of ROS together with nitrogen fertilization has a potential in the use in agriculture, increasing the efficiency of nitrogen fertilization without causing environmental impacts. El objetivo de este trabajo fue investigar la posible contaminación de la solución del suelo con elementos químicos presentes en la composición de la lutita retortada (LR) cuando se la añade a la fertilización nitrogenada en un sistema silvopastoril. El experimento se llevó a cabo en un sistema silvopastoril con un diseño de bloques completos al azar, con parcelas divididas. Los tratamientos principales consistieron en arreglos espaciales de los árboles, mientras que la subdivisión de las parcelas consistió en la aplicación superficial de urea (U) y urea recubierta con LR (U+LR). Independientemente del espaciamiento entre árboles, el uso de LR junto con urea (U + LR) no tuvo un efecto significativo en los parámetros químicos de la solución del suelo lixiviada a 40 cm de profundidad. Los metales pesados, Cd, As, Al y Pb, los elementos más peligrosos presentes en LR, ni siquiera fueron detectados en la solución del suelo en ningún evento de muestreo. Dichos resultados se atribuyen principalmente a sus bajos índices en LR. Nuestros resultados mostraron que, incluso con tasas de aplicación de LR grandes y acumulativas, el potencial de contaminación del agua subterránea con elementos derivados de LR es despreciable en las condiciones climáticas del suelo y del presente estudio. Por lo tanto, el uso de R junto con la fertilización nitrogenada presenta un potencial para su uso en la agricultura, aumentando la eficiencia de la fertilización nitrogenada sin causar impactos ambientales. O objetivo deste trabalho foi investigar a possível contaminação da solução do solo com elementos químicos presentes na composição do xisto retortado (XR) quando utilizado juntamente com a fertilização nitrogenada em um sistema silvipastoril. O experimento foi conduzido em um sistema silvipastoril com delineamento experimental de blocos ao acaso, com parcelas subdivididas. Os tratamentos principais consistiram em arranjos espaciais das árvores, enquanto a subdivisão das parcelas constituiu na aplicação superficial de ureia (U) e ureia recoberta com XR (U+XR). Independentemente do espaçamento das árvores, o uso do XR junto com a ureia (U + XR) não houve efeito significativo nos parâmetros químicos da solução do solo lixiviada a 40 cm de profundidade. Os metais pesados Cd, As, Al e Pb, os os elementos mais perigosos presentes no XR, nem sequer foram detectados na solução do solo, em nenhum evento de amostragem. Tais resultados são atribuídos principalmente a seus baixos índices no XR. Nossos resultados evidenciaram que, mesmo com grandes e cumulativas taxas de aplicação de XR, o potencial de contaminação do lençol freático com elementos derivados do XR é insignificante nas condições climáticas do solo e do presente estudo. Dessa forma, o uso do XR juntamente com a adubação nitrogenada apresenta um potencial no uso na agricultura, aumentando a eficiência da adubação nitrogenada sem causar impactos ambientais.

Comunicador Social Pregrado

El suelo es un recurso natural no renovable, sobre el que se desarrollan las producciones agrícola, ganadera y forestal. Es por ello que se debe considerar a este recurso como extremadamente prioritario, para mantenerlo, conservarlo y/o remediarlo. En la actualidad, la superficie natural de los suelos productivos se encuentra sometida a una creciente presión, debido a la intensificación y al impacto ambiental que representa el aprovechamiento de los suelos con fines agrícolas, forestales, pastoriles, industriales y de urbanización. Muchas de estas actividades están involucradas en la contaminación de los suelos por metales y es realmente uno de los problemas ambientales más serios, principalmente por la toxicidad de los mismos. Los metales tienen alta persistencia en el ambiente, baja solubilidad, y pueden ser co-carcinogénicos y/o mutagénicos. Por ello, representan un riesgo permanente para los ecosistemas, teniendo en cuenta que el suelo contaminado es difícil de recuperar. Un uso inadecuado del mismo puede contribuir a la degradación de este recurso natural no renovable, en un corto periodo de tiempo. En el suelo pueden encontrarse organismos centinela, cuya evaluación de determinados marcadores podría servir para estimar la presencia de la contaminación edáfica. Son organismos sensibles a la contaminación y que podrían presentar alteraciones bioquímicas, que actuarían como alarmas tempranas para el ecosistema. En la presente Tesis Doctoral se planteó como hipótesis de trabajo que los cambios en la expresión de biomarcadores en organismos centinela permiten estimar el estado de contaminación de suelos con metales, ya que los biomarcadores son indicadores sensibles de exposición a la contaminación. Por lo tanto, el objetivo general fue evaluar la utilización de biomarcadores en organismos centinela, expuestos a suelos contaminados con metales, para estimar el grado de contaminación del recurso en estudio. El estudio se realizó en suelos contaminados artificialmente con sales de metales de Pb y Zn, en concentraciones superiores a as permitidas por la legislación vigente en nuestro país para suelos de uso agrícola e industrial. De esta manera se evaluaron los efectos de acumulación de los metales, Pb y Zn, en los organismos centinela como anélidos, Eisenia fetiday plantas, Festuca arundinacea. Para ello, se realizó un monitoreo de los organismos a distintos tiempos de exposición de metales. Los anélidos se expusieron a 0, 15, 30 y 60 días y las plantas a los 0, 5 y 10 días. Además de evaluar las concentraciones de los metales en estos organismos, en los anélidos se determinaron biomarcadores de efecto como recuento de celomocitos, estabilidad de la membrana lisosomal, actividades enzimáticas como catalasa, glutatión peroxidasa y glutatión S-transferasa y compuestos no enzimáticos como el contenido de glutatión total. Los resultados demostraron que Pb y Zn fueron acumulados en los tejidos de los anélidos en función del tiempo de exposición, principalmente en los primeros 15 días. Asimismo, las concentraciones de los metales en el suelo, disminuyeron significativamente en los distintos tiempos de exposición. El factor de bioconcentración de ambos metales, confirmó la acumulación en los anélidos, siendo mayor a los 15 días de exposición. La contaminación de los suelos con Pb y Zn, causó modificaciones en los biomarcadores evaluados en E. fetida como recuento de celomocitos, estabilidad de la membrana lisosomal; y también en actividades enzimáticas como CAT, GPx y GST, y en compuestos no enzimáticas, como el contenido de GSH total. En la mayoría de las determinaciones se observaron diferencias significativas en comparación a las muestras controles. Las plantas, F. arundinacea, demostraron gran eficiencia para acumular Pb y Zn en sus tejidos, principalmente en raíces. El aumento de la concentración de los metales en función al tiempo de exposición resultó estadísticamente significativo. Los factores de bioconcentración en Pb y en Zn aumentaron en relación al tiempo de exposición. Los factores de translocación fueron diferentes silos suelos habían sido tratados con Pb y con Zn, presentando mayores valores en los suelos enriquecidos con Zn. El porcentaje de remoción demostró la eficiencia de la F. arundinacea para remover metales del suelo, siendo mayor en el suelo enriquecido con Zn. Los resultados de este trabajo de Tesis, nos permiten concluir que organismos bioindicadores como E. fetida y F. arundinacea, son susceptibles a la contaminación de suelos con Pb y Zn, debido a que se logró cuantificar la concentración de metales en ambos organismos y además pudieron evaluar los efectos de estos dos metales en biomarcadores de efecto en anélidos. Soilis a non-renewable natural resource, on which agricultural, livestock, and forestry productions are developed. That is why this resource should be considered as an extreme priority, to maintain, conserve and/or remedyit. Nowadays, the natural surface of productive soils is limited and is under increasing pressure, due to the intensification and competitive use that characterizes the use of soils for agricultural, forestry, pastoral, industrial, and urbanization purposes. Many of these activities are involved in the contamination of soils by metals, and it is one of the most serious environmental problems, mainly due to their level of toxicity. Metals havehigh persistence in the environment, low solubility, and can be carcinogenic and mutagenic. Therefore,they represent a permanent risk for the entire ecosystem, considering that contaminated soil is difficult to recover. Inappropriate use of it can contribute to the degradation of this non-renewable natural resource, in a short period.Certain markers could be used in sentinel organisms to estimate the presence of soil contamination. These organisms could present biochemical alterations at the cellular level, which would act as early alarms for the ecosystem.In this Doctoral Thesis, it was proposed as a working hypothesis that changes in the expression of biomarkers insentinel organisms allow estimating the state ofcontamination of soils with metalssince biomarkers are sensitive indicators of exposure to contamination.Therefore, the main objective was to evaluate the use of biomarkers in sentinel organisms, exposed to metals contaminated soils, to estimate the contamination degree of the resource studied. The study was carried out in soils artificially contaminated with Pb and Zn metal salts, in concentrations higher than those allowed by current legislation in our country. In this way, the effects of accumulation of metals, Pb and Zn, in sentinel organisms such as annelids, Eisenia fetida, and plants, Festuca arundinacea, were evaluated. With this objective, organisms were monitored at different times of exposure tometals. Annelids were evaluated at 0, 15, 30, and 60 exposure days and plants at 0, 5, and 10 exposure days. In addition to assessing concentrations metals in organisms, specific biomarkers such as coelomocyte count, lysosomal membrane stability, enzymatic activities such as catalase, glutathione peroxidase, and glutathione Stransferase, and non-enzymatic activities such as total glutathione content were evaluated in annelids. The results showed that Pb and Zn were accumulated in annelids tissues as a function of exposure time, mainly in the first 15 days. Likewise, the concentrations of the metals in the soil decreased significantly in the different exposure times. The bioconcentration factor of both metals confirmed the accumulation in the annelids, being greater at 15 days of exposure.Soil contamination with Pb and Zn showed modifications in the biomarkers evaluated in E.fetidaas well as in coelomocyte count, stability of the lysosomal membrane; and also in CAT, GPx, GST, and total GSH. In most of the determinations, significant differences were observed compared with the control samples.The plants, F. arundinacea, which were studied demonstrated great efficiency to accumulate Pb and Znin their tissues, mainly in their roots. The increase in the concentration of metals was very significant in relation to the exposure time. The bioconcentration factors in Pb and Zn increased concerning theexposure time. The translocation factors were different according to the treated soils, with Pb and with Zn, presenting higher values in the soils with Zn. The removal percentage demonstrated the efficiency of F. arundinacea removing metals from the soil, being higher in the soil with Zn.The results ofthis thesis work allow us to conclude that bioindicator organisms, such as E. fetidaand F. arundinacea, are organisms susceptible to soils contaminated with Pb and Zn because it was possible to quantify the concentration of metals in both organisms. Furthermore, it was possible to evaluate the effects of the metal on specific biomarkers in annelids. Fil: Albornoz, Carolina Beatriz. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Veterinarias; Argentina. Fil: Najle, Roberto. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Veterinarias; Argentina. Fil: Quiroga, Miguel A. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Veterinarias; Argentina.

Tesis (Doctora en Ciencias Químicas) - - Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas, 2022 Resumen: Este trabajo de tesis se realizó para contribuir en el conocimiento científico del área de residuos pecuarios, especialmente a nivel regional. El crecimiento en la producción pecuaria de los últimos años produjo un aumento en los residuos pecuarios generados en las granjas de producción intensiva de cerdos, resultando un problema para los productores, es por esto que desde este trabajo se busca poder contribuir en el conocimiento de la composición, destino final y efecto de su aplicación en el suelo. Como objetivo general se propuso conocer la composición físico-química y biológica de purines de los cerdos y su efecto en su aplicación a suelos agrícolas y contribuir al desarrollo de métodos analíticos para el estudio de antibióticos utilizados en las producciones pecuarias. Los objetivos específicos planteados fueron: caracterizar la composición físicoquímica y biológica de purines de cerdo, a través de parámetros de interés agronómico; Analizar posibles efectos positivos y negativos de la aplicación de purines al suelo agrícola. Estudio de casos en campos productivos; Caracterizar el comportamiento electroquímico de sulfametazina en interfaces líquidas no miscibles y su interacción con los ácidos húmicos extraídos de un suelo agrícola. Este trabajo está organizado con información general sobre la temática de los efluentes generados en la producción porcina y los objetivos de la tesis (Cap. 1). Se presenta la caracterización de los purines de cerdos, con parámetros fisicoquímicos de importancia agronómica de distintas producciones porcinas de la provincia de Córdoba. También se analizó un sistema de lagunas de estabilización, a través de parámetros fisicoquímicos y biológicos de los purines. Se considera que el uso de purines de cerdo como fuente de nutrientes en los sistemas agrícolas, utilizando previamente un sistema de lagunas de estabilización, resulta ser relativamente económico y factible para estabilizar el efluente, principalmente debido a la reducción de la demanda bioquímica de oxígeno en un período de 5 días (DBO5) y de los patógenos estudiados, evitando su diseminación. Sin embargo, los tiempos de estabilización de las lagunas deben ajustarse, ya que se observa una disminución de nutrientes importantes, como nitrógeno y fósforo, de la laguna 1 a la 3, así como un aumento en la concentración de sodio de la relación de absorción de sodio (RAS), que puede ser perjudicial para la calidad del suelo. Además, al ajustar los tiempos de almacenamiento, se reduce la liberación de gases de efecto invernadero (Cap. 2). La aplicación de los purines, subproductos pecuarios, a suelos agrícolas es una práctica factible de llevar adelante ya que es amigable con el ambiente. Son fuentes nutricionales para los cultivos, permitiendo cerrar ciclos de reutilización de subproductos pecuarios. Se analizaron los parámetros fisicoquímicos de interés agrícola en lotes donde la aplicación fue una única vez, en contraste con otros lotes donde la aplicación ocurrió de manera continua por más de 15 años. Largos períodos de aplicación cambiaron significativamente los parámetros fisicoquímicos del suelo, pero una sola aplicación muestra valores similares a los del suelo control, sin grandes cambios en los parámetros analizados, lo que podría decirse que es una práctica que ayuda a la conservación del suelo (Cap. 3). En sistemas con alta carga animal por superficie, se necesitan considerables dosis de fármacos para asegurar la sanidad del plantel. Por este motivo, se eligió estudiar la sulfametazina (SMT), antibiótico ampliamente usado en estas granjas, para ello se caracterizó el comportamiento de la sulfametazina a través de métodos electroquímicos en interfaces líquidas no miscibles y por espectrofotometría como así también la interacción del fármaco con ácidos húmicos (AH) extraídos de un suelo agrícola. Dadas las características ácido-base de la SMT el comportamiento electroquímico depende del pH. Se observa la preferencia de la SMT por el solvente orgánico. Se recomienda monitorear tanto el suelo como las napas cercanas al sector productivo para detectar la posible acumulación de este antibiótico (Cap. 4). En la última sección se presentan las conclusiones generales y las futuras proyecciones de líneas de investigación sugeridas a partir de este trabajo de tesis (Cap. 5). 2024-02-28 Fil: Dionisi, Carla Patricia. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas; Argentina. Fil: Dionisi, Carla Patricia. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Agropecuarias; Argentina.

[SPA] En la década de 1960, la “revolución verde” agrícola trajo nuevas tecnologías y una gran mecanización en los campos. Estas tecnologías aportaron respuestas rápidas para aumentar los rendimientos de los cultivos y mejorar la seguridad alimentaria. En estas tecnologías encontramos aplicaciones de pesticidas y de acolchado plástico. Desde entonces, la comunidad científica y el público en general se preocuparon por las consecuencias de estas soluciones a corto plazo. De hecho, el acolchado plástico y los pesticidas dejan residuos que se acumulan en el suelo y son potencialmente peligrosos para algunos organismos. Con esta tesis doctoral tratamos de describir el riesgo de la acumulación de residuos de plástico y de pesticidas en agricultura. Este trabajo está organizado en siete capítulos que se describen a continuación. En la introducción, presentamos los varios beneficios del uso de pesticidas y plásticos en agricultura. Los muchos servicios que ofrecen explican por qué se usan abundantemente en todo el mundo. Sin embargo, tanto el plástico como los pesticidas tienen el potencial de acumularse en el suelo. Con respecto a el plástico, hicimos la diferencia entre fuentes directas (p. ej., acolchado plástico, fertilizantes recubiertos con plástico) e indirectas (p. ej., lodos de depuradora, compost). Explicamos los procesos de degradación de los residuos plásticos en microplásticos y, al final, en agua y CO2. Diferenciamos entre microplásticos primarios (~prístinos) y secundarios (~degradados). Nos focalizamos en el uso de acolchado plástico, ya que se usa abundantemente en todo el mundo y que se reconozca como una fuente importante de desechos plásticos. Presentamos tres tipos de plástico diferentes: Polietileno de baja densidad (LDPE), acolchados que contienen aditivos prooxidantes (PAC) y biodegradables (BIO). Finalmente, presentamos las amenazas que representan los residuos de plástico y pesticidas y la necesidad de más investigación. Elaboramos seis preguntas principales que se abordan en los siguientes cinco capítulos de investigación. El objetivo de esta evaluación de campo fue medir los residuos de plásticos y pesticidas en los suelos agrícolas y sus efectos en el microbioma del suelo. Para eso, tomamos muestras de suelo (0-10 cm y 10-20 cm) de 18 parcelas de 6 huertas del sureste de España. Las fincas estaban bajo manejo orgánico o convencional, donde se había usado acolchado plástico por más de 25 años. Medimos el contenido de desechos plásticos de densidad micro y macro, los niveles de residuos de pesticidas y una variedad de propiedades fisicoquímicas. También llevamos a cabo la secuenciación del ADN de las comunidades fúngicas y bacterianas del suelo. Se encontraron residuos plásticos en todas las muestras y se encontraron de 4 a 10 residuos de pesticidas diferentes en todos los suelos en manejo convencional. En general, el contenido de pesticidas fue ~100 veces menor en manejo orgánico, mientras que no se observaron diferencias significativas en el contenido de plástico entre manejos. Las comunidades fúngicas y bacterianas eran específicas de cada finca y estaban relacionadas con diferentes parámetros fisicoquímicos y contenido de contaminantes en el suelo. En cuanto a los contaminantes, las comunidades bacterianas respondieron al total de residuos de pesticidas, al fungicida Azoxystrobin y al insecticida Clorantraniliprol, así como al total del área de plástico. El fungicida Boscalid fue el único contaminante que influyó en la comunidad fúngica. Demostramos que los residuos de plástico y pesticidas estaban presentes juntos en el suelo, por lo que nos preguntamos hasta qué punto podría haber absorción de pesticidas en los residuos plásticos. El objetivo de esta investigación fue de medir la sorción de las sustancias activas de los pesticidas en acolchados de LDPE, PAC y BIO plástico y comparar la descomposición de las sustancias activas en presencia y ausencia de desechos plásticos. Para eso, se incubaron 38 sustancias activas de 17 insecticidas, 15 fungicidas y seis herbicidas comúnmente aplicados con acolchado plástico en el sureste de España con una pieza de acolchado plástico de 3 × 3 cm2 (LDPE, PAC y Bio). La incubación se realizó en una solución de 10% acetonitrilo y 90% agua destilada a 35 °C durante 15 días en oscuridad. La sorción dependió tanto del pesticida como del tipo de acolchado plástico. En promedio, el porcentaje de sorción fue de ~23 % en LDPE y PAC y ~50 % en BIO. La descomposición de las sustancias activas en presencia de plástico fue ~30 % menor que la descomposición de las sustancias activas en solución sola. Investigamos si los residuos plásticos encontrados en el suelo en el capítulo 2 podrían modificar las propiedades fisicoquímicas del suelo. Probamos el impacto de residuos plásticos de tamaño macro (~5 mm) y micro (< 1 mm) de LDPE y un tipo de acolchado BIO sobre las propiedades fisicoquímicas e hidrológicas del suelo. La densidad aparente, la porosidad, la conductividad hidráulica saturada, la capacidad de campo y la repelencia al agua se alteraron significativamente en presencia de los cuatro tipos de residuos plásticos, mientras el pH, la conductividad eléctrica y la estabilidad de los agregados no se vieron afectados sustancialmente. El tipo, tamaño y contenido de los residuos plásticos, así como las interacciones entre estos tres factores, resultaron en efectos complejos sobre las variaciones de los parámetros del suelo. Ampliamos el enfoque de nuestro trabajo desde el suelo hasta los seres vivos que caminan con la pregunta: ¿Las ovejas ingieren los desechos plásticos cuando pastan en campos contaminados? Para dar una respuesta, recolectamos heces de ovejas de 5 rebaños diferentes y analizamos el contenido de microplásticos bajo densidad. Encontramos ~103 partículas∙kg-1 en las heces. Los datos mostraron que el ganado ingirió plástico, en forma de microplásticos y/o macroplásticos. Estudios adicionales deberían centrarse en: evaluar la cantidad de plástico en las heces que venga directamente del acolchado plástico, estimar la degradación del plástico en las entrañas de las ovejas y comprender los efectos potenciales de estos residuos plásticos en la salud del ganado. En un experimento final, replicamos las condiciones de campo en un mesocosmo para probar si el acolchado plástico y los residuos de pesticidas podrían afectar la producción de la planta. Probamos tres acolchados plásticos y tres pesticidas comúnmente utilizados por los agricultores. Se colocaron acolchados de polietileno de baja densidad (LDPE), que contienen aditivos prooxidantes (PAC) y biodegradables (BIO) en un campo durante cuatro meses, se fragmentaron en micro y macroplásticos y se agregaron al suelo con pesticidas. Plástico y pesticidas incubaron en el mesocosmo durante un año en condiciones de campo antes de plantar plántulas de lechuga, Lactuca sativa. Después de un período de crecimiento de 14 semanas, medimos el diámetro basal, el número de hojas, el área foliar, la biomasa de brotes frescos, la biomasa de brotes secos y el contenido de agua de los brotes. Observamos una disminución del área foliar, la biomasa de brotes frescos y la biomasa de brotes secos en plantas que crecían en suelo donde había plástico BIO en comparación con el control. Estos resultados se suman a estudios previos en un llamado a realizar pruebas más detalladas antes de la aprobación de acolchados BIO para agricultura en el mercado. Los principales resultados de la tesis se resumieron en el último capítulo. Comparamos nuestros resultados con la literatura existente y discutimos los vínculos entre los capítulos. Exploramos las limitaciones de la detección actual de residuos de plásticos y pesticidas. Más específicamente, la detección de pequeños residuos plásticos, microplásticos y nanoplásticos en el suelo sigue siendo un desafío. Se están desarrollando una diversidad de métodos. Sugerimos que la diversidad de métodos se requiere para describir la diversidad de tipos, tamaños y formas de plástico y que los métodos deben ser adaptados al objetivo específico del estudio. También discutimos los niveles actuales de residuos de plástico y pesticidas en el suelo y qué concentraciones deberían usarse para evaluar sus impactos potenciales. Finalmente, exploramos diferentes opciones para controlar los impactos de los residuos de plásticos y pesticidas en la agricultura. No se puede sugerir una solución única, ya que los sistemas agrícolas son muy diversos y enfrentan muchos desafíos. No obstante, se recomienda usar mejores prácticas para limitar la acumulación de residuos en el medio ambiente: utilizar acolchados plásticos más fuertes para una eliminación y reciclaje más eficientes o utilizar plásticos biodegradables probados en condiciones de campo; tener en cuenta las condiciones climáticas al aplicar pesticidas y tener en cuenta el tiempo de residencia de los residuos en el suelo. Concluimos que el uso de plásticos y pesticidas son insumos artificiales que afectan procesos naturales, mientras muchos procesos naturales son beneficiosos para la producción de cultivos. Necesitamos más investigación e iniciativas para adaptar la gestión agrícola a sus condiciones y desafíos específicos. [ENG] In the 1960s, the agricultural “Green revolution” brough new technologies and heavy mechanisation to the fields. These technologies brought rapid answers to increase the crop yields and improve food security. Among these technologies we found pesticide and plastic mulch applications. Since then the scientific community and the general public became worried of the long term consequences of these short term solutions. Indeed plastic mulch and pesticides leave debris which accumulate in the soil and are potentially harmful to divers organisms. With this PhD thesis we try to encompass the threat posed by plastic mulch and pesticide residues in agriculture. The research was organised in seven different chapters described below. In introduction we presented the diverse benefices of pesticide and plastic use in agriculture. The many services they provide explained why they are use abundantly worldwide. However both plastic and pesticides have the potential to accumulate in the soil. For plastic we made the difference between direct (e.g. plastic mulch, plastic coated fertilizers) and indirect sources (e.g. sewage sludge, compost). We explained the degradation processes of plastic debris into microplastics and ultimately into water and CO2. We differentiated primary (~pristine) and secondary (~degraded) microplastics. We narrowed down the focus to plastic mulch as it is used abundantly worldwide and is recognize as an important source of plastic debris. We presented three different plastic types: Low density Polyethylene (LDPE), Pro-oxidant Additive Containing (PAC) and biodegradable (BIO) mulches. Finally, we presented the threats posed by plastic and pesticides residues and the need for more research. We elaborated six main questions that are addressed in the following five research chapters. The objective of this field assessment was to measure plastic and pesticide residues in agricultural soils and their effects on the soil microbiome. For this, we sampled soil (0-10 cm and 10-20 cm) from 18 parcels from 6 vegetable farms in Southeast Spain. The farms were under either organic or conventional management, where plastic mulch had been used for > 25 years. We measured the macro and micro light density plastic debris content, the pesticide residue levels, and a range of physiochemical properties. We also carried out DNA sequencing on the soil fungal and bacterial communities. Plastic debris was found in all samples and 4-10 different pesticide residues were also found in all conventional soils. Overall, pesticide content was ~100 times lower in organic farms, whereas no significant difference in plastic content was observed between organic and conventional farms. The fungal and bacterial communities were farm-specific and related to different soil physicochemical parameters and contaminants. Regarding contaminants, bacterial communities responded to the total pesticide residues, the fungicide Azoxystrobin and the insecticide Chlorantraniliprole as well as the total plastic area. The fungicide Boscalid was the only contaminant to influence the fungal community. We proved that plastic and pesticide residues were present together in the soil so we wondered to which extend there could be sorption of pesticides on plastic debris. The aim of this research was to measure the sorption pattern of active substances from pesticides on LDPE, PAC and Bio plastic mulches and to compare the decay of the active substances in the presence and absence of plastic debris. For this purpose, 38 active substances from 17 insecticides, 15 fungicides and six herbicides commonly applied with plastic mulching in South-east Spain were incubated with a 3 × 3 cm2 piece of plastic mulch (LDPE, PAC and Bio). The incubation was done in a solution of 10% acetonitrile and 90% distilled water at 35 °C for 15 days in the dark. The sorption behaviour depended on both the pesticide and the plastic mulch type. On average, the sorption percentage was ~23% on LDPE and PAC and ~50% on Bio. The decay of active substances in the presence of plastic was ~30% lesser than the decay of active substances in solution alone. We investigated whether the plastic debris found in the soil in chapter 2 could modify the soil physicochemical properties. We tested the impact of macro (around 5 mm) and micro (< 1 mm) sized plastic debris from LDPE and one type of starch-based Bio mulch film on soil physicochemical and hydrological properties. The bulk density, porosity, saturated hydraulic conductivity, field capacity and soil water repellency were altered significantly in the presence of the four kinds of plastic debris, while pH, electrical conductivity and aggregate stability were not substantially affected. The type, size and content of plastic debris as well as the interactions between these three factors played complex roles in the variations of the measured soil parameters. We expanded the focus of our work from the soil to living being walking on it by investigating the question: Do sheep ingest the plastic debris when they are grazing in contaminated fields? To give an answer, we collected sheep faeces from 5 different herds and analysed the light density microplastic content. We found ~103 particles∙kg-1 in the faeces. The data showed that livestock ingested plastic, in the form of microplastics and/or macroplastics. Further studies should focus on: assessing how much of the plastic found in faeces is coming directly from plastic mulching, estimating the plastic degradation in the guts of sheep and understanding the potential effects of these plastic residues on the health of livestock. In a final mesocosm experiment, we replicated field conditions to test if plastic mulch and pesticide residues could affect the plant production. We tested three plastic mulches and three pesticides commonly used by farmers. Low density polyethylene (LDPE), Pro-oxidant Additive Containing (PAC) and biodegradable (BIO) mulches were laid in a field for four months, shredded into micro- and macro- plastics and added to the soil with pesticides. Plastic and pesticides were left in the mesocosm to incubate for a year in field condition before lettuces seedlings, Lactuca sativa, were planted. After 14 weeks growing periode, we measured the basal diameter, number of leaves, leaf area, fresh shoot biomass, dry shoot biomass and shoot water content. We observed a decreased leaf area, fresh shoot biomass and dry shoot biomass in plants growing in soil where BIO plastic was present compared to the control. These results add up to previous studies in a call for more detailed test before approval of BIO mulches for agriculture on the market. The main findings of the thesis were summarized in the last chapter. We compared our results with existing literature and discussed the links between the chapters. We explored the limitations of current plastic and pesticide residues detection. More specifically, the detection of small plastic debris, microplastics and nanoplastics, in soil remains a challenge and a diversity of methods are being developed. We suggested that the diversity of methods is required to describe the diversity of plastic types, sizes and shapes and the methods need to be adapted to the specific objective of the study. We also discussed the current levels of plastic and pesticides residues in soil and which concentrations should be used to assess their potential impacts. Finally we explored different options to control the impacts of plastic and pesticides residues in agriculture. No ‘one-fits-all’ approach can be suggested as agricultural systems are very diverse and face many challenges. Nevertheless best practices are recommended to limit the accumulation of residues in the environment: use stronger plastic mulch for a more efficient removal and recycling or use biodegradable plastic tested in field conditions; be mindful of the climate conditions when applying pesticides and take into account their specific residence time in soil. We conclude that plastic and pesticides use are artificial inputs which affect natural processes in some detrimental manner while many natural processes are beneficial to crop production. We need more investigation and initiatives to tailor agricultural management to their specific conditions and challenges. Escuela Internacional de Doctorado de la Universidad Politécnica de Cartagena Universidad Politécnica de Cartagena Programa de doctorado en Tecnología y Modelización en Ingeniería Civil, Minera y Ambiental

[eng] Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) are major environmental pollutants in a number of point source contaminated sites, where they are found embedded in complex mixtures containing different polyaromatic compounds. The application of bioremediation technologies is often constrained by unpredictable end-point concentrations, enriched in recalcitrant high molecular weight (HMW)-PAHs, and by the formation of generally overlooked PAH transformation products, such as oxygenated-PAHs (oxy-PAHs). The starting hypothesis of the Thesis was that cometabolic interactions and partial oxidation processes could play an essential role in channeling PAH carbon fluxes, with oxy-PAHs acting as potential catabolic nodes. The general objective is to expand the knowledge on the metabolic networks that drive the biological removal of PAHs in contaminated soils. Benz(a)anthracene (BaA) was used as a model to unravel the microbial populations and functions involved in the biodegradation of HMW-PAHs. The combination of DNA-SIP and shotgun metagenomics of 13C-labeled DNA allowed the unequivocal identification and functional analysis of the key BaA-degrading phylotype, a member of the novel genus Immundisolibacter. Analysis of the corresponding metagenome assembled genome (MAG) revealed a highly conserved genetic organization unique within this genus, including novel aromatic ring-hydroxylating dioxygenases. The influence of other HMW-PAHs on BaA degradation was ascertained in soil microcosms spiked with BaA and fluoranthene (FT), pyrene (PY) or chrysene (CHY) in binary mixtures. Co-incubation of PAHs resulted in a major delay in the removal of the less soluble PAHs and an increased formation of benz(a)anthracene-7,12-dione (BaAQ), the ready oxidation product from BaA, which was associated to relevant microbial interactions. To elucidate the mechanisms driving oxy-PAH biodegradation we isolated a 9,10-anthraquinone (ANTQ)-degrading bacterial strain, Sphingobium sp. AntQ-1. The metabolomic, genomic and transcriptomic characterization of the isolate served to reconstruct the ANTQ catabolic pathway, initiated by two sequential Baeyer-Villiger oxidations. Essential genes for the biodegradation of ANTQ were located in the megaplasmid pANTQ-1. The environmental relevance of the strain and the identified degradative mechanisms were confirmed by qPCR assessment during a previous biostimulation experiment of the creosote- contaminated soil. The metabolic networks involved in oxy-PAH biodegradation were investigated using a BaAQ-degrading microbial consortium obtained by enrichment in sand-in-liquid cultures with BaAQ as sole carbon source. The integration of data from metabolomic and metagenomic functional gene analyses revealed that the BaAQ metabolic pathway was probably initiated by the Baeyer- Villiger monooxygenases encoded in pANTQ-1, indicating horizontal gene transfer phenomena. Our results suggest that Baeyer-Villiger oxidations, infrequent during PAH-biodegradation, could be a relevant mechanism for the processing of oxy-PAHs in contaminated sites, thus contributing to mitigate the potential risk of their accumulation. Further analysis of the BaAQ-degrading community MAGs also provided an insight into the potential roles and interactions within the consortium members. Several potential auxotrophies were detected, indicating that relevant interactions were taking place within the community members, not only to provide suitable carbon and energy sources, but also to supply essential nutrients and cofactors.

Atrazine is a herbicide widely used in control of predominant broad leaf infestations in agricultural crops such as corn, sorgo and sugarcane, with high mobility in the soil, and may become toxic to aquatic organisms, plants and humans. Thus, the adsorption of pesticides by biocoals becomes a viable option, mitigating the environmental impacts caused. Used in physico-mathematical models, ion leaching tests in soil column, allow the characterization of the mobility of solutes presenting differential equation solutions for transportof solutes in the soil. Thus, the present study aims to verify the adsorption potential of atrazine by biochar synthesized from corn straw in an undefined and deformed soil column. For this, the experiment was conducted in a completely randomized design, totaling 16 tests (deformed column with biochar, deformed column without biochar, undisturbed column with biochar and undisturbed column without biochar). The treatments with bio-carbon received an amount of 5 ton ha-1 and all received the same amount of atrazine (6,5 L ha-1). The biochar was characterized based on their physical and chemical properties, by surface morphology evaluation (Scanning Electron Microscopy - SEM), specific surface area and porosity. Atrazine concentrations were measured by High Performance Liquid Chromatography (HPLC). In the undisturbed soil, it was found that significant differences in adsorption of atrazine after application of the biochar, once reduced pesticide mobility in soil. However, the method used in soil column deformed was not efficient, making necessary more studies to this perspective. La atrazina es un herbicida ampliamente utilizado en el control de infestaciones predominantes de hojas anchas en cultivos agrícolas como el maíz, el sorgo y la caña de azúcar, con alta movilidad en el suelo, y puede llegar a ser tóxico para los organismos acuáticos, las plantas y los seres humanos. Así, la adsorción de plaguicidas por biocarbones se convierte en una opción viable, mitigando los impactos ambientales causados. Utilizados en modelos físico-matemáticos, los ensayos de lixiviación iónica en columna de suelo, permiten la caracterización de la movilidad de solutos presentando soluciones de ecuaciones diferenciales para el transporte de solutos en el suelo. Así, el objetivo de este trabajo fue verificar el potencial de adsorción de atrazina por el biocarbón de paja de maíz en una columna de suelo no deformada y deformada. Para ello, el experimento se realizó en un Diseño Completamente Aleatorizado (IHD), totalizando 16 ensayos (columna deformada con biocarbón, columna deformada sin biocarbón, columna indeformada con biocarbón y columna no deformada sin biocarbón). Los tratamientos de biocarbón recibieron una cantidad de 5 toneladas ha-1 y todos recibieron la misma cantidad de atrazina (6,5 L ha-1). El biocarbón se caracterizó por evaluar la morfología de las superficies mediante Microscopía Electrónica de Barrido, área de superficie específica (ASEBET) y porosidad. Las concentraciones de atrazina fueron determinados por cromatografía líquida de alto rendimiento (HPLC). En el suelo no deformado, hubo una diferencia significativa en la adsorción de atrazina después de la aplicación del biocarbón, ya que redujo la movilidad del pesticida en el suelo. Sin embargo, el método utilizado en el suelo deformado no fue eficiente, por lo que los estudios posteriores se centraron en esta perspectiva. A atrazina é um herbicida amplamente utilizado em controle de infestações predominantes de folhas largas em culturas agrícolas como milho, sorgo e cana de açúcar, com alta mobilidade no solo, podendo tornar-se tóxico para os organismos aquáticos, plantas e seres humanos. Assim, a adsorção de pesticidas por biocarvões se torna opção viável, mitigando os impactos ambientais causados. Utilizados em modelos físico-matemáticos, ensaios de lixiviação de íons em coluna de solo, possibilitam a caracterização da mobilidade dos solutos apresentando soluções de equação diferencial de transporte de solutos no solo. Desta forma, o objetivo deste trabalho foi verificar o potencial de adsorção de atrazina por biocarvão de palha de milho em coluna de solo indeformado e deformado. Para isto, o experimento foi conduzido em Delineamento Inteiramente Casualizado (DIC), totalizando 16 ensaios (coluna deformada com biocarvão, coluna deformada sem biocarvão, coluna indeformada com biocarvão e coluna indeformada sem biocarvão). Os tratamentos com biocarvão receberam uma quantidade de 5 ton ha-1 e todos receberam a mesma quantidade de atrazina (6,5 L ha-1). O biocarvão foi caracterizado por meio de avaliação da morfologia das superfícies por Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), área superficial específica (ASEBET) e porosidade. As concentrações de atrazina foram medidas por Cromatografia Líquida de Alta Performance (HPLC). No solo indeformado verificou-se diferença significativa na adsorção de atrazina após a aplicação do biocarvão, uma vez que reduziu a mobilidade do pesticida no solo. Porém, o método utilizado no solo deformado não se mostrou eficiente, fazendo-se necessário mais estudos voltados à essa perspectiva.