Comportamento de herbicidas no solo, Slides de Agronomia

Baixe Comportamento de herbicidas no solo e outras Slides em PDF para Agronomia, somente na Docsity! Introdução O Brasil é um dos maiores produtores mundiais de alimentos (THÉRY, 2019) e o agronegócio é um dos principais colaboradores do PIB (Produto Interno Bruto) no país, sendo a cultura da soja uma das principais commodities agrícola, difundida principalmente em função de suas diversas formas de utilização, tanto na alimentação animal quanto humana (CONAB, 2016). Riquetti (2014) relata que além da relevância na economia nacional e internacional, o cultivo da soja apresenta grande importância também no contexto social, pois, ao mesmo em que gera receita, também é responsável por inúmeros empregos em diversos setores da agricultura, indústria e transportes. Porém, o custo de produção da cultura vem aumentando cada vez, isso em virtude principalmente do uso massivo de pesticidas. De acordo com o Sindicato Nacional da Indústria de Produtos para Defesa Vegetal (SINDIVEG, 2022), o uso de pesticidas é maior na soja do que nas demais culturas de interesse econômico, sendo que a classe dos herbicidas corresponde a 49% dos pesticidas utilizados. Herbicidas são produtos utilizados no controle de plantas infestantes. Para a soja, a interferência de plantas infestantes pode resultar em danos econômicos, visto que além de competirem com a cultura por água, luz e nutrientes, podem hospedar pragas e doenças, causar efeitos alelopático e dificultar a colheita (CRUZ et al., 2008). Herbicidas pré-emergentes geralmente apresentam um efeito residual longo no solo, tornando-se uma alternativa para reduzir a infestação de plantas infestantes ao longo do ciclo da soja (PATEL, 2018), podendo serem aplicados em pré ou pós-semeadura, porém antes da emergência da soja ou da cultura infestante. Os herbicidas pós-emergentes devem atingir as plantas infestantes na fase de germinação, sendo que para sua ativação é necessário que haja umidade no solo. Dentre alguns que são utilizados na cultura da soja, pode-se destacar o glyphosate do grupo químico da glicina substituída, inibidor da enzima 5-enol- piruvil-shiquimato-3-fostato sintase (EPSPS), herbicida não seletivo, que não pode ser aplicado como pré- emergente, pois sofre forte adsorção às partículas do solo, não agindo nas plantas (ROSS; CHILDS, 1996). Há ainda herbicidas que podem ser usados tanto em pré como em pós-emergência, como é o caso do imazethapyr, do grupo químico das imidazolinonas e inibidor da acetolactato sintase (ALS). Nas aplicações de herbicidas, o produto não atinge apenas o alvo, alcançando direta ou indiretamente o solo, aonde terá início o processo de redistribuição e degradação desses produtos (CORREIA, 2018). Correia (2018) afirma que o comportamento dos herbicidas no solo será regulado por processos de transporte (lixiviação, escoamento superficial ou volatilização), sorção e/ou transformação, que podem atuar isoladamente ou em conjunto. Além destes outros fatores são as propriedades físico-químicas do herbicida e do solo e o método de aplicação do herbicida (RODRIGUES, 1985). Deste modo, é necessário a compreensão destes processos, a fim de aumentar a eficiência dos herbicidas no controle de plantas infestantes, reduzindo assim custos e evitando impactos ambientais, haja vista, que as moléculas herbicidas estão entre os principais causadores de contaminação ambiental, sobretudo para o solo e para água. Além do mais, conhecer o comportamento de herbicidas evitará que as culturas em sucessão sejam prejudicadas pelo fenômeno de carryover. A degradação dos herbicidas é um processo natural que ocorrerá para todos os produtos de forma variável, sendo mais longa para alguns herbicidas e mais curta para outros, o que determina seu efeito residual ou persistência no solo (ROMAN et al., 2005). A persistência é o intervalo de tempo entre a aplicação do herbicida e o tempo que ele permanece ativo no solo (KLINGMAN; ASHTOM, 1975), sendo esta a principal característica que afeta a eficiência de herbicidas aplicados no solo no controle de plantas daninhas e seu impacto na qualidade do ambiente. De maneira geral, se observa que a degradação de herbicidas se dá por meio de reações bióticas e abióticas, sendo que os processos bióticos, permeados pelos microrganismos do solo, correspondem ao principal mecanismo de degradação das moléculas herbicidas (DAMIN, 2005). Porém, o uso demasiado de pesticidas vem sobrecarregando a capacidade metabólica dos microrganismos, permitindo o carreamento dos resíduas tóxicos pelo solo, estes que podem vir a atingir as águas subterrâneas. Sanino e Gianfreda (2001) ainda afirma que o uso de herbicidas se tem mostrado como um dos principais fatores antropogénicos com potencialidade de alterar a microbiota dos solos (SANINO; GIANFREDA, 2001). À microbiota é atribuída diversas importantes funções, tais como: degradação de compostos orgânicos, ciclagem de nutrientes (MIRANSARI, 2013), fixação biológica de nitrogênio (F.B.N.) (BALDANI et al., 1997), entre outras. Sendo assim, é importante que se conheça os efeitos que as moléculas herbicidas vêm exercendo sobre a microbiota do solo, de maneira a evitar que esta seja prejudicada e consequentemente que não haja danos à saúde do solo. Importância econômica da soja No ano de 2022, a cultura da soja atingiu 143 anos de presença no Brasil. A exploração da cultura se iniciou na região sul e hoje se difundiu por todo o país, fato esse retratado pelo avanço do cultivo nas áreas de Cerrado (FREITAS, 2011). Segundo Hirakuri e Lazzaroto (2014) o cultivo da cultura está concentrado principalmente no Brasil, Estados Unidos e Argentina, onde juntos produzem cerca de 320 milhões de toneladas de soja por safra. No Brasil, a soja encontrou excelentes condições para uma rápida expansão, isso devido principalmente a fatores relacionados com seu desenvolvimento, tais como: (i) – fácil adaptação das variedades e das técnicas de cultivo oriundas do sul dos EUA; (ii) – cultura sendo utilizada em sucessão ao trigo, o que possibilitou o uso intensivo da terra e o aproveitamento de máquinas, equipamentos, armazéns e mão-de- obra; (iii) – política de autossuficiência do trigo, o que permitiu uma melhor capitalização do produtor; (iv) – possibilidade mecanização total para cultura; (v) – condições favoráveis de mercado, especialmente do externo; (vi) – carência de óleos vegetais comestíveis para substituir a gordura animal; (vii) – desenvolvimento rápido do setor de processamento, garantindo a total absorção da matéria-prima; (viii) – participação de cooperativas nos processos de produção e comercialização; e (iix) – geração de tecnologias adaptadas às diferentes condições do país (principalmente melhoramento genético de cultivares), possibilitando ganhos em produtividade e expansão para novas regiões (BONATO; BONATO, 1987). A soja faz parte do conjunto de atividades agrícolas de maior destaque no mercado mundial, influenciando diretamente na oferta e demanda de alimentos. Observa-se que a cultura é o quarto grão mais consumido e produzido globalmente, ficando atrás apenas do milho, do trigo e do arroz. Pesticidas em soja Dentre os principais fatores que impulsionaram a produção de soja no mundo merece destaque a adoção de pacotes tecnológicos, que incluem a utilização de pesticidas. Bombardi (2017) afirma que o avanço das culturas e da produção agropecuárias visando sua conversão em commodities e em agroenergia vem sendo possível devido ao uso massivo de pesticidas. Herbicidas em soja Dentre os fatores relacionados à redução da produtividade da cultura da soja, pode- se citar o controle inadequado de plantas infestantes. As plantas infestantes competem com a soja por recursos como água, luz, nutrientes e espaço. Caso a competição ocorra nos estádios iniciais de desenvolvimento da cultura, pode levar a perdas da ordem de 80% decorrente da competição com a soja ou, em casos extremos, inviabilizar a colheita. Além de redução na produtividade, as plantas infestantes podem ocasionar a redução da qualidade dos grãos, provocar maturação desuniforme, causar perdas e dificuldades na operação da colheita, servir como hospedeira para pragas e doenças e liberar toxinas altamente prejudicais ao desenvolvimento das culturas (VARGAS; ROMAN, 2006). Para que uma planta seja considerada infestante é necessário levar em consideração os danos (diretos e indiretos) que elas podem causar às culturas agrícolas ou à alguma outra atividade econômica desenvolvida pelo homem. Qualquer espécie pode ser considerada uma planta infestante, dependendo do momento e local de ocorrência (CORREIA, 2018). O controle de plantas infestantes consiste em impedir o crescimento e/ou reduzir a quantidade de plantas infestante por área, até que se atinja níveis aceitáveis para a convivência entre as espécies envolvidas, sem que haja prejuízos para as mesmas. Na soja, o controle de plantas infestantes pode ser realizado a partir dos seguintes métodos: preventivo, cultural, mecânico, químico e biológico (VARGAS; ROMAN, 2006). Para o controle químico das plantas infestante são utilizadas substâncias químicas conhecidas como herbicidas, estes que possuem capacidade para matar ou suprimir o crescimento de espécies vegetais específicas. Atualmente, o controle químico é o mais utilizado pelos produtores, isso em virtude da eficácia superior quando comparado aos demais métodos, baixo custo e seletividade as plantas infestante. Ademais, os produtos químicos vêm proporcionando maior produtividade, com consequente aumento na qualidade do produto colhido, menor mão- de-obra e redução da erosão do solo (NADULA, 2019). Para Correia (2018) o alvo dos herbicidas pode ser tanto a planta infestante quanto o solo. Em aplicações em pós-emergência, a planta infestante já emergiu na superfície do solo, o que a torna o alvo da aplicação. Nesses casos, parte do produto é absorvido pelas plantas e o restante atinge o solo. Já nas aplicações em pré-emergência, ou seja, antes da emergência da planta infestante, o alvo é o solo. De maneira geral, pode-se afirmar que o reservatório final dos herbicidas no ambiente – seja em aplicação em pré ou pós- emergência – é o solo onde as moléculas serão degradadas a uma forma não tóxica. Comportamento de herbicidas no solo (fotodecomposição/fotodegradação) e químicos (oxidação, redução, hidrólise) (OLIVEIRA; BRIGHENTI, 2011). A fotodegradação é de ocorrência muito comum, se caracterizando como o processo de degradação que ocorre a partir da absorção de luz solar pelo herbicida, o que resultará na excitação de seus elétrons, rompendo algumas de suas ligações químicas. Herbicidas fotodegradados são aqueles que absorvem comprimentos de luz superiores a 300 nm (BARROSO; MURATA, 2021). Uma vez que a radiação é absorvida pela molécula, esta entra em seu estado de excitação, para que possa sofrer posteriormente uma transformação química até que venha a formar um produto estável ou se tornar um reagente químico intermediário capaz de iniciar reações térmicas. De outro modo, a molécula excitada pode vir a dissipar a energia absorvida por processos fotofísicos de desativação, sem que sofra reações (BRAUN et al., 1991). Os processos químicos de degradação de moléculas herbicidas ocorrem, principalmente, a partir de reações de hidrólise e oxirredução. Estes, conforme exposto por Mendes et al. (2022), são processos multivariados, com uma maior dependência das propriedades físico-químicas dos produtos, da estrutura física, da composição química do solo e da interação entre essa molécula e o meio. A hidrólise, a mais importante reação química de transformação de herbicidas, consiste na substituição de radicais do herbicida por hidroxilas (OH-), que são oriundas das moléculas de água. Esse é um processo altamente influenciado pelo pH do solo, como observado por Krutz et al. (2010), por altas temperaturas (ANDRÉA et al., 1997) e pela disponibilidade do produto na solução (WOLFE, 1992), variando conforme o tipo de herbicida (ácido ou básico). De maneira geral, a hidrólise não resulta na mineralização completa da molécula, mas sim, se trata da etapa inicial da transformação, que irá tornar os herbicidas mais suscetíveis a outros processos de degradação, devido ao aumento de sua polaridade (BOLLAG; LIU, 1990). A oxirredução, conforme afirmado por Carvalho (2013), envolve reações onde ocorre a transferência de elétrons entre espécies químicas diferentes. Neste caso, dar-se a denominação de oxidação para os casos em que há a perda de elétrons e redução para casos onde há o ganho de elétrons. Essas reações são importantes para a degradação de herbicidas como amitrole, clomazone, pendimethalin, entre outros. Retenção/Sorção A sorção é a atração e a retenção do composto no solo (GLEBER; SPADOTTO, 2008), sem distinção aos processos específicos de adsorção, absorção, precipitação e partição hidrofóbica. O termo sorção é usado em virtude da dificuldade em se isolar qual dos processos estão atuando sobre a molécula herbicida (CHRISTOFFOLETI et al., 2008). Christoffoleti et al. (2008) define os processos de sorção da seguinte forma: Adsorção: consiste na interação “face a face” da molécula com a matriz do solo; Absorção: ocorre quando as moléculas do herbicida penetram em poros de agregados do solo ou quando ocorre a imobilização dos produtos pela microbiota e pelas plantas; Precipitação: ocorre quando a concentração da molécula do herbicida na solução do solo é igual ou maior que a solubilidade do herbicida. Neste caso, se refere à passagem das moléculas do estado líquido para o estado sólido; Partição hidrofóbica: ocorre quando há o deslocamento do herbicida da fase líquida para a fase sólida do solo, em virtude da baixa afinidade da molécula com a água. Segundo Gebler e Spadotto (2004) a diferença básica entre a adsorção e absorção é o fato que a absorção envolve organismos do solo e plantas e é necessário que haja a interpenetração do composto de uma fase em outra, sem que haja perda de suas características iniciais. Enquanto isso, a adsorção evolve processos hidrofóbicos, físicos e químicos, em que o composto passa da solução do solo para a superfície das partículas minerais e orgânicas do solo. Na absorção deve haver a penetração do composto em um organismo, através da membrana celular, para que não haja alterações; enquanto que na adsorção, o composto fica aderido à superfície das partículas, ficando sujeitas a influencias da solução do solo. Na adsorção ocorre a diminuição na biodisponibilidade do herbicida na solução, consequentemente deixando esses produtos imóveis tanto na matriz do solo quanto fora dela (OLIVEIRA; BRIGHENTI, 2011). O processo de adsorção é responsável pela redução da quantidade do herbicida na solução do solo disponível para ser absorvido pelas plantas, transportado e/ou degradado (BARROSO, MURATA, 2021). Esse fenômeno evolve processos hidrofóbicos, físicos e químicos, que a molécula do herbicida fica aderida à superfície das argilas ou da matéria orgânica do solo. Neste caso, as forças de sorção podem ser fracas ou extremamente fortes não permitindo que a molécula herbicida retorne para a solução do solo (não é dessorvida) (CORREIA, 2018). A dessorção consiste no fenômeno oposto da adsorção. Nela o herbicida que foi inicialmente adsorvido à matriz coloidal retorna para a solução do solo, ficando disponível para ser absorvido pelas plantas (SILVA et al., 2014). Normalmente, como é enfatizado por Scorza Jr e Regitano (2012), a quantidade de herbicida adsorvido no solo é superior a quantidade dessorvida. É fundamental que esse balanço seja mantido a fim de determinar a disponibilidade dos herbicidas na solução do solo (BARROSO, MURATA, 2021). Fatores que influenciam o comportamento dos herbicidas no solo Solubilidade em água: Silva et al. (2007) definem a solubilidade em água (S) como a quantidade máxima de um herbicida que pode ser dissolvido em água pura a uma determinada temperatura e pressão. Esse parâmetro é expresso em miligramas (mg) de herbicida por litro de água, sendo que os ensaios geralmente são realizados em temperatura de 25°C e a 1 atm de pressão. Pressão de vapor: a pressão exercida por um vapor em equilíbrio com um líquido, a uma determinada temperatura. Essa propriedade dos herbicidas vai indicar o seu grau de volatilização, ou seja, a tendência da molécula se perder para a atmosfera na forma de gás. Quanto maior a PV, maior é o potencial de volatilização da molécula. Kow: se refere a afinidade que a molécula do herbicida tem pela fase apolar (representada pela 1- octanol) e polar (representada pela água) (OLIVEIRA 2001). De maneira simplificada o coeficiente é uma estimativa da hidrofobicidade ou tendência de partição de determinado herbicida de um meio aquoso para um meio orgânico, como lipídios, ceras e matéria orgânica (MACKAY et al., 1997). Herbicidas lipofílicos (alto valor de Kow) irão apresentar uma maior afinidade a materiais de origem orgânica, ou seja, maior sua afinidade pelo 1-octanol, o que resultará em uma maior adsorção da molécula à matéria orgânica e/ou afinidade a ceras epiculticulares que estão presentes na superfície foliar. Herbicidas hidrofílicos (baixo valor de Kow) apresentarão uma maior solubilidade em água (REGITANO, 2002) e uma menor sorção, o que acarretará um maior potencial de lixiviação do produto, e consequentemente, menor efeito residual no solo (CHRISTOFFOLETI et al., 2008). Koc, Kd: a constante de sorção normalizada para o teor de carbono orgânica como uma estimativa da tendência de partição do herbicida da fase líquida para a matéria orgânica do solo; enquanto que a constante de sorção na fração mineral do solo (Kd) – ou coeficiente de partição no solo – é dita como a estimativa da tendência de partição do herbicida da fase líquida para a fase sólida, ou seja, expressa a capacidade do herbicida em ficar retido na fase sólida, não sendo liberado para a fase líquida (CARVALHO, 2013). pKa, pKb: potencial de dissociação de um ácido (pKa) ou de uma base (pKb) em meio líquido. Essa constante vai indicar a tendência de um herbicida em se ionizar. Os valores de pKa e pKb vão indicar se o herbicida é iônico e dentro de qual faixa de pH isto acontece. A constante representa o valor de pH do solo, no qual 50% das moléculas vão se encontrar na forma molecular e as outras 50% na forma ionizada (SILVA et al., 2014). Carvalho (2013) infere que a depender do pH, os herbicidas ácidos vão se dissociar em ânions (HA- ), liberando íons hidrogênio (H+) e acidificando o meio. Porém, herbicidas básicos vão se dissociar em cátions (HB+) e liberarão hidroxilas (OH-). Dessa maneira, o comportamento do herbicida irã influenciar sua dinâmica no solo e na planta. Lei de Henry: se refere a um coeficiente de partição ar-líquido (PESSOA, 2004). Razão em que ocorre a divisão do volume de moléculas do herbicida em duas fases, determinando a compatibilidade relativa do composto para cada meio até o equilíbrio entre vapor e solução. Tempo de meia-vida: representa o intervalo de tempo necessário para que 50% da molécula herbicida seja degradada. Esse parâmetro está relacionado com a capacidade da molécula em sofrer reações químicas que darão origem a outros produtos (SCHWARZENBACH et al., 1993 citado por CARVALHO et al., 2013). Impacto de herbicidas sobre a microbiota A literatura sobre esse assunto mostra uma ampla variabilidade de resultados, registrando tanto efeitos de inibição como de promoção, sendo que ambos apresentam variável magnitude (MOORMAN, 1989). Childs (2007) afirma a ampla variabilidade nos efeitos dos herbicidas na microbiota do solo, tanto na natureza como na magnitude, em função do herbicida utilizado e das doses, o que, como considerado por Moreira e Siqueira (2006), torna difícil sobre o assunto. Segundo Faria et al. (2014) o uso de herbicidas pode causar modificações na dinâmica dos microrganismos do solo e na sua fertilidade. Ademais, a atividade microbiana pode influenciar o desempenho e a persistência dos herbicidas no solo, causando efeitos na eficiência do controle de plantas infestante e no crescimento e desenvolvimento das culturas. De maneira geral, se observa que, para a grande maioria dos herbicidas quando utilizados em concentrações acima do recomendado, são potencialmente tóxicos para os microrganismos, sendo frequentemente observado efeitos inibitórios na quantidade dos microrganismos ou em sua atividade (CHILDS, 2007). Dallmann et al. (2010) avaliando o impacto do glifosato na microbiota do solo cultivado com soja resistente, observaram o efeito sobre o CO2 liberado pelos microrganismos, sendo que para as maiores doses do herbicida houve maiores taxas de respiração basal. Segundo Santos et al. (2007) o glyphosate, em teoria, não causa modificações na atividade microbiana do solo, isso se deve a sua rápida inativação pela ligação do grupo fosfato presente em sua molécula aos sesquióxidos de ferro e alumínio que se encontram disponíveis no solo. Porém, quando aplicado em soja geneticamente modificada para resistência ao glyphosate, a molécula do glyphosate interfere na atividade dos microrganismos endossimbiontes, como por exemplo os fungos micorrízicos arbusculares e as bactérias fixadoras de nitrogênio atmosférico que se encontram presentes nas raízes de leguminosas. Zablotowicz e Reddy (2007) afirmam que o glyphosate é capaz de alterar as bactérias fixadoras de nitrogênio, que apresentam a EPSPs suscetível ao herbicida, o que pode vir a acarretar reduções na nodulação. Balastrelli et al. (2021) em estudo sobre o efeito das aplicações de glyphosate e dos inoculantes de duas estirpes de bactérias (Bradyrhizobium japonicum e B. elkanni), observou redução no número e massa de nódulos nos tratamentos em pré-semeadura e em pré + pós-emergência da dose 1.440 g ha-1. Para Bölm e Rombaldi (2010), o glyphosate pode ou não causar efeitos sobre a microbiota, isso vai depender de fatores como: condições do solo e da região, condições de cultivo, dosagem e época de aplicação. Segundo Angelini et al. (2013) os herbicidas s-metalacloro, diclosulam, glifosato, imazethapyr e imazapic podem causar uma redução na diversidade e abundância de bactérias fixadoras de N no solo. Ainda se observa diminuição pronunciada na atividade de fixação de N, reduzindo disponibilidade de nitrogênio para as plantas de amendoim. Para Silva et al. (2014) os herbicidas sulfentrazone, isoxaflutole e oxyfluorfen afetam os indicadores microbiológicos de diferentes maneiras, a depender do tipo de solo. Em solo franco-arenoso, o sulfentrazone é extremamente prejudicial à biomassa microbiana, à colonização micorrízica e aos microrganismos solubilizadores de fosfato inorgânico. Já em solos argilosos, a aplicação dos três herbicidas não afeta a biomassa microbiana, mas reduz a colonização radicular por fungos micorrízicos arbusculares e o potencial de solubilização de fosfato inorgânico. O sulfentrazone ainda causa um aumento no número de esporos inviáveis de fungos micorrízicos arbusculares no solo. Vivian et al. (2006) afirma que aplicações de sulfentrazone afetam negativamente a atividade microbiana e a biomassa do solo. O mesmo foi observado por Damin et al. (2021) que relatam que o sulfentrazone reduz a atividade dos microrganismos do solo em todos os solos do Cerrado Brasileiro, entretanto, não afeita o carbono da biomassa microbiana. Dessa maneira, pode-se observar que o efeito dos herbicidas sobre os microrganismos do solo dependerá de uma série de fatores, entre eles: tipo de herbicida, tipo de solo, comunidade microbiota, entre outros. Considerações finais Em conclusão, a dinâmica dos herbicidas no solo vem se mostrando cada vez mais importante e complexa, com efeitos significativos na eficiência de controle das plantas infestantes, saúde dos ecossistemas agrícolas e naturais. A compreensão dos processos de degradação, sorção e transporte desses produtos químicos no solo é essencial para que estes possam vir a serem usados da maneira correta, evitando-se o fenômeno de carryover e possibilitando o desenvolvimento de estratégias de uso mais responsáveis e sustentáveis. Ademais se observa que a exposição a herbicidas pode alterar a composição, diversidade e função dos microrganismos do solo. Deve-se enfatizar que tais organismos são essenciais para a saúde do solo, dessa maneira é necessário adotar estratégias que buscam reduzir o uso de herbicidas ou mesmo que promovam a recuperação da microbiota do solo, garantindo a sustentabilidade e a produtividade dos sistemas agrícolas, bem como para preservar a biodiversidade e a qualidade ambiental em escala global.