Chile, as the second largest salmon farming country in the world, reports the highest use of
antibiotics and pesticides, which can be harmful to both the environment and humans. These
compounds tend to be sequestered by suspended particles, transported by currents and finally
deposited in sediments, where they are later consumed by the benthic community. Changes in the
bacterial community, emergence of resistance genes and impacts at the ecological level have been
described for antibiotics and pesticides, although most focus on the local impact of salmon farming.
This study sought to understand the dynamics and fate of antibiotics throughout the Puyuhaupi
Fjord and to understand the partitioning behavior of the antibiotics florfenicol and flumequine
through adsorption experiments that simulate the average temperature of the fjord. In addition, the
occurrence of deltamethrin and cypermethrin in total suspended solids and filtering benthic
organisms (bivalves and sponges) in the Puyuhuapi Fjord was evaluated. Finally, an experiment of
respiration in the water column and marine sediments obtained in an area without aquaculture
activity (Banyuls Bay, France) was developed to evaluate if the presence of antibiotics and
pesticides can affect the degradation process of organic material, through changes in community
respiration and remineralized components.
Our results show low concentrations of florfenicol (from trace to 23.1 ng L-1
) and
flumequine (trace level) detected after 180 and 360 days (respectively) since their last medication
at a distance between 2 and 23 km from the culture sites. The fugacity model used in our study
area, together with the decay model, predicts that flumequine can remain in sediments for more
than two months at sub-minimum inhibition concentrations (sub-MIC). This condition may
promote bacterial selection for antibiotic resistance and eventually pose a risk to human health
from the consumption of seafood products. The values of the partition constants Kd and KOC,
obtained by bacth experiments, suggest that the adsorption capacity of flumequine is twice that of
florfenicol (Table 2, section 3.2), implying that flumequine has a greater tendency to be adsorbed
and absorbed by sediments. From an environmental point of view, our results may imply that the
fate of flumequine will be related to processes affecting particles, suspension transport and seafloor
deposition, whereas florfenicol concentration be controlled by hydrodynamic processes such as
dilution and transport by currents. In turn, a higher fraction of flumequine may be stored in the
sediments in coastal areas housing salmon farming centers.
Chile, como segundo país con mayor producción en el cultivo de salmones a nivel mundial,
reporta el mayor uso de antibióticos y pesticidas, lo que puede ser perjudicial tanto para el
medioambiente como para el hombre. Estos compuestos tienden a ser secuestrados por las
partículas suspendidas, transportados por las corrientes y, finalmente son depositadas en los
sedimentos, donde eventualmente son consumidos por la comunidad bentónica. Cambios en la
comunidad bacteriana, aparición de genes de resistencia e impactos a nivel ecológico han sido
descritos para antibióticos y pesticidas, aunque la mayoría se enfocan en el impacto local de la
actividad salmonera. Este estudio buscó entender la dinámica y el destino de los antibióticos en
todo el fiordo Puyuhaupi y conocer el comportamiento particional de los antibióticos florfenicol y
flumequina a través de experimentos de adsorción que simular la temperatura promedio de fiordo.
Junto con esto se buscó evaluar la ocurrencia de deltametrina y cipermetrina en los sólidos totales
suspendidos y los organismos bentónicos filtradores (bivalvos y esponjas) en el fiordo Puyuhuapi.
Finalmente se desarrolló un experimento de respiración en columna de agua y sedimentos marinos
obtenidos, una zona sin actividad acuícola (bahía Banyuls, Francia), para evaluar si la presencia de
antibióticos y pesticidas pueden afectar el proceso de degradación del material orgánico, a través
de cambios en respiración comunitaria y en las componentes remineralizadas.
Nuestros resultados muestran bajas concentraciones florfenicol (desde traza a 23.1 ng L-1
)
y flumequina (nivel traza) detectados después de 180 y 360 días (respectivamente) desde su la
última medicación a una distancia de entre 2 y 23 km de los centros de cultivo. El modelo de
fugacidad utilizado en nuestra área de estudio, junto con el modelo de decaimiento, predicen que
flumequina puede permanecer en los sedimentos más de dos meses a concentraciones de inhibición
sub-Mínima (sub-MIC). Esta condición puedo promover la selección bacteriana por resistencia a
los antibióticos y, eventualmente representar un riesgo para la salud humana por el consumo de
productos marinos. Los valores de constantes de partición Kd y KOC, obtenidos experimentalmente
en nuestro estudio, sugieren que la capacidad de adsorción de flumequina es dos veces mayor que
la de florfenicol (Tabla 2, sección 3.2), lo que implica que flumequina tiene una mayor tendencia
a ser adsorbido por los sedimentos. Desde el punto de vista ambiental, nuestros resultados pueden
implicar que el destino de la flumequina estará más asociado a procesos como el transporte de
partículas y la deposición en el fondo marino, mientras que el florfenicol debería estar más relacionado con procesos acuáticos como la dispersión y el transporte por las corrientes, lo que
sugiere que, eventualmente, una mayor fracción de flumequina puede quedar almacenada en los
sedimentos en la zona con centros de cultivo de salmones.
Los pesticidas deltametrina y cipermetrina se incorporaron a través de baños para controlar
brotes de infección por caligus (Caligus rogercresseyi). Concentraciones muy bajas de
deltametrina se detectaron en los sólidos totales suspendidos (0.01 a 0.05 ng L-1
), cuyo valor no
tendría un efecto sobre los organismos (NOEC, LC50 y EC50) o a nivel ecológico (NOEAEC), los
que pueden provenir de la resuspensión de sedimentos o por aporte externo de áreas adyacentes
con centros de cultivo activos. A pesar de no ser utilizada cipermetrina en fiordo Puyuhuapi, bajas
concentraciones se detectaron en bivalvos y esponjas (0.04 y 0.05 ng g-1
, respectivamente) valores
comparables a salmones silvestres capturados para consumo humano (0.04 ng g-1
). Estos resultados
sugieren una exposición indirecta del compuesto puede estar asociado al ingreso externo desde
fiordos adyacentes o bien tratamientos no reportados, debido a que cipermetrina puede permanecer
más de dos años en sedimentos con alto material orgánico y bajo contenido de oxígeno. Resultados
preliminares de los experimentos respiración comunitaria sugieren disminución en la actividad y/o
cambios en la componente biológica, especialmente en la comunidad bacteriana, dado que se
observan algunas diferencias en parámetros como carbono orgánico disuelto, amonio y los
nutrientes. Sin embargo, los posibles cambios en la diversidad bacteriana no has sido analizados
debido a las condiciones de pandemia.
En futuras investigaciones es necesario incluir en el estudio los fiordos y canales adyacentes
a nuestra área de estudio, con a sin actividad acuícola, lo que permitirá a las autoridades evaluar de
mejor manera los descansos sanitarios considerando la interconexión barrios de cultivo. También
se sugiere utilizar tanto esponjas como bivalvos para evaluar el estado de una zona con actividad
acuícola o adyacente a ella. Por otro lado, es necesario realizar modificaciones al modelo de
fugacidad utilizado en nuestro estudio, incorporando la presencia de al menos dos capas en la
columna de agua.
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