Pyroclastic Flow, Journal of Geology ISSN

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1 Uso de elementos piroclásticos de la erupción del complejo volcánico Puyehue-Cordón Caulle en el control de gastrópodos Use of pyroclastics elements from the Puyehue-Cordón Caulle volcanic complex eruption in gastropods control Cabrera-Brandt, M.A. 1, Vera, P. 2, Silva, R. 3 Resumen: Desde el año 2011, la localidad de Futrono ( S, W) se vio seriamente afectada por la erupción del complejo volcánico Puyehue-Cordón Caulle, el que arrojó grandes cantidades de cenizas sobre Futrono y sus alrededores, causando importantes pérdidas económicas a una zona basada principalmente en la agricultura y el turismo. Dentro de los diversos organismos que constituyen plagas en huertos e invernaderos destacan los gastrópodos como el caracol de jardín (Hélix aspersa) y babosas (Limax maximus). Para controlarlos se utilizan plaguicidas como meta-acetaldehídos, los que poseen gran toxicidad también sobre mamíferos y aves. Alternativamente, para el control de gastrópodos se han utilizado cenizas de origen vegetal. Dada la gran cantidad de cenizas volcánicas disponibles en esta zona, se evaluó el uso de cenizas volcánicas como agente controlador de gastrópodos. Para ello, se realizaron experimentos comparando los efectos de cenizas de origen volcánico y de cenizas provenientes de la combustión de leña con respecto a su acción como barrera al desplazamiento de gastrópodos. Se observó que las cenizas volcánicas actúan como una potente barrera al desplazamiento de gastrópodos, posiblemente por diferencias en su forma y composición química. Palabras clave: Hélix aspersa, Limax maximus, cenizas, complejo volcánico Puyehue-Cordón Caulle, control de plagas. Abstract: After the eruption of the volcanic complex Puyehue-Cordón Caulle in 2011, Futrono (40 8 '0 "S, 72 24' 0" W) has been seriously affected by large amounts of ashes that have covered the town and surrounding areas, impacting negatively the economic activities of the area mainly based on agriculture and tourism. Among the agricultural pests, gastropods such as snails (Helix aspersa) and slugs (Limax maximus), are the cause of severe damages on crops in orchards and greenhouses. For gastropods control, pesticides mainly based on meta-acetaldehyde are frequently used; however, those synthetic pesticides show high toxicity on mammals and birds. Alternatively, ashes from firewood have been used to control gastropods. We evaluated the use of volcanic ashes for controlling gastropods. Therefore, experiments were conducted using volcanic and firewood ashes to evaluate and compare their effects as barriers to gastropods movement. The results showed that the volcanic ashes are indeed a powerful barrier to gastropods movement, possibly due to the shape and chemical composition of ashes. Keywords: Hélix aspersa, Limax maximus, ashes, volcanic complex Puyehue-Cordón Caulle, pest control 1 Instituto de Ciencias Ambientales y Evolutivas, Facultad de Ciencias, Universidad Austral de Chile, Valdivia, Chile. 2 Colegio Helvecia, Av. Rene Shneider 3380 Valdivia, Chile. 3 Instituto de Histología y Patología, Facultad de Medicina, Universidad Austral de Chile, Valdivia, Chile. de contacto/ Contact 7

2 1. INTRODUCCIÓN Ubicado en una zona activa de convergencia entre placas tectónicas, Chile forma parte del llamado cinturón de fuego del Pacifico. En Chile se han descrito cerca de 2800 volcanes, más de 500 de ellos considerados geológicamente activos, y 60 que han presentado procesos eruptivos en los últimos 450 años (Stern, 2004; ONEMI, 2008). Desde el año 2011 la localidad de Futrono ( S, W), ubicada en la rivera norte del Lago Ranco en la Región de Los Ríos, Chile, se ha visto afectada por la erupción subpliniana del complejo volcánico de tipo fisural Puyehue-Cordón Caulle, ubicado a una distancia de 50 km aproximadamente (Moreno y Muñoz, 2012; Romero, 2012). Este proceso eruptivo arrojó grandes cantidades de cenizas a la atmósfera, llegando a formarse una columna subpliniana de 14 km de altura (Romero, 2012). Las cenizas afectaron tanto a las inmediaciones del volcán, como a gran parte de Sudamérica, y provocaron trastornos en el tráfico aéreo incluso en el sur de África y Oceanía (Otero et al., 2012). La caída y acumulación de cenizas sobre Futrono provocó serias perturbaciones a las actividades económicas como la agricultura y el turismo, entre otras, así como importantes modificaciones en ríos y lagos cercanos (Figura 1). Dentro de las actividades agrícolas que se efectúan en el área circundante a Futrono, destaca la producción de diferentes productos como hortalizas y verduras en pequeños huertos e invernaderos, los que son destinados para el consumo familiar y/o su comercialización a nivel local. Históricamente, la presencia de plagas que atacan los diferentes cultivos representa uno de los principales problemas que enfrentan los agricultores, destacándose entre ellas los gastrópodos como el caracol de jardín (Hélix aspersa) y babosas (Limax maximus). Estos invertebrados causan severos daños a plantas ornamentales y especialmente a hortalizas en huertos e invernaderos (Ester y Geelen, 1996; Iglesias y Speiser, 2001), siendo además importantes como vectores de algunos patógenos humanos como nematodos (Port y Ester, 2002; Sproston et al., 2006). Para controlarlos se utilizan plaguicidas en la forma de cebos, cuyos componentes activos se basan principalmente en meta acetaldehídos (Friedli y Frank 1998; Henderson y Triebskorn, 2002). Sin embargo, estos agentes químicos sintéticos muestran gran toxicidad para organismos no blancos, como aves y mamíferos, por lo que su uso conlleva serios riesgos ambientales e incluso de salud pública (Buchs et al., 1989; Gemmeke, 1997; Iglesias et al., 2003). Históricamente, se han utilizado cenizas de origen vegetal o polvos inorgánicos como tierra de diatomeas, como una alternativa económica y ambientalmente amigable respecto al uso de plaguicidas para el control plagas (Golob, 1997; Stadler et al., 2010ª; Buteler et al., 2011). De lo anteriormente expuesto y enmarcado en las actividades realizadas por el Programa Explora- Conicyt, Región de Los Ríos, bajo el patrocinio de la Universidad Austral de Chile, y como una forma de incrementar la resiliencia emocional de la comunidad, se propuso buscar una utilidad práctica a la gran perturbación natural generada por el proceso eruptivo que estaba afectando a la población de Futrono. Bajo la hipótesis de que las cenizas volcánicas provenientes del complejo volcánico Puyehue-Cordón Caulle pueden ser utilizadas como una alternativa efectiva y ambientalmente amigable al uso de plaguicidas en el control de gastrópodos, se realizaron ensayos con ceniza volcánica y con cenizas provenientes de la combustión de leña, para evaluar y comparar su efectividad como una barrera al desplazamiento de gastrópodos. Los resultados mostraron que la ceniza volcánica actúa como una mejor barrera al desplazamiento de gastrópodos en relación a lo observado en los experimentos con ceniza procedente de la combustión de leña. Estos resultados se explicarían por las diferencias en la forma y composición química de las cenizas comparadas en este estudio, por lo que se propone aprovechar la gran cantidad de cenizas volcánicas disponibles para emplearlas como controlador de gastrópodos en invernaderos y huertos. 2. METODOLOGÍA 2.1 Material biológico Plantas: para la mantención de caracoles y babosas se utilizaron hojas de acelga (Beta vulgaris var. cicla) de aproximadamente un mismo tamaño (20 cm).. Gastrópodos: se colectaron caracoles y babosas desde betarraga (Beta vulgaris) y acelga, manteniéndose a los caracoles y babosas vivos sobre plantas de acelga. Para los experimentos, se seleccionaron caracoles con tamaños de 25 mm aproximadamente y babosas de 35mm aproximadamente. Cenizas: Se utilizaron dos tipos de cenizas, volcánica microparticulada (menos de 10µm) y ceniza proveniente de la combustión de leña. Piedra pómez: Se utilizaron piedras pómez que cayeron sobre Futrono y sus alrededores, procedentes del complejo volcánico Puyehue- Cordón Caulle, las que tenían un tamaño de 5 mm aproximadamente. 8

3 Figura 1: Impacto de las cenizas emanadas desde el Complejo volcánico Puyehue-Cordón Caulle sobre Futrono y sus alrededores. Fuente: P. Vera y E. Jaramillo. 2.2 Experimentos En un terrario circular (706 cm 2 ) se depositaron dos hojas de acelga. Una de ellas fue rodeada por una capa de ceniza volcánica microparticulada pura, mezclada con tierra en una proporción 1:1, piedra pómez de 5mm aprox. o procedente de la combustión de madera. El grosor del borde de ceniza fue de 3 cm de espesor. Luego se depositó un gastrópodo en medio (n=10 por cada condición) (Figura 2). Dado los hábitos de alimentación nocturnos de babosas y caracoles, al día siguiente, se evaluó cuál de las hojas presentaba daños atribuibles a la alimentación por babosas y caracoles. Todos los experimentos fueron realizados en dependencias del Colegio María Deogracia de Futrono. 2.3 Análisis químico y microscópico de cenizas y piedras pómez Se realizaron análisis químicos basados en Espectrometría de Fluorescencia por rayos X a las cenizas, las que además fueron fotografiadas mediante 9

4 Microscopía Electrónica de Barrido. Estos análisis se realizaron en dependencias del Instituto de Anatomía, Histología y Patología de Facultad de Medicina de la Universidad Austral de Chile. El ph de las cenizas volcánicas y de las provenientes de la combustión de leña se determinó en el Instituto de Ciencias Ambientales y Evolutivas de la Facultad de Ciencias de la Universidad Austral de 2.4 Análisis de datos Los resultados obtenidos (número de hojas atacadas y no atacadas) en los experimentos fueron analizados mediante un test estadístico de homogeneidad de frecuencias χ 2 (chi-cuadrado). Chile. Figura 2: Esquema y fotografía de la metodología utilizada. Fuente: M. Cabrera-Brandt. 3. RESULTADOS Luego que los gastrópodos estudiados pasaran una noche en los terrarios, las hojas rodeadas por ceniza volcánica, ya sea esta pura o mezclada con tierra al 50%, no presentaron signos de daño, a diferencia de lo observado en las hojas sin la barrera de cenizas, en donde todas las hojas presentaban daños producidos por gastrópodos. En tanto, las hojas de acelga que fueron rodeadas con piedras pómez fueron significativamente menos atacadas que las hojas sin la barrera piedras pómez. Para el caso de caracoles, cuando se hicieron los experimentos con cenizas procedentes de la combustión de leña, las hojas rodeadas con estas cenizas fueron significativamente (p<0,05) menos atacadas que las hojas sin cenizas a su alrededor. Para el caso de babosas, no se observaron diferencias significativas en el número de hojas atacadas entre las cenizas con y sin barrera de cenizas provenientes de la combustión de leña (Tabla 1). Los análisis por espectrometría de fluorescencia por rayos X realizados a las cenizas, muestran que el oxígeno (O) es el elemento presente en mayor proporción en las cenizas (volcánicas y de combustión de leña) y piedras pómez analizadas. Para cenizas volcánicas y piedras pómez, el elemento piroclástico mayoritariamente detectado fue silicio (Si) (29,04% y 32,30%, respectivamente); mientras que la ceniza proveniente de la combustión de leña se encuentra compuesta en una mayor proporción por calcio (Ca), (28,71%), y potasio (K), (9,85%). También se puede apreciar que en la ceniza procedente de la combustión de leña están presentes algunos elementos que no están en la ceniza volcánica y piedra pómez, tales como fosforo (P), azufre (S), cloro (Cl), titanio (Ti), manganeso (Mn) y magnesio (Mg) (Tabla 2). Mediante el uso de Microscopía Electrónica de Barrido se analizaron las cenizas volcánicas, la piedra pómez y las cenizas de leña utilizadas en los ensayos con caracoles y babosas. Las microfotografías muestran que los dos tipos elementos piroclásticos estudiados poseen una estructura cristalina, con ángulos y bordes agudos (Figura 3, A y B); mientras que la ceniza proveniente de la combustión de leña muestra estructuras con formas esféricas, sin ángulos ni bordes evidentes (Figura 3, C) 10

5 Tratamiento Caracoles (Hélix aspersa) Acelga con barrera de ceniza Acelga sin barrera de ceniza Babosas (Limax maximus) Acelga con barrera de ceniza Acelga sin barrera de ceniza Ceniza volcánica 0 10* 1 9* Piedra pómez 2 8* 3 7* Ceniza volcánica 0 10* 1 9* mezclada con tierra Ceniza de combustión 3 7* 4 6 de leña Tabla 1: Número de hojas de acelga con y sin barrera de cenizas volcánicas (pura y con tierra al 50%), piedras pómez y cenizas de combustión de leña, atacadas por caracoles y babosas. *: p<0,05; n=10 Elemento Cenizas volcánicas (%) Piedras pómez (%) Cenizas de leña (%) O 54,54±0,95 49,80±1,18 53,66±3,43 Na 1,22±0,05 0,90±0,79 0,17±0,15 Al 5,67±0,37 6,01±0,13 1,34±1,77 Si 29,04±0,81 32,30±0,64 1,98±2,49 K 3,23±0,36 3,71±0,32 9,85±1,67 Ca 2,05±0,15 2,27±0,38 28,61±7,19 Fe 4,24±0,39 5,02±0,17 0,42±0,73 P - - 0,85±0,17 S - - 0,59±0,18 Cl - - 0,67±0,14 Ti - - 0,73±0,42 Mn - - 0,24±0,42 Mg - - 0,87±0,15 Tabla 2: Composición química de los elementos piroclásticos (ceniza volcánica y piedra pómez) y de la ceniza de combustión de leña. Se indica la proporción (en %) en que se encuentran diferentes elementos químicos. Análisis realizado por Espectrometría de Fluorescencia por rayos X. (n=3). Muestras ph Ceniza Volcánicas 8,5 Piedra pómez 8,5 Cenizas de leña 10 Tabla 3: Análisis de ph de elementos piroclásticos y de combustión de madera. Las muestras de cenizas volcánicas y piedras pómez en suspensión acuosa arrojaron un ph de 8,5, mientras que se observó un ph mucho más básico (ph=10) para la ceniza procedente de la combustión de leña (Tabla 3). 11

6 Figura 3: Microfotografías obtenidas por Microscopía Electrónica de Barrido de: A): Cenizas volcánicas, a escalas de 100µm, 30µm y 20µm; B): Piedra pómez, a escalas de 1mm, 30µm y 20µm; C): Cenizas provenientes de la combustión de madera a escalas de 100 µm, 20 µm y 10 µm. Fuente: R. Silva. 4. CONCLUSIONES Desde el año 1920 se han utilizado polvos inorgánicos como plaguicidas. Un ejemplo lo constituye la tierra de diatomeas que se obtiene desde depósitos geológicos que contienen algas microscópicas fosilizadas, y que está compuesta mayoritariamente por dióxido de silicio (SiO 2 ) (Golob, 1997). Por otra parte, el recientemente descubierto nanoinsecticida a base de alúmina (Al 2 O 3 ) nanoestructurada (NSA) (Stadler et al., 2010a), representa un nuevo tipo de material particulado con un mecanismo de acción insecticida similar al de los polvos inertes, mecanismo que está asociado a efectos físicos como la abrasión, obstrucción de espiráculos e intestinos, y deshidratación (Edwards y Schwartz, 1981; Buteler et al., 2011). Los resultados obtenidos en este trabajo abren nuevas perspectivas tendientes a proponer el uso de elementos piroclásticos como agentes de control de Se destaca la potencialidad de ayudar a disminuir el uso indiscriminado de plaguicidas artificiales en huertos y gastrópodos que constituyen plagas agrícolas, sugiriendo además que serían las características físicas de las cenizas, compuestas en su mayoría por cristales formados por silicatos con bordes afilados y ángulos muy agudos, las que causarían un efecto abrasivo, impidiendo o dificultando el desplazamiento de caracoles y babosas. Por otra parte, el ph de las cenizas no estaría afectando el desplazamiento de caracoles y babosas, dado que el ph más básico y por ende más corrosivo, lo poseen las cenizas provenientes de la combustión de leña, las que no se comportan como una barrera tan efectiva al desplazamiento de gastrópodos, en comparación a los elementos piroclásticos. Resta aun realizar experimentos tendientes a evaluar las respuestas fisiológicas de los gastrópodos al interactuar con las cenizas volcánicas. Este trabajo ha servido para sugerir una utilidad a las cenizas volcánicas que han caído sobre Futrono y sus alrededores, proponiendo su uso para el manejo de plagas de caracoles y babosas. jardines (Friedli y Frank 1998; Henderson y Triebskorn, 2002), limitando los problemas 12

7 ambientales que su uso conlleva (Buchs et al., 1989; Gemmeke, 1997; Iglesias et al., 2003). Restan aun hacer estudios tendientes e evaluar los posibles efectos que tendría el uso de cenizas volcánicas en cultivos de hortalizas sobre la salud humana. Un valor agregado de este trabajo es que ha constituido una oportunidad para incrementar la resiliencia emocional de una comunidad que ha sido afectada por este gran evento natural. 5. AGRADECIMIENTOS A Francisca I. Jaksic S. e Ignacia A. Roa T., por su gran dedicación y responsabilidad en el trabajo experimental desarrollado; Al Dr. Eduardo Jaramillo por sus valiosos aportes y comentarios; Al Programa Explora-Conicyt, Región de los Ríos; DID-UACH. A Christian Figueroa por sus comentarios al manuscrito. 6. REFERENCIAS Buchs, W., Heimbach, U., Czarnecki, E Effectcs of snails baits on nontarget carabid beetles. En: Slugs and Snails in World Agriculture. Henderson, I.F. (Ed.). British Crop Protection Council. Thornton Heath. Reino Unido. Monograph. No. 41: Buteler, M., Stadler, T., López García, G.P., Lassa, M.S., Trombotto Liaudat, D., D adamo, P., Fernandez-Arhex, V Propiedades insecticidas de la ceniza del complejo volcánico Puyehue-Cordón Caulle y su posible impacto ambiental. Rev. Soc. Entomol. Argent. 70 (3-4): Edwards, J. S., Schwartz, L. M Mount St. Helens ash: a natural insecticide. Canadian Journal of Zoology. 59: Ester, A., Geelen, P.M.T.M Integrated control of slugs in a sugar beet crop growing in a rye cover crop. En: Slugs and Snails Pest In Agriculture. Henderson, I.F. (Ed.). British Crop Protection Council Symposium Proceedings No. 66. Farnham. Reino Unido Friedli, J., Frank, T Reduced applications of metaldehyde pellets for reliable control of the slug pests Arion lusitanicus and Deroceras reticulatum in oilseed rape adjacent to sown wildflower strips. Journal of Applied Ecology, 35: Gemmeke, H Investigation on the threat to hedgehogs posed by poisoned slugs. Meta News 5. Basilea. Suiza. 7 Golob, P Current status and future perspectives for inert dusts for control of stored product insects. Journal of Stored Products Research. 33: Henderson, I., Triebskorn R Chemical Control of Terrestrial Gastropods. En: Molluscs as Crop Pests. Barker G.M. (Ed.). CABI Publishig. Wallingford. Reino Unido Iglesias, J., Speiser, B Consumption rate and susceptibility to parasitic nematodes and chemical molluscicides of the pest slugs Arion hortensis s.s. and A. distinctus. Journal of Pest Science, 74: Iglesias, J., Castillejo, J., Castro, R The effects of repeated applications of the molluscicide metaldehyde and the biocontrol nematode Phasmarhabditis hermaphrodita on molluscs, earthworms, nematodes, acarids and collembolans: a two-year study in north-west Spain. Pest Management Science, 59: Moreno, H., Muñoz, J Asistencia volcanológica durante la fase explosiva de Junio de 2011 de la erupción en el volcán Cordón Caulle, Andes del Sur. XIII Congreso Geológico Chileno, Antofagasta. Actas. Otero, L.A., Ristori, P.R., Pallotta, J.V., Pawelko, E.E., D Elia, R., Quel, E.J Volcán Puyehue Cordón Caulle: medición de las cenizas en Buenos Aires, Argentina, durante junio Pyroclastic Flow, Journal of Geology. 2: Port, G.R., Ester, A Gastropoda as pests in vegetable and ornamental crops in western Europe. Molluscs as Crop Pests. Barker, G.M. (Ed.). CABI Publishing. Wallingford. Reino Unido Romero, J.E Erupciones Subplinianas: Conociendo la dinámica detrás de la erupción del Cordón Caulle durante Pyroclastic Flow. 2: Onemi, Informe consolidado, actividad volcánica año Unidad de Gestión Territorial. División de Protección Civil. Sproston, E.L., Macrae, M., Ogden, I.D., Wilson, M.J., Strachan, N.J.C Slugs: potential novel vectors of Escherichia coli O157. Applied and Environmental Microbiology, 72: Stadler, T., Buteler, M., Weaver, D. K. 2010a. Novel use of Nanostructured Alumina as an insecticide. Pest Management Science. 66: Stern, C. R Active Andean volcanism: its geologic and tectonic setting. Revista geológica de Chile. 31 (2): Recibido/Submitted: 12/11/2013 Aceptado/Accepted: 17/12/2013 Reviewers/ Revisores: 2 13

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