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XenobiXenobióóticosticos do Solodo Solo
IntroduIntroduççãoão
• Xenobióticos:• Compostos químicos sintéticos, não existentes naturalmente no
ambiente;
• Origem no meio ambiente:• Aplicação de defensivos agrícolas;• Disposição no solo;• Controle de zoonoses;• Aterros sanitários;• Deposição de rejeitos industriais e urbanos;• Descarte de embalagens;• Deposições acidentais diversas.
IntroduIntroduççãoão
• Aplicações:• Detergentes;• Lubrificantes;• Fibras;• Plásticos;• Pigmentos;• Biocidas.
Benefícios sociais e econômicos
Produção e uso crescentes
Contaminação e poluição química
do ambiente
Consequênciasecológicas e àsaúde pública
IntroduIntroduççãoão
• Produção mundial: 200 milhões de toneladas anuais;• 3.000 novos produtos por ano;• Efeitos tóxicos, carcinogênicos e teratogênicos;• Pesticidas agrícolas (defensivos) são os mais encontrados no
ambiente:• Organofosforados, carbamatos, feniluréias, etc;• 3,7 milhões de toneladas são consumidas por ano (10 milhões/2050);• Movimentam 32 bilhões de dólares por ano;• Brasil é o 5º maior consumidor do mundo – 2,5 bi de dólares por ano;• 278 ingredientes ativos registrados no Brasil;• Cultura de soja é destaque no uso de pesticidas.
IntroduIntroduççãoão
• Brasil:• Herbicidas:
• 60% das vendas;• Culturas de soja, milho, cana-de-açúcar, arroz irrigado, café,
algodão, feijão, pastagens, citros e trigo;
• Inseticidas:• 21% das vendas:• Culturas de algodão, soja, café, milho, tratamento de sementes de
milho, feijão, batata-inglesa, citros, formigas em geral e fumo;
• Fungicidas:• 16% das vendas;• Café, soja, batata-inglesa, trigo, feijão, horticultura, tratamento de
sementes de soja, tomate e citros.
IntroduIntroduççãoão
• De acordo com o tipo de cultura, pode-se ter ideia do tipo de pesticida utilizado e, consequentemente, dos riscos potenciais desses insumos;
• Porém, ocorre contínua mudança no tipo de pesticida utilizado:• Eficácia do produto.
Destino e comportamento dos pesticidasDestino e comportamento dos pesticidas
• São aplicados sobre as plantas ou diretamente sobre o solo ou sementes;
• Efeitos vão além do organismo alvo:
Destino e comportamento dos pesticidasDestino e comportamento dos pesticidas
• Dissipação versus Persistência:• Dissipação: Refere-se à fração do pesticida que é
degradada ou permanece no solo em formas diferentes da original do produto.
• Mede o desaparecimento do composto original no solo;• Pode abranger processos como mineralização, degradação, formação de
complexos com outros compostos, absorção e transporte;• Possível problema: metabólitos gerados podem ser mais tóxicos que o
composto original.
• Persistência: Período em que o produto permanece no solo em forma dissolvida na água, vaporizado no ar, adsorvido ou ocluso nas partículas minerais e orgânicas do solo.
Destino e comportamento dos pesticidasDestino e comportamento dos pesticidas
• Meia-vida:• Tempo necessário para que 50% da quantidade aplicada se encontre
dissipada no solo.
• Persistência:• Não persistentes: meia-vida inferior a 3 meses;• Moderadamente persistentes: meia-vida de 3 a 12 meses;• Persistentes ou recalcitrantes: meia-vida superior a 12 meses.
• Biodegradação:• Refere-se à degradação resultante da ação direta dos
microrganismos ou indireta de enzimas extracelulares.
Destino e comportamento dos pesticidasDestino e comportamento dos pesticidas
Grupo de Pesticidas Valor médio (anos) de persistência
InseticidasOrganoclorados
Clordane 12,0DDT 10,0BHC 11,0Heptacloro 9,0Aldrin 9,0
Organofosforados 0,2 a 0,5Herbicidas
Ácido benzóico e amidas 1,0Triazinas e picloranas 1,5Toluidina, nitrilas e fenoxis 0,5Carbamatos e ácidos alifáticos 0,2
Fungicidas – Diversos 0,1 a 0,5
Destino e comportamento dos pesticidasDestino e comportamento dos pesticidas
Relação hipotética entre degradação e a persistência de xenobióticos no solo
A
B
C
D
Tempo
Deg
rad
ação
100 –
Per
sist
ênci
a
100 –
Tempo
A B C
D
• Persistência depende de:• Período de uso;• Taxa e frequência de aplicação;• Taxa de desaparecimento nas condições aplicadas.
DP
Destino e comportamento dos pesticidasDestino e comportamento dos pesticidas
MicrobiotaDensidade e atividade
DiversidadeMetabolismo
Co-metabolismoSoloUmidade e aeração
TemperaturaMatéria orgânica
Argila, pHEstruturação
XenobióticoEstrutura química
ConcentraçãoToxicidade
História de uso
Nível potencial de sua acumulação
Impacto sobre a biota e sobre os Impacto sobre a biota e sobre os processos do solo processos do solo
• Difícil de ser estimado;• Efeitos são de curta duração: +/- 60 dias
• Quando comparados com:• Anaerobiose, compactação do solo e flutuações térmicas no solo.
• Possíveis explicações:• Material celular dos microrganismos mortos torna-se substrato para
os sobreviventes ou invasores, que, por não sofrer competição no solo tratado, proliferam abundantemente;
• Os resíduos do pesticida aplicado podem servir de fonte de carbono, energia e nutrientes inorgânicos para os sobreviventes;
• O produto promove modificações físicas, químicas e físico-químicas no solo, favorecendo a proliferação microbiana, após o final do período de ação do biocida.
Impacto sobre a biota e sobre os Impacto sobre a biota e sobre os processos do soloprocessos do solo
• Análise crítica sobre os impactos de pesticidas:• Os organismos do solo respondem diferentemente aos pesticidas;• A população total e os processos bioquímicos são pouco afetados
por pesticidas aplicados na dosagem recomendada;• A maioria dos efeitos adversos dos pesticidas sobre os
microrganismos ou processos não é severa;• Os efeitos negativos, quando ocorrem, são reversíveis e não são mais
severos que aqueles causados por estresses ambientais;• Certos produtos, como fungicidas sistêmicos, fumigantes e
mercuriais, inibem ou eliminam microrganismos simbióticos como rizóbio e fungos micorrízicos;
• Os efeitos negativos dos pesticidas exercem pouca influência nosprocessos relacionados à fertilidade do solo.
DegradaDegradaçção dos ão dos xenobixenobióóticosticos no solono solo
• Abiótica ou biótica;• Depende do composto e das condições químicas e biológicas do solo;
• Biodegradação é resultante de milhões de anos de evolução:• Microrganismos não foram expostos a compostos antropogênicos
(sintéticos).
DegradaDegradaçção dos ão dos xenobixenobióóticosticos no solono solo
• As transformações:• Vão da simples remoção de um único átomo da molécula orgânica à
sua mineralização completa:
• Destoxificação;
• Degradação;
• Mineralização;
• Conjugação;
• Ativação.
DegradaDegradaçção dos ão dos xenobixenobióóticosticos no solono solo
• As transformações:• Destoxificação: conversão de uma molécula tóxica a um metabólito
ou produto menos tóxico;
• Degradação: processo de alteração na estrutura química mediado por microrganismos, plantas ou enzimas, tranformando uma substância tóxica em outra mais simples, mas não necessariamente menos tóxica:
• Fotoquímica: quebra da molécula pela absorção de luz solar;• Microbiana: degradação mediada por microrganismos;• Química: Alteração química envolvendo reações de hidrólise ou de
óxidorredução;• Metabólica: Transformação química após absorção pelas plantas ou
animais.
DegradaDegradaçção dos ão dos xenobixenobióóticosticos no solono solo
• As transformações:• Mineralização: é a degradação completa da molécula a formas
inorgânicas como CO2, H2O, NH3, Cl-, PO4-3, SO4
-2 e outros;
• Conjugação: quando o produto se torna mais complexo pela adição de metabólitos microbianos ou outros materiais do solo, tornando-se menos tóxico e mais recalcitrante;
• Ativação: é a conversão biótica de produto não tóxico em outro tóxico com ação biocida;
• Mudança de espectro de toxicidade: quando um produto tóxico para um grupo de organismos-alvo, sofre transformações, gerando substâncias tóxicas para outros organismos diferentes.
DegradaDegradaçção dos ão dos xenobixenobióóticosticos no solono solo
Atividade da biomassaem relação à transformação
de xenobióticos no solo
DegradaDegradaçção dos ão dos xenobixenobióóticosticos no solono solo
• As transformações:• Resultam de reações enzimáticas oxidativas, redutivas e hidrolíticas
envolvendo diversos mecanismos como:• Diretamente no metabolismo celular central para moléculas com massa
molar menor que 600, através das quais os microrganismos obtém energia e carbono para o crescimento (catabolismo);
• Transformações catalisadas por enzimas extracelulares que geram metabólitos com estrutura química mais simples e facilmente metabolizadas;
• De transfromações incidentais de processos metabólicos periféricos chamados “co-metabolismo”.
• Co-metabolismo:• Metabolismo não programado que acontece por acaso por enzimas com
pouca especificidade de substrato, gerando produtos sem sequência no processo biodegradativo.
DegaradDegaradççãoão dos dos xenobixenobióóticosticos no solono solo
Relações entre o crescimento microbiano e a concentração dosubstrato em populações degradadoras por processos
metabólicos e por co-metabolismo
DegradaDegradaçção dos ão dos xenobixenobióóticosticos no solono solo
• Avaliação da biodegradação:• Aplicação do produto marcado com 14C, que é liberado na degradação
da molécula como 14CO2 que é quantificado.
Degradação de vários pesticidas em dois solos agrícolas de Piracicaba