Îmbunătățirea recoltelor agirocle cu ajutorul pesticidelor

Sunt bune sau rele? Putem renunța la utilizarea lor? De ce sunt tot mai serios reglementate? Cum funcționează și ce impact asupra mediului au? Pesticidele - un bine în rău sau un rău în bine?

Pesticidele - sunt bune sau rele?

Pesticidele sunt orice substanțe destinate uciderii, controlului sau înlăturării organismelor dăunătoare. Aceste organisme pot fi plante, fiind poreclite buruieni, animale cum ar fi insectele și rozătoarele, precum și ciuperci, bacterii, viruși etc.

Orice substanță utilizată împotriva acestora, este un pesticid. În general, pesticidele utilizate sunt produse chimice, însă inspirația privind structura acestora vine uneori din natură. Astfel, unele plante sau animale secretă substanțe speciale, pentru a ține la distanță/ omorî alte organisme (InfoBox 1, a-b). Modificând aceste substanțe, pot fi create pesticide noi (InfoBox 1, d).

În acest sens, nu e oportun să clasificăm pesticidele ca fiind bune sau rele. Totuși, nocivitatea unei substanțe este dată de cantitatea folosită, contextul în care e folosită, iar percepția nocivității depinde de cât de mult cunoaștem despre această substanță.

De exemplu primele pesticide sintetice erau ieftine și au fost acceptate pentru utilizarea în masă, fără a fi verificate corespunzător. Acesta este cazul DDT, un insecticid care a fost utilizat pentru combaterea epidemiilor de tifos (boală transmisă prin mușcăturile păduchilor), dar și în agricultură. Interzicerea acestuia a fost cauzată de publicarea cărții „Silent Spring”, autoarea căreia ridică problema utilizării nereglementate a pesticidelor.

Cu toate că noile pesticide trec printr-un proces amănunțit de evaluare și studiu, tendința generală este de a reduce cantitatea de pesticide folosite. Astfel pentru a reduce poluarea aerului, apelor și a solului, Comisia Europeană susține reducerea cu până la 50% a pesticidelor folosite în agricultură și creșterea ponderii soluțiilor sustenabile în acest sector prin intermediul politicii Farm to Fork.

Exemple de soluții prietenoase mediului sunt rotația culturilor, utilizarea concurenților din mediu sau biopesticidele.

Cum funcționează pesticidele?

Practic, pesticidele sunt arme chimice. Aceste substanțe opresc procese cruciale în viața dăunătorilor, cum ar fi respirația, sinteza membranelor celulare sau fotosinteza (InfoBox 1, c). Incapabili să respire sau să-și producă hrană, dăunătorii sunt contracarați eficient, iar culturile agricole sunt salvate. Țintele moleculare ale pesticidelor sunt proteinele, micile mașini implicate în mersul vieții. Astfel, diferite proteine execută fiecare un rol, de la producerea energiei, digestia hranei, asigurarea transportului semnalului nervos sau producția de celule și țesuturi noi. Pesticidele blochează anumite proteine, astfel încât acestea nu-și mai pot exercita activitatea, iar organismele țintite mor.

Totuși, cum fac pesticidele distincția între dăunători și organisme benefice?

Un aspect cheie a unui pesticid bun este specificitatea. Cu siguranță, am vrea să scăpăm de omizi și afide, însă ar fi păcat să omorâm și albinele. Un pesticid bun atacă selectiv organismul dăunătorului țintă, fiind inofensiv pentru alte organisme (InfoBox 1, e). La nivel molecular, pesticidul atacă o proteină din organismul patogen, fără a ataca proteinele cu același rol din alte organisme. Acțiunea e similară unui antibiotic- în timp ce omoară bacteria nocivă, antibioticul e relativ inofensiv pentru celulele umane.

Chrysanthemum cinerariaefolium (a) este o sursă de insecticide naturale, numite piretrine. Aceste substanțe, 6 la număr, sunt foarte eficiente, paralizând insectele direct după contact. Fiind active împotriva țânțarilor, puricilor, muștelor, furnicilor și a altor insecte, acestea se găsesc în peste 2000 de produse de utilizare casnică.

Cele 6 piretrine naturale sunt similare compusului „Piretrină I” (b). Formula 2D reprezintă, într-un mod minimalist, modul în care atomii de carbon, oxigen și hidrogen sunt uniți în moleculă. Astfel, triunghiul semnifică 3 atomi de carbon uniți prin legături simple, iar legăturile îngroșate/ întretăiate subliniază aspectul 3D al moleculei.

Piretrinele acționează asupra unor proteine cheie în sistemul nervos al insectelor, care au rolul de a transporta ionii de sodiu prin membrana celulară (c). În stare normală, aceste canale sunt deschise doar în cazul unui impuls nervos. Sub influența piretrinelor, aceste canale rămân deschise după încetarea impulsului, iar insecta nu-și mai poate controla mișcările și moare de paralizie.

Deoarece piretrinele sunt degradate rapid în mediu, sub acțiunea luminii solare, au fost obținute variante modificate ale acestora, mai stabile. Piretroizii sunt un grup de substanțe sintetice, care se aseamănă cu piretrinele. Permetrina (în dreapta) (d) este un exemplu, care la fel ca piretrinele are un inel de 3 atomi de carbon, însă conține și 2 atomi de clor în structură. Această modificare scade viteza de degradare în mediu a substanței.

Deși nu sunt toxice pentru oameni, piretrinele și piretroizii sunt substanțe extrem de periculoase pentru pisici. Pisicile nu pot degrada acești compuși, expunerea la piretrine putând deveni fatală chiar. Astfel, utilizarea soluțiilor contra păduchilor/puricilor sau a insecticidelor cu piretrine/piretroizi e nedorită în cazul pisicilor. În caz de expunere, animalul trebuie dus de urgență la veterinar, pentru a fi prevenite efectele toxice ale insecticidului. Dacă aveți o pisică, accesați Link!

Care este impactul de mediu și de sanatate a pesticidelor?

Precum am spus mai sus, pesticidele ar trebui să fie specifice, inofensive altor organisme și în principal omului. În realitate însă, doza determină efectele. Or, contează ce substanță e administrată, în ce doză, cât de des și asupra cărei culturi, sau pentru combaterea cărui patogen. Mai mult, e important ce se întâmplă cu pesticidul utilizat, după ce și-a jucat rolul. Desigur, protecția culturilor agricole e importantă, dar nu trebuie să uităm - pesticidele nu dispar de la sine, și pot avea efecte adverse (InfoBox 2).

Făinarea este o boală a multiplelor culturi agricole, cum ar fi cerealele sau vița de vie (a). Deși aparte de aspect, aceasta e cauzată de diferiți fungi (ciuperci), prevenția făinării necesitând utilizarea fungicidelor. Însă, înafară de a acționa asupra fungilor patogeni, o parte din fungicide ajung invariabil în sol, unde ar putea manifesta efecte adverse, potențial nedorite pentru fertilitatea solului în cauză.

Pe lângă ciupercile patogene, există numeroase ciuperci utile omului. Fungii arbusculari micorizali (AMF) sunt o clasă importantă de ciuperci filamentoase, asociate cu până la 60% din culturile agricole. Acestea sunt implicate în absorbția nutrienților, și joacă un rol crucial pentru culturi precum grâul, soia sau porumbul. Fungii în cauză conviețuiesc în simbioză cu rădăcinile plantei (b), ușurând absorbția azotului, fosforului și microelementelor, reprezentând până la 50% din componenta vie a solului.

Mai mult, fungii din sol sunt implicați în valorificarea fertilizatorilor organici, eliberarea controlată a nutrienților minerali pentru a nu irita rădăcinile, sunt implicați și în asigurarea imunității plantelor. Plantele asociate cu AMF (imaginea de mai jos) (c) tind să fie mai puțin susceptibile la atacul insectelor și viermilor paraziți, precum și la acțiunea patogenilor din sol. Fungicidele ce ajung în sol, pot dăuna acestor fungi benefici, acționând la fel ca și asupra fungilor patogeni.

Solul adăpostește multiple organisme, care interacționează complicat între ele. Respectiv, e greu de prezis cum o substanță sau alta va influența ecosistemul solului, fiind necesare studii intense. Un lucru însă e sigur - utilizarea pesticidelor trebuie controlată riguros, în acord cu rezultatele științifice. Doar așa poate fi atinsă o utilizare optimă, cu impact negativ minim asupra mediului, și cu impact pozitiv maxim asupra agriculturii.

Ce ține de impactul asupra sănătății umane, răspunsul e din nou, doza. Pesticidele sunt concepute astfel, ca să aibă impact minim asupra sănătății umane. O astfel de abordare nu a existat însă dintotdeauna. Primele pesticide sintetizate în anii 40’ erau ieftine și au fost acceptate utilizării în masă, fără a fi verificate corespunzător. Acesta este cazul DDT, un insecticid organoclorurat. Substanțele cu atomi de clor legate de atomii de carbon sunt foarte stabile, fiind metabolizate greu și fiind acumulabile în mediu. Dezbaterea politică generată asupra subiectului DDT a dus și la crearea EPA(Agenția de protecție a mediului din Statele Unite ale Americii). În momentul actual, introducerea unui nou pesticid pe piață necesită multiple studii, care să asigure atât protecția omului, cât și a mediului înconjurător.

Utilizate în mod corespunzător, cu respectarea igienei de muncă (purtare de mască respiratorie, mănuși, ochelari de protecție), conform recomandărilor producătorului (la dozele și intervalele de timp prescrise), pesticidele ar trebui să prezinte riscuri minore. Contactul cu pielea, inhalarea, ingerarea acestora, prezintă riscuri majore pentru sănătate. Pentru siguranță, utilizarea concentratelor de pesticide trebuie efectuată doar de persoane autorizate, care au luat cunoștință de notele informative privind substanțele utilizate, potențialele riscuri și efecte asupra sănătății.

De curând Comisia Europeană a promovat o legislație prin care își propune să reducă cantitatea de pesticide folosite- Care sunt motivele din spatele acestei decizii?

Reducerea cantității de pesticide e un trend în UE, și face parte din direcția de sustenabilizare a agriculturii, sub denumirea de „Farm to Fork”. Aceasta, la rândul său, este o parte a provocării de „înverzire a economiei”, proiect denumit „European Green Deal”.

„Farm to Fork” presupune crearea unei agriculturi sustenabile, cu micșorarea emisiilor de gaze cu efect de seră, cu salvarea biodiversității și prevenirea efectelor negative asupra sănătății, datorate sub și supra alimentației. „European Green Deal” e o politică UE ce presupune reducerea emisiilor nete de gaze cu efect de seră până la 0 în 2050, asigurarea creșterii economice decuplate de la utilizarea resurselor neregenerabile, precum și crearea de politici complexe de economie circulară.

Deoarece utilizarea pesticidelor în agricultură determină poluarea apelor, solului și aerului, Comisia Europeană planifică reducerea cu 50% a utilizării pesticidelor chimice și a riscurilor asociate, dar și reducerea cu 50% a pesticidelor periculoase. Respectiv, nu e vorba despre o renunțare bruscă în utilizarea pesticidelor, ci este vorba despre utilizarea controlată, cu preferința către pesticide noi, mai puțin toxice mediului.

Ne putem descurca și fără pesticide?

Renunțarea bruscă de utilizare a pesticidelor ar marca o criză economică, cauzată de răspândirea bruscă a patogenilor. Recoltele ar scădea în volum și calitate, iar foametea ar fi o rutină. Brusc, agricultura ar înfrunta o provocare majoră- obținerea aceleiași cantități de alimente, necesare consumului global, fără a recurge la controlul dăunătorilor. La momentul actual, foametea afectează ca. 1 miliard de oameni, iar culturile agricole concurează cu peste 30.000 de specii de buruieni, 10.000 de specii de insecte fitofage, o multitudine de specii de viermi, fungi, bacterii dăunătoare. De la producere, la depozitare, transport și comercializare, dăunătorii riscă compromiterea recoltelor și crearea premiselor foametei.

Nu, cel puțin acum, renunțarea la pesticide nu este o soluție. Pesticidele oferă plantelor posibilitatea de a îndrepta toți nutrienții în producerea recoltei, oferindu-ne totodată alimente neatinse de boli și paraziți. La un alt nivel, pesticidele permit agricultura intensivă, respectiv ne scapă de necesitatea lărgirii anuale a teritoriilor prelucrate, pentru un surplus de recoltă. Astfel, deși ironic, pesticidele salvează parțial biodiversitatea, deoarece permit conservarea habitatelor.

În același timp, am putea pune întrebarea altfel: Am putea micșora cantitatea de pesticide utilizate? Am putea opta pentru pesticide superioare, adică specifice, biodegradabile și non-toxice? Răspunsul la aceste întrebări este un ferm „Da”, fiind și scopul politicilor Comisiei Europene.

Ce alternative avem si cum ne putem asigura ca folosindu-le nu creăm daune?

Există multiple strategii, alte decât pesticidele chimice. Un exemplu arhicunoscut este rotația culturilor. Prin rotație, este schimbată cultura cu care e cultivat un câmp, de la sezon la sezon. Astfel, patogenii care ar putea apărea într-un sezon, nu pot să se dezvolte în același teritoriu în sezonul următor. Trucul e de a schimba astfel culturile, încât între precedenta și următoarea să nu existe patogeni comuni. Metoda are și neajunsuri, deoarece culturile au preferințe diferite față de sol și față de condițiile climatice, și nu putem schimba orice cu orice. De asemenea, metoda e limitată la plantele anuale, or livezile nu pot fi replantate.

O altă alternativă sunt biopesticidele. Prin biopesticide, înțelegem preparate din plante sau microbi, care controlează răspândirea dăunătorilor. În acest caz, putem utiliza o fascinantă realitate biologică - orice organism are slăbiciuni, exploatate de alte organisme. Sau altfel spus, nu există organisme invincibile, biologia are metode pentru fiecare. Am vorbit mai sus despre piretrine, secretate de unele specii de crizanteme, ce funcționează ca insecticid. Extractul acestor plante este natural și biodegradabil. Un alt bioinsecticid tot mai răspândit este uleiul de neem, care atacă insectele dăunătoare, fără a fi toxic albinelor, mamiferelor sau păsărilor.

O altă metodă de a contracara patogenii, e folosirea concurenților lor naturali. Astfel, buburuzele sunt o soluție eficientă împotriva afidelor. Există de asemenea viespi care parazitează pe omizi, fără a fi periculoase oamenilor.

Nu în ultimul rând, plantele își pot produce propriile pesticide. Tutunul (Nicotiana tabacum) este o plantă din aceeași familie cu cartoful (Solanum tuberosum), dar rezistentă la acțiunea insectelor. Rezistența e cauzată de nicotină, un alcaloid natural, neurotoxic, pentru care e prețuită această plantă. Un alt exemplu e planta de nuc (Juglans regia), care secretă o substanță cu acțiune de erbicid, blocând dezvoltarea altor plante în jurul său.

Modificarea genetică e și ea o soluție importantă, combinând eficiența, versatilitatea și siguranța. Plantele își pot produce propriile pesticide, sau pot fi modificate astfel încât să mențină pesticidele absorbite în părțile neutilizate de om. Mai mult, creșterea rezistenței plantelor la secetă/ temperatură, permite cultivarea lor în zone climatice indisponibile agentului patogen, micșorând totodată și pierderile cauzate de factorii climatici ostili.

Iar privind prevenirea daunelor, răspunsul e: Cercetare, Reglementare, Implementare și Control. Trăim într-un secol când disponibilitatea datelor științifice e mai mare ca oricând, iar cercetarea aduce continuu noi rezultate. Direcționarea fondurilor către studiile de siguranță, cercetarea efectelor practicilor agricole asupra mediului, reglementarea și controlul sunt pași cruciali în crearea unor politici sustenabile. Astfel, putem fi siguri că impactul negativ va fi minim iar agricultura va fi sigură și sustenabilă!

Victor Baerle

Este licențiat în Biochimie la UVT, iar de curând urmează un master în Bioinformatică. Este pasionat de bioinformatică structurală, bioremedierea poluării și economia circulară.

Până acum, a fost membru și colaborator la PolyMore.ro, start-up român implicat în detecția contaminării deseului menajer. De asemenea, aa participat la REplasticHack, Games of Science 2022, precum și alte proiecte.

Acasă