I fitofarmaci
I fitofarmaci hanno un ruolo determinante nell’attuale agricoltura, essendo usati per difendere le colture da parassiti (soprattutto insetti e acari) e patogeni (batteri, virus, funghi), per controllare lo sviluppo di piante infestanti e per assicurare l’ottenimento di elevati standard di qualità dei prodotti agricoli.
Tuttavia, essendo i fitofarmaci generalmente costituiti da sostanze tossiche (in alcuni casi cancerogene), il loro uso improprio, non sperimentato e non autorizzato, determina rischi e pericoli per la salute umana e animale. Il loro impiego ha un impatto ormai largamente confermato sulle proprietà fisiche e chimiche dei suoli e sulla micro-, meso- e macro-fauna. Alcuni residui, inoltre, possono contaminare le acque superficiali e sotterranee, con ulteriori effetti pericolosi sulla salute umana e sull’ambiente. Ciò è dimostrato anche dalla Direttiva CE 152/99, che impone limiti molto restrittivi (soprattutto per erbicidi e insetticidi) sulla loro presenza nelle acque destinate a fini potabili. La limitazione al minimo necessario dell’uso di questi mezzi tecnici in agricoltura dovrebbe essere una delle politiche per progredire verso forme più evolute di agricoltura sostenibile.
Negli anni una serie di Direttive comunitarie sono state emanate al fine di ridurre i rischi derivanti dall’uso dei fitofarmaci, definendo una serie di limiti alle loro concentrazioni nella frutta e nei vegetali, nei cereali e nei prodotti di origine animale. Altre Direttive, invece, hanno riguardato l’armonizzazione delle regole nazionali (per gli aspetti relativi alla classificazione, al confezionamento e all’etichettatura di pesticidi e delle sostanze attive), come pure le norme relative alla registrazione, alla commercializzazione e all’uso.
In Italia, le informazioni dell’ISTAT del 2001 ci dicono che i prodotti fitosanitari sono distribuiti sul 73% della Superficie agricola utilizzata (SAU). Per quanto riguarda l’evoluzione delle quantità negli anni, per i fitofarmaci valgono le stesse considerazioni fatte per i fertilizzanti: da un lato si registra una contrazione delle quantità di principi attivi contenuti nei prodotti fitosanitari distribuiti per uso agricolo (76,3 milioni di kg nel 2001, 10% in meno rispetto al 1997), dall’altro lato un aumento della quantità distribuita per ettaro di superficie trattabile (8,3 kg/ha nel 2001, 52,6% in più rispetto al 1997).
L'utilizzo di sostanze di sintesi chimica per la lotta contro gli agenti nocivi alle colture agricole ha rappresentato uno dei più potenti mezzi di affermazione dell'agricoltura moderna, praticata soprattutto nella seconda metà del 900, e che ha permesso il raggiungimento di ingenti rese produttive, tali da sostenere il trend progressivamente crescente della popolazione mondiale, soprattutto nei paesi industrializzati che ne sono stati, ovviamente, i maggiori beneficiari.
E' innegabile che ciò rappresenti un merito di tale tipo di energia ausiliaria, ma come tutte le altre, essa é stata introdotta nelle aziende agricole semplicemente come strumento di massimizzazione delle produzioni agricole e quindi dei profitti economici, senza tenere conto della necessaria visione ecosistemica in cui inquadrare l'introduzione di una svariata gamma di sostanze "xenobiotiche" ( estranee ai processi biologici ) nei comparti ambientali, avvenuta in modo sistematico e massivo, sovente ignorando gli effetti a carico di organismi non ritenuti potenziali bersaglio dei fitofarmaci, come pure la loro diffusione in aree estremamente distanti dai siti di immissione.
L'utilizzo di una molecola di sintesi chimica, ovvero che non é il risultato dell'evoluzione biologica e quindi come tale del tutto compatibile con gli equilibri biosferici, andrebbe seriamente verificato sia dal punto della tossicità che da quello della capacità di migrazione da un comparto ambientale all'altro e dei potenziali siti di concentrazione nei comparti stessi, che possono costituire delle aree a rischio proprio per un elevato accumulo dello xenobiotico.
I fitofarmaci sono stati sviluppati per abbattere drasticamente le densità popolazionali di tutti i competitori ( erbe infestanti ) delle colture agricole e degli organismi fitofagi e possono essere classificati o sulla base della loro composizione chimica o su quella del rispettivo organismo bersaglio.
La prima accorpa insieme composti caratterizzati dalla comunanza di gruppi chimici specifici e può dare indicazioni, oltre che sui possibili meccanismi di tossicità, sul grado di affinità verso i vari comparti ambientali ( idromiscibilità, idrofobicità, interazione con matrici cariche, alifatiche od aromatiche, fotossidabilità, tasso di volatilizzazione ecc. ), la seconda, di tipo funzionale, accorpa molecole anche molto eterogenee sulla base della tipologia di organismo, animale o vegetale, che risulta interessato dall'azione del fitofarmaco.
Nella tabella sottostante viene indicato un esempio del secondo tipo di classificazione :
| FITOFARMACO |
ORGANISMO BERSAGLIO |
| INSETTICIDI |
Insetti |
| FUNGICIDI |
Muffe, marciumi, ruggini, carbonchio |
| ERBICIDI |
Infestanti mono e dicoteledoni |
| NEMATOCIDI |
Nematodi |
| MOLLUSCHICIDI |
Chiocciole e lumache |
| ACARICIDI |
Acari |
I prodotti che vengono commercializzati di solito sono caratterizzati dalla presenza non solo del principio attivo , ovvero la sostanza che esplica l'azione biocida, ma anche di coformulanti e sostanze inerti, i primi sono agenti chimici che migliorano l'azione ed aumentano la persistenza del principio attivo, mentre i secondi hanno la sola funzione di diluire i principio.
Inoltre il fitofarmaco può presentare molteplici formulazioni commerciali ovvero polvere, soluzione, emulsione, microincapsulato, stato granulare o gassoso.
Le polveri possono essere secche, bagnabili o solubili. Le prime vengono utilizzate molto di rado, anche per la loro elevata diffusibilità ambientale per azione del vento, le seconde, ampiamente in uso, consistono in un prodotto scarsamente miscibile in acqua, nel quale viene dispersa, soprattutto per azione di coformulanti, subito prima della somministrazione che avviene mediante irrorazione, le terze consistono di prodotti idrosolubili, comunque piuttosto rari tra i fitofarmaci, sciolti in acqua prima della diffusione in ambiente.
Allo stato liquido il principio attivo é sciolto in acqua, e sempre in acqua diluito prima di essere somministrato; composti scarsamente idrosolubili sono dapprima disciolti in acqua mediante specifici solventi e poi emulsionati attraverso l'aggiunti di coformulanti.
La forma di microincapsulato rappresenta una formulazione molto efficace in quanto, il principio attivo, dopo disidratazione dell'involucro, viene rilasciato lentamente aumentandone la persisrenza. Tale risultato viene raggiunto anche quando lo xenobiotico viene distribuito mescolato a substrati granulari inerti vegetali o minerali, quali l'argilla.
Sotto forma gassosa il fitofarmaco non é additivato con alcun altra sostanza ed é distribuito virtualmente allo stato puro mediante processi di "fumigazione".
La somministrazione del fitofarmaco dovrebbe avvenire esclusivamente in presenza dell'agente nocivo, sia esso un fitofago, fitoparassita od un'erba infestante e comunque quando la densità popolativa ed il grado di attività dell'agente sia tale da giustificare l'intervento fitoterapico, ovvero quando il danno alle colture rischi di essere considerevole e quindi antieconomico. Nel caso di infestanti in pieno campo il rilevamento della presenza può essere fatto abbastanza agevolmente, mentre nel caso si tratti di insetti, più mobili e difficili da monitorare, affidarsi alle solo tracce di un danno vegetale rilevato non é indice affidabile dell'entità dell'invasione dell'agente nocivo per cui occorrerebbe utilizzare dei sistemi di cattura per effettuare stime sufficientemente precise della dimensione numerica della popolazione. Inoltre va anche considerato che i diversi stadi di crescita di una spece fitofaga o fitoparassita presentano forme diverse di resistenza ed alcune possono essere del tutto insensibili all'azione del fitofarmaco la cui somministrazione andrebbe regolata anche sull'andamento del ciclo biologico dell'agente nocivo. Spesso tutto ciò non avviene, od avviene in modo del tutto insufficiente ; ci si limitata ad effettuare trattamenti a scadenze predeterminate durante l'anno senza tenere in alcun conto degli spetti ecologici e fenologici delle specie nocive, in alcuni casi, tuttavia, vengono imposte delle limitazioni ai trattamenti che vengono realizzati solo quando l'entità del danno arrecato alle colture diventa sviluppa una perdita economica superiore alla spesa necessaria a mettere in atto il trattamento ( lotta chimica guidata ).
Un'altra caratteristica importante del fitofarmaco deve essere un idoneo bilanciamento tra la persistenza ed il decadimento delle molecole di pesticida. Difatti é indispensabile che dopo la somministrazione il fitofarmaco rimanga sui tessuti vegetali per un tempo sufficientemente lungo ad per esercitare l'azione biocida sull'agente nocivo, ma, d'altro canto, é parimenti necessario che entro un determinato lasso di tempo dall'irrorazione le concentrazioni del fitofarmaco vadano riducendosi ( per liscivazione od asportazione da parte della pioggia, fotoinattivazione ecc. ) a livelli tali da risultare del tutto innocue alla salute umana.
In tal senso sono stati introdotti i concetti di "tempo di carenza" e di "limite di tolleranza". Con il primo si intende il numero di giorni che deve intercorrere tra il trattamento e la raccolta, finalizzata al consumo, del prodotto agricolo, con il secondo ci si riferisce alla quantità massima di residuo di fitofarmaco ( espressa in mg / Kg ) che può essere presente sulla coltura una volta trascorso il tempo di carenza. I limiti di tolleranza sono stabiliti attraverso sperimenti condotti su cavie e rappresentano la dose massima che non determina l'insorgere di alcun danno né a livello cellulare né tissutale. Tale dose é detta NOEL ( No effect level ). Il valore più basso della NOEL viene utilizzato per stabilire la dose massima giornaliera o ADI ( Acceptable daily intake ) di fitofarmaco che può essere assunta senza alcun rischio di sviluppo di un danno.L' ADI per l'uomo si ricava dividendo per 100 il valore più basso della NOEL ottenuto per le cavie.
Negli stessi esperimenti vengono definiti anche i meccanismi con i quali un pesticida esercita un danno
cellulare che può tradursi in disfunzioni metaboliche, alterazioni strutturali, morte delle cellule od in processi di mutagenesi che possono sviluppare una trasformazione cancerosa.
Negli organismi procarioti aploidi, dotati di una singola copia di ciascun gene un eventuale mutazione, non rimossa dai sistemi di riparo genomico, si esprime immediatamente mentre in quelli eucarioti dipoidi, la presenza di una coppia di ciascun cromosoma può mascherare l'espressione di un gene mutante mediante l'azione della copia sana.
L'immissione di una sostanza di sintesi chimica in ambiente prevederebbe un'analisi previsionale della distribuzione nei differenti comparti ambientali e sebbene ciò in alcuni casi venga fatto tuttavia non dà una visione ragionevole delle possibili conseguenze a livello ecosistemico in quanto gli attuali programmi utilizzati per lo più si basano sui coefficienti di ripartizione della molecola tra i vari stati di aggregazione della materia senza tenere conto dei processi di bioconcentrazione che si verificano nei vari anelli delle catene alimentari come pure della tossicità che può verificarsi a danno di organismi che non siano quelli bersaglio ; difatti sovente la somministrazione di un fitofarmaco potenzialmente svilupppato per rimuovere uno specifico agente nocivo si risolve nella selezione, nell'ambito della popolazione "bersaglio", di individui aventi una resistenza geneticamente determinata che, avvalendosi della forte riduzione della competizione intraspecifica tendono a riprodursi rapidamente causando ingenti perdite alle colture; d'altro canto gli organismi naturali nemici degli agenti nocivi possono subire un danno notevole in quanto pur risultando funzionalmente stressati dal pesticida non subiscono una pressione selettiva specifica che avvantaggi organismi resistenti in quanto non organismi bersaglio del fitofarmaco.
E' ovvio che i primi individui ad essere potenzialmente sottoposti al rischio di contaminazione da parte delle molecole di biocida sono gli addetti alle pratiche di irrorazione potendo subire aggressioni a zone di cute non ben schermate dagli indumenti protettivi od inalare il fitofarmaco con sviluppo di stati di tossicità all'apparato respiratorio. L'assunzione per via alimentare é invece un rischio al quale tutti i consumatori possono essere esposti nei seguenti casi : a) laddove il tempo di carenza non venga rispettato, b) quando si verifichino processi più o meno estesi di contaminazione ambientale che portino, come detto, all'accumulo del pesticida nei tessuti di organismi animali che sono successivamente utilizzati dall'uomo quali componenti della dieta, c) a seguito di inquinamento della falda idrica destinata ad uso potabile.
E' importante sottolineare che i volumi di pesticida che raggiungono la superficie del suolo o durante la fase di aspersione o per dilavamento pluviale, sulla base delle loro caratteristiche chimico fisiche possono : 1) essere più o meno rapidamente asportati dalla superficie del terreno, prima di penetrare in profondità, per azione eolica o dell'acqua di ruscellamento superficiale dovuta alla pioggia o all'attività di irrigazione, 2) attraversare più o meno rapidamente gli orizzonti del suolo sulla base della permeabilità di quest'ultimo, 3) interagire con le frazioni minerale ed organica alle quali restano adese risultando così inertizzati e sequestrati dal contatto con gli organismi bersaglio.
La possibilità di interagire con le micelle organo minerali dipende soprattutto dalla quantità di carica che reca la molecola di pesticida e dal suo carattere idrofobico (Fig.1).
Quelle aliquote di pesticida che non raggiungono gli organismi bersaglio e si depositano all'interno del suolo possono essere utilizzate quali substrati alimentari da svariate popolazioni di microrganismi ; se non completamente metabolizzate possono convertirsi in intermedi eventualmente a più bassa o più alta tossicità rispetto alla molecola originaria; la completa biodegradazione fà sì che esse contribuiscano ai processi di umificazione della sostanza organica. Qualora le molecole di pesticida, interagendo con i componenti minerali ed organici degli aggregati risultino completamente schermate dall'azione degli enzimi degradativi microbici, possono persistere per molto tempo inalterate nel suolo. La successiva decomposizone dell'aggregato, a seguito di processi meteorici e biologici può liberare il pesticida che, passando in soluzione, viene eventualmente assorbito dagli apparati radicali della copertura vegetale in quel momento in fase di crescita.
Lo studio dei meccanismi della tossicità dei fitofarmaci a danno delle popolazioni umane ha messo in evidenza che questi possono interessare vari aspetti strutturali e funzionali dei tessuti ; tra i vari vale la pena di sottolineare i meccanismi di inibizione reversibile od irreversibile di enzimi che svolgono importanti funzioni metaboliche; va ricordato, in particolare, l'inportante funzione di detossificazione, svolta a livello epatico, da un complesso enzimatico detto P - 450. Esso rende le molecole di xenobiotici, tra i quali quelle dei pesticidi, più idrosolubili, per aggiunta di gruppi - OH, e quindi più facilmente rimuovibili dalla circolazione per azione della filtrazione renale. Tuttavia, durante il processo idrossilazione (aggiunta di - OH) le molecole di xenobiotici sono convertite in intermedi radicalici che possono interagire con il citocromo P - 450 inattivandolo in modo irreversibile.
Tra i biocidi che sono coinvolti in meccanismi di tossicità di questo tipo vanno ricordati gli azoto - organici eterociclici quali il paraquat ed il diquat.
I dinitrofenoli possono causare fenomeni di disaccoppiamento della fosforilazione ossidativa mentre i carbammati e gli organofosforici risultano inibire la colinesterasi producendo fenomeni di rigidità muscolare. Uno dei casi di contaminazione ambientale più noti nella storia dell'uso dei pesticidi é quello dei clororganici, in particolare del DDT e dei suoi derivati. L'uso massivo a livello planetario e soprattutto nei paesi industrializzati negli anni 50 e 60 aveva portato quasi all'estinzione alcune specie di rapaci in quanto tali pesticidi introdotti per via alimentare inibiscono l'enzima anidrasi carbonica che controlla l'assunzione del calcio da parte delle uova, con conseguente sviluppo di un guscio molto fragile, tendente a rompersi prima del completamento dell'ontogenesi.
Meno univoche sono le indicazioni sui possibili danni arrecati dai pesticidi alle popolazioni di microrganismi. Alcuni casi di studio specifici hanno messo in evidenza una possibile azione tossica, più o meno transitoria, nei confronti di determinate popolazioni, in particolare i fumiganti ed i fungicidi risultano inibire importanti attività microbiche quali la nitrificazione ed i processi di respirazione. Determinati componenti della pedofauna che svolgono importanti funzioni nella catena del detrito possono subire danni di varia entità laddove i pesticidi vengano somministrati nei campi in modo continuativo ed in quantità eccedenti alle dose necessarie al raggiungimento dell'effetto fitoterapico.Nella figura sottostante (Fig.2) é schematizzato il processo di "redistribuzione ambientale" al quale può andare soggetto uno xenobiotico, quale un fitofarmaco, che venga introdotto nella biosfera in uno punto specifico,come é il caso di un'azienda agricola. Il suo destino ambientale, come detto in precedenza dipenderà :
1) Dalle quantità con le quali la molecola viena introdotta in ambiente
2) Dalle caratteristiche meteo - climatiche del sito di introduzione
3) Dal suo grado di volatilità
4) Dalla sua più o meno elevata inertizzazione su matrici solide presenti
5) Dal suo rapporto idrofilicità / idrofobicità
6) Dal suo trasporto a mezzo di processi di ruscellamento, lisciviazione ed eluviazione
7) Dai fenomeni di bioaccumulo
8) Dalla sua biodegradabilità