Erbicidi

Gli erbicidi sono sostanze chimiche utilizzate per distruggere le piante indesiderate (terrestri o acquatiche) chiamate erbacce. Gli erbicidi rientrano in due grandi categorie: inorganici (ad esempio, solfato di rame, clorato di sodio e arsenito di sodio) e organici (ad esempio, composti clorofenossi, dinitrofenoli, composti bipiridilici, carbammati ed erbicidi amidici). Storicamente, i composti inorganici erano i primi disponibili e i primi usati. C’è stato per un lungo periodo uno sforzo continuo per sviluppare composti erbicidi che sono più selettivi – che colpiscono le erbacce, al contrario delle piante desiderabili.

Sviluppi storici

Il decennio 1890-1900 ha visto l’introduzione di spray per il controllo delle erbacce a foglia larga nelle colture di cereali, e i primi sforzi da parte del Corpo degli Ingegneri dell’esercito degli Stati Uniti, utilizzando l’arsenito di sodio, per controllare le piante acquatiche nei corsi d’acqua. Nel 1925 il clorato di sodio (applicato direttamente al suolo) fu usato per la prima volta per uccidere le erbacce. La prima importazione (dalla Francia) di nitrocresilato di sodio, come primo diserbante selettivo, fu nel 1934. L’anno 1945 ha visto l’introduzione di erbicidi organici e l’avvento del regolatore di crescita 2,4-D (acido 2,5-diclorofenossiacetico), portando successivamente allo sviluppo del 2,4,5-T (acido 2,4,5-triclorofenossiacetico). Durante gli anni dal 1965 al 1970, le forze militari statunitensi usarono il 2,4,5-T (Silvex) e materiali correlati come defolianti in Vietnam, senza sapere che un inevitabile sottoprodotto della sintesi del 2,4,5-T era una sostanza tossica, la 2,3,7,8-tetraclorodibenzodiossina (diossina). C’è ancora un dibattito sull’entità degli effetti dannosi subiti da quegli aviatori, soldati e civili che furono esposti a questo materiale. La diossina era presente ad un livello di circa 2 ppm (mg/kg di campione) in alcuni campioni di 2,4,5-T (chiamato Agente Orange), ma altri campioni contenevano più di 30 ppm del sottoprodotto. La diossina fu infine trovata altamente tossica per le cavie (il valore LD 50 era di 1 ppb, o 1 μ g di composto/kg di campione), il che portò all’etichettatura della diossina come “il veleno più letale del mondo”, un titolo impressionante, anche se impreciso (impreciso a causa di una sensibilità unica delle cavie e perché alcune tossine naturali sono note per essere più potenti).

L’esperienza del governo federale americano con il 2,4,5-T dimostra un principio significativo: Ci si deve preoccupare non solo della sicurezza dei componenti attivi dei prodotti commerciali, ma anche della sicurezza dei sottoprodotti che possono essere presenti in quei prodotti o che possono formarsi durante la degradazione naturale. Il rispetto di questo principio è una sfida importante e costosa per coloro che sviluppano erbicidi, e la preoccupazione per la sicurezza è in parte responsabile del numero (attualmente) decrescente di erbicidi disponibili per il trattamento delle infestanti acquatiche.

Si pensa che i primi giacinti d’acqua siano stati introdotti negli Stati Uniti durante un’esposizione orticola del 1884 a New Orleans, in

Gli erbicidi vengono spruzzati su questa strada della California.

nel corso del quale queste piante, importate dall’Argentina, sono state regalate come souvenir. Si sospetta che siano state messe accidentalmente nel fiume St. Johns in Florida e che, poco dopo, si siano moltiplicate. La pianta cresce (in condizioni ottimali) al ritmo di 1,8 piante figlie per pianta madre a settimana, e la crescita rapida ha generato tappeti densi che hanno influenzato la navigazione delle barche su questo fiume e altri. Nel 1898 l’U.S. Army Corps è stato incaricato di mantenere la navigabilità dei fiumi, e il controllo delle piante acquatiche è diventato la sua responsabilità, una responsabilità che ha persistito fino ad oggi.

Tossicità degli erbicidi

Poiché le piante e i mammiferi differiscono per organizzazione e fisiologia, ci si potrebbe aspettare che gli erbicidi costituiscano solo un leggero pericolo chimico per i mammiferi. Mentre alcuni erbicidi hanno una tossicità molto bassa nei mammiferi, altri hanno una tossicità notevole. Un certo numero di specie di test sono utilizzati per valutare la tossicità, e la loro sensibilità è classificata come valori acuti (a breve termine) LD 50.

I composti clorofenossi 2,4-diclorofenossiacetico (2,4-D) e 2,4,5-triclorofenossiacetico (2,4,5-T) possono essere gli erbicidi più familiari. Sono stati usati in agricoltura (per sradicare le erbacce a foglia larga) e per controllare le piante legnose nei fossi e lungo le autostrade. Agiscono come ormoni della crescita in molte piante, e possono evocare la crescita attiva delle piante in aree in cui si verifica una crescita anormale, contorta o ridotta. Dosi massicce

Caratteristiche degli erbicidi rappresentativi.

di 2,4-D o 2,4,5-T causano fibrillazione ventricolare nei mammiferi. Dosi più basse causano dermatiti da contatto e cloracne (un tipo di dermatite grave) nei lavoratori che hanno contatto con il 2,4,5-T (che, come notato, può essere mescolato con 2,3,7,8-tetraclorodibenzodioxin, o diossina).

I dinitrofenoli (come sali alcalini o sali di ammine alifatiche) sono stati a lungo utilizzati nel controllo delle erbacce. L’esposizione umana a questi composti ha portato a nausea, disturbi gastrici, respirazione rapida, tachicardia (battito cardiaco rapido), cianosi e infine coma. La morte o il recupero avviene entro 24 ore.

Paraquat e diquat sono gli esempi più noti di composti bipiridilici. Questi composti sembrano agire attraverso un meccanismo di radicali liberi, competendo per e privando le piante di un agente riducente essenziale. Questi composti sono pericolosi per gli esseri umani. Circa 200 morti per avvelenamento accidentale o tentativo di suicidio si sono verificati negli anni ’60. Le vittime hanno mostrato danni ai polmoni, al fegato e ai reni. Il paraquat tende a concentrarsi nei reni, e l’accumulo di quantità tossiche nei polmoni è secondario al danno renale.

Il Propanil fa parte di un gruppo di erbicidi amidici (composti da anilina trattata con acidi organici), ed è usato ampiamente per controllare le erbacce nelle coltivazioni di riso. Il riso stesso contiene un enzima che idrolizza il propanil in 3,4-dicloroanilina e acido propionico, e quindi è resistente all’erbicida. Le erbacce, prive di questo enzima, sono influenzate negativamente da esso. (Le cellule epatiche dei mammiferi hanno anche un enzima che causa questa idrolisi.)

Gli effetti dei contaminanti in tracce negli erbicidi sono una grande preoccupazione. Per esempio, l’uso del Silvex è stato cancellato dalla U.S. Environmental Protection Agency nel 1979 perché l’erbicida conteneva diossina, una sostanza tossica. Tuttavia, il Corpo degli Ingegneri dell’Esercito si è opposto alla cancellazione, notando i benefici complessivi della navigazione sulle acque degli Stati Uniti. La somma totale dei benefici del controllo delle erbacce a base di Silvex è stata giudicata corrispondente a circa 40 milioni di dollari, e il rapporto benefici-costi era di circa 11 a 1. A ciò si contrappongono i costi sconosciuti di una sostanza tossica (diossina), i cui effetti negativi sono ancora in fase di valutazione.

L’intero mercato mondiale della protezione delle colture nel 2000 è stato stimato in 31 miliardi di dollari, e probabilmente non crescerà significativamente nel prossimo futuro. Gli erbicidi sono venduti come formulazioni speciali, e il loro uso negli Stati Uniti avviene solo dopo lunghi test e l’approvazione del governo. Anche se vengono sviluppati nuovi prodotti chimici, la dimensione relativamente statica del mercato degli erbicidi ha portato a una riduzione del numero di aziende agrochimiche (attraverso fusioni e acquisizioni). Il numero di nuovi erbicidi che saranno disponibili in futuro sarà probabilmente basso.