Corso di: “ECOLOGIA DEI SISTEMI AGRICOLI”unina.stidue.net/Ecologia dei Sistemi Agricoli/4Lezione.pdf · proteine, degli enzimi, degli acidi nucleici, della clorofilla e di molte

Corso di:Corso di:

“ECOLOGIA DEI SISTEMI AGRICOLI”“ECOLOGIA DEI SISTEMI AGRICOLI”

LAUREA TRIENNALE IN BIOTECNOLOGIE

Seconda Università degli Studi di Napoli

“ECOLOGIA DEI SISTEMI AGRICOLI”“ECOLOGIA DEI SISTEMI AGRICOLI”

Dott.ssa Giuseppina Massaro

Tel. 0823 274548

e-mail: [email protected]

4a Lezione del 17/06/2011

Gli agroecosistemi differiscono dagli ecosisteminaturali per l’asporto di biomassa vegetale comeraccolto.

Se i residui colturali e le deiezioni animalirimanessero in campo potrebbero reintegrare laquota di nutrienti sottratta.Invece, la concimazione organica tradizionale(sovescio e letamazione) è stata sostituita dallaInvece, la concimazione organica tradizionale(sovescio e letamazione) è stata sostituita dallaconcimazione con prodotti di sintesi.

Questa tendenza ha determinatoun graduale impoverimento della fertilità biologicadei suoli,ed un aumento di utilizzo di concimi di sintesi,molto solubili, di pronto effetto e facile impiego.

L’incremento della produzione vegetale avvenuto nei sistemiagricoli negli ultimi decenni, ha comportato l’impiego di dosisempre più elevate di fertilizzanti e spesso di quantitativiesagerati rispetto ai reali fabbisogni delle colture.

La superfertilizzazione di azoto e fosforo è una tra le causeche hanno determinato seri problemi ambientali legati,soprattutto, all’inquinamento delle acque sotterraneesuperficiali.superficiali.

Le aree della pianura Padana sono le più interessate dalfenomeno; si è calcolato che in un anno finiscono nelle acquedi falda dai 20 ai 100 kg/ha di azoto (nitrato).

Per cercare di preservare le acque da un eccessivo accumulodi nitrati la CEE ha emanato la direttiva CEE 676/91,invitando i Paesi membri ad elaborare i “Codici di buonapratica agricola”.

Eccessivi apporti di fosforo, oltre

che di azoto, alle acque

superficiali, determinano

l’insorgenza del fenomeno

dell’EUTROFIZZAZIONE.

EUTROFIZZAZIONE: arricchimento delle acquein sostanze nutrienti (in particolare N e P)

È il fenomeno che si verifica quando, per un eccesso dinutrienti, si instaura un massiccio incremento dellealghe (fioritura algale).

La presenza di vegetazione dovrebbe favorire unaumento di ossigeno nell’acqua, ma a causa della mortedelle alghe stesse, presenti in masse consistenti,aumento di ossigeno nell’acqua, ma a causa della mortedelle alghe stesse, presenti in masse consistenti,aumenta il consumo di ossigeno da parte degli organismiaerobi che operano la demolizione ossidativa perdecomporle.

L’impoverimento di ossigeno determina l’incremento deimicrorganismi anaerobi che decompongono la sostanzaorganica fermentandola, producendo compostimaleodoranti.

L’anossia delle acque determina, quindi, lamorte di pesci e di altri organismi acquatici;le acque diventano torbide e assumonocolorazioni particolari (giallo, rosso ,verde).

Il fenomeno si può manifestare sia nelleacque interne (laghi), sia in quelle di mare,lungo le coste.lungo le coste.

Le cause del fenomeno sono:� bassa profondità delle acque che limita ilrimescolamento delle stesse (fattorenaturale),� apporto massiccio di nutrienti.

FERTILIZZANTE

Comprende sostanze che, per il loro contenuto in elementinutritivi o per le loro caratteristiche chimiche, fisiche obiologiche, contribuiscono al miglioramento della fertilità delterreno agrario o al nutrimento delle piante coltivate o al loromigliore sviluppo.

I fertilizzanti si suddividono in:

� CONCIMI: forniscono alle colture gli elementi chimici dellafertilità (nutrienti), necessari alle piante per lo svolgimentodel loro ciclo vegetativo e produttivo;

� AMMENDANTI E CORRETTIVI: modificano le proprietà ele caratteristiche chimiche, fisiche, biologiche e meccaniche diun terreno, migliorandone l’abitabilità per le specie vegetalicoltivate.

Concimi

Il valore fertilizzante dei concimi è dovuto allapresenza di uno o più elementi chimici dellafertilità, classificati, in base alle esigenze dellepiante, in:

� Principali: Azoto (N), Fosforo (P), Potassio (K);� Principali: Azoto (N), Fosforo (P), Potassio (K);

� Secondari: Calcio (Ca), Magnesio (Mg), Zolfo (S),Sodio (Na);

� Microelementi o oligo-elementi: Boro (B),Manganese (Mn), Zinco (Zn), Rame (Cu), Molibdeno(Mo), Cobalto (Co) e Ferro (Fe).

Concimi

In base alla loro natura si distinguono:

� Concimi Minerali: prodotti naturali o sinteticicontenenti gli elementi chimici in quantità tale da esseredichiarata in etichetta.Si dividono in: Semplici (azotati, fosfatici, potassici) eComposti, (azoto-fosfatici, azoto-potassici, fosfo-Composti, (azoto-fosfatici, azoto-potassici, fosfo-potassici, azoto-fosfo-potassici) contenentirispettivamente uno o più elementi chimici principali dellafertilità (N, P, K), in una o più forme o solubilità; possonocontenere anche elementi secondari e/o microelementi;

� Concimi a base di elementi secondari (Ca, Mg, S,Na), possono anche contenere oligo-elementi;

Concimi

� Concimi a base di microelementi (o oligo-elementi)(B,Mn, Zn,Cu, Mo, Co, Fe), possono contenere ancheelementi secondari.

� Concimi Organici: composti del Carbonio di origineanimale o vegetale, legati chimicamente in forma organicaanimale o vegetale, legati chimicamente in forma organicaad elementi principali della fertilità; si distinguono in:azotati e azoto-fosfatici

� Concimi Organo-minerali: miscela di uno o più concimiorganici con uno o più concimi minerali semplici o composti;vengono distinti in: azotati, azoto-potassici, fosfo-potassici, azoto-fosfo-potassici.

Concimi

Secondo la NORMATIVA si distinguono in:� CONCIMI CEE, conformi alle disposizioni comunitarie, e� CONCIMI NAZIONALI, o semplicemente "CONCIMI",disciplinati a livello nazionale.

I concimi:� possono essere distribuiti� possono essere distribuiti

al terreno (concimi radicali)o alla parte aerea della piante

(concimi fogliari);

� possono essere:solidi (polvere, granuli)o fluidi (liquidi, gas liquefatti).

AMMENDANTI e CORRETTIVI

Gli AMMENDANTI vengono utilizzati permigliorare le caratteristiche fisiche emicrobiologiche del terreno;i principali sono gli ammendanti organicinaturali. Sono di uso comune i terriccinaturali. Sono di uso comune i terricci(ammendanti vegetali) e le torbe.

I CORRETTIVI sono sostanze che aggiunte alterreno ne modificano in meglio la reazione(pH); i principali sono i correttivi calcici emagnesiaci.

Una concimazione minerale corretta, per esserecompatibile con l’ambiente, deve tener conto dei realifabbisogni della coltura, delle caratteristiche chimico-fisiche del suolo e dell’andamento climatico.

In questo modo possono essere evitate le perdite dielementi fertilizzanti dal suolo agrario.

Per elaborare un piano di concimazione è necessarioPer elaborare un piano di concimazione è necessarioconsultare le Carte dei suoli, che riportano:� Caratteristiche fisico-meccaniche del suolo

� Permeabilità

� pH

� Tenore in sostanza organica

� Calcare totale e attivo

Concimi Azotati

L’azoto:• è l’elemento fertilizzante che condiziona lacrescita dei vegetali.• entra, infatti, nella composizione delleproteine, degli enzimi, degli acidi nucleici, dellaclorofilla e di molte altre molecole organicheproteine, degli enzimi, degli acidi nucleici, dellaclorofilla e di molte altre molecole organiche(funzione plastica);• stimola, inoltre, l’attività vegetativa dellapianta;• viene assorbito dalle piante come nitrato(NO3

-) e come ione ammonio (NH4+).

Azoto

L’atmosfera contiene il 78% di azoto,presente in forma molecolare (N2).Questo elemento giunge a terra durante itemporali, con le emissioni vulcaniche e con idepositi delle deiezioni degli uccelli marini.

Gli esseri viventi possono utilizzarlo solo seviene fissato, cioè legato in un compostochimico.È un gas inerte, che può essere sfruttatocome tale solo da pochi microrganismi chesono in grado di trasformarlo.

Azoto

Piccole quantità di azoto atmosferico vengonofissate attraverso l’azione di radiazioni cosmiche escariche elettriche (fulmini) che fornisconoall’azoto l’energia necessaria per reagire conl’ossigeno e l’idrogeno dell’acqua.l’ossigeno e l’idrogeno dell’acqua.

Ma la più importante fonte di azoto che vienefissata direttamente dall’atmosfera èrappresentata dai batteri del suolo che vivono insimbiosi con le radici delle piante (Rhizobium-Leguminose).

Azoto

Una carenza di azoto provoca:� ingiallimento, per mancanza di clorofilla,� e accrescimento stentato delle piante.

Un eccessivo apporto determina:� uno sviluppo rigoglioso dell’apparato fogliare,� un ritardo della maturazione dei frutti� un ritardo della maturazione dei frutti� una minore resistenza meccanica dei tessuti chestentano a lignificare;� accumulo di nitrati nei tessuti vegetali, con conseguentiproblemi di tossicità per gli animali e per l’uomo che sinutrono di vegetali.

Inoltre tale stato rende la pianta più suscettibileall’attacco di parassiti e gelo.

Ciclo dell’Azoto

Comprende due fasi:

1. Ammonificazione: Formazione di ammoniacaper via microbica dall’humus;

2. Nitrificazione: Formazione di nitrati,attraverso la forma nitrosa.

Ciclo dell’Azoto: Ammonificazione

I prodotti di escrezione degli animali e i residui

animali e vegetali subiscono un processo di

degradazione dell’azoto organico ad opera di

numerosi microrganismi.numerosi microrganismi.

In pratica, l’azoto organico momentaneamente

immobilizzato nella materia vivente rientra in

ciclo.


Le proteine vengono scisse in aminoacidi ad opera di enzimi

proteolitici (proteasi e peptidasi) emessi dai microrganismi

decompositori.

Proteolisi, o idrolisi enzimatica delle proteine:

PeptidasiProteasiAminoacidi-------->Peptidi--------> Proteine

PeptidasiProteasi

Gli aminoacidi subiscono a loro volta una degradazionemicrobica detta di deaminazione ossidativa, che consiste inuna rimozione del gruppo amminico (NH2).

Il prodotto finale è l’NH3, mentre gli atomi di carboniovengono convertiti in glucosio o immessi nel ciclo di Krebs.


L’NH3 è un composto volatile e può abbandonare il

suolo, ma se viene solubilizzata dà origine allo ione

ammonio (NH4+).

Lo ione ammonio (NH +) può essere:Lo ione ammonio (NH4+) può essere:

utilizzato direttamente dalle piante e dai

microrganismi,

oppure può essere sottoposto a nitrificazione ed

essere trasformato in nitrato, un’altra forma di azoto

assimilabile dalle piante.

Ciclo dell’Azoto: Nitrificazione

E’ svolta da alcuni batteri chemioautotrofi che vivono nelterreno e che si procurano energia ossidando i compostidell’azoto (per questo motivo sono chiamatichemiosintetici).

La Nitrificazione avviene in due tappe:La Nitrificazione avviene in due tappe:

1. Ossidazione dell’NH3 a nitrito ad opera dei batteriappartenenti ai generi Nitrosomonas e Nitrosococcus:

2 NH3 + 3 O2 -> 2 HNO2 + 2 H2O

2. Ossidazione del nitrito a nitrato ad opera diNitrobacter: HNO2 + ½ O2 -> HNO3

Ciclo dell’Azoto

I nitriti possono essere- assorbiti dalle piante- oppure possono essere utilizzati da numerose speciedi batteri eterotrofi (Pseudomonas, Paracoccus,Bacillus) che utilizzano un processo respiratorioanaerobio che prevede il nitrato come accettorefinale di elettroni invece dell’ossigeno.finale di elettroni invece dell’ossigeno.

Ciò dipende dalla:- disponibilità di ossigeno- temperature moderate (optimum a 25-30 °C, con ilminimo a 4-5 °C)- struttura del terreno medio-fine- pH neutro

Ciclo dell’Azoto

Reazioni:

� Fissazione: l’azoto atmosferico è fissato daibatteri fissatori (Azotobacteriaceae) con unareazione che richiede energia 2N + 3H2O -> 2NH3

� Ammonificazine: trasformazione dell’azoto deicomposti organici (aminoacidi, proteine) adammoniaca o ione ammonio (NH4

+): questa reazioneviene effettuata da batteri saprofiti decompositori,che ossidano gli aminoacidi di piante e animali indecomposizioneAMINOACIDI -> CO2 + H2O + NH3

Ciclo dell’Azoto

Reazioni:

� Nitrificazione: è l’ossidazione di NH4+ a

nitrito (NO2-) e del nitrito a nitrato (NO3

-). Initrati possono rientrare nel ciclo comenutrimento per le piante, oppure subire lanutrimento per le piante, oppure subire ladenitrificazione.

� Denitrificazione: è la reazione inversarispetto alla precedente. Nitriti e Nitrativengono ridotti ad azoto gassoso che vienerestituito all’atmosfera.

Azoto nel terreno

Nel suolo il 98% dell’azoto è presente come azoto di riserva,non direttamente disponibile per la nutrizione minerale. Taleazoto è rappresentato da:

Azoto Organico, derivato dai residui animali e vegetali;Azoto Ammoniacale, legato alla frazione colloidale del

suolo (complessi argillo-umici, carichi negativamente) e vienesuolo (complessi argillo-umici, carichi negativamente) e vieneceduto gradualmente alla soluzione circolante del terreno.

L’azoto organico nel suolo subisce una serie ditrasformazioni per opera dei microrganismi: in parte vienetrasformato in humus (importante riserva di azoto) ed inparte mineralizzato attraverso il Ciclo dell’azoto.

I nitrati rappresentano la formadi azoto migliore per la nutrizionedei vegetali, in quanto, essendomaggiormente disponibili rispettoagli ioni ammonio nella soluzionecircolante del terreno, possonoessere assorbiti con più facilità.

L’azoto ammoniacale (NH4+) viene

normalmente trattenuto

NO3-

NO3-

NO3-

normalmente trattenuto(adsorbito) dalla frazionecolloidale del suolo e, pertanto, non è soggetto a fenomeni didilavamento.

L’azoto nitrico (NO3-), invece, non è adsorbito se non in

quantità trascurabile, pertanto, se non viene prontamenteutilizzato dalle piante, è facilmente soggetto a dilavamento ecostituisce la principale forma di azoto responsabile deifenomeni di inquinamento delle acque.

Azoto: Ecosistema-Agroecosistema

Negli ecosistemi naturali:� le perdite di azoto per dilavamento sono minime,poiché gli apporti sono limitati e l’efficienza diutilizzazione dei composti da parte della vegetazionespontanea è buona.� gli apporti di N sono rappresentati solo dalleprecipitazioni e dalla fissazione dell’N atmosferico daprecipitazioni e dalla fissazione dell’N atmosferico daparte dei microrganismi azotofissatori.� la vegetazione spontanea è eterogenea (specie annualie perenni): il terreno rimane coperto dalla vegetazioneper tutto l’arco dell’anno.� la decomposizione e la mineralizzazione dellasostanza organica avvengono secondo modalità e tempilegati al ritmo stagionale.


Quindi nell’ecosistema naturale si ha unassorbimento migliore dei nutrienti rispetto ad unecosistema agrario, dove si possono avere periodiin cui il terreno rimane nudo e, quindi, più soggettoa perdite di N.a perdite di N.

Nell’ecosistema naturale vi è sincronismo tradisponibilità di nutrienti ed il ritmo diassorbimento degli stessi da parte delle piante(ciò giustifica il ridotto rilascio di N nelle faldeacquifere).


Negli agroecosistemi:� gli apporti esterni di azoto, fornito con le concimazioni,sono maggiori per garantire livelli più elevati di produzione.� L’efficienza dell’uso di azoto risulta più bassa perché ilterreno rimane nudo; il ciclo colturale, infatti, è limitato adalcuni periodi dell’anno.� Il periodo di maggiore disponibilità di N nel terreno a volte� Il periodo di maggiore disponibilità di N nel terreno a voltenon coincide con il periodo di utilizzazione da parte dellacoltura.Ad es. le colture erbacee a ciclo autunno-primaverile hannopiù esigenza di N in primavera, quando l’intensità dellamineralizzazione è bassa, mentre lasciano il terreno nudod’estate, quando la mineralizzazione è elevata ed aumenta ladisponibilità di N nella soluzione del suolo.Queste condizioni favoriscono il dilavamento dell’N dai suoliagrari.

Azoto

L’entità delle perdite di N è variabile e dipende dadiversi fattori:

� Tipo di concime e tipo di azoto apportato dal

concime (ammoniacale o nitrico);

� Dose apportata;� Dose apportata;

� Modalità di concimazione;

� Periodi di applicazione;

� Caratteristiche fisico-chimiche del terreno;

� Andamento climatico;

� Copertura del terreno.

I Concimi Azotati più utilizzati sono:

� Nitrato ammonico, NH4NO2 (concime nitrico-ammoniacale);

� Solfato ammonico, (NH4)SO2 (concime� Solfato ammonico, (NH4)SO2 (concimeammoniacale);

� Urea, (NH2)2CO (concime ammoniacale).

Tra le caratteristiche fisico-chimiche, soprattutto latessitura (granulometria) del suolo, influisce sul potereadsorbente del terreno stesso.

L’adsorbimento rappresenta, in particolare, la capacità delsuolo di trattenere (adsorbire) gli ioni dei sali minerali,tra cui quelli azotati, sottraendoli così al dilavamento.

Gli ioni adsorbiti vengono ceduti gradualmente allasoluzione del suolo col diminuire della sua concentrazionee vengono scambiati con altri ioni (doppio scambio).

Questa proprietà è dovuta alla componente colloidale delterreno (argille e humus).

Struttura e tessitura influiscono sulla permeabilitàe sulla capacità del suolo di trattenere acqua.

I terreni sabbiosi sono permeabili e hanno scarsacapacità di ritenzione idrica, sono perciò soggetti afenomeni di percolazione (flussi idrici diretti versogli strati profondi del suolo).gli strati profondi del suolo).

Ciò comporta la Lisciviazione:Sostanze in soluzione non trattenute dalleparticelle di suolo (nitrati) vengono portate inprofondità dall’acqua di percolazione.

Le caratteristiche del suolo e la presenza o menodi copertura vegetale influiscono sui fenomeni diruscellamento (scorrimento superficiale dell’acquache si verifica in seguito ad abbondantiprecipitazioni).

L’acqua scorrendo può trascinare con sé particelleL’acqua scorrendo può trascinare con sé particelledi suolo (erosione) e, quindi, i nutrienti ad esselegati.

L’N che finisce nei corpi idrici può determinare ilfenomeno di eutrofizzazione.

Strategie per limitare le perdite di azoto apportato con i concimi

programmare la concimazione azotata in base alreale fabbisogno di N della coltura;

non concimare molto in anticipo rispetto al momentodi utilizzazione del concime da parte delle coltura, perevitare dilavamento del/i nutriente/i dal terreno;evitare dilavamento del/i nutriente/i dal terreno;

preferire concimazioni frazionate, da effettuarsinei periodi di massima utilizzazione da parte dellacoltura;

nelle situazioni di maggiore vulnerabilità delterritorio, soprattutto nei periodi più piovosi, usareconcimi a lenta cessione con sostanze inibitrici dellanitrificazione;

Strategie per limitare le perdite di azoto apportato con i concimi

garantire maggiore copertura del suolo (favorendodopo il raccolto la crescita naturale dell’erba,svolgere rotazioni o colture intercalari, capaci disfruttare l’N nel periodo di assenza della colturaprincipale);principale);

evitare eccessivi apporti di acqua con l’irrigazione,per impedire la lisciviazione dell’N nitrico;

interrare i residui pagliosi invece di bruciarli;questa pratica rivela risvolti utili a contenere leperdite di N per dilavamento, in quanto comportal’immobilizzazione dello stesso.

Fosforo

Il fosforo, come azoto e potassio, è un elemento

nutritivo essenziale, utilizzato dalle piante in

quantità minore rispetto agli altri due.

Fa parte della composizione degli acidi nucleici

(DNA ed RNA), delle fosfoproteine, delle

sostanze di riserva dei semi dei cereali e delle

leguminose (lecitine, fitina, fosfatidi); è parte

integrante di coenzimi (ATP).

Fosforo

Favorisce:

• la fioritura,

• la maturazione dei frutti

• la lignificazione• la lignificazione

• la resistenza meccanica

• l’accrescimento dell’apparato radicale

• conferisce, inoltre, resistenza agli attacchi

parassitari e a fattori ambientali (gelo).

Fosforo La carenza di fosforo si manifesta soprattutto nei terreniacidi, dove i fosfati risultano quasi sempre insolubili; simanifesta con:

accrescimento stentato della pianta (nanismo);colorazione verde scuro e, a volte, rossastro-violaceo delle

foglie, per accumulo di antocianine;ritardo nella fioritura e nella fruttificazione.

Gli eccessi di fosforo, invece, comportano:

maggior accrescimento della radice rispetto alla parte aereadella pianta;

cattivo assorbimento di altri elementi nutritivi (es. Fe e Zn).

Il fosforo viene assorbito dalle piante come anione fosfato,prevalentemente fosfato monovalente (H2PO4

-), ma anchefosforo bivalente (HPO4

2-).

Fosforo nel terreno

È presente nel terreno in quantità limitata (1-2%).Le riserve sono costituite da:

✔ Fosforo contenuto nelle rocce fosfatiche (Pstrutturale inorganico), rappresentato da fosfati

Fosforo contenuto nelle rocce fosfatiche (Pstrutturale inorganico), rappresentato da fosfatidi Ca e di Fe;

✔ Fosforo contenuto nella sostanza organica(mineralizzato dai microrganismi del suolo perdiventare disponibile).

Fosforo nel terreno

Sia il fosforo “naturale” che quello derivante dallafertilizzazione può trovarsi nel suolo in varie forme:

� Assimilabile: solubile, costituito da anioni fosfato(H2PO4

- e HPO42-), sciolti nella soluzione del suolo e

pertanto assimilabili. I fosfati disciolti vengono adsorbitidalla frazione colloidale del suolo e reversibilmente fissati;dalla frazione colloidale del suolo e reversibilmente fissati;la lenta cessione che subiscono ne evita la lisciviazione.

� Non Assimilabile: fissato stabilmente ai colloidielettropositivi (idrossidi di Fe e Al nei terreni acidi); siformano composti insolubili, non disponibili per le piante.(Nei terreni ricchi di ioni Ca2+ e alcalini, il P precipita comefosfato tricalcico, Ca3(PO4)2, poco solubile)

Fosforo nel terreno

La solubilità dei fosfati dipende:� dal pH del terreno;� dal contenuto in Ca, Fe e Al del suolo;� dalla percentuale della frazione argillosa;� dalla quantità di minerali argillosi.� dalla quantità di minerali argillosi.

Parte dei fosfati disciolti nella soluzionecircolante del suolo viene sottratta allanutrizione delle piante perché utilizzata daimicrorganismi del suolo per il loro metabolismo.

Fosforo nel terreno

Solo il 5-10% del Fosforo apportato con le

concimazioni viene assorbito dalle piante, il resto

viene immobilizzato (precipitazioni in forma

insolubile e/o adsorbimento).insolubile e/o adsorbimento).

La maggior parte dei terreni del nostro paese è di

natura argilloso-calcarea, quindi capace di

trattenere grosse quantità di Fosforo.

La perdita di Fosforo dal terreno Generalmente, le perdite per lisciviazione e per ruscellamentodi Fosforo, apportato con i concimi, sono trascurabili.

Però, in un suolo permeabile, sabbioso, povero di calare e disostanza organica, si ha perdita di Fosforo per lisciviazione.

Le perdite per ruscellamento, possono essere più sensibili, inquanto il Fosforo adsorbito si trova negli strati piùsuperficiali del suolo.superficiali del suolo.La perdita di Fosforo dalterreno è influenzata da:

fattori pedoclimatici e dinatura agronomica,

caratteristiche chimico-fisiche del suolo,

dallo stato della coperturavegetale.

Strategie per limitare le perdite di fosforo apportato con i concimi

applicazione di concimi mediante interramento, inmodo che questi siano a stretto contatto con le radici,per facilitarne l’assorbimento;

pratiche di concimazione prima della semina, inconcomitanza con le operazioni di preparazione del lettoconcomitanza con le operazioni di preparazione del lettodi semina, quando non esiste pericolo di lisciviazione.

Nei terreni sabbiosi è preferibile adottareconcimazioni frazionate, per evitare perdite perlisciviazione.

Nei terreni soggetti ad erosione bisogna provvederecon misure di conservazione del suolo (coperturavegetale, argini, pendenza).

Potassio

� È presente nella pianta come ione K+, abbondantenegli organi giovani e nelle foglie.

� Non entra, a differenza di N e P, nei compostiorganici essenziali; è, invece, importantenell’attivazione di processi metabolici (sintesi,trasporto, accumulo di polimeri organici –amido,trasporto, accumulo di polimeri organici –amido,proteine, grassi- bilancio idrico, assorbimentoradicale, respirazione e traspirazione).

� È responsabile della qualità dei prodotti agricoli erende le piante più resistenti ad appassimento, gelo eattacchi parassitari.

� Viene assorbito come ione K+.

Il potassio nel terreno

Il terreno è ben provvisto di K+.Carenza, comunque, si può verificare nei terrenisabbiosi, permeabili, acidi, e qualora si asporti tutta laproduzione vegetale, venendo a mancare tutta la riservadi K derivante dalla decomposizione della sostanzaorganica.

Le riserve di K nei suoli sono costituite da silicati(feldspati, miche e minerali argillosi). Ulteriori apportivengono, come per gli altri elementi, dalladecomposizione della sostanza organica e dai concimi.

Il K dei silicati rappresenta il 90-98% del totale ed èpoco disponibile per la nutrizione delle piante (lentopassaggio in soluzione).

Il potassio nel terreno

Le forme disponibili (1-2%) sono:

� Solubile (K+) presente nella soluzione circolante delterreno;� Scambiabile, ioni K+ adsorbiti ai colloidi elettronegatividel terreno (complessi argillo-humici) per scambiocationico.cationico.

Quando la concentrazione di potassio solubile diminuiscenella soluzione di suolo, il potassio scambiabile passa insoluzione.La frazione adsorbita viene sottratta al dilavamento eresa disponibile per l’assorbimento radicale.La Lisciviazione nei terreni “sciolti” e permeabili in seguitoa percolazione di acqua piovana e/o di irrigazione, causaperdite di potassio negli agroecosistemi.

Strategie per limitare le perdite di potassio apportato con i concimi

Non si registrano nelle acque concentrazioni elevatedi potassio proveniente dai concimi e non sonosegnalati fenomeni di inquinamento.

Per limitare le perdite di potassio:Per limitare le perdite di potassio:� fornire apporti periodici di potassio conconcimazione;� nei terreni sabbiosi e permeabili, concimazioni inpresemina, con applicazione in copertura;� nei suoli argillosi che trattengono K+, concimazionein prearatura e/o presemina.

Accumulo di metalli pesanti apportati con i concimi

I concimi contengono impurezze (sostanza estranee), tracui molti metalli pesanti (Cd, Zn, Cr, Cu, ecc.).

All’accumulo dei metalli pesanti nel suolo partecipano:

✔ il fall-out atmosferico (precipitazioni);✔ l’irrigazione con acque inquinate;✔ la concimazione organica da letami, liquami, fanghi didepurazione di reflui civili ed industriali;✔ l’apporto di compost da RSU (che deriva da raccoltadifferenziata secco/umido)

Metalli PesantiSono poco assorbiti dalle piante, per cui si accumulano nelterreno.Il loro accumulo può determinare:

Fitotossicità: tossicità per le piante che influiscenegativamente sulla crescita dei vegetali e quindi suproduttività e qualità.

Bioaccumulo (o Biomagnificazione): concentrazione lungole catene alimentari con conseguente problema di tossicitàper animali e uomo.

I metalli più rischiosi in questo senso sono Cd, Pb, Co, Cr, Cu,Hg, Ni e Zn.Le colture più soggette a questo fenomeno sono quelle diortaggi.

La CEE ha fissato i livelli massimi di concentrazione deidiversi metalli tollerabili nel suolo.Sono state, inoltre, stabilite dalla FAO le concentrazionimassime tollerate nella dieta umana per alcuni metalli.

Valori limite di concentrazione nei suoli proposti dallaCEE:

Metalli mg/Kg s.s.Metalli mg/Kg s.s.

Cd 3Cu 100Ni 50Pb 100Zn 300Cr 100Hg 2

Fitofarmaci (dal greco fitos = pianta)

Fitofarmaci: sostanze di sintesi chimica utilizzatenella lotta contro gli agenti nocivi alle coltureagricole.

L'utilizzo di Fitofarmaci ha rappresentato uno dei piùpotenti mezzi di affermazione dell'agricolturapotenti mezzi di affermazione dell'agricolturamoderna, praticata soprattutto nella seconda metàdel ‘900, e che ha permesso il raggiungimento diingenti rese produttive, tali da sostenere il crescenteaumento della popolazione mondiale, soprattutto neipaesi industrializzati che ne sono stati, ovviamente, imaggiori beneficiari.

Fitofarmaci

E' innegabile che ciò rappresenti un merito di tale tipo dienergia ausiliaria, ma come tutte le altre, essa é stataintrodotta nelle aziende agricole semplicemente comestrumento di massimizzazione delle produzioni agricole e,quindi, dei profitti economici.

Non si è tenuto conto della visione ecosistemica.Non si è tenuto conto della visione ecosistemica.Ma:Sono state introdotte moltissime sostanze "xenobiotiche"(estranee ai processi biologici) nei comparti ambientali inmodo sistematico e massivo, ignorando:gli effetti a carico di organismi non ritenuti potenzialibersaglio dei fitofarmaci,la loro diffusione in aree estremamente distanti dai siti diimmissione.

Fitofarmaci

Sono stati sviluppati per abbattere

drasticamente le densità di popolazione di tutti i

competitori (erbe infestanti) delle colture

agricole e degli organismi fitofagi.agricole e degli organismi fitofagi.

Possono essere classificati in base alla loro

composizione chimica o in base all’organismo

bersaglio.

Fitofarmaci: classificazione in base alla composizione chimica

Comprende composti caratterizzati da gruppi

chimici specifici in comune, responsabili

• dei possibili meccanismi di tossicità,

• del grado di affinità verso i vari comparti• del grado di affinità verso i vari comparti

ambientali (idromiscibilità, idrofobicità,

interazione con matrici cariche, alifatiche od

aromatiche, fotossidabilità, tasso di

volatilizzazione ecc.).

Fitofarmaci: classificazione in base all’organismo bersaglio.

Comprende composti caratterizzati da molecoleanche molto eterogenee sulla base della tipologia diorganismo, animale o vegetale, che risulta interessatodall'azione del fitofarmaco.

ORGANISMO BERSAGLIOORGANISMO BERSAGLIOFITOFARMACOFITOFARMACO

Acari

Chiocciole e lumache

Nematodi

Infestanti mono e dicoteledoniMuffe, marciumi, ruggini

Insetti

ORGANISMO BERSAGLIOORGANISMO BERSAGLIO

ACARICIDI

MOLLUSCHICIDINEMATOCIDI

ERBICIDI

FUNGICIDIINSETTICIDI

FITOFARMACOFITOFARMACO

Fitofarmaci

I Fitofarmaci sonocaratterizzati dallapresenza non solo delprincipio attivo , ovvero lasostanza che esplica l'azionebiocida, ma anche dicoformulanti e sostanzeinerti.inerti.

I coformulanti sono agenti chimici che miglioranol'azione, aumentando la persistenza del principio attivo.Le sostanze inerti hanno la funzione di diluire ilprincipio attivo.

Il fitofarmaco si può presentare come: polvere,soluzione, emulsione, microincapsulato, stato granulareo gassoso.

Fitofarmaci: forma microincapsulati

Rappresenta una formulazione molto efficace in

quanto, il principio attivo, dopo disidratazione

dell'involucro, viene rilasciato lentamente

aumentandone la persistenza.aumentandone la persistenza.

Tale risultato viene raggiunto anche quando lo

xenobiotico viene distribuito mescolato a substrati

granulari inerti vegetali o minerali, quali l'argilla.

Fitofarmaci: in polvere

Le polveri possono essere:

Secche: vengono utilizzate molto di rado, anche per la

loro elevata diffusibilità ambientale per azione del vento;

Bagnabili: ampiamente in uso, consistono in un prodotto

scarsamente miscibile in acqua, nel quale viene dispersa,scarsamente miscibile in acqua, nel quale viene dispersa,

soprattutto per azione di coformulanti, prima della

somministrazione che avviene mediante irrorazione,

Solubili: consistono di prodotti idrosolubili, piuttosto rari

tra i fitofarmaci. Vengono sciolti in acqua prima della

diffusione in ambiente.

Fitofarmaci: in forma liquida

Il principio attivo é sciolto in acqua, e poi diluitoin acqua prima di essere somministrato.I composti scarsamente idrosolubili sonodapprima disciolti in acqua mediante specificisolventi e poi emulsionati attraverso l'aggiuntadi coformulanti.

Fitofarmaci: in forma gassosa

Sotto forma gassosa il fitofarmaco é distribuitoallo stato puro mediante processi di"fumigazione“.

Fitofarmaci

La somministrazione del fitofarmaco dovrebbe avvenire:� esclusivamente in presenza dell'agente nocivo (fitofago,fitoparassita od erba infestante)� quando la densità di popolazione ed il grado di attivitàdell'agente nocivo sia tale da giustificare l'interventofitoterapico (ovvero quando il danno alle colture rischi diessere considerevole e quindi antieconomico).essere considerevole e quindi antieconomico).

Nel caso di erbe infestanti il rilevamento della presenza di taleagente nocivo può essere fatto abbastanza facilmente,mentre se l’agente nocivo è rappresentato da insetti (più mobilie difficili da monitorare) affidarsi alle sole tracce del dannovegetale non é indice affidabile dell'entità dell'invasionedell'agente nocivo per cui occorrerebbe utilizzare dei sistemidi cattura per effettuare stime sufficientemente precise delladimensione numerica della popolazione.

Fitofarmaci

Inoltre, bisogna considerare che i diversi stadi di crescita diuna specie fitofaga o fitoparassita presentano forme diversedi resistenza ed alcune possono essere del tutto insensibiliall'azione del fitofarmaco la cui somministrazione andrebberegolata anche sull'andamento del ciclo biologico dell'agentenocivo.

Spesso tutto ciò non avviene, od avviene in modo del tuttoSpesso tutto ciò non avviene, od avviene in modo del tuttoinsufficiente;ci si limitata ad effettuare trattamenti a scadenzepredeterminate durante l'anno senza tenere conto degliaspetti ecologici e fenologici delle specie nocive,in alcuni casi, tuttavia, vengono imposte delle limitazioni aitrattamenti che vengono realizzati solo quando l'entità deldanno arrecato alle colture sviluppa una perdita economicasuperiore alla spesa necessaria a mettere in atto iltrattamento (lotta chimica guidata).

Fitofarmaci

L’uso di fitofarmaci dovrebbe tener conto dellapersistenza e del decadimento delle molecole di pesticida.

Difatti é indispensabile che dopo la somministrazione ilfitofarmaco rimanga sui tessuti vegetali per un temposufficientemente lungo per esercitare l'azione biocidasull'agente nocivo,sull'agente nocivo,ma, d'altro canto, é parimenti necessario che entro undeterminato lasso di tempo dall'irrorazione leconcentrazioni del fitofarmaco vadano riducendosi (perliscivazione od asportazione da parte della pioggia,fotoinattivazione ecc.) a livelli tali da risultare del tuttoinnocue alla salute umana.

Fitofarmaci

In tal senso sono stati introdotti i concetti di "tempo dicarenza" e di "limite di tolleranza".

Tempo di carenza: rappresenta il numero di giorni che deveintercorrere tra il trattamento e la raccolta del prodottoagricolo.Limite di tolleranza: rappresenta la quantità massima diresiduo di fitofarmaco (espressa in mg/Kg) che può esserepresente sulla coltura una volta trascorso il tempo di carenza.presente sulla coltura una volta trascorso il tempo di carenza.I limiti di tolleranza sono stabiliti attraverso esperimenti condotti sucavie e rappresentano la dose massima che non determina l'insorgeredi alcun danno né a livello cellulare né tissutale. Tale dose é dettaNOELNOEL (NoNo effecteffect levellevel).Il valore più basso della NOELNOEL viene utilizzato per stabilire la dosemassima giornaliera o ADIADI (AcceptableAcceptable dailydaily intakeintake) di fitofarmacoche può essere assunta senza alcun rischio di sviluppo di un danno.L’ADIADI per l'uomo si ricava dividendo per 100 il valore più basso dellaNOELNOEL ottenuto per le cavie.

Fitofarmaci

Es. di danni causati da pesticidi:disfunzioni metaboliche,alterazioni strutturali,morte delle cellulemutagenesi che possono sviluppareuna trasformazione cancerosa.

Per gli esperimenti vengono utilizzati organismi procariotiaploidi. Questi hanno una singola copia di ciascun gene, percui un’eventuale mutazione, non rimossa dai sistemi di riparogenomico, si esprime immediatamente;mentre in quelli eucarioti diploidi, la presenza di una coppiadi ciascun cromosoma può mascherare l'espressione di ungene mutante mediante l'azione della copia sana.

Fitofarmaci L'immissione di una sostanza di sintesi chimicanell’ambiente dovrebbe prevedere un'analisiprevisionale della distribuzione nei differenti compartiambientali.

In alcuni casi, ciò viene fatto ma non dà una visioneragionevole delle possibili conseguenze a livelloecosistemico,ragionevole delle possibili conseguenze a livelloecosistemico,in quanto la maggior parte dei programmi utilizzati sibasano sui coefficienti di ripartizione della molecolatra i vari stati di aggregazione della materia senzatenere conto dei processi di bioconcentrazione che siverificano nei vari anelli delle catene alimentari,come pure della tossicità che può verificarsi a danno diorganismi che non siano quelli bersaglio.

Fitofarmaci Difatti, spesso, la somministrazione di un fitofarmacopotenzialmente sviluppato per rimuovere uno specificoagente nocivo, causa nell'ambito della popolazione"bersaglio", lo sviluppo di individui aventi unaresistenza geneticamente determinata che,avvalendosi della forte riduzione della competizioneintraspecifica tendono a riprodursi rapidamentecausando ingenti perdite alle colture.intraspecifica tendono a riprodursi rapidamentecausando ingenti perdite alle colture.

Gli organismi naturali, nemici degli agenti nocivi,possono subire un danno notevole.Vengono stressati dal pesticida, ma non essendoorganismi bersaglio del fitofarmaco, non subiscono unapressione selettiva specifica che avvantaggi organismiresistenti.

FitofarmaciI primi individui ad essere potenzialmente sottoposti al rischiodi contaminazione da parte delle molecole di biocida sono gliaddetti alle pratiche di irrorazione.

Questi potrebbero subire aggressioni a zone di cute noncoperte od inalare il fitofarmaco con sviluppo di stati ditossicità all'apparato respiratorio.

L'assunzione per via alimentare é invece un rischio al qualeL'assunzione per via alimentare é invece un rischio al qualetutti i consumatori possono essere esposti nei seguenti casi:

laddove il tempo di carenza non venga rispettato,quando si verifica contaminazione ambientale che porta

all'accumulo del pesticida nei tessuti di organismi animali chesono successivamente utilizzati dall'uomo quali componentidella dieta,

a seguito di inquinamento della falda idrica destinata aduso potabile.

Fitofarmaci I pesticidi (a seconda delle loro caratteristiche chimicofisiche) che raggiungono la superficie del suolo (o durantela fase di aspersione o per dilavamento pluviale), possono:

essere più o meno rapidamente asportati dalla superficiedel terreno, prima di penetrare in profondità, per azioneeolica o dell'acqua di ruscellamento dovuta alla pioggia oall’irrigazione,all’irrigazione,

attraversare più o meno rapidamente gli orizzonti delsuolo sulla base della permeabilità di quest'ultimo,

interagire con le frazioni minerale ed organica alle qualirestano adese risultando così inertizzati e sequestrati dalcontatto con gli organismi bersaglio. La possibilità diinteragire con le micelle organo minerali dipendesoprattutto dalla quantità di carica che reca la molecoladi pesticida e dal suo carattere idrofobico.

Fitofarmaci

Il pesticida, che non raggiunge gli organismi bersagliosi deposita all'interno del suolo (residui di pesticidiche non vengono completamente metabolizzati), e puòessere:

� utilizzato come substrato alimentare da molti� utilizzato come substrato alimentare da moltimicrorganismi;

� trasformato in intermedi a più bassa o più altatossicità rispetto alla molecola originaria;

� contribuire ai processi di umificazione dellasostanza organica.

Fitofarmaci

Se le molecole di pesticida, interagendo con icomponenti minerali ed organici del terreno(aggregati), risultano completamente schermatedall'azione degli enzimi degradativi microbici,possono persistere per molto tempo inalterate nelpossono persistere per molto tempo inalterate nelsuolo.

La successiva decomposizione dell'aggregato, aseguito di processi meteorici e biologici puòliberare il pesticida che, passando in soluzione,viene eventualmente assorbito dalle radici dellepiante coltivate.

Tossicità dei Fitofarmaci

La tossicità dei fitofarmaci a danno dell’uomo interessa variaspetti strutturali e funzionali dei tessuti. Ad es.: inibizionereversibile od irreversibile degli enzimi che svolgono importantifunzioni metaboliche.

Va ricordato l'importante funzione di detossificazione svolta, alivello epatico, da un complesso enzimatico detto citocromo P-450.450.Esso rende le molecole di xenobiotici, tra i quali quelle deipesticidi, più idrosolubili, per aggiunta di gruppi -OH, e quindi piùfacilmente rimuovibili dalla circolazione per azione dellafiltrazione renale.

Tuttavia, durante l’idrossilazione (aggiunta di -OH) le molecole dixenobiotici sono convertite in intermedi radicalici che possonointeragire con il citocromo P-450 inattivandolo in modoirreversibile.

Es. di Tossicità dei Fitofarmaci

I dinitrofenoli possono causare fenomeni didisaccoppiamento della fosforilazioneossidativa.ossidativa.

I carbammati e gli organofosforici inibiscono lacolinesterasi producendo fenomeni di rigiditàmuscolare.


Uno dei casi di contaminazione ambientale più noti nellastoria dell'uso dei pesticidi é quello dei clororganici, inparticolare del DDT e dei suoi derivati.

L'uso massivo a livello mondiale e soprattutto nei paesiL'uso massivo a livello mondiale e soprattutto nei paesiindustrializzati negli anni ‘50 e ‘60 aveva portato quasiall'estinzione alcune specie di rapaci in quanto talipesticidi introdotti per via alimentare inibiscono l'enzimaanidrasi carbonica che controlla l'assunzione del calcio daparte delle uova, con conseguente sviluppo di un gusciomolto fragile, tendente a rompersi prima delcompletamento dell'ontogenesi.


Es. di tossicità dei pesticidi ai microrganismi:

Fumiganti e Fungicidi risultano inibire importantiattività microbiche quali la nitrificazione ed iprocessi di respirazione.

Determinati componenti della pedofauna chesvolgono importanti funzioni nella catena deldetrito possono subire danni di varia entità quandoi pesticidi vengono somministrati nei campi in modocontinuativo ed in quantità eccedenti alle dosenecessarie al raggiungimento dell'effettofitoterapico.

Fitofarmaci

Il loro destino ambientale dipende:

Dalle quantità somministrate;

Dalle caratteristiche climatiche del sito di introduzione;

Dal suo grado di volatilità;

Dalla sua più o meno elevata inertizzazione su matrici solidepresenti;presenti;

Dal suo rapporto idrofilicità / idrofobicità;

Dal suo trasporto tramite ruscellamento, lisciviazione edeluviazione;

Dai fenomeni di bioaccumulo;

Dalla sua biodegradabilità.

L’attenzione principale viene focalizzata sullacontaminazione degli alimenti, delle acque (siasuperficiali che sotterranee) e del suolo.

Per questo motivo, molte organizzazioni (ad es.A.N.P.A., Agenzia Nazionale per la Protezionedell’Ambiente) collaborano con svariati Istituti ed Ential fine di redigere rapporti, studi e ricerche di

svolgimento, al fine di rivelareed aggiornare i valori di sogliache possano rendere minimi glieffetti nocivi di tali sostanzenell’ecosistema.

al fine di redigere rapporti, studi e ricerche dimonitoraggio volti a sondare la situazione nel suo

La consapevolezza che questa situazione ha causato dannidi grande entità ha innescato un processo di inversione ditendenza che ha comportato la "dechimizzazione"dell’alimento fino a giungere nel 1992 all’emissione dellaNormativa CEE 2092/91, la prima che regolamenta edefinisce le tecniche agronomiche dell’agricolturabiologica.

L'aspetto che più si è cercato dirazionalizzare, nell'ultimoventennio, per ridurre l'impattoambientale e tossicologico, èstato quello di migliorare lestrategie di difesa delle colture,riducendo gli interventi eutilizzando prodotti fitosanitarisempre meno tossici e piùsempre meno tossici e piùselettivi.

Più recente è l'interesse delmondo fitoiatrico rivolto allaottimizzazione delle quantità edelle modalità di distribuzione,legati direttamente all'uso dimacchine irroratrici.

Si è rilevato infatti che una grossa percentuale difitofarmaco applicatonon raggiunge il bersaglio (superficie della coltura), percui si disperde nell'aria (deriva)o, quando lo raggiunge, si disperde per effetto dellaricaduta delle gocce più grossolane (gocciolamento)o, ancora, si disperde perché parte delle gocciolinerimbalza sul bersaglio.

Le perdite di prodotto variano in relazione al tipo di colturae alla fase fenologica in cui essa si trova al momento deltrattamento.

E' stato notato che, nel caso di una coltura arborea, lemaggiori perdite di pesticida si verificano all'inizio dellavegetazione (80 - 90%) e che queste decrescono fino allacompleta infogliazione delle piante (30 - 40%).

I fungicidi, rispetto agli insetticidi, hanno il maggior pesoI fungicidi, rispetto agli insetticidi, hanno il maggior pesosulle perdite in quanto, oltre a costituire i prodotti piùimpiegati nella difesa di queste colture, sono utilizzati nellafase di minore infogliazione delle piante.

La parte di prodotto che si disperde sotto forma di aerosolo in seguito a volatilizzazione, può ritornare al suolo con leprecipitazioni sommandosi al prodotto già arrivato alterreno per gocciolamento.

Nel suolo, i fitofarmaci

possono essere assorbiti dalle particelle terrose equindi trattenuti più o meno fortemente,

oppure essere disciolti nella soluzione circolante equindi passare alle acque.In particolare i fitofarmaci possono raggiungere i corpiidrici sotterranei, per percolazione dell'acqua, e i corpiidrici sotterranei, per percolazione dell'acqua, e i corpiidrici superficiali (fiumi, laghi, ecc.) in seguito alruscellamento delle acque in superficie.

E' stato rilevato che la concentrazione di fitofarmaciin superficie tende ad aumentare nei periodi in cui sieffettua il maggior numero di trattamenti chimici sullecolture e nei periodi di piovosità più intensa.

La mobilità dei prodotti fitosanitari nel sistemasuolo-acqua è legata:alla struttura delle molecole dei fitofarmaci,alle caratteristiche chimico-fisiche del suolo,ai fattori climatici (piovosità, temperatura).

Riguardo alla composizione del terreno, la capacitàdel suolo di trattenere le molecole dei fitofarmaci èdel suolo di trattenere le molecole dei fitofarmaci èstrettamente legata alla frazione colloidale delterreno, rappresentata dalle argille e dai compostiorganici (humus);ed è proprio la quantità di sostanza organicacontenuta nel suolo ad essere il fattore chemaggiormente influisce sulla capacità del suolo ditrattenere i fitofarmaci.

Nei terreni prevalentemente sabbiosi, poveri di argilla esostanze organiche le molecole dei fitofarmaci sono pocotrattenute, e possono essere trasportate in profonditàinquinando le falde.

La parte di fitofarmaco che permane nel suolo, puòessere degradata per due vie tra loro connesse:

per via biologica (biodegradazione), operata da batteri efunghifunghiper via abiotica, ovvero attraverso trasformazionichimico - fisiche (idrolisi).

Non tutte le molecole vengono degradate completamente,alcune, degradate solo in parte, possono originarecomposti a volte più tossici di quelli di partenza, altre nonsono per niente attaccate e possono dare origine afenomeni di accumulo.

Da quanto detto, risulta necessario ridurre alminimo le perdite di fitofarmaci nell'ambiente(aria-acqua-suolo), adottando appositiaccorgimenti tecnici in fase di distribuzione erazionalizzando la distribuzione dei mezzichimici di difesa.

L'aspetto più evidente, legato all’impattoambientale della difesa delle colture agrarie, èda ricercare essenzialmente nelle perdite diprodotto che si verificano durantel'applicazione dei fitofarmaci sulle colture.

Nonostante siano stati fatti enormi sforzi

per razionalizzare le metodologie di difesa

e, in particolare, per la definizione delle

soglie d'intervento, per migliorare le

conoscenze epidemiologiche, e per laconoscenze epidemiologiche, e per la

ricerca di mezzi alternativi di difesa, si

stenta ancora a migliorare l'efficienza della

distribuzione dei fitofarmaci.

Insetticidi:

a) organofosforicib) organoclorati (derivati del DDT)c) idrocarburi alogenati (fumiganti)d) vegetali (piretro e derivati)e) olii minerali (associati ai principi attivi)

Fungicidi o anticrittogamici:

a) carbammatib) ditiocarbammatic) composti dello zolfo e del ramed) diazine e triazinee) paraquat

ESTERI FOSFORICISono composti in forma liquida studiati originariamente perusi bellici.

Sono costituiti da esteri degli acidi ortofosforico,pirofosforico, tiofosforico e ditiofosforico.

I più importanti sono il tetraetilpirofosfato (TEPP, la cuidose letale media è di 50 µg/kg), il malathion (undose letale media è di 50 µg/kg), il malathion (unalchilpirofosfato la cui dose letale è di 1400 µg/kg) ed ilparathion.

Possono essere assunti per via gastroenterica, respiratoriae transcutanea.

Sono rapidamente metabolizzati per cui danno fenomeni ditossicità acuta a meno che non vi siano esposizioni ripetute efrequenti.

ESTERI FOSFORICI

Gli esteri fosforici possono andare incontro a

processi di detossificazione.

Ad es. il parathion o paraoxon è trasformato inAd es. il parathion o paraoxon è trasformato in

paranitrofenolo a livello microsomiale.

L'escrezione urinaria del paranitrofenolo comincia

qualche ora dopo l'assorbimento del tossico,

raggiunge il massimo dopo 24 ore e scompare dopo

4 o 5 giorni.

ESTERI FOSFORICI

Gli esteri fosforici sono inibitori dellaacetilcolinesterasi, essendo in grado di legarsi con ilsito attivo dell'enzima come substrati competitivi conla acetilcolina.Nell'organismo sono presenti due tipi di colinesterasi:� acetilcolinesterasi (o vera o del globulo rosso)� acetilcolinesterasi (o vera o del globulo rosso)specifica per l'acetilcolina situata nel sistema nervoso,nelle giunzioni mioneurali (muscolari), nei surreni oltreche nelle emazie;� pseudocolinesterasi (o colinesterasi plasmatica) menospecifica per la acetilcolina e capace di idrolizzareanche altri substrati. Oltre che nel plasma si trovalocalizzata nel miocardio, muscolo liscio, mucosaintestinale e cute.

ESTERI FOSFORICI

Gli effetti degli esteri fosforici dal punto di vistafarmacologico si possono distinguere in:� Muscarinici, indotti dalla stimolazioneparasimpatica;� Nicotinosimili, indotti da stimolazione delle sinapsigangliari simpatiche e delle placche motrici;� effetti sul sistema nervoso centrale.� effetti sul sistema nervoso centrale.

Le sedi su cui agiscono gli esteri fosforici sono:il sistema parasimpatico,il simpatico (in minore entità),le giunzioni neuromuscolari,il sistema nervoso centraleed i vasi.

ESTERI FOSFORICI

Nella maggior parte dei casi di intossicazione acuta, lamorte interviene per asfissia dovuta sia alla paralisi deimuscoli respiratori sia alle alterazioni broncopolmonari.

L’esposizione ad esteri fosforici può provocarepolinevriti con interessamento motorio e sensitivo sia inmodo isolato senza compromissione degli altri organi, siamodo isolato senza compromissione degli altri organi, siaa distanza di qualche settimana dall'avvenutaintossicazione.

Le polinevriti non sono causate da inibizione dell'attivitàacetilcolinesterasica ma da una azione su una "esterasineurotossica" situata sulle membrane assonali cui silegano molti composti fosforati modificandone laattività.

CARBAMMATI

Sono meno tossici degli esteri fosforici, mahanno una persistenza maggiore.

Sono esteri dell'acido carbammico od amino-formico. La formula generale è:

CARBAMMATI

Sono assorbiti per via respiratoria, digestiva etranscutanea e rapidamente metabolizzati edescreti dall'organismo.escreti dall'organismo.

Come gli esteri fosforici, inibiscono lecolinesterasi, ma rispetto agli esteri fosforici silegano agli enzimi in modo meno stabile.

INSETTICIDI CLORO-ORGANICI

L'uso di insetticidi cloro-oganici è statonotevolmente diminuito poichè essi hanno unanotevole persistenza nell'ambiente eprobabilmente sono cancerogeni.

Attualmente essi possono essere utilizzati solo inAttualmente essi possono essere utilizzati solo inambienti chiusi contro parassiti domestici come ipidocchi.

A seconda del composto, questi insetticidi sono ingrado di provocare neoplasie in animali dalaboratorio; mancano però dati riguardanti l'uomo.


Per questo motivo, essi sono compresi tra i compostipotenzialmente cancerogeni nella classificazione CEE.

Nonostante i riportati inconvenienti, essi vengonoancora utilizzati, e se ne prevede l'impiego per ilfuturo, in paesi del terzo mondo.

I composti più importanti di questo gruppo sono iderivati fenil-alchilici (DDT odiclorodifeniltricloroetano ed il metossicloro), iciclopentadienici (clordano, aldrin, dieldrin ecc.) ed iderivati cicloparaffinici (esaclorocicloesano elindano).


Tranne il DDT il cui assorbimento cutaneo è praticamentenullo, tutti questi composti possono essere assorbiti pervia cutanea, respiratoria e digestiva.

Dopo l'assorbimento, essi vanno incontro a trasformazionimetaboliche ed, a causa della loro lipofilia, si accumulanonei tessuti ricchi di grasso, in particolare nel sistemanei tessuti ricchi di grasso, in particolare nel sistemanervoso.

L'emivita del DDT depositato nel tessuto adiposo è di 3-4anni, mentre gli altri composti hanno una persistenzaminore.

I metaboliti degli insetticidi cloro-organici sono eliminatiprevalentemente con le urine.


La dose letale per l'uomo del DDT è di circa 30 g(la DL50 del ratto è di circa 250 mg/kg).

L’intossicazione acuta produce soprattuttoeffetti sul sistema nervoso (irritabilità, vertigine,prostrazione, tremori ed infine convulsioni).prostrazione, tremori ed infine convulsioni).

Gli insetticidi cloro-organici alteranol'elettroencefalogramma che pertanto si dimostrail mezzo più utile per individuare i casi subclinicidi intossicazione.


L’esposizione cronica, oltre a provocare dermopatie, haeffetti anche a basse dosi sul sistema microsomialeepatico.

Vi sono studi sperimentali sugli animali di laboratoriodimostranti che i composti cloroorganici produconoinduzione enzimatica ed alterazioni morfologicheinduzione enzimatica ed alterazioni morfologicheepatiche.

Anche studi epidemiologici confermano l'ipotesi chel'esposizione cronica a questi insetticidi provochinell'uomo lesioni epatiche, oltre a turbe nervose minori.

Come già riportato, non vi sono finora conferme chequesti composti siano cancerogeni per l'uomo.

DITIOCARBAMMATI

Sono usati in prevalenza come anticrittogamici ed, inmisura minore, come erbicidi e nematocidi.

Derivati dall'acido ditiocarbammico, sono inibitori diattività enzimatiche agendo sui gruppi sulfidrilici echelando i metalli costituenti la parte attiva dimetalloenzimi.metalloenzimi.

Ciò è confermato dal fatto che i ditiocarbammativengono in parte trasformati nell'organismo in solfuro dicarbonio, provvisto anche esso di attività chelante speciesullo zinco.

Tuttavia, non si sono riscontrati finora quadri clinici diintossicazione da ditiocarbammati sovrapponibili a quellidel solfuro di carbonio.

DITIOCARBAMMATI

I ditiocarbammati hanno un potente effettoirritante ed allergizzante.

In casi di intossicazione acuta si è riscontratoanche un interessamento cerebraleconfermato dalla presenza di alterazionielettroencefalografiche, nonché di sofferenzaelettroencefalografiche, nonché di sofferenzaepatocellulare.

È oggetto di studio il fatto che questicomposti possano avere anche poterecancerogeno.

In particolare essi potrebbero provocarealterazioni a livello tiroideo.

I Fitofarmaci ed i Microrganismi del suolo

Il suolo è un sistema biologico in precario equilibrio,ed ogni disturbo dell’ambiente può determinaremodificazioni dell’attività della microflora econseguentemente della fertilità del suolo.

Il crescente uso dei fitofarmaci, sebbene conl’intento di proteggere le colture, altera questoIl crescente uso dei fitofarmaci, sebbene conl’intento di proteggere le colture, altera questoequilibrio per tempi brevi, medi o lunghi, indipendenza se il prodotto agisce rapidamente opersiste per molto tempo nella sua forma iniziale onelle sue forme metaboliche.


Una volta introdotta nell’ambiente, la molecola delfitofarmaco é sottoposta a processi di degradazioneabiotica (fotolitica o chimica) e biotica.

Degradazione Abiotica:La degradazione fotolitica ha luogo quando la molecola delLa degradazione fotolitica ha luogo quando la molecola delfitofarmaco è irradiata dalla luce solare.La degradazione chimica avviene quando la molecola èchimicamente instabile nelle condizioni ambientali in cui sitrova.Degradazione Biotica o Biodegradazione:È l’insieme delle trasformazioni ad opera degli organismiviventi.


L’azione dei microrganismi del suolo è la fonte primaria ditrasformazione o degradazione dei fitofarmaci rispettoai meccanismi fisici e chimici.

I microrganismi sono agenti chiave nella degradazione dinumerose molecole organiche in seguito a processinumerose molecole organiche in seguito a processiaerobici, anaerobici e metabolismo chemiolitotrofico.

I microrganismi sono in grado di proliferare in differentitipi di ambiente in base alla loro capacità di mutazione edadattamento, e tale capacità sembra essere una grandepotenzialità affinché acquisiscano capacità degradantiquando vengono a contatto con xenobiotici.

Meccanismi di trasformazione microbica dei fitofarmaci

In natura la degradazione microbica dei

fitofarmaci può essere dovuta a

metabolismo diretto (metabolismo primario)metabolismo diretto (metabolismo primario)

o ad un effetto indiretto dei microorganismi

sull’ambiente chimico e fisico, risultante in una

reazione di trasformazione secondaria.

Meccanismi di trasformazione microbica dei fitofarmaci

Fondamentalmente cinque sono i processi in cui sonocoinvolti le trasformazione microbiologiche dei fitofarmaci:

Biodegradazione: il fitofarmaco viene utilizzato comesubstrato per la crescita;Co-metabolismo: il fitofarmaco è trasformato mediantereazioni metaboliche ma non viene utilizzato come sorgentereazioni metaboliche ma non viene utilizzato come sorgentedi energia per i microrganismi;Polimerizzazione o Coniugazione: le molecole del fitofarmacovengono legate ad altri pesticidi, o a composti naturali;Accumulazione: il fitofarmaco è incorporato entro imicrorganismi;Effetti Secondari dell’attività microbica: il fitofarmaco ètrasformato a causa di variazioni di pH, condizioni ossido-riduttive, reattività dei prodotti, ecc.

Trasformazione microbica dei fitofarmaci

La trasformazione microbiologica di un

fitofarmaco può coinvolgere più di un processo,

e si possono ottenere diversi prodotti in

funzione delle condizioni ambientali,

inoltre i processi di trasformazione possono

essere mediati da uno o più organismi.

Biodegradazione (Mineralizzazione)

L’aspetto più interessante (e più importante perl’ambiente) della degradazione di un fitofarmacoad opera dei microrganismi del suolo è la completabiodegradazione della molecola xenobiotica.

Se un fitofarmaco può essere utilizzato da uno oSe un fitofarmaco può essere utilizzato da uno opiù microrganismi, esso sarà metabolizzato in CO2ed in altri composti inorganici.

Da un punto di vista ambientale il completometabolismo di un fitofarmaco è vantaggioso inquanto si evita la formazione di intermedipotenzialmente pericolosi.

Co-metabolismo

Molto spesso la degradazione di compostisintetici nell’ambiente coinvolge il co-metabolismo, esso è infatti la forma prevalentenel metabolismo microbico.

Co-metabolismo:Il microorganismo non ricava né energia néCo-metabolismo:Il microorganismo non ricava né energia nésostanze dalla biodegradazione, ma utilizzanormali processi metabolici per trasformare lesostanze inquinanti (fitofarmaco).È la trasformazione di un contaminante daparte di un microrganismo che non è in grado diutilizzare il composto come fonte di energia ocome substrato per le biosintesi

Co-metabolismo

Il co-metabolismo generalmente non da unadegradazione elevata di alcuni substrati,

ma è possibile che differenti microrganismipossono trasformare una molecola in seguito adattacchi co-metabolici sequenziali o che i prodottidel co-metabolismo di un organismo possano essereattacchi co-metabolici sequenziali o che i prodottidel co-metabolismo di un organismo possano essereusati da altri come substrati per la crescita.

Il co-metabolismo può portare anche all’accumulodi prodotti intermedi con tossicità maggiore ominore, e così causare un impatto ambientalenegativo, ed in alcuni casi anche inibire lo sviluppomicrobico così come il loro metabolismo.

Coniugazione e Polimerizzazione

In molti casi i fitofarmaci possono essere trasformatinon per biodegradazione, ma mediantepolimerizzazioni e coniugazioni mediati daimicrorganismi.

La polimerizzazione è generalmente un processo diunione ossidativa in cui un fitofarmaco o un suointermedio si combinano con residui di altriunione ossidativa in cui un fitofarmaco o un suointermedio si combinano con residui di altrixenobiotici o con prodotti naturali fino a formaredelle macromolecole; ossia composti metilati, acetilatio alchilati, glicosidi ed amminoacidi.

È stata, inoltre, messo in evidenza il ruolo importanteche la polimerizzazione microbica hanell’incorporazione di xenobiotici nella sostanzaorganica del suolo.

Accumulo microbico

L’accumulo dei fitofarmaci in cellule dimicrorganismi bersaglio e non-bersaglio è unaltro tipo di interferenza microbica confitofarmaci.

Infatti, molti studi hanno dimostrato che ilprocesso primario di assorbimento microbico deiInfatti, molti studi hanno dimostrato che ilprocesso primario di assorbimento microbico deifitofarmaci è attribuito ad un processo fisicopassivo piuttosto che ad un processo metabolicoattivo.

La velocità di accumulo dipende:dal tipo e concentrazione del fitofarmacoe dal tipo di organismo.

Accumulo microbico

L’accumulo microbico può anche essereconsiderato un processo di traslocazione deifitofarmaci.

Molti microrganismi sono importanti risorsealimentari per un ampio spettro di organismi.alimentari per un ampio spettro di organismi.

La presenza di microrganismi contenentifitofarmaci in ambiente acquatico inquina lacatena alimentare per i pesci e vertebratisuperiori, e quest’ultimi li possono trasportaread un nuovo ambiente.

Fattori che influenzano la biodegradazione dei pesticidi nei suoli

Le velocità e i modi di biodegradazione di un fitofarmaco nelsuolo sono determinati da fattori che non possono essereripetuti in un sistema artificiale.

Questi fattori, specifici al fitofarmaco ed ai microrganismidel suolo che lo degradano ed in molti casi interattivi, sono:del suolo che lo degradano ed in molti casi interattivi, sono:

� fitofamaco (struttura, concentrazione e trattamento),

� suolo (umidità, temperatura, sostanza organica, argilla, pHe struttura)

� e microrganismi (numero, attività specifica emetabolismo/co-metabolismo).

La degradazione microbica di fitofarmaci può essere:

aerobica,anaerobica (fermentazione),chemolitotropica,e fotosintetica.

Un fitofarmaco può essere mineralizzato da un singolomicrorganismo o da più microrganismi.microrganismo o da più microrganismi.

Molti microrganismi del suolo, catalizzanti lo stesso odifferente tipo di reazione, possono attaccaresimultaneamente un fitofarmaco e la completadegradazione di questi può richiedere comunità diorganismi che operando sequenzialmente sono quindi ingrado di trasformare i metaboliti prodotti, cosicché lamolecola è gradualmente degradata.

L’eterogeneità e rapidità del cambiamento dellecondizioni ambientali si riflettono nelladistribuzione ed attività dei batteri aerobiciresponsabile della degradazione delfitofarmaco.

Molte reazioni di trasformazione di unMolte reazioni di trasformazione di unfitofarmaco possono avvenire in condizioniriducenti od ossidanti, ma spesso tali condizionipossono essere combinate per accelerare ladegradazione.

Molti microrganismi del suolo si trovano nellostrato sottile di acqua che circonda le particelledel suolo. Rapidi e significativi cambiamenti di Eh(Potenziale di ossidoriduzione) dovuti allarespirazione microbica e alla limitazione delladiffusione gassosa avvengono in questa zona.

Generalmente, la degradazione di un fitofamarcoGeneralmente, la degradazione di un fitofamarcopuò essere più lenta in suoli collinari secchipiuttosto che in aree umide.

La biodegradazione è più bassa nei climi freddipiuttosto che nelle zone temperate o tropicali,inoltre la velocità decresce con la profondità.

Un particolare ed interessante fenomeno delladegradazione microbica degli erbicidi è quellodell’arricchimento.

L’arricchimento è un incremento nel numero e/o nell’attivitàdei microrganismi capaci di metabolizzare un particolarexenobiotico a seguito dell’aggiunta di questo al suolo.

Infatti, quando un xenobiotico è applicato per la prima voltaad un suolo, passa un certo periodo di tempo prima che laInfatti, quando un xenobiotico è applicato per la prima voltaad un suolo, passa un certo periodo di tempo prima che ladegradazione proceda con una velocità significativa(Induzione).Segue un periodo relativamente veloce di degradazione.Le successive applicazioni dello stesso erbicida allo stessosuolo subiscono immediatamente una rapida degradazionecon piccoli periodi di induzione.Tale fenomeno potrebbe ridurre l’efficacia dei trattamentiripetuti.

I principali processi coinvolti nel metabolismo deifitofarmaci sono:

Ossidazione

Riduzione

Idrolisi

Sintesi

Ossidazione

L’ossidazione dei fitofarmaci, che avviene frequentementenei microrganismi, è uno dei processi metabolici piùimportante e procede in ambiente aerobico.

I prodotti delle reazioni ossidative presentanogeneralmente un gruppo ossidrilico o carbossilico,risultando così più polari del principio attivo e quindi piùrisultando così più polari del principio attivo e quindi piùsolubili in acqua;in tal modo possono essere biodegradati e più facilmenteimmobilizzati covalentemente su sostanze umiche.

Riduzione

Le reazione di riduzione sono molto comuni in suoli asfittici

(suoli allagati), in ambienti poveri di ossigeno.

Idrolisi

Le reazioni idrolitiche sono molto comuni e moltoimportanti nella degradazione di un pesticida.

Il gruppo ossidrilico viene introdotto nellamolecola ad opera dell’acqua, pertanto questareazione può avvenire in presenza o in assenza direazione può avvenire in presenza o in assenza diossigeno.

Inoltre, poiché non richiedono cofattori, lereazioni di idrolisi possono essere catalizzate daenzimi intracellulari o extracellularmente sia daidrolasi escrete da organismi viventi che/o daquelle rilasciate nell’ambiente circostante dopo laloro morte.

Idrolisi

Molti microrganismi, in particolare i funghi,secernono enzimi idrolitici.

Pertanto, poiché i pesticidi presentano legami dieterificazione, di esterificazioni o ammidicipossono essere facilmente idrolizzati producendocomposti che hanno perso la loro attività tossica.composti che hanno perso la loro attività tossica.

Sintesi

I microrganismi del suolo sono in grado di operarereazioni di sintesi in cui molecole di fitofarmaci odi loro intermedi vengono legati tra loro o conaltri composti presenti nel suolo.

I microrganismi del suolo giocano un ruoloI microrganismi del suolo giocano un ruoloimportante nel legare residui di fitofarmarci conla sostanza organica del suolo.

Sintesi

Nel suolo, infatti, sono presenti compostifenolici e chinonici derivati o dalla lignina o daaltre molecole, così come sintetizzate daglistessi microrganismi, i quali vengono condensatiossidativamente per formare polimeri qualicostituenti base del materiale umico.costituenti base del materiale umico.

Questo processo può avvenire attraversoreazioni chimiche, autoossidazioni o per mezzodi quella che è considerata il meccanismoprimario nelle reazioni di sintesi nel suolo:l’ossidazione per mezzo di enzimi di originemicrobica.

Documents

Corso di: “ECOLOGIA DEI SISTEMI AGRICOLI”unina.stidue.net/Ecologia dei Sistemi Agricoli/4Lezione.pdf · proteine, degli enzimi, degli acidi nucleici, della clorofilla e di molte