Persistência de inseticidas e parâmetros microbiológicos em solo sob sistemas de manejo

Persistence of insecticides and microbiological attributes in a soil under different management systems

Resumos

O objetivo deste trabalho foi avaliar a degradação dos inseticidas bifentrina, permetrina e tiametoxam em um solo sob sistemas de integração lavoura-pecuária (SILP), plantio direto (SPD) e convencional (SC), e sua relação com atributos microbiológicos (carbono da biomassa microbiana, respiração basal e atividade das enzimas -glucosidase e fosfatase ácida). O experimento foi realizado utilizando solos incubados (0-10cm) com umidade a 75% da capacidade de campo e 28ºC por 51 dias. Além de aumentos de matéria orgânica, biomassa e atividade microbiana, o sistema SILP também favoreceu a degradação mais rápida dos três inseticidas no solo, em comparação aos outros sistemas avaliados. Dentre os inseticidas avaliados, o tiametoxam apresentou degradação lenta no solo, com valores de meia-vida (TD50) entre 46 e 89 dias. Os valores de TD50 para bifentrina ficaram entre 14 e 44 dias e para permetrina entre 9 e 47 dias, considerando todos os sistemas avaliados.

degradação; meia-vida; integração lavoura-pecuária; plantio direto

The aim of this research was to evaluate the degradation of bifenthrin, permethrin and thiamethoxam insecticides in a soil under crop-livestock integration (CLIS), no-tillage (NTS) and conventional (CS) systems and its relationship with microbiological attributes (microbial biomass C, basal soil respiration and activities of β-glucosidase and acid phosphatase). The experiment was carried out using incubated soil (0-10cm) with moisture content about 75% of field capacity at 28ºC for 51 days. Besides the increase in soil organic matter content, biomass and microbial activity, CLIS system also favored a faster degradation of the three insecticides in soil compared to the others. Among the evaluated insecticides, thiamethoxam showed the slowest degradation in soil with half-life (DT₅₀) values between 46 and 89 days. Bifenthrin DT₅₀ values were between 14 and 44 days and for permethrin between 9 and 47 days

degradation; half-life; crop-livestock integration; no-tillage

INTRODUÇÃO:

O uso de agrotóxicos para a produção de alimentos, fibras e energia tem provocado acúmulo em alguns compartimentos ambientais, com destaque para o solo e água. Quando no solo, o agrotóxico está sujeito à degradação, que é de grande importância para minimizar seus resíduos e, consequentemente, os possíveis impactos ambientais. Os processos degradativos estão diretamente relacionados com as características físico-químicas dos agrotóxicos, práticas de manejo e características do solo, principalmente textura, pH, matéria orgânica e atividade biológica (PAL et al., 2006). A biomassa microbiana, respiração basal e atividade enzimática destacam-se como os atributos mais utilizados para caracterizar o componente biológico dos solos e sua relação com a degradação dos agrotóxicos (CHOWDHURY et al., 2008).

Os inseticidas piretroides bifentrina e permetrina e o neonicotinoide tiametoxam têm sido comumente usados para o controle de insetos-praga na cultura da soja, aplicados no solo e parte aérea das plantas, como também em tratamento de sementes. Os inseticidas bifentrina e permetrina possuem alta toxicidade aos organismos aquáticos e baixa mobilidade e persistência nos solos (MOREIRA et al., 2012). Já o tiametoxam, apresenta alta persistência e mobilidade em solos (SCORZA JÚNIOR & RIGITANO, 2012).

Solos sob manejos conservacionistas apresentam condições que favorecem o acúmulo de matéria orgânica com consequente melhoria nas propriedades químicas, físicas e biológicas, pois ocorre um estímulo à proliferação de microrganismos, com aumento da biomassa e atividade microbianas. Esse fato tem sido observado tanto em solos sob plantio direto (SPD) (MENDES et al., 2003) como em solos sob sistemas de integração lavoura-pecuária (SILP) (ACOSTA-MARTINEZ et al., 2010). No entanto, ainda não se quantificou se as elevadas atividades microbianas no SILP podem refletir em degradação mais rápida dos agrotóxicos no solo, quando comparada a outros sistemas de manejo.

Considerando a importância dos microrganismos na degradação enzimática dos agrotóxicos, neste trabalho, avaliou-se a hipótese de que o SPD e SILP propiciam condições no solo com maior potencial para a degradação de agrotóxicos por microrganismos quando comparados ao sistema convencional (SC), com revolvimento do solo. O objetivo deste trabalho foi avaliar a degradação dos inseticidas bifentrina, permetrina e tiametoxam em um solo sob SC, SPD e SILP, e sua relação com parâmetros microbiológicos do solo.

MATERIAL E MÉTODOS:

As amostras de solo para caracterização química, física e microbiológica e para os ensaios de degradação, em condições controladas, foram coletadas em agosto de 2012 no campo experimental da Embrapa Agropecuária Oeste, em Dourados, MS (22º14' LS e 54º49' LW), em um experimento de longa duração (18 anos), composto por três sistemas de manejo (SILP, SPD e SC). Os sistemas foram implantados em Latossolo Vermelho distroférrico típico de textura argilosa (AMARAL et al., 2000). O SILP constitui-se na rotação, em plantio direto, entre pastagem (Brachiaria decumbens Stapf) e lavouras, com a sequência soja/aveia-preta/soja, em ciclos de dois anos. No momento da coleta das amostras de solo, a área que se encontrava com a fase de lavoura foi denominada de ILP-a, enquanto a que se encontrava na fase de pastagem foi denominada de ILP-b. O SPD é constituído por lavouras em plantio direto com rotação de culturas, tendo no verão a soja e o milho. Durante o outono-inverno e primavera, são semeadas as culturas de trigo para produção de grãos e nabo e aveia-preta para produção de palha, mantendo-se a sequência nabo/milho/aveia-preta/soja/trigo/soja. O SC constitui-se no monocultivo de soja/aveia-preta, utilizando o preparo do solo com aração e gradagem. No momento de coleta das amostras do solo, tinha-se a presença da aveia-preta no ILP-a, SPD e SC. Solo de um fragmento de floresta semidecídua (FS) foi incluído no experimento como referencial da condição original do solo para as análises microbiológicas. Também foi considerado um tratamento com solo estéril (SE), que foi obtido em autoclave a 121°C e pressão de 1atm por 40min, sendo este processo repetido por três vezes consecutivas. De cada sistema, foram realizadas amostragens na profundidade de 0-10cm, sendo coletada uma amostra composta, proveniente de 50 subamostras retiradas de forma aleatória em cada parcela. As amostras foram destorroadas e peneiradas em malha de 2mm. A caracterização química e granulométrica do solo foi realizada conforme CLAESSEN (1997). O solo apresentou valores de matéria orgânica (g kg^-1), areia (g kg^-1), argila (g kg^-1) e pH (CaCl₂), respectivamente, iguais a 62, 177, 640 e 5,4 para o ILP-a, 41, 77, 706 e 5,2 para o ILP-b, 45, 177, 656 e 5,7 para o SPD e 33, 160, 673 e 4,9 para o SC.

Para incubação, 50g de solo foram adicionados em béqueres com alíquotas da solução de trabalho dos três inseticidas, separadamente, para fornecer uma concentração de cada inseticida igual a 3μg g^-1 de solo. Após a fortificação, as amostras foram homogeneizadas e seu teor de umidade ajustado com água ultrapura para 75% da CC, sendo, em seguida, incubadas em incubadoras tipo BOD a 28°C e ausência de luz. A umidade do solo foi mantida constante, pesando-se as amostras de solo diariamente e repondo-se as perdas com adição de água ultrapura. O experimento foi conduzido por 51 dias, em triplicata, sendo as amostras retiradas das incubadoras aos 0, 7, 14, 21, 28, 40 e 51 dias após a fortificação.Para extração e quantificação simultânea dos três inseticidas, as amostras dos diferentes tratamentos (50g) foram transferidas para erlenmeyers com tampa, onde adicionaram-se 150mL da mistura de diclorometano + acetona (1:1) deixando-as em mesa agitadora a 216rpm por uma hora. Após o término da agitação, as amostras foram colocadas em decantação por uma hora. Em seguida, parte da fração líquida (30mL) foi retirada e concentrada em rotaevaporador até total secura. Na etapa de purificação dos extratos, utilizou-se método de extração em fase sólida, adaptado de PESSINI (2003). As amostras foram filtradas em filtro PTFE de 0,22μm e armazenadas diretamente em frascos de vidro a -20°C até injeção no cromatógrafo líquido de alta eficiência, modelo Varian 920-LC, equipado com pré-coluna e coluna de fase reversa C-18 Polaris (25cmx4,6mmx5µm) e detector UV/VIS com arranjo de diodos. A fase móvel foi em gradiente, com: 70% acetonitrila (ACN) e 30% água ultrapura (H₂O) v/v de 0 a 5min; 100% ACN de 5 a 15min e 70% ACN e 30% H₂O v/v de 15 a 22min. Para o tiametoxam, o gradiente utilizado foi: 50% ACN e 50% H₂O v/v de 0 a 6min; 100% ACN de 6 a 10min e 50% ACN e 50% H₂O v/v de 10 a 20min. O fluxo foi de 1mL min^-1 e volume de injeção de 20μL. Os padrões analíticos de bifentrina, permetrina e tiametoxam possuem purezas de 97, 94, 99%, respectivamente. Os testes de eficiência do método analítico indicaram recuperações entre 88 e 106% para a bifentrina, 88 a 103% para a permetrina e 75 a 95% para o tiametoxam. Os limites de quantificação do método foram de 0,19µg g^-1 de solo para a bifentrina, 0,21µg g^-1 para permetrina e 0,17µg g^-1 para o tiametoxam.

As determinações do carbono da biomassa microbiana do solo foram realizadas pelo método fumigação-extração (VANCE et al., 1987) e a quantificação do carbono, conforme BARTLETT & ROSS (1988). Para a atividade microbiana, utilizou-se o método da respirometria (evolução de CO₂) modificado por DE-POLLI & GUERRA (1999), com incubação das amostras por sete dias. As atividades enzimáticas de beta-glucosidase (EC 3.2.1.21) e fosfatase ácida (CE 3.1.3.2), relacionadas ao ciclo de C e P, foram determinadas conforme os métodos de TABATABAI (1994), que se baseiam na determinação colorimétrica do p-nitrofenol (coloração amarela), formado após adição de substratos incolores específicos para cada enzima avaliada. Para cada amostra de solo coletada no campo, foram realizadas três repetições analíticas no laboratório. A atividade enzimática do solo é expressa em g p-nitrofenol liberado por hora por grama de solo seco. O experimento de degradação foi conduzido utilizando-se um delineamento inteiramente casualizado, em um esquema fatorial onde os fatores foram os diferentes sistemas e tempos, em três repetições. Os dados da concentração remanescente aos 51 dias dos três inseticidas nos diferentes sistemas foram submetidos à análise de variância. Em seguida, as médias foram comparadas pelo teste de Tukey a 5%. As quantidades remanescentes dos inseticidas, em função do tempo, para cada sistema de manejo do solo foram ajustadas ao modelo de cinética de primeira ordem (FOCUS, 2006). A qualidade do ajuste dos dados observados foi feita com base na análise visual, no coeficiente de determinação (R²⁾ e no Erro-χ². Para avaliações dos atributos microbiológicos, utilizou-se um delineamento inteiramente casualizado, em um esquema fatorial em que os fatores foram os diferentes sistemas e tempos em três repetições. Os resultados foram submetidos à análise de variância e as médias comparadas pelo teste de Tukey, a 5%. Todas as análises estatísticas foram realizadas utilizando o programa R (R DEVELOPMENT CORE TEAM, 2012).

RESULTADOS E DISCUSSÃO:PEIXOTO et al., 2010 SCORZA JÚNIOR & RIGITANO (2012) FENOLL et al., 2011 MANOJ & GAJBHIYE (2008) PERUCCI et al., 1999 PAL et al., 2006

Os sistemas de manejo conservacionistas ILP-a, ILP-b e SPD apresentaram os menores valores das quantidades remanescentes dos três inseticidas após 51 dias, diferindo estatisticamente (P<0,05) do SC e SE (Tabela 1). O não revolvimento do solo, o maior aporte de restos vegetais, a maior diversidade de plantas e o acúmulo de resíduos na superfície do solo no ILP-a, ILP-b e SPD propiciam melhores condições físicas e químicas (SILVA et al., 2011), que favorecem as comunidades microbianas do solo. Esse efeito pode ser evidenciado através dos maiores valores de C-BMS, respiração basal (evolução do C-CO₂) e atividade enzimática nos sistemas ILP-a, ILP-b e SPD em comparação ao SC e SE (Figura 1 e Tabela 2). Considerando a importância dos microrganismos para o processo de degradação dos agrotóxicos no solo, esses resultados sugerem que, ao favorecerem as comunidades microbianas do solo, os sistemas ILP-a, ILP-b e SPD favoreceram a maior degradação dos inseticidas avaliados nesses sistemas. Também deve ser destacado que, embora os sistemas ILP-a e ILP-b apresentem o mesmo sistema de manejo com rotação de culturas ao longo tempo, o sistema ILP-a apresentou os maiores valores dos atributos microbiológicos do solo. Esse resultado reflete o efeito temporal da rotação de culturas, uma vez que dois meses antes da coleta dos solos houve, nesse tratamento, a incorporação de Brachiaria decumbens Stapf ao solo, o que pode favorecer o aumento da matéria orgânica e a atividade e desenvolvimento dos microrganismos. Entre os quatro sistemas de cultivo avaliados, o solo proveniente do tratamento SC foi o que apresentou os menores valores de C-BMS, respiração basal e da atividade enzimática (Tabela2), e os maiores valores da quantidade remanescente dos três inseticidas após 51 dias de avaliação (Tabela1), caracterizando uma degradação lenta nesse sistema. Entre os fatores que explicam a redução dos parâmetros biológicos no SC, destacam-se a menor diversidade de espécies vegetais (sucessão soja/aveia-preta) e o revolvimento do solo. O tratamento SE foi o que apresentou a maior quantidade remanescente dos três inseticidas, evidenciando a importância dos microrganismos na degradação desses inseticidas.A principal rota de decomposição dos agrotóxicos no solo envolve sua utilização como fonte de C, N e energia pelos microrganismos, o que explica a rápida degradação desses produtos em solos não-estéreis com alta atividade biológica (PAL et al., 2006).

Tabela 1-
Quantidade remanescente média(%) ± erro padrão de bifentrina, permetrina e tiametoxam após 51 dias da aplicação, em solos incubados a 28°C e umidade correspondente a 75% da capacidade de campo, em diferentes sistemas de manejo do solo.

• CV=0,72%
• ILP-a = Integração Lavoura-Pecuária A, ILP-b = Integração Lavoura-Pecuária B, SPD = Plantio Direto
• SC = Convencional, SE = solo estéril
• Médias seguidas pela mesma letra maiúscula na coluna e minúscula na linha não diferem entre si pelo teste de Tukey (P>0,05)

Figura 1
Média±erro padrão (n=3) dos valores do carbono da biomassa microbiana (A) e atividade microbiana (B) do solo nos diferentes sistemas de manejo. CAMPO = momento da coleta; BOD = uma semana após a incubação das amostras; T7, T14, T21, T28, T40 e T51 correspondem a 7, 14, 21, 28, 40 e 51 dias após a aplicação simultânea dos inseticidas bifentrina, permetrina e tiametoxam. Médias com a mesma letra maiúscula em cada tempo de avaliação entre os sistemas e minúsculas na linha dentro de cada sistema, são estatisticamente semelhantes pelo teste de Tukey a 5%.

Tabela 2-
Atividade da β-glucosidase e fosfatase ácida (µg p-nitrofenol g^-1 solo h^-1) do solo (0-10cm) sob os sistemas integração lavoura-pecuária (ILP-a e ILP-b), plantio direto (SPD), convencional (SC) e solo estéril (SE). CAMPO = momento da coleta; BOD = uma semana após a incubação das amostras; T7 e T51 = sete e 51 dias, respectivamente, após a aplicação simultânea dos inseticidas bifentrina, permetrina e tiametoxam.

• *Médias±erro padrão (n=3).

^{2 2} _{50 50 50 50 50 50}

Tabela 3-
Parâmetros do modelo de degradação de cinética de primeira ordem dos três inseticidas nos diferentes sistemas de manejo do solo. ILP-a = integração lavoura-pecuária A, ILP-b = integração lavoura-pecuária B, SPD = plantio direto; SC = convencional, SE = solo estéril. TD₅₀ = meia-vida.

• ^a
  Erro padrão; ^*Significativo pelo teste t a 5%.

CONCLUSÃO:

O tiametoxam apresentou uma degradação lenta no solo dos diferentes sistemas de manejo avaliados, em comparação à bifentrina e permetrina. O SILP favoreceu incrementos da MOS, C-BMS e atividade microbiana e propiciou a degradação mais rápida dos três inseticidas no solo, em comparação aos outros sistemas avaliados, evidenciando mais um benefício do SILP, relacionado à diminuição da persistência de agrotóxicos.

AGRADECIMENTOS:

Ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) pela bolsa de mestrado do primeiro autor no programa Programa de Pós-graduação em Recursos Naturais (PGRN) da Universidade Estadual de Mato Grosso do Sul (UEMS) e pelas bolsas de produtividade de I.C. Mendes e F.M. Mercante. Aos laboratoristas Klerisson S. Duro da Embrapa Agropecuária Oeste, Clodoaldo A. Souza e Lucas F. S. Rolim da Embrapa Cerrados, pelo apoio técnico na realização do trabalho.

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Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  10 Out 2014
• Data do Fascículo
  Jan 2015

Histórico

• Recebido
  07 Out 2013
• Aceito
  29 Maio 2014