Universidade de São Paulo

Escola Superior de Agricultura "Luiz de Queiroz"

Departamento de Genética

Disciplina:

LGN 478/479 Genética e Questões Socioambientais

Docente Responsável: Dra. Silvia Maria Guerra

Molina

Agrotóxicos como Poluentes Agroidustriais -1Agrotóxicos como Poluentes Agroidustriais -1

------------------------------------------------------------------O presente texto consiste num resumo, tradução e adaptação

do capítulo 7capítulo 7 de:

Merrington, G.; Winder, L; Parkinson R.; Redman, M. Agricultural Pollution.Agricultural Pollution. London/New York: Spon Press. 2002,

243p.--------------------------------------------------------------------

Agrotóxicos:Agrotóxicos:

Tornaram-se parte integrante das modernas técnicas agropecuárias com a maioria dos cultivos recebendo ao menos uma e geralmente muito mais aplicações – até 10 ou 15 são normais em alguns legumes e frutas.

Muitas dessas aplicações envolvem mais que um ingrediente ativo – cada um desses é um biocidabiocida cujo valor está em sua capacidade de matar organismos, especificamente pragas, doenças e ervas daninhas que são nocivos ou indesejáveis na produção agropecuária.

Pragas e doenças causam perdas de 20 a 40% Pragas e doenças causam perdas de 20 a 40% na produção mundial de vegetais.na produção mundial de vegetais.

Essas perdas podem ocorrer em todos os estágios da cadeia alimentar, durante a colheita, secagem, armazenamento, processamento e venda no varejo.

Agrotóxicos reduzem os ataques por pragas, doenças e ervas daninhas e contribuem para aumentar os rendimentos, a qualidade comercial e os retornos econômicos.

O seu uso vem sendo considerado um dos O seu uso vem sendo considerado um dos mais importantes fatores do aumento da mais importantes fatores do aumento da produção agroindustrial desde 1940.produção agroindustrial desde 1940.

A história dos agrotóxicos:A história dos agrotóxicos:

São usados desde o tempo dos romanos e gregos, mas somente após a metade do século XIX seu uso se tornou amplo.

Após a Segunda Guerra MundialApós a Segunda Guerra Mundial o controle químico de pragas e doenças envolveu relativamente poucas substânciasrelativamente poucas substâncias confinadas principalmente a produtos de alto valor tais como frutas, lúpulo e vegetais produzidos em casas de vegetação.

Os primeiros pesticidas eram principalmente substâncias inorgânicassubstâncias inorgânicas, tais como enxofre usado como fungicida e sais de arsênico, cobre, mercúrio e ferro usados como fungicidas e inseticidas.

Compostos orgânicosCompostos orgânicos incluindo sub-produtos industriais, como destilados de hidrocarbonetos e extratos de plantas inseticidas como derrisderris (planta leguminosa do leste da índia de cujas raízes se extrai a substância inseticida rotenona - C22H22O6, no Brasil é conhecida como Timbó –

Derris nicou e D. urucu), também nicotina e piretrina.

Poucos desses inseticidas tinham um alvo Poucos desses inseticidas tinham um alvo específico e a maioria era altamente tóxica e específico e a maioria era altamente tóxica e perigosa para ser usada.perigosa para ser usada.

Foi no final dos anos 30 e nos anos 40 (séc. XX) que o número e a complexidade dos produtos químicos desenvolvidos para a proteção de cultivares começou a se elevar.

Os inseticidas DDT e HCH e os herbicidas análogos a hormônios 2,4-D e MCPA foram introduzidos no final dos anos 40 seguidos pelos inseticidas dieldrin e aldrin, nos anos 50.

O desenvolvimento de organofosforadosorganofosforados teve inicialmente objetivos militaresobjetivos militares durante os anos 40 e 50 e eles não foram empregados como inseticidas sistêmicos dominantes nos 30 anos seguintes.

O uso de agroquímicos:O uso de agroquímicos:

Sua produção consiste hoje numa enorme indústria global com um mercado acima de £31,000 milhões (R$ 127 bilhões).

A tabela apresentada a seguir resume o uso de agrotóxicos no Brasil entre 1989 e 2004 e o uso global de agrotóxicos em 1999 e mostra que as as formulações que controlam pragas e os formulações que controlam pragas e os inseticidas são os tipos mais comumente usadosinseticidas são os tipos mais comumente usados.

Mais que 60% de todos os agrotóxicos são usados em cultivos amplamente consumidos tais como legumes, cereais, arroz e milholegumes, cereais, arroz e milho.

A maior proporção do uso global (55%)(55%) esteve, historicamente concentrada nos sistemas intensivos de produção de alimentos da América América

do Nortedo Norte e Europa OcidentalEuropa Ocidental, embora aumentos significativos nas vendas sejam observados na

Ásia OrientalÁsia Oriental, especialmente Tailândia, Indonésia e Índia.O Brasil assumiu a liderança desde 2009.

Na Europa ocidental são cultivados mais que de 80 milhões de hectares de terra.

Cereais representam 50% dessa área, quase toda recebendo herbicidas, 60-80%, fungicida e 15-98%, inseticidas.

Cada hectare de cereal cultivado no Reino Unido (UK) recebe 3,8 Kg de agroquímicos, geralmente com 10 ingredientes ativos diferentes.

A HolandaHolanda apresenta um dos usos mais intensivos do mundo com uma média de 20 Kg de ingredientes ativos20 Kg de ingredientes ativos aplicados por hectare de terra arável em 1987.

Esse valor decaiu 5% desde 1991 devido a uma ativa política de redução ativa política de redução dos agrotóxicosdos agrotóxicos.

O uso anual de agrotóxicos varia consideravelmente e é influenciado em grande escala pelas condições climáticas porque essas influenciam a extensão do ataque de doenças, fungos e insetos.

Cabe observar que:

no final dos anos de19701970, o UK

comercializou para o mercado interno e

externo um total de aproximadamente

£150 milhões

(R$ 1,06 bilhões)(R$ 1,06 bilhões)

em 19991999, foram comercializados £1595

milhões (R$6,5 bilhões)(R$6,5 bilhões) em agrotóxicos

Mesmo assim excluindo-se o ácido sulfúrico, o uso de agrotóxico declinou 19% no UK nos últimos 10 anos

Isso é atribuído ao uso de moléculas novasuso de moléculas novas, mais ativas, aliado à redução nas taxas de redução nas taxas de aplicaçãoaplicação, especialmente de fungicidas onde a pressão das doenças é baixa

a política governamental atual propõe o uso do mínimo necessário para o controle efetivo de mínimo necessário para o controle efetivo de pragas compatível com a proteção da saúde pragas compatível com a proteção da saúde humana e do ambientehumana e do ambiente.

Vamos: - resumir os diferentes tipos de agrotóxicos e seu modo de ação

Posteriormente:- identificar os problemas de poluição que eles podem causar e

- discutir as opções práticas para minimizar seu impacto ambiental

Agrotóxicos e sua aplicação:Agrotóxicos e sua aplicação:

Agrotóxicos são empregados para controlar uma ampla gama de pragas, doenças e ervas daninhas.

Eles também são empregados para controlar ecto- e endo-parasitas em criações de animais.

Empregam:- vários ingredientes ativosingredientes ativos que matam ou controlam o organismo alvo bem como - contêm vários aditivosaditivos tais como:solventes, surfactantes, carreadores líquidos ou sólidos, redutores do potencial de dano às próprias plantas ou animais que visam proteger, e adjuvantes (para aumentar sua eficiência).

São vendidos na forma líqüida ou sólida, incluindo: concentrados aquosos concentrados emulsificáveis suspensões concetradas pós solúveis em água pós dispersáveis em água grânulos e pós finos

Os ingredientes ativos podem ser conhecidos por seu nome químico, mas geralmente têm um nome comercial comum.

Um único ingrediente ativo pode também ter muitas marcas comerciais diferentes.

Geralmente são aplicados em - spray como solução, emulsão ou partículas; - dispersão (grânulos ou pó fino) ou - dispersos como fumigantes.

Modos de ação:Modos de ação:

Há vários modos de ação, mas geralmente a toxicidade ocorre pela interferência nos processos bioquímicos dos organismos-alvo.

As substâncias químicas podem produzir um dos seguintes efeitos tóxicos:

- efeitos agudosefeitos agudos que iniciam-se rapidamente e ocorrem por um curto período de tempo com sintomas pronunciados

- efeitos crônicosefeitos crônicos que persistem por longo período de tempo, geralmente ocorrendo quando o organismo é exposto a repetidas doses sub-letais

Recordando:Recordando:

Uma medida comparativa de toxicidade aguda

amplamente usada é a DL50 que consiste na

dose de uma determinada substância que mata 50% dos organismos testadores (geralmente ratos machos)

Essa informação pode ser adaptada para se Essa informação pode ser adaptada para se

obter uma indicação da toxicidade para obter uma indicação da toxicidade para

humanos e animais.humanos e animais.

O efeito tóxico desses agentes químicos é amplamente determinado por:- sua atividade biológica e - pela dose recebida pelo organismo alvo.

Quando agrotóxicos são usados, o ingrediente ativo é formulado, preparado e aplicado para garantir que sua disponibilidade para o organismo-alvo seja maximizada.

Os modos de açãomodos de ação da maioria dos agrotóxicos pertencem a uma das categorias apresentadas a seguir:

Envenenamento:Envenenamento: ingestão pelo organismo alvo sendo as toxinas liberadas em seu estômago

Contato:Contato: aplicada diretamente sobre o organismo-alvo, penetrando em sua superfície e produzindo um efeito tóxico localizado. Geralmente permanece ativo por ao menos alguns dias.

Residuais: Residuais: agem do mesmo modo que os de contato, mas não necessitam ser aplicados diretamente sobre os organismos-alvo porque permanecem ativos por longos períodos

Translocados:Translocados: o ingrediente ativo é mobilizado dentro do organismo-alvo após o que tem um efeito tóxico mais efetivo

Sistêmicos:Sistêmicos: o ingrediente ativo é mobilizado dentro da planta ou animal sendo protegido e é então transferido para o organismo-alvo.

A maioria dos agrotóxicosagrotóxicos usados na agricultura hoje é de compostos químicos orgânicos sintéticoscompostos químicos orgânicos sintéticos que agem interferindo com um processo interferindo com um processo

metabólico vitalmetabólico vital no organismo-alvo.

Processos comumente afetados:Processos comumente afetados:

- fotossíntese (herbicidas);

- liberação e transferência de energia (herbicidas e

fungicidas)

- impulsos nervosos celulares (inseticidas)

- crescimento e divisão celular (herbicidas e fungicidas)

- biossíntese (fungicidas)

As três principais classes de agrotóxicos são:

- inseticidas - herbicidas - fungicidas

e serão vistas em mais detalhes:

Inseticidas:Inseticidas:

Há centenas de compostos comercialmente disponíveis como inseticidas, mas eles pertencem a três grupos químicos gerais:- organofosforados - carbamatos e - piretróides sintéticosque consistem em 75% do mercado.

A maioria dos inseticidas age danificando o danificando o

sistema nervoso dos insetos-alvosistema nervoso dos insetos-alvo, ou porque afetam seus neurônios ou porque interferem com a transferência dos impulsos nervosos entre os neurônios.

Os primeiros inseticidas que foram amplamente usados na agricultura foram os organoclorados, o melhor conhecido é o DDT.

Foram propalados como revolucionários no controle de pragas, especialmente vetores de doenças como a malária.

Os componentes envolvidos eram baratos, efetivos, não-tóxicos a humanos (acreditava-(acreditava-

se)se) e sua persistência e efetividade a longo persistência e efetividade a longo

prazo foram inicialmente considerados como prazo foram inicialmente considerados como

aspectos benéficosaspectos benéficos.

É agora evidente que inseticidas de largo espectro, persistentes no ambiente e com tendência a bioacumular ao longo da cadeia alimentar causam significativos problemas ambientais e como resultado seu uso vem seu uso vem

sendo drasticamente reduzidosendo drasticamente reduzido.

Os agrotóxicos organoclorados geralmente geralmente

estão banidos dos países ocidentaisestão banidos dos países ocidentais embora ainda sejam usados em países em desenvolvimento, particularmente nos trópicos.

Como exemplo: um componente organoclorado, o lindanelindane, permanece no UK a despeito de ser banido ou severamente restrito em 37 países.

O Lindane (ou gama-HCH) é usado no UK para preservação de madeira.

Exposição a esse componente afeta a saúde Exposição a esse componente afeta a saúde

humana, causando problemas sangüíneos, humana, causando problemas sangüíneos,

malformações congênitas e câncer de mama.malformações congênitas e câncer de mama.

Organofosforados (OPs)Organofosforados (OPs)

Os inseticidas organofosforados são amplamente usados na agricultura e têm substituído amplamente os inseticidas organoclorados persistentes.

Os organofosforados afetam insetos inibindo a enzima acetilcolinesterase, a qual é responsável por hidrolisar a acetilcolina, uma substância envolvida na transmissão dos impulsos nervosos.

Em comum com outros animais, os insetos têm um sistema nervoso que transmite impulsos para o corpo.

Esse sistema é constituído por uma série de neurônios que se interconectam por meio de “lacunas” denominadas sinapses formando uma rede neural complexa.

Os impulsos nervosos são conduzidos ao longo dessa rede tanto por processos elétricos (ao longo dos neurônios) como químicos (através das sinapses).

Os processos químicos nas sinapses envolvem a acetilcolina.

Ela é produzida em cada neurônio quando estimulado eletricamente, difundindo-se através da sinapse adjacente para induzir um impulso elétrico no próximo neurônio.

De modo a evitar a hiper-atividade, os níveis de acetilcolina devem ser precisamente controlados pelos insetos (na verdade, por todos os animais).

Isso é conseguido por meio da enzima acetilcolinesterase, a qual hidrolisa a acetilcolina tão logo ela tenha completado sua função de transferir um impulso através da sinapse.

Os inseticidas organofosforados (e carbamatos) agem inibindo a atividade da acetilcolinesterase levando a uma acumulação da acetilcolina dentro da rede neural.

À medida que os níveis de acetilcolina se elevam o inseto se torna contínua e progressivamente estimulado pelos impulsos nervosos levando a uma hiperatividade, hiperatividade,

desorganização de seu comportamento e desorganização de seu comportamento e

eventual morte.eventual morte.

Um dos problemas potenciais com os OPsos OPs é que embora ele se degrade relativamente rápido no ambiente, eles são extremamente são extremamente

tóxicos aos mamíferos enquanto estão tóxicos aos mamíferos enquanto estão

quimicamente ativos.quimicamente ativos.

Em particular, estão aumentado as preocupações sobre seus efeitos adversos efeitos adversos

sobre a saúde humana.sobre a saúde humana.

Carbamatos:Carbamatos:

Esses inseticidas são comumente usados para controlar insetos que não respondem prontamente aos organofosforados que são mais baratos.

Os carbamatos tendem a ter um espectro de atividade relativamente mais amplo e também funcionam por inibição da enzima acetilcolinesterase.

Semelhante aos organofosforados, os carbamatos mostram pouca tendência à persistência no ambiente.

Piretróides:Piretróides:

Podem ser naturais ou sintéticos.

Os naturais são extraídos de flores de Chrysanthemum cinerariaefolium e ainda são de uso corrente.

Devido a problemas no fornecimento de flores, o custo dos piretróides naturais tendem a ser altos.

Isso estimulou a busca por piretróides sintéticos e eles foram formulados inicialmente na década de 70.

Piretróides são caracterizados por apresentarem rápido efeito sobre a maioria dos insetos e agirem atacando o sistema nervoso central e periférico.

Eles apresentam baixa toxicidade aos mamíferos e limitada persistência no ambiente, devido ao fato de que os ingredientes ativos (ésteres de ácidos assimétricos e álcoois) são rapidamente hidrolisados em água e degradados pela luz. Têm baixa especificidade.

Herbicidas:Herbicidas:

Mais dinheiro é gasto globalmente com herbicidas do que com qualquer outro tipo de agrotóxico.

Alguns herbicidas são não-seletivos (ex: glifosato) e são usados especificamente para limpar o solo da vegetação.

Dos herbicidas, os três grupos mais amplamente usados são:- as triazinas - os ácidos fenoxiacéticos e - os carbamatos.

São aplicados diretamente sobre o solo, imediatamente antes, ou algumas vezes durante o crescimento das culturas de modo a destruir as ervas daninhas.

Essas, se deixadas crescer, competem com as plantas cultivadas por luz, umidade e nutrientes, reduzindo dessa forma seu crescimento e rendimento.

A maioria dos herbicidas precisa ser seletivo, sua aplicação deveria matar somente as ervas daninhas que competem com as plantas em cultivo e não deveriam afetar o crescimento dessas.

Tal seletividade pode ser alcançada de diversas formas, incluindo:- a atividade química do herbicida- sua taxa de aplicação- diferenças e variações no estágio de crescimento entre as plantas cultivadas e as ervas daninhas- periodicidade da aplicação

Triazinas:Triazinas:

Esse grupo de herbicidas inclui:- atrazina - simazina e - cyanazina.

Triazinas são aplicadas em sprays pré-emergentes diretamente no solo e funcionam bloqueando um dos principais sistemas de transporte bioquímico da fotossíntese e reduzindo a eficiência das membranas do cloroplasto.

Os sintomas típicos do uso da triazina são clorose e ressecamento de folhas de plântulas emergentes de ervas daninhas.

A atrazina é um dos poucos herbicidas que podem apresentar potencial de risco para a saúde de mamíferos, mas somente quando transformado no estômago em transformado no estômago em

uma forma carcinogênica.uma forma carcinogênica.

Ácidos Fenoxiacéticos:Ácidos Fenoxiacéticos:

Diferente das triazinas, os herbicidas à base de ácidos fenóxiacéticos são aplicados em sprays pós-emergentes diretamente sobre as plantas em crescimento.

Eles são usados para o controle de ervas daninhas de folha larga (dicotiledôneas) e funcionam ao serem absorvidos pelos lipídios da folha e perturbam o padrão de crescimento normal da planta interferindo em seu programa genético.

A aplicação do 2,4-D causa deformação no crescimento de brotos e folhas e epinastia (crescimento retorcido) dos caules.

Os herbicidas à base de ácidos fenóxiacéticos, tais como o 2,4-D, degradam-se rapidamente ao contato com o solo e geralmente apresentam toxicidade limita aos humanos.

No passado, algumas formulações comerciais foram, entretanto, suscetíveis à contaminação com dioxinas.dioxinas.

Na década de 1970, consideráveis quantidades de dioxinas foram encontradas no 2,4,5-T (não mais usado no UK) e são conhecidos por terem causado

deformações congênitas, doenças de pele e deformações congênitas, doenças de pele e

desordens neurológicas em populações desordens neurológicas em populações

humanas expostas ao herbicida.humanas expostas ao herbicida.

Carbamatos:Carbamatos:

Esse grupo de herbicidas é freqüentemente usado no controle de ervas daninhas em culturas de cereais.

Barban, um herbicida cabamato comumente usado, por exemplo no controle de aveias selvagens (Avena fatua e A. ludoviciana) e age como um retardador do crescimento.

Os Carbamatos Carbamatos têm persistência limitada de 2 a 4 semanas (sendo degradado pela microbiota presente no solo) e a periodicidade de aplicação é de importância primordial para garantir a remoção das ervas daninhas.

A ação desse herbicida é atribuiída à interferência na síntese e organização das proteínas.

Fungicidas:Fungicidas:

O uso de fungicidas para controlar doenças de plantas cultivadas envolve uma abordagem diversa daquela adotada para o controle de insetos e ervas daninhas.

Há três tipos principais de fungicidas atualmente em uso: - os inorgânicos tradicionais - as fenilamidas e - as carboxiamidas.

Relativamente pouco é conhecido sobre os Relativamente pouco é conhecido sobre os

detalhes de seu modo de ação.detalhes de seu modo de ação.

Fungos apresentam uma capacidade de regeneração considerável e espalham-se rapidamente a partir de uma população base relativamente pequena.

A aplicação de fungicida a uma cultura já bem infectada com uma doença, é por esse motivo, inútil, porque dano considerável às plantas cultivadas já terá ocorrido.

A abordagem mais efetiva para o controle de doenças é tratar as plantas cultivadas ou antes da infecção ou em seus primeiros estágios de desenvolvimento.

Isso pode ser feito pelo uso de fungicidas de contato ou sistêmicos aplicados ao solo (líquidos), às sementes e raízes ou spray foliar.

Inorgânicos tradicionais:Inorgânicos tradicionais:

Fungicidas inorgânicos, especialmente aqueles

baseados em complexos de metais de baseados em complexos de metais de

transiçãotransição tais como o cobre, como é a Calda

Bordalesa; cloreto de mercúrio e trifeniltin vêm

sendo usados há bastante tempo para o

controle de doenças de fungos em culturas

tais como:

uvas para vinho, árvores frutíferas, lúpulo,

batatas, brássicas e cebolas.

A calda bordalesa é uma combinação de

sulfato de cobre (CuSO4) e hidróxido da cálcio

(Ca (OH)2) formando um precipitado gelatinoso

que pode ser usado contra uma gama

relativamente ampla de doenças de fungos, ou

na forma de pó ou granulada, ou misturada

com água e aplicada em spray.

Em contato com fungos, o cobre do precipitado

é solubilizado e complexado pelos exudatos

liberados pelos esporos dos fungos.

Esses complexos são então transportados para

os esporos dos fungos onde exercem um efeito

tóxico.

Fenilamidas:Fenilamidas:

Esses fungicidas incluem metalaxyl, ofurace e

oxadixyl.

Eles são amplamente usados no controle de

certos grupos de fungos conhecidos como

oomicetos, os quais são sistêmicos dentro das

plantas.

Os oomicetos produzem esporos que

requerem água para sua transferência para o

organismo hospedeiro no estágio de infecção.

O modo de ação das fenilamidasfenilamidas

parece estar associado à

interferência na função de

enzimas que controlam a

regeneração e formação dos

esporos, inicialmente paralizando

o crescimento e então matando o

organismo.

Carboxiamidas ou oxathinsCarboxiamidas ou oxathins

São amplamente usados contra ferrugem em

cultivos de cereais.

Semelhante a muitos outros fungicidas e

herbicidas, carboxiamidas apresentam

toxicidade aos mamíferos relativamente

limitada.

Carbonxin, um dos tipos mais comuns de

carboxiamidas, inibe as enzimas envolvidas

no metabolismo e respiração dos fungos.