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DEPOSICION DE PARTICULAS DE HOLLIN EN LA SUPERFICIE DE LAS HOJAS DE FICUS (Ficus macrophylla) COMO INDICADOR DE CONTAMINACION DEL AIRE EN EL ECOSISTEMA URBANO DE FLORIDA BAJA-CHIMBOTE/DEPOSITION OF SOOT PARTICLES ON THE SURFACE OF FICUS LEAVES (Ficus macrophylla) AS AN AIR POLLUTION INDICATOR IN THE URBAN ECOSYSTEM OF FLORIDA BAJA-CHIMBOTE.

Introduccion.

La contaminacion del aire en el ecosistema urbano de la localidad de Florida Baja-Chimbote presenta altas concentraciones de particulas suspendidas totales (PST) 187.6 [micro]g/[m.sup.3] en 24 h (DIGESA, 2012). Dicho proceso antropogenico se inicia en los primeros anos de la segunda guerra mundial con las actividades de pesca en gran escala debido a la demanda internacional de higado de pescado que incremento la generacion de residuos, que fueron aprovechados para la produccion de harina de pescado que en corto tiempo se transformo en un insumo requerido para la alimentacion de la industria avicola y porcina en Europa y Estados Unidos. Este gran mercado impulso un incesante desarrollo de la industria nacional de harina de pescado en los puertos de la costa peruana. Chimbote y Coshco, se convirtieron en los puertos mas importantes para la produccion de productos derivados de la pesca, por su riqueza en especies marinas, principalmente, anchoveta y sardina (Kuramoto, 2005).

En la zona de influencia estan ubicadas 31 fabricas productoras de harina y aceite de pescado, las que generan hollin a partir del diesel utilizado para obtener la energia requerida en las diferentes lineas productivas. Todas las empresas son formales, cuentan con la documentacion correspondiente para operar manteniendose al margen referente a los limites maximos permisibles de emisiones de particulas de carbon (hollin). En Peru los Estandares Nacionales de Calidad Ambiental para aire referente a PM-10 y PM-2.5 muestran valores (DS. 074-2001-PCM) que no coinciden con los recomendados por la Organizacion Mundial de la Salud (OMS, 2006).

El hollin concentra, por adsorcion, oxidos de carbono (CO, C[O.sub.2]), nitrogeno (NO, N[O.sub.2]), azufre (S[O.sub.2]), hidrocarburos, metales de transicion y componentes biologicos como las endotoxinas bacterianas (Scheepers & Bos, 1992; U.S. EPA, 1989), formando efectos sinergicos entre gases, metales y compuestos organicos, incrementando el nivel de toxicidad de las particulas suspendidas totales (PST) que varian ampliamente en su composicion y propiedades fisicoquimicas (Saldivia et al., 2002). Una fraccion de PST corresponde a las particulas con diametro aerodinamico medio de 10 [micro]m (PM-10) las cuales contienen una amplia gama de material particulado y una gran cantidad de hidrocarburos aromaticos policiclicos (HAPs) (Turnbull & Harrison, 2000; Li et al., 2003), el material particulado comprende a su vez varias fracciones de tamano: gruesas (2.5 a 10 [micro]m), finas (0.1 a 2.5 [micro]m) y ultrafinas (<0.1[micro]m) (Koch, 2000).

El hollin esta formado por un conjunto de particulas aglomeradas, comunmente de forma esferica, alcanzando diametros aerodinamicos de 0.01 a 0.05 [micro]m para las particulas de hollin primarias y de 0.1 a 1 [micro]m para las particulas de hollin secundarias; las particulas primarias se generan por pirolisis en la caldera en un proceso de nucleacion mediante el crecimiento de estructuras tridimensionales de los hidrocarburos aromaticos policiclicos (PAHs) y las secundarias se forman a partir de la coalescencia de las primarias (Atribak et al., 2010).

La deposicion de hollin se concentra en la superficie de las hojas de los arboles aledanos a las fabricas harineras, el cual puede llegar a formar una pelicula sobre el follaje, restringiendo la absorcion luminica y el proceso de fotosintesis, afectando de esta manera el equilibrio dinamico de la vegetacion arbustiva y, por tanto, es probable la aparicion de efectos adversos para la salud (De Kok et al., 2006; Mitchell et al., 2010; Novak et al. , 2014) en la poblacion del ecosistema urbano de la zona de influencia. Las particulas de hollin tambien pueden obstruir las vias respiratorias aumentando la secrecion de moco (Martinez, 2010) induciendo efectos de disfuncion celular (Oberdorster et al., 2005). Estos procesos pueden resultar en la formacion de compuestos con actividad redox desencadenando estres oxidativo (Unfried et al., 2007). Ademas, si los iones metalicos como hierro, niquel, cobre, entre otros, se liberan de la superficie del hollin en los entornos biologicos, pueden catalizar reacciones Fenton y de forma similar estan implicados en un incremento de la formacion de especies reactivas de oxigeno (ROS) (Schins & Knaapen, 2007).

La inhalacion de particulas de hollin puede inducir un incremento de ciclooxigenasa--2 (COX--2), enzima de gran importancia en la respuesta inflamatoria inducida por estres fisiologico y estimulos, efecto altamente significativo en la progresion de enfermedades neurodegenerativas (Rubio--Perez & Morillas--Ruiz, 2012; Chen et al., 2017).

Materiales y metodos.

Las pruebas de campo se realizaron utilizando estaciones puntuales ubicadas en el ecosistema urbano de Florida Baja--Chimbote (distrito Chimbote, provincia Santa, departamento Ancash).

Seleccion de las estaciones de muestreo.

En la seleccion de las estaciones de muestreo (Figura 1) se considero como criterio la influencia antropogenica puntual y movil (U.S. EPA, 1995), incluyendo en lo posible la incidencia de la pluma contaminante proveniente de las actividades industriales, comerciales, urbanas y los parametros meteorologicos (direccion del viento, temperatura, humedad, precipitacion y radiacion solar), con la finalidad de obtener la mayor deposicion de hollin en el follaje.

Se ha seleccionado el Ficus macrophylla para la deposicion de particulas de hollin por ser el mas abundante en el area establecida para realizar el estudio; ademas, la superficie de las hojas se caracteriza por ser debilmente aterciopeladas lo cual permite tener una buena capacidad de adsorcion frente a otros materiales disponibles y por la ubicacion de la copa del arbol alcanzando alturas comprendidas entre 2.0 y 2.5 m, factor importante en la conservacion y toma de muestras.

Control de interferencias.

Para controlar las interferencias o errores que se presentaron en la toma de muestras se consideraron tres estaciones de muestreo adicionales o blancos fuera del area de influencia (Miramar--Chimbote), la que recibio el mismo tratamiento que las muestras colectadas (de los arboles contaminados) en cada estacion de muestreo correspondiente.

Toma de muestras.

La toma de muestras se realizo por triplicado para cada periodo de muestreo programado (Tabla 1). En el diseno experimental se consideraron cuatro campanas de muestreo para cada una de las estaciones respectivas. La primera campana se realizo en el mes de marzo (2012) que corresponde al periodo de veda (no se realizan actividades productivas), mientras que las otras campanas segunda, tercera y cuarta en los meses de mayo, junio y julio (2012), representan el periodo de maxima produccion en las fabricas productoras de harina y aceite de pescado.

Diseno experimental.

Se aplico el metodo (U.S. EPA, 1989) de superficie respuesta utilizando una aproximacion geometrica de elipse, expresando el resultado de acuerdo con la siguiente relacion (Dalmasso et al., 1997):

Deposicion

de hollin = [Masa (m)hollin adsorbida superfice hoja/Area hoja ([A.sub.hoja])] = [(m) mg de hollin/([pi] x a x b) [cm.sup.2]]

El area de la hoja o porta muestra corresponde a las hojas de los arboles de ficus (Ficus macrophylla), el area de la hoja ([A.sub.hoja]), se ajusto aproximadamente al area de una elipse ([A.sub.elipse] = [pi] x a x b) (Figura 2).

Analisis en el laboratorio.

Las muestras colectadas fueron procesadas en el Laboratorio de Quimica--Universidad Ricardo Palma, de acuerdo con el protocolo de la metodologia correspondiente (U.S. EPA, 1989; Dalmasso et al., 1997). El hollin fue cuantificado por gravimetria.

El hollin fue separado de los porta muestras por lavado con agua destilada y por filtracion utilizando papel filtro Whatman No 42 previamente tarado, se seco la muestra en estufa a 110 [+ o -] 2 [grados]C por 1 hora, se estabilizo la temperatura de la muestra en un desecador durante 20 minutos. Por diferencia de pesadas se determino la masa de hollin adsorbida en las hojas de los arboles considerando la muestra en blanco, para controlar las posibles interferencias. Dichos valores fueron correlacionados con el area de las hojas que les corresponde a cada hora y estacion de muestreo.

Tratamiento estadistico.

Los datos obtenidos en el analisis de laboratorio fueron evaluados utilizando el software IBM SPSS Statistics V21.0; para determinar si los resultados obtenidos presentan diferencias significativas entre los lugares y meses de muestreo se aplico un diseno de varianza no parametrica de una via (ANOVA) y posteriormente una prueba de Tukey.

Resultados.

En la Tabla 2 se presentan los niveles de deposicion de hollin por estacion y campana de muestreo. Dichos valores se han obtenido dividiendo la masa (m) de hollin adsorbida en la superficie de la hoja entre el area de la hoja ([A.sub.hoja]):

[Deposicion de hollin = [(m) mg de hollin/([pi] x a x b) [cm.sup.2]]

La primera campana (PC) realizada el mes de marzo (2012) corresponde al periodo de veda en el puerto de Chimbote.

La Figura 3 representa una parte de la hoja de ficus utilizada como porta muestra para cuantificar la deposicion de hollin, presentando una superficie aparentemente libre de hollin por tratarse del periodo de aire mas limpio en el ecosistema urbano de Florida Baja--Chimbote. Corresponde a la primera campana de muestreo (PC) mes de marzo, 2012, (periodo de veda en el puerto de Chimbote), el PCM fue de 0.0034 + 0.001 mg de hollin/c[m.sup.2] (Tabla 2).

La Figura 4 permite observar la deposicion de hollin formando nucleos pequenos y dispersos en la superficie de la hoja de ficus, corresponde a la segunda campana de muestreo (SC) mes de mayo (2012). El PCM fue de 0.54 + 0.20 mg de hollin/c[m.sup.2] (Tabla 2), dicho valor es 159.3 veces superior al promedio obtenido en la PC mes de marzo.

La Figura 5 presenta deposicion de hollin formando nucleos de mayor tamano en la superficie de la hoja de ficus, corresponde a la tercera campana de muestreo (TC) mes de junio (2012). El PCM fue de 1.06 [+ o -] 0.52 mg de hollin/c[m.sup.2] (Tabla 2), dicho valor es 312.97 veces superior al promedio obtenido en la PC mes de marzo.

La Figura 6 concentra la deposicion de hollin en cumulos de mayor tamano en la superficie de la hoja de ficus, corresponde a la cuarta campana de muestreo (CC) mes de julio (2012). El PCM fue de 1.63 [+ o -] 0.52 mg de hollin/c[m.sup.2] (Tabla 2), dicho valor es 478.15 veces superior al promedio obtenido en la PC mes de marzo.

Discusion.

Los niveles de deposicion de hollin en la primera campana de muestreo (PC) realizada en el mes de marzo (2012), periodo de veda en el puerto de Chimbote, son bajos en cada estacion de muestreo y estan comprendidos entre 0.0026 y 0.0045 mg de hollin/c[m.sup.2], con un promedio de deposicion de hollin por campana de muestreo (PCM) de 0.0034 + 0.001 mg de hollin/c[m.sup.2] (Tabla 2 y Figura 3). Considerando como referencia los valores obtenidos en la PC para comparar el incremento de la deposicion de hollin en el periodo de mayor actividad de las fabricas productoras de harina y aceite de pescado correspondiente a la segunda, tercera y cuarta campana de muestreo. Se ha encontrado en la estacion E-2 el valor mas alto como promedio de deposicion de hollin por estacion de muestreo (PEM) 1.39 + 0.56 mg de hollin/c[m.sup.2], dicho valor es 308.69 veces superior al obtenido en la PC para E-2. Mientras que la deposicion de hollin en funcion de la campana de muestreo el valor mas alto obtenido es para la CC mes de julio 1.63 [+ o -] 0.52 mg de hollin/c[m.sup.2], dicho valor es 478.15 veces superior al promedio obtenido en la PC mes de marzo (Tabla 2).

Las campanas de muestreo realizadas en mayo y junio (2012), Figura 7, presentan mayor heterogeneidad de los valores mas bajos de la deposicion de hollin, desplazando las medias hacia abajo en las dos campanas de muestreo. Mientras que en la cuarta campana (julio) se observa que la deposicion de hollin presenta mayor heterogeneidad de los valores mas altos desplazando la mediana del valor central hacia un nivel de incremento.

En la Figura 8 la media mas alta corresponde a la estacion E-2, mientras que en la estacion E-1 la deposicion de hollin presenta mayor heterogeneidad de los valores mas altos, desplazando la mediana del valor central hacia un nivel de incremento. En la estacion E-3 se encontro mayor asimetria en la deposicion de hollin, la media se aproxima a la mediana.

En el periodo de mayor actividad de las fabricas productoras de harina y aceite de pescado (mayo, junio y julio) se incrementa la contaminacion en la estacion de muestreo (E-2) ubicada en el colegio Pedro Paulet (Tabla 2), predominando el efecto de la influencia de las variables meteorologicos (direccion del viento, temperatura, humedad, precipitacion y radiacion solar) en la orientacion la pluma contaminante sobre el espacio aereo del centro educativo (Figura 9 y Figura 10-a) y cuando esta pluma antropogenica desciende verticalmente hasta alcanzar el piso ingresa a los ambientes del colegio presentando inclusive disminucion de la visibilidad en el centro educativo (Figura 10-b). En dicho periodo se presento en la estacion E-2 el mayor nivel de deposicion de hollin 1.38 [+ o -] 0.56 mg/c[m.sup.2], dicho valor es 308.69 veces superior al promedio obtenido en dicha estacion en la primera campana de muestreo.

El analisis comparativo de la tendencia a continuar o prevalencia de enfermedades respiratorias en la base de datos validados por los centros de salud de los dos ecosistemas urbanos ubicados en la zona de influencia Florida Baja y fuera de la zona de influencia Miramar (Tabla 3 y Tabla 4, Figura 11) fueron:

En Florida Baja la prevalencia de faringitis es mayor, continuan con la enfermedad 44 personas, mientras que en Miramar continuan con la enfermedad 14 personas (Tabla 3 y Tabla 4).

En Florida Baja y en Miramar continuan con rinitis alergica 22 y 21 personas, respectivamente. Lo cual indica que dicha enfermedad es independiente de la presencia de hollin (Tabla 3 y Tabla 4).

En Florida Baja la prevalencia de asma acumulada es mayor, continuan con la enfermedad 23 personas, mientras que en Miramar continuan con la enfermedad 18 personas (Tabla 3 y Tabla 4).

En Florida Baja la prevalencia de asma (diagnosticada por medico) es mayor, continuan con la enfermedad 14 personas, mientras que en Miramar continuan con la enfermedad 8 personas (Tabla 3 y Tabla 4).

En Florida Baja y en Miramar continuan con asma actual 5 personas, respectivamente. Demostrando que el asma actual es una enfermedad independiente de la presencia de hollin (Tabla 3 y Tabla 4).

En Florida Baja la prevalencia de otras enfermedades respiratorias es mayor, continuan con la enfermedad 32 personas, mientras que en Miramar continuan con la enfermedad 22 personas (Tabla 3 y Tabla 4).

En Florida Baja la prevalencia de otras enfermedades es mayor, continuan con estas enfermedades 44 personas, mientras que en Miramar continuan con dichas enfermedades 22 personas (Tabla 3 y Tabla 4).

Conclusiones.

El incremento de la produccion de las fabricas productoras de harina y aceite de pescado genera mayor deposicion de hollin, 316.79 veces superior al promedio de la PC de muestreo en el ecosistema urbano de Florida Baja--Chimbote.

El ambiente del colegio Pedro Paulet presenta en promedio la mayor deposicion de hollin, dicho valor es 308.7 veces superior al valor obtenido en la primera campana.

La mayor prevalencia de enfermedades respiratorias en funcion del tiempo se presenta en el ecosistema urbano de Florida Baja--Chimbote, predominando la faringitis y la rinitis alergica.

Agradecimientos.

Los autores agradecen a la ONGD Diagnostico Integral por el apoyo economico concedido para la realizacion del presente trabajo durante el periodo comprendido entre julio 2011 a julio 2013.

Literatura citada.

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Abiu Josue Padilla Lauriano (1) y Elvito Fabian Villegas Silva (2)

(1) Ecologia y Gestion Ambiental, Escuela de Posgrado, Universidad Ricardo Palma, Lima, Peru. abiu33@hotmail.com.

(2) Departamento Academico de Quimica, Facultad de Ciencias, Universidad Nacional Agraria La Molina, Lima, Peru. elvito@lamolina.edu.pe.

DOI: http://dx.doi.org/10.21704/rea.v17i1.1178
Tabla 1. Toma de muestras por campana de muestreo de acuerdo con el
diseno experimental.

               c  Arbol        No      PC     SC    TC     CC
               m  uestreado  M/arbol  Marzo  mayo  junio  Julio
EM     HM         Control
               C  (Miramar)

E-1    8:0 am  1     1          3       6      6     6      6
       12:0 m  1     1          3       6      6     6      6
       8:0 pm  1     1          3       6      6     6      6
E-2    8:0 am  1     1          3       6      6     6      6
       12:0 m  1     1          3       6      6     6      6
       8:0 pm  1     1          3       6      6     6      6
E-3    8:0 am  1     1          3       6      6     6      6
       12:0 m  1     1          3       6      6     6      6
       8:0 pm  1     1          3       6      6     6      6
Total                                  54     54    54     54

       No total
       muestras
EM

E-1        24
           24
           24
E-2        24
           24
           24
E-3        24
           24
           24
Total     216

EM = Estacion de muestreo, HM = Hora de muestreo, C = contaminado, No
M/arbol = Numero de muestras/arbol, PC = Primera campana, SC = Segunda
campana, TC = Tercera campana, CC = Cuarta campana.

Tabla 2. Deposicion de hollin segun estacion y campana de muestreo.

EM   PC     SC    TC     CC     PEM   DE
     Marzo  Mayo  Junio  Julio

E-1  0.00   0.34  0.91   1.04   0.76  0.37
E-2  0.00   0.74  1.64   1.78   1.39  0.56
E-3  0.00   0.54  0.64   2.05   1.08  0.84
PCM  0.00   0.54  1.06   1.63
DE   0.00   0.20  0.52   0.52

EM = Estacion de muestreo, PC = Primera campana, SC = Segunda campana,
TC = Tercera campana, CC = cuarta campana, PCM = Promedio de deposicion
de hollin por campana de muestreo (mg de hollin/[cm.sup.2]), PEM =
Promedio de deposicion de hollin por estacion de muestreo (mg de
hollin/[cm.sup.2]), DE = Desviacion estandar.

Tabla 3. Estimacion porcentual de la prevalencia de enfermedades
respiratorias en el ecosistema urbano de Florida Baja--Chimbote,
diciembre 2011-agosto 2012.

                     Prevalencia
Enfermedad      N        (%)      NCE     IC (95%)    DE

Faringitis      234     18.74     44   16.02 - 21.46  1.39
Rinitis         164     13.28     22   10.52 - 16.03  1.41
alergica
Asma            166     14.00     23   11.97 - 16.04  1.04
acumulada
Asma            126     10.81     14    8.95 - 12.67  0.95
(diagnosticada
por medico)
Asma actual      75      6.67      5    5.05 - 8.28   0.82
Otras           195     16.44     32   12.91 - 19.96  1.79
enfermedades
respiratorias
Otras           234     18.74     44   16.02 - 21.46  1.39
enfermedades

N = numero de casos, NCE = numero de casos que continuan con la
enfermedad, IC = intervalo de confianza, DE = Desviacion estandar.
Fuente: Direccion de Red de Salud Chimbote (2012).

Tabla 4. Estimacion porcentual de la prevalencia de enfermedades
respiratorias en el ecosistema urbano de Miramar--Chimbote, diciembre
2011-agosto 2012.

                     Prevalencia
Enfermedad       N       (%)      NCE     IC (95%)      DE

Faringitis      220      6.24     14    3.86 - 8.62    1.45
Rinitis         160     13.09     21   10.48 - 15.71   1.23
alergica
Asma            170     10.64     18    8.24 - 13.04   1.09
acumulada
Asma            100      8.3       8    3.56 - 7.14    0.92
(diagnosticada
por medico)
Asma actual      90      5.06      5    3.12 - 7.01    0.89
Otras           180     12.25     22    9.88 - 14.62   1.67
enfermedades
respiratorias

N = numero de casos, NCE = numero de casos que continuan con la
enfermedad, IC = intervalo de confianza, DE = Desviacion estandar.
Fuente: Direccion de Red de Salud Chimbote (2012).
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Author:Lauriano, Abiu Josue Padilla; Silva, Elvito Fabian Villegas
Publication:Ecologia Aplicada
Date:Jan 1, 2018
Words:4240
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