Uso sostenibile dei prodotti fitosanitari e IPM: prospettive di ricerca in Italia Roma, 27 settembre 2011 Misure di mitigazione del rischio Giuseppe Zanin 1, Stefan Otto 2, Aldo Ferrero 3, Giovanna Azimonti 4 1 Dipartimento di Agronomia Ambientale e Produzioni Vegetali - Univ. di Padova 2 Istituto di Biologia Agroambientale e Forestale-CNR, Legnaro (PD) 3 Dipartimento di Agronomia, Selvicoltura e Gestione del Territorio Univ. di Torino 4 I.C.P.S. - Azienda Ospedaliera "Ospedale Luigi Sacco" Milano 1
MISURE DI MITIGAZIONE DEL RISCHIO Cosa significa mitigare il rischio? Significa introdurre nel sistema produttivo misure di vario tipo al fine di ridurre i potenziali effetti nocivi dei PF e rendere quindi piä sicura per l uomo e l ambiente la tecnologia protezione delle colture. Le misure di mitigazione possono essere strutturali o non strutturali. Le misure strutturali comportano interventi sull ecotono e/o all esterno dello stesso, dopo l applicazione del PF. Le misure non strutturali invece comportano interventi, scelte, decisioni, comportamenti in tutte le varie fasi di impiego del PF, dall acquisto alla distribuzione in campo. 2
Per un dato organismo e PF, il rischio (R) Ñ dato da: R = P x E dove P rappresenta la pericolositå, cioñ la tossicitö intrinseca del PF, ed E l esposizione dell organismo al PF. Per gli organismi che vivono nei diversi comparti ambientali, E viene stimata con la PEC (concentr. ambientale prevedibile). Le misure di mitigazione possono agire su E riducendo le PEC nei vari comparti ambientali (acqua, aria, suolo ) oppure su P. R = P x E Mitigazione R = P x E 3
Rischio = P x E Le misure che agiscono su E possono essere: strutturali (fasce di rispetto, scoline vegetate, laghetti di sedimentazione, wetland, bioded) non strutturali (riduzione delle dosi, macchine innovative, conservation tillage). Le misure che agiscono su P sono non strutturali e riguardano: scelta di principi attivi o formulazioni meno tossiche scelta di epoche di intervento ottimali riduzione della dose (quando fattibile) 4
Chi e cosa proteggere dal rischio da PF? La Dir. 128/2009 indica Çl uomo e l ambienteñ, oggetti complessi. L uomo Ñ esposto al rischio da PF come consumatore delle derrate agricole e dell acqua potabile operatore residente o astante (bystander) Nell ambiente sono presenti, ad esempio organismi acquatici, terrestri e l avifauna. aree sensibili urbanizzate (scuole, ospedali, parchi.) acque superficiali, aree di ricarica acquiferi aree SIC 5
Il rischio derivante dall uso dei PF puà derivare da contaminazione diffusa o puntiforme. La presente relazione tratta la contaminazione diffusa e i seguenti target: uomo, visto come residente e astante aree sensibili acque superficiali e organismi acquatici Per applicare adeguate misure di mitigazione Ñ importante specificare l origine della contaminazione e il target da proteggere. 6
Principali fenomeni di dispersione ambientale Deriva Volatilizzazione Runoff Diluizione, Filtrazione, Deposizione, Adsorbimento Lisciviazione Deflusso sottosuperficiale Adsorbimento Degradazione Infiltrazione Strato impermeabile 7
Origine della contaminazione diffusa di PF ruscellamento deriva (drenaggio sotto-superficiale) Quali sono i target? Il ruscellamento ed il drenaggio sotto-superficiale coinvolgono: l ambiente acquatico e le aree sensibili (di ricarica e prelievo dell acqua potabile, aree SIC). La deriva coinvolge l ambiente acquatico, le aree sensibili, gli insetti utili, i residenti, gli astanti. 8
Mitigazione del Ruscellamento Misure non strutturali Gestione del terreno Conservation tillage. Applicazione non sempre facile. Aumenta l infiltrazione, riduce la massa d acqua conferita al corso d acqua, favorisce la sedimentazione dei solidi sospesi nell acqua di ruscellamento. Cover crops. Difficili da attuare, richiedono professionalitö. Agiscono come il conservation tillage ed in piâ assorbono anche parte dei PF. Inerbimento nelle colture arboree. Riduzione della compattazione favorisce l infiltrazione dell acqua. 9
Mitigazione del Ruscellamento Misure non strutturali Applicazione dell IPM In questo contesto sono importanti le scelte che portano ad usare principi attivi e formulati meno tossici (cioñ a minor rischio), ad applicarli nell epoca ottimale, ad utilizzarli al meglio con l ausilio di modelli previsionali o con gli strumenti dell agricoltura di precisione, quando possibile a ridurre le dosi, a sostituire PF con altri metodi di controllo (meccanici, fisici, biologici). 10
Mitigazione del Ruscellamento Misure non strutturali Applicazione dell IPM L applicazione dell IPM permette una riduzione nell impiego del mezzo chimico nel medio-lungo periodo. L IPM Ü la prima e principale misura di mitigazione perchá riduce la sorgente stessa della contaminazione. 11
Mitigazione del Ruscellamento Misure strutturali Vengono attuate a valle del processo produttivo o del campo coltivato: aree di rispetto vegetate, scoline vegetate, laghetti di sedimentazione, aree umide. La massa M di PF che ruscella nelle acque Ñ data da: M=(Volume x Conc.) acqua + (Volume x Conc.) sedimenti Le aree di rispetto riducono M riducendo sia V sia C. Le caratteristiche chimico-fisiche dei PF modulano il bilancio tra le forme solubili e adsorbite nel ruscellamento. E chiara l importanza della tessitura del terreno e delle caratteristiche degli eventi piovosi. 12
Esempio di misura di mitigazione strutturale: siepe 13
Esempio di misura di mitigazione strutturale: lettiera in una fascia vegetata erbacea+arborea 14
Esempio di misura di mitigazione non strutturale: inerbimento 15
Una corretta gestione puà ridurre molto l impiego di erbicidi Diserbo chimico sulla fila Interfila inerbito Interfila con diserbo meccanico Capezzagna (fascia di rispetto) inerbita 16
Ruscellamento Problematiche aperte Nelle normative di altri Paesi e nella proposta della CCTN le fasce di rispetto hanno una efficacia di riduzione della contaminazione che dipende unicamente della loro larghezza. 17
Indicazioni del Gruppo di Lavoro della CCPF Larghezza fascia (m) Modello Exposit Efficacia di riduzione (ER%) Modello SWAT Equazione di Zhang Proposta CCPF 2010 0 0 0 0 0 3 43,6 51 45 45 5 61,5 59 62 55 6 68,2 62,5 68 65 10 85,2 73 83 85 15 94,3 82 90 90 20 97,8 89 92 98 Queste indicazioni derivano da modelli deterministici e considerano una perfetta efficienza delle fasce di rispetto ed una copertura vegetale pressochá completa. Exposit: ER(%)=100-10^(-0,083*larghezza fascia+2,00) SWAT: ER(%)=0,367*(larghezza fascia)^0,2967 Zhang: ER(%)=93,2*(1-e^(0,22*larghezza fascia)) 18
Ruscellamento Ma l efficienza di mitigazione non dipende solo dalla larghezza della fascia ma anche da altre variabili, quali la pendenza, la copertura vegetale, la presenza di lettiera. Lavori condotti in Germania (*) evidenziano che l efficienza indicata dai modelli deterministici Ñ superiore a quella che si realizza in pratica, in particolare per le condizioni della copertura vegetale (discontinua) e la (non) formazione di un flusso laminare durante l evento di runoff. Secondo questi studi l efficienza di mitigazione calcolata dai modelli dovrebbe essere ridotta di un fattore 1,6. (*) Ohliger, R., Schulz, R., 2010. Water body and riparian buffer strip characteristics in a vineyard area to support aquatic pesticide exposure assessment. Science of the Total Environment 408, 5405-5413. 19
Ruscellamento Le fasce di rispetto sono utili se sono costruite adeguatamente e soprattutto mantenute con una elevata copertura vegetale (*), evitando che si formino vie preferenziali (es. solchetti) e permettendo uno scorrimento di tipo laminare all interno della fascia. (*) Otto, S., Vianello, M., Infantino, A., Zanin, G., Di Guardo A., 2008. Effect of a fullgrown vegetative filter strip on herbicide runoff: maintaining of filter capacity over time. Chemosphere 71, 74-82. 20
Deriva (Drift) (Trasporto di un agrofarmaco al di fuori del bersaglio) Deriva primaria (durante o subito dopo l irrorazione) Spray drift Deriva secondaria (volatilizzazione) Drift fallout 21
Aspetti importanti nella formazione e mitigazione della deriva primaria RIDUZIONE DELLA QUANTITâ Produzione delle gocce Dimensione VelocitÖ Uso di additivi PRIMARIA (durante o subito dopo l irrorazione) Trasporto delle gocce Temperatura UmiditÖ Vento Turbolenza DERIVA SECONDARIA (volatilizzazione) Intercettazione delle gocce Inversione termica Aree di rispetto Barriere verticali RIDUZIONE DEGLI EFFETTI 22
Mitigazione della Deriva Misure non strutturali Gestione e tecnologia delle irroratrici: ugelli, additivi, altezza barra, pressione, popolazione di gocce, irroratrici innovative ModalitÅ di trattamento: scelta del momento della giornata, trattamento solo alla parete interna dell ultimo filare Gestione della molecola: scelta della molecola e della formulazione, riduzione dosi (se possibile) Adeguamento sistemi di impianto e sviluppo vegetativo coltura (es. scelta varietö e forme di allevamento ) Misure strutturali Fasce di rispetto e barriere verticali (siepi): riducono la quantitö che raggiunge le acque o le aree sensibili. La vegetazione erbacea, importante per il ruscellamento, qui Ñ meno importante. Piâ importante Ñ l ampiezza (distanza). 23
La distanza dipende: dalla tossicitå del PF (PNEC, NOEC, DL50) dalla dose (g/ha) impiegata dalla presenza di barriere (es. siepi) dal tipo di attrezzatura impiegata dal modo con cui si esegue il trattamento valutazione ecotossicologica coltura trattata area sensibile (corso d'acqua ecc.) La zona di rispetto Ñ una misura strutturale con ampiezza che dipende in larga parte dalle misure non strutturali e dalla tossicitö del PF. 24
Deriva: la mitigazione Ü piä problematica nelle colture arboree 25
Deriva Fasce di rispetto e barriere verticali (siepi) sono le misure di mitigazione strutturali piä efficaci. Le equazioni di Rautmann e le tabelle di Ganzelmeier permettono di stimare la deriva in funzione della distanza dalla sorgente. Lazzaro et al. (2007) hanno modellizzato l effetto di mitigazione di una siepe. 26
Per la deriva lo spazio Ü importante Le aree di rispetto mettono spazio tra l irrorazione e l area da proteggere Eq. di Rautmann (2001) deriva da studi con barre irroratrici e calcola il deposito a terra di agrofarmaco in % della dose distribuita (y) in funzione della distanza (x) dall area trattata. Deposito a terra (% appl.) 5 4 y=2.775 x Deposito -0.9787 3 2 1 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Distanza dalla sorgente (m) 27
Deriva Distanza e fogliositö (porositö) influenzano la deposizione Il tipo di ugello influenza l entitö della deriva Deposizione a terra (% appl.) 9 8 7 6 5 4 3 2 1 Vigneti piena vegetazione Vigneti inizio vegetazione 0 0 10 20 30 40 50 Deriva (% appl.) 12 10 8 6 4 2 Convenzionali Antideriva 0 0 5 10 15 20 Distanza dalla sorgente (m) Distanza dalla sorgente (m) 28
Deriva Misure strutturali Nel caso di atomizzatori tradizionali la deriva puà essere mitigata con fasce di rispetto e barriere verticali (siepi) In assenza di barriere la deriva Ñ di 12-15 m Una siepe puà contenere la deriva 29
Deriva L eq. di Rautmann deriva da studi con barre irroratrici. Gli studi condotti a Padova con atomizzatori tradizionali hanno dato risultati simili (Lazzaro et al., 2008). Deposito a terra (% dell'appl.) 6 5 4 3 2 1 Rautmann et al. (2001) Lazzaro et al. (2008) 0 0 2 4 6 8 10 Distanza dalla sorgente (m) y=2.775 x -0.9787 Rautmann x y = a*exp - 3 * t* exp( W) Lazzaro y=deriva (massa) a distanza x (m) dall origine della deriva (ugelli in posizione x=0); a=quantitö iniziale di deriva a x=0, t=porositö ottica della siepe (frazione); senza siepe t=1; W=velocitÖ del vento (m/sec). 30
Effetto della siepe sulla larghezza delle aree di rispetto Frazione dell applicato in aria (Y) e abbattimento (A=1-Y) in funzione della distanza dall atomizzatore (D, m) e della presenza di una siepe con una certa porositö ottica (t) e con 3 velocitö del vento (W, m/sec). In rosso alcune combinazioni che consentono un abbattimento attorno al 50%. W 0,0 0,5 1,0 0,0 0,5 1,0 0,0 0,5 1,0 0,0 0,5 1,0 D Frazione in aria (Y) (da Lazzaro et al., 2008) Abbattimento (A=1-Y) (m) Assenza siepe (t=1,0) Presenza siepe (t=0,5) Assenza siepe (t=1,0) Presenza siepe (t=0,5) 0 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 1 0,72 0,82 0,88 0,51 0,67 0,78 0,28 0,18 0,12 0,49 0,33 0,22 2 0,51 0,67 0,78 0,26 0,45 0,61 0,49 0,33 0,22 0,74 0,55 0,39 3 0,37 0,55 0,69 0,14 0,30 0,48 0,63 0,45 0,31 0,86 0,70 0,52 4 0,26 0,45 0,61 0,07 0,20 0,37 0,74 0,55 0,39 0,93 0,80 0,63 5 0,19 0,36 0,54 0,04 0,13 0,29 0,81 0,64 0,46 0,96 0,87 0,71 10 0,04 0,13 0,29 0,00 0,02 0,09 0,96 0,87 0,71 1,00 0,98 0,91 15 0,01 0,05 0,16 0,00 0,00 0,03 0,99 0,95 0,84 1,00 1,00 0,97 20 0,00 0,02 0,09 0,00 0,00 0,01 1,00 0,98 0,91 1,00 1,00 0,99 25 0,00 0,01 0,05 0,00 0,00 0,00 1,00 0,99 0,95 1,00 1,00 1,00 Una siepe a 3 metri di distanza con una porositö ottica di 0,5 (siepe non completamente chiusa) e con un vento di 1,0 m/sec abbatte la deriva del 52%. Senza la siepe per avere un abbattimento simile (46%) la fascia di rispetto dovrebbe essere di 5 m. In presenza di siepe le aree di rispetto possono essere piä strette. 31
Deriva Residenti e astanti Il problema principale Ñ valutare l esposizione per inalazione e per assorbimento cutaneo a diverse distanze dal campo trattato. Due tipi di fenomeni coinvolti: Deriva primaria (Spray drift): durante il trattamento. Deriva secondaria (Drift fallout): volatilizzazione e ricaduta di PF dopo il trattamento. 32
Deriva Tipologia Presenza Tipo di deriva coinvolto Via di esposizione Valutazione del rischio richiesta Astanti Residenti Occasionale/ casuale Continua/ prolungata Spray drift Cutanea, Inalatoria Acuto Spray drift Cutanea, inalatoria A lungo termine Drift fallout Contatto (mani, bocca*) Acuto * es. bambini che giocano su un prato dove si Ñ depositato un PF. Mitigazione Spray drift Misure non strutturali (comportamenti e tecnologia) e strutturali, in particolare aree di rispetto e siepi. Mitigazione Drift fallout Misure non strutturali: scelta molecole meno volatili, evitare le formulazioni a base di esteri, evitare di trattare con stabilitö dell aria e con alte temperature. Rispettare il tempo di rientro. 33
Deriva La scelta della molecola Ü fondamentale La volatilitö di una sostanza Ñ esprimibile con la costante di Henry (H): H = VP/S (Pa m 3 /moli) Quindi H Ñ il rapporto tra la pressione parziale del soluto nell'aria (VP) e la sua concentrazione in acqua all'equilibrio (S) Le molecole con H>0,01 Pa m 3 /moli sono quelle piâ coinvolte nella deriva secondaria (drift fallout), favorita dalle alte temperature e dalla stabilitö dell aria. 34
Deriva 0.1000 Dose assorbita (mg/kg) 0.0100 0.0010 100% assorbimento 42% assorbimento arfd = 0,003 mg/kg 0.0001 0 20 40 60 80 100 120 140 Distanza dalla fila piâ esterna (m) Stima della zona di rispetto per proteggere un bambino di 10 kg da deriva di azinphos-methyl sulla base dell ARfD e con due percentuali di efficienza di assorbimento dermale (da Felsot, 2004). Con alcune misure si puà tuttavia ridurre l ampiezza: barriere verticali, tecnologia antideriva, riduzione dosi 35
Il disordine urbanistico, la parcellizzazione delle aziende, la fruizione sportiva e turistica delle zone collinari, rende difficile la soluzione. 36
Conclusioni (1) I dati a nostra disposizione sono ancora pochi e i risultati provenienti da altri Paesi non sempre si adattano alla nostra realtö. E necessario produrre dati sperimentali sulle diverse misure di mitigazione in ambienti e situazioni agronomiche diverse per potere dedurre norme efficaci, affidabili, chiare e facilmente utilizzabili dagli agricoltori. Una buona norma deve, idealmente, equilibrare esigenze tecniche e ambientali. Per questo motivo tutto il peso della mitigazione non deve ricadere sulle fasce vegetate ma deve essere ripartito su piä misure di mitigazione combinate tra di loro. 37
Conclusioni (2) Applicando piä misure si possono ottenere efficienze di mitigazione importanti anche con fasce strette, le uniche che in Italia hanno un senso pratico. Il PAN deve recepire questo principio. 38
Conclusioni (3) Ridurre la sorgente di contaminazione IPM Rallentare il conferimento dell acqua di runoff al corpo idrico principale Conservation tillage, laghetti di sedimentazione Combinare le diverse misure Fasce vegetate, siepi, inerbimento, gestione terreno, apertura solco. Scoline vegetate, laghetti di sedimentazione Intervenire il piä vicino possibile alla sorgente Favorire degradazione e infiltrazione del PF anche al di fuori dell ecotono, prima dell immissione nel corpo idrico 39
Conclusioni (4) Lo studio della mitigazione richiede una ricerca interdisciplinare: servono le competenze dell agronomo, del fiotoiatra, dell ingegnere agrario, dell ecotossicologo, del modellista. La ricerca deve avere un respiro olistico, non deve procedere per settori. E il risultato finale che interessa, e cioñ l ottimizzazione dell insieme delle misure non l ottimizzazione della singola misura di mitigazione. Bisogna privilegiare la prevenzione rispetto alla cura! 40
Grazie 41