BRPI1100608A2 - Método para quantificação da disponibilidade de herbicidas no solo - Google Patents

Abstract

Método para quantificação da disponibilidade de herbicidas no solo. Especialmente de um método capaz de avaliar a disponibilidade de herbicidas no solo coletado em diferentes e épocas de aplicação seguindo as etapas de secagem, saturação com água, extração da solução do solo e quantificação do herbicida.

Description

“MÉTODO PARA QUANTIFICAÇÃO DA DISPONIBILIDADE DE HERBICIDAS NO SOLO” CAMPO DA INVENÇÃO

Trata a presente solicitação de Patente de Invenção de um inédito “MÉTODO PARA QUANTIFICAÇÃO DA DISPONIBILIDADE DE HERBICIDAS NO SOLO”, especialmente de um método para avaliar a disponibilidade de herbicidas em solos por meio da extração e quantificação dos produtos na solução do solo coletado em diferentes profundidades.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO O objetivo do controle químico de plantas daninhas é a obtenção da máxima eficácia de fiscalização das mesmas, com alta seletividade para a cultura, de forma econômica e com a minimização dos efeitos ambientais prejudiciais.

Muitos herbicidas utilizados na agricultura e silvicultura são aplicados na pré-emergência ei ou pós-emergência inicial da cultura e das plantas daninhas e deste modo, o principal destino da maior parcela dos herbicidas é o solo. Portanto, tais herbicidas têm a dinâmica influenciada por fatores relacionados às suas particularidades físico-químicas, entre elas: a solubilidade, a adsortividade; a volatilidade, entre outras. Essas propriedades interagem com as condições climáticas e edáficas e irão determinar a disponibilidade do herbicida na solução do solo (Christoffoleti e Ovejero, 2005).

Após a aplicação de determinado herbicida, vários processos físico-químicos e biológicos determinam o seu comportamento. O destino dos herbicidas no ambiente é regrado por processos de retenção (adsorção e absorção), de transformação (decomposição e degradação) e de transporte (deriva, volatização, lixiviação e escoamento superficial) e por interações desses processos. Além da variedade de processos envolvidos na determinação do destino ambiental dos herbicidas, diferenças nas estruturas e propriedades das substâncias químicas e nas características e condições ambientais podem afetar tais processos.

No solo, quando o herbicida é aplicado em pré-emergência, pode sofrer processos de sorção, lixiviação e/ ou degradação por efeitos físico-químicos e biológicos, além de ser absorvido pelas plantas daninhas e/ ou plantas cultivadas (Velini, 1992). Os herbicidas apresentam algumas características físico-químicas que, juntamente com as condições ambientais e atributos físico-químicos e biológicos do solo, regem sua dinâmica no solo. Estas características são específicas para cada herbicida, mesmo para aqueles pertencentes ao mesmo grupo químico. O conhecimento das mesmas é de fundamental importância para o sucesso na utilização (Procópio et aí., 2003).

Segundo Christoffoleti e Ovejero (2005), dentre as características, as mais importantes são: constante de equilíbrio de ionização de um ácido ou base fraca (pKa); coeficiente de partição octanol-água (Kow); solubilidade em água; pressão de vapor e meia-vida do herbicida no solo.

As constantes de ionização ácido/ base (pKa ou pKb) de moléculas que possuem caráter ácido fraco ou base fraca, respectivamente, representam a sua tendência de ionização numa determinada faixa de valores de pH. Sendo assim, o pKa é o pH em que metade das moléculas estão ionizadas e metade não ionizadas. Este parâmetro mostra o valor do pH em que as formas ionizadas e não ionizadas do herbicida ocorrem em iguais concentrações, respondendo, cada uma das formas, por 50% da concentração total do composto (Procópio et al., 2003). Conforme a constante de equilíbrio de ionização, os herbicidas iônicos podem ser classificados em herbicidas ácidos ou herbicidas básicos (Oliveira, 2001). O coeficiente de partição (Kow) representa a proporção entre as quantidades de um determinado herbicida que migram para um solvente orgânico apoiar (geralmente o octanol) ou para a água (polar), quando adicionado e agitado em frascos onde se encontram quantidades determinadas destas substâncias utilizadas como solventes, ou seja, os valores de Kow referem-se à medida da intensidade da afinidade da molécula pela fase polar e apoiar. A solubilidade em água de uma molécula de herbicida é caracterizada pela quantidade do herbicida dissolvida em água pura, ou seja, indica a proporção de herbicida que poderá estar disponível na solução do solo, podendo ser absorvida por raízes e sementes em germinação a uma determinada temperatura. A pressão de vapor é a pressão exercida por um vapor em equilíbrio com um líquido a uma determinada temperatura. Esta característica indica o grau de volatização do herbicida, ou sua tendência em se perder na forma de gás na atmosfera. A persistência de um composto no ambiente é, normalmente medida pela meia-vida, que é definida como o tempo necessário para que ocorra a dissipação de metade da quantidade inicial do herbicida aplicado (Silva et al., 2007). A dinâmica dos herbicidas no solo é influenciada além das características físico-químicas das moléculas e do solo, pela umidade. A quantidade de herbicida na solução do solo é diretamente proporcional ao conteúdo de água no solo. A quantidade de espaços livres para o herbicida na solução diminui em solos secos, e assim menor quantidade de herbicidas fica livre na solução do solo (maior sorção). Em condições de seca, as plantas são expostas a menor quantidade de herbicida e assim menor quantidade é absorvida pelas plantas daninhas. Quando a umidade no solo é restabelecida ocorre a dessorção do herbicida voltando a solução do solo (Hartzler, 2009). Regitano et al. (2002), observam uma redução na mobilidade do herbicida imazaquin em função do aumento do período em que o solo foi mantido seco após a aplicação do herbicida e antes do início da simulação de chuvas. A sorção e a dessorção de herbicidas no solo regulam o fenômeno de retenção, influenciando o transporte, a transformação e a disponibilidade dessas moléculas no solo. Estes processos estão diretamente relacionados com a eficácia dos herbicidas no controle das plantas daninhas e ao risco de contaminação ambiental por estes compostos. A sorção dos herbicidas está correlacionada com as propriedades do solo, as quais devem ser consideradas nas recomendações de aplicação desses produtos.

Segundo Andréa e Luchini (2002), a sorção de pesticidas no solo também é importante, principalmente por estar relacionada diretamente com os processos de disponibilidade para a atividade do composto, ataque microbiano e biodegradação e inversamente com a possibilidade de lixiviação e contaminação das águas.

Na solução do solo, as moléculas tendem a atingir equilíbrio entre a fase sorvida e a que permanece em solução, A absorção pelas plantas, a eficácia e o transporte dependem em grande parte desse equilíbrio entre os processos de sorção e dessorção. Geralmente, a eficiência e a mobilidade dos herbicidas decrescem com o aumento da sua sorção pelos colóides do solo. O herbicida ideal sob o ponto de vista agronômico é aquele que permanece disponível no ambiente o tempo suficiente para o controle das plantas daninhas durante o período crítico de competição entre a cultura e as plantas daninhas, porém, não tão longo que cause injúria às culturas que venham em rotação (Oliveira, 2001).

No entanto, a natureza orgânica dos herbicidas e sua alta afinidade pela matéria orgânica, tornam o teor de carbono orgânico do solo o melhor parâmetro isolado para predizer o coeficiente de sorção padronizado para o carbono orgânico (Koc) (Oliveira, 2001; Christoffoleti e Ovejero, 2005). Entretanto, estudos mais amplos têm demonstrado que os mecanismos que governam os processos de retenção de herbicidas ocorrem de forma distinta para cada solo e seu ecossistema e que a heterogeneidade desse meio dificulta a previsão de comportamento desses compostos (Pusino et al., 2004).

Um termo bastante utilizado na literatura é o chamado resíduo ligado, que segundo a União Internacional de Química Pura e Aplicada (IUPAC), é o nome dado à interação entre espécies químicas originadas ou não de interações xenobióticas com as substâncias húmicas do solo, sendo estes resíduos não passíveis de extração por métodos que não alterem significativamente a natureza da molécula (Fuhr, 1987). Segundo Prata e Lavorenti (2000), uma significativa proporção das moléculas dos pesticidas aplicadas na agricultura permanecem no solo com resíduos ligados. A formação de resíduo ligado pode ter como consequência a diminuição da degradação do pesticida, a perda da sua atividade biológica e da sua identidade química (Calderbank, 1989), a alteração da sua absorção por plantas, e a alteração do escoamento superficial e da lixiviação desses pesticidas. O tipo e conteúdo de argila, teor e características da matéria orgânica e umidade do solo afetam as interações do herbicida no solo (Levanon et al., 1993). A matéria orgânica apresenta acentuada capacidade de sorver herbicidas e isto reduz a atividade biológica e a mobilidade dos compostos químicos aplicados no solo. O processo de lixiviação refere-se ao movimento descendente dos herbicidas com a água na matriz do solo. Segundo Oliveira (2001), para ser lixiviado, o herbicida deve estar na solução do solo ou adsorvido a pequenas partículas, como argilas, ácidos fúlvicos e húmicos de baixo peso molecular, aminoácidos, peptídeos e açucares, entre outros. A movimentação de um herbicida no perfil do solo ocorre em todas as direções e é dependente da direção do fluxo de água (Javorani et al,, 1999). Devido à ocorrência de grandes volumes de água de percolação nos solos após chuvas pesadas ou irrigações, a direção mais comum na qual o herbicida pode ser lixiviado é a descendente. Esse processo interfere no comportamento do herbicida no solo, podendo torná-lo mais ou menos eficiente, e influencia diretamente o seu desempenho no controle de plantas daninhas (Oliveira, 2001). Segundo Velini (1992), a ocorrência da lixiviação é fundamental para a incorporação superficial da maioria dos herbicidas, atingindo sementes ou plantas em germinação, mas quando excessiva, pode carreá-los para camadas mais profundas do solo, limitando sua ação e podendo, inclusive, promover contaminação do lençol freático.

Verifica-se, portanto, que a dinâmica ambiental de um herbicida é bastante complexa e envolve diversos processos de perdas e imobilização, desde a aplicação, a interação com a palhada, quando esta se faz presente e finalmente com a chegada ao solo.

DO ESTADO DA TÉCNICA A determinação da quantidade de herbicida disponível na solução do solo, em condições reais de aplicação em campo é um método de diagnóstico que permite avaliar se o herbicida estará disponível no solo na profundidade ideal para promover o controle das plantas daninhas e também permitem uma maior segurança quanto à seletividade dos produtos para as culturas agrícolas, uma vez que, quando se conhece onde o produto esta presente no perfil solo e suas concentrações, podemos prever possíveis efeitos fitotóxicos. Essa avaliação da disponibilidade do herbicida nas camadas de solo responsáveis pela germinação de plantas daninhas e desenvolvimento das raízes da cultura em diferentes períodos após a aplicação permite verificar a persistência dos efeitos do herbicida no solo, no que diz respeito ao controle das plantas daninhas e efeitos fitotóxicos para a cultura. E por fim, a avaliação da disponibilidade de um herbicida no solo em diferentes profundidades no solo permite avaliar as perdas do produto para fora da camada de interesse no solo por lixiviação.

Foi localizado o documento PI 0204008-5 - "Novo Processo de monitoramento ambiental de herbicidas por fusarium oxysporum". Este processo relata a eficiência de um procedimento rápido, simples e de baixo custo, para monitoramento ambiental de herbicidas em águas e amostras de solos usando a produção do pigmento associado a mudanças morfológicas do fusarium oxysporuum como uma propriedade de bioindicador. Neste processo o fungo foi isolado de solos contaminados com o herbicida gramocil, SUMÁRIO DA INVENÇÃO O presente pedido provê uma técnica capaz de avaliar a disponibilidade de herbicidas no solo coletado em diferentes e épocas de aplicação seguindo as etapas de secagem, saturação com água, extração da solução do solo e quantificação do herbicida.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

Refere-se a uma forma eficiente e precisa para avaliar a disponibilidade de herbicidas no solo em diferentes profundidades e períodos após a aplicação, se baseia em simples procedimentos realizados em laboratório, a iniciar pela secagem do solo, saturação com água, extração da solução e a quantificação de herbicida. A secagem é realizada com uma amostra do solo da área que recebeu o herbicida, utilizando uma estufa de circulação forçada de ar por 72 h a no máximo 25°C para que não ocorram perdas por volatilização, sendo que em seguida uma pequena alíquota de solo é pesada e acondicionada em tubetes plásticos, com uma pastilha porosa e um compartimento para coleta da solução do solo.

Na sequência é feita a saturação do solo com água-destilada no interior do tubete, determinando-se a quantidade de água para cada tubete com solo, por meio de pesagem dos mesmos antes e depois da saturação. Após a adição de água, os tubetes permanecem por períodos determinados em repouso, para que o herbicida presente no solo entre em equilíbrio na solução no solo.

Após tais períodos, o tubete contendo o solo saturado com água é centrifugado, sendo toda a solução extraída através da pastilha porosa e do orifício basal.

Por fim, os herbicidas de interesse são quantificados por cromatografia líquida e espectrometria de massas por meio de métodos calibrados e adequados a cada produto.

Alguns herbicidas já foram testados e podem ser utilizados como exemplo, apenas ilustrativo e não limitativo, sendo eles, a amicarbazone (dose de 1,0 a 2,0 Kg/ ha); sulfentrazone (doses de 0,5 a 1,5 Kg/ ha); tebuthiuron (doses de 0,5 a 1,5 Kg/ ha); imazapic (doses de 0,1 a 0,3 Kg/ ha). Solos que receberam a aplicação dos produtos acima nas faixas citadas foram coletados em campo e levados para laboratório.

Numa fora de viabilização da invenção foi realizada a secagem de uma amostra composta do solo de cada uma das áreas submetidas a aplicação do herbicida, numa estufa de circulação forçada de ar por período de 72 h a 25°C. Em seguida 7g de solo foi pesada e acondicionada nos tubetes.

Depois foi realizada a saturação do solo com água-destilada dentro do tubete e determinou-se a quantidade de água para cada tubete com solo, por meio de pesagem dos mesmos antes e após a saturação com água. Após a adição de, os tubetes permanecem por 24 h repousando para permitir que o herbicida presente no solo entre em equilíbrio na solução.

Após estes períodos os tubetes contendo os solos saturados com água foram centrifugados (4000 rpm), sendo toda a solução extraída por meio da pastilha porosa e do orifício na base do tubete. Após este procedimento os herbicidas de interesse são quantificados por cromatografia líquida e espectrometria de massas utilizando métodos calibrados e adequados a cada herbicida.

Para a quantificação dos herbicidas nas soluções extraídas das placas e na calda de pulverização foi desenvolvido um método analítico em um cromatógrafo líquido Shimadzu® equipado com software Class VP 6.0; bomba quaternária LC 20 AD; degazeificador DGU 20AS; injetor automático SIL 10 AF; forno CTO 10ASVP e detector de massas LCMS-2010 EV, que apresenta resultado uniforme a grupos de compostos com características similares, mantendo uma relação constante entre a intensidade de sinal (área do pico cromatográfico) e a concentração dos diferentes compostos expressas em unidades molares.

Para as análises cromatográficas dos herbicidas testados foi utilizada uma coluna de C18, Synergi® 2,5μ Hydro-RP 100Â, dimensões 50 x 4,6 mm e o volume de injeção foi de 30pl. As análises foram efetuadas em modo gradiente, tendo como fases móveis os solventes metanol e água com ácido acético até atingir pH 3,0. A proporção entre os solventes tem início com 60:40 (metanol : água), aos quatro minutos chega a 95:5 e retorna a condição inicial aos seis minutos. O detector utilizado foi UV/ VIS e o tempo total de corrida foi de 12,5 minutos e o tempo de retenção do amicarbazone, sulfentrazone, tebuthiuron e imazapic de 2,21; 3,31; 2,91; 2,65 minutos, respectivamente. Foram estabelecidos seis pontos para a curva de calibração sendo empregada a quantificação em diferentes concentrações dos padrões de cada produto. A partir das áreas dos picos cromatográficos (resposta do detector) e das concentrações das soluções de padrões dos herbicidas foram estabelecidos os seguintes parâmetros: a equação linear de regressão; coeficiente de correlação; coeficiente de determinação; linearidade; limite de detecção e limite de quantificação do método, segundo os procedimentos descritos por Meier & Zünd (1993). Estes parâmetros estimam a confiabilidade do método analítico.

REIVINDICAÇÃO

Claims (1)

1) “MÉTODO PARA QUANTIFICAÇÃO DA DISPONIBILIDADE DE HERBICIDAS NO SOLO”, caracterizado por utilizar procedimentos realizados em laboratório, a iniciar pela secagem do solo, saturação com água, extração da solução e a quantificação de herbicida; a secagem é realizada com uma amostra do solo da área que recebeu o herbicida, utilizando uma estufa de circulação forçada de ar por 72 h a no máximo 25°C; em seguida uma pequena alíquota de solo seja pesada e acondicionada em tubetes plásticos, com uma pastilha porosa e um compartimento para coleta da solução do solo; na sequência é feita a saturação do solo com água-destilada no interior do tubete, determinando-se a quantidade de água para cada tubete com solo, por meio de pesagem dos mesmos antes e depois da saturação; após a adição de água, os tubetes permanecem por períodos determinados em repouso, para que o herbicida presente no solo entre em equilíbrio na solução no solo; o tubete contendo o solo saturado com água é centrifugado, sendo toda a solução extraída através da pastilha porosa e do orifício basal sendo os herbicidas de interesse quantificados por cromatografia líquida e espectrometria de massas por meio de métodos calibrados e adequados a cada produto.