La coltivazione della soia: diserbo tradizionale e varietà Roundup-ready a confronto

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1 La coltivazione della soia: diserbo tradizionale e varietà Roundup-ready a confronto Paco Melià, Carlo Rega, Matteo Monegat, Marino Gatto Dipartimento di Elettronica e Informazione, Politecnico di Milano

2 La soia (Glycine max)

3 La soia: produzione mondiale Produzione mondiale di soia nel 2005: t India 3% Paraguay 2% Canada 2% Bolivia 1% Cina 8% USA 40% Argentina 19% Brasile 25%

4 La soia: produzione italiana Produzione di soia in Italia produzione (t) anno

5 La soia GM nel mondo nel 2001, oltre 50 milioni di ettari di terreno agricolo sono stati adibiti a colture transgeniche di questi, oltre 30 sono stati coltivati a soia geneticamente modificata (GM), facendone la coltura transgenica più diffusa nel mondo il 46% della soia GM prodotta appartiene alla varietà Roundup Ready (RRS) Area (10 6 ha) Diffusione delle principali colture GM (fonte: James 2001) tradizionale GM 46% 20% 11% 7% soia cotone canola mais

6 La soia Roundup-Ready la soia Roundup-Ready è stata sviluppata per resistere al Roundup (glifosato), un erbicida a largo spettro di azione

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8 Gli OGM: paure... ibridazione con le varietà selvatiche introgressione genetica negli ecosistemi effetti nocivi su specie non-target sviluppo di resistenza da parte delle specie target rischi per la salute umana

9 ...e promesse prima generazione: varietà con caratteristiche di resistenza e produttività migliorate (BT, HR) seconda generazione: varietà con maggiore apporto nutrizionale (Golden rice), veicolo per farmaci o vaccini, bioremediation, produzione di combustibili e materie plastiche

10 Obiettivi del lavoro confrontare i trattamenti di diserbo per la soia tradizionale con quelli relativi al binomio RRS-glifosato in termini di: resa agricola profitto per gli operatori agricoli impatti sull ecosistema e sulla salute umana individuare i trattamenti che realizzano il miglior compromesso tra obiettivi socioeconomici e tutela della salute e dell ambiente

11 Fasi del lavoro 1. identificare scenari di infestazione realistici 2. individuare i trattamenti erbicidi più comunemente utilizzati 3. valutare l efficacia dei diversi trattamenti 4. stimare le rese produttive e i profitti 5. identificare opportuni indicatori di impatto 6. valutare l impatto sulla salute e sull ambiente 7. trovare il migliore compromesso tra profitto e tutela della salute 8. valutare la robustezza dei risultati rispetto alle ipotesi più deboli

12 Competizione tra soia e erbacce la resa agricola tecnicamente ottenibile è inferiore al valore massimo teorico (4 t/ha) a causa della competizione della soia con la flora infestante spontanea TCL = Σ i N i CI i TCL: carico competitivo totale N i : abbondanza della specie infestante i-esima CI i : coefficiente di competizione della specie i-esima Echinochloa crus-galli Polygonum persicaria Rapistrum rugosum

13 Il modello di competizione la perdita di resa della soia può essere stimata in funzione del carico competitivo totale delle erbe infestanti mediante il modello di Coble (1986) α TCL j per TCL TCL* D = { β + γ(tcl j δ)/(tcl j + ε) per TCL > TCL* D: perdita di resa percentuale per la soia: α = 0.5, TCL* = 50 β = 25, γ = 55, δ = 50, ε = 60 Chenopodium album Perdita di resa percentuale D Carico competitivo totale TCL

14 Gli scenari di infestazione Tab. 1 Scenari di infestazione e indici di competizione (CI) delle infestanti SPECIE INFESTANTI piante per metro quadro scenario di infestazione A B C D E taglia delle piante grande piccola grande piccola grande piccola grande piccola grande piccola Lolium multiflorum Lam Echinochloa crus-galli (L.) P. Beauv Digitaria sanguinalis (L.) Scop Sorghum halepense (L.) Pers. (rizoma) Sorghum halepense (L.) Pers. (seme) Polygonum persicaria L Portulaca oleracea L Polygonum aviculare L Abutilon theophrasti Medicus Rapistrum rugosum (L.) All Solanum nigrum L Amaranthus cruentus L Chenopodium album L Xanthium strumarium L indice di competizione carico competitivo totale (TCL) A: terreno torboso B: terreno limoso C: terreno limoso con A. theofrasti D: terreno sabbioso-limoso E: terreno limoso (secondo raccolto)

15 L effetto dei trattamenti l applicazione dei trattamenti erbicidi, aumentando la mortalità delle erbe infestanti, ne diminuisce il carico competitivo totale: TCL j = Σ i (1-K ij ) N i CI i TCL j : carico competitivo totale residuo dopo il trattamento j-esimo K ij : kill rate del trattamento j-esimo per la specie i-esima Perdita di resa percentuale D Carico competitivo totale TCL

16 I trattamenti di diserbo i trattamenti di diserbo tradizionali per la soia comprendono trattamenti di preemergenza e di postemergenza in questo studio sono state considerate 125 combinazioni pre+post per la soia tradizionale più un trattamento (a base di glifosato) per la soia GM nota l efficacia dei principi attivi sulle diverse malerbe, è possibile calcolare il carico competitivo residuo e, mediante il modello di competizione, la resa agricola ottenibile Treflan+Basagran Treflan+Blazer Treflan+Basagran+Blazer Treflan+Twinex Treflan+Overtop Treflan+Harmony Treflan+Overtop+Harmony Treflan+Dynam+Etravon Siltrinul+Basagran Siltrinul+Blazer Siltrinul+Basagran+Blazer Siltrinul+Twinex Siltrinul+Overtop Siltrinul+Harmony Siltrinul+Overtop+Harmony Siltrinul+Dynam+Etravon Stomp+Basagran Stomp+Blazer...

17 I trattamenti di diserbo Tab. 2 Trattamenti erbicidi comunemente utilizzati in Italia per la soia Nome commerciale Tipologia Principio attivo Dose di applicazione Treflan EC Preemergenza Trifluralin (480 g/l) L/ha Siltrinul Preemergenza Trifluralin (244 g/l) +Linuron (122 g/l) L/ha Stomp 330E Preemergenza Pendimethalin (307 g/l) L/ha Panter Preemergenza Pendimethalin (160 g/l) + Linuron (90 g/l) 3.0 L/ha Acconem Preemergenza Pendimethalin (37,5%) + Metobromuron (21,4%) kg/ha Pendiclor Preemergenza Pendimethalin (200 g/l) + Metolachlor (300 g/l) L/ha Antigram Preemergenza Metolachlor (440 g/l) L/ha Dual VegOil Preemergenza Metolachlor (728 g/l) L/ha Dual VegOil + Afalon DS Preemergenza Metolachlor (728 g/l) + Linuron (450 g/l) L/ha L/ha Cadou Combi Pack Preemergenza Flufenacet (60%) + Metribuzin (35%) 0.8 kg/ha Afalon DS Preemergenza Linuron (450 g/l) L/ha Patoran Preemergenza Metobromuron (50%) kg/ha Sencor WG Preemergenza Metribuzin (35%) kg/ha Ronstar FL Preemergenza Oxadiazon (380 g/l) L/ha Basagran SG Postemergenza Bentazon (87%) kg/ha Blazer 2L Postemergenza Acifluorfen (235 g/l) L/ha Basagran SG + Blazer 2L Postemergenza Bentazon (87%) + Acifluorfen (235 g/l) kg/ha L/ha Twinex Postemergenza Bentazon (288 g/l) + Fomesafen (80 g/l) L/ha Overtop 35 LC Postemergenza Imazethapyr (35 g/l) 1.0 L/ha Harmony Postemergenza Thifensulfuron methyl (75%) 5 g/ha Overtop 35 LC + Harmony Postemergenza Imazethapyr (35 g/l) + Thifensulfuron methyl (75%) L/ha g/ha Dynam + Etravon Postemergenza Oxasulfuron (75%) 100 g/ha Roundup Postemergenza Glyphosate (360 g/l) L/ha

18 Efficacia dei trattamenti Tab. 3 Kill rates degli erbicidi per le diverse specie infestanti Treflan EC Siltrinul Stomp 330E Panter Acconem Pendiclor Antigram SPECIE INFESTANTI Dual VegOil taglia delle piante gr. picc. gr. picc. gr. picc. gr. picc. gr. picc. gr. picc. gr. picc. gr. picc. kill rate Lolium multiflorum Lam Echinochloa crus-galli (L.) P. Beauv Digitaria sanguinalis (L.) Scop Sorghum halepense (L.) Pers. (rizoma) Sorghum halepense (L.) Pers. (seme) Polygonum persicaria L Portulaca oleracea L Polygonum aviculare L Abutilon theophrasti Medicus Rapistrum rugosum (L.) All Solanum nigrum L Amaranthus cruentus L Chenopodium album L Xanthium strumarium L

19 Stima delle rese e dei profitti scenario di infestazione trattamento erbicida resa agricola Y (t/ha) prezzo p = 200 /t ricavi R = p Y ( /ha) contributo UE U = 400 /ha profitto Π ( /ha) costo trattam. c ( /t) costo applicaz. A ( /t) altri costi CP ( /t) costi totali C ( /t)

20 EIQ: un indice di impatto ambientale dei pesticidi Environmental Impact Quotient (Kovach et al. 1992) Agricoltore FW Consumatore CONS Ecosistema ECO tossicità cronica tossicità acuta persistenza fogliare tossicità cronica persistenza al suolo persistenza fogliare sistemicità potenziale di percolazione tossicità per pesci, uccelli, api e artropodi benefici t 1/2 sulle foglie potenziale di dilavamento

21 L impatto sull agricoltore FW = C [(5 DT) + (DT P)] C: tossicità cronica DT: tossicità acuta per i mammiferi P: emivita sulla superficie fogliare

22 L impatto sul consumatore CONS = C SY (S + P)/2 + L C: tossicità cronica SY: sistemicità S: emivita al suolo P: emivita sulla superficie fogliare L: potenziale di percolazione

23 L impatto sull ecosistema ECO = F R + 3 D (S + P)/2 +3 Z P+5 B P F: tossicità per i pesci R: potenziale di dilavamento D: tossicità per gli uccelli S: emivita al suolo P: emivita sulla superficie fogliare Z: tossicità per le api B: tossicità per gli organismi del suolo

24 L impatto ambientale dei trattamenti Tab. 5 Environmental Impact Quotient (EIQ) dei 15 principi attivi considerati Erbicidi di preemergenza Erbicidi di postemergenza Principio attivo C DT P SY S L F R D Z B FW CONS ECO EIQ Trifluralin Pendimethalin Metolachlor Linuron Metobromuron Metribuzin Flufenacet Oxadiazon Bentazon Acifluorfen Fomesafen Imazethapyr Thifensulfuron-methyl Oxasulfuron Glyphosate

25 L impatto ambientale dei trattamenti

26 Come scegliere il trattamento migliore? impatti sulla salute e sull ecosistema difficilmente monetizzabili Analisi Costi-Benefici vincoli di legge già rispettati (si spera!), altri vincoli difficilmente ipotizzabili Analisi Costi-Efficacia rese produttive (t, ) e rischi per la salute (?) sono grandezze difficili da confrontare direttamente o da ricondurre a un unica unità di misura massimizzare i profitti e minimizzare i rischi sono obiettivi verosimilmente conflittuali Analisi a Molti Obiettivi

27 Quali obiettivi? trattamento produzione profitto impatti ambientali max {produzione} max {profitto} min {impatto }

28 Una questione di punti di vista max profitto, min EIQ il punto di vista «sociale»... max profitto, min FW...quello dell agricoltore... max resa, min CONS...quello del consumatore... max profitto, min ECO...quello dell «ecologo economista»

29 L analisi a molti obiettivi esempio: 9 alternative 2 obiettivi: max {profitto} min {impatto ambientale} impatto ambientale profitto

30 Il criterio di efficienza di Pareto l alternativa 4 è dominata (in senso paretiano) dall alternativa 8 perché ha costo più elevato è più inquinante impatto ambientale 1 3 frontiera di Pareto profitto

31 La scelta delle alternative come identificare il miglior compromesso? criterio della massima curvatura J 1 criterio dell utopia P metodo dei pesi curve di indifferenza U J 2

32 Risultati

33 Analisi di sensitività i trattamenti che realizzano il miglior compromesso tra massimizzazione del profitto e minimizzazione dell impatto ambientale sono stati individuati: ordinando i trattamenti in base alla loro distanza dal punto utopia (max profitto, min EIQ) ripetendo l operazione su un insieme di 5 scenari di infestazione 3 livelli del prezzo di vendita della soia

34 Sensitività al prezzo di vendita

35 Ordinamento dei trattamenti per capire se ci sono dei trattamenti con buone prestazioni indipendentemente dal prezzo della soia e dallo scenario di infestazione si è assegnato a ogni trattamento un punteggio pari al numero di volte in cui compare tra i migliori 8: Trattamento Punteggio Patoran + Dynam + Etravon 15 Sencor WG + Overtop 35 LC + Harmony 14 Sencor WG + Overtop 35 LC 13 Sencor WG + Dynam + Etravon 13 Afalon DS + Dynam + Etravon 13 Afalon DS + Overtop 35 LC + Harmony 13 Afalon DS + Overtop 35 LC 11 Dynam + Etravon 11 Patoran + Overtop 35 LC + Harmony 10 Ronstar FL + Dynam + Etravon 8

36 Conclusioni dal punto di vista strettamente economico il binomio RRSglifosato fornisce buone prestazioni a bassi livelli di infestazione, grazie all ampio spettro d azione e al basso costo il glifosato presenta tuttavia un elevato impatto sull ecosistema, in particolare sugli artropodi e i microrganismi del suolo...senza contare le preoccupazioni di consumatori e scienziati sui potenziali rischi ambientali e sulla salute dell uso esteso di varietà vegetali geneticamente modificate! i risultati dell analisi a molti attributi evidenziano la disponibilità di trattamenti combinati (pre+postemergenza) per la soia tradizionale che garantiscono profitti più elevati e un minore livello di rischio per la salute e l ambiente anche in presenza di infestazioni intense