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 -1
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O presente texto consiste num resumo, tradução e adaptação
do capítulo 7 de:
Merrington, G.; Winder, L; Parkinson R.; Redman, M. Agricultural
Pollution. London/New York: Spon Press. 2002, 243p.
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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 biocida 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% 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 mais
importantes fatores do aumento da produção
agroindustrial desde 1940.
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 Mundial o controle químico
de pragas e doenças envolveu relativamente 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
inorgânicas, tais como enxofre usado como fungicida e
sais de arsênico, cobre, mercúrio e ferro usados como
fungicidas e inseticidas.
Compostos orgânicos incluindo sub-produtos industriais,
como destilados de hidrocarbonetos e extratos de
plantas inseticidas como derris (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 específico e a
maioria era altamente tóxica e 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 organofosforados teve
inicialmente objetivos militares durante os anos 40 e 50
e eles não foram empregados como inseticidas
sistêmicos dominantes nos 30 anos seguintes.
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 formulações
que controlam pragas e os inseticidas 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 milho.
A maior proporção do uso global (55%) esteve,
historicamente concentrada nos sistemas intensivos de
produção de alimentos da América do Norte e Europa
Ocidental, embora aumentos significativos nas vendas
sejam observados na Ásia 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 Holanda apresenta um dos usos mais
intensivos do mundo com uma média de
20 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 dos
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 de1970, o UK comercializou
para o mercado interno e externo um total de
aproximadamente £150 milhões
(R$ 1,06 bilhões)
em 1999, foram comercializados £1595
milhões (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 novas, mais
ativas, aliado à redução nas taxas de aplicação,
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 pragas
compatível com a proteção da saúde humana 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 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 ativos que matam ou controlam o
organismo alvo bem como
- contêm vários aditivos 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:
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 agudos que iniciam-se rapidamente e ocorrem
por um curto período de tempo com sintomas
pronunciados
- efeitos crônicos que persistem por longo período de
tempo, geralmente ocorrendo quando o organismo é
exposto a repetidas doses sub-letais
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 obter uma
indicação da toxicidade para 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 ação da maioria dos agrotóxicos
pertencem a uma das categorias apresentadas a seguir:
Envenenamento: ingestão pelo organismo alvo sendo
as toxinas liberadas em seu estômago
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: 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: o ingrediente ativo é mobilizado dentro
do organismo-alvo após o que tem um efeito tóxico
mais efetivo
Sistêmicos: o ingrediente ativo é mobilizado dentro da
planta ou animal sendo protegido e é então transferido
para o organismo-alvo.
A maioria dos agrotóxicos usados na agricultura hoje é de
compostos químicos orgânicos sintéticos que agem
interferindo com um processo metabólico vital no
organismo-alvo.
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:
Há centenas de compostos comercialmente
disponíveis como inseticidas, mas eles pertencem a
três grupos químicos gerais:
- organofosforados
- carbamatos e
- piretróides sintéticos
que consistem em 75% do mercado.
A maioria dos inseticidas age danificando o sistema
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-se) e sua
persistência e efetividade a longo prazo foram
inicialmente considerados como aspectos 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 sendo drasticamente reduzido.
Os agrotóxicos organoclorados geralmente estão
banidos dos países ocidentais embora ainda sejam
usados em países em desenvolvimento,
particularmente nos trópicos.
Como exemplo:
um componente organoclorado, o lindane, 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 humana,
causando problemas sangüíneos, malformações
congênitas e câncer de mama.
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, desorganização de seu comportamento
e eventual morte.
Um dos problemas potenciais com os OPs é que
embora ele se degrade relativamente rápido no
ambiente, eles são extremamente tóxicos aos
mamíferos enquanto estão quimicamente ativos.
Em particular, estão aumentado as preocupações
sobre seus efeitos adversos sobre a saúde humana.
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:
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:
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:
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 uma forma
carcinogênica.
Ácidos Fenoxiacéticos:
Diferente das triazinas, os herbicidas à base de ácidos
fenóxiacéticos são aplicados em sprays pósemergentes 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.
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 desordens
neurológicas em populações humanas expostas ao
herbicida.
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 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:
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 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:
Fungicidas inorgânicos, especialmente aqueles
baseados em complexos de metais de transição 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:
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 fenilamidas
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 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.