Assessment of intensive periurban agriculture soil quality applying biomarkers in earthworms

Abstract

La agricultura periurbana en Argentina es realizada por agricultores sin un control adecuado. La aplicación indiscriminada de agroquímicos para mejorar la productividad impacta negativamente al medio ambiente. El objetivo de este trabajo fue probar la calidad de suelos agrícolas periurbanos mediante la realización de bioensayos con Eisenia andrei como indicador. Se muestrearon suelos pertenecientes a dos huertos de producción intensiva (S: parcela de cultivo de fresa/brócoli y G: invernadero de cultivo de tomate/pimiento - Distrito de Moreno, Buenos Aires, Argentina) durante los años 2015 y 2016. Como biomarcadores subcelulares se utilizaron colinesterasas (ChE), carboxilesterasas (CaE) y las actividades de glutatión-S-transferasas (GST) se analizaron en E. andrei (exposición de 7 días). Si bien no se observó ningún efecto sobre las actividades de ChE, las actividades de CaE se redujeron significativamente en un 18 % (suelo S-2016). Las actividades de GST aumentaron un 35% y un 30% para S-2016 y G-2016, respectivamente. La disminución de CaE junto con el aumento de GST podría ser indicativo de una alteración negativa. Con respecto a los biomarcadores de todo el organismo, se analizaron la reproducción (exposición de 56 días), la evitación (exposición de 3 días) y la actividad alimentaria (prueba de lámina de cebo, exposición de 3 días). En todos los casos se observó una reducción de la viabilidad de los capullos (50%), de la eclosión (55%), acompañada de un bajo número de juveniles (50%). Además, las lombrices de tierra mostraron respuestas de evitación significativas a S-2015, S-2016 y G-2016, mientras que G-2015 indujo la migración del suelo. En ningún caso se registró ningún efecto significativo sobre la actividad alimentaria. La mayoría de los biomarcadores de E. andrei analizados podrían constituir una alerta temprana de los efectos nocivos producidos por los suelos periurbanos contaminados, incluso si se desconoce el tratamiento agroquímico aplicado. Los resultados revelan la necesidad de desarrollar un plan de acción para evitar un mayor deterioro del suelo productivo.

Periurban agriculture in Argentina is carried out by farmers without adequate control. The indiscriminate agrochemical application for productivity improvement negatively impacts the environment. The objective of this work was to test the quality of periurban agricultural soils by performing bioassays with Eisenia andrei as an indicator. Soils belonging to two orchards with intensive production (S: strawberry/broccoli crop plot and G: tomato/pepper crop greenhouse - Moreno District, Buenos Aires, Argentina) were sampled during 2015 and 2016. As subcellular biomarkers, cholinesterases (ChE), carboxylesterases (CaE), and glutathione-S-transferases (GST) activities were analysed in E. andrei (7-day exposure). While no effect on ChE activities was observed, CaE activities were significantly reduced 18% (S-2016 soil). GST activities were increased 35% and 30% by S-2016 and G-2016, respectively. CaE decrease together with GST increase could be indicative of a negative disturbance. Concerning whole organism biomarkers, reproduction (56-day exposure), avoidance (3-day exposure), and feeding activity (bait-lamina test, 3-day exposure) were analysed. A reduced cocoons’ viability (50%), hatchability (55%), accompanied by a low number of juveniles (50%) were observed in all cases. Additionally, the earthworms exhibited significant avoidance responses to S-2015, S-2016 and G-2016 whereas G-2015 soil induced migration. No significant effect on the feeding activity was registered in any case. Most of the E. andrei biomarkers tested could constitute an early warning of harmful effects produced by polluted periurban soils, even if the agrochemical treatment applied remains unknown. The results reveal the need to develop an action plan to avoid further deterioration of the productive soil.

A agricultura periurbana na Argentina é realizada por agricultores sem controle adequado. A aplicação indiscriminada de agroquímicos para melhoria da produtividade impacta negativamente o meio ambiente. O objetivo deste trabalho foi testar a qualidade dos solos agrícolas periurbanos através da realização de bioensaios tendo Eisenia andrei como indicador. Solos pertencentes a dois pomares de produção intensiva (S: parcela de cultivo de morango/brócolis e G: cultivo de tomate/pimenta em estufa - Distrito de Moreno, Buenos Aires, Argentina) foram amostrados durante 2015 e 2016. Como biomarcadores subcelulares, colinesterases (ChE), carboxilesterases (CaE) e atividades de glutationa-S-transferases (GST) foram analisadas em E. andrei (exposição de 7 dias). Embora nenhum efeito nas atividades de ChE tenha sido observado, as atividades de CaE foram significativamente reduzidas em 18% (solo S-2016). As atividades de GST aumentaram 35% e 30% até S-2016 e G-2016, respectivamente. A diminuição do CaE juntamente com o aumento do GST pode ser indicativa de uma perturbação negativa. Em relação aos biomarcadores de organismo inteiro, foram analisadas a reprodução (exposição de 56 dias), evitação (exposição de 3 dias) e atividade alimentar (teste de lâmina-isca, exposição de 3 dias). Em todos os casos foi observada redução da viabilidade dos casulos (50%), eclodibilidade (55%), acompanhada de baixo número de juvenis (50%). Além disso, as minhocas exibiram respostas de evitação significativas ao S-2015, S-2016 e G-2016, enquanto o solo do G-2015 induziu a migração. Nenhum efeito significativo na atividade alimentar foi registrado em nenhum caso. A maioria dos biomarcadores de E. andrei testados poderiam constituir um alerta precoce dos efeitos nocivos produzidos pelos solos periurbanos poluídos, mesmo que o tratamento agroquímico aplicado permaneça desconhecido. Os resultados revelam a necessidade de desenvolver um plano de ação para evitar maior deterioração do solo produtivo.