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SILVA, A.A. & SILVA, J.F TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS SUMÁRIO Página Capítulo 1 - Biologia de Plantas Daninhas......................... 1 Antonio Alberto da Silva, Francisco Affonso Ferreira, Lino Roberto Ferreira e José Barbosa dos Santos 1. PLANTA DANINHA ..................................................................................................... 1 1.1. Prejuízos causados pelas plantas daninhas.......................................................... 2 1.1.1. Prejuízos diretos ........................................................................................ 2 1.1.2. Prejuízos indiretos ..................................................................................... 3 1.2. Origem, estabelecimento e propagação das plantas daninhas............................. 4 1.3. Classificação das plantas daninhas...................................................................... 11 1.3.1. Classificação quanto ao ciclo vegetativo:.................................................. 12 1.3.2. Classificação quanto ao hábito de crescimento: ........................................ 13 1.3.3. Classificação quanto ao habitat: ................................................................ 13 1.4. Características de agressividade das plantas daninhas........................................ 14 2. COMPETIÇÃO ENTRE PLANTAS DANINHAS E CULTURAS............................. 15 2.1. Fatores do ambiente passíveis de competição..................................................... 16 2.1.1. Competição por água................................................................................. 20 2.1.2. Competição por luz.................................................................................... 23 2.1.3. Competição por CO2................................................................................. 26 2.1.4. Competição por nutrientes......................................................................... 27 3. ALELOPATIA ................................................................................................................ 28 3.1. Alelopatia das plantas daninhas sobre as culturas e plantas daninhas ................ 31 3.2. Alelopatia das culturas sobre as plantas daninhas............................................... 32 3.3. Alelopatia entre culturas...................................................................................... 32 3.4. Alelopatia das coberturas mortas ........................................................................ 33 4. INTERFERÊNCIA E PERÍODO CRÍTICO DE COMPETIÇÃO................................ 34 REFERÊNCIAS .................................................................................................................. 37 Capítulo 2 - Métodos de Controle de Plantas Daninhas .. 41 Antonio Alberto da Silva, Francisco Affonso Ferreira, Lino Roberto Ferreira e José Barbosa dos Santos 1. INTRODUÇÃO............................................................................................................... 41 2. CONTROLE PREVENTIVO ......................................................................................... 41 3. CONTROLE CULTURAL............................................................................................. 42 4. CONTROLE MECÂNICO............................................................................................. 44 5. CONTROLE FÍSICO...................................................................................................... 45 6. CONTROLE BIOLÓGICO ............................................................................................ 46 7. CONTROLE QUÍMICO................................................................................................. 47 8. MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS (MIPD).................................. 49 REFERÊNCIAS .................................................................................................................. 55 SILVA, A.A. & SILVA, J.F TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS Página Capítulo 3 - HERBICIDAS: Classificação e Mecanismos de Ação ................................................................................ 58 Antonio Alberto da Silva, Francisco Affonso Ferreira e Lino Roberto Ferreira 1. QUANTO À SELETIVIDADE...................................................................................... 58 1.1. Herbicidas seletivos............................................................................................. 58 1.2. Herbicidas não-seletivos ..................................................................................... 58 2. QUANTO À ÉPOCA DE APLICAÇÃO....................................................................... 58 2.1. Pré-plantio ........................................................................................................... 58 2.2. Pós-plantio........................................................................................................... 59 3. QUANTO À TRANSLOCAÇÃO.................................................................................. 60 4. QUANTO AOS MECANISMOS DE AÇÃO................................................................ 60 4.1. Herbicidas auxínicos ou mimetizadores de auxina ............................................. 61 4.1.1. Seletividade ............................................................................................... 62 4.1.2. Problemas causados pela utilização incorreta de herbicidas auxínicos..... 62 4.1.3. Caracterização de alguns herbicidas auxínicos ......................................... 63 4.2. Herbicidas inibidores da fotossistema II ............................................................. 66 4.2.1. Mecanismo de ação ................................................................................... 66 4.2.2. Características gerais dos inibidores do fotossistema II............................ 68 4.2.3. Mecanismos de seletividade ...................................................................... 69 4.2.4. Caracterização de Alguns Herbicidas Inibidores do Fotossistema II ........ 70 4.3. Herbicidas inibidores da PPO ............................................................................. 77 4.3.1. Principais características ........................................................................... 77 4.3.2. Mecanismo de ação ................................................................................... 78 4.3.3. Caracterização de alguns herbicidas inibidores da PPO............................ 80 4.4. Herbicidas inibidores do arranjo dos microtúbulos............................................. 83 4.4.1. Mecanismo de ação ................................................................................... 83 4.4.2 Principais características ............................................................................ 84 4.4.3. Caracterização de alguns herbicidas inibidores dos microtúbulos ............ 85 4.5. Inibidores da síntese de ácidos graxos de cadeias muito longas (VLCFA) ........ 86 4.5.1. Principais características ........................................................................... 86 4.5.2. Mecanismo de ação das cloroacetamidas .................................................. 87 4.5.3. Características de algumas cloroacetamidas ............................................ 88 4.6. Herbicidas Inibidores do Fotossistema I ............................................................. 90 4.6.1. Características gerais ................................................................................. 90 4.6.2. Mecanismo de ação ................................................................................... 90 4.6.3. Principal herbicida do grupo ..................................................................... 91 4.7. Herbicidas inibidores da acetolactato sintase......................................................91 4.7.1. Algumas sulfoniluréias.............................................................................. 94 4.7.2. Algumas imidazolinonas ........................................................................... 97 4.7.3. Herbicida derivado do ácido pirimidiniloxibenzóico ................................ 100 4.8. Herbicidas inibidores da EPSPs .......................................................................... 100 4.8.1. Mecanismo de ação ................................................................................... 100 4.8.2. Características gerais ................................................................................ 101 4.9. Herbicidas inibidores da glutamina sintetase ...................................................... 103 4.9.1. Mecanismo de ação ................................................................................... 103 4.9.2. Característica gerais................................................................................... 103 4.10. Herbicidas inibidores da ACCase ..................................................................... 104 SILVA, A.A. & SILVA, J.F TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS Página 4.10.1. Principais características ......................................................................... 104 4.10.2. Mecanismos de ação................................................................................ 105 4.10.3. Caracterização de alguns inibidores da ACCase ..................................... 106 4.11. Herbicidas inibidores da síntese de lipídeos (não inibem a ACCase)............... 109 4.12. Herbicidas inibidores da síntese de carotenóides (despigmentadores) ............. 111 REFERÊNCIAS .................................................................................................................. 114 Capítulo 4 - HERBICIDAS: Absorção, Translocação, Metabolismo, Formulação e Misturas .............................. 118 José Francisco da Silva, José Ferreira da Silva, Lino Roberto Ferreira e Francisco Affonso Ferreira 1. ABSORÇÃO DE HERBICIDAS ................................................................................... 118 1.1. Introdução............................................................................................................ 118 1.2. Interceptação, retenção e absorção de herbicida pela folha ................................ 119 1.3. Penetração pelo caule .......................................................................................... 127 1.4. Penetração pelas raízes........................................................................................ 128 1.4.1. Fatores que influenciam a absorção através das raízes ............................. 129 1.4.2. Mecanismo de absorção de herbicidas ...................................................... 130 2. TRANSLOCAÇÃO DE HERBICIDAS ........................................................................ 133 2.1. Conceito de movimento simplástico e apoplástico ............................................. 133 2.1.1. Movimento descendente............................................................................ 134 2.1.2. Movimento ascendente.............................................................................. 135 2.1.3. Translocação de alguns herbicidas ............................................................ 135 3. METABOLISMO DOS HERBICIDAS NAS PLANTAS............................................ 137 4. FORMULAÇÃO............................................................................................................. 143 4.1. Veículo de aplicação (água) ................................................................................ 145 4.2. Tipos de formulações .......................................................................................... 146 4.2.1. Formulações sólidas .................................................................................. 146 4.2.2. Formulações líquidas................................................................................. 147 5. MISTURAS DE HERBICIDAS..................................................................................... 148 5.1. Vantagens das misturas ou combinações de herbicidas ...................................... 148 5.2. Incompatibilidade................................................................................................ 149 5.3. Interações entre herbicidas .................................................................................. 149 5.4. Interações de herbicidas com inseticidas em mistura.......................................... 151 REFERÊNCIAS .................................................................................................................. 151 Capítulo 5 - HERBICIDAS: Comportamento no Solo ..... 155 Antonio Alberto da Silva, Rafael Vivian e Rubem Silvério de Oliveira Jr. 1. INTRODUÇÃO............................................................................................................... 155 2. IMPORTÂNCIA DO ESTUDO DE HERBICIDAS NO SOLO .................................. 156 3. PROCESSOS DE RETENÇÃO ..................................................................................... 157 3.1. Precipitação ......................................................................................................... 158 3.2. Absorção.............................................................................................................. 158 3.3. Adsorção.............................................................................................................. 158 3.4. Sorção.................................................................................................................. 159 3.4.1. Estimativa da sorção.................................................................................. 161 SILVA, A.A. & SILVA, J.F TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS Página 3.4.2. Isotermas de sorção ................................................................................... 165 3.5. Principais propriedades do solo que influenciam a sorção de herbicidas ........... 168 3.5.1. Importância da matéria orgânica do solo na sorção de herbicidas ............ 169 3.5.2. Textura e mineralogia................................................................................ 173 3.5.3. PH do solo ................................................................................................. 175 3.6. Principais propriedades físico-químicas dos herbicidas que interferem na sua sorção no solo.................................................................................................... 177 3.6.1. Coeficiente de partição octanol-água (Kow)............................................. 178 3.6.2. Capacidade de dissociação eletrolítica (pKa)............................................ 178 3.7. Dessorção ............................................................................................................ 181 4. PROCESSOS DE TRANSPORTE................................................................................. 182 4.1. Escorrimento superficial (run-off) e sub-superficial (run-in) ............................. 182 4.2. Volatilização........................................................................................................ 183 4.2.1. Fatores que influenciam a volatilização .................................................... 183 4.2.2. Alternativas para redução de perdas por volatilização .............................. 185 4.2.3. Pressão de vapor (PV) ............................................................................... 186 4.2.4. Solubilidade (S) ......................................................................................... 186 4.2.5. Relação entre pressão de vapor (PV) e solubilidade (S) ........................... 188 4.2.6. Relação entre KH eincorporação de herbicidas........................................ 188 4.3. Absorção pelas plantas ........................................................................................ 189 4.4. Lixiviação............................................................................................................ 189 5. PROCESSOS DE TRANSFORMAÇÃO ...................................................................... 192 5.1. Persistência.......................................................................................................... 192 5.2. Degradação química............................................................................................ 197 5.3. Degradação biológica (microbiana) ou biodegradação....................................... 197 5.4. Fotodecomposição ou fotólise............................................................................. 200 6. CONSIDERAÇÕES FINAIS.......................................................................................... 201 REFERÊNCIAS .................................................................................................................. 202 Capítulo 6 - Fitorremediação de Áreas Contaminadas por Herbicidas .................................................................... 210 José Barbosa dos Santos, Antonio Alberto da Silva, Lino Roberto Ferreira, Sérgio de Oliveira Procópio e Fábio Ribeiro Pires 1. INTRODUÇÃO ............................................................................................................ 210 2. FITORREMEDIAÇÃO: MECANISMO DE BIORREMEDIAÇÃO ........................ 211 3. HERBICIDAS RESIDUAIS: OBJETO DE ESTUDO ............................................... 213 4. FITORREMEDIAÇÃO: CLASSIFICAÇÕES ............................................................ 214 4.1. Rizofiltração ........................................................................................................ 216 4.2. Fitoestimulação e rizodegradação ....................................................................... 217 4.3. Fitodegradação .................................................................................................... 219 5. ESTRATÉGIAS PARA O SUCESSO DA FITORREMEDIAÇÃO.......................... 222 5.1. Limitações para o emprego da técnica ................................................................ 223 5.2. Escolha da espécie vegetal remediadora ............................................................. 224 5.2.1. Proposta de etapas para a seleção das plantas ........................................... 225 6. CONSIDERAÇÕES FINAIS ....................................................................................... 232 REFERÊNCIAS .................................................................................................................. 233 SILVA, A.A. & SILVA, J.F TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS Página Capítulo 7 - HERBICIDAS: Resistência de Plantas ......... 240 Antonio Alberto da Silva, Leandro Vargas e Evander Alves Ferreira 1. INTRODUÇÃO............................................................................................................... 240 2. MECANISMOS QUE CONFEREM RESISTÊNCIA .................................................. 242 2.1. Alteração do local de ação................................................................................... 242 2.2. Metabolização ..................................................................................................... 244 2.3. Compartimentalização......................................................................................... 244 2.4. Absorção e translocação...................................................................................... 244 2.5. Sensibilidade, tolerância e resistência ................................................................. 245 3. RESISTÊNCIA CRUZADA........................................................................................... 245 4. RESISTÊNCIA MÚLTIPLA.......................................................................................... 246 5. EVOLUÇÃO DA RESISTÊNCIA................................................................................. 247 6. FATORES QUE FAVORECEM O SURGIMENTO DA RESISTÊNCIA.................. 252 6.1. Pressão de seleção ............................................................................................... 252 6.2. Variabilidade genética......................................................................................... 252 7. DIAGNÓSTICO DA RESISTÊNCIA A CAMPO........................................................ 253 8. COMO CONFIRMAR A RESISTÊNCIA..................................................................... 253 9. COMO EVITAR A RESISTÊNCIA .............................................................................. 254 10. MANEJO DA RESISTÊNCIA A HERBICIDAS....................................................... 256 11. CARACTERÍSTICAS DA RESISTÊNCIA POR GRUPOS HERBICIDAS.......... 257 11.1. Auxinas.............................................................................................................. 257 11.2. Bipiridílios......................................................................................................... 257 11.3. Derivados da glicina.......................................................................................... 258 11.4. Dinitroanilinas................................................................................................... 259 11.5. Inibidores de ACCase........................................................................................ 259 11.6. Inibidores de ALS ............................................................................................. 260 11.7. Triazinas ............................................................................................................ 262 11.8. Uréias/amidas .................................................................................................... 262 12. SELEÇÃO DE BIÓTIPOS RESISTENTES POR DIFERENTES MECANISMOS DE AÇÃO HERBICIDA.............................................................................................. 263 13. A RESISTÊNCIA DE PLANTAS DANINHAS NO BRASIL .................................. 264 14. RESISTÊNCIA DO AZEVÉM (Lolium multiflorum) AO GLYPHOSATE.............. 265 15. CULTURAS TRANSGÊNICAS E PLANTAS DANINHAS RESISTENTES A HERBICIDAS............................................................................................................... 270 15.1. Culturas transgênicas......................................................................................... 270 16. PLANTAS DANINHAS RESISTENTES EM CULTURAS TRANSGÊNICAS..... 275 17. COMENTÁRIOS FINAIS............................................................................................ 276 REFÊNCIAS........................................................................................................................ 277 Capítulo 8 - Tecnologia de Aplicação de Herbicidas Lino Roberto Ferreira, Francisco Affonso Ferreira e Aroldo Ferreira Lopes Machado 1. INTRODUÇÃO............................................................................................................... 282 2. ALVO BIOLÓGICO E EFICIÊNCIA ........................................................................... 283 3. MÉTODOS DE APLICAÇÃO DE DEFENSIVOS ...................................................... 284 3.1. Aplicação via líquida........................................................................................... 285 3.2. Cobertura do alvo ................................................................................................ 287 SILVA, A.A. & SILVA, J.F TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS Página 3.2.1. Classificação do tamanho de gotas............................................................290 3.3. Qualidade de distribuição da pulverização.......................................................... 291 3.4. Deriva – Causas e controle.................................................................................. 294 3.5. Equipamentos e técnicas para aplicação via líquida ........................................... 295 3.6. Tipos de pulverizadores ...................................................................................... 296 3.5.1. Componentes básicos dos pulverizadores hidráulicos .............................. 296 3.5.1.1. Tanque ou depósito do pulverizador ................................................... 298 3.5.1.2. Agitadores de tanque ........................................................................... 298 3.5.1.3. Registros .............................................................................................. 298 3.5.1.4. Filtros................................................................................................... 298 3.5.1.5. Bomba.................................................................................................. 299 3.5.1.6. Câmara de compensação ..................................................................... 299 3.5.1.7. Regulador de pressão........................................................................... 299 3.5.1.8. Manômetro .......................................................................................... 300 3.5.1.9. Registros ou válvulas direcionais ........................................................ 300 3.5.1.10. Barra .................................................................................................. 301 3.5.1.11. Bicos .................................................................................................. 302 3.5.2. Calibração do pulverizador de barra.......................................................... 306 4. EXEMPLOS DE CÁLCULOS....................................................................................... 308 5. SEGURANÇA NA APLICAÇÃO DE DEFENSIVOS................................................. 313 6. EXERCÍCIOS PROPOSTOS ......................................................................................... 313 REFERÊNCIAS .................................................................................................................. 317 SILVA, A.A. & SILVA, J.F Capítulo 1 BIOLOGIA DE PLANTAS DANINHAS Antonio Alberto da Silva, Francisco Affonso Ferreira, Lino Roberto Ferreira e José Barbosa dos Santos 1. PLANTA DANINHA Definir planta daninha nunca foi fácil, mesmo com a evolução nos estudos alcançada atualmente pela Ciência das Plantas Daninhas. Entretanto, todos os conceitos baseiam-se na sua indesejabilidade em relação a uma atividade humana. Uma planta pode ser daninha em determinado momento se estiver interferindo negativamente nos objetivos do homem, porém esta mesma planta pode ser útil em outra situação. A priori, nenhuma espécie de planta pode ser considerada daninha. Como exemplos, podem-se citar espécies altamente competidoras com culturas sendo extremamente úteis no controle da erosão, promovendo a reciclagem de nutrientes, servindo como planta medicinal, fornecendo néctar para as abelhas fabricarem o mel, etc. Uma planta cultivada também pode ser daninha se ela ocorrer numa área de outra cultura, como a presença do milho em cultura da soja e da aveia em cultura do trigo. Por esse motivo, são vários os conceitos de planta daninha: Shaw (1956), citado por Fischer (1973), afirma que planta daninha é qualquer planta que ocorre onde não é desejada. Cruz (1979) salienta que é uma planta sem valor econômico ou que compete, com o homem, pelo solo. Fischer (1973) apresenta duas definições: �plantas cujas vantagens ainda não foram descobertas� e �plantas que interferem com os objetivos do homem em determinada situação�. Na verdade, num conceito mais amplo, uma espécie só deve ser considerada daninha se estiver direta ou indiretamente prejudicando uma determinada atividade humana, como, por exemplos, plantas interferindo no desenvolvimento de culturas comerciais, plantas tóxicas em pastagens, plantas ao lado de refinarias de petróleo, plantas estranhas no jardim, etc. Numa cultura, por exemplo, em determinado período do ciclo, qualquer espécie que vier a afetar a produtividade e, ou, a qualidade do produto produzido ou interferir negativamente no processo da colheita é considerada daninha. As plantas daninhas podem ser agrupadas em comuns e verdadeiras. As comuns são aquelas que não possuem habilidade de sobreviver em condições adversas. Por exemplo, num plantio rotacional trigo/soja, as plantas de trigo que surgirem das sementes remanescentes no TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 1 - Biologia de Plantas Daninhas 1 SILVA, A.A., & SILVA, J.F. solo, passam a ser consideradas daninhas à cultura da soja. As consideradas verdadeiras possuem características especiais como a dormência que permite a sobrevivência em condições adversas, além de: a) Não serem melhoradas geneticamente; b) Serem rústicas quanto ao ataque de pragas e doenças; c) Possuirem habilidade de produzir grande número de sementes por planta, geralmente com facilidade para disseminação pelo vento, água, pêlo de animais, etc. Exemplo: Desmodium totuosum, que produz até 42.000 sementes por planta, as quais são facilmente dissemináveis por animais, por máquinas, por misturas de sementes, etc. d) Apresentarem dormência e germinação desuniforme, que são atributos que facilitam a perpetuação da espécie, pois, se todas as sementes germinassem de uma só vez, seria fácil erradicar uma espécie daninha. Muitas espécies de plantas daninhas são, ainda, capazes de se multiplicar por diversas maneiras (sementes, rizomas, bulbos, tubérculos, folhas, raízes, etc.). 1.1. Prejuízos causados pelas plantas daninhas 1.1.1. Prejuízos diretos As plantas daninhas, de certa forma, furtam energia do homem. Em média, cerca de 20- 30% do custo de produção de uma lavoura se deve ao custo do controle das plantas daninhas. Além da redução da produtividade das culturas, as plantas daninhas causam outros prejuízos diretos, por exemplo: a) Reduzem a qualidade do produto comercial. São exemplos a presença de sementes de picão-preto (Bidens pilosa) junto à fibra do algodão, sementes de capim-carrapicho (Cenchrus echinatus) junto ao feno, sementes de carrapicho-de-carneiro (Acanthospermum hispidum) aderidas à lã, tubérculos de tiririca se desenvolvendo dentro tubérculos de batata (Fig. 1), etc. b) São responsáveis pela não-certificação das sementes de culturas, quando estas são colhidas junto com sementes de determinadas espécies de plantas daninhas proibidas, como leiteiro (Euphorbia heterophylla), arroz-vermelho (Oryza sativa), capim- massambará (Sorghum halepense) e feijão-miúdo (Vigna unguiculata). É comum, também, impedirem a certificação de mudas em torrão, como é o caso de mudas cítricas produzidas em viveiro infestado com tiririca (Cyperus rotundus). TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 1 - Biologia de Plantas Daninhas 2 SILVA, A.A. & SILVA, J.F c) Podem intoxicar animais domésticos, quando presentes em pastagens. Por exemplo: cafezinho (Palicourea marcgravii), oficial-de-sala (Asclepias curassavica), cavalinha (Equisetum piramidale), flor-das-almas (Senecio brasiliensis), samambaia (Pteridium aquilinium), algodoeiro-bravo (Ipomoea fistulosa), chibata (Arrabidae bilabiata) e outras que podem causar a morte de animais. d) Algumas espécies exercem o parasitismo em fruteiras, milho e plantas ornamentais, entre outras. São exemplos a erva-de-passarinho (Phoradendron rubrum) em citros e a erva-de-bruxa (Striga lutea) em milho. Esta última é a pior invasora para milho, ainda não introduzida no Brasil. Ela produz cerca de 5.000 sementes por planta, quegerminam e parasitam as raízes do milho; dois meses mais tarde as plantas aparecem na superfície do solo, florescem rapidamente e iniciam novamente o ciclo parasitário. Figura 1 � Dano em batata inglesa devido à penetração e ao desenvolvimento de tuberculos de tiririca. Outras espécies de plantas daninhas podem ainda reduzir o valor da terra, como a tiririca (Cyperus rotundus) e a losna-brava (Artemisia verlotorum). Estas, quando presentes em áreas com culturas que apresentam pequena capacidade competitiva, como as olerícolas de modo geral, os parques e os jardins, têm o custo de controle muito elevado, tornando-se inviável economicamente. 1.1.2. Prejuízos indiretos As plantas daninhas podem ser hospedeiras alternativas de organismos nocivos a espécies vegetais cultivadas os quais podem causar doenças, como o mosaico-dourado do feijoeiro � virose transmitida pela mosca-branca após ter se �alimentado� de espécies do gênero Sida TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 1 - Biologia de Plantas Daninhas 3 SILVA, A.A., & SILVA, J.F. (Sida rhombifolia, Sida glaziovii, Sida micrantha, Sida santaremnensis, Sida cordifolia, etc.). Outro exemplo é o capim-massambará (Sorghum halepense), que é hospedeiro do vírus do mosaico da cana-de-açúcar. Mais de 50 espécies de plantas daninhas hospedam nematóides dos gêneros Meloydogyne e Heterodera (nematóide-do-cisto da soja). Algumas espécies, além dos prejuízos diretos que causam às culturas, podem, ainda, prejudicar ou mesmo até impedir a realização de certas práticas culturais e a colheita. São exemplos destas espécies a corda-de-viola (Ipomoea grandifolia, Ipomoea aristolochiaefolia, Ipomoea purpurea e outras desse gênero). Estas diminuem a eficiência das máquinas e aumentam as perdas durante a operação da colheita até mesmo quando em infestação moderada nas lavouras. Capim-carrapicho (Cenchrus echinatus), carrapicho-de-carneiro (Acathospermum hispidum), arranha-gato (Acassia plumosa) e outras plantas espinhosas podem até impedir a colheita manual das culturas. Outro exemplo de espécie de planta daninha que causa prejuízos diretos e indiretos é a Mucuna pruriens, infestante comum em lavouras de milho, feijão e cana- de-açúcar; esta espécie daninha dificulta tremendamente a colheita manual, pois, durante a operação da colheita, os tricomas de suas folhas se rompem a um leve contato e liberam toxinas que causam inflamação na pele do trabalhador. Espécies de plantas daninhas podem ser responsáveis pela criação de condições propícias ao desenvolvimento de organismos vetores de doenças ou de animais peçonhentos como cobras, aranhas e escorpiões. As plantas daninhas, também, são inconvenientes em áreas não-cultivadas: áreas industriais, vias públicas, ferrovias, refinarias de petróleo. Nestas áreas não é desejável a presença de plantas daninhas vivas ou mortas. Causam, também, problemas sérios em ambientes aquáticos, onde podem dificultar o manejo da água, aumentando o custo da irrigação, prejudicando a pesca, dificultando a manutenção de represas, o funcionamento de usinas hidrelétricas, etc. Espécies como a taboa (Typha angustifolia) e o aguapé (Eichornia crassipes), podem diminuir a eficiência de reservatórios ou de canais para irrigação, elevando a evapotranspiração e ocasionando maior perda de água, além de dificultar a navegação. 1.2. Origem, estabelecimento e propagação das plantas daninhas De acordo com Musik (1970) e Fischer (1973), as plantas daninhas originaram-se, inicialmente, dos distúrbios naturais, como glaciação, desmoronamentos de montanhas, ação de rios e mares, etc. Existem duas grandes teorias: a hidrosere, que afirma que a vida originou-se no meio líquido, e a xerosere, segundo a qual a vida teve origem em terra firme. Na verdade, devido TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 1 - Biologia de Plantas Daninhas 4 SILVA, A.A. & SILVA, J.F ao próprio conceito de planta daninha, elas começaram a aparecer quando o homem iniciou suas atividades agrícolas, separando as benéficas (denominadas plantas cultivadas) das maléficas (denominando-as de plantas daninhas). Estas são encontradas onde está o homem, porque ele é quem cria o ambiente favorável a elas. Musik (1970) salienta que o homem é, provavelmente, o responsável pela evolução das plantas daninhas, como o é, também, pelas plantas cultivadas. As plantas daninhas podem ser disseminadas por diversos meios. Vários são os diásporos, pelos quais as plantas podem perpetuar-se tanto por via seminífera como por via vegetativa. Por outro lado, a disseminação das plantas daninhas pode ser feita por vento, água, animais, incluindo o homem, que se constitui num grande disseminador de tais plantas. Todavia, o estabelecimento de uma determinada espécie daninha envolve os aspectos ecológicos da agregação e migração, além da competição pelos recursos do meio. Do ponto de vista morfofisiológico, o estabelecimento envolve o processo de germinação da semente, crescimento e desenvolvimento da planta, envolvendo os complexos aspectos morfogênicos e edafoclimáticos. A propagação vegetativa é um mecanismo de sobrevivência de grande importância nas plantas daninhas perenes. Os propágulos podem ser raízes, rizomas, tubérculos, etc., que apresentam duas características essenciais: dormência e reservas alimentícias. Desse modo, certas espécies como Sorghum halepense e Cynodon dactylon, que apresentam, além de sementes, reprodução vegetativa por meio de rizomas e estolões, respectivamente, são mais competitivas por possuírem como atributo elevada capacidade reprodutiva. Um tipo particular de disseminação vegetativa é a dita auxócora onde partes vegetativas das plantas em estádio avançado de desenvolvimento se destacam da planta mãe formando novos indivíduos, podendo ser por caules rastejantes, rizomas, bulbos, rebentos ou raízes. Normalmente, as plantas daninhas produzem muitas sementes, o que assegura alta taxa de dispersão e restabelecimento de uma infestação. O estudo do processo germinativo das sementes é de fundamental importância para quem trabalha com o manejo de plantas daninhas, pois a semente é uma das vias de entrada dos herbicidas, além das partes das plântulas, como hipocótilo, radícula, caulículo, etc. Além disso, muitos herbicidas atuam, ou seja, possuem seus mecanismos de ação ligados ao processo germinativo, impedindo que a planta se estabeleça. Se a semente não estiver em estado de dormência e houver condições ambientais favoráveis, como adequado suprimento hídrico, temperatura, concentração de oxigênio e presença ou ausência de luz, conforme ela seja fotoblástica positiva ou negativa, ela entrará em processo de germinação (PROPINIGIS, 1974; METIVIER, 1986; FERRI, 1985). TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 1 - Biologia de Plantas Daninhas 5 SILVA, A.A., & SILVA, J.F. A germinação da semente é a reativação dos pontos de crescimento do embrião que haviam sido paralisados nos estágios finais da maturação morfisiológica da semente. Do ponto de vista fisiológico, a germinação consiste no processo que se inicia com o suprimento de água à semente seca e termina quando o crescimento da plântula se inicia, ou seja, ocorre a ruptura do tegumento e saída da radícula. O processo da germinação inicia-se, portanto, com o ressurgimento das atividades paralisadas ou reduzidas por ocasião da maturação da semente, e para isso são necessários alguns requisitos fundamentais: estarem as sementes viáveis e as condições ambientais serem favoráveis. Para que uma semente viável (condição intrínseca) possa germinar, são necessárias as seguintes condições ambientais favoráveis: água em quantidade suficiente, temperatura adequada à espécie, atmosfera apropriada à espécie (concentração de CO2 e O2) e luz (comprimento de onda e intensidade). Essas necessidades são definidas paracada espécie e estão relacionadas com o habitat de origem e com a melhor forma de preservar a espécie (normalmente as espécies daninhas somente germinam quando existem condições para sobrevivência). A água é necessária para que ocorra a reidratação das sementes, que perdem muita umidade por ocasião de sua maturação e secagem. A quantidade de água necessária para reidratação, para a maioria das espécies, é de duas a três vezes o peso da semente. Entretanto, em fases seguintes à reidratação, é necessário o suprimento contínuo de água, para o desenvolvimento do eixo embrionário em plântula independente. A embebição das sementes é um processo físico que ocorre tanto nas sementes vivas quanto nas mortas, sendo dependente dos seguintes fatores: composição química da semente, permeabilidade do tegumento à água e presença de água na forma líquida ou gasosa. As características físico-químicas das substâncias coloidais das sementes irão comandar o potencial da água nas sementes. Com a embebição, aumenta-se o potencial de pressão interna na membrana que envolve a semente (pressão de embebição), o qual pode atingir centenas de atmosferas, provocando o rompimento do tegumento, por onde sairá a radícula. As principais substâncias responsáveis pela embebição são as proteínas, a celulose e as substâncias pécticas. A embebição também é influenciada pela temperatura (temperaturas mais elevadas, menor tempo para embebição). Outro fator que pode influenciar a embebição é a permeabilidade do tegumento da semente à água. É comum entre as espécies a presença do tegumento totalmente impermeável à água, dando origem ao que se chama de semente dura. Estas sementes permanecerão dormentes enquanto o tegumento estiver impermeável. Normalmente, cada espécie requer uma temperatura ideal para germinação. A temperatura ótima é aquela que permite a obtenção da maior percentagem de emergência no menor espaço de TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 1 - Biologia de Plantas Daninhas 6 SILVA, A.A. & SILVA, J.F tempo. Em temperaturas abaixo da ótima, a velocidade da germinação é menor, o que resulta numa diminuição do estande, porque as sementes ficam por períodos prolongados nos estágios iniciais da germinação e, nessas condições, ficam mais suscetíveis ao ataque de microrganismos patogênicos. Temperatura acima da ótima tende a aumentar, em demasia, a velocidade da germinação, causando crescente desorganização do mecanismo germinativo e impossibilitando que as sementes menos vigorosas completem a emergência. A temperatura ótima está relacionada com as atividades das enzimas que participam dos diversos processos metabólicos que ocorrem durante a germinação e cujas ações somente se tornam eficientes em temperaturas específicas. Há espécies cujas sementes somente germinam em regime de alternância de temperatura, como a grama-seda (Cynodon dactylon). Sementes desta espécie dificilmente germinam totalmente no escuro, em regime de temperatura constante entre 25 e 30 oC; entretanto, passam a germinar rapidamente se ocorrer alternância de temperaturas alta e baixa. Em algumas espécies tem-se observado, também, uma interdependência entre temperatura e outros fatores externos. Como exemplo desta interdependência podem-se citar as espécies do gênero Amaranthus, em que a luz pode promover a germinação mesmo em temperaturas desfavoráveis. A germinação, por se tratar de um processo que ocorre em células vivas, necessita de energia, obtida por meio do processo de oxidação na presença do oxigênio, isto é, respiração. A respiração envolve trocas de gases, razão por que a germinação das sementes é influenciada pela composição do ar atmosférico que as envolve. Em condições normais, as sementes germinam em atmosferas com 20% de O2 e 0,03% de CO2. O efeito do CO2 é normalmente contrário ao do O2, pois sementes de muitas espécies não conseguem germinar quando a concentração de CO2 é muito elevada. Através de concentrações elevadas de CO2 consegue-se evitar a germinação e auxiliar na conservação de sementes. Todavia, esta prática não é utilizada para conservação de sementes, porque uma atmosfera rica em nitrogênio parece ser mais econômica e eficiente. As necessidades e quantidades de 02 para germinação são influenciadas por outros fatores, como: a) altas temperaturas, que aumentam a necessidade de oxigênio pelo embrião, devido à maior atividade metabólica; e b) fatores do solo, como porosidade, profundidade de semeadura, porcentagem de matéria orgânica, atividade microbiana e teor de umidade. Além destes, a fase gasosa do solo apresenta uma série de substâncias voláteis que são produzidas pelas plantas, podendo, em alguns casos, ser inibidoras ou promotoras da germinação. Existem espécies de plantas daninhas que somente germinam no escuro, outras em luz contínua, outras necessitam de breve iluminação e outras são indiferentes. Esse fenômeno é semelhante ao fotoperiodismo observado para o florescimento. A necessidade de luz pode variar também em função do armazenamento. Em algumas espécies a necessidade de luz ocorre TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 1 - Biologia de Plantas Daninhas 7 SILVA, A.A., & SILVA, J.F. somente após a colheita e em outras por um longo período (por um ano ou mais). É importante salientar que a sensibilidade das sementes à luz é maior quando a semente está embebida. O período de exposição pode ser curto, como em sementes de alface (alta percentagem de germinação em exposição por um a dois minutos), ou muito curto, apenas flash de 0,001 segundo (sementes de fumo), ou, ainda, longo e de forma cíclica. O processo de germinação inicia-se com uma rápida absorção de água pelos biocolóides, ocorrendo a embebição de todos os tecidos da semente e uma expansão do tegumento envolvente; ao mesmo tempo, o embrião passa a sintetizar e liberar giberelinas que se movem através do endosperma (no caso das endospermáticas), havendo formação de α-amilase e outras enzimas. Esta fase da embebição coincide com o aumento da atividade metabólica, primeiramente na região da radícula do embrião, que é observada pelo aumento da respiração, que envolve a oxidação da matéria orgânica da semente com formação de ATP e substâncias intermediárias necessárias ao processo anabólico da germinação. Isso ocorre porque durante o processo da embebição a enzima β-amilase, presente na semente seca, é reativada e a enzima α-amilase é sintetizada de novo por estímulo hormonal (giberelinas) às expensas de aminoácidos originados de proteínas hidrolisadas e com a energia oriunda das atividades das fosforilases, da glicólise e da respiração. Em cereais, verifica-se inicialmente a ativação do m-RNA preexistente, acompanhada pelo aumento da síntese protéica no embrião. Aumenta-se, também, o número de ribossomos + RNA que incorporam os aminoácidos às proteínas, incrementando-se a respiração e o alongamento celular. Nas primeiras 12 a 16 horas após o início da embebição, observa-se aumento nas sínteses de DNA e RNA, iniciando-se o crescimento celular e a mitose; e, nas primeiras 24 horas iniciais, ocorrem a divisão e o alongamento celular, os quais dependem do uso de aminoácidos, lipídeos e carboidratos solúveis armazenados no embrião. Durante esta fase o ácido giberélico (giberelinas) estimula a ativação e, ou, síntese das amilases, que elevam a produção de glucose, frutose e maltose, as quais são essenciais para o desenvolvimento do embrião. Em conseqüência do aumento das atividades de diversas enzimas durante o processo de embebição, ocorrem o metabolismo e a mobilização das reservas das sementes. O amido, pela ação das enzimas amilases, é transformado em açúcares redutores e sacarose; os lipídeos, pela ação das lipases, são transformados em ácidos graxos (em oleaginosas, as gorduras são convertidas em sacarose pelo ciclo do glioxilato, através da açãode duas enzimas: isocitrase e sintetase do malato); as proteínas, pela ação das enzimas proteolíticas, são transformadas em aminoácidos; e a fitina, por ação das fitases, é transformada em inositol e fósforo inorgânico. TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 1 - Biologia de Plantas Daninhas 8 SILVA, A.A. & SILVA, J.F Um aspecto relacionado com a semente é a quiescência, que é o repouso metabólico da semente devido a condições externas desfavoráveis; a quiescência é confundida, por alguns autores, com a dormência. Um grande volume de sementes de plantas daninhas encontra-se, no solo, em estado da quiescência. O simples revolvimento do solo, a drenagem de áreas encharcadas e as irrigações de solos secos podem estimular a germinação dessas sementes. Dormência é devida a condições intrínsecas inerentes à própria semente, podendo ser física, mecânica ou fisiológica. Nesse caso, a semente não germina, mesmo que as condições ambientes sejam favoráveis. Para germinarem, necessitam que a dormência seja superada de alguma forma. Propinigis (1974) cita como exemplo marcante a dormência das plantas daninhas comparada à das plantas cultivadas, nas quais o melhoramento genético reduziu ou mesmo suprimiu tal atributo. É o caso das aveias silvestre e cultivada, que são plantas muito semelhantes e apresentam ciclos vegetativos praticamente iguais, porém a cultivada já não consegue viver sem ajuda do homem, enquanto a silvestre sobrevive por vários séculos sem a ajuda humana; pelo contrário, o homem sempre procurou erradicá-la, mas sem sucesso. A aveia cultivada amadurece no verão e suas sementes, sem dormência, germinam todas; e o inverno violento pode matar as plântulas. Já a aveia silvestre, por apresentar dormência, não germina de forma uniforme, sobrevivendo no solo por muito tempo, sendo considerada uma espécie de planta daninha importante. Os diversos tipos de dormência podem ser agrupados em: a) �Dormência primária�, também chamada de dormência inata, endógena, inerente ou natural; seria aquela que a semente adquire quando ainda está ligada à planta-mãe, durante o processo de maturação, e persiste por algum tempo após completada a maturação. b) �Dormência secundária�, também chamada de induzida; seria aquela que a semente, já liberada da planta mãe, numa condição de não dormente, adquire a dormência. No retorno ao ambiente favorável, a semente permanece dormente, requerendo condição especial para quebra da dormência. Tegumento impermeável tem sido causa mais freqüente desse tipo de dormência. A dormência, nas várias formas, é um dos mais importantes mecanismos indiretos de dispersão, sendo um meio necessário de sobrevivência entre as plantas daninhas. Através deste mecanismo a espécie consegue sobreviver em estações desfavoráveis, aumentando a sua população quando as condições retornam à sua normalidade. Como a dormência não é a mesma em todas as sementes de uma planta, pode ocorrer germinação durante meses ou até anos, garantindo a perpetuação da espécie. O amplo conhecimento da dormência poderá, no futuro, TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 1 - Biologia de Plantas Daninhas 9 SILVA, A.A., & SILVA, J.F. contribuir para o desenvolvimento de métodos mais eficientes de controle de plantas daninhas. Como exemplos de espécies de plantas daninhas que apresentam mecanismos de dormência podem-se citar: a) erva-formigueira (Chenopodium album): produz sementes com tegumentos normal e duro. Por esta razão, mesmo sob intenso controle sempre haverá no solo sementes desta espécie. Acredita-se que muitas outras espécies de plantas daninhas apresentam mecanismos semelhantes; b) língua-de-vaca (Rumex cryspus): germina melhor na presença de luz; e c) quinquilho (Datura stramonium): germina melhor no escuro. O leiteiro (Euphorbia heterophylla), por ser indiferente à luz, é capaz de germinar até a profundidade de 25 cm no solo (VARGAS et al., 1998). O solo agrícola é um banco de sementes de plantas daninhas contendo entre 2.000 e 50.000 sementes/m2/10 cm de profundidade. Do total dessas sementes, em um dado período, apenas 2 a 5% germinam; as demais permanecem dormentes. Por isso, uma avaliação da composição florística de uma área em uma única época do ano não representa o potencial de infestação desta área. Certas espécies necessitam de condições especiais para germinarem. Isso pode ocorrer pela simples movimentação do solo, que pode expor as sementes à luz (mesmo por frações de segundos), provocar mudança nos teores de umidade, na temperatura e na composição atmosférica do solo ou até mesmo acelerar a liberação de compostos estimulantes da germinação, como os nitratos. Maiores taxas de germinação são observadas em solo submetido a aração seguida da ação de outros implementos como enxada rotativa, sendo mais expressivas em solo com lijeira compactação, possivelmente pelo maior teor de umidade junto às sementes (maior contato entre as sementes e o solo). Isto pode ser observado facilmente em condições de campo, onde no rastro da roda do trator observa-se cerca de 10% a mais de emergência de plantas daninhas. Outro fator extremamente importante na germinação das sementes é a profundidade em que elas se encontram no solo. Espécies que produzem sementes grandes, como as dos gêneros Ipomoea e Euphorbia, podem germinar até a profundidades superiores a 15 e 25 cm, respectivamente (VARGAS et al., 1998); entretanto, espécies que produzem sementes pequenas, como Eleusine indica, somente germinam quando estão até a profundidade de 1,0 cm, sem o revolvimento do solo. As características físico-químicas do solo também influenciam a profundidade de emergência das sementes; assim, em solos muito compactados, a emergência ocorre em menores profundidades, quando comparada com solos pouco compactados. Outro fator que influencia a profundidade de emergência é o sistema de cultivo, como é o caso de Brachiaria plantaginea, TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 1 - Biologia de Plantas Daninhas 10 SILVA, A.A. & SILVA, J.F que germina até a profundidade de 3,0 cm no plantio convencional e somente até 1,5 cm no sistema de plantio direto. 1.3. Classificação das plantas daninhas Para facilitar a correta identificação da espécie, é importante conhecer algumas características que permitam agrupar as plantas daninhas em diferentes classificações. Em certos casos, a seletividade de alguns herbicidas baseia-se em diferenças morfológicas e fisiológicas existentes entre as espécies de plantas daninhas e cultivadas. Por estes e outros motivos é necessário conhecimento mais amplo das espécies de plantas daninhas, de suas formas de reprodução e ciclo de vida para se desenvolver um bom programa de manejo integrado. As plantas que produzem sementes englobam as monocotiledôneas e dicotiledôneas, com aproximadamente 170.000 espécies. Este grupo abrange quase todas as plantas consideradas daninhas (cerca de 30.000 espécies). Destas, cerca de 1.800 são consideradas mais nocivas em razão de suas características e seu comportamento, causando a cada ano grandes perdas na agricultura. O Quadro 1 apresenta as 12 famílias mais importantes do mundo. Em seguida, seguem os principais padrões de classificação para as diferentes espécies infestantes em áreas agrícolas e não agrícolas. Quadro 1 � Famílias de plantas daninhas e números de espécies mais importantes por família, segundo Holm (1978) Família No Espécies % Total de Espécies Daninhas Gramineae/Poaceae 44 37% Compositae/Asteraceae 32 (43%) Cyperaceae 12 Poligoniaceae 8 Amaranthaceae 7 Cruciferae 7 Leguminosae 6 (68%) Convolvulaceae 5 Euphorbiaceae 5 Chenopodiaceae 4 Malvaceae 4 Solanaceae 4 TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 1 - Biologia de Plantas Daninhas 11 SILVA, A.A., &SILVA, J.F. 1.3.1. Classificação quanto ao ciclo vegetativo: a) Anuais: germinam, desenvolvem, florescem, produzem sementes e morrem dentro de um ano. Estas podem ser anuais de inverno (que germinam no outono ou inverno, crescem na primavera e produzem frutos e morrem em meio ao verão) e anuais de verão (que germinam na primavera, crescem no verão e madurecem e morrem no outono). Em certas regiões do Brasil, principalmente no sul, onde as estações do ano são bem definidas, há nítida observância desses fatos. Propagam por frutos e sementes. A melhor época de controle para essas espécies seria antes da produação de sementes. Ex.: Amaranthus hibridus. b) Bienais: são plantas cujo completo desenvolvimento se dá normalmente em 2 anos. No primeiro germinam e crescem. No segundo, produzem flores, frutos, sementes e morrem. Devem ser controladas no primeiro ano. Podem ser anuais em uma região e bienais em outra. Ex.: Leonurus sibiricus. c) Perenes: as plantas perenes (ou vivazes) são aquelas que vivem mais de dois anos e são caracterizadas pela renovação do crescimento ano após ano a partir do mesmo sistema radicular. Podem dar flores e frutos durante anos consecutivos e reproduzem-se por sementes e por meios vegetativos. São melhores controladas com o uso de herbicidas sistêmicos pois o sistema mecânico de controle faz com que se multipliquem ainda mais através de suas partes vegetativas. Estas podem ser subclassificadas em: • perenes herbáceas simples - que se reproduzem por sementes e podem também reproduzir-se vegetativamente se injuriadas ou cortadas, sendo normalmente de fácil controle. Exemplo: Taraxacum officinale. • perenes herbáceas mais complexas - se reproduzem por sementes e por mecanismos vegetativos. Exemplos: Cynodon dactylon, Cyperus rotundus e Imperata brasilensis; • perenes lenhosas - são plantas cujos caules têm crescimento secundário, com incremento anual. Exemplo: Senna obtusifolia. • perenes rizomatosas � são aquelas que produzem caule subterrâneo (rizoma) que se propaga e se reproduz a certa distância da planta que a originou (planta mãe). O controle químico mais eficiente se dá por meio de herbicidas sistêmicos, levando- se em consideração a época de maior e menor disseminação. Ex.: Sorghum halepense. • perenes estoloníferas - produzem estólons, os quais emitem nós e daí raízes que originarão uma nova planta. Ex.: Brachiaria purpuracens. TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 1 - Biologia de Plantas Daninhas 12 SILVA, A.A. & SILVA, J.F • perenes tuberosas � são disseminadas basicamente por tubérculos (ou batatinhas). Ex.: tiririca (Cyperus rotundus). • lenhosas: são os vegetais perenes, de maior porte. São plantas daninhas comumente em pastagens. Ex.: Vermonia ferruginea. 1.3.2. Classificação quanto ao hábito de crescimento: a) Herbáceas: plantas tenras, de baixo porte. b) Arbustivas: são aquelas que apresentam ramificações desde a base. c) Arbóreas: plantas que também apresentam ramificações bem definidas, contudo acima da base do caule. d) Trepadeiras: se beneficiam de outras plantas usadas como suporte para o crescimento. e) Hemiepífitas: iniciam seu desenvolvimento como trepadeiras e, em desenvolvimento posterior emitem sistema radicular. f) Epífitas: são plantas que crescem sobre outras sem a utilização de fotoassimilados da planta usada como hospedeira. g) Parasitas: cresce sobre outra se beneficiando dos fotoassimilados da espécie vegetal parasitada. 1.3.3. Classificação quanto ao habitat: a) Terrestres: vivem sobre o solo. Algumas se desenvolvem melhor sobre solo mais férteis. Exemplos: Amaranthus spp e Portulaca oleracea. São consideradas indicadoras de solo fértil, sendo que sua presença valoriza o caráter agronômico do solo presente na área.....Ao contrário, existem as espécies que se desenvolvem em solos de baixa fertilidade, indicando solos pobres. Exemplos: Aristida pallens e Sida spp. Existem ainda aquelas indiferentes à fertilidade. Exemplo: Cyperus spp. b) Plantas daninhas de baixada: são aquelas espécies que se desenvolvem melhor em solos orgânicos e úmidos. Exemplos: Cuphea carthaginensis, Alternanthera philoxeroides. c) Plantas daninhas aquáticas: se subdividem em: • Aquáticas marginais (ou de talude) - são terrestres que ocorrem às margens de rios, lagoas, represas, etc. Exemplos: capim-fino (Brachiaria purpurascens) • Aquáticas flutuantes - ocorrem livremente nas superfícies da água, com as folhas fora da água e as raízes submersas. Ex. aguapé (Eichornia crassipes). TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 1 - Biologia de Plantas Daninhas 13 SILVA, A.A., & SILVA, J.F. • Aquáticas submersas livres - vivem inteiramente abaixo do nível da água. Ex. algas • Aquáticas submersas ancoradas - submersas com as raízes presas ao fundo. Ex. elódea (Egeria densa). • Aquáticas emergentes - possuem as folhas na superfície da água e as raízes ancoradas no fundo. Ex. taboa (Typha angustifolia). d) Plantas daninhas de ambiente indiferente: vivem tanto dentro como fora da água. Exemplo: Echinochloa spp. e) Plantas daninhas parasitas: vivem sobre outras plantas e vivendo às custas delas. Exemplos: Cuscuta racemosa e Phoradendrum rubrum. 1.4. Características de agressividade das plantas daninhas As características das plantas daninhas verdadeiras fazem com que estas sejam mais agressivas em termos de desenvolvimento e ocupação rápida do solo; com isso, dominam as plantas cultivadas, caso o homem não interfira, usando os métodos de controle disponíveis. Essas características de agressividade são: a) Elevada capacidade de produção de dissemínulos (sementes, bulbos, tubérculos, rizomas, estolões, etc.). Exemplos: Amaranthus retroflexus com 117.400 sementes por planta; Artemisia biennis: 107.500 sementes por planta; e Cyperus rotundus: apenas um tubérculo, em 60 dias, produz 126 tubérculos, e cada tubérculo possui cerca de dez gemas que, quando separadas, cortadas, no momento do cultivo do solo, podem gerar mais dez plantas; além de tudo isso, esta planta produz centenas de sementes viáveis. b) Manutenção da viabilidade mesmo em condições desfavoráveis. Exemplo: Convolvulus arvensis, cujas sementes permanecem viáveis mesmo após 54 meses, submersas em água ou após passarem pelo aparelho digestivo do porco ou boi; e mantém alguma viabilidade após passarem pelo aparelho digestivo de ovinos e eqüinos e só perdem o poder germinativo passando pelo aparelho digestivo das aves. c) Capacidade de germinar e emergir a grandes profundidades. Exemplos: Avena fatua (aveia-brava) germina até a 17 cm; Ipomoea sp. (corda-de-viola), a 12 cm; e Euphorbia heterophylla (amendoim-bravo), a 20 cm. Esta característica, muitas vezes, é a causa do insucesso dos herbicidas aplicados ao solo. d) Grande desuniformidade no processo germinativo. Isso ocorre devido aos complexos processos de dormência, sendo uma das estratégias de sobrevivência das plantas daninhas. TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 1 - Biologia de Plantas Daninhas 14 SILVA, A.A. & SILVA, J.F e) Mecanismos alternativos de reprodução. Muitas espécies daninhas apresentam mais de um mecanismo de reprodução. Exemplos: Sorghum halepense (capim-massambará): reproduz por sementes e rizomas; Cynodon dactylon (grama-seda): por sementes e estolões; e Cyperus rotundus (tiririca): por sementes e tubérculos. f) Facilidade de dispersão dos propágulos a grandes distâncias. Isto ocorre pela ação de água, vento, animais, homem, máquinas, etc. Há duas situações distintas: 1) Disseminação auxócora (externa): Acanthospermum australe (carrapicho-de-carneiro) - adere à lã das ovelhas, e este foi o motivo de sua introdução no Brasil pela importação de animais ou lã; Echinoclhoa crusgali (capim-arroz) foi introduzido junto com as sementes importadas; e Bidens pilosa(picão-preto) é transportado a longas distâncias nos pêlos de animais ou roupas dos operadores de máquinas, etc. 2) Disseminação zoócora (interna): as sementes ingeridas pelos animais passam pelo intestino e, através das fezes, são distribuídas em outras áreas. Exemplos: Phoradendron rubrum (erva-de-passarinho), Momordica charantia (melão-de-são-caetano) e Paspalum notatum (grama-batatais). g) Rápido desenvolvimento e crescimento inicial. Muitas plantas daninhas crescem e se desenvolvem mais rápido que muitas culturas. Na cultura da cebola, por exemplo, as plantas daninhas germinam e crescem muito mais rápido, dominando facilmente a cultura, quando esta é conduzida por semeadura direta. Em soja, Brachiaria plantaginea tem grande facilidade para dominar a área quando o controle não é efetuado no momento oportuno. h) Grande longevidade dos dissemínulos. Observações com 107 espécies de plantas daninhas, cujas sementes foram enterradas em cápsulas porosas, a 20-100 cm de profundidade, mostraram que 71 delas estavam viáveis um ano após, 68 após 10 anos, 57 após 20 anos, 44 após 30 anos e 36 após 38 anos, nessas condições (KLINGMAN et al., 1982). Observações usando 14C mostraram que a semente do lótus da índia pode ser viável por 1.040 anos, e a da ançarinha-branca, por 1.700 anos. Essa grande longevidade se deve a inúmeros e complexos processos de dormência. 2. COMPETIÇÃO ENTRE PLANTAS DANINHAS E CULTURAS Para germinar, crescer e reproduzir-se, completando seu ciclo de vida, toda planta necessita de água, luz, calor, gás carbônico, oxigênio e nutrientes minerais em quantidades adequadas. À medida que a planta se desenvolve, esses fatores do ambiente podem se tornar limitados, agravados pela presença de outras plantas no mesmo espaço, que também lutam pelos mesmos fatores de crescimento, gerando, assim, uma relação de competição entre plantas TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 1 - Biologia de Plantas Daninhas 15 SILVA, A.A., & SILVA, J.F. vizinhas, sejam da mesma espécie ou de espécies diferentes. Decandole (1820) foi quem primeiro conceituou competição, afirmando que todas as plantas de um determinado lugar estão em estado de guerra entre si. Daí em diante vários outros conceitos foram emitidos. Para Weaver e Clements (1938), a competição seria a luta que se inicia entre indivíduos quando uma planta está em um grupo de outras plantas, ou quando esta é rodeada pelos seus descendentes, ou seja, envolve os aspectos da migração e agregação, respectivamente. Já Odum (1969) afirma que competição significa uma luta por um fator, e, em nível ecológico, a competição torna-se importante quando dois ou mais organismos lutam por algo que não existe em quantidade suficiente para todos. Locatelly e Doll (1977) definem competição como a luta que se estabelece entre a cultura e as plantas daninhas por água, luz, nutrientes e dióxido de carbono disponíveis em um determinado local e tempo; esses autores salientam que, em razão de a competição envolver vários fatores diretos e indiretos, muitas vezes é preferível falar-se em interferência de uma comunidade de plantas, daninhas ou não, sobre outras. Do exposto, depreende-se que, numa situação de competição, ambos os indivíduos são prejudicados. Contudo, nos ecossistemas agrícolas, as plantas daninhas sempre levam vantagem competitiva sobre as plantas cultivadas, pois nos programas de melhoramento genético tem-se procurado desenvolver cultivares que, com pequeno porte e pouco crescimento vegetativo, apresentem grande acúmulo de material em sementes, frutos, tubérculos ou outras partes de interesse econômico; quase sempre esse acréscimo na produtividade econômica da espécie cultivada é acompanhado por decréscimo no potencial competitivo (PITELLI, 1985). Outro aspecto importante é a grande agressividade, ou seja, a grande capacidade de sobrevivência das plantas daninhas. Estas se estabelecem rapidamente, diminuindo ou impedindo que as plantas cultivadas tenham acesso aos fatores de crescimento, comprometendo, assim, a produtividade das culturas e a qualidade dos produtos colhidos. 2.1. Fatores do ambiente passíveis de competição A competição entre plantas é diferente daquela que ocorre entre animais. Devido à falta de mobilidade dos vegetais, a competição entre plantas é de natureza aparentemente passiva, não sendo visível no início do desenvolvimento das plantas. Sabe-se, entretanto, que as plantas cultivadas, devido ao refinamento genético a que foram e ainda são submetidas, não apresentam, em sua maioria, capacidade de competir vantajosamente com as plantas daninhas verdadeiras. Em ecossistemas agrícolas, a cultura e as plantas daninhas desenvolvem-se juntas na mesma área. Como ambas possuem suas demandas por água, luz, nutrientes e CO2 e, na maioria TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 1 - Biologia de Plantas Daninhas 16 SILVA, A.A. & SILVA, J.F das vezes, estes fatores de crescimento (ou pelo menos um deles) estão disponíveis em quantidade insuficiente, até mesmo para o próprio desenvolvimento da cultura, estabelece-se a competição. Nessas circunstâncias, qualquer planta estranha que se estabeleça na cultura vai usar parte dos fatores de produção, já limitados no meio, reduzindo não somente a produtividade da cultura, mas também a qualidade do produto colhido. Nessa condição, a limitação de espaço, aéreo e subterrâneo, promovida pelas plantas daninhas pode ainda afetar o crescimento e desenvolvimento das plantas cultivadas. Radosevich et al. (1996) dividem os fatores do ambiente que determinam o crescimento das plantas e influenciam a competição em �recursos� e �condições�. Recursos são os fatores consumíveis, como água, gás carbônico, nutrientes e luz. A resposta das plantas aos recursos segue uma curva-padrão: é pequena se o recurso é limitado e é máxima quando o ponto de saturação é atingido, podendo declinar se houver excesso do recurso (ex: toxidez devido a excesso de Zn no solo). Para Santos et al. (2003), a superioridade das plantas daninhas na competição por esses recursos, algumas vezes observada em relação às culturas, pode ser devido à ocorrência de alta densidade dessas invasoras na área. Condições são fatores não diretamente consumíveis, como pH do solo, densidade do solo, que exercem extrema influência sobre a utilização dos recursos pelas plantas. A condição pode limitar a resposta da planta tanto pela carência quanto pela abundância, até que um nível ideal seja alcançado. Todavia, a competição somente se estabelece quando a intensidade de recrutamento de recursos do meio pelos competidores suplanta a capacidade do meio em fornecer aqueles recursos, ou quando um dos competidores impede o acesso por parte do outro competidor, como acontece, por exemplo, em condições de sombreamento (PITELLI, 1985). A maioria dos estudos sobre competição entre plantas daninhas e culturas tem focalizado somente a ocorrência e o impacto da competição na produção da cultura, sem examinar as características das plantas e os mecanismos que estão associados à competitividade (Radosevich et al., 1996). Contudo, trabalhos mais recentes têm apresentado algumas justificativas para a baixa produtividade observada para as culturas quando em competição com espécies de plantas daninhas: Bidens pilosa e Leonurus sibiricus, desenvolvendo-se juntamente com plantas de café em fase inicial, podem reduzir o conteúdo relativo de N-P-K nos tecidos dessa cultura para 28- 39-28% e 14-29-21% do total, respectivamente (RONCHI et al., 2003). Para Procópio et al. (2005), a elevada capacidade competitiva da espécie Desmodium tortuosum nas culturas da soja e do feijão pode ter como contribuição o maior acúmulo de nutrientes por essa planta daninha, principalmente o fósforo. TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 1 - Biologia de Plantas Daninhas 17SILVA, A.A., & SILVA, J.F. Shainsk e Radosevich (1992), citados por Radosevich et al. (1996) sugeriram que o mecanismo de competição por recursos deve ser demonstrado pela depleção desses associados à presença e abundância de plantas vizinhas, mudanças morfológicas e fisiológicas nas respostas de crescimento. Portanto, os mecanismos de competição consistem tanto do efeito que as plantas exercem sobre os recursos quanto da resposta das plantas às variações dos recursos (GOLDBERG, 1990, citado por RADOSEVICH et al., 1996). Embora a maioria das definições atuais sobre competição englobe o critério de Goldberg, várias outras teorias têm sido desenvolvidas para explicar a importância relativa dos componentes da competição e das características das plantas que lhes conferem competitividade superior. Radosevich et al. (1996) afirmam que duas dessas teorias (a de Grime e a de Tilman) têm recebido maior atenção do meio científico. De acordo com Grime, a competição é uma forma de plantas vizinhas utilizarem os mesmos recursos, e o sucesso na competição é fortemente determinado pela capacidade da planta em capturar recursos. Assim, um bom competidor apresenta alta taxa de crescimento relativo, podendo utilizar os recursos disponíveis rapidamente. Para Tilman, sucesso competitivo é a habilidade para extrair recursos escassos e para tolerar essa escassez de recursos. Portanto, nessa teoria, um bom competidor poderia ser a espécie com menor requerimento de recursos. Apesar de os debates continuarem a respeito da validade e relevância dessas duas teorias, ambas ajudam a explicar como espécies de plantas competem por recursos limitados e como as características das plantas influenciam sua habilidade competitiva. Com base nessas teorias, pode-se concluir que determinadas plantas são boas competidoras por utilizarem um recurso rapidamente ou por serem capazes de continuar a crescer, mesmo com baixos níveis do recurso (RADOSEVICH et al.,1996). A base fisiológica que explica a competição é muito complexa, não estando, ainda, totalmente esclarecida. Na realidade, a competição entre a planta daninha e a cultivada afeta ambas as partes, porém a espécie daninha quase sempre supera a cultivada. Os fatores que determinam a competitividade entre plantas daninhas e culturas são o seu porte e sua arquitetura; a velocidade de germinação e estabelecimento da plântula; a velocidade do crescimento e a extensão do sistema radicular; a suscetibilidade das espécies daninhas às intempéries climáticas, como veranico e geadas; o índice de área foliar; e a capacidade de produção e liberação de substâncias químicas com propriedades alelopáticas. A competição entre plantas daninhas e culturas é um fator crítico para o desenvolvimento da cultura quando a espécie daninha se estabelece junto ou primeiro que a cultura (RADOSEVICH, 1996). Todavia, se a cultura se estabelecer primeiro, em função da espécie cultivada, do seu vigor, da velocidade de crescimento inicial e da densidade de plantio, ela TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 1 - Biologia de Plantas Daninhas 18 SILVA, A.A. & SILVA, J.F poderá cobrir rapidamente o solo, podendo excluir ou inibir significativamente o crescimento das plantas daninhas. No entanto, se a população de plantas da cultura por área for baixa ou o estande desuniforme, as plantas daninhas poderão vencer a competição pelos substratos ecológicos. A competição pode ser intra-específica, ocorrendo entre indivíduos de uma mesma espécie, seja ela daninha ou não, e, também, interespecífica, envolvendo indivíduos de espécies diferentes. Entretando, ocorre também a competição intraplanta ou endocompetição, em que cada órgão ou parte da planta luta pelo fotoassimilado produzido nas fontes. Com base nos pontos descritos, várias generalizações podem ser inferidas sobre os aspectos competitivos entre as culturas e as plantas daninhas: a) A competição é mais séria quando a cultura está na fase jovem, isto é, nas primeiras seis a oito semanas após sua emergência, no caso das culturas anuais. b) As espécies daninhas de morfologia e desenvolvimento semelhantes ao da cultura, comumente, são mais competitivas se comparadas com aquelas que apresentam desenvolvimento diferente. c) A competição ocorre por água, luz, CO2, nutrientes e espaço, e as plantas daninhas e cultivadas podem, ainda, liberar aleloquímicos no solo, que podem inibir a germinação e, ou, desenvolvimento de outras plantas. d) Uma infestação moderada de plantas daninhas em lavouras pode ser tão danosa quanto uma infestação pesada, dependendo da época de seu estabelecimento, entre outros fatores. As características que fazem com que uma espécie de planta daninha seja mais competitiva do que outra cultivada são as seguintes: - Ciclo de vida semelhante ao da cultura. - Desenvolvimento inicial rápido das raízes e, ou, parte aérea. - Plasticidade fenotípica e populacional. - Germinação desuniforme no tempo e no espaço (presença de dormência). - Produção e liberação no solo de substâncias alelopáticas. - Produção de um elevado número de propágulos por planta. - Adaptação às mais variadas condições ambientais. Para que se faça o manejo adequado de plantas daninhas em uma cultura, o profissional necessita ter o conhecimento profundo da cultura e da vegetação daninha infestante da área a ser cultivada. O princípio básico da competição baseia-se no fato de que as primeiras plantas que surgem no solo, pequenas ou grandes, tendem a excluir as demais, pois se estabelecem primeiro. TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 1 - Biologia de Plantas Daninhas 19 SILVA, A.A., & SILVA, J.F. Desse modo, no manejo da cultura, as condições para que a cultura se estabeleça devem ser fornecidas antes do surgimento da vegetação daninha. Disso resulta a importância do preparo do solo, da profundidade de plantio, da percentagem de germinação e vigor das sementes, do cultivar adequado para a região, da época correta de plantio, etc., que são métodos culturais de controle de plantas daninhas. Conhecendo tais fatores, torna-se fácil o manejo da cultura de modo que esta leve vantagem sobre o complexo daninho, minimizando assim a competição ou até mesmo eliminando-a com a ajuda de outros métodos de controle, como o método químico, mecânico ou biológico, realizando, dessa forma, o chamado manejo integrado de plantas daninhas. 2.1.1. Competição por água As plantas daninhas são verdadeiras bombas extratoras de água do solo; por isso, é normal em alguns agroecossistemas, especialmente nos trópicos, em dias quentes, as plantas da cultura ficarem completamente murchas e as plantas daninhas túrgidas, sem qualquer sinal de déficit hídrico. Normalmente, a competição por água leva a planta a competir ao mesmo tempo por luz e nutrientes, especialmente nitrogênio e carbono. Vários fatores influenciam a capacidade competitiva das espécies por água. Dentre esses fatores destacam-se a taxa de exploração de volume do solo pelo sistema radicular; as características fisiológicas das plantas, como capacidade de remoção de água do solo, regulação estomática e capacidade das raízes de se ajustarem osmoticamente; magnitude da condutividade hidráulica das raízes; etc. (RADOSEVICH et al., 1996). Em trabalho realizado por Procópio et al. (2004b), ficou constatado que a planta daninha Bidens pilosa é capaz de extrair água do solo em tensões três vezes maiores do que as alcançadas pela soja e pelo feijão (Fig. 2). A razão da elevada capacidade de sobrevivência de B. pilosa com pouca água no solo pode estar relacionada com o fato de que, na fase inicial de seu desenvolvimento, esta espécie drena grande parte de fotoassimilados para a produção de raízes (baixa relação parte aérea/raiz) as quais promovem, em fases posteriores de desenvolvimento, maior exploração do solo em busca de água (PROCÓPIOet al., 2002). Certas espécies de plantas são capazes de usar menos água por unidade de matéria seca produzida que outras, ou seja, apresentam alta eficiência no uso da água (EUA = g de matéria seca produzida/g de H2O utilizada). É de se esperar, portanto, que essas plantas com baixo requerimento de água sejam mais produtivas durante o período de limitada disponibilidade de água que as plantas com alto requerimento em água e, portanto, mais competitivas TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 1 - Biologia de Plantas Daninhas 20 SILVA, A.A. & SILVA, J.F (RADOSEVICH et al.,1996). Todavia, algumas espécies de plantas daninhas podem apresentar diferentes valores de EUA ao longo do ciclo, podendo competir melhor por este recurso em diferentes estádios fenológicos da cultura. Alguns exemplos são apresentados no Quadro 3. Outra maneira de se estimar o consumo de água pelas plantas é através da eficiência transpiratória, que correlaciona a água transpirada com a biomassa seca produzida, chamada de coeficiente transpiratório (CT = volume água transpirado em mL/produção de biomassa seca, em gramas). O coeficiente transpiratório das diferentes espécies de plantas varia de 25 a 700. O abacaxi, por ser uma planta xerófila e apresentar uma rota fotossintética específica (CAM), tem um coeficiente transpiratório extremamente baixo. A maioria das culturas (feijão, soja, algodão, trigo, etc.) apresenta coeficiente transpiratório entre 500 e 700 (Quadro 4), pois são espécies que realizam o metabolismo C3 (plantas ineficientes). Por outro lado, algumas culturas como milho, sorgo e cana-de-açúcar e grande número de espécies daninhas (Cyperus rotundus, Cenchrus echinatus, Cynodon dactylon, Panicum maximun, Brachiaria plantaginea, Digitaria horizontalis, Amaranthus retroflexus, etc.), por realizarem o metabolismo C4, apresentam um coeficiente transpiratório entre 150 e 350 (Quadro 4). y = 0,6152x-0,2365 R2 = 0,80 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0 300 600 900 1200 1500 Potencial (-kPa) U m id ad e (k g kg -1 ) Desmodium tortuosum Glycine max Phaseolus vulgaris Bidens pilosa E. heterophylla (resistente) E. heterophylla (suscetível) y = 0,6152x-0,2365 R2 = 0,80 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0 300 600 900 1200 1500 Potencial (-kPa) U m id ad e (k g kg -1 ) Desmodium tortuosum Glycine max Phaseolus vulgaris Bidens pilosa E. heterophylla (resistente) E. heterophylla (suscetível) Figura 2 � Potencial hídrico no solo, cultivado com diferentes espécies vegetais, no ponto de murcha permanente (Procópio et al., 2004b). TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 1 - Biologia de Plantas Daninhas 21 SILVA, A.A., & SILVA, J.F. Quadro 3 � Valor máximo do uso eficiente da água (UEA) por diferentes espécies vegetais Valores antes do florescimento Valores após o florescimento Espécie vegetal -------UEA – biomassa seca em g kg-1 de água fornecida------- Phaseolus vulgaris 0,073 0,316 Glycine max 0,168 2,088 Euphorbia heterophylla 0,015 0,250 Bidens pilosa 0,017 1,367 Desmodium tortuosum 0,112 0,963 Fonte: Procópio et al. (2002). Quadro 4 - Volume de água transpirada (em mL) para acúmulo de 1 g de biomasa seca, para diferentes espécies de plantas Espécie vegetal Coeficiente transpiratório Fonte Amarantus hybridus* 152 Glycine max 700 Gossypium hirsutum 568 Phaseolus vulgaris 700 Panicum maximum* 267 Oryza sativa 682 Zea mays* 174 Sorghum vulgare* 153 Blanco, 1972 Brachiaria brizantha* 265 Silva et al., 2004 Eucalipto 282 Silva et al., 2004 * Espécies que realizam o mecanismo C4. Essa diferença na eficiência do uso da água é um fator importante na agressividade da espécie, porém o uso eficiente da água não é o único mecanismo utilizado para sobreviver à competição por água. Pearcy et al. (1981, citados por Radosevich et al., 1996), observaram que a diferença na eficiência de uso da água entre Chenopodium album (C3) e Amaranthus retroflexus TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 1 - Biologia de Plantas Daninhas 22 SILVA, A.A. & SILVA, J.F (C4) influenciou pouco a relação entre elas. Provavelmente a espécie C3 contornou a deficiência hídrica pelo controle estomatal, já que sua EUA é baixa. Já A. retroflexus, mesmo crescendo com outras espécies em condição imposta de estresse hídrico, não foi eliminado, com certeza devido à sua alta eficiência na utilização da água. 2.1.2. Competição por luz Para alguns autores, como Locatelly e Doll (1977), a competição pela luz não é tão importante como a competição por água e por nutrientes, chegando inclusive a citar exceções, como a de Sesbania exaltata, que compete vantajosamente por este fator de crescimento com a cultura do arroz. Esses autores salientam que, uma vez que a cultura tenha formado sombreamento completo, a competição das plantas daninhas pelo recurso luz passa a ser irrizório. Para outros autores, o melhoramento genético imposto às culturas possibilitou a seleção de plantas com elevada capacidade de utilização da luz, as quais, quando avaliadas isoladamente das plantas daninhas, apresentam maiores valores para o uso eficiente da radiação (UER). Santos et al. (2003) avaliaram o UER das culturas da soja e do feijão e das espécies de plantas daninhas Euphorbia heterophylla, Bidens pilosa e Desmodium tortuosum, verificando que as culturas foram capazes de produzir maior quantidade de biomassa por unidade de radiação captada. Os autores afirmam que, apesar de as plantas daninhas avaliadas apresentarem menor eficiência na utilização da radiação fotossinteticamente ativa, a maior capacidade competitiva delas, observada em campo, pode ser devida à maior população e melhor utilização de outros recursos, como água e nutrientes. Sabe-se que a competição pela luz é complexa sendo sua magnitude influenciada pela espécie, ou seja, se ela é umbrófila ou heliófila e, também, se a rota fotossintética que ela apresenta é C3, C4 ou se realiza o mecanismo ácido das crassuláceas (CAM). As diferenças entre as rotas fotossintéticas C3 (plantas ineficientes), C4 (plantas eficientes) e CAM estão nas reações bioquímicas que ocorrem na fase escura da fotossíntese. As plantas de rotas fotossintéticas do tipo C3 apresentam apenas o ciclo de Calvin e Benson, responsável pela fixação do CO2, de modo que o primeiro produto estável da fotossíntese é um composto de três carbonos (ácido 3-fosfoglicérico). A enzima responsável pela carboxilação primária do CO2 proveniente do ar é a ribulose 1-5 bifosfato carboxilase-oxigenase (Rubisco), a qual apresenta atividades de carboxilase e oxigenase. Esta enzima apresenta baixa afinidade pelo CO2 e, por ser ambígua quanto ao substrato, catalisa a produção do ác. 3-fosfoglicérico e, também, do glicolato, substrato inicial da respiração. Em conseqüência da TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 1 - Biologia de Plantas Daninhas 23 SILVA, A.A., & SILVA, J.F. ação desta enzima, as plantas C3 fotorrespiram intensamente, apresentam baixa afinidade pelo CO2 e possuem elevado ponto de compensação para CO2, baixo ponto de saturação luminosa, baixa eficiência no uso da água e menor taxa de produção de biomassa, quando comparadas com plantas de metabolismo do tipo C4 (Quadro 5). As plantas C4 possuem duas enzimas responsáveis pela fixação do CO2 . Estas plantas, além do ciclo de Calvin e Benson, que ocorre em todas as plantas superiores, possuem ainda o ciclo de Hatch e Slack. Essas plantas não apresentam fotorrespiração detectável, logo, não desassimilam o CO2 fixado. A enzima primária de carboxilação é a PEP-carboxilase, localizada nas células do mesófilo foliar, a qual carboxiliza o CO2 absorvido do ar via estômatos, no ácido fosfoenolpirúvico, formando o ácido oxaloacético (AOA). Este AOA é convertido em malatoou aspartato, dependendo da espécie vegetal, e, em seguida, por difusão, é transportado para as células da bainha vascular das folhas, onde estes produtos são descarboxilados, liberando no meio o CO2 e o ácido pirúvico. Este CO2 liberado é novamente fixado, agora pela enzima ribulose 1,5 difosfato carboxilase, ocorrendo o ciclo de Calvin e Benson; o ácido pirúvico, por difusão, retorna às células do mesófilo, onde é fosforilado, consumindo 2 ATPs, regenerando a enzima PEP-carboxilase e recomeçando o ciclo. É muito comum imaginar que as espécies de metabolismo C4 são sempre mais eficientes que as plantas C3; entretanto, isso só é verdade em determinadas condições. As plantas C4, por apresentarem dois sistemas carboxilativos, requerem maior energia para produção dos fotoassimilados, pois precisam recuperar duas enzimas para realização da fotossíntese. É sabido que a relação molécula de CO2 fixado/ATP/NADPH é de 1:3:2 para as plantas C3, sendo esta relação para as plantas C4 de 1:5:2. Este fato evidencia que as plantas C4 necessitam de mais energia para produção dos fotoassimilados. Como toda esta energia é proveniente da luz, se se reduzir o acesso à luz, estas plantas passarão a perder a competição com as plantas C3. Todavia, a enzima responsável pela carboxilação primária nas plantas C4 (PEP-carboxilase) apresenta algumas características, como: alta afinidade pelo CO2; atua especificamente como carboxilase; atividade ótima em temperaturas mais elevadas; e não satura em alta intensidade luminosa. Em função destas e outras características (Quadro 5), quando plantas estão se desenvolvendo em condições de temperaturas elevadas, alta luminosidade e até mesmo déficit hídrico temporário, as espécies C4 dominam completamente as C3, chegando a acumular o dobro de biomassa por área foliar no mesmo espaço de tempo. Isso acontece porque, nessas condições, a enzima carboxilativa das plantas C3 encontra-se saturada quanto à luz, e, em temperatura acima da ótima para a ribulose 1,5-bifosfato carboxilase-oxigenase (25oC), esta passa a atuar mais como oxidativa, liberando CO2. Além disso, é comum nestas condições os estômatos estarem parcialmente fechados (horas mais quentes do dia). Este fato faz com que a concentração do CO2 TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 1 - Biologia de Plantas Daninhas 24 SILVA, A.A. & SILVA, J.F no mesófilo foliar caia a níveis abaixo do mínimo necessário para atuação desta enzima, levando a planta a atingir o ponto de compensação rapidamente. Quadro 5 - Características diferenciais entre plantas com rotas fotossintéticas C3 e C4 Característica Fotossíntese C3 Fotossíntese C4 01. Fotorrespiração Presente: 25 a 30 % do valor da fotossíntese Presente: não mensurável pelo método de troca de gases com o ambiente 02. Primeiro produto estável Ácido 3-fosfoglicérico Ácido oxaloacético 03. Ponto de compensação Alto: 50-150 ppm de CO2 Baixo: 0,0 a 10 ppm de CO2 04. Anatomia foliar Ausência bainha vascular; quando presente, sem cloroplastos Presença de bainha vascular com cloroplastos; existem exceções. 05. Enzima primária carboxilativa RuDP-carboxilase (Km ≅ 20µM de CO2) PEP-carboxilase (Km ≅ 5µM de CO2) 06. Efeito do oxigênio (21%) sobre a fotossíntese. Inibição Sem efeito 07. Relação CO2 : ATP:NADPH 1 : 3 : 2 1 : 5 : 2 08. Fotossíntese x intensidade luminosa Satura com 1/3 da luminosidade máxima Não satura com aumento da luminosidade. 09. Temperatura ótima para a fotossíntese Próxima de 25 oC Próxima de 35 oC 10. Taxa de fotossíntese líquida com saturação de luz 15 a 35 mg CO2 dm-2 h-1 40 a 80 mg CO2 dm-2 h-1 11. Coeficiente transpiratório 450 a 1.000 g H2O / g biomassa seca 150 a 350 g H2O / g biomassa seca 12. Conteúdo de N na folha para atingir fotossíntese máxima 6,5 a 7,5 % da biomassa seca 3,0 a 4,5 % da biomassa seca Fonte: Ferri (1985). TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 1 - Biologia de Plantas Daninhas 25 SILVA, A.A., & SILVA, J.F. No caso das plantas C4, mesmo que a concentração de CO2 no mesófilo foliar atinja níveis muito baixos, ainda assim essas plantas continuam acumulando biomassa, porque a enzima responsável pela carboxilação primária nestas plantas (PEP-carboxilase) apresenta alta afinidade pelo CO2 (baixo Km) (Quadro 5). Isso é possível porque este grupo de plantas não apresenta fotorrespiração detectável. Como a maioria das culturas agronômicas das regiões tropicais e subtropicais (algodão, arroz, cana-de-açúcar, feijão, milho, mandioca, soja, etc.) são cultivadas nos meses do ano que coincidem com períodos de elevada intensidade luminosa e temperatura, plantas daninhas C4 tendem a ser as que exercerão maior competição com as culturas. Considerando todas as áreas do globo terrestre, estima-se que, entre as dez espécies de plantas daninhas mais nocivas do mundo, oito são plantas C4 anuais ou perenes: Cyperus rotundus, Cynodon dactylon, Sorghum halepense, Imperata cilindrica, Panicum maximum, Echinochloa colonum, Echinochloa crusgalli e Eleusine indica. 2.1.3. Competição por CO2 Com relação ao CO2, o aspecto competitivo não é comumente discutido e geralmente é considerado não-significante. Todavia, considerando as diferentes rotas fotossintéticas apresentadas por espécies de plantas daninhas e culturas, a concentração de CO2 no mesófilo foliar necessária para que uma determinada espécie passe a acumular matéria seca é diferente. Como a eficiência na captura de CO2 proveniente do ar é diferente entre plantas C3 e C4 (Quadro 5) e se sua concentração pode variar, por exemplo, dentro de uma população mista de plantas, ele pode ser limitante, principalmente, para as espécies de plantas C3. Outro ponto a ser considerado é a �Interação Radicular Passiva�. Sob condições normais, a atmosfera edáfica contém menos oxigênio e mais CO2 do que o ar acima do solo. Isso acontece devido ao consumo do oxigênio pelos microrganismos do solo e em razão de sua renovação lenta, em conseqüência da �tortuosidade� da matriz do solo, que oferece resistência à difusão e ao fluxo de massa, que são os dois processos principais de renovação da atmosfera do solo. Determinadas espécies de plantas são mais sensíveis ao excesso de CO2 e, ou, deficiência de oxigênio e, assim, podem levar desvantagem na competição com espécies mais tolerantes em tais situações; por exemplo, Molinia caerulea é mais tolerante a alta taxa de CO2 do que Erica tetralix, em condições de solo encharcado. TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 1 - Biologia de Plantas Daninhas 26 SILVA, A.A. & SILVA, J.F 2.1.4. Competição por nutrientes As plantas daninhas possuem grande capacidade de extrair do ambiente os elementos essenciais ao seu crescimento e desenvolvimento e, em conseqüência disso, exercem forte competição com as culturas pelos nutrientes essenciais, os quais quase sempre estão em quantidades inferiores às necessidades das culturas em nossos solos. Devido à grande variação em termos de recrutamento dos recursos minerais do solo apresentada pelas diferentes espécies de plantas daninhas, a competição por nutrientes depende, em alto grau, da quantidade e das espécies presentes. Por exemplo, Richardia brasiliensis acumula 10 vezes menos N, 20 vezes menos P e cinco vezes menos K comparada à soja (PEDRINHO JÚNIOR et al., 2004). No entanto, a alta infestação dessa planta daninha em lavouras de soja implica maior remoção desse nutriente para a massa total da espécie infestante. Quando se trata de analisar a capacidade de uma espécie de planta daninha em competir por nutrientes, deve-se considerar, além da quantidade extraída, os teores que ela apresenta na matéria seca. Procópio et al. (2005) observaram que Desmodium toruosum é capaz de acumular até 2,4 vezes mais P por g de massa seca comparada à soja em mesma condiçãode recursos. Além disso, os autores observaram que Bidens pilosa, em competição com o feijoeiro, é capaz de formar três vezes mais matéria seca por unidade de P absorvida do solo, evidenciando elevada eficiência na utilização desse nutriente. Além da capacidade em extrair nutrientes do solo, outras espécies são competidoras também na utilização desse recurso. Bidens pilosa e Euphorbia heterophylla apresentam maior eficiência na utilização do N absorvido no solo, comparadas à soja e ao feijão (PROCÓPIO et al., 2004a). Pode-se afirmar que, em campo, o manejo inadequado de nutrientes, com adição de subdoses, poderá favorecer espécies vegetais que utilizam mais eficientemente esse recurso. Em lavoura de arroz de sequeiro, desenvolvida na presença da comunidade infestante, Pitelli (1985), estudando a distribuição dos nutrientes extraídos pelas plantas daninhas e pela cultura, por ocasião do florescimento da cultura, observou que a matéria seca acumulada foi equivalente para a cultura e as plantas daninhas. Cerca de 80% do cálcio foi imobilizado pelas plantas daninhas, ao contrário do manganês com 85% de imobilização pela cultura. Isso demonstra que, além do acúmulo de matéria seca, a competição depende do nutriente. Os acúmulos de cálcio e manganês no arroz foram reduzidos em 40 e 28%, respectivamente, pela interferência imposta pela comunidade infestante. Ronchi et al. (2003), avaliando os períodos de convivência e acúmulo de nutrientes de diferentes plantas daninhas e o cafeeiro, verificaram que as espécies infestantes, mesmo em TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 1 - Biologia de Plantas Daninhas 27 SILVA, A.A., & SILVA, J.F. baixas densidades, acarretaram decréscimos consideráveis no conteúdo relativo de nutrientes de plantas de café, sendo C. diffusa a planta daninha que causou a maior diminuição no conteúdo relativo de nutrientes no cafeeiro (Quadro 6). Para os autores, o grau de interferência varia consideravelmente com a espécie e com a densidade das plantas daninhas. Quadro 6 � Conteúdo relativo* de nutrientes na parte aérea de plantas de café cultivadas em vasos (12 L de substrato), competindo com um exemplar de cada espécie vegetal em cada vaso (Ronchi et al., 2003). Conteúdo relativo* de nutrientes Espécie Vegetal PTC** N P K Ca Mg S Cu Zn B Mn Fé Na Bidens pilosa 77 59 72 67 67 74 97 106 66 76 59 54 69 Commelina diffusa 180 30 42 37 45 48 69 69 37 54 19 41 35 Leunurus sibiricus 82 35 33 38 36 40 41 66 37 41 30 57 39 Nicandra physaloides 68 37 62 68 72 76 86 114 69 101 50 107 68 Richardia brasiliensis 148 49 61 57 53 50 67 43 51 63 57 61 59 Sida rhombifolia 133 97 83 105 90 88 98 93 77 138 102 80 106 *Relativo ao conteúdo verificado na testemunha (cafeeiro sem competição). ** Período total de convivência da planta daninha com a muda de café no vaso 3. ALELOPATIA As plantas superiores desenvolveram notável capacidade de sintetizar, acumular e secretar uma grande variedade de metabólitos secundários, denominados aleloquímicos, que não parecem relacionados diretamente com nenhuma função do metabolismo primário, mas provavelmente estão associados com mecanismos ou estratégias químicas de adaptação às condições ambientais. A atividade promovida pelos aleloquímicos tem sido pesquisada como alternativa ou complemento ao uso de herbicidas. A maioria desses aleloquímicos é resultante do metabolismo secundário, sendo atribuído ao fato de que ao longo da evolução das plantas represetaram alguma vantagem contra a ação de microrganismos (fungos e bactérias), vírus, insetos, e outros patógenos e predadores, seja pela inibiação da ação desses, seja pelo estímulo ao crescimento e desenvolvimento das plantas (WALLER, 1999). Os aleloquímicos, quando lançados no TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 1 - Biologia de Plantas Daninhas 28 SILVA, A.A. & SILVA, J.F ambiente, promovem uma interação bioquímica entre plantas, incluindo microrganismos. Os efeitos podem ser deletérios ou benéficos sobre a planta ou microrganismos ou vice-versa. Assim, os compostos secundários que, lançados ao ambiente afetam o crescimento, o estado sanitário, o comportamento ou a biologia da população de organismos de outra espécie, são de interesse da alelopatia. Existe ainda a auto-alelopatia, ou seja, metabólitos secundários podem inibir a própria planta que os produziu, após serem transferidos para o ambiente (RICE, 1984). Almeida (1991) estabelece que o grupo de substâncias envolvidas no efeito alelopático � aleloquímicos -, possui a função de proteção das plantas contra o ataque de patógenos por meio da inibição do desenvovlvimento de microrganismos, repelindo ou atraindo insetos, como defesa ao ataque de herbívoros devido ao paladar desagradável ou venenoso conferido aos tecidos da raiz ou parte aérea, ou ainda reduzindo a competição de outras plantas cultivadas ou infestantes por inibição do seu desenvolvimento. A primeira demonstração científica de auto-alelopatia foi feita em feijão-miúdo (Vigna unguiculata), quando cultivado sucessivamente na mesma área. Em fruteiras (pessegueiros, macieiras e citros) também ocorre a auto-inibição do desenvolvimento em plantios na mesma área, após muitos anos de cultivo da mesma espécie no solo. As plantas são hábeis em produzir aleloquímicos em todos os seus órgãos, (folhas, caules, raízes, flores, frutos e sementes). A quantidade dos compostos produzidos e a composição destes dependem da espécie e das condições ambientais. Essas substâncias alelopáticas são liberadas dos tecidos da planta para o ambiente de diferentes formas, através de volatilização, exsudação radicular, lixiviação e decomposição de folhas ou de outras partes da planta que caem no solo e sofrem ação do clima e dos microrganismos, ação de chuva e orvalho. A maioria dos aleloquímicos voláteis são compostos terpenóides, principalmente monoterpenos e sesquiterpenos (RICE, 1984). Uma vez volatilizados, os aleloquímicos podem ser absorvidos diretamente pela cutícula das plantas vizinhas, por meio dos próprios vapores, ou condensados no orvalho, ou ainda alcançar o solo, onde são absorvidos pelas raízes (ALMEIDA, 1988). As plantas podem exsudar naturalmente uma série de compostos orgânicos, em raízes intactas, geralmente da ordem de 0,1 a 0,4% do carbono fotossintetizado (ROVIRA, 1969). Milhares de compostos secundários sintetizados por espécies vegetais já foram isolados e estima-se que outros milhares existam na natureza. Segundo Waller et al. (1999) os principais grupos de compostos secundários produzidos pelas plantas, envolvidos na promoção de algum efeito alelopático seriam os seguintes (em ordem alfabética): fitoalexinas; flavonóides, isoflavonóides, chalconas, auronas e xantinas; flavonas, flavonois e glicosídeos gerados; TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 1 - Biologia de Plantas Daninhas 29 SILVA, A.A., & SILVA, J.F. ligninas; monoterpenos e monoterpenóides; naftoquinonas, antroquinonas, estilbenos e fenantrenos; poliacetilenos; policetonas; saponinas; sesquiterpenos e sesquiterpenóides; taninos e; triterpenos e triterpenoides. Provavelmente, a maioria dos metabólitos secundários liberados pelas plantas está envolvida em interações com outros organismos, como outras plantas, insetos, fungos e herbívoros, ou seja, apresentam potencial para exercer alelopatia em agroecossistemas, existindo forte relação de dependência entre a produção destes metabólitos e as condições de ambiente (EINHELLIG, 1996), o que dificulta a interpretação de resultados a campo. Uma variedade de compostos químicos pode ser carreada da parte aérea das plantas por meio da água de chuva, neblina e orvalho, entre estes os ácidos, açúcares, aminoácidos e as substâncias pécticas. Os aleloquímicos podem ser liberados das células vivas ou mortas tendo como agente a água. Os alcalóides,alguns terpenos e muitos compostos fenólicos podem ser lixiviados. A inibição do desenvolvimento de plantas de pimentão por extratos de eucalipto é um exemplo. O eucalipto produz substâncias cuja presença depende da espécie, e sua persistência no solo varia conforme o ambiente (Quadro 7). Quadro 7 � Exemplos de compostos secundários (aleloquímicos) produzidos por diversas espécies de Eucalyptus. Espécie Principais aleloquímicos Eucalyptus baxteri Glicosídeos, fenóis, terpenóides além dos ácidos gentísico, sináptico, caféico, elagico Eucalyptus camaldulensis Cineois, terpenos, pirenos e fenóis, além dos ácidos gálico, ferúlico, p- cumárico, clorogênico e caféico Eucalyptus citriodora Óleos voláteis, cineol e limonemo. Eucalyptus globulus Óleos voláteis, limonemo, cineol, taninos e monoterpenos, além dos ácidos clorogênico, ferúlico, p-cumárico, caféico, gálico e elágico. Eucalyptus microtheca α-pireno, campfeno, cineol, além dos ácidos clorogênico, ferúlico, p- cumárico e caféico. Eucalyptus regnans Terpenóides e fenóis Eucalyptus teraticornis Fenóis e terpenos Eucalyptus viminalis Agliconas fenólicas, glicosídeos, terpenoides além dos ácidos gentísico, elágico, sináptico e caféico. Fonte: adapatação de Alves et al. (1999), Willis (1999) e Ferreira e Áquila (2000). TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 1 - Biologia de Plantas Daninhas 30 SILVA, A.A. & SILVA, J.F A perda da permeabilidade seletiva da membrana citoplasmática ocorre pouco tempo após a morte da planta. Assim, os aleloquímicos podem ser liberados através dos resíduos. Com a liberação direta dos compostos pelos tecidos, microrganismos podem metabolizar polímeros presentes e produzir substâncias tóxicas. O fungo Penicillium urticae produz toxina patulina durante a decomposição dos resíduos do trigo, em sistema de plantio direto, que promove toxicidade na cultura que o sucede (Almeida, 1988). O efeito de um aleloquímico depende da sua concentração e da quantidade total de fitotoxina disponível para absorção, pois semelhante ao que acontece para os nutrientes, as plantas competem pelas toxinas disponíveis. 3.1. Alelopatia das plantas daninhas sobre as culturas e plantas daninhas A interferência que as plantas daninhas causam sobre as culturas é decorrente da competição pelos fatores comuns (água, nutrientes, luz, espaço físico, CO2, etc.) e dos efeitos das substâncias alelopáticas que estas produzem. O extrato de plantas verdes do capim-marmelada (Brachiaria plantaginea) afeta o desenvolvimento da soja tanto no crescimento quanto na capacidade de nodulação (ALMEIDA, 1988). O desenvolvimento do tomateiro foi afetado por extratos de várias plantas daninhas, como tiririca, capim-massambará, grama-seda, etc. Uma situação bem comum nas áreas agricultáveis onde se desenvolvem as culturas anuais constitui no pousio em parte do ano, período em que se observa o predomínio de diversas espécies de plantas daninhas provenientes do banco de sementes no solo ou trazidas por agentes dispersantes, como vento e pequenos animais. Em trabalhos realizados utilizando-se extratos aquosos, as soluções da parte subterrânea de Cynodon dactylon, Cyperus rotundus e Sorghum halepense inibiram a germinação e o desenvolvimento do tomateiro (CASTRO et al., 1983) e o desenvolvimento inicial de plântulas de arroz (CASTRO et al., 1984). Em áreas de plantio direto, o cultivo posterior ao corte da vegetação que irá formar a palhada pode ser comprometido conforme as espécies presentes no momento do corte ou dessecação. A cobertura morta pode ser eficiente no controle de plantas daninhas, contudo pode também exercer efeitos negativos sobre a cultura em desenvolvimento sobre sua decomposição. A incorporação de restos da taquara (Olyra micrantha) ao solo, inbiu o crescimento de plântulas de alface, provavelmente por efeitos alelopáticos (BORGES et al., 1994). A utilização da biomassa produzida por plantas daninhas aquáticas também pode constituir fonte de compostos alelopáticos. Nesse contexto, folhas de aguapé TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 1 - Biologia de Plantas Daninhas 31 SILVA, A.A., & SILVA, J.F. (Eichhornia crassipes) apresentaram efeitos supressores do desenvolvimento de diversas plantas daninhas (El-Khatib, 1999), além de ser altamente eficiente em inibir o crescimento da alga- verde (Chlamydomonas reinhardtii) (HUANG et al., 1999). A presença de plantas aquáticas com potencial para produção de aleloquímicos pode proporcionar efeito negativo e resultar em decréscimo em subdesenvolvimento de culturas como o arroz irrigado. Em contra-partida, algumas espécies apresentam efeito alelopático sobre plantas daninhas como a Echinocloa crusgalli, que é uma invasora problemática nos cultivos de arroz (OLOFSDOTTER et al. 1999). 3.2. Alelopatia das culturas sobre as plantas daninhas O efeito alelopático das culturas sobre plantas daninhas é menos comum, e essa deficiência de defesa das plantas cultivadas é atribuída à seleção a que estas têm sido submetidas ao longo do tempo, para outras características que não as de agressividade para com outras plantas. Por exemplo, ao melhorar o paladar e diminuir a toxicidade, foram eliminados genótipos possuidores de substâncias alelopáticas, como taninos, alcalóides, etc. Restos culturais de algumas culturas, como nabo forrageiro, colza, aveia e centeio, apresentam razoável efeito alelopático, reduzindo a intensidade de infestação de algumas plantas daninhas, como Brachiaria plantaginea, Cenchrus echinatus e Euphorbia heterophylla, na cultura seguinte. Em sistemas agroflorestais, a espécie Leucaena leucocephala tem se destacado no controle das plantas daninhas (CHOU; KUO, 1986). Os extratos dessa planta apresentaram uma variada gama de fenóis além da mimosina, aleloquímico comprovadamnte eficiente, encontrada também em plantas de maricá (Mimosa bimucronata) (FERREIRA et al., 1992). Em revisão realizada por Ferreira e Aquila (2000), foram descritas diversas culturas perenes com produção de aleloquímicos, destacando-se o café, no qual a xantina cafeína é a principal substância com mecanismo de defesa contra plantas daninhas. Em silvicultura, o gênero Eucalyptus, responsável por grandes áreas reflorestadas no Brasil, tem várias espécies consideradas alelopáticas (Quadro 7) apresentando maior eficiência na supressão de espécies daninhas principalmente pelo aspecto da interação continuada com os microrganismos do solo e pela presença do material vegetal depositado no solo (serrapilheira) resultante da queda de folhas e galhos. 3.3. Alelopatia entre culturas A possibilidade de se desenvolverem efeitos alelopáticos benéficos ou maléficos entre culturas tem interesse agronômico, especialmente no que diz respeito às técnicas de rotação e TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 1 - Biologia de Plantas Daninhas 32 SILVA, A.A. & SILVA, J.F consorciação. A colza, por exemplo, provoca redução do estande da cultura da soja plantada imediatamente após a sua colheita, o que tem contribuído para que os agricultores do sul deixem de cultivar colza. Segundo Barbosa (1996), exsudato radicular proveniente de plantas de sorgo reduziu a área foliar de plantas de alface em 68,4%, quando cultivadas em casa de vegetação, usando solução nutritiva circulante entre os vasos de sorgo e alface. Quanto a possíveis efeitos alelopáticos do material incorporado ao solo, sabe-se que o processo de decomposição do material vegetal é variável com a qualidade dos tecidos, os tipos de solo e as condições climáticas, podendo os resíduos de plantas de mesma espécie dar origem a compostos diferentes, com efeitos biológicos e toxicidade diversos. Por isso, os efeitos alelopáticos provocados pela incorporação de resíduos vegetais no solo são muitos variáveis. Normalmente, o material fresco, como as adubaçõesverdes, provoca efeitos alelopáticos pouco acentuados e por períodos curtos, inferiores a 25 dias. Em condições de baixas temperaturas, os resíduos secos podem causar fitotoxicidade mais severa. Os efeitos alelopáticos são transitórios; por isso, a incorporação dos resíduos deve ser feita com certa antecedência da semeadura das culturas. 3.4. Alelopatia das coberturas mortas No plantio direto, a cobertura morta pode prevenir a germinação, reduzir o vigor vegetativo e provocar amarelecimento e clorose das folhas, redução do perfilhamento e até morte de plantas daninhas durante a fase inicial de desenvolvimento. Essa cobertura é essencial para o sucesso do plantio direto, hoje disseminado no Brasil por todos estados produtores de grãos. A cobertura morta da cultura do inverno, normalmente cereais, forma-se no final desta estação ou início da primavera, quando começa a época chuvosa. A taxa de decomposição é alta e a liberação dos compostos alelopáticos é, conseqüentemente, também rápida. Se a cultura de verão for implantada com algum intervalo após a colheita desta cultura de inverno, possivelmente não ocorrerão problemas de toxicidade. Nas culturas de verão, os resíduos no solo são escassos e a temperatura e umidade no solo são suficientes para manter a atividade microbiana alta, degradando os aleloquímicos. Atualmente, várias pesquisas estão sendo conduzidas visando identificar os compostos alelopáticos, a fim de avaliar suas atividades sobre as diferentes espécies de plantas daninhas. Em trabalho realizado por Erasmo et al. (2004), as espécies Mucuna aterrima, M. pruriens e S. bicolor, utilizadas como cobertura vegetal, foram eficientes no controle das espécies daninhas D. horizontalis, H. lophanta e A. spinosus. Os autores constataram elevada concentração de TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 1 - Biologia de Plantas Daninhas 33 SILVA, A.A., & SILVA, J.F. taninos condensados, esteróides livres e ogliconas esteróides, sendo a possível causa dos efeitos alelopáticos. Estes estudos irão contribuir de maneira decisiva para o manejo de plantas daninhas no sistema de plantio direto, assim como poderá ser um ponto de partida para síntese de novos compostos com atividade herbicida. Pesquisas recentes avaliam e colecionam germoplasmas de plantas alelopáticas, objetivando o melhoramento genético. No futuro, o controle biológico de plantas daninhas também poderá ser uma opção no manejo integrado, e, para o sucesso deste método, o conhecimento das propriedades alelopáticas das plantas será fundamental. 4. INTERFERÊNCIA E PERÍODO CRÍTICO DE COMPETIÇÃO De acordo com Pitelli (1985), os efeitos negativos observados no crescimento, no desenvolvimento e na produtividade de uma cultura, devidos à presença de plantas daninhas, não devem ser atribuídos exclusivamente à competição imposta por estas, mas resultante das pressões ambientais de ação direta (competição, alelopatia, interferência na colheita e outras). A este efeito global denominou-se �interferência�, referindo-se, portanto, ao conjunto de ações que recebe uma determinada cultura em decorrência da presença da comunidade infestante num determinado local. De maneira geral, pode-se dizer que, quanto maior for o período de convivência múltipla (cultura-plantas daninhas), maior será o grau de interferência. No entanto, isto não é totalmente válido, porque dependerá da época e do ciclo da cultura em que esse período ocorrer. O grau de interferência entre plantas cultivadas e comunidades infestantes depende das manifestações de fatores ligados à comunidade infestante (composição específica, densidade e distribuição), à própria cultura (espécie ou variedade, espaçamento e densidade de plantio) e à época e extensão da convivência, podendo ser alterado pelas condições de solo, clima e manejo. Essa idéia foi originalmente apresentada por Bleasdale (1960) e mais tarde modificada por Blanco (1972), ambos citados por Pitelli (1985), sendo o esquema apresentado na Figura 3. O manejo de plantas daninhas altera a cronologia natural dos eventos, favorecendo a utilização de recursos pela planta cultivada, gerando menor intensidade de interferência na produtividade econômica. Geralmente, quanto menor o período de convivência entre cultura e plantas daninhas, menor será o grau de interferência. Contudo, uma infestação moderada de plantas daninhas poderá ser tão danosa à cultura quanto uma infestação pesada, dependendo da época de seu estabelecimento, entre outros fatores. Esse fato justifica, portanto, o estudo da TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 1 - Biologia de Plantas Daninhas 34 SILVA, A.A. & SILVA, J.F época ideal de controle de plantas daninhas em cada cultura, visando o mínimo possível de redução na produtividade, mas sem prejudicar também o ambiente. Grau de interferência Cu ltu ra Época Duração Espécies Densidade Período de convivência Cu ltiv ar Es pa ça m en to Densidade Ambiente Di str ibu içã o Solo Clima M anej o Grau de interferência Cu ltu ra Grau de interferência Grau de interferência Cu ltu ra Época Duração Espécies Densidade Período de convivência Cu ltiv ar Es pa ça m en to Densidade Ambiente Di str ibu içã o Solo Clima M anej o Figura 3 � Modelo esquemático dos fatores que influenciam o grau de interferência entre cultura e comunidades infestantes. Adaptado de Pitelli e Durigan (1984). Pitelli e Durigan (1984) sugeriram terminologia para períodos de convivência de plantas daninhas em culturas, os quais são descritos a seguir. �Período total de prevenção da interferência� (PTPI) é o período, a partir do plantio ou da emergência, em que a cultura deve ser mantida livre da interferência de plantas daninhas, para que a produção não seja afetada quantitativa e, ou, qualitativamente. Na prática, este deve ser o período que as capinas ou o poder residual dos herbicidas devem cobrir. É importante esclarecer o significado deste período em termos de competição: as espécies daninhas que emergirem neste período, em determinada época do ciclo da cultura, terão atingido tal estádio de desenvolvimento que promoverão uma interferência sobre a espécie cultivada, capaz de reduzir significativamente sua produtividade econômica. Após esse período, a própria cultura, através, principalmente, do sombreamento, impede o desenvolvimento das plantas daninhas. Desse modo, toda e qualquer prática cultural que incremente o crescimento inicial da cultura pode contribuir para um decréscimo no período total de prevenção da interferência, permitindo menos cultivos ou o uso de herbicidas de menor poder residual. Aquele espaço de tempo, após a semeadura ou o plantio, em que a cultura pode conviver com a comunidade de plantas daninhas antes que a interferência se instale de maneira definitiva TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 1 - Biologia de Plantas Daninhas 35 SILVA, A.A., & SILVA, J.F. e reduza significativamente a produtividade da lavoura é denominado �período anterior à interferência� (PAI). O limite superior deste período indica a época em que a interferência compromete irreversivelmente a produtividade econômica da cultura. A aplicação de certas práticas culturais contribui para diminuição deste período. Por exemplo, a fertilização incrementa o crescimento inicial da cultura e das plantas daninhas, permitindo que a competição por recursos outros que não a adubação se instale de maneira mais rápida. Teoricamente, o final do período anterior à interferência seria a época ideal para o primeiro controle da vegetação infestante, pois a comunidade teria acumulado energia e matéria orgânica que retornariam ao solo, contribuindo para o próprio desenvolvimento da cultura. No entanto, na prática este limite não pode ser considerado, pois a cultura e, ou, as plantas daninhas podem ter atingidoum estádio tal de desenvolvimento que inviabilize o uso de práticas mecânicas ou o controle químico. Do ponto de vista prático, a cultura deverá ser mantida livre das plantas daninhas no período compreendido entre o final do PAI até o momento em que as plantas daninhas que vierem a emergir não mais irão interferir na produtividade da cultura. Este seria o �período crítico de prevenção da interferência� (PCPI). Em diversos trabalhos de pesquisa visando avaliar os efeitos da interferência de plantas daninhas em culturas (Quadro 8), os períodos PTPI, PAI e PCPI, encontrados pelos diversos autores, não são idênticos para as mesmas culturas. Isso é normal, porque as condições em que foram conduzidas as pesquisas, os cultivares utilizados e as composições específicas das comunidades infestantes foram diferentes. Levando-se em conta as premissas do manejo integrado das plantas daninhas que considera, além dos aspectos ambientais, a rentabilidade do agricultor, foi proposto o Período Anterior ao Dano no Rendimento Econômico (PADRE), baseado na hipótese de que aspectos econômicos como o custo de controle e o valor monetário dos grãos devem ser utilizados como critério para determinar o período aceitável de interferência das plantas daninhas antes de se decidir pelo seu controle (VIDAL et al., 2005). Considerando a diversidade de fatores que influenciam o grau e os períodos de interferência apresentados, torna-se extremamente importante a pesquisa nesta área, nas diferentes condições envolvendo solo, clima, espécies daninhas e culturas, visando realizar com eficiência o manejo integrado das plantas daninhas. TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 1 - Biologia de Plantas Daninhas 36 SILVA, A.A. & SILVA, J.F Quadro 8 - Períodos de convivência e de controle de plantas daninhas em diversas culturas anuais e bianuais Dias Após Semeadura ou Plantio (d) Cultura PTPI PAI PCPI Fonte Alho 100 d 20 d 20 �100 d Mascarenhas et al. (1980) Girassol 30 d 21 d 21 � 30 d Brighenti et al. (2004) 40 d 30 d 30 - 40 d Alcântara et al. (1982) Arroz de sequeiro 60 d 45 d 45 - 60 d Oliveira e Almeida (1982) Cana-de-açúcar ( plantio de ano ) 90 d 30 d 30 - 90 d Rolin e Cristofolleti (1982) Cana-de-açúcar (plantio de ano e meio) 127 d 74 d 47 � 127 Kuva et al. (2003) Feijão 30 d 20 d 20 - 30 d Victoria Filho (1994) Café (após plantio das mudas no inverno) 88 d 15 d 15 � 88 d Dias et al. (2005) Café (após plantio das mudas no verão) 38 d 22 d 22 � 38 d Dias et al. (2005) Milho 42 d 14 d 14 - 42 d Ramos e Pitelli (1994) 30 d 21 d 21 - 30 d Spadotto et al. (1994) Soja 30 d 20 d 20 - 30 d Martins (1994) REFERÊNCIAS ALMEIDA. F. S. A alelopatia e as plantas. IAPAR. 1988. 60 p. (IAPAR, Circular, 53). ASSOCIAÇÃO NACIONAL DE DEFESA FITOSANITÁRIA � ANDEF. Dados estatísticos, 2005. Disponível em: <www.andef.gov.br>. Acesso em: 2 jan. 2005. BLANCO, H.G. A importância dos estudos ecológicos nos programas de controle de plantas daninhas. O Biológico, Campinas, v.38, n.10, p.343-50, 1972. BRIGHENTI, A. M., CASTRO, C.; OLIVEIRA JR., R. S. Períodos de interferência de plantas daninhas na cultura do girassol. Planta daninha, v. 22, n. 2, p. 251-257, 2004. CHOU, C. H.; KUO, Y. L. Allelopathic research of subtropical vegetation in Taiwan. III. 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A redução da interferência das plantas daninhas, considerando uma cultura, deve ser feita até um nível no qual as perdas pela interferência sejam iguais ao incremento no custo do controle, ou seja, que não interfiram na produção econômica da cultura. As possibilidades de controle de plantas daninhas incluem os métodos preventivo, cultural, mecânico, biológico e químico. No entanto, para sustentabilidade dos sistemas agrícolas, é importante a integração das medidas de controle observando-se as características do solo, do clima e aspectos socioeconômicos do produtor. A realização da integração compatível, ambiental e economicamente, demanda profundo conhecimento das estratégias disponíveis, promovendo equilíbrio com as medidas de manejo do solo e da água, além do controle de pragas e doenças. Para adoção de qualquer medida de controle, o meio no qual as plantas daninhas se encontram, deve ser tratado como um ecossistema capaz de responder a qualquer mudança imposta, dessa forma, não se limitando à aplicação de herbicidas ou uso de qualquer outro método isoladamente. Alem disso, procurar-se-á incentivar a melhoria da qualidade de vida, tanto do agricultor diretamente envolvido, como de toda população que será beneficiada pela cadeia produtiva. 2. CONTROLE PREVENTIVO O controle preventivo de plantas daninhas consiste no uso de práticas que visam prevenir a introdução, o estabelecimento e, ou, a disseminação de determinadas espécies-problema em TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 2 - Métodos de Controle de Plantas Daninhas 41 SILVA, A.A., & SILVA, J.F. áreas ainda por elas não infestadas. Estas áreas podem ser um país, um estado, um município ou uma gleba de terra na propriedade. Em níveis federal e estadual, há legislações que regulamentam a entrada de sementes no país ou estado e sua comercialização interna. Nestas legislações encontram-se os limites toleráveis de semente de cada espécie de planta daninha e também a lista de sementes proibidas por cultura ou grupo de culturas. Em nível local, é de responsabilidade de cada agricultor ou cooperativas, prevenir a entrada e disseminação de uma ou mais espécies daninhas, que poderão se transformar em sérios problemas para a região. Em síntese, o elemento humano é a chave do controle preventivo. A ocupação eficiente do espaço do agroecossistema pela cultura diminui a disponibilidade de fatores adequados ao crescimento e desenvolvimento das plantas daninhas, podendo ser considerado uma integração entre a prevenção e o método cultural. As medidas que podem evitar a introdução da espécie na: utilizar sementes de elevada pureza; limpar cuidadosamente máquinas, grades e colheitadeiras; inspecionar cuidadosamente mudas adquiridas com torrão e também toda a matéria orgânica (esterco e composto) proveniente de outras áreas; limpeza de canais de irrigação; quarentena de animais introduzidos; etc. A falta desses cuidados tem causado ampla disseminação das mais diversas espécies. Como exemplo, tem-se a tiririca (Cyperus rotundus), que possui sementes muito pequenas e tubérculos que infestam novas áreas com grande facilidade, por meio de estercos, mudas com torrão, etc., o picão-preto (Bidens pilosa) e o capim-carrapicho (Cenchrus echinatus), além de outras espécies, se espalham por novas áreas por meio de roupas e sapatos dos operadores, pêlos de animais, etc. Já o capim-arroz (Echinochloa sp.) e o arroz-vermelho (Oryza sativa) são distribuídos junto com as sementes de arroz. 3. CONTROLE CULTURAL O controle cultural consiste no uso de práticas comuns ao bom manejo da água e do solo, como rotação de cultura, variação do espaçamento da cultura, uso de coberturas verdes, etc. Essas práticas contribuem para reduzir o banco de sementes de espécies daninhas. Consiste, então, em usar as próprias características ecológicas das culturas e das plantas daninhas, visando beneficiar o estabelecimento e desenvolvimento das culturas. Rotação de culturas: cada cultura agrícola geralmente é infestada por espécies daninhas que possuem exigências semelhantes às da cultura ou apresentam os mesmos hábitos de crescimento; exemplos: capim-arroz (Echinochloa sp.), em lavouras de arroz; apaga-fogo TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 2 - Biologia e Métodos de Controle 42 SILVA, A.A. & SILVA, J.F (Alternanthera tenella), em lavouras de milho; mostarda, em lavouras de trigo; e caruru-rasteiro (Amarantus deflexus), em cana-de-açúcar. Alguns problemas que podem ser facilmente resolvidos com a prática da rotação: infestação de maria-pretinha (Solanum americanum) e joá- de-capote (Nicandra physaloides) nas culturas de tomate e batata tratadas com o herbicida metribuzim. Em todos esse casos, a rotação quebra o ciclo de vida das espécies daninhas, impedindo seu domínio na área. Quando são aplicadas as mesmas técnicas culturais seguidamente, ano após ano, no mesmo solo, a interferência destas plantas daninhas aumenta muito. Quando o principal objetivo é o controle de plantas daninhas, a escolha da cultura em rotação deve recair sobre plantas com hábito de crescimento e características culturais bem contrastantes. Variação do espaçamento: a variação do espaçamento entre linhas ou da densidade de plantas na linha pode contribuir para a redução da interferência das plantas daninhas sobre a cultura, dependendo da arquitetura das plantas cultivadas e das espécies infestantes. A redução entre linhas geralmente proporciona vantagem competitiva à maioria das culturas sobre as plantas daninhas sensíveis ao sombreamento. Nesse caso, com a redução do espaçamento entre fileiras, desde que não exceda o limite mínimo, há aumento da interceptação de luz pelo dossel das plantas cultivadas. Esse efeito é dependente de fatores como o tipo da espécie a ser cultivada, características morfofisiológicas dos genótipos, espécies de plantas daninhas presentes na área e época e condições climáticas no momento de sua emergência, além das condições ambientais. Balbinot e Fleck (2005), trabalhando com cultivares de milho, verificaram que à medida que o espaçamento entre fileiras foi reduzido, o aumento em produtividade foi dependente da infestação de plantas daninhas e da cultivar avaliada. Coberturas verdes: as coberturas verdes são culturas geralmente muito competitivas com as plantas daninhas. Tremoço, ervilhaca, azevém anual, nabo, aveia e centeio são usadas na região Sul do Brasil. Nas regiões subtropicais predominam mucuna-preta, crotalárias, guandu, feijão-de-porco e lab-labe. O principal efeito é a redução do banco de sementes aliadoà melhoria das condições físico-químicas do solo; entretanto, estas plantas podem possuir também poder inibitório sobre outras e podem reduzir as infestações de algumas espécies daninhas após a dessecação ou serem incorporadas ao solo, devendo ser bem escolhidas para cada caso. A presença da cobertura morta cria condições para instalação de uma densa e diversificada microbiota no solo, principalmente na camada superficial com elevada quantidade de microrganismos responsáveis pela eliminação de sementes dormentes por meio da deterioração e perda da viabilidade. TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 2 - Métodos de Controle de Plantas Daninhas 43 SILVA, A.A., & SILVA, J.F. 4. CONTROLE MECÂNICO São métodos mecânicos de controle de plantas daninhas o arranque manual, a capina manual, a roçada, e o cultivo mecanizado. O arranque manual, ou monda, é o método mais antigo de controle de plantas daninhas. Ainda hoje é usado para o controle em hortas caseiras, jardins e na remoção de plantas daninhas entre as plantas das culturas em linha, quando o principal método de controle é o uso de enxada. A capina manual feita com enxada é muito eficaz e ainda muito utilizada na nossa agricultura, principalmente em regiões montanhosas, onde há agricultura de subsistência, e para muitas famílias, esta é a única fonte de trabalho. Contudo numa agricultura mais intensiva, em áreas maiores, o alto custo da mão-de-obra e a dificuldade de encontrar operários no momento necessário e na quantidade desejada fazem com que este método seja apenas complementar a outros métodos, devendo ser realizado quando as plantas daninhas estiverem ainda jovens e o solo não estiver muito úmido. Em pomares e cafezais, a roçada manual ou mecânica é um método muito importante para controlar plantas daninhas, principalmente em terrenos declivosos, onde o controle da erosão é fundamental. O espaço das entrelinhas das culturas é mantido roçado e, por meio de outros métodos de controle, a fileira de plantas, em nível, é mantida no limpo. Também em terrenos baldios, beiras de estradas e pastagens a roçada é um método de controle de plantas daninhas dos mais importantes. O cultivo mecanizado, feito por cultivadores tracionados por animais ou tratores, é de larga aceitação na agricultura brasileira, sendo um dos principais métodos de controle de plantas daninhas em propriedades com menores áreas plantadas. As principais limitações deste método são: a) dificuldade de controle de plantas daninhas na linha da cultura; e b) baixa eficiência: quando realizado em condições de chuva (solo molhado), é ineficiente para controlar plantas daninhas que se reproduzem por partes vegetativas. No entanto, todas as espécies anuais, quando jovens (2-4 pares de folhas), são facilmente controladas em condições de calor e solo seco. O cultivo quebra a relação íntima que existe entre raiz e solo, suspende a absorção de água e expõe a raiz às condições ambientais desfavoráveis. Dependendo do tamanho relativo das plantas cultivadas e daninhas, o deslocamento do solo sobre a linha, através de enxadas cultivadoras especiais, pode causar o enterrio das plântulas e, com isso, promover o controle das plantas daninhas na linha. TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 2 - Biologia e Métodos de Controle 44 SILVA, A.A. & SILVA, J.F 5. CONTROLE FÍSICO Em solos planos e nivelados, a inundação é um efetivo método de controle de plantas daninhas, como nos tabuleiros de arroz. Espécies perenes de difícil controle, como tiririca (Cyperus rotundus), grama-seda (Cynodon dactylon), capim-kikuio (Penisetum clandestinum), além de muitas espécies anuais, são erradicadas sob inundação prolongada. A inundação não apresenta efeito sobre as plantas daninhas que se desenvolvem em solos encharcados, como o capim-arroz (Echinochloa sp.). Esta prática causa a morte das plantas sensíveis, em virtude da suspensão do fornecimento de oxigênio para suas raízes. Os fatores limitantes deste método, na maioria dos casos, são o custo do nivelamento do solo e a grande quantidade de água necessária para sua implantação, contudo constitui importante método de controle de plantas daninhas utilizado na cultura do arroz irrigado. A cobertura do solo com restos vegetais em camada espessa ou com lâmina de polietileno é método eficiente de controle das plantas daninhas. É restrito a pequenas áreas de hortaliças, entretanto não é recomendado em áreas infestadas com tiririca e trevo. No plantio direto a cobertura do solo com restos vegetais da cultura anterior é de grande utilidade. Este sistema de plantio é usado em extensas áreas de soja, milho e trigo. A cobertura provoca menor amplitude nas variações e no grau de umidade e da temperatura da superfície do solo, estimulando a germinação das sementes das plantas daninhas da camada superficial de solo, que são posteriormente mortas devido à impossibilidade de emergência. A cobertura morta ainda pode apresentar efeitos alelopáticos úteis no controle de certas espécies daninhas, além de outros efeitos importantes sobre as culturas implantadas na área. Outra técnica é a solarização, que é um processo caro e inviável em grandes áreas. Esta deve ser feita 60 a 75 dias antes do plantio, nos meses mais quentes do ano, utilizando filme de polietileno sobre a superfície do solo. Provoca aumento de temperatura e, em solo úmido, as sementes das plantas daninhas germinam e morrem em seguida, devido à temperatura excessivamente alta principalmente até 5 cm de profundidade. A queima das plantas daninhas jovens com lança-chamas é uma técnica de uso limitado no Brasil, em razão do custo do combustível. Todavia, já foi utilizada em algodão, através de adaptação de queimadores especiais em cultivadores tratorizados, para uso dirigido nesta cultura. Nos Estados Unidos essa prática foi bem empregada nas culturas do sorgo e do algodão até a década de 1960, quando foi abandonada devido ao aumento no preço dos combustíveis fósseis e ao surgimento dos herbicidas seletivos para as diversas culturas (SEIFERT; SNIPES, 1998). Pode ser usada cinco após o semeio e antes da emergência das plantas de cebola. TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 2 - Métodos de Controle de Plantas Daninhas 45 SILVA, A.A., & SILVA, J.F. Em ambientes aquáticos o controle das plantas daninhas usando altas temperaturas – denominados de controle térmico – constituem alternativa de integração de manejo visando complementar o controle mecânico, principalmente em reservatórios de água. Marchi et al. (2005), obtiveram controle eficiente das espécies aquáticas Eichhornia crassipes, Brachiaria subquadripara, Pistia stratiotes e Salvinia auriculata. O uso do lança-chamas depende de vários fatores, como temperatura, tempo de exposição e consumo de energia. Para Ascard (1997) a temperatura necessária para causar morte foliar pode variar de 55 a 94 oC. Em trabalho realizado por Rifai et al. (2003), a melhor velocidade para eficiente controle das plantas daninhas por lança-chamas foi de 1 a 4 km por hora. O controle por meio da queima da vegetação infestante voltou a ganhar expressiva conotação, principalmente entre os praticantes da agricultura orgânica dos vários países da Europa, os quais são proibidos de adotar qualquer intervenção química em suas lavouras (BOND; GRUNDY, 2001). 6. CONTROLE BIOLÓGICO O controle biológico consiste no uso de inimigos naturais (fungos, bactérias, vírus, insetos, aves, peixes, etc.) capazes de reduzir a população das plantas daninhas, reduzindo sua capacidade de competir. Isso é mantido por meio do equilíbrio populacional entre o inimigo natural e a planta hospedeira. Deve também ser considerada como controle biológico a inibição alelopática de plantas daninhas (assunto discutido em módulo à parte). No Brasil, o controle biológico de plantas daninhascom inimigos naturais não tem sido, até o momento, praticado com fins econômicos. Para que este tipo de controle seja eficiente, o parasita deve ser altamente específico, ou seja, uma vez eliminado o hospedeiro, ele não deve parasitar outras espécies. De modo geral, a eficiência do controle biológico é duvidosa quando ele é usado isoladamente, porque controla apenas uma espécie e outra é favorecida, o que é uma tendência normal em condições de campo. A pesquisa com controle biológico de plantas daninhas envolve etapas sucessivas: a) Seleção de espécies de plantas daninhas a serem controladas. b) Seleção de inimigos naturais mais eficientes. c) Estudo e avaliação da ecologia dos vários inimigos naturais. d) Determinação da especificidade dos hospedeiros. e) Acompanhamento da introdução e do estabelecimento do agente biocontrolador no campo. TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 2 - Biologia e Métodos de Controle 46 SILVA, A.A. & SILVA, J.F f) Avaliação da efetividade em diferentes épocas do ano, a fim de correlacionar os níveis de infecção com a redução da densidade populacional do hospedeiro. Entre os diversos exemplos de controle biológico no mundo, podem-se citar: na Austrália, o controle do cactus ou figo-da-índia (Opuntia spp.) com as larvas do inseto Cactoblastis cactorum; e, no Havaí, o cambará-de-espinho (Lantana camara) foi controlado pelos insetos Agromisa lantanae e Crocidosema lantanae. Nos Estados Unidos, o fungo Coletotrichum gloeosporeoides pode ser usado para controlar o angiquinho (Aeschynomene virginica) em soja e milho; o herbicida natural é registrado como Collego. E, nos pomares de citros, para controlar Morrenia odorata, é usado o fungo Phythophthora palmivora, com o nome de Devine. No Brasil, isolados de Fusarium graminearum vêm sendo estudados como agente de controle biológico de Egeria densa e de Egeria najas, plantas aquáticas que causam problemas em reservatórios de hidrelétricas. Já se sabe que o fotoperíodo influencia a eficiência de controle das espécies de plantas daninhas pelo fungo, e temperaturas acima de 30 oC têm proporcionado melhor controle de Egeria (BORGES NETO et al., 2005). Alguns produtores têm usado carneiros para controlar plantas daninhas em lavouras de café. No entanto, algumas espécies não possuem boa palatabilidade sendo recusadas durante o pastejo. O uso de tilápias, carpas e outros peixes herbívoros é possível para controle de outras plantas aquáticas. Miyazaki e Pitelli (2003) verificaram controle de até 100% das espécies aquáticas Egeria densa, Egeria najas e Ceratophyllum demersum pelo pacu (Piaractus mesopotamicus). O controle biológico é eficiente, então, quando associado a outros métodos de controle e será recomendado para espécies de plantas daninhas de controle comprovadamente difícil por métodos mecânicos e, ou, químico. 7. CONTROLE QUÍMICO As pesquisas visando o controle químico de plantas daninhas foram iniciadas entre 1897 e 1900, quando Bonnet (França), Shultz (Alemanha) e Bolley (EUA) evidenciaram ação dos sais de cobre sobre algumas folhas largas. Em 1908, o sulfato ferroso foi avaliado por Bolley, nos Estados Unidos, para controle de folhas largas na cultura do trigo. TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 2 - Métodos de Controle de Plantas Daninhas 47 SILVA, A.A., & SILVA, J.F. Somente em 1942, Zimmerman e Hitchock, nos EUA, descobriram o 2,4-D. Este herbicida é a base de muitos outros produtos sintetizados em laboratório (2,4-DB; 2,4,5-T, etc.) e marcou o início do controle químico de plantas daninhas em escala comercial. A partir de 1950, novos grupos químicos de herbicidas surgiram: amidas (1952), carbamatos (1951), triazinas simétricas (1956), etc. Devido ao grande desenvolvimento da área de controle químico de plantas daninhas, em 1956, nos Estados Unidos, foi criada a Weed Science Society of América - WSSA, e, em 1963, no Brasil, foi fundada a Sociedade Brasileira de Herbicidas e |Ervas Daninhas (SBHED), hoje Sociedade Brasileira da Ciência das Plantas Daninhas (SBCPD), que se reúne de dois em dois anos em congresso nacional. Ainda, no Brasil, ocorrem reuniões anuais de pesquisadores de herbicidas no cerrado (REPEC), e os trabalhos científicos sobre o assunto são publicados em revistas especializadas da SBCPD (Planta Daninha e Revista Brasileira de Herbicidas). O objetivo das pesquisas em nível mundial é obter herbicidas mais eficazes com doses menores, mais seguros para o homem e para o ambiente. O consumo de herbicida no Brasil representa 7-9% do consumo total do mundo. Este valor, em milhões de dólares, evoluiu de 546,6 em 1990 para mais de 1.300,0 em 2002 (ANDEF/SINDAG, 2005). A tendência ainda é de aumento, uma vez que esta tecnologia, que era quase exclusivamente utilizada por grandes e médios produtores, hoje está se tornando prática comum entre os pequenos. Atualmente estão sendo comercializadas no mercado brasileiro em torno de 200 marcas comerciais de herbicidas (RODRIGUES; ALMEIDA, 2005). Pode se atribuir essa grande aceitação do uso de herbicidas pelos produtores ao fato de o controle químico das plantas daninhas proporcionar as seguintes vantagens: 1. Menor dependência da mão-de-obra, que é cada vez mais cara, difícil de ser encontrada no momento certo, na quantidade e qualidade necessária. 2. Mesmo em épocas chuvosas, o controle químico das plantas daninhas é mais eficiente. 3. É eficiente no controle de plantas daninhas na linha de plantio e não afeta o sistema radicular das culturas. 4. Permite o cultivo mínimo ou plantio direto das culturas. 5. Pode controlar plantas daninhas de propagação vegetativa. 6. Permite o plantio a lanço e, ou, alteração no espaçamento, quando for necessário. É importante considerar que todo herbicida é uma molécula química que tem que ser manuseada com cuidado, havendo perigo de intoxicação do aplicador, principalmente. Pode ocorrer também poluição do ambiente - água (rios, lagos e água subterrânea), solo e alimentos quando manuseados incorretamente. Há necessidade de mão-de-obra especializada para TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 2 - Biologia e Métodos de Controle 48 SILVA, A.A. & SILVA, J.F aplicação dos herbicidas, sendo essa a causa de cerca de 80% dos problemas encontrados na prática. O conhecimento da fisiologia das plantas, dos grupos aos quais pertencem os herbicidas e da tecnologia de aplicação é fundamental para o sucesso do controle químico das plantas daninhas. Os riscos de uso existem, mas devem ser conhecidos, perfeitamente controlados e evitados. O emprego do controle químico de plantas daninhas deve ser feito juntamente com outras práticas de controle, sendo a de maior importância o controle cultural, uma vez que este possibilita as melhores condições de desenvolvimento e permanência das culturas, cabendo ao controle químico apenas auxiliar quando necessário. O emprego do controle químico como único método pode levar ao desequilíbrio ao desequilíbrio no sistema de produção. Portanto, o herbicida é uma ferramenta muito importante no manejo integrado de plantas daninhas, desde que utilizado no momento adequado e de forma correta. 8. MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS (MIPD) A maneira integrada de cultivo que considera todos os fatores que podem proporcionar à planta maior e melhor produção permite o aproveitamento eficiente dos recursos do meio. Dentro desse contexto se insere também o manejo integrado das plantas daninhas (MIPD). Esse sistema de produção integrada cada vez mais vem ganhando espaço em todos os setores agrícolas, tendo, no Brasil, sua base reforçada no campo da entomologia, quando pioneiros promoveram o estudo dos problemas do algodoeiro no Nordeste do país, propondo uma série de medidas que se enquadraram no conceito de integração (CONCEIÇÃO, 2000). As premissas que alicerçarama proposta de manejo integrado podem ser bem sintetizadas em: garantia de qualidade do produto colhido, incluindo a isenção de resíduos de defensivos nos alimentos; sustentabilidade ambiental, incluindo a não-degradação do solo e contaminação do ar e da água; sustentabilidade econômica e social na produção, mantendo ou aumentando a produtividade; e garantia de melhor qualidade de vida para o agricultor no que tange ao retorno econômico e à maior segurança nas atividades que envolvam a utilização de defensivos agrícolas. Em situação diferente ao manejo integrado de pragas (MIP) e doenças (MID), o MIPD ainda não possui a base científica de conhecimento em ecologia populacional e de muitas das interações intra e interespecífica que possibilite a determinação dos níveis de controle para realizar o controle das plantas daninhas. Avaliando alguns dos trabalhos pertinentes sobre o assunto (GRAVENA, 1992; ADDA et al., 2002; HILL et al., 2002), é possível ter uma idéia de como a metodologia já está mais bem definida, além da tradição e do treinamento do pessoal TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 2 - Métodos de Controle de Plantas Daninhas 49 SILVA, A.A., & SILVA, J.F. para execução do MIP. Em contrapartida, o MIPD – tecnologia nova a ser desenvolvida e implantada - carece urgentemente de mais trabalhos de pesquisa na área para geração de dados e também de treinamento para os técnicos, tornando possível sua implementação no campo, pois o sucesso da produção integrada depende disso. Para um leigo e também para a maioria dos técnicos da área, o controle de plantas daninhas, usando métodos manuais, mecânicos ou químicos, é extremamente simples, pois eles acreditam que o melhor tratamento é aquele que associa eficiência e menor preço. Normalmente não se leva em consideração que um bom programa de manejo de plantas daninhas deve permitir a máxima produção no menor espaço de tempo, a máxima sustentabilidade de produção e o mínimo risco econômico e ambiental. Portanto, para se fazer o Manejo Integrado de Plantas Daninhas (MIPD) são necessários conhecimentos em botânica, fisiologia vegetal, biologia molecular, climatologia e tecnologia de aplicação entre outros. Como toda ciência, o estudo das plantas daninhas é dinâmico. Inicialmente, todo controle de plantas daninhas era feito por meio físico, principalmente o fogo, e por métodos mecânicos, com o uso de enxada para capina de foice para roçadas. Numa segunda etapa surgiram arados, grades, cultivadores de tração animal e motorizados e, somente a partir 1950, os herbicidas químicos, que devido à dificuldade de encontrar mão-de-obra no campo, no momento preciso e na quantidade necessária, além da eficiência e, principalmente, economicidade do controle químico, tornaram insumos indispensáveis à agricultura. As estratégias para o manejo integrado em diferentes espécies vegetais daninhas podem ser divididas como de curto ou de longo prazo. Medidas como utilização da capina ou emprego direto de herbicidas (controle químico) podem ser considerados como de curta duração, sendo responsáveis por controle apenas temporário, havendo necessidade de novas aplicações a cada estação de cultivo. Em se tratando das medidas consideradas de longo prazo, o emprego das práticas culturais e controle por outros agentes biológicos, tem caráter permanentes e levam em conta mudanças mais pronunciadas nas diferentes práticas agronômicas. Disso resulta o manejo integrado devendo integrar a prevenção e outros métodos de controle que promovam controle a curto (métodos mecânicos e químicos) e a médio e longo prazos (métodos cultural e biológico). Algumas espécies como a tiririca (Cyperus rotundus) em condições tropicais, têm rápida infestação em grande parte dos solos agrícolas. Áreas com alta incidência de tiririca podem se tornar desvalorizadas, devido ao elevado custo para o seu controle. Em alguns casos, o emprego de implementos mecânicos na entressafra, seguido da aplicação de herbicidas, na “época das águas”, tem sido relatado em diversos trabalhos (DURIGAN, 2000; DURIGAN et al., 2006) como modelo de manejo integrado, em razão dos benefícios ocasionados pela quebra da TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 2 - Biologia e Métodos de Controle 50 SILVA, A.A. & SILVA, J.F dominância apical a partir do manejo mecanizado e, conseqüentemente, maior brotação dos tubérculos com formação rápida de área foliar para absorção do herbicida e translocação para a parte subterrânea. Outro exemplo da aplicação é o excelente manejo da tiririca na cultura do milho e do feijão pela adoção do sistema de plantio direto e conhecimentos da biologia das espécies envolvidas. Feijão e milho promovem rápida cobertura do solo exercendo forte sombreamento nas plantas de tiririca que, por possuírem metabolismo “C4”, são exigentes em luz, portanto têm diminuída a capacidade competitiva. Quando a finalidade de uso do solo é para milho grão, toda a palhada da cultura permanece na área à superfície, no plantio direto, ou incorporada ao solo, no plantio convencional. Ao contrário, no milho para silagem toda palhada da cultura anterior é retirada da área. No plantio direto, com uso de herbicidas sistêmicos usados como dessecantes, aliado ao fato de não revolver o solo, independentemente se para produzir milho para grão ou para silagem, têm-se observado excelentes resultados no manejo da tiririca. Em dois anos nesse sistema, é possível obter redução nos níveis populacionais da tiririca a favor do plantio direto, em relação ao plantio convencional, tanto para a cultura do milho quanto para o feijoeiro, da ordem de 90 a 95%, sendo que em três anos a redução no banco de tubérculos no solo pode chegar a mais de 90% (JAKELAITIS et al., 2003). Os maiores benefícios do sistema de plantio direto no manejo integrado da tiririca são obtidos devido à integração do controle químico proporcionado pelo uso do herbicida sistêmico para dessecação da vegetação em pré-plantio, ao controle cultural exercido pela falta de revolvimento do solo e conseqüente ausência de fragmentação das estruturas vegetativas da tiririca e à adoção de culturas altamente competitivas, principalmente por luminosidade, como a cultura do milho e feijão. Dessa forma, os níveis populacionais da tiririca podem ser diminuídos, principalmente no período de desenvolvimento das culturas sensíveis à interferência das plantas daninhas, ou seja, aproximadamente 45 dias após a emergência, a ponto de não acarretar reduções de produção das culturas infestadas (Fig. 1). Além disso, a capacidade de brotação dos tubérculos de tiririca coletados sob solo no sistema integrado é diminuída com o passar do tempo, permanecendo dormentes (Fig. 2). Dessa forma, com a adoção do sistema de plantio direto utilizando herbicidas sistêmicos para dessecação, aplicados no momento correto, aliado ao controle cultural, consegue-se ótimo manejo integrado da tiririca, transformando esta espécie daninha extremamente problemática em uma espécie comum. TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 2 - Métodos de Controle de Plantas Daninhas 51 SILVA, A.A., & SILVA, J.F. Plantio convencional Plantio direto Fonte: Jakelaitis et al. (2003) Figura 1 - População de tiririca nas culturas de milho e feijão nos sistemas de plantios convencional e direto (após dois anos de adoção do manejo integrado de plantas daninhas –MIPD) aos 30 dias após o plantio. Plantio convencional Plantio direto Figura 2 – Brotação de tubérculos de tiririca coletados em campo em áreas de plantio convencional e em área onde se adotou o plantio direto com o manejo integrado dessa espécie infestante, após três anos de adoção (Jakelaitis et al., 2003). TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 2 - Biologia e Métodos de Controle 52 SILVA, A.A. & SILVA, J.FOutro exemplo de manejo integrado de plantas daninhas tem sido praticado em diversas regiões do Brasil quando se adota o sistema integrado agricultura-pecuária. Neste sistema, a forrageira cultivada em consórcio com a cultura principal reduz a interferência de muitas espécies de plantas daninhas, tornando o sistema menos dependente do controle químico (JAKELAITIS et al., 2004) e também mais estável do ponto de vista ambiental (SANTOS et al., 2005). Na área de biotecnologia estão sendo conduzidas pesquisas, visando o melhoramento de culturas para resistência a herbicidas, por exemplo a criação de cultivares de soja resistentes ao glyphosate; de milho, ao imazaquin; de arroz, ao amônio-glufosinato. No entanto, não há dúvidas de que o extremo dessa tecnologia está no lançamento de cultivares de milho e soja resistentes ao glyphosate e a todo o grupo de herbicidas inibidores da ALS, ou seja, praticamente todos os produtos desse gênero aplicados nessas culturas. O impacto dessa informação ainda não foi avaliado pela maioria dos pesquisadores brasileiros. A possibilidade de cultivar milho e soja sem qualquer interferência de plantas infestantes atrai o agricultor brasileiro, no que se refere ao aspecto econômico, haja vista que os danos resultantes da competição podem chegar ao extremo de perda total da produção. Em contrapartida, a utilização incorreta dessa tecnologia poderá, em poucos anos de cultivo, selecionar espécies de plantas daninhas com tolerância e algumas com resistência à maioria dos herbicidas, ou ainda, como conseqüência muito mais negativa, causar a eliminação de várias espécies vegetais, devido ao controle da quase totalidade das espécies vegetais das áreas de plantio. Esses, no entanto, seriam os efeitos negativos diretos da utilização dos herbicidas. Enfocando a sustentabilidade dos sistemas agrícolas, o cultivo de espécies geneticamente modificadas resistentes a herbicidas seria, em outras palavras, o monocultivo absoluto, a máxima redução da biodiversidade vegetal em uma área. É importante lembrar que esse enfoque negativo é facilmente contestável quando, associado a esses cultivos, promove-se o MIPD. Daí a importância da pesquisa na área de estudo referente aos impactos da utilização de transgênicos na agricultura, pois toda e qualquer técnica de manejo de plantas daninhas somente terá sucesso se for aplicada com base em conhecimentos detalhados da biologia e ecologia das plantas infestantes da área, envolvendo, principalmente, conhecimentos nas áreas de morfologia, fisiologia e ciclagem de nutrientes. O controle de plantas daninhas, da maneira como está sendo implementado na maior parte do território nacional, tem sido uma atividade predatória no que se refere à sustentabilidade do sistema. Com as novas tecnologias, se o MIPD não for adotado urgentemente, esse fato tende a se agravar, pois em regiões tropicais e subtropicais a degradação do solo é mais intensa, devido TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 2 - Métodos de Controle de Plantas Daninhas 53 SILVA, A.A., & SILVA, J.F. às condições climáticas favoráveis aos vários tipos de erosão. Esse fato, aliado à idéia de eliminar quase todas as espécies de daninhas competidoras a ponto de deixar o solo descoberto, terá conseqüências negativas para a agricultura brasileira, sendo praticamente impossível sua recuperação nos sistemas convencionais de manejo adotados. É fundamental que se conheça a capacidade da espécie infestante, em relação à cultura, de competir por água, luz e nutrientes, que são os fatores responsáveis pela redução da produtividade. Além disso, não se pode desprezar a capacidade que determinadas espécies daninhas têm de dificultar ou impedir a colheita, reduzir a qualidade do produto a ser colhido e hospedar pragas e vetores de doenças e de inimigos naturais. Por outro lado, torna-se necessário conhecer quais os tipos de relacionamentos entre plantas cultivadas e infestantes permitem sua convivência passiva. Nesse sentido, é fator determinante também no MIPD conhecer a densidade e a distribuição das plantas daninhas na área, bem como o momento da emergência dessas em relação à cultura. Normalmente, plantas daninhas que emergem após o solo já estar coberto pela cultura não causarão dano econômico para o agricultor durante o desenvolvimento da espécie cultivada. Todavia, algumas espécies, mesmo germinando após esse período em algumas culturas, podem inviabilizar a colheita ou depreciar o produto colhido. Além disso, caso não sejam observadas as características positivas e negativas das plantas infestantes, até mesmo uma tecnologia de última geração, como os cultivares geneticamente modificados resistentes a herbicidas, se usados de modo irresponsável, pode comprometer seriamente a sustentabilidade da agricultura. É mais compreensível a idéia de manejo integrado quando as plantas daninhas são tratadas não como um alvo direto que deve ser “exterminado”, mas sim como parte integrante de um ecossistema no qual estão diretamente envolvidas, entre outras funções, à ciclagem de nutrientes no solo. Elas ainda formam complexas interações com microrganismos, e através dessas associações garantem as características agronômicas que conferem ao ambiente solo maior capacidade para suportar um cultivo sustentável. À exceção de algumas poucas espécies que necessitam ser erradicadas da área, grande parte da comunidade vegetal infestante comanda no solo a dinâmica de nutrientes, além de ser componente-chave no processo de formação e queima da matéria orgânica, principalmente pelo papel que a rizosfera tem no estímulo à atividade microbiana. São necessários, portanto, cuidados técnicos para se atingir a máxima eficiência com o mínimo impacto negativo ao solo, à água e aos organismos não-alvos. Deve-se ressaltar que no MIPD o herbicida é considerado apenas uma ferramenta a mais na obtenção do controle que seja eficiente e econômico, preservando a qualidade do produto colhido, o meio ambiente e a saúde TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 2 - Biologia e Métodos de Controle 54 SILVA, A.A. & SILVA, J.F do homem. Para isso é necessário associar os diversos métodos de controle disponíveis (preventivo, mecânico, físico, cultural, biológico e químico), levando-se em consideração as espécies daninhas infestantes, o tipo de solo, a topografia da área, os equipamentos disponíveis na propriedade, as condições ambientais e o nível cultural do proprietário. Segundo Rodrigues e Almeida (2005), o MIPD, hoje, é um típico setor de tecnologia de ponta e, por isso, um campo no qual está muito presente o desafio maior do agronegócio brasileiro, que é o de conciliar, no seu processo, os conceitos de competitividade, sustentabilidade e eqüidade. Em diversos estudos dos impactos negativos das práticas agrícolas para o controle de plantas daninhas, a utilização de indicadores da qualidade do solo, como a atividade microbiana, por meio da variação das diversas funções que os microrganismos desempenham em associação direta ou indireta com as plantas daninhas e cultivadas, está sendo vislumbrada como provável técnica de monitoramento do comportamento de herbicidas no ambiente podendo constituir componente-chave no manejo integrado de plantas daninhas (SANTOS et al., 2005; SANTOS et al., 2006). A necessidade do manejo sustentável em sistemas agrícolas impõem restrições à maneira convencional de controle das plantas daninhas. Nesse contexto, os herbicidas poderão ser utilizados, em algumas situações, associados a outros métodos que vislumbrem a máxima vantagem da cultura sobre a espécie infestante, sem, contudo, a completa exposição do solo. A integração entre lavoura e pecuária e lavoura e florestas e a disseminação do plantio direto são práticas importantes dentro do manejo integrado de plantas daninhas. Essas práticas de cultivo, porcausarem menor grau de perturbação ao sistema, promovem a sustentabilidade dos sistemas de cultivo e devem ser recomendados. As novas pesquisas devem ser direcionadas para o conhecimento aprofundado sobre as relações entre plantas cultivadas, infestantes e microbiota associada, a fim de se obter o máximo benefício dos recursos naturais disponíveis, utilizando bioindicadores para predição de efeitos negativos. REFERÊNCIAS ADDA, C. et al. Integrated pest management in post-harvest maize: A case study from the Republic of Togo (West Africa). Agriculture, Ecosystems and Environment, v. 93, p. 305-321, 2002. TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 2 - Métodos de Controle de Plantas Daninhas 55 SILVA, A.A., & SILVA, J.F. ASCARD, J. Flame weeding: effects of fuel pressure and tandem burners. Weed Research, v.37, p.77-86, 1997. ASSOCIAÇÃO NACIONAL DE DEFESA FITOSANITÁRIA – ANDEF. Dados estatísticos, 2005. Disponível em: <www.andef.gov.br>. Acesso em: 2 jan. 2005. BALBINOT JR., A. A.; FLECK, N. G. Competitividade de dois genótipos de milho (Zea mays) com plantas daninhas sob diferentes espaçamentos entre fileiras. Planta Daninha, v. 23, p. 415-421, 2005. BOND, W.; GRUNDY, A. C. Non-chemical weed management in organic farming systems. Weed Research, v. 41, p. 383-405, 2001. BORGES NETO, C. R.; GORGATI, C. Q.; PITELLI, R. A. Influência do fotoperíodo e da temperatura na intensidade de doença causada por Fusarium graminearum em Egeria densa e E. najas. Planta daninha, v. 23, n. 3, p. 449-456, 2005. CONCEIÇÃO, M. Z. Manejo integrado em defesa vegetal. In: ZAMBOLIM, L. (Ed.). Manejo Integrado: Doenças, pragas e plantas daninhas. Viçosa: UFV, 2000. 416 p. DEUBER, R. Ciência das plantas daninhas: fundamentos. 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Dinâmica populacional de plantas daninhas sob diferentes sistemas de manejo nas culturas de milho e feijão. Planta Daninha, v. 21, n. 1, p. 71-79, 2003. JAKELAITIS, A.; SILVA, A. A.; FERREIRA, L. R.; SILVA, A. F.; FREITAS, F. C. L. Manejo de Plantas daninhas no consórcio de milho com capim-braquiária (Brachiaria decumbens). Planta Daninha, v. 22, n. 4, p. 553-560, 2004. MARCHI, S. R.; VELINI, E. D.; NEGRISOLI, E.; CORRÊA, M. R. Utilização de chama para controle de plantas daninhas emersas em ambiente aquático. Planta Daninha, v. 23, n. 2, p. 311-319, 2005. MIYAZAKI, D. M. Y.; PITELLI, R. A. Evaluation of the biocontrol potential of pacu (Piaractus mesopotamicus) for Egeria densa, E. najas and Ceratophyllum demersum. Planta daninha, v. 21, p. 53-59, 2003. Edição especial. RIFAI, N. M.; MILLER, J.; GADUS, J.; OTEPKA, P.; KOSIK, L. Comparison of infrared, flame and steam units for their use in plant protection. Research in Agricultural Engineering, v. 49, p. 65-73, 2003. RODRIGUES, B. 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Capítulo 3 HERBICIDAS: CLASSIFICAÇÃO E MECANISMOS DE AÇÃO Antonio Alberto da Silva, Francisco Affonso Ferreira e Lino Roberto Ferreira Os herbicidas podem ser classificados de diversas maneiras, de acordo com as características de cada um. Essas características individuais permitem estabelecer grupos afins de herbicidas com base em sua seletividade, época de aplicação, translocação, estrutura química e mecanismo de ação (WELLER, 2003a). 1. QUANTO À SELETIVIDADE 1.1. Herbicidas seletivos São aqueles que, dentro de determinadas condições, são mais tolerados por uma determinada espécie ou variedade de plantas do que por outras. Como exemplo, tem-se 2,4-D para a cana-de-açúcar; atrazine para o milho; fomesafen para o feijão; imazethapyr para a soja; etc. Todavia, a seletividade é sempre relativa, pois depende do estádio de desenvolvimento das plantas, das condições climáticas, do tipo de solo, da dose aplicada, etc. Para soja, por exemplo, o metribuzin é seletivo apenas quando aplicado em pré-emergência, e mesmo assim a dose tolerada é dependente das condições edafoclimáticas. 1.2. Herbicidas não-seletivos São aqueles que atuam indiscriminadamente sobre todas as espécies de plantas. Normalmente são recomendados para uso como dessecantes ou em aplicações dirigidas. Exemplos: diquat, paraquat, glyphosate, etc. Todavia, por meio da biotecnologia, é possível tornar um herbicida não-seletivo a seletivo para determinada espécie; exemplo: a soja trasgênica resistente ao glyphosate. 2. QUANTO À ÉPOCA DE APLICAÇÃO 2.1. Pré-plantio Quando o herbicida é muito volátil, de solubilidade muito baixa em água e, ou, fotodegradável, ele necessita ser incorporado ao solo; por esta razão, deve ser aplicado antes do TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 3 - Herbicidas: Classificação e Mecanismos de Ação 58 SILVA, A.A. & SILVA, J.F plantio, como é o caso do trifluralin. Quando aplicado após o preparo do solo e incorporado a este antes do plantio, diz-se que este herbicida é aplicado em PPI, ou seja, aplicado em pré- plantio e incorporado. Também, no sistema de plantio direto (cultivo mínimo), alguns herbicidas devem ser aplicados antes do plantio. Esses produtos normalmente são não-seletivos, apresentam curto efeito efeito residual e quase sempre são utilizados como dessecantes, visando facilitar o plantio e promover cobertura morta do solo; exemplos: glyphosate, paraquat, etc. Contudo, pode-se também misturar, a estes, especialmente ao glyphosate, outros que possuem maior efeito residual no solo. Estes podem ou não auxiliar na dessecação das plantas, porém têm como objetivo principal garantir o controle inicial das plantas daninhas na implantação da lavoura; exemplos: flumioxazin, imazaquin, clorimuron-ethyl, imazethapy, metribuzin, etc. 2.2. Pós-plantio Dependendo da atividade dos herbicidas sobre as plantas, eles devem ser aplicados em pré ou em pós-emergência das culturas ou das plantas daninhas. Quando são absorvidos apenas pelas folhas, eles somente devem ser aplicados em pós-emergência das plantas daninhas, pois muitas vezes, apesar penetrarem também pelas raízes, quando atigem o solo, são desativados (sorvidos). Estes produtos podem, ainda, ser não-seletivos para a cultura e, neste caso, estes devemser aplicados antes da emergência (pré-emergência) desta ou de forma dirigida, como é o caso do glyphosate e paraquat aplicados no plantio direto de milho, trigo, feijão, etc; ou, em aplicação dirigida, em culturas perenes como fruteiras, reflorestamento e lavouras de café. Entretanto, se o herbicida é seletivo para a cultura, ele pode ser aplicado em pós-emergência de ambas (plantas daninhas e culturas); exemplo: sethoxydim em tomate, feijão e soja, nicosulfuron em milho, metsulfuron-methyl em trigo, etc. Se o herbicida é absorvido pelas folhas e raízes, a sua aplicação em pré ou pós- emergência vai depender da tolerância da cultura e, também, das condições nas quais ele apresenta melhor desempenho, como é o caso do metribuzin, que pode ser usado em tomate em pré e em pós-emergência tardia ou após o transplante. Todavia, na cultura da soja somente pode ser usado em pré-emergência, pois em pós-emergência, até mesmo em subdoses, ele é muito tóxico à soja. Outro exemplo seria o herbicida atrazine, recomendado para as culturas de milho e sorgo. A este produto, quando utilizado em pós-emergência, deve-se adicionar à calda óleo mineral visando solubilizar parte da cera epicuticular, aumentando a sua penetração pelas folhas. TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 3 - Herbicidas: Classificação e Mecanismos de Ação 59 SILVA, A.A. & SILVA, J.F. 3. QUANTO À TRANSLOCAÇÃO Os herbicidas podem ser de contato quando atuam próximo ou no local onde eles penetram nas plantas; exemplos: paraquat, diquat, lactofen, etc. O simples fato de um herbicida entrar em contato com a planta não é suficiente para que ele exerça sua ação tóxica. Ele terá necessariamente que penetrar no tecido da planta, atingir a célula e posteriormente a organela, onde atuará para que seus efeitos possam ser observados. Os herbicidas também podem se movimentar (translocar) nas plantas pelo xilema, pelo floema ou por ambos. Quando o movimento (translocação) do herbicida é via floema ou floema e xilema, ele é considerado sistêmico. Estes herbicidas sistêmicos são capazes de se translocarem a grandes distâncias na planta, como é o caso de 2,4-D, glyphosate, imazethapyr, flazasulfuron, nicosulfuron, picloram, etc. Estes produtos, quando usados em doses muito elevadas, podem apresentar ação de contato. Neste caso, a ação do produto pode ser mais rápida, porém com efeito final menor, porque a morte rápida do tecido condutor (floema) limita a chegada de dose letal do herbicida a algumas estruturas reprodutivas das plantas. 4. QUANTO AOS MECANISMOS DE AÇÃO É interessante que se faça distinção entre os termos usados rotineiramente quando se refere a herbicida: “modo e mecanismo de ação de herbicida”. “Modo de ação” refere-se à seqüência completa de todas as reações que ocorrem desde o contato do produto com a planta até a sua morte ou ação final do produto; já a primeira lesão bioquímica ou biofísica que resulta na morte ou ação final do produto é considerada “mecanismo de ação”. É importante lembrar que um mesmo herbicida pode influenciar vários processos metabólicos na planta, entretanto a primeira lesão que ele causa na planta pode caracterizar o seu mecanismo de ação (THILL, 2003a). Quanto ao mecanismo de ação, os herbicidas podem ser classificados em: reguladores de crescimento (auxinas sintéticas), inibidores de fotossíntese (fotossistema II), inibidores da protoporfirinogênio oxidase (PPO), inibidores do arranjo de microtúbulos, inibidores da síntese de ácidos graxos de cadeias muito longas (VLCFA), inibidores do fotossistema I, inibidores da acetolactato sintase (ALS), inibidores da EPSP sintase, inibidores da glutamina sintetase, inibidores da acetil CoA carboxilase (ACCase), inibidores da síntese de lipídeos (não inibem a ACCase) e inibidores da síntese de carotenóides (despigmentadores) (HRAC, 2005). TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 3 - Herbicidas: Classificação e Mecanismos de Ação 60 SILVA, A.A. & SILVA, J.F 4.1. Herbicidas auxínicos ou mimetizadores de auxina Esta classe de herbicidas é uma das mais importantes em todo o mundo, sendo extensivamente utilizada em culturas de arroz, milho, trigo e cana-de-açúcar e em pastagens. Historicamente, o 2,4-D e o MCPA são os mais importantes, porque eles marcaram o início do desenvolvimento da indústria química (THILL, 2003a). Os herbicidas auxínicos, quando aplicados em plantas sensíveis, induzem mudanças metabólicas e bioquímicas, podendo levá-las à morte. Estudos sugerem que o metabolismo de ácidos nucléicos e os aspectos metabólicos da plasticidade da parede celular são seriamente afetados. Acredita-se que estes produtos interfiram na ação da enzima RNA-polimerase e, conseqüentemente, na síntese de ácidos nucléicos e proteínas (THILL, 2003a). Estes herbicidas induzem intensa proliferação celular em tecidos, causando epinastia de folhas e caule, além de interrupção do floema, impedindo o movimento dos fotoassimilados das folhas para o sistema radicular. Esse alongamento celular parece estar relacionado com a diminuição do potencial osmótico das células, provocado pelo acúmulo de proteínas e, também, mais especificamente, pelo efeito destes produtos sobre o afrouxamento das paredes celulares. Essa perda da rigidez das paredes celulares é provocada pelo incremento na síntese da enzima celulase. Após aplicações de herbicidas auxínicos, em plantas sensíveis, verificam-se rapidamente aumentos significativos da enzima celulase, especialmente da carboximetilcelulase (CMC), notadamente nas raízes. Por esse motivo, as espécies sensíveis têm seu sistema radicular rapidamente destruído. Em conseqüência dos efeitos desses herbicidas, verifica-se crescimento desorga- nizado, que leva estas espécies a sofrer, rapidamente, epinastia das folhas e retorcimento do caule, engrossamento das gemas terminais e morte da planta (Fig. 1), em poucos dias ou semanas. BA Figura 1 – Sintomas leves de intoxicação de plantas de algodão (A) e ação final do produto sobre plantas de Raphanus raphanistrum (B). TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 3 - Herbicidas: Classificação e Mecanismos de Ação 61 SILVA, A.A. & SILVA, J.F. 4.1.1. Seletividade A seletividade dos herbicidas auxínicos pode ser dependente de diversos fatores: 1. Arranjamento do tecido vascular em feixes dispersos, sendo estes protegidos pelo esclerênquima em gramíneas (monocotiledôneas). Essa característica especial das monocotiledôneas pode prevenir a destruição do floema pelo crescimento desorganizado das células, causada pela ação de herbicidas auxínicos. 2. Aril hidroxilação do 2,4-D, sendo esta a principal rota para o metabolismo. É comum a aril hidroxilação resultar na perda da capacidade auxínica destes herbicidas, além de facilitar a sua conjugação com aminoácidos e outros constituintes da planta. 3. Algumas espécies de plantas podem excretar estes herbicidas para o solo através de seu sistema radicular (exsudação radicular). 4. Estádio de desenvolvimento das plantas; exemplos: para arroz e trigo deve-se usar o 2,4-D após o perfilhamento e antes do emborrachamento. Na cultura do milho (4-6 folhas), deve-se usar o 2,4-D apenas em aplicação dirigida. Nas culturas de arroz e trigo, se aplicado fora do estádio de desenvolvimento recomendado, e na cultura do milho, se aplicado em pós-emergência total ocorrem sérios problemas de fitotoxicidade. 4.1.2. Problemas causados pela utilização incorreta de herbicidas auxínicos Todos os herbicidas auxíncos são derivados de ácidos fracos e podem ser formulados nos seus respectivos ácidos, sais ou ésteres, podendo, cada um dos diferentes princípios ativos, ser comercializado isoladamente ou em misturas, recebendo nomes comerciais diversos. Alguns desses produtos podem permanecer ativos no solo por longo período, exigindo cuidados especiais para se realizarrotação de culturas. Por exemplo, derivados do ácido picolínico podem causar fitotoxicidade, em doses extremamente baixas, em uva, tomate, fumo, algodão, etc., que são espécies altamente sensíveis. Deriva, resíduos deixados em pulverizadores mal lavados e contaminação de água de irrigação por estes herbicidas, em condições de campo, podem causar sérios problemas técnicos, comprometendo de maneira severa o rendimento de culturas e a qualidade do ambiente. As seguintes medidas são recomendadas para reduzir problemas com a utilização destes herbicidas: a) Evitar o uso de formulações que apresentam elevada pressão de vapor (muito voláteis), principalmente em aplicações aéreas. TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 3 - Herbicidas: Classificação e Mecanismos de Ação 62 SILVA, A.A. & SILVA, J.F b) Usar maior tamanho de gotas, se praticável. c) Usar baixa pressão para aplicação. d) Evitar a aplicação quando o vento estiver em direção às culturas. e) Tomar cuidado especial com a lavagem do pulverizador após as aplicações. Usar, além de detergente, amoníaco ou carvão ativado. 4.1.3. Caracterização de alguns herbicidas auxínicos 2,4-D Sal ou éster amina do ácido 2,4 diclorofenoxiacético (2,4-D) foi o primeiro herbicida seletivo descoberto para o controle de plantas daninhas latifoliadas anuais. É recomendado para pastagens, gramados e culturas gramíneas (arroz, cana-de-açúcar, milho, trigo, etc.). As formulações ésteres e ácidas são prontamente absorvidas pelas folhas, e aquelas à base de sal são rapidamente absorvidas pelo sistema radicular das plantas.Em ambos os casos o 2,4-D se transloca por toda a planta pois se movimenta tanto pelo floema quanto pelo xilema. Apresenta solubilidade de 600 mg L-1 e pKa de 2,8. O Koc varia com a composição, sendo de 20 mg g-1 de solo para formulações ácido ou sais e de 100 mL g-1 de solo para ésteres (RODRIGUES; ALMEIDA, 2005). As formulações aminas são mais adsorvíveis no solo do que as de éster e, porque são altamente solúveis, mais lixiviáveis, enquanto as de éster são praticamente insolúveis e, portanto, com menor movimentação. Apresenta persistência curta a média nos solos. Em doses normais, a atividade residual do 2,4-D não excede a quatro semanas em solos argilosos e clima quente. Em solos secos e frios, a decomposição é consideravelmente reduzida. Movimenta-se pelo floema e, ou, xilema, acumulando-se nas regiões meristemáticas dos pontos de crescimento. Transloca-se com grande eficiência em plantas com elevada atividade metabólica, sendo esta a condição para ótima atividade do produto. Em geral, plantas ganham maior tolerância com a idade; entretanto, durante o florescimento, a resistência a estes herbicidas hormonais é reduzida. É muito utilizado em misturas com inibidores da fotossíntese na cultura da cana-de-açúcar, e com glyphosate, para uso no plantio direto e em aplicações dirigidas, em fruteiras e lavouras de café. Em mistura com o picloram, é usado para controlar plantas daninhas perenes, em pastagens. O 2,4-D, no mercado brasileiro, é encontrado em dife- rentes formulações e marcas comerciais. Cada formulação pode apresentar características físico- TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 3 - Herbicidas: Classificação e Mecanismos de Ação 63 SILVA, A.A. & SILVA, J.F. químicas diferentes, conferindo ao produto características diferenciais quanto à seletividade, volatilidade, toxicidade, persistência no ambiente, etc. Dicamba O sal de dimetilamina do ácido 3, 6-dicloro-2-metoxibenzoico (dicamba) é facilmente translocado pelas plantas via floema e, ou, xilema. Apresenta maior efeito sobre dicotiledôneas, sendo recomendado de modo semelhante ao 2,4-D para o controle de plantas em culturas de cana-de-açúcar, milho e trigo e em pastagens. É muito utilizado para controlar algumas espécies de dicotiledôneas tolerantes ao 2,4-D, como o cipó-de-veado (Polygonum convolvulus L.), comuns em lavouras de trigo, na região Sul do Brasil. Apresenta solubilidade de 720.000 mg L-1; pKa: 1,87; Kow: 0,29; e Koc de 2 mg g-1 de solo. É muito pouco adsorvido pelos colóides de argila e mais pela matéria orgânica do solo. Sendo um herbicida de alta solubilidade em água, está sujeito a lixiviação, dependendo da intensidade, do movimento capilar da água e, ou, da evaporação. Picloram O ácido 4-amino 3,5,6 tricloro-2-piridinacarboxílico (picloram) é um produto extremamente ativo sobre dicotiledôneas, sendo muito utilizado em misturas com o 2,4-D, formando o Tordon, Dontor ou Manejo, e também com fluroxypyr formando o Plenum, para controlar arbustos e árvores. Apresenta pKa: 2,3; Kow: 1,4 a pH 7,0 e 83,2 a pH 1; e Koc médio de 16 mg g-1 de solo. É fracamente adsorvido pela matéria orgânica ou argila. Apresenta longa persistência (meia-vida de 20 a 300 dias) e fácil mobilidade no solo, podendo se acumular no lençol freático raso, em solos de textura arenosa. Também, em razão de sua longa persistência no solo (dois a três anos), pode permanecer ativo na matéria orgânica proveniente de pastagens TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 3 - Herbicidas: Classificação e Mecanismos de Ação 64 SILVA, A.A. & SILVA, J.F tratadas com este produto (RODRIGUES; ALMEIDA, 2005). Deve ser observado o período residual para o cultivo de espécies altamente sensíveis (videira, fumo, tomate, pimentão, algodão, etc.), que podem apresentar severos sintomas de intoxicação, até mesmo quando cultivadas em solos adubados com esterco proveniente de pastagens tratadas com picloram e pastoreadas logo depois. A mistura (picloram + 2,4-D) é muito utilizada em pastagens para o controle de plantas daninhas anuais, perenes e de árvores. Esta mistura pode ser usada em área total ou em áreas localizadas, considerando o controle de plantas daninhas herbáceas e arbustivas. Para o controle de árvores, pode ser feito o pincelamento ou a pulverização dos tocos, para evitar a rebrota de espécies-problema como o leiteiro (Peschiera fuchsiaefolia) e outras. Quando aplicação é feita no toco é fundamental que esta seja realizada imadiatamente após o corte da árvore, antes que se inicie o processo de cicatrização, o que dificulta a absorção e translocação do herbicida até as raízes (SILVA et al., 2002). O picloram, na planta, apresenta efeito lento, porém extremamente persistente (a planta não consegue metabolizar rapidamente o picloram). Triclopyr O ácido [(3,5,6-tricloro-2-piridinil) oxi] acético (triclopyr) apresenta ação semelhante ao picloram, porém é rapidamente degradado no solo; sua meia-vida é de 20 a 45 dias, dependendo do tipo de solo e das condições climáticas. Apresenta solubilidade em água de 23 mg L-1; pressão de vapor de 1,26 x 10-6 mm Hg a 25 oC, pKa: 2,68; Kow: 2,64 a pH 5 e 0,36 a pH 7; e Koc médio de 20 mL g-1 de solo. Seu grau de adsorção depende do pH do solo. Em solos leves, sob condições de alta pluviosidade, pode haver lixiviação (RODRIGUES; ALMEIDA, 2005). É recomendado para uso em pós-emergência, em aplicação foliar, em área total para controle de plantas daninhas em pastagens e arroz. É também muito eficiente e seletivo para controlar dicotiledôneas infestantes de áreas cultivadas com gramas: jardins, açudes, campo de futebol, etc., (FREITAS et al., 2003). A aplicação poderá ser por equipamentos terestres ou por avião quando as áreas estiverem infestadas densamente por plantas daninhas de pequeno e médio porte. Deve ser aplicado de outubro a março (no período chuvoso), com as plantas em pleno vigor vegetativo, com ventos de 0 a 6 km h-1, umidade relativa > 50% e temperatura < 30 oC. Nunca fazer aplicações aéreas a menos de 2.000 m de TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 3 - Herbicidas: Classificação e Mecanismos de Ação 65 SILVA, A.A. & SILVA, J.F. culturas sensíveis. O vento deverá estar soprando da culturasensível para a área de aplicação. Interromper imediatamente as aplicações se houver mudança na direção do vento. 4.2. Herbicidas inibidores da fotossistema II São de grande importância na agricultura brasileira e mundial, sendo largamente utilizados nas culturas de grande interesse econômico, como arroz, feijão, milho, cana-de- açúcar, soja, algodão, fruteiras, hortaliças, entre outras (RODRIGUES; ALMEIDA, 2005). 4.2.1. Mecanismo de ação Os pigmentos, as proteínas e outras substâncias químicas envolvidas na reação da fotossíntese estão localizados nos cloroplastos. Nas condições normais, sem a interferência de inibidores do fotossistemoa II, durante a fase luminosa da fotossíntese, a energia luminosa capturada pelos pigmentos (clorofila e carotenóides) é transferida para um “centro de reação” especial (P680), gerando um elétron “excitado”. Este elétron é transferido para uma molécula de plastoquinona presa a uma membrana do cloroplasto (Qa). A molécula da plastoquinona “Qa” transfere o elétron, por sua vez, para uma outra molécula de plastoquinona, chamada “Qb”, também presa na proteína. Quando um segundo elétron é transferido para a plastoquinona “Qb”, a quinona reduzida torna-se protonada (dois íons de hidrogênio são adicionados), formando uma plastohidroquinona (QbH2), com baixa afinidade para se prender na proteína. De maneira simplificada, como pode ser visto na Fig. 2, a função da plastohidroquinona é transferir elétrons entre os fotossistemas II (P68O) e I (P7OO), (WELLER, 2003b). Muitos herbicidas inibidores do fotossistema II (derivados das triazinas, das uréias substituídas, dos fenóis, etc.) causam essa inibição prendendo-se na proteína, no sítio onde se prende a plastoquinona “Qb”. Essa proteína é a D-1, inicialmente chamada de 32 kDa. Estes herbicidas competem com a plastoquinona “Qb” parcialmente reduzida (QbH) pelo sítio na proteína D-1, ocasionando a saída da plastoquinona e interrompendo o fluxo de elétrons entre os fotossistemas. Além da competição em si pelo sítio na proteína, os herbicidas apresentam maior tempo de residência no sítio do que a plastoquinona “Qb”, o que aumenta o efeito inibitório destes. A proteína D-1 é hoje muito conhecida. Sabe-se, por exemplo, que ela tem uma configuração de cinco hélices que atravessam a membrana do cloroplasto (tilacóide) e duas hélices paralelas que se interligam. O sítio, ou bolso, onde a plastoquinona “Qb” se prende e onde os herbicidas vão se prender também, fica TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 3 - Herbicidas: Classificação e Mecanismos de Ação 66 SILVA, A.A. & SILVA, J.F entre a quarta e quinta hélices que atravessam as membranas dos cloroplastos e a hélice paralela que liga as duas. PS I P700 2H2 Qb Qa P680 PS II PQH2 PQ Fonte: Weller (2003b). Figura 2 - Esquema do transporte de elétrons na fotossíntese. Os derivados das triazinas e das uréias substituídas são conhecidos por se prenderem justamente ao sítio dos elétrons da proteína D-1. De modo geral, esta proteína é destruída rapidamente pela ação da luz. Estes herbicidas, quando se prendem à proteína, aumentam a estabilidade desta na presença da luz, impedindo sua destruição. A associação com a proteína se dá com aminoácidos diferentes no sítio para cada biótipo. Isso impede que uma mudança na sequência de aminoácidos da proteína (mutação), tornando esse biotipo resistente aquele herbicida, seja válida para outros produtos desse mesmo grupo químico. Herbicidas derivados do fenol (dinoseb, bromoxynil e ioxynil), por alguma razão não conhecida, não evitam a destruição da proteína D-1 pela luz, como fazem os “clássicos”. Diversos análogos do fenol foram descritos como inibidores fotossistema II, prendendo-se, também, ao sítio da plastoquinona “Qb”. Alguns exemplos: piridonas, quinolonas, naftoquinonas, benzoquinonas, pironas, dioxobenzotiazoles e cianoacrilatos. Plantas suscetíveis tratadas morrem mais rapidamente quando pulverizadas na presença da luz do que quando pulverizadas e colocadas no escuro. Esse fato demonstra que algo mais que a simples inibição do fotossistema II está ocorrendo. Atualmente, sabe-se que a clorose foliar que ocorre após o tratamento é devida a rompimentos na membrana dos pigmentos causados pela peroxidação de lipídios (ácidos graxos insaturados) da membrana (Fig. 3). TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 3 - Herbicidas: Classificação e Mecanismos de Ação 67 SILVA, A.A. & SILVA, J.F. LIPÍDIOS PROTEÍNAS Fonte: Weller (2003b). Figura 3 - Estrutura esquemática da membrana de um cloroplasto. Quando a clorofila aceita um elétron, ela sai do estado neutro (sem carga) e vai para um estado de energia simples, que é normalmente transferido para o centro de reação (P680). Esta clorofila não retorna ao estado anterior quando o fluxo de elétrons é interrompido pela ação do herbicida que se prendeu ao sítio da plastoquinona “Qb”. Essa molécula de clorofila, no estado de energia simples, não podendo transferir o elétron ao centro de reação P680 (fotossistema II), torna-se ainda mais carregada e mais reativa (estado de energia tríplice). Em casos normais, para que a clorofila não se destrua, a carga é repassada aos carotenóides. Na presença do herbicida, o sistema de proteção, dado pelos carotenóides, é sobrepujado pelo excesso de clorofila no estado de alta energia. Esse excesso de energia (clorofila triplet) causa o início da peroxidação de lipídios por dois mecanismos: a: formação direta de radical lipídico nos ácidos graxos insaturados da membrana do cloroplasto; e b: a clorofila de carga tríplice também reage com oxigênio e produz um oxigênio reativo (oxigênio singlete). Essa molécula de oxigênio carregada contribui para o processo de formação dos radicais lipídicos nos ácidos graxos insaturados da membrana. Essas reações dão início ao processo de peroxidação das membranas, aparecendo os sinais de necrose foliar (WELLER, 2003b). 4.2.2. Características gerais dos inibidores do fotossistema II • A taxa de fixação de CO2 pelas plantas sensíveis, tratadas com esses herbicidas, declina poucas horas após o tratamento. • Estes herbicidas não provocam nenhum sinal visível de intoxicação no sistema radicular das plantas. TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 3 - Herbicidas: Classificação e Mecanismos de Ação 68 SILVA, A.A. & SILVA, J.F • Aparentemente, todos eles podem ser absorvidos pelas raízes; entretanto, a velocidade de absorção foliar é diferente para cada produto deste grupo. • Todos eles translocam-se nas plantas apenas via xilema; por esse motivo, plantas perenes somente são eliminadas por esses herbicidas quando tratadas via solo. • Quando esses herbicidas são usados em pós-emergência, necessita-se de boa cobertura foliar da planta e, ainda, de adição de adjuvante (estes produtos podem apresentar difícil penetração foliar e não são sistêmicos). • Normalmente, estes herbicidas não apresentam problemas de deriva por volatilização, pois possuem pressão de vapor muito baixa. • Plantas que estão se desenvolvendo em condições de baixa luminosidade são mais suscetíveis a esses herbicidas. Elas apresentam menor barreira cuticular à penetração dos herbicidas e, ainda, menor reserva de carboidratos. • Tem sido observado, com relativa freqüência, o aparecimento de novas espécies de plantas daninhas resistentes a estes herbicidas (atuam em sítio de ação específico). Por este motivo, torna-se necessário fazer rotação com outros herbicidas que apresentam mecanismo de ação diferente. • Em geral, estes herbicidas são muito adsorvidos pelos colóides orgânicos e minerais do solo. Apresentam pouca ou média mobilidade no perfil do solo. Por estas razões, as doses recomendadas, quando aplicadas diretamente no solo, são variáveis para cada tipo de solo. • A persistência agronômicadestes herbicidas no solo é extremamente variável, podendo ser curta para alguns produtos (< 30 dias) ou muito longa (> 720 dias) para outros. • É comum ocorrer efeito sinérgico quando se aplicam inibidores do fotostema II em mistura com outros herbicidas, inseticidas ou fungicidas inibidores da colinesterase. Neste caso, pode se verificar perda de seletividade do herbicida. • Todos os herbicidas inibidores do fotossistema II apresentam toxicidade muito baixa para mamíferos. 4.2.3. Mecanismos de seletividade As causas pelas quais os herbicidas inibidores do fotossistema II são seletivos são diversas e variam de cultura para cultura (WELLER, 2003b). • Alguns herbicidas deste grupo apresentam seletividade “toponômica” ou seletividade por posição. Como exemplo, tem-se a seletividade do diuron para a cultura do algodão. TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 3 - Herbicidas: Classificação e Mecanismos de Ação 69 SILVA, A.A. & SILVA, J.F. Na realidade, o diuron não causa intoxicação à planta do algodão quando utilizado em pré-emergência, porque este produto é muito pouco móvel no perfil do solo, não atingindo o local de sua absorção pela planta (sistema radicular). Todavia, se o diuron for incorporado mecanicamente ao solo, ou se for aplicado em solo de textura arenosa e com baixo teor de matéria orgânica, ele poderá entrar em contato com o sistema radicular do algodoeiro e causar severa intoxicação à cultura, podendo levá-la à morte. • Absorção diferencial por folhas e raízes - este fato pode ser devido à anatomia e, ou, morfologia das folhas e raízes e, também, ao tipo de formulação utilizado, podendo garantir a seletividade de determinadas espécies. Neste caso, o herbicida não será absorvido em quantidade suficiente para intoxicar a cultura. • Translocação diferencial das raízes para as folhas - isto ocorre devido à presença de glândulas localizadas nas raízes e ao longo do xilema, que adsorvem estes produtos, impedindo que sejam translocados até seus sítios de ação, localizados nos cloroplastos. • Metabolismo diferencial - algumas espécies de plantas, em suas raízes ou em outras partes, possuem enzimas que são capazes de metabolizar as moléculas de determinados herbicidas, transformando-os rapidamente em produtos não-tóxicos para as plantas. Como exemplo, pode-se citar o milho e o sorgo, que apresentam em suas raízes teores elevados de benzoxazinonas. Estes compostos podem promover rápida degradação da molécula de atrazine por meio de reações de hidroxilação, dealquilação, ou ainda a conjugação dessa molécula com polipetídeos naturais, tornando estas culturas tolerantes a este herbicida. Outro exemplo seria a seletividade da cultura de arroz ao herbicida propanil. As plantas de arroz apresentam concentração da enzima arilacilamidase 10 a 30 vezes superior às principais gramíneas infestantes na cultura. Elevadas concetrações da arilacilamidase, nas folhas de arroz, garantem a degradação do propanil antes que estes atinjam os cloroplastos (sítio de ação primário deste herbicida), o que não ocorre com as gramíneas infestantes dessa cultura. 4.2.4. Caracterização de Alguns Herbicidas Inibidores do Fotossistema II Atrazine TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 3 - Herbicidas: Classificação e Mecanismos de Ação 70 SILVA, A.A. & SILVA, J.F O 6-cloro-N-etil-N’-(1-metiletil)-1,3,5-triazina-2,4-diamina (atrazine) apresenta solubilidade em água de 33 mg L-1, pKa: 1,7, Kow: 481; e Koc médio de 100 mg g-1 de solo (RODRIGUES; ALMEIDA, 2005). É moderadamente adsorvido pelos colóides da argila e da matéria orgânica, tanto mais quanto maior o seu teor no solo; o processo é reversível, dependendo da umidade, da temperatura e do pH do solo. É lixiviável, sendo comum ser encontrado nos solos cultivados em profundidade superior a 30 cm e também em águas subterrâneas. Sua degradação no solo é, em parte, microbiana, mas também química e física. Apresenta meia-vida média, no solo, de 60 dias e persistência média a longa nos solos nas doses recomendadas (5 a 7 meses). Em solos tropicais e subtropicais sua persistência pode também ser maior que 12 meses se usado em doses elevadas em condições de pH do solo elevado, clima frio e seco. Em diversas regiões do Brasil, em campo, tem sido observada intoxicação da aveia semeada até 150 dias após aplicação de atrazine na cultura do milho. É muito utilizado na cultura do milho, sendo, também, recomendado para cana-de-açúcar, café, fruteiras, cacau, pimenta-do-reino, etc. Fumo e trigo são muito sensíveis ao atrazine. Quando aplicado em pós- emergência, tem-se observado ótima eficiência de controle das plantas daninhas mesmo utilizando-se doses menores que aquelas usadas em pré-emergência. Todavia, para isso, é necessário adicionar à calda óleo mineral, sendo mais eficiente para controlar plantas daninhas recém-emergidas (plantas com 1-2 pares de folhas). É muito utilizado em misturas com outros herbicidas em culturas de milho, cana-de-açúcar, fruteiras e outras. As plantas de milho e sorgo possuem a capacidade de metabolizar o atrazine absorvido, transformando-o por meio de reações de hidroxilação, dealquilação e conjugação, por ação de benzoxazinonas presentes nestas espécies, em compostos não-tóxicos. O atrazine é muito eficiente no controle de dicotiledôneas, porém apresenta eficiência apenas regular para controle de diversas monocotiledôneas. Na cultura do milho, é muito utilizado em pré-emergência, quando em mistura com o metolachlor, e também em pós-emergência precoce, quando em mistura com óleo mineral para controle de dicotiledôneas e em mistura no tanque com o nicosulfuron ou outras sulfoniluréias (foramsulfuron + idosulfuron-methyl), em áreas com infestação mista (JAKELAITIS et al., 2005). Simazine TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 3 - Herbicidas: Classificação e Mecanismos de Ação 71 SILVA, A.A. & SILVA, J.F. O 6-cloro-N,N`-dietil-1,3,5-triazina-2,4-diamina (simazine) apresenta solubilidade em água de 3,5 mg L-1, pKa: 1,62, Kow: 122; e Koc médio de 130 mg g-1 de solo. É adsorvido pelos colóides da argila e da matéria orgânica e tanto mais quanto maior o seu teor no solo; o processo é reversível, dependendo da umidade, da temperatura e do pH do terreno. É pouco lixiviável, não sendo comum ser encontrado nos solos cultivados em profundidade superior a 10 cm. Sua degradação no solo é, em parte, microbiana, mas também química, ocorrendo hidrólise, com formação de hidroxisimazine e dealquilação do grupo amino. Apresenta persistência média no solo nas doses recomendadas de 5 a 7 meses em condições tropicais e subtropicais, podendo ser maior que 12 meses se usado em doses elevadas. Pode ser usado em pré-emergência das plantas daninhas nas culturas de café, cana-de- açúcar, alfafa, fruteiras, etc., para controle de dicotiledôneas e algumas gramíneas. Em doses maiores que 10 kg ha-1 do p.c., pode ser usado usado para limpeza de cercas e áreas industriais. É absorvido basicamente pelo sistema radicular das plantas, sendo pouco móvel no solo. É utilizado em misturas com o atrazine, visando minimizar efeitos do clima, principalmente oscilações pluviais, e também para aumentar o espectro de controle de espécies de plantas daninhas. Ametryn O N-etil-N`-1(metiletil)-6-(metiltio)-1,3,5-triazina-2,4-diamina (ametryn) apresenta solubilidade em água de 200 mg L-1; pKa: 4,1; Kow: 427; e Koc médio de 300 mg g-1de solo. É medianamente lixiviável nos solos arenosos (RODRIGUES; ALMEIDA, 2005). Sua degradação no solo é, em maior parte microbiana, mas também química, por processos de oxidação e hidrólise. Apresenta persistência média no solo nas doses recomendadas de 4 a 6 meses em condições tropicais e subtropicais, podendo ser maior que nove meses se usado em doses elevadas, dependendo do clima e tipo de solo (meia-vidamédia no solo é de 60 dias). É recomendado para as culturas de cana-de-açúcar, banana, café, abacaxi, citros, milho e videira, para controle de mono e dicotiledôneas. Pode ser absorvido facilmente pelas raízes e folhas de plantas. É pouco móvel no solo, por ser muito adsorvido por colóides orgânicos e minerais. Sua TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 3 - Herbicidas: Classificação e Mecanismos de Ação 72 SILVA, A.A. & SILVA, J.F adsorção pelos colóides é muito influenciada pelo pH. Também pode apresentar adsorção negativa (dessorção), ocorrendo liberação para as plantas de moléculas anteriormente inativadas pelos colóides do solo. É muito utilizado em misturas com os herbicidas diuron, tebuthiuron, atrazine, trifoxysulfuron-sodium, 2,4-D, etc; principalmente quando recomendado para de cultura da cana-de-açúcar (PROCÓPIO et al., 2003). É pouco lixiviado no solo, permanecendo na maioria das condições na camada superior (primeiros 30 cm). Prometryne O N,N`-bis(1-metiletil)-6-(metiltio)-1,3,5-triazina-2,4-diamina (prometryne) apresenta solubilidade em água de 48 mg L-1; pKa: 4,09; Kow: 1.212; e Koc médio de 400 mg g-1de solo. É pouco lixiviado em solos de textura média a argilosa, sendo facilmente degradado por microrganismos que o utilizam como fonte de energia. Apresenta persistência média no solo nas doses recomendadas de 1 a 3 meses em condições tropicais e subtropicais, dependendo das condições de solo, do clima e da dose utilizada. Sua absorção é feita pelas folhas e raízes, sendo mais utilizado em pré-emergência. É recomendado para as culturas de quiabo, aipo, cenoura, alho, salsa, cebola, ervilha, etc. A cultura da cebola apresenta maior tolerância ao prometryne quando este é aplicado antes do transplante. Não apresenta seletividade para a cultura da cebola em semeadura direta. Metribuzin O 4-amino-6-(1,1-dimetiletil)-metiltio-1,2,4-triazina-5-(4H)-ona (metribuzin) apresenta solubilidade em água de 1.100 mg L-1; Kow: 44,7; e Koc médio de 60 mg g-1 de solo (RODRIGUES; ALMEIDA, 2005). É moderadamente adsorvido em solos com alto teor de matéria orgânica e, ou, argila. É um herbicida muito dependente das condições edafoclimáticas para seu bom funcionamento. Quando aplicado na superfície de solo seco e persistir nesta TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 3 - Herbicidas: Classificação e Mecanismos de Ação 73 SILVA, A.A. & SILVA, J.F. condição por sete dias, é desativado por fotodegradação (SILVA, 1989). O metribuzin é também facilmente lixiviado no solo, não sendo recomendado seu uso em solo arenoso e, ou, com baixo teor de matéria orgânica. É absorvido tanto pelas folhas quanto pelas raízes. Controla diversas espécies de dicotiledôneas e algumas gramíneas. É recomendado para aplicação em pré-emergência nas culturas de batata, tomate, soja, café, cana-de-açúcar e mandioca para o controle de diversas infestantes dicotiledôneas. Não apresenta nenhum controle sobre Euphorbia heterophylla. Na cultura do tomate conduzida em semeadura direta, deve ser usado exclusivamente em pré-emergência, logo após a semeadura. No tomate transplantado, poderá ser usado também em pós-emergência, até dez dias após o transplante das mudas. É utilizado em misturas com outros herbicidas, especialmente com trifluralin e metolachlor, na cultura da soja. Linuron O N-(3,4-diclorofenil)-N-metoxi-N-metiluréia (linuron) é um herbicida derivado da uréia e pertence ao grupo das uréias ou uréias substituídas. Apresenta solubilidade em água de 75 mg L-1, pKa: zero; Kow: 1.010; e Koc médio de 400 mg g-1 de solo. É adsorvido principalmente em solos com alto teor de matéria orgânica e, ou, argila, sendo pouco lixiviável nestes tipos de solo, apresentando persistência de 2 a 5 meses. É recomendado para uso em soja, algodão, milho, batata, cenoura, rabanete, alho, cebola, etc., principalmente para aplicações em pré-emergência. Nas culturas de cenoura e de cebola, pode também ser usado em pós-emergência, quando as plantas daninhas estiverem com 1-2 pares de folhas. É mais facilmente absorvido pelas raízes, tendo a sua atividade muito influenciada pelas características físico-químicas do solo (RODRIGUES; ALMEIDA, 2005). Diuron TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 3 - Herbicidas: Classificação e Mecanismos de Ação 74 SILVA, A.A. & SILVA, J.F O N’-(3,4-diclorofenil)-N,N-dimetiluréia (diuron) apresenta solubilidade em água de 42 mg L-1; pKa: zero; Kow: 589; Koc médio de 480 mg g-1 de solo e meia-vida média no solo de 90 dias com persistência de 4-8 meses (RODRIGUES; ALMEIDA, 2005). É muito adsorvido pelos colóides orgânicos e minerais, sendo sua atividade altamente influenciada pelas características físico-químicas do solo; por esta razão, é pouco móvel no perfil do solo. Esta característica garante a “seletividade toponômica” do diuron para o algodão e outras culturas em solos de textura média a pesada. Todavia, em solos de textura arenosa e com baixo teor de matéria orgânica, o diuron pode atingir o sistema radicular das culturas, tornando-as sensíveis. É recomendado para as culturas de algodão, cana-de-açúcar, citros, abacaxi, mandioca, seringueira, pimenta-do-reino, cacau, etc., para o controle de gramíneas e dicotiledôneas, sendo facilmente absorvido pelas raízes das plantas. O diuron, também, é muito recomendado em misturas com diversos herbicidas (paraquat, ametryn, 2,4-D, tebuthiuron, atrazine, MSMA, etc.), para uso em plantio direto, em aplicações dirigidas. Tebuthiuron O N-[5-(1,1-dimetiletil)-1,3,4-tiadiazol-2-il]-N,N’-dimetiluréia (tebuthiuron) possui solubilidade em água de 2.570 mg L-1; pKa: zero; Kow: 671 e Koc médio de 80 mg g-1 de solo. É adsorvido pelos colóides orgânicos e minerais, apresentando média lixiviação no perfil do solo. Quando usado em doses elevadas em cana-de-açúcar, recomenda-se não cultivar culturas sensíveis ao tebuthiuron, como feijão, amendoim e soja por um período inferior a dois anos e a três anos quando aplicado em pastagem. A persistência do tebuthiuron em regiões de elevada precipitação pluvial é de 12 a 15 meses; todavia, esta persistência é muito maior em regiões sujeitas a déficits hídricos prolongados. No Brasil, é recomendado para uso em cana-de-açúcar, pastagens e áreas não-cultivadas. Controla largo espectro de dicotiledôneas e monocotiledôneas anuais e perenes. É formulado como pó-molhável e suspensão concentrada. É recomendado para uso em pré-emergência na cultura da cana-de-açúcar, em aplicação isolada ou em misturas com outros produtos para o controle de plantas daninhas de folhas estreitas e largas que se propagam por sementes (RODRIGUES; ALMEIDA, 2005). Também pode ser usado para eliminar árvores ou arbustos em pastagens. Neste caso, apresenta efeito lento, podendo demorar de 3 a 12 meses para eliminar a planta. TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 3 - Herbicidas: Classificação e Mecanismos de Ação 75 SILVA, A.A. & SILVA, J.F. Bentazon O 3-(1-metiletil)-(1H)-2,1,3-benzotiodiazinona-4(3H)-ona 2-dióxido (bentazon) apre- senta solubilidade em água de 500 mg L-1; Kow: 0,35; e Koc médio de 34 mg g-1 de solo. É adsorvido pelos colóides orgânicos e minerais do solo, mostrando potencial de lixiviação muito reduzido, não sendo encontrado em profundidades superiores a 20 cm. Apresenta curta persistência no solo (inferior a 20 dias), não se observando efeito residual em culturas sucessoras (RODRIGUES; ALMEIDA, 2005). É registrado no Brasil para as culturas de amendoim, arroz, feijão, milho, soja e trigo. É utilizado exclusivamente em pós-emergência, devido à reduzida absorção radicular. Recomenda-se adição de um adjuvante oleoso à calda, para lhe facilitar a absorção por algumas espécies de plantas daninhas, exceto para a cultura do feijão onde a adição do adjuvante nãoé recomendada pois pode causar fitotoxicidade. A eficácia é maior a temperaturas altas e reduz quando abaixo de 16 oC, razão pela qual, no inverno, o uso de óleo mineral torna-se mais necessário. Controla diversas espécies de folhas largas anuais, entre elas Acanthospermum australe, Bidens pilosa, Ipomoea grandifolia, Rhaphanus raphanistrum, Commelina benghalensis, além de outras. Contudo é totalmente ineficiente no controle de Euphorbia heterophylla e Amaranthus sp. Deve ser aplicado sobre plantas daninhas no estádio de 2 a 4 folhas, estando estas com bom vigor vegetativo, evitando períodos de estiagem e umidade relativa do ar inferior a 60%. É comum ser utilizado em mistura, no tanque, com herbicidas recomendados para controlar plantas daninhas de folhas largas, quando a infestação do terreno incluir espécies que lhe são tolerantes. Não atua sobre gramíneas, visto que são comuns as combinações com graminicidas pós-emergentes; nestas condições, aplica-se, preferencialmente, primeiro o graminicida e, em um intervalo de três dias, o bentazon. A aplicação simultânea induz efeito antagônico. Propanil TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 3 - Herbicidas: Classificação e Mecanismos de Ação 76 SILVA, A.A. & SILVA, J.F O N-(3,4-diclorofenil) propanamida (propanil) apresenta solubilidade em água de 500 mg L-1; pKa: zero; Kow: 193; e Koc médio de 149 mg g-1 de solo. É fracamente adsorvido pelos colóides orgânicos e minerais. Apresenta persistência muita curta no solo, de apenas três dias, sendo decomposto basicamente por microrganismos. É compatível com a maioria dos herbicidas. Todavia, as misturas com fungicidas, inseticidas e fertilizantes foliares podem quebrar-lhe a seletividade para a cultura do arroz, pois inibem a enzima arilacilamidase responsável pelo rápido metabolismo do propanil nas plantas de arroz. Deve ser usado em aplicações seqüenciais com inseticidas: com os organofosforados observar intervalo mínimo entre as aplicações de 15 dias e, para os carbamatos, 30 dias. Não utilizá- lo em lavouras onde as sementes foram tratadas com carbofuran (RODRIGUES; ALMEIDA, 2005). É recomendado em pós-emergência da cultura do arroz e das plantas daninhas, com estas, preferencialmente, no início do desenvolvimento (2 a 3 folhas). Deve ser aplicado com as plantas daninhas com bom vigor vegetativo, evitando períodos de estiagem, horas de calor, umidade relativa do ar inferior a 70% e excesso de chuva, ou com a cultura em precárias condições vegetativas, fitossanitárias ou cobertas de orvalho. Não se adiciona surfatante à calda. Requer um período de seis horas sem chuva, após as aplicações, para assegurar sua absorção pelas plantas. Controla com eficiência diversas espécies de gramíneas, dicotiledôneas e ciperáceas. É muito comum o uso do propanil em mistura com outros herbicidas, visando aumentar o espectro de controle das plantas daninhas. 4.3. Herbicidas inibidores da PPO 4.3.1. Principais características As principais características dos herbicidas inibidores da PPO (WELLER, 2003c) são: • Herbicidas deste grupo podem penetrar pelas raízes, pelos caules e pelas folhas de plantas jovens. • Há muito pouca ou praticamente nenhuma translocação nas plantas tratadas. • A atividade herbicida acontece na presença da luz, ou seja, no escuro, os herbicidas deste grupo não têm ação. • As partes tratadas da planta que são expostas à luz morrem rapidamente (dentro de um a dois dias). Como estes herbicidas não se movimentam dentro da planta, as necroses foliares têm o formato e a intensidade das gotículas de pulverização. É preciso que haja boa cobertura da planta, para que ela seja efetivamente controlada. TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 3 - Herbicidas: Classificação e Mecanismos de Ação 77 SILVA, A.A. & SILVA, J.F. • Os difeniléteres são fortemente adsorvidos pela matéria orgânica do solo e muito pouco lixiviados. • A ação tóxica dos herbicidas inibidores da PPO, quando aplicados em pré-emergência, se manifesta nas plantas próximo da superfície do solo, durante a emergência das plântulas • A incorporação ao solo diminui a ação destes herbicidas, em razão da maior sorção destes aos colóides do solo. • A persistência no solo varia consideravelmente entre os herbicidas deste grupo, podendo variar de alguns dias a vários meses. É comum ocorrer danos em culturas sucedâneas quando não se observa o período de carência recomendado, que pode variar com a dose aplicada, tipo de solo e condições climáticas. • São poucos os relatos na literatura sobre o aparecimento de plantas daninhas que adquiriram resistência a estes herbicidas, em decorrência do uso repetido destes. • A toxicidade para pássaros e mamíferos é baixa, enquanto para peixes ela varia de baixa a moderada. 4.3.2. Mecanismo de ação A atividade destes herbicidas é expressa por necrose foliar da planta tratada em pós- emergência, após 4-6 horas de luz solar. Os primeiros sintomas são manchas verde-escuras nas folhas, dando a impressão de que estão encharcadas pelo rompimento da membrana celular e derramamento de líquido citoplasmático nos intervalos celulares (Fig. 4A). A estes sintomas iniciais segue-se a necrose. Quando estes herbicidas são usados em pré-emergência, o tecido é danificado por contato com o herbicida, no momento em que a plântula emerge. Similarmente à aplicação pós-emergência, o sintoma característico é a necrose do tecido que entrou em contato com o herbicida (WELLER, 2003c). Após a absorção e pequena translocação destes herbicidas até o local de ação, a luz é sempre necessária para a ação herbicida. Experiências realizadas por vários autores mostraram que o uso de um herbicida inibidor do transporte de elétrons na fotossíntese (diuron), ou mesmo de um mutante de planta amarelo (não-fotossintetizante), não reduziu o dano ocasionado pela aplicação de um difeniléter. Estas experiências demonstraram que o requerimento de luz para a atividade herbicida dos difeniléteres não está relacionado com a fotossíntese. TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 3 - Herbicidas: Classificação e Mecanismos de Ação 78 SILVA, A.A. & SILVA, J.F A B Figura 4 - Sintomas de intoxicação em plantas de pepino tratadas com fomesafen (A) e efeito residual no solo (carryover) em folhas de milho (B). No período de 1988-89, surgiram vários trabalhos que ajudaram no entendimento do mecanismo de ação desses herbicidas. Primeiramente foi mostrado que, tratando-se cloroplastos com um herbicida do grupo difenil-éter, houve a formação de grande quantidade de oxigênio singlete (1O2), reconhecidamente capaz de iniciar o processo de peroxidação de lipídios. Em seguida, outras publicações comprovaram que o pigmento envolvido era a protoporfirina IX, um precursor da clorofila. Foi mostrado que a protoporirina IX é acumulada fora dos plastídios, em tecidos tratados com os difeniléteres. Esse pigmento interage com o oxigênio e a luz para formar o oxigênio singlete (1O2). Foi descoberto também que substâncias capazes de inibir a síntese da protoporfirina IX (gabaculina, ácido levulênico, ácido 4,6-dioxoheptanóico) serviam de proteção contra os difeniléteres. Finalmente, foi mostrado que a enzima inibida pelos herbicidas do grupo dos difeniléteres era a protoporfirinogênio oxidase, conhecida simples- mente pela abreviatura PPO. Ficou então uma questão crucial para ser respondida: se a PPO é inibida, como é que a protoporfirina IX estaria sendo acumulada? Num trabalho de 1993, foi verificado que o protoporfirinogênio IX, precursor da protoporfirina IX, sai do centro de reação do cloroplasto quando a PPO é inibida e se acumula no citoplasma. A oxidação enzimática ocorre então no citoplasma, e o produto formado não serve de substrato para a enzima Mg-quelatase, responsável pela formaçãoda Mg-protoporfirina IX. A protoporfirina IX formada no citoplasma, sem Mg, interage com o oxigênio e a luz para formar o oxigênio singlete (1O2) e iniciar o processo de peroxidação dos lipídios da plasmalema. Uma explicação final deve ser dada sobre o fato de que a protoporfirina IX se acumula muito rapidamente em células de plantas tratadas com um difeniléter ou oxadiazon, daí o aparecimento de necroses de forma tão rápida (4-6 horas). A acumulação rápida da TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 3 - Herbicidas: Classificação e Mecanismos de Ação 79 SILVA, A.A. & SILVA, J.F. protoporfirina IX sugere um descontrole na rota metabólica de síntese desta. A explicação mais plausível é a inibição da síntese do grupo heme, precursor na planta dos citocromos, que é sintetizado a partir da protoporfirina IX com a interferência da Fe quelatase. O grupo heme é conhecido pela ação de controle na síntese do ácido aminolevulínico (ALA), a partir do glutamato. Com a inibição da PPO no cloroplasto, a síntese de heme é também inibida, deixando de haver o controle sobre a síntese de ALA. As conseqüências do descontrole são o aumento rápido do protoporfirinogênio IX, a saída para o citoplasma, a oxidação pela PPO no citoplasma, a formação da protoporfirina IX, o aparecimento do oxigênio singlete (forma reativa do oxigênio) e a peroxidação dos ácidos graxos insaturados da plasmalema (WELLER, 2003c). Vale a pena salientar que a enzima protoporfirinogênio oxidase (PPO) ocorre também nos mitocôndrios de células animais e que a enzima encontrada nos mitocôndrios é mais sensível aos herbicidas difeniléteres do que a enzima encontrada nos cloroplastos. A acumula- ção de protoporfirina em células humanas é conhecida por estar associada com algumas doenças, como a protoporfiria. Oxadiazon, por exemplo, quando adicionado na dieta de ratos, provoca níveis elevados de porfirina. O padrão de acumulação é o mesmo observado na doença Porfiria variegata. Esse fato sugere um manuseio bem cuidadoso desses herbicidas. 4.3.3. Caracterização de alguns herbicidas inibidores da PPO Fomesafen O 5-(2-cloro-4-(trifluorometil) fenoxi-N-(metilsulfonil)-2-nitrobenzamida (fomesafen) apresenta solubilidade em água de 50 mg L-1 (ácido); pKa: 2,83; Kow: 794; e Koc médio de 60 mg g-1de solo. Persistência alta no solo na dose recomendada, variando de dois a seis meses (RODRIGUES; ALMEIDA, 2005). Recomenda-se observar um intervalo mínimo de 150 dias entre a aplicação do fomesafen e a semeadura de milho e, ou, sorgo. É registrado no Brasil para as culturas de soja e feijão. Controla grande número de espécies de folhas largas anuais, entre elas Acanthospermum australe, Amaranthus hybridus, Euphorbia heterophylla, Bidens pilosa, Ipomoea grandifolia, além de outras. É recomendado para uso em pós-emergência das plantas daninhas estando estas no estádio de 2 a 4 folhas. Deve ser aplicado com as plantas daninhas TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 3 - Herbicidas: Classificação e Mecanismos de Ação 80 SILVA, A.A. & SILVA, J.F com bom vigor vegetativo, evitando períodos de estiagem, horas de muito calor e umidade relativa do ar inferior a 60%. Deve-se adicionar à calda o adjuvante recomendado pelo fabricante. Requer uma hora sem ocorrência de chuvas após a aplicação, para assegurar a absorção pelas plantas daninhas. É comum ser utilizado em mistura com o fluazifop-p-butyl, para o controle em pós-emergência de plantas daninhas dicotiledôneas e gramíneas e também com outros herbicidas, visando aumentar espectro de controle de plantas daninhas. Lactofen O 2-etoxi-1-metil-2-oxoetil-5-[2-cloro-4-(trifluorometil)fenoxi-2-nitrobenzoato (lactofen) apresenta solubilidade em água de 0,1 mg L-1; pKa: zero e Koc médio de 10.000 mg g-1de solo. É fortemente adsorvido pelos colóides orgânicos e minerais, apresentando muito baixa lixiviação no perfil do solo (RODRIGUES; ALEMIDA, 2005). O lactofen tem meia-vida no solo de três dias sendo completamente dissipado em menos de 30 dias, não afetando as culturas em sucessão. É registrado no Brasil para as culturas de soja, arroz e amendoim. Controla grande número de espécies de folhas largas anuais, incluindo algumas espécies- problema, como Euphorbia heterophylla, Sida rhombifolia, Commelina benghalensis, além de outras. É recomendado para uso em pós-emergência das plantas daninhas, no estádio de 2 a 4 folhas. O produto provoca intoxicação à cultura da soja, com clorose e necrose foliar e redução e crescimento, mas a cultura se recupera. É comum ser utilizado em mistura no tanque com outros herbicidas, visando aumentar o espectro de controle de plantas daninhas de folhas largas e, também, para inibir o aparecimento de biótipos resistentes a herbicidas. Oxyfluorfen O 2-cloro-1-(3-etoxi-4-nitrofenoxi)-4-(trifluorometil)benzeno (oxyfluorfen) apresenta solubilidade em água < 0,1 mg L-1; pKa: zero; Kow: 29.400; e Koc médio de 100.000 mg g-1de solo. É fortemente adsorvido pelos colóides orgânicos e minerais e, por isso, é resistente à TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 3 - Herbicidas: Classificação e Mecanismos de Ação 81 SILVA, A.A. & SILVA, J.F. lixiviação no perfil do solo. Sua degradação no solo é essencialmente por fotólise e insignificante por microrganismos. Apresenta meia-vida de 30 a 40 dias e persistência média de seis meses no solo; podendo, esta, ser ainda maior em viveiros, devido às condições de umidade e sombreamento (RODRIGUES; ALMEIDA, 2005). É registrado no Brasil para as culturas de algodão, café, arroz, cana-de-açúcar, citros, eucalipto e pinho, sendo utilizado em outros países, também, nas culturas de nogueira, videira, milho e amendoim. É utilizado em pré e pós-emergência precoce, dependendo da exigência da cultura. Controla gramíneas e algumas espécies de dicotiledôneas, ambas anuais. Em razão da sensibilidade à fotodecomposição, exige umidade no solo no momento da aplicação para penetrar neste, quando usado em pré-emergência, evitando a ação dos raios solares. Quando utilizado em pós-emergência, recomenda-se usar adjuvantes na calda. Em algodão, é usado quando a cultura atinge desenvolvimento superior a 50 cm de altura, em aplicação dirigida, de forma a não atingir o algodoeiro. Usar, se necessário, protetores de bicos. Aplicar após o cultivo, em pré-emergência das plantas daninhas, ou, no máximo, quando estas atingirem a fase de duas folhas; com elas mais desenvolvidas, aplicá-lo em mistura com o MSMA. Em arroz irrigado, pode ser usado em pré ou pós-emergência das plantas daninhas, porém antes da emergência do arroz. Em café, é utilizado tanto em viveiros quanto em cafezais jovens e adultos. Em viveiros, aplica-se logo após a semeadura ou até cinco dias depois, após a rega. Em cafezais jovens, deve ser aplicado em pré-emergência das plantas daninhas, em jato dirigido, de forma a não atingir a folhagem, podendo ser feitas duas aplicações anuais. Em cafezais adultos, deve ser aplicado logo após a arruação ou esparramação, em pré-emergência das plantas daninhas. Em plantações de eucalipto e pinho, aplica-se logo após o plantio, em pré-emergência das plantas daninhas, em solo úmido, na faixa de plantio, podendo ser pulverizado sobre as plantas, exceto nas variedades de eucalipto de folha pilosa, em que se faz em jato dirigido. Quando usado em pós-emergência, provoca o fechamento dos estômatos e deterioração das membranas celulares, ocasionando colapso das células. Em pré-emergência, age sobre o hipocótilo das plantas em germinação e nos meristemas foliares. Não tem ação sobre os tecidos radiculares, atuando unicamente sobre órgãos da parte aérea. Não é metabolizado nas plantas, sendo pouco absorvido pelo sistema radicular e, também, pouco móvel. Oxadiazon TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 3 - Herbicidas: Classificaçãoe Mecanismos de Ação 82 SILVA, A.A. & SILVA, J.F O 3-[4,2-dicloro-5(1-metiletoxi)fenil]-5-(dimetietil)-1,3,4-oxadiazol-2-(3H)-ona (oxadiazon) apresenta solubilidade em água de 0,7 mg L-1 ; pKa: zero; Kow: 63.100; e Koc médio: 3.200 mg g-1 de solo. É fortemente adsorvido pelos colóides orgânicos e minerais do solo; por esta razão e devido à sua baixa solubilidade em água, apresenta lixiviação e movimentação lateral insignificantes. Sua persistência no solo é de dois a seis meses, dependendo da dose aplicada, do tipo de solo e das condições climáticas (RODRIGUES; ALMEIDA, 2005). No Brasil, é recomendado para as culturas de arroz, alho, cebola, cenoura e cana-de-açúcar. Na cultura do arroz, preferencialmente, é utilizado em pré-emergência das plantas daninhas. Em cenoura, deve ser aplicado logo após a semeadura, antes da emergência das plantas daninhas, em solo úmido. O alho e a cebola e, de maneira geral, as culturas que se reproduzem por bulbo são bastante tolerantes ao oxadiazon. Nestas culturas deve ser utilizado em pré-emergência, logo após o plantio, podendo se reaplicar depois que as referidas culturas atinjam a fase de três folhas. Em cana-de-açúcar, aplica-se logo após o plantio, com as plantas daninhas ainda não emergidas, e, na cana-soca, logo após o corte, também em pré-emergência das invasoras. É comum aplicar o oxadiazon em misturas com herbicidas residuais (diuron, ametryn, simazine, etc.) na cultura de cana-de-açúcar. 4.4. Herbicidas inibidores do arranjo dos microtúbulos 4.4.1. Mecanismo de ação Estes herbicidas pertencem ao grupo das dinitroanilinas (trifluralin, pendimethalin e oryzalin). Interferem em uma das fases da mitose, que corresponde à migração dos cromossomas da parte equatorial para os pólos das células. Todos estes compostos (grupo das dinitroanilinas) interferem no movimento normal dos cromossomas durante a seqüência mitótica. O fuso cromático é formado por proteínas microtubulares denominadas tubulinas. Estas proteínas são contráteis, semelhantemente à actimiosina encontrada nos músculos dos animais, e responsáveis pela movimentação dos cromossomas para os pólos da célula. As dinitroanilinas inibem a polimerização destas proteínas e, conseqüentemente, a formação do fuso cromático e movimentação dos cromossomas na fase da mitose (Figs. 5 e 6). O efeito direto é sobre a divisão celular, tendo como conseqüência o aparecimento de células multinucleadas (aberrações). Estes herbicidas inibem o crescimento da radícula e a formação das raízes secundárias. São eficientes apenas quando usados em pré-emergência, porque a sua ação principal se manifesta pelo impedimento da formação do sistema radicular TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 3 - Herbicidas: Classificação e Mecanismos de Ação 83 SILVA, A.A. & SILVA, J.F. das plantas. Eles provocam a ruptura da seqüência mitótica (prófase > metáfase > anáfase > telófase) já iniciada (WELLER; SHANER, 2003). 4.4.2 Principais características • Paralisam o crescimento das raízes. • Possuem pouca ou nenhuma atividade foliar. • Apresentam de moderada a muito baixa movimentação no solo. • Repetidas aplicações não resulta na maior degradação microbiológica. • Todos os herbicidas deste grupo apresentam de moderada a baixa toxicidade para mamíferos. • Apresentam ótima ação no controle de gramíneas. Figura 5 - Seqüência normal da mitose. Figura 6 - Mitose interrompida pela ação de herbicidas derivados das dininitoanilinas. TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 3 - Herbicidas: Classificação e Mecanismos de Ação 84 SILVA, A.A. & SILVA, J.F 4.4.3. Caracterização de alguns herbicidas inibidores dos microtúbulos Trifluralin O 2,6-dinitro-N-N-dipropil-4-(trifluorometil) benzoamina (trifluralin) é um herbicida que apresenta excelente ação sobre as gramíneas anuais e perenes oriundas de sementes, sendo recomendado para as culturas de soja, algodão, feijão, ervilha, alfafa, quiabo, cucurbitáceas, brássicas, tomate, pimentão, alho, cebola, beterraba, e outras. Por ser um produto volátil (pressão de vapor de 1,1x10-4 mm Hg a 25 oC), sensível à luz e de solubilidade em água extremamente baixa (0,3 mg L-1 a 25 oC), necessita ser incorporado mecanicamente ao solo logo após a sua aplicação (RODRIGUES; ALMEIDA, 2005). É fortemente adsorvido pelos colóides da matéria orgânica e pouco pelos da argila; em solos ricos em matéria orgânica, a forte adsorção pode impedir a absorção do trifluralin pelas raízes das plantas, motivo pelo qual não é aconselhável seu uso nestas condições. A lixiviação, assim como o movimento lateral no solo, é muito reduzida. Apresenta pKa: zero; Kow: 118.000; e Koc médio de 7.000 mg g-1 de solo. É absorvido principalmente pela radícula e praticamente não se transloca na planta. A dose recomendada varia de acordo com as características fisico-químicas do solo. Apresenta degradação lenta no solo, podendo, em alguns casos de rotação de culturas (feijão/milho) em áreas de baixa fertilidade e mal manejadas, causar danos à cultura sucessora, provocando inibição do crescimento radicular desta (SILVA et al., 1998). Pendimethalin O N-(1-etilpropil)-3,4-dimetil-2,6-dinitrobenzenoamina (pendimethalin) é registrado no Brasil para controle de gramíneas nas seguintes culturas: algodão, alho, amendoim, arroz, café, cana-de-açúcar, cebola, feijão, milho, soja, tabaco e trigo. É recomendado para uso em pré-emergência da planta daninha e da cultura ou em PPI. É um herbicida de média volatilidade (pressão de vapor de 9,4x10-5 mm Hg), sensível à luz e pouco móvel no solo, motivo pelo qual a TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 3 - Herbicidas: Classificação e Mecanismos de Ação 85 SILVA, A.A. & SILVA, J.F. incorporação é recomendável em condições de solo seco e com período de estiagem. O pendimethalin apresenta solubilidade de 0,3 mg L-1; pKa zero; Kow: 152.000; e Koc médio de 17.200 mg g-1 de solo. É fortemente adsorvido pelos colóides do solo; por esta razão, sua lixiviação é muito baixa e as doses recomendadas se dão em função das características físico- químicas do solo. Sua persistência no solo varia de 3 a 6 meses de acordo com o solo, a dose aplicada e as condições climáticas (RODRIGUES; ALMEIDA, 2005). 4.5. Inibidores da síntese de ácidos graxos de cadeias muito longas (VLCFA) 4.5.1. Principais características As cloroacetamidas têm sido um dos grupos de herbicidas mais usados no mundo, desde o lançamento do primeiro herbicida desse grupo, em 1954 (CDAA) (SHANER; WELLER, 2003). Nos Estados Unidos da América do Norte, depois do glyphosate é o grupo de herbicida mais utilizado, por causa do uso extensivo em soja e milho. Apesar do uso contínuo por tantos anos, não existem ainda relatos do aparecimento de gramíneas que tenham adquirido resistência a esses herbicidas. Não há relatórios também sobre aumento de biodegradação no solo. As principais características dos herbicidas do grupo das cloroacetamidas são: • Controlam plântulas de muitas espécies de gramíneas anuais e algumas dicotiledôneas antes da emergência ou mesmo plantinhas, logo após a emergência. Em áreas tratadas com cloroacetamidas, as sementes iniciam o processo de germinação, mas não chegam a emergir, e, quando o fazem, exibem crescimento anormal. Em combinação com outros herbicidas, as cloroacetamidas podem auxiliar no controle de dicotiledôneas, porém, isoladamente, o controle não é consistente. O maior uso das cloroacetamidas está ligado ao controle, em pré-emergência, de espécies daninhas gramíneas e comelináceas. • Em razão de os efeitos desses herbicidas estarem ligados somente as plântulas, é muito difícil o estudo de translocação. Os dados existentes indicam translocação muito pequena. • As cloroacetamidas são aparentemente absorvidas pelas raízes (dicotiledôneas) e pelas partes acimada semente epicótilo (principalmente gramíneas). • Gramíneas mostram inibição da emergência da primeira folha do coleóptilo; ciperáceas mostram inibição da parte aérea; em dicotiledôneas (por exemplo, o algodoeiro), o efeito inibitório causado pelo alachlor é maior sobre as raízes. • Cada cloroacetanilida que apareceu no mercado depois do herbicida CDAA apresentou TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 3 - Herbicidas: Classificação e Mecanismos de Ação 86 SILVA, A.A. & SILVA, J.F características um pouco diferentes das outras. De maneira geral, as doses têm sido reduzidas, o efeito residual no solo tem aumentado e a dependência dos fatores do solo tem diminuído. Devido a problemas de tolerância, é um dos grupos mais estudados e com o qual mais se têm usado os protetores de herbicida. Exemplo deste uso é a proteção do sorgo contra cloroacetamidas, possibilitando a utilização desses herbicidas nesta cultura, naturalmente sensível a eles. • As cloroacetamidas apresentam normalmente pressão de vapor de média a alta, mas, pelo fato de não terem ação pós-emergente, não há registros de problemas com deriva. • A mobilidade no solo varia entre os herbicidas deste grupo e depende das condições de umidade e do teor de matéria orgânica do solo. De modo geral, as cloroacetamidas apresentam de baixa a média mobilidade nos solos. • A toxicidade das cloroacetamidas a peixes, pássaros e mamíferos é muito baixa. 4.5.2. Mecanismo de ação das cloroacetamidas Apesar de ter sido estudado extensivamente, o mecanismo bioquímico primário de ação das cloroacetamidas ainda não é bem conhecido. A hipótese mais aceita atualmente é a inibição de ácidos graxos de cadeias muito longas. Muitos efeitos diferentes sobre vários processos bioquímicos já foram mostrados. As cloroacetamidas estão relacionadas com a inibição da síntese de lipídios, ácidos graxos, terpenos, flavonóides e proteínas. Há relatórios que as relacionam com a inibição da divisão celular e interferência com controle hormonal (SHANER; WELLER, 2003). A maioria dos efeitos bioquímicos e fisiológicos relatados sobre o modo de ação destes herbicidas pode ser interpretada com base na inibição da síntese de proteínas. As cloroacetamidas podem também alquilar aminoacil tRNAs específicos e, com isso, inibir a síntese de proteínas. As cloroacetamidas são conhecidas como agentes alquilantes e podem agir alquilando nucleófilos biológicos. A retirada do nucleófilo pode acontecer entre o halogênio das cloroacetamidas e o nucleófilo, sendo este transferido (por exemplo, o grupo amino do metionil-tRNA inicial). Os efeitos das cloroacetamidas sobre a síntese de gorduras podem ser atribuídos à interferência no metabolismo da CoA, sendo esta enzima o ponto de começo de muitas rotas metabólicas, incluindo lipídios, ácidos graxos, terpenos, etc. Pelo menos “in vitro”, já foi mostrado que o herbicida alachlor é capaz de alquilar CoA. TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 3 - Herbicidas: Classificação e Mecanismos de Ação 87 SILVA, A.A. & SILVA, J.F. 4.5.3. Características de algumas cloroacetamidas Alachlor O 2-cloro-2,6-dietil-N-(metoximetil)acetanilida (alachlor) é recomendado para controle de diversas espécies de gramíneas e comelináceas, sendo usado em pré-emergência, logo após a semeadura da cultura, estando o solo com boas condições de umidade. Apresenta solubilidade em água de 242 mg L-1; pKa: zero; Kow 794; e Koc médio de 120 mg g-1 de solo (RODRIGUES; ALMEIDA, 2005). É adsorvido pelos colóides do solo, possuindo média a baixa mobilidade no solo e persistência de 6 a 20 semanas, variável com o tipo de solo e as condições climáticas. Quando aplicado em solo seco, a eficácia do produto reduz, se não chover no prazo de até cinco dias. Em algodão, amendoim e girassol, não se deve utilizá-lo em solos arenosos. Em café, aplicá- lo após a arruação ou esparramação, antes da emergência das plantas daninhas. Em café novo ou recepado, pode-se cultivar milho, soja ou amendoim no terreno tratado. Em cana-de-açúcar, deve ser utilizado logo após o plantio, podendo ser misturado com ametryn, diuron ou atrazine. Em milho, é comum misturá-lo com atrazine ou cyanazine. Em soja, em condições de alta infestação de Brachiaria plantaginea, recomenda-se a mistura com graminicidas ou aplicação em seqüência ao trifluralin incorporado; se a infestação for de Bidens pilosa, Richardia brasiliensis ou Sida sp., mistura-se com metribuzin, exceto em solos arenosos e, ou, com baixo teor de matéria orgânica. S-metolachlor O 2-cloro-N-(2-etil-6-metilfenil)-N-[(1S)-2-metoxi-1-metiletil)]acetanilida (S-metolachlor) é registrado no Brasil para cana-de-açúcar, feijão, milho, soja e algodão, sendo usado em outros países, também, para culturas de amendoim, batata, girassol, sorgo e plantas ornamentais. Controla essencialmente gramíneas anuais e algumas perenes de reprodução seminal, as comelináceas e um número reduzido de latifoliadas. Para aumentar o espectro de ação sobre estas TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 3 - Herbicidas: Classificação e Mecanismos de Ação 88 SILVA, A.A. & SILVA, J.F espécies, é comum misturá-lo com latifolicidas, como atrazine, cyanazine, metribuzin, etc. Em razão de sua absorção foliar ser quase nula, é utilizado apenas em pré-emergência das plantas daninhas. Pelo fato de sua absorção ser quase total pelo coleóptilo das gramíneas e pelo epicótilo das dicotiledôneas, é essencial que sua aplicação seja feita antes da completa emergência das plantas. Apresenta solubilidade em água de 488 mg L-1; pKa: zero; Kow: 3,05; e Koc médio de 200 mg g-1 de solo. É sorvido pelos colóides de argila e matéria orgânica; por esta razão, sua lixiviação é fraca a moderada, exceto em solos arenosos. Devido à sensibilidade do S-metolachlor, à fotodegradação e à volatilização, a sua eficácia ficará comprometida se aplicado em solo seco e não ocorrer uma chuva de intensidade superior a 10 mm no espaço de cinco dias (RODRIGUES; ALMEIDA, 2005). Em feijão, não deve ser utilizado em solos arenosos, por provocar inoxicação à cultura. Em milho, é largamente utilizado em mistura com o atrazine. Acetochlor O 2-cloro-N-(etoximetil)-N-(2-etil-6-metilfenil) acetanilida (acetochlor) é recomendado para uso em pré-emergência das plantas daninhas, devendo ser aplicado em seguida à semeadura, mas no prazo máximo de três dias após a ultima gradagem. A terra deve estar bem preparada, livre de torrões, restos de culturas e em boas condições de umidade. Apresenta solubilidade em água de 223 mg L-1; pKa zero e Kow 300. É adsorvido pelos colóides orgânicos e minerais do solo, sendo pouco lixiviado, apresentando persistência de 8 a 12 semanas, dependendo da dose utilizada, das condições climáticas e do tipo de solo. Em café, deve ser aplicado logo após a arruação e, ou, esparramação. Em cana-de-açúcar, usa-se em cana-planta, logo depois do plantio, antes da emergência das plantas daninhas e da cultura, sendo comum a mistura com outros herbicidas. Em milho, recomenda-se sua aplicação logo após a semeadura, podendo ser misturado, entre outros, com atrazine ou cyanazine. Em soja, aplica-se logo após a semeadura, antes da emergência das plantas daninhas e da cultura, podendo ser misturado, entre outros, com metribuzin, exceto em solos arenosos e, ou, com baixo teor de matéria orgânica. TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 3 - Herbicidas: Classificação e Mecanismos de Ação 89 SILVA, A.A. & SILVA, J.F. 4.6. Herbicidas Inibidores do Fotossistema I São herbicidas derivados da amônia quaternária (paraquat e diquat), sendo largamente utilizados como dessecantes no “plantio direto”, em aplicações dirigidas em diversas culturas, em várias partes do mundo e, também, como dessecantes, em pré-colheita para diversas culturas. 4.6.1. Características gerais• São altamente solúveis em água e, por isso, formulados em solução aquosa. • São cátions fortes. • São rapidamente adsorvidos e inativados pelos colóides do solo. • São rapidamente absorvidos pelas folhas; chuvas após 30 minutos de sua aplicação não mais influenciam a eficiência de controle das plantas daninhas. • A ação destes herbicidas é muito mais rápida na presença da luz do que no escuro. • Usualmente, a morte das plantas devido à ação destes herbicidas é tão rápida na presença da luz que não dá tempo de eles se translocarem na planta. • A toxicidade do diquat é alta e a do paraquat é muito alta, para mamíferos. 4.6.2. Mecanismo de ação Poucas horas após a aplicação destes herbicidas, na presença de luz, verifica-se severa injúria nas folhas das plantas tratadas (necrose do limbo foliar). Estes compostos possuem a capacidade de captar elétrons provenientes da fotossíntese (no fotossistema I) e formarem radicais livres. O local de captura dos elétrons está próximo a ferredoxina e sua velocidade de ação depende da intensidade luminosa. Estes radicais livres formados pelos herbicidas paraquat e diquat não são os agentes responsáveis pelos sintomas de intoxicação observados. Estes radicais são instáveis e rapidamente sofrem a auto-oxidação. Durante o processo de auto-oxidação são produzidos radicais de superóxidos, os quais sofrem o processo de dismutação, para formarem o peróxido de hidrogênio. Este composto e os superóxidos, na presença de Mg, reagem, produzindo radicais hidroxil. Esta substância promove a degradação rápida das membranas (peroxidação de lipídios), ocasionando o vazamento do conteúdo celular e a morte do tecido. Vale ressaltar que este não é o único sítio de ação destes herbicidas, porque pequena atividade destes produtos é observada, também, no escuro. Nesta condição, estes herbicidas capturam os elétrons provenientes da respiração, para formarem os radicais tóxicos. (WELLER, 2003c). TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 3 - Herbicidas: Classificação e Mecanismos de Ação 90 SILVA, A.A. & SILVA, J.F 4.6.3. Principal herbicida do grupo Paraquat O 1,1’-dimetil-4,4’-dicloreto de piridilio íon (paraquat) é um herbicida altamente solúvel em água (620.000 mg L-1); pKa: zero; Kow: 4,5; e Koc estimada de 1.000.000 mg g-1 de solo. É inativado ao entrar em contato com o solo, por completa adsorção do cátion à argila. Esta ocorre devido à dupla carga positiva da molécula do paraquat, formando complexos com os locais de carga negativa, de onde não é removido mesmo com lavagens de solução saturada de sais, só sendo recuperado por fragmentação da argila com ácido sulfúrico 18 N. Por esta razão, sua lixiviação é nula e sua decomposição microbiana no solo é muito lenta. O paraquat pode ser usado para: • Dessecante em “plantio direto”. Para este fim, o paraquat é muito utilizado em mistura com o diuron. • Em pré-emergência de culturas, porém em pós-emergência das plantas daninhas. • Aplicações dirigidas em culturas de milho, algodão, café, fruteiras e outras. • Dessecante, em pré-colheita, para diversas culturas, visando viabilizar colheita mecânica e melhor qualidade fisiologia de sementes (DOMINGOS et al., 2001). • Para limpeza de áreas não-cultivadas. 4.7. Herbicidas inibidores da acetolactato sintase Os herbicidas derivados das sulfoniluréias, comercializados pela primeira vez em 1982, apresentam alto nível de atividade em doses muito pequenas. Atualmente, há vários herbicidas deste grupo no mercado. Através de pequenas modificações na estrutura química, a seletividade pode ser alterada de uma cultura para outra. Exemplos de culturas que são tolerantes a um ou mais herbicidas desse grupo químico são trigo, soja, arroz, milho, feijão, batata, beterraba, algodão, coníferas, cana-de-açúcar, etc. As sulfoniluréias inibem a síntese dos chamados aminoácidos ramificados (leucina, isoleucina e valina), através da inibição da enzima Aceto Lactato Sintase (ALS); esta inibição interrompe a síntese protéica, que, por sua vez, interfere na síntese do DNA e no crescimento celular. As plantas sensíveis tornam-se cloróticas, definham e morrem, no prazo de 7 a 14 dias após o tratamento. Essa enzima é inibida, também, pelos TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 3 - Herbicidas: Classificação e Mecanismos de Ação 91 SILVA, A.A. & SILVA, J.F. herbicidas dos grupos químicos imidazolinonas, triazolopirimidinas e pirimidiniloxibenzóico (BRIDGES, 2003b; THILL, 2003c; HRAC, 2005). Apesar do pouco tempo de uso, a literatura já registra muitas espécies de plantas daninhas que desenvolveram resistência aos inibidores da ALS. As principais características das sulfoniluréias são: • Alguns são ativos em doses extremamente baixas; exemplo: o metsulfuron-methyl, que apresenta atividade na dose de 2 g ha-1 • A maioria das sulfoniluréias apresenta bom controle de muitas espécies de folhas largas (dicotiledôneas); todavia, algumas possuem, também, ótima atividade contra gramíneas. • A toxicidade aguda para mamíferos é muito baixa (5.500–6.500 mg kg-1 em ratos) para o herbicida chlorsulfuron, o mais estudado. Para outros análogos, a toxicidade é mais baixa ainda. • As sulfoniluréias são ativas tanto em aplicações foliares quanto em aplicações no solo. Apesar de quimicamente diferentes, as imidazolinonas têm o mesmo mecanismo de ação das sulfoniluréias, ou seja, inibem a enzima AHAS ou ALS. As principais caracte- rísticas deste grupo são: • As imidazolinonas são recomendadas para controle em pré-emergência e em pós- emergência de muitas folhas largas e gramíneas em cereais, soja e em áreas não-agrícolas. • Estes herbicidas são potentes inibidores do crescimento vegetal. Plantas tratadas param de crescer quase que imediatamente após a aplicação. Dois a quatro dias após a aplicação desses herbicidas o ponto de crescimento (meristema apical) das plantas tratadas torna-se clorótico e, depois, necrótico e morre. A morte completa da planta vai ocorrer sete a dez dias após o tratamento. Plantas de maior porte podem levar mais tempo para morrer, mas a paralisação do crescimento é imediata. • Todos estes herbicidas são sistêmicos, ou seja, translocam pelo floema. Uma vez dentro do floema, por causa do pH alcalino, estes herbicidas, que são ácidos fracos, se dissociam e os ânions têm dificuldade para deixar o floema. • As imidazolinonas apresentam persistência de moderada a longa no solo. Maior sorção e, conseqüentemente, maior persistência ocorrem quando decrescem a umidade do solo, o pH e a temperatura e, também, quando os teores de matéria orgânica, óxidos de ferro e de alumínio no solo aumentam. TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 3 - Herbicidas: Classificação e Mecanismos de Ação 92 SILVA, A.A. & SILVA, J.F • A dissipação no solo é, via de regra, por meio da degradação microbiana. Em condições de solo mais seco, mais herbicida é preso nos colóides do solo e menos produto é disponível para biodegradação ou absorção pelas plantas, o que implica maior persistência e possível "carryover". As imidazolinonas são sensíveis à fotólise, mas esse processo de dissipação não é importante no solo. A fotólise é mais importante no meio aquático. • Pouca lixiviação tem sido reportada em condições de campo, apesar de os estudos de laboratório indicarem mobilidade moderada destes herbicidas no solo. • As imidazolinonas apresentam muito baixa ou nenhuma toxicidade para mamíferos. Esta toxicidade baixa pode ser explicada pela enzima-alvo, que não ocorre em animais, e também pelo fato de a excreção desses herbicidas ser muito rápida em animais-teste. Além das sulfoniluréias e das imidazolinonas, outros herbicidas, de grupos químicos diferentes, apresentam o mesmo mecanismo de ação, ou seja, inibem a enzima ALS ou AHAS e, com isso, paralisam o crescimento das plantas (BRIDGES,2003b; THILL, 2003c). Dente esses grupos químicos, podem-se destacar as triazolopirimidinas, ou sulfonamidas, e os piridinil-oxibenzoatos. As principais características do herbicida N - (2,6-diflluorofenil) - 5 - metil (1,2,4) triazolo [1,5a] pirimidina - 2 - sulfonamida (flumetsulan) e N-[2,6-diclorofenil] - 5 - etoxi - 7 - fluoro(1,2,4) triazolo – [(1,5c)] pirimidina - 2 - sulfonamida (diclosulan) são: Flumetsulan Diclosulan • Apresentam ação pré-emergente sobre amplo espectro de plantas daninhas de folhas largas. As gramíneas, de maneira geral, são resistentes devido ao metabolismo mais rápido. Entre as culturas de folhas largas, a soja é tolerante. • Possuem absorção radicular, mas a translocação é sistêmica, ou seja, translocam-se tanto pelo floema quanto pelo xilema. • A sorção no solo e a persistência aumentam quando o pH decresce e quando a matéria orgânica aumenta. A persistência no solo é mediana, não havendo casos relatados de "carryover". • A dissipação no solo é devida ao ataque de microrganismos. Condições que favorecem a ação microbiana aceleram a dissipação destes herbicidas no solo. TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 3 - Herbicidas: Classificação e Mecanismos de Ação 93 SILVA, A.A. & SILVA, J.F. • Possuem mobilidade no solo moderada, não se antevendo problemas de contaminação de depósitos subterrâneos de água. • A toxicidade para mamíferos é muito baixa (Faixa Verde: DL50 > 6.000 mg kg-1 em ratos). 4.7.1. Algumas sulfoniluréias Metsulfuron-Methyl O ácido 2-[[[[(4-metoxi-6-metil-1,3,5-triazina-2-il)amino]carbonil]amino]sulfonil] benzóico (metsulfuron-methyl) apresenta solubilidade em água de 270 mg L-1; pKa: 3,3; Kow: 1,0 a pH 5 e 0,018 a pH 7; e Koc médio de 35 mg g-1g de solo. É pouco sorvido e muito lixiviado no solo, dependendo da textura e do teor de matéria orgânica. Sua persistência (meia- vida) no solo varia de 30 a 120 dias (RODRIGUES; ALMEIDA, 2005). É registrado no Brasil para controle de plantas daninhas de folhas largas nas culturas de trigo, arroz, cana-de-açúcar, aveia, cevada, manejo de inverno e pastagens. Entre as espécies sensíveis encontram-se Raphanus raphanistrum, Raphanus sativus, Acanthospermum australe, Bidens pilosa, Ipomoea grandifolia, além de muitas outras. É recomendado para uso em pós-emergência, devendo ocorrer intervalo de seis horas sem chuva após a sua aplicação. A ação do produto nas plantas daninhas sensíveis pode ser observada através da clorose das folhas e morte das gemas apicais, com evolução para morte das plantas até 21 dias após aplicação. Em espécies menos sensíveis, observa-se paralisação de seu desenvolvimento. Culturas como trigo e arroz, para as quais é seletivo, conseguem metabolizá-lo rapidamente a compostos não-fitotóxicos. Nicosulfuron O 2-[[[[(4,6-dimetoxi-2pirimidinil)amino]carbonil]amino]sulfonil]-N,N-dimetil-3- piridinacarboxamida (nicosulfuron) apresenta solubilidade em água de 360 mg L-1 a pH 5 e 12.200 a pH 6,85; pKa: 4,3; Kow: 0,44 a pH 5 e 0,018 a pH 7; e Koc médio de 30 mg g-1 de TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 3 - Herbicidas: Classificação e Mecanismos de Ação 94 SILVA, A.A. & SILVA, J.F solo a pH 6,5. Quanto à sua persistência em condições de Brasil, sabe-se que culturas de soja, girassol, algodão e feijão poderão ser semeadas 30 dias após a aplicação do nicosulfuron; trigo, arroz e batata, 45 dias após a aplicação; e tomate, 60 dias (RODRIGUES; ALMEIDA, 2005). No Brasil, está registrado para a cultura do milho, sendo utilizado em pós-emergência em área total. Controla gramíneas, inclusive o capim-massambará (Sorghum halepense), e diversas espécies de dicotiledôneas. No momento da aplicação, as plantas de milho devem estar com duas a seis folhas; as plantas daninhas dicotiledôneas, com duas a seis folhas; e as gramíneas, com até dois perfilhos. A aplicação deve ser feita estando o solo úmido e com as plantas daninhas em pleno vigor vegetativo. A ocorrência de chuvas uma hora após a aplicação não afeta a eficiência deste herbicida. A mistura do nicosulfuron com o atrazine no tanque do pulverizador aumenta o espectro de controle de plantas daninhas. Existem diferentes níveis de tolerância entre os híbridos de milho disponíveis no mercado brasileiro ao nicosulfuron. Por isso, antes de aplicar esse herbicida em cultura do milho consulte a lista de híbridos e variedades tolerantes a esse herbicida. A mistura desse herbicida com inseticidas carbamatos ou fosforados pode torná-lo não-seletivo ao milho (SILVA et al., 2005) Halosulfuron O metil-3-cloro-5-(4,6-dimetoxipirimidin-2-carbomoilsulfamoil)-1-metillpirazole-4- carboxilato (halosulfuron) é registrado no Brasil para cana-de-açúcar, para controle de Cyperus rotundus. Apresenta solubilidade em água de 15 mg L-1 a pH 5,0 e 1.650 a pH 7,0; pKa: 3,5; Kow: 47 a pH 5,0 e 0,96 a pH 7,0; e Koc médio de 93,5 mg g-1 de solo. Apresenta baixa adsorção no solo. Possui meia-vida média no solo em torno de 16 dias, variando com o tipo de solo e as condições climáticas (RODRIGUES; ALMEIDA, 2005). Sua aplicação deve ser feita em pós-emergência das plantas daninhas, sendo o melhor período 30 a 40 dias após o plantio da cana-de-açúcar, quando as plantas daninhas deverão estar no final da fase vegetativa ou início do florescimento. As plantas de Cyperus rotundus devem estar em boas condições de desenvolvimento, sem efeito de estresse hídrico ou de baixa temperatura. TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 3 - Herbicidas: Classificação e Mecanismos de Ação 95 SILVA, A.A. & SILVA, J.F. Chlorimuron-ethyl O ácido 2-[[[[(4-cloro-6-metoxi-pirimidinil)amino]carbonil]amino]sulfonil]benzóico (chlorimuron-ethyl), no Brasil, encontra-se registrado para a cultura da soja, sendo usado em pós-emergência. Apresenta solubilidade em água de 450 mg L-1 a pH 6,5; pKa: 4,2; Kow de 320 a pH 5,0 e 2,3 a pH 7,0; e Koc médio de 110 mg g-1 de solo (RODRIGUES; ALMEIDA, 2005). No solo, apresenta adsorção e lixiviação moderadas e meia-vida de 7,5 semanas. A persistência é maior em solos com pH mais elevado; em solos ácidos e com clima quente, a persistência é baixa. Manter intervalo de 60 dias entre a aplicação do chlorimuron-ethyl e a semeadura de trigo, milho, feijão e algodão. Para as outras culturas, fazer antes um bioensaio. Controla essencialmente espécies anuais de dicotiledôneas, sendo mais efetivo quando estas se encontram na fase inicial de crescimento (até seis folhas). Entre as espécies sensíveis encontram-se Desmodium tortuosum, Acathospermum australe, Ipomoea grandifolia, Bidens pilosa, além de outras. É comum misturá-lo com outros herbicidas, para controle de dicotiledôneas em soja, porém não deve ser misturado com graminicidas Flazasulfuron O 1-(4,6-dimetoxipirimidin-2-il)-3-(3-trifluorometil-2-piridilsulfonil) uréia (Flazasulfuron) apresenta solubilidade em água de 27.000 mg L-1 a pH 5,0 e 2.100 a pH 7,0; pKa, Kow e Koc não disponíveis. Sua mobilidade no solo é inversamente proporcional ao teor de matéria orgânica; é facilmente lixiviável no solo. Sua degradação no solo é por ação microbiana e química, sendo influenciada pela temperatura e pelo pH do solo (RODRIGUES; ALMEIDA, 2005). Apresenta meia-vida variando de 9 a 120 dias. Pode ser usado em pré ou em pós- emergência inicial das plantas daninhas, estando o solo em boas condições de umidade. Quando usadas em pós-emergência, as gramíneas devem ter no máximo três perfilhos; as dicotiledôneas, seis folhas; e a tiririca (Cyperus rotundus), de 5 a 8 folhas e em pleno desenvolvimento TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 3 - Herbicidas: Classificação e Mecanismos de Ação 96 SILVA, A.A. & SILVA, J.F vegetativo, evitando-se aplicar em períodos de estiagem e umidade relativa do ar inferior a 60% (SILVA et al.,1999). O flazasulfuron deve ser aplicado em cobertura total das plantas daninhas e da cultura; as plantas de cana-de-açúcar devem possuir no máximo quatro folhas, para se evitar o efeito “guarda-chuva”. Na cultura da cana, para maior espectro de controle, pode ser misturado no tanque do pulverizador com outros herbicidas (ametryn, diuron, etc.); todavia, se objetivo for controlar a Cyperus rotundus, este herbicida deve ser aplicado isoladamente. 4.7.2. Algumas imidazolinonas Imazaquin O ácido 2-[4,5-dihidro-4-metil-4-(1-metiletil)-5-oxo-1H-imidazol-2-il]-3-quinolina carboxílico (imazaquin) apresenta solubilidade em água de 60 mg L-1; pKa: 3,8; Kow: 2,2; e valor médio de Koc de 20 mg g-1 de solo a pH 7,0 (RODRIGUES; ALMEIDA, 2005). É fracamente adsorvido em solo com pH alto, porém esta adsorção aumenta em pH baixo. Sua persistência no solo é alta (meia-vida de sete meses), podendo afetar culturas de inverno que seguem à soja tratada com o produto (SILVA et al., 1998). O milho é muito sensível a resíduo de imazaquin no solo, exigindo intervalo de segurança acima de 180 dias após sua aplicação, não sendo recomendável cultivá-lo na modalidade de “milho safrinha” no mesmo ano agrícola da soja, em alguns tipos de solo. É registrado no Brasil para a cultura da soja, sendo utilizado em pré-plantio incorporado ou em pré-emergência das plantas daninhas. Controla essencialmente plantas daninhas dicotiledôneas, entre as quais Euphorbia heterophylla, Ipomoea grandifolia, Sida rhombifolia, além de outras. Imazethapyr TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 3 - Herbicidas: Classificação e Mecanismos de Ação 97 SILVA, A.A. & SILVA, J.F. O ácido 2-[4,5-dihidro-4-metil-4-(1-metiletil)-5-oxo-1H-imidazol-2-il]-5-etil-piridina carboxílico (imazethapyr) apresenta solubilidade em água de 1.400 mg L-1; pKa: 3,9; e Kow: 11 a pH 5,0 e 31 a pH 7,0. É fracamente adsorvido em solo com pH alto, mas esta adsorção aumenta em pH baixo, sendo, também, pouco lixiviado (RODRIGUES; ALMEIDA, 2005). Apresenta lenta degradação no solo (meia-vida de 60 dias), podendo causar toxicidade a algumas culturas de inverno que forem cultivadas em sucessão à soja tratada com este herbicida (SILVA et al., 1999). O milho e o sorgo são muito sensíveis ao resíduo de imazethapyr no solo. É registrado no Brasil para uso exclusivo na cultura da soja. Recomenda-se a aplicação em pós- emergência precoce, estando as dicotiledôneas, no estádio cotiledonar, com até quatro folhas, e as monocotiledôneas, entre uma e quatro folhas, o que geralmente acontece entre 5 e 15 dias após a semeadura da soja. Controla com eficiência diversas espécies de plantas daninhas: Euphorbia heterophylla, Bidens pilosa, Hyptis suaveolens, Ipomoea grandifolia, além de outras. Imazamox O ácido nicotínico 2-(4-isopropil)-4-metil-1-metiletil-(1-metil-5-oxo-2-imidazolin-2-il)- 5-(metoximetil) (imazamox) apresenta solubilidade em água de 4.413 mg L-1 e Kow: 5,36 (RODRIGUES; ALMEIDA, 2005). É pouco adsorvido pelos colóides do solo e, também, pouco lixiviado. Apresenta rápida degradação no solo, essencialmente microbiana (meia-vida de 15 dias). Estudos preliminares têm demonstrado que este herbicida apresenta rápida degradação em condições de solos brasileiros (SILVA et al., 1999). É registrado no Brasil para cultura da soja e do feijão. Recomenda-se sua aplicação em pós-emergência das plantas daninhas dicotiledôneas, estando estas com até quatro folhas e de monocotiledôneas, entre um a três perfilhos, o que geralmente acontece entre 15 e 20 dias após a semeadura do feijão. Controla, com eficiência, diversas espécies de plantas daninhas, entre estas Euphorbia heterophylla, se aplicado em pós-emergência precoce. Imazapyr TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 3 - Herbicidas: Classificação e Mecanismos de Ação 98 SILVA, A.A. & SILVA, J.F O ácido (+-)-2-[4,5-dihidro-4-metil-4-(1-metietil)-5-oxo-1H-imidazol-2-il]-3-piridina carboxílico (imazapyr) apresenta solubilidade em água de 11.272 mg L-1 a pH 7,0 e pKa: 1,9 a 1,36 (RODRIGUES; ALMEIDA, 2005). É fracamente adsorvido pelos colóides do solo. Apresenta lenta degradação no solo, essencialmente por via microbiana, em condições aeróbicas, não se processando em condições anaeróbicas. Em campo, a persistência biológica é dependente, sobretudo, da dosagem e dos fatores ambientais, com degradação mais rápida em clima quente e úmido. Estudos de laboratório indicam que imazapyr tem alto potencial de se mover no perfil do solo, podendo ocorrer lixiviação positiva (para baixo) ou negativa (reversa – para cima), dependendo do movimento capilar da água no perfil do solo (FIRMINO, 2001). Aplicações em altas doses para capinas de ruas pode intoxicar árvores utilizadas na arborização do ambiente (Fig. 7). Também quando aplicado no tronco do eucalipito visando eliminar rebrota após a derrubada, pode ser exsudado pelas raízes, vindo intoxicar as novas mudas plantadas para renovação da floresta, principalmente em solos arenosos. Sua persistência no solo é longa (três a sete meses em solos tropicais e seis meses a dois anos em clima temperado. A B a b Figura 7 - Árvores mortas pela ação do imazapyr quando aplicado para capina química de rua (A). Plantas normais cultivadas em solo sem resíduos de herbicidas (a) e plantas com sintomas de intoxicação do imazapyr (b), cultivadas em solo coletado à margem da rua tratada com o herbicida. TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 3 - Herbicidas: Classificação e Mecanismos de Ação 99 SILVA, A.A. & SILVA, J.F. 4.7.3. Herbicida derivado do ácido pirimidiniloxibenzóico Pyrithiobac-sodium O sódio 2-cloro-6-[(4,6-dimetoxipirimidina-2-il) tio]- benzoato (Pyrithiobac-sodium) apresenta solubilidade em água de 1.610 mg L-1, Kow: 0,6, pKa: 2,34 e meia-vida no solo de dois meses (RODRIGUES; ALMEIDA, 2005). É pouco adsorvido pelos colóides do solo e, também, pouco lixiviado. Apresenta degradação no solo essencialmente microbiana É registrado no Brasil para o controle de dicotiledôneas, em pós-emergência precoce na cultura do algodão, devendo ser aplicado em pós-emergência precoce quando as plantas daninhas de folhas largas estiverem com o máximo de três folhas. 4.8. Herbicidas inibidores da EPSPs 4.8.1. Mecanismo de ação Logo após a aplicação, plantas tratadas com estes herbicidas param de crescer. Há redução acentuada, nas plantas tratadas, nos níveis desses aminoácidos aromáticos (fenilalanina, tirosina e triptofano). Por outro lado, foi observado aumento acentuado na concentração de chiquimato, precursor comum na rota metabólica dos três aminoácidos aromáticos. Verificou- se, então, que o ponto de ação era a enzima EPSP sintase (5 enolpiruvilchiquimato-3-fosfato sintase). Glyphosate inibe a EPSP sintase por competição com o substrato PEP (fosfoenolpi- ruvato), evitando a transformação do chikimato em corismato. A enzima EPSP sintase é sintetizada no citoplasma e transportada para dentro do cloroplasto onde atua. O glyphosate se liga a esta enzima pela carboxila do ácido glutâmico (glutamina) na posição 418 da seqüência de aminoácidos (SHANER; BRIDGES, 2003). Alguns autores acham que a simples redução de aminoácidos e a acumulação de chiquimato não seriam suficientes para a ação herbicida; acreditam que a desregulação da rota do ácido chiquímico resulta na perda de carbonos disponíveis para outras reações celulares na planta, uma vez que 20% do carbono das plantas é TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 3 - Herbicidas: Classificação e Mecanismos de Ação 100 SILVA, A.A. & SILVA, J.F utilizado nesta rota metabólica, pois fenilalanina, tirosina e tryptofano são precursores da maioria dos compostos aromáticos nas plantas. 4.8.2. Características gerais Glyphosate O N-(fosfonometil) glicina (glyphosate)possui as seguintes características (BRIDGES, 2003c). • Apresenta espectro de controle muito amplo; praticamente não há seletividade. • Translocação simplástica em gramíneas e folhas largas. • A morte da planta ocorre lentamente: de 7 a 14 dias após a aplicação, em plantas anuais. • Baixa vazão e menores gotículas são mais eficientes do que alta vazão e gotículas grandes. • A translocação é facilitada em condições de alta intensidade luminosa. • Durante a primeira semana após a aplicação a folhagem não deve ser cortada, para melhor eficiência de translocação para o sistema radicular. • Não apresenta atividade no solo, por causa de sua conjugação com sesquióxidos de ferro e alumínio. • Águas de pulverização contendo muitos sais solúveis (Ca e Mg) diminuem a atividade destes herbicidas. • Através da engenharia genética, já foram obtidas culturas resistentes a glyphosate, como a soja e o algodão. Quanto à resistência adiquirida pela pressão de seleção (aplicações repetidas do ghyphosate), poucas espécies de plantas daninhas foram identificadas como resistentes a estes herbicidas. • Como a enzima afetada é exclusiva de plantas, apresenta, de maneira geral, muito pouca toxicidade para animais. TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 3 - Herbicidas: Classificação e Mecanismos de Ação 101 SILVA, A.A. & SILVA, J.F. • Formulações usadas no meio aquático não contêm surfatantes, para não causar problemas de toxicidade para peixes. • A translocação é melhor em plantas com alta atividade metabólica. • A absorção destes produtos pelas plantas é lenta. A ocorrência de chuva em intervalo de tempo menor que 4-6 horas pode reduzir a eficiência destes herbicidas. O efeito varia com a formulação. No Brasil, o glyphosate está sendo comercializado com diferentes formulações: sal isopropilamina, utilizado em diversas marcas comerciais, englobando o Roundup original e o Roundup Transorb; sal de amônia, utilizado nas formulações granulares, Roundup WDG e Roundup Multiação; e sal potássico, cujo representante é o Zap Qi. As formulações Roundup Transorb e Zap Qi se diferenciam das demais por apresentar penetração foliar mais rápida do que as demais existentes no mercado brasileiro. A não-ocorrência de chuvas até quatro horas após as aplicações garante absorção do glyphosate, formulado como Roundup Transorb ou Zapp Qi, em Brachiaria decumbens e Digitaria horizontalis (Fig. 8), enquanto para as demais formulações, o tempo mínimo sem chuvas após aplicação para se garantir a absorção foliar desse herbicida é de seis horas (JAKELAITIS et al., 2001). Quando aplicado sobre plantas em condições de déficit hídrico prolongado, esse tempo para penetração do glyphosate via foliar é maior. Digitaria horizontalis Roundup Transorb Roundup WG 0 h 1 h 2 h 6 h4 h S/Ch Digitaria horizontalis Roundup Transorb Roundup WG 0 h 1 h 2 h 6 h4 h S/Ch Sul a Rebrota stresse 25DAC Test 0h 1h 2h 3h 4h 5h 6h 15mm 30mm Brachiaria decumbens fosate - 1,44 kg/h das plantas sem eZapp Qi Figura 8 - Eficiência de formulações de glyphosate em diversos períodos de simulação de chuva após a aplicação. Atualmente o ghyphosate é o herbicida mais utilizado no mundo, sendo recomendado para diversas atividades agrícolas e não-agrícolas. No Brasil, as suas principais recomendações são: TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 3 - Herbicidas: Classificação e Mecanismos de Ação 102 SILVA, A.A. & SILVA, J.F • Para controle de plantas daninhas em áreas não-cultivadas (rodovias, ferrovias, ruas, parque de indústria, etc.). • Como dessecantes, para implantação do plantio direto de culturas. • Na renovação de pastagens. • Para aplicações dirigidas em culturas perenes (café, fruteiras, reflorestamento e outras). • Para controle seletivo de plantas daninhas em culturas geneticamente modificadas. • Para o controle de plantas daninhas aquáticas • Como regulador de florescimento em cana-de-açúcar. 4.9. Herbicidas inibidores da glutamina sintetase 4.9.1. Mecanismo de ação Os herbicidas inibidores da glutamina sintetase possuem ação de contato e por alteração do metabolismo amônico (BRIDGES; HESS, 2003). No primeiro caso, destróem os tecidos da epiderme das folhas e, no segundo, inibem a atividade da enzima glutamina sintetase (GS), responsável pela reação da amônia formada na célula – durante o processo de redução dos nitratos, fotorrespiração e metabolismo dos aminoácidos – com o ácido glutâmico para a formação da glutamina (RODRIGUES; ALMEIDA, 2005). Dessa forma, tem-se o aumento da concentração do NH2 na célula causando sua morte. Uma vez que a amônia é produzida principalmente durante a reação relacionada com o transporte de elétrons fotossintéticos, a acumulação é maior em plantas expostas à maior incidência luminosa. O primeiro sintoma de intoxicação é o amarelecimento da folhagem e outros tecidos verdes da planta, seguido de murchamento e morte da planta, entre 7 a 14 dias. 4.9.2. Característica gerais Amônio-glufosinate O amônio-DL-homoalanina-4-il(metil) fosfinato (amônio-glufosinate) apresenta solubilidade em água de 1.370 g L-1, pKa: < 2 e persistência no solo e 7 a 20 dias TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 3 - Herbicidas: Classificação e Mecanismos de Ação 103 SILVA, A.A. & SILVA, J.F. (RODRIGUES; ALMEIDA, 2005). É pouco adsorvido pelos colóides do solo e altamente móvel. Apresenta rápida degradação no solo por ação microbiana. É um herbicida para uso em pós-emergência registrado no Brasil para o controle eficiente das plantas daninhas para aplicação em jato dirigido ou em pré semeadura da cultura. É recomendado para diversas culturas incluindo fruteiras, olerícolas, culturas anuais, café e eucalipto. Também é utilizado na dessecação para o plantio direto e para antecipar colheita de feijão, batata e soja, todavia pode afetar o vigor das sementes colhidas, se não forem observadas as recomendações técnicas. Para maior eficiência do produto recomenda-se a utilização de adjuvante como adesivo. A absorção é foliar, sendo a translocação limitada tanto pelo floema como pelo xilema. 4.10. Herbicidas inibidores da ACCase 4.10.1. Principais características Os compostos deste grupo apareceram no mercado de herbicidas a partir de 1975 e, até hoje, novos produtos estão sendo desenvolvidos. São muito utilizados para o controle de gramíneas anuais e perenes. As principais características deste grupo de herbicidas (THILL, 2003b) são: • São utilizados exclusivamente em pós-emergência, para controle de gramíneas anuais e perenes. • A seletividade ou tolerancia para as culturas ou plantas daninhas, respectivamente, varia entre espécies de gramíneas. • As espécies não-gramíneas são todas tolerantes. • São prontamente absorvidos pela folhagem das plantas. A translocação varia entre espécies, mas ocorre tanto pelo floema quanto pelo xilema. • Para a atividade máxima ser atingida, há sempre necessidade da adição de um adjuvante. • São muito efetivos quando aplicados sobre plantas não-estressadas, em fase de rápido crescimento; a eficiência diminui quando as gramíneas estão se desenvolvendo em condições de déficit hídrico. • A morte das gramíneas suscetíveis é lenta, requerendo uma semana ou mais para a morte completa. Os sintomas incluem rápida parada do crescimento das raízes e da parte aérea e troca de pigmento nas folhas dentro de dois a quatro dias, seguida de necrose, a qual começa nas regiões meristemáticas e se espalha pela planta toda. TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 3 - Herbicidas: Classificação e Mecanismos de Ação 104 SILVA, A.A. & SILVA, J.F • Apresentam lenta degradação no solo. • Em doses normais, os herbicidas deste grupo não apresentam atividade suficiente para o controle de gramíneas em pré-emergência. Somente diclofop temregistro para uso no solo. De maneira geral, para que haja ação no solo, é necessária uma dose três vezes maior que a requerida para a ação em pós-emergência. • Misturas no tanque desses graminicidas específicos com latifolicidas têm trazido uma série de problemas de antagonismo. Entre os herbicidas que já mostraram ação antagônica, podem ser citados: sulfoniluréias, imidazolinonas, MCPA, 2,4-D, 2,4-DB, dicamba, acifluorfen, bromoxynil, bentazon e metribuzin; provavelmente eles afetam a absorção foliar. Espaçando-se as pulverizações por alguns dias, o problema é minimizado e, até mesmo, eliminado. • Apesar do pouco tempo de uso, já existem plantas daninhas que adquiriram resistência aos inibidores da biossíntese de lipídios. O caso mais relatado é o ocorrido na Austrália com a espécie Lolium rigidum, que mostrou resistência ao diclofop-methyl e resistência cruzada a outros graminicidas específicos, às sulfoniluréias e ao trifluralin. • A enzima afetada por estes herbicidas ocorre também nas células animais; por isso, de maneira geral, eles são tóxicos para mamíferos (classe toxicológica de I a III, predominância da classe II) e, também, para peixes. 4.10.2. Mecanismos de ação Muitos dos estudos já realizados sobre o mecanismo de ação dos arilofenoxipropionatos foram feitos com o herbicida diclofop-methyl. Este herbicida é rapidamente absorvido pelas folhas e atinge os meristemas da planta, apesar de a quantidade que atinge a área meristemática ser muito pequena em relação ao que é aplicado. A translocação ocorre pelo xilema e pelo floema. Em algumas horas, o crescimento de raízes e parte aérea é paralisado. O tecido meristemático em gemas e nós torna-se clorótico e, depois, necrótico. Após alguns dias da aplicação, quando o tecido meristemático decai, fica aparente a disfunção de membrana. As folhas mais velhas apresentam sinais de senescência e mostram troca de pigmento. Estudos feitos com sethoxydim mostraram que este herbicida inibe o crescimento e a acumulação de clorofila. Ademais, ele causou declínio na atividade respiratória, resultando no aumento dos níveis de açúcar e antocianina. Foi verificado também que a divisão celular foi prejudicada por causa da inibição da formação da parede celular, surgindo células binucleadas. TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 3 - Herbicidas: Classificação e Mecanismos de Ação 105 SILVA, A.A. & SILVA, J.F. A partir de 1981, trabalhos realizados com diclofop-methyl começaram a desvendar o modo de ação dos graminicidas específicos. Foi verificado que este herbicida inibe fortemente a incorporação de 14C-acetato em lipídios quando pontas de raízes de milho foram tratadas por 24 horas, na concentração de 0,5 µM. Como não houve interferência na absorção de acetato, o problema era na síntese de lipídios. A diferença na tolerância entre espécies de gramíneas e folhas largas é muito grande. Enquanto 0,1 µM de haloxyfop provocou 42% de inibição da incorporação de acetato em células de milho, para causar 50% de inibição em células de soja foi necessária uma concentração 47 vezes maior. Há diferenças também entre a atividade de isômeros e as formulações. No caso de diclofop-methyl, por exemplo, a formulação ácida é mais ativa que a formulação éster e o isômero “D” é muito mais ativo que o “L”. A inibição da ACCase explica perfeitamente a redução no crescimento, o aumento na permeabilidade de membrana e os efeitos ultra-estruturais observados nas células. Foi descoberto, em 1987, que a ação dos graminicidas específicos era sobre a enzima Acetil Coenzima-A Carboxilase (ACCase). Esta enzima, encontrada no estroma de plastídios, converte o Acetil Coenzima A (Acetil-CoA) em Malonil Coenzima A (Malonil-CoA) pela adição de uma molécula de CO2 ao Acetil-CoA. Esta é uma reação-chave no início da biossíntese de lipídios, e muitos autores julgam ser esta reação a que dosa o ritmo da biossíntese de lipídios. A falta de lipídios provoca despolarização da membrana celular (THILL, 2003b). A enzima Acetil Coenzima A Carboxilase (ACCase) é, na realidade, um complexo de três domínios: uma biotina carboxilase que promove a carboxilação da biotina com carbonato (CHO3), o qual é uma reação dependente de ATP; a transcarboxilase, que transfere o CO2 da biotina para o Acetil-CoA; e a proteína transporte da biotina (BCP), a qual é ligada covalentemente ao grupo da biotina por um espaçador móvel, que permite à biotina se mover entre os dois centros catalíticos (TRILL, 2003b). A ACCase de milho já foi isolada, purificada e parcialmente caracterizada. Quando o substrato Acetil-CoA é substituído por Proprionil-CoA, a enzima funciona, mas a eficiência diminui pela metade. 4.10.3. Caracterização de alguns inibidores da ACCase Fluazifop-p-butyl TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 3 - Herbicidas: Classificação e Mecanismos de Ação 106 SILVA, A.A. & SILVA, J.F O ácido (R)-2-[4-[[5-(trifuorometil)-2-piridinil]oxi]fenoxi] propanóico (fluazifop-p- butyl) apresenta solubilidade em água de 1,1 mg L-1; pKa: 3,1, Kow: 4,5; e Koc médio de 5.700 mg g-1 de solo. Não apresenta mobilidade no solo, tendo uma persistência média de 30 dias (RODRIGUES; ALMEIDA, 2005). É registrado no Brasil para as culturas de alface, algodão, cebola, cenoura, soja, feijão, tabaco, tomate, café, eucalipto, citros, pinho, roseira e crisântemo. Controla grande número de espécies de gramíneas anuais no estádio de até 4 perfilhos e algumas perenes. É recomendado para uso em pós-emergência, devendo ser aplicado no início do desenvolvimento das plantas daninhas. Deve ser aplicado com as plantas em bom estado de vigor vegetativo, evitando períodos de estiagem, horas de muito calor e umidade relativa do ar inferior a 70%. Não deve ser misturado com herbicidas que controlam dicotiledôneas, a não ser o fomesafen, por incompatibilidade fisiológica (efeito antagônico), devendo ser utilizado seqüencialmente, com intervalo superior a cinco dias. Clethodim O (E,E)-(+/-)-2-[1-[[(-cloro-2-propenil)oxi]imino]propil]-5-[2-(etiltio)propil]-3-hidroxi- 2-ciclohexeno-1-ona (clethodim) apresenta solubilidade em água de 5.520 mg L-1, Kow: 15000 e persistência muito curta no solo, dois a três dias (RODRIGUES; ALMEIDA 2005). É um herbicida graminicida, sistêmico, altamente seletivo para a cultura da soja e outras dicotiledôneas, como algodão, amendoim, feijão, ervilha, cebola, cenoura, soja, tabaco, tomate, café, eucalipto, citros, pinho e outras. Destaca-se pelo seu amplo espectro de ação no controle de gramíneas anuais, perenes e tigüera de culturas gramíneas, comuns em rotação de culturas com a soja, tais como: azevém, milho, aveia e trigo. É recomendado para uso em pós- emergência, devendo ser aplicado no início do desenvolvimento das plantas daninhas (4 folhas até 6 perfilhos, quando provenientes de sementes, e com 10 a 40 cm, quando provenientes de rizomas). Deve ser aplicado com as plantas daninhas em bom vigor vegetativo, evitando períodos de estiagem, horas de muito calor e umidade relativa do ar inferior a 60%. TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 3 - Herbicidas: Classificação e Mecanismos de Ação 107 SILVA, A.A. & SILVA, J.F. Haloxyfop-methyl O ácido 2-[4-[[(3-cloro-5-(trifluorometil))-2-piridinil]oxi]fenoxi] propiônico (haloxyfop- methyl) apresenta solubilidade em água de 9,3 mg L-1; pKa: 4,3; Kow: 11,7; e Koc médio de 33 mg g-1 de solo. É moderadamente adsorvido pelos colóides do solo; em solos leves, em condições de alta pluviosidade, pode haver lixiviação do produto. A ação residual do produto na lavoura é de 30 a 40 dias. É utilizado, no Brasil, para as culturas de soja, feijão e eucalipto. Quando usado na dose de 120 g ha-1, controla gramíneas anuais, de reprodução seminal, desde jovem até adiantado estádio de desenvolvimento. Em doses altas(120-360 g ha-1), tem ação sobre rebentos de gramíneas anuais que tenham sido roçadas, como é o caso normal em culturas perenes. Nas doses de 360 - 600 g ha-1, controla gramíneas perenes, como Cynodon dactylon e Sorghum halepense, podendo requerer reaplicação no caso de rebrotas (RODRIGUES; ALMEIDA, 2005). É rapidamente absorvido pelas folhas, não sendo prejudicada sua eficácia por chuvas que ocorram uma hora após sua aplicação. É compatível com outros herbicidas usados em pós-emergência para controle de folhas largas, como bentazon, acifluorfen, fomesafen e lactofen, permitindo a aplicação dos dois numa só operação, com exceção do 2,4-D; neste caso, há que observar um intervalo de dez dias entre o emprego de um e outro. Quando misturado com herbicidas recomendados para uso em pós- emergência que controlam plantas daninhas de folhas largas e que já contenham em sua formulação um adjuvante, não se deve adicionar óleo mineral à calda, pois aumenta-lhe a fitotoxicidade. Sethoxydim O 2-[1-etoximina)butil] - 5 – [2-(etiltio)propil]-3-hidroxi-2-ciclohexeno-1- ona (sethoxydim) apresenta solubilidade em água a pH 4,0 de 25 ppm e a pH 7,0 de 4.700 mg L-1; pKa: 4,16; TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 3 - Herbicidas: Classificação e Mecanismos de Ação 108 SILVA, A.A. & SILVA, J.F Kow: 45,1; e Koc médio de 100 mg g-1 de solo (RODRIGUES; ALMEIDA, 2005). Tem uma meia-vida no solo de 4 a 11 dias, dependendo das condições climáticas e do tipo de solo. Não prejudica as culturas suscetíveis que sejam instaladas no terreno 30 dias após o tratamento. É um herbicida registrado no Brasil para algodão, eucalipto, feijão, girassol, gladíolo, soja e tabaco; encontra-se em fase de registro para abacaxi, cenoura, linho e mandioca. Em outros países, é recomendado, também, para as culturas de alfafa, amendoim, colza, gergelim, café, banana, citros, macieira e em hortícolas (batata, melancia, melão e morango). Supõe-se que seja seletivo para todas as culturas que não são gramíneas. Controla gramíneas anuais e algumas perenes, como Cynodon dactylon, se bem que exija doses mais altas de aplicação. Deve ser aplicado em pós-emergência das plantas daninhas, por ser a foliar a principal via de absorção do produto. É necessário adicionar óleo à calda, o que acelera sua absorção, não sendo prejudicada a ação do sethoxydim por uma chuva que ocorra uma hora depois de sua aplicação. Apresenta curta persistência no solo, não prejudicando culturas sensíveis que sejam instaladas no terreno um mês após o tratamento. 4.11. Herbicidas inibidores da síntese de lipídeos (não inibem a ACCase) Os principais herbicidas deste grupo registrados no Brasil (molinate e thiobencarb) petencem a família dos tiocarbamatos e são de uso espécifico para controle de plantas daninhas na cultura do arroz.. Molinate O S-etil-hexahidro-1H-azepina-1-carbotioato (molinate) apresenta solubilidade em água de 970 mg L-1 a 200C; pKa: zero; Kow: 756 a 250C; e Koc médio de 190 mg g-1 de solo. Não deve ser recomendado para aplicação em solos turfosos ou com elevados teores de matéria orgânica. É sorvido em solo seco podendo ser removido por lixiviação, sendo esta mais acentuada em solos arenosos. Além disso, é rapidamente perdido por volatilização, se não incorporado no solo ou à água de irrigação, imediatamente após a aplicação. Apresenta persistência no solo de 30 a 60 dias, dependendo do solo e das condições climáticas. (RODRIGUES; ALMEIDA, 2005). É TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 3 - Herbicidas: Classificação e Mecanismos de Ação 109 SILVA, A.A. & SILVA, J.F. um herbicida registrado no Brasil para uso exclusivo na cultura do arroz. Atua inibindo a síntese de lipídeos, proteínas, isoprenóides e flavonóides. A germinação não é inibida, mas o crescimento do coleóptilo e do epicótilo cessa abaixo da superfície do solo. A maioria das plantas suscetíveis não emerge. Aquelas que vierem a emergir apresentarão folhas enroladas. Este herbicida pode ser aplicado em pré-plantio e incorporado (PPI), em pós plantio (herbigação) e em pós irrigação. Quando usado em PPI deve ser pulverizado sobre o solo bem preparado, livre de torrões e restos de culturas, e incorporado imediatamente por uma grade de discos ou implemento similar a uma profundidade de 5 a 10 cm. Na aplicação em pós plantio, o produto deve ser aplicado após o plantio do arroz, no ato do banho definitivo da lavoura atravez de um gotejamento (herbigação) na entrada de águas das quadras de modo que o término da irrigação coincida com o fim do gotejamento do herbicida. Após a aplicação deverá ser conservando uma lâmina de água cobrindo 2/3 da planta invasora até sua morte. Quando aplicado em pós emergência, esta deve ser na superfície da água quando as plantas daninhas atingirem a altura adequada (entre 20 a 30 dias da emergência da cultura). As principais espécies de plantas daninhas controladas são: Brachiaria plantaginea, Cyperus rotundus, Digitaria sanguinalis e Ischaemum rugosum. Thiobencarb O S-[(4-clorofenil) metil] dietilcarbamotioato (thiobencarb) apresenta solubilidade em água de 30 mg L-1 a 250C; pKa: zero; Kow: 2.630; e Koc variando de 380 a 3.017 mg g-1 de solo. Fortemente sorvido aos colóides do solo, sendo pouco lixiviado e sensível à fotodecomposição. Não deve ser recomendado para aplicação em solos turfosos ou com elevados teores de matéria orgânica. Apresenta persistência no solo de 28 a 35 dias, dependendo do solo e das condições climáticas (RODRIGUES; ALMEIDA, 2005). É um herbicida registrado no Brasil para uso exclusivo na cultura do arroz. Atua nas regiões meristemáticas inibindo a divisão celular, interferindo também na fotossíntese, respiração, metabolismo nucléico, síntese de proteínas e de lipídeos, sendo que esta última parece ser a mais afetada. A sintomatologia, nas gramíneas, quando aplicados em doses altas, é a não brotação de folhas, e nas doses normais o enrolamento longitudinal da bainha, ficando com a extremidade dessa presa ao coleóptilo formando um laço. Nas espécies de folhas largas provoca inibição de crescimento e necrose nas margens das TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 3 - Herbicidas: Classificação e Mecanismos de Ação 110 SILVA, A.A. & SILVA, J.F folhas. Na cultura do arroz, este herbicida é completamente metabolizado formando metilsulfonas e ácido clorobenzóico. Esse herbicida deve ser aplicado em pré-emergência das plantas daninhas logo após a semedura. Para o controle do “arroz-vermelho” e plantas daninhas no sistema pré-plantio, com sementes pré-germinadas, pode-se aplicar o produto em “benzedura manual”. As principais espécies de plantas daninhas controladas são: Bulbostyles capilaris, Cuphea carthagenensis, Cyperus acicularis, Digitaria horizontalis, Echinocloa crusgalli, Echinocloa crupavonis, Eleusine indica, Eragrotis pilosa, e Ludwigia octovalvis. 4.12. Herbicidas inibidores da síntese de carotenóides (despigmentadores) Os grupos químicos tricetonas, piridazinonas, isoxazole, triazole e izoxazolidinona compõem a classe de herbicidas chamada inibidores de carotenóides. As plantas suscetíveis a estes herbicidas perdem a cor verde após o tratamento com estes herbicidas (HESS; JACHETTA, 2003 e HRAC, 2005). O sintoma evidenciado pelas plantas tratadas é a produção de tecidos novos totalmente brancos (albinos), algumas vezes rosados ou violáceos. Estes tecidos são normais, exceto pela falta de pigmentos verdes (clorofila) e amarelos (Fig. 9). Figura 9 - Sintomas de intoxicação de plantas de milho e feijão pelo clomazone. Os herbicidas inibidores destes pigmentos agem na rota de biossíntese de carotenóides, resultando no acúmulo de phytoeno e phytoflueno, com predomínio do phytoeno, que são dois precursores, sem cor, do caroteno (MORELAND, 1980). A produçãodos novos tecidos albinos, pelas plantas tratadas, não implica que estes herbicidas inibam diretamente a síntese de clorofila. A perda da clorofila é resultado da sua oxidação pela luz (foto-oxidação), devido à falta de carotenóides que a protegem da foto-oxidação. Após a síntese da clorofila, esta se torna funcional e absorve energia, passando do estado singlete para o estado triplet, mais reativo. Em condições normais, a energia oriunda da forma TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 3 - Herbicidas: Classificação e Mecanismos de Ação 111 SILVA, A.A. & SILVA, J.F. triplet é dissipada através dos carotenóides. Assim, quando os caratenóides não estão presentes, a clorofila que está no estado triplet não dissipa energia e inicia reações de degradação, nas quais ela é destruída (BRIDGES, 2003a). A inibição da síntese de carotenóides leva à decomposição da clorofila pela luz, como resultado da perda da fotoproteção fornecida pelos carotenóides à clorofila (MORELAND, 1980). Devido a este processo, a clorofila não se mantém sem a presença dos carotenóides, que a protegem, dissipando o excesso de energia. O local de ação mais estudado é onde atua a enzima phytoeno desidrogenase. A inibição desta enzima provoca o acúmulo de phytoeno. O herbicida clomazone parece ter um único local de ação e não causa acúmulo de phytoeno, mas sim de gossipol e hemigossipol. A inibição da enzima IPP (isopentyl pirophosphato isomerase) é o local provável da ação. Outras alterações provocadas por estes produtos são: redução da síntese protéica, perda de proplastídios e degradação dos ribossomos 70S. Estes produtos também possuem efeitos sobre a reação de Hill (MORELAND, 1980). O crescimento da planta continua por alguns dias; contudo, devido à falta de clorofila, ela não consegue se manter. Assim, o crescimento cessa e começam a surgir manchas necróticas. É importante salientar que estes herbicidas não têm efeito sobre carotenóides sintetizados antes da sua aplicação. Desse modo, tecidos formados antes da aplicação do herbicida não se mostram brancos imediatamente, porém, devido à necessidade de renovação dos carotenóides, eles desenvolvem manchas cloróticas que progridem para necrose (HESS; BRIDGES, 2003). Os herbicidas inibidores de pigmento são usados para controle seletivo de plantas daninhas gramíneas, anuais e perenes, e de folhas largas nas culturas de algodão, arroz, cana- de-açúcar, fumo e soja. Também são empregados em plantas daninhas aquáticas e no controle total da vegetação. No Brasil, são mais comercializados, o clomazone e o norflurazon. O 2 – [(2 - clorofenil) metil]-4,4 - dimetil - 3 - isoxazolidinona (clomazone) e o 4-cloro- 5-(metilamino)-2-3-[(trifluorometil)]fenil-3(H)-m-toluil) piradazinona (norflurazon) translocam- se na planta via xilema, apresentam atividade de solo e podem persistir, afetando culturas sucessoras. O clomazone apresenta alta solubilidade:1.192 mg L-1; pKa: zero; Koc: 300 mg g-1; e persistência no superior a 150 dias. Quando aplicado sobre a superfície do solo, pode lixiviar e atingir camadas profundas, chegando às raízes das culturas, causando danos naquelas sensíveis (RODRIGUES; ALMEIDA, 2005). A dose recomendada varia com a cultura e o tipo de solo. TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 3 - Herbicidas: Classificação e Mecanismos de Ação 112 SILVA, A.A. & SILVA, J.F Clomazone Norflurazon Esta classe herbicida apresenta baixa toxicidade para animais, e não existem casos registrados de plantas daninhas resistentes (BRIDGES, 2003a). A seletividade às culturas se dá pela translocação reduzida pela destoxificação das moléculas herbicidas. A seletividade do clomazone ao algodão pode ser aumentada com adição de um inseticida organofosforado (BRIDGES, 2003a). O inseticida funciona com “safener” e pode ser usado no tratamento da semente ou em aplicação no sulco de semeadura. Mesotrione O 2-(4-mesil-2nitrobenzoil) ciclohexano-1,3-diona (mesotrione) é um herbicida seletivo de ação sistêmica indicado para o controle em pós-emergência de plantas daninhas na cultura do milho. Controla diversas espécies de plantas dicotiledôneas e algumas gramíneas. Apresenta solubilidade de 168,7 mg L-1, pKa: 3,07 e Koc variando de 19 a 387 mg g-1 e curta persistência no solo sendo degradado rapidamente por microrganismos (RODRIGUES; ALMEIDA, 2005). O mesotrione inibe a biossíntese de caroteníodes, através da interferência na atividade da enzima HPPD (4-hidroxifenil-piruvato-dioxigenase) nos cloroplastos – classificação nos grupos F2 (HRAC) e 28 (WSSA). Os sintomas envolvem branqueamento das plantas daninhas sensíveis, com posterior necrose e morte dos tecidos vegetais em cerca de 1 a 2 semanas. Isoxaflutole TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 3 - Herbicidas: Classificação e Mecanismos de Ação 113 SILVA, A.A. & SILVA, J.F. O 5-ciclopropil-4-metilsufonil-4-trifluorometilbenzoil)-isoxazole (isoxaflutole) é um herbicida recomendado para as culturas de cana-de-açúcar, milho, mandioca e algodão para o controle de diversas gramíneas e algumas dicotiledôneas. Com exceção da cultura do algodão onde é recomendado em jato dirigido, nas demais culturas deve ser aplicado em pré-emergência. Apresenta baixa solubilidade em água: 6,0 mg L-1 a 20 oC; baixa a média mobilidade nos solos dependendo de suas características ficas e químicas; e meia-vida média de 28 dias (RODRIGUES; ALMEIDA, 2005). O isoxaflutole pertence ao grupo dos herbicidas inibidores da biossíntese do caroteno. Inibe a biossíntese de carotenoides, que são essências para proteger a clorofila contra a decomposição pela luz solar através da interferência na atividade da enzima HPPD (4-hidroxifenil-piruvato-dioxigenase), responsável pela biossíntese da quinona, que é um co-fator chave para síntese de pigmentos carotenóides e para o transporte de elétrons. Os sintomas envolvem branqueamento das plantas daninhas sensíveis, com posterior necrose e morte dos tecidos vegetais em cerca de 1 a 2 semanas. REFERÊNCIAS BRIDGES, D. C. Pigment inhibitors. In: Herbicide action course. West Lafayette: Purdue University, 2003a. p. 373-382.’ BRIDGES, D. C. Inhibitors of amino acid biosynthesis. Imidazolinones. 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TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 3 - Herbicidas: Classificação e Mecanismos de Ação 116 SILVA, A.A. & SILVA, J.F WELLER, S. Photosystem II inhibitors. In: Herbicide action course. West Lafayette: Purdue University, 2003b. p. 131-184. WELLER, S. Diquat, paraquat, diphenylethers and oxadiazon uses and mechanism of action. In: Herbicide action course. West Lafayette: Purdue University, 2003c. p. 185-224. WELLER, S; SHANER, D. Cell growth disrupter and inhibitors. In: Herbicide action course. West Lafayette: Purdue University, 2003. p. 225-260. TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 3 - Herbicidas: Classificação e Mecanismos de Ação 117 SILVA, A.A. & SILVA, J.F. Capítulo 4 HERBICIDAS: ABSORÇÃO, TRANSLOCAÇÃO, METABOLISMO, FORMULAÇÃO E MISTURAS José Francisco da Silva, José Ferreira da Silva, Lino Roberto Ferreira e Francisco Affonso Ferreira 1. ABSORÇÃO DE HERBICIDAS 1.1. Introdução A atividade biológica de um herbicida na planta é função da absorção, da translocação, do metabolismo e da sensibilidade da planta a este herbicida e, ou, a seus metabólitos. Por isso, o simples fato de um herbicida atingir as folhas da planta e, ou, ser aplicado no solo onde se desenvolve esta planta não é suficiente para que ele exerça a sua ação. Há necessidade de que ele penetre na planta, transloque e atinja a organela onde irá atuar. A atrazina, por exemplo, quando aplicada ao solo, penetra pelas raízes, transloca até as folhas e, aí, atinge e penetra nos cloroplastos, onde atua, destruindo-os. Por outro lado, o 2,4-DB precisa ser absorvido, translocado e, ainda, metabolizado para exercer sua ação herbicida. Os herbicidas podem penetrar nas plantas através das suas estruturas aéreas (folhas, caules, flores e frutos) e subterrâneas (raízes, rizomas, estolões, tubérculos, etc.), de estruturas jovens como radículas e caulículo e, também, pelas sementes. A principal via de penetração dos herbicidas na planta é função de uma série de fatores intrínsecos e extrínsecos (ambientais). Quando os herbicidas são aplicados diretamente na parte aérea da planta (pós- emergência), as folhas são a principal via de penetração. Por sua vez, as raízes, as estruturas jovens das plântulas (radícula e caulículo) e as sementes são as vias de penetração mais importantes para os herbicidas aplicados e, ou, incorporados ao solo. O caule (casca) de árvores ou arbustos pode também ser uma via de penetração de herbicidas, principalmente quando se deseja controlar apenas algumas plantas, dentro de uma população mista, ou quando, em um reflorestamento, se deseja que as cepas das árvores não rebrotem após a derrubada. A absorção de herbicidas pelas raízes ou pelas folhas é influenciada pela disponibilidade dos produtos nos locais de absorção e com fatores ambientais (temperatura, luz, umidade relativa do ar e umidade do solo), que influenciam também a translocação destes até o sítio de ação. TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 4 - Herbicidas: Absorção, Translocação, Metabolismo, Formulação e Misturas 118 SILVA, A.A. & SILVA, J.F. 1.2. Interceptação, retenção e absorção de herbicida pela folha A absorção foliar de um herbicida requer que o produto seja depositado sobre a folha e permaneça ali por um período de tempo suficiente, até ser absorvido. A interceptação da gota pulverizada é função do método de aplicação e da distância entre o alvo e o bico do pulverizador, que serão discutidos no item referente à tecnologia de aplicação. Além disso, também, a morfologia da planta e as condições ambientais exercem grande influência. A morfologia da planta influencia a quantidade de herbicida interceptada e retida. Dentre os aspectos relacionados com a morfologia da planta destacam-se o estádio de desenvolvimento (idade da planta), a forma e a área do limbo foliar, o ângulo ou a orientação das folhas em rela- ção ao jato de pulverização e as estruturas especializadas, como tricomas (pêlos). Também o nú- mero e a abertura dos estômatos exercem pequena influência sobre a penetração dos herbicidas. Após a interceptação, para cada herbicida, deve haver um período crítico sem ocorrência de chuvas até que ocorra absorção de quantidade suficiente deste. A perda do herbicida ou de sua atividade depende da ocorrência de chuva (intensidade e duração) neste intervalo, do método e da tecnologia de aplicação, das condições climáticas e das espécies de plantas envolvidas (BRIDGES; HESS, 2003; PIRES et al., 2000.; JAKELAITIS et al., 2001). A influência da chuva sobre a eficiência dos herbicidasestá também relacionada à formulação. Por exemplo, 2,4-D amina requer um período muito mais longo sem chuva do que o 2,4-D ester para causar a mesma toxicidade em várias espécies sensíveis (BEHRENS; ELAKKAD, 1981). A chuva pode causar perdas consideráveis de herbicidas das folhas das plantas. Sais aniônicos (cargas negativas), por exemplo sais de sódio, não penetram rapidamente, não são absorvidos pela superfície da cultícula e são solúveis em água e podem ser lavados caso ocorra chuva até mais de 24 horas após. Sais catiônicos (carregados positivamente), como o paraquat, são solúveis em água, mas são rapidamente absorvidos e, por isso, menos sujeitos a lavagem pela chuva. Herbicidas lipofílicos (usualmente formulados como CE ou flowable) são pouco solúveis em água, porém são rapidamente absorvidos nos lipídios da cutícula e pouco lavados pela chuva. O corte transversal de uma folha está representado na Figura 1. As folhas, como todas as estruturas aéreas das plantas, são recobertas por uma camada morta (não-celular), lipofílica, denominada cutícula. Embora em menor proporção, esta existe também nas raízes, razão pela qual muitos fatores influenciam, igualmente, tanto a penetração dos herbicidas pelas folhas quanto pelas raízes. TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 4 - Herbicidas: Absorção, Translocação, Metabolismo, Formulação e Misturas 119 SILVA, A.A. & SILVA, J.F. Floema Xilema Poro estomático Células- guarda Células da bainha Cutícula Cavidade estomática Cutícula Epiderme inferior Células do mesófilo esponjoso Células do mesófilo paliçádico Epiderme superior Fonte: Mengel e Kirkby (1982) Figura 1 - Corte transversal de uma folha (esquemático), mostrando células-guarda, poros estomáticos, cavidade estomática, células da bainha do feixe, xilema e floema. A cutícula recobre todas as células da epiderme da planta, incluindo as células-guarda dos estômatos e as células que envolvem a câmara subestomática. A cutina é o principal componente estrutural da cutícula. Externamente, a cutícula é recoberta por uma camada de cera. Esse conjunto, freqüentemente, é referido como camada cuticular (Figura 2). Entre a camada cuticular e a membrana citoplasmática tem-se a parede celular, que é formada de fibrilos de celulose impregnados de pectina. O padrão de superfície da camada cuticular é bastante variável. Ela pode ter a forma de grânulos, de prato (ou disco), de camadas superpostas e, ainda, pode ser semifluida ou fluida. A composição química do revestimento epicuticular é muito variável entre as espécies de plantas (Quadro 1), porém alguns componentes são comuns. Em geral, essa camada é uma complexa mistura de alcanos de longas cadeias (21-37 carbonos), álcoois, cetonas, aldeídos, ésteres, ácidos graxos, etc. (FERREIRA, et al., 2005). Em consequência da variabilidade de seus componentes o grau de polaridade das cutículas varia muito. A camada cerosa que envolve a cutícula é mais rica em compostos menos polares do que a cutina, a qual possui grupos de polaridade variáveis (Figura 2), funcionando como uma resina de troca de cátions. Em presença de água, acredita-se que a cutina aumente de TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 4 - Herbicidas: Absorção, Translocação, Metabolismo, Formulação e Misturas 120 SILVA, A.A. & SILVA, J.F. volume (por embebição), separando as partículas de cera, aumentando, assim a sua permeabilidade. CERA EPICUTICULAR CERA EMBEBIDA MATRIZ CUTICULAR FILAMENTOS DE PECTINA PAREDE CELULAR MEMBRANA PLASMÁTICA CAMADA CUTICULAR Cera cristalina Cera amorfa cristalizada Cera amorfa líquida CH3(CH2)nR n= 17 a 35 Ordem lipofílica R = CH3, OH, CH=O, CCH3, COH O O (Alcano, álcool, aldeído, cetona, ácido) Cutina = Ácidos graxos esterificados (Comprimento da cadeia:entre 16 e 18) CH3(CH2)nCH(CH2)nCOOH OH (Alguns COOH e OH livres) Pectina = Polímeros de Carboidratos (ex.: Ácido galacturônico) # = Água Figura 2 - Representação esquemática dos principais componentes da camada cuticular e o seu grau lipofílico. É conhecido o fato de que há uma interação bastante complexa entre a natureza química do produto aplicado e a superfície foliar. Existem dois tipos principais de superfícies: uma TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 4 - Herbicidas: Absorção, Translocação, Metabolismo, Formulação e Misturas 121 SILVA, A.A. & SILVA, J.F. facilmente molhável (rica em álcoois) e outra de molhamento mais difícil (rica em alcanos). As características da solução aplicada, a polaridade do composto, a tensão superficial da calda, etc. são importantes nessa interação. Quadro 1 – Percentagem de compostos apolares e polares e pH do revestimento epicuticular de diversas espécies de plantas daninhas Espécie daninha Composto Não-Polar Composto Polar pH Cyperus rotundus 82 17 7,2 Avena fátua 10 90 7,0 Brachiaria plantaginea 17 82 7,0 Cynodon dactylon 12 88 6,4 Digitaria sanguinalis 37 62 7,0 Echinochloa crus-galli 27 72 6,8 Panicum dichotomiflorum 17 82 7,0 Poa annua 29 71 7,0 Sorghum halepense 6 93 7,0 Amaranthus retroflexus 44 55 8,0 Capsella bursa-pastoris 32 68 7,2 Chenopodium album 32 66 7,0 Datura stramonium 92 7 6,6 Ipomoea purpurea 32 68 8,2 Poligonum lapathifolium 12 86 7,5 Portulaca oleracea 37 63 6,6 Senna obtusifolia 7 93 6,8 Sida spinosa 85 14 8,2 Sinapsis arvensis 47 52 8,3 Solanum nigrum 88 11 8,4 Stellaria media 9 91 6,8 Xhathium orientale 58 41 6,5 Fonte: Sandoz Agro Ltda. (1991), citado por Kissmann (1997). TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 4 - Herbicidas: Absorção, Translocação, Metabolismo, Formulação e Misturas 122 SILVA, A.A. & SILVA, J.F. No momento em que os herbicidas entram em contato com a superfície foliar, podem acontecer os pressupostos que se seguem (Figura 3). As folhas das plantas apresentam muitas barreiras à penetração dos herbicidas, tanto aos polares quanto aos não-polares. Apesar das barreiras existentes (como a camada cuticular), tanto os herbicidas polares quanto os não-polares penetram nas folhas das plantas. Uma hipótese citada por Klingman e Ashton, (1975), sobre a penetração dos herbicidas pelas folhas, é que essas barreiras não são totalmente rígidas e distintas. A maior barreira à penetração de um herbicida no citoplasma das células é a membrana citoplasmática. Entretanto, o herbicida, após atravessar a camada cuticular e a parede celular, pode penetrar no citoplasma, via simplasto, através dos plasmodesmas. Fonte: Hess (1995). Figura 3 - Diagrama hipotético, representando os aspectos: volatilizar e perder para atmosfera ou ser lavado pela chuva (1); permanecer sobre a superfície como um líquido viscoso ou na forma de cristal (2); penetrar, mas permanecer absorvido nos componentes lipofílicos da cutícula (3); penetrar na cutícula, na parede celular e então translocar antes de atingir o simplasto - esta é chamada translocação apoplástica, que inclui o movimento no xilema (4) e penetrar na cutícula, na parede celular e atingir o interior da célula (pela plasmalema) – é a translocação simplástica, que inclui o movimento no floema (5). TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 4 - Herbicidas: Absorção, Translocação, Metabolismo, Formulação e Misturas 123 SILVA, A.A. & SILVA, J.F. A camada cuticular funciona como uma barreira à perda de água e também como uma barreira à entrada de pesticidas e microrganismos na planta. O processo de absorção de um herbicida é complicado em razão da espessura, composição química e permeabilidade da cutícula, que variam em função da espécie, da idade da folha e do ambiente sob o qual a folha se desenvolve. Todos esses fatores podem influenciar a absorção de herbicidas. Uma grande diversidade de herbicidas,que diferem em estrutura e polaridade, atravessa a camada cuticular. O exato mecanismo de penetração não é totalmente conhecido para todos os herbicidas, mas admite-se que os compostos não-polares sigam uma rota lipofílica e os compostos polares, a rota hidrofílica. A absorção de herbicida não está necessariamente relacionada à espessura ou ao peso da cutícula, mas sim à constituição lipídica e ao grau de impedimento da passagem de solutos. Há evidências de que a penetração de herbicidas decresce com o aumento da idade da folha (GROVER; CESSNA, 1991). Apesar de a constituição física e química e a espessura poderem ser praticamente a mesma, a cutícula de folhas nova é mais permeável à água do que a de folhas velhas. Schmidth et al. (1981) atribuíram isto à maior polaridade da cutina encontrada nas folhas novas. A passagem de uma molécula de herbicida através da camada cuticular é um processo físico que pode ser influenciado por uma série de fatores, como: potencial hidrogeniônico (pH), fatores ambientais (luz, temperatura, umidade relativa), tamanho das partículas e concentração do herbicida, espessura da cutícula, cerosidade e pilosidade da folha, uso de agentes ativadores de superfícies (surfatantes) e outros. Para os herbicidas orgânicos, derivados de ácidos fracos, o pH mais baixo aumenta a absorção do herbicida, porque reduz sua polaridade. Para os herbicidas não-dissociáveis (amidas, ésteres, etc.), o pH da solução tem pouco ou nenhum efeito sobre a penetração. Os fatores ambientais, em conjunto, como temperatura do ar, umidade relativa, luz e teores de umidade no solo e na planta, influenciam a atividade dos herbicidas nos aspectos de absorção, translocação e grau de detoxificação. É difícil ou mesmo impossível afirmar qual dos processos é mais influenciado pelas mudanças nas condições do ambiente. Condições de alta temperatura e luminosidade, ou baixa umidade relativa do ar e umidade do solo, geralmente promovem a formação de cutículas mais impermeáveis. O grau de impermeabilidade da cutícula pode ser atribuído ao incremento de sua espessura, à alteração na composição das ceras ou ao aumento na formação de ceras epicuticulares. A natureza da resposta para as diferentes condições ambientais varia com a espécie vegetal. Uma a duas semanas antes da aplicação, em condições de alta luminosidade e TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 4 - Herbicidas: Absorção, Translocação, Metabolismo, Formulação e Misturas 124 SILVA, A.A. & SILVA, J.F. estresse hídrico no solo, o haloxyfop teve sua atividade reduzida de 92% para 12%, comparando pulverizações feitas em plantas de capim-massambará (Sorgum halepense) sem estresse e estressadas. Nas plantas estressadas, tanto a absorção quanto a translocação são menores (HESS, 1995). Segundo Pires et al. (2001), o glyphosate e o sulfosate apresentam máxima atividade em plantas não-estressadas. Nestas, um intervalo sem chuvas de menos quatro e seis após a aplicação, respectivamente, para o sulfosate e glyphosate, foi suficiente para ótimo controle das plantas tratadas. Nas plantas estressadas (déficit hídrico no solo), houve rebrota acentuada da maioria delas, mesmo quando o período sem chuva foi de até seis horas. A umidade relativa do ar tem efeito mais consistente sobre absorção de herbicidas, havendo maior absorção dos produtos polares com aumento da umidade (HESS, 1995). A elevação da umidade relativa aumenta o tempo de evaporação da gotícula pulverizada, aumenta a hidratação da cutícula, favorece a abertura dos estômatos e pode aumentar o transporte de solutos na planta. Alta temperatura pode melhorar a absorção, por provocar maior fluidez dos lipídios da camada cuticular e da membrana celular e, conseqüentemente, mais rápida absorção do herbicida. Todavia, também pode apresentar efeitos negativos devido à maior rapidez do secamento da gota pulverizada, provocando a cristalização do herbicida na superfície foliar. Como os herbicidas atravessam a cutícula? A resposta para essa pergunta ainda não está bem esclarecida. Supõe-se que os herbicidas lipofílicos se solubilizam nos componentes lipofílicos da camada cuticular e se difundem através da cutícula. Com relação aos herbicidas hidrofílicos, admite-se que a cutícula tenha estrutura porosa, que se mantém hidratada, dependendo das condições ambientais, sendo essa água de hidratação da cutícula a rota de penetração destes herbicidas. Os estômatos podem estar envolvidos, de duas formas, com a penetração de herbicidas nas folhas. Primeiro, a cutícula sobre as células-guarda parece mais fina e mais permeável a substâncias do que a cutícula sobre outras células epidérmicas. Em segundo lugar, a solução pulverizada poderia, em tese, mover-se através do poro de um estômato aberto para dentro da câmara subestomática, e daí para o citoplasma das células do parênquima foliar. Entretanto, a infiltração pelos estômatos não é possível, a menos que a tensão superficial da solução pulverizada seja muito reduzida pelo uso de surfatantes na formulação ou no tanque do pulverizador. A maioria dos surfatantes atualmente em uso atua aumentando a penetração cuticular e não consegue reduzir a tensão superficial adequadamente para permitir a penetração estomática. Recentemente, no entanto, o desenvolvimento de surfatantes à base de organossilicones proporcionou avanço nesse ponto. Este surfatantes são capazes de reduzir a TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 4 - Herbicidas: Absorção, Translocação, Metabolismo, Formulação e Misturas 125 SILVA, A.A. & SILVA, J.F. tensão superficial ao ponto de a infiltração pelo estômato ocorrer. Eles podem também induzir um fluxo de massa da solução pulverizada através do poro estomatal e também aumentar a penetração cuticular. Alguns trabalhos têm demonstrado que esse tipo de surfatante pode aumentar inclusive a translocação relativa do produto aplicado (KNOCHE, 1994). Os herbicidas são raramente aplicados na forma pura, mas preparados em soluções, emulsões, etc., às quais alguns ingredientes são adicionados. Destes, os mais importantes são os agentes ativadores de superfície, ou surfatantes, que têm vários propósitos. Eles geralmente são compostos de moléculas grandes, contendo parte hidrofílica e lipofílica, e podem ser catiônicos, aniônicos ou não-iônicos. Vários autores afirmam que os surfatantes melhoram a penetração e, ou, atividade do herbicida. Entretanto, a eficiência do surfatante depende de sua natureza, do herbicida em questão, da presença de outros aditivos e das espécies das plantas. Por exemplo, a atividade do glyphosate é melhorada por surfatantes com alto balanço lipofílico-hidrofílico que pelos surfatantes hidrofílicos que são não-iônicos ou catiônicos (TURNER; LOADER, 1980). No entanto, quando sulfato de amônio é adicionado à solução, o surfatante lipofílico é eficiente. A função primária do surfatante é reduzir a tensão superficial da gota, melhorando a retenção e o espalhamento desta sobre a folhagem. Em alguns casos o surfatante pode provocar parcial solubilização da cera epicuticular, favorecendo mais ainda a penetração do herbicida. Diversos produtos químicos, além de surfatantes e óleos, têm sido usados como aditivos nas pulverizações, para melhorar a penetração ou atividade dos herbicidas aplicados às folhagens. Sulfato de amônio, na concentação de 1 a 10% (p/v), tem sido usado para melhorar a atividade de númerosos herbicidas, incluindo picloram, glyphosate e sethoxydim. No caso do sethoxydim, a melhoria só ocorre se o surfatante também estiver presente. A adição somente do sal provoca decréscimo da atividade em aveia. Sulfato de amônio não melhora atividade do paraquat e na, proporção de 20% p/v, provoca efeito antagônico com glyphosate (TURNER; LOADER, 1980). Os resultados dos experimentos de campo, em geral, não têm sido suficientementepositivos ou consistentes para adição de tais aditivos na calda de pulverização e para se tornar uma prática recomendada. Finalmente, a absorção de um herbicida pode ser influenciada pela presença de outro herbicida misturado na calda. A estimulação da absorção pode ser causada pelo surfatante adicional ou por outros aditivos presentes nas duas formulações misturadas. Também podem ocorrer interações negativas entre os dois herbicidas. TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 4 - Herbicidas: Absorção, Translocação, Metabolismo, Formulação e Misturas 126 SILVA, A.A. & SILVA, J.F. 1.3. Penetração pelo caule A absorção de herbicidas pode ocorrer pelo caule das plantas jovens (durante emergência) e das adultas. Nas plantas jovens, é um sítio de entrada importante para muitos herbicidas aplicados ao solo que são ativos em sementes e durante a germinação e na emergência das plântulas (Quadro 2). O caule da plântula durante a emergência tem uma cutícula muito pouco desenvolvida, desprovida da camada de cera, tornando-a mais permeável aos herbicidas, sendo esta uma rota de entrada de herbicidas em muitas espécies de gramíneas. Além do mais, a barreira que a estria de Caspary representa na raiz não está presente nestes tecidos. Quadro 2 – Grupos químicos de herbicidas e exemplos de ingredientes ativos que podem ser absorvidos do solo pelas radículas ou partes aéreas emergentes das plântulas Família de herbicida Exemplo de produto Acetanilidas acetochlor, alachlor, butachlor, metolachlor Ácidos ftálicos DCPA Difeniléteres oxyfluorfen Dinitroanilinas trifluralin, pendimethalin Tiocarbamatos butylate, molinate Fonte: Dawson e Appleby (1994); Rodrigues e Almeida (2005). A penetração de herbicidas através da casca de plantas lenhosas é outra opção que pode ser aproveitada na prática. Entretanto, o periderma é um tecido protetor que substitui a epiderme, após a morte de suas células. As células do periderma contêm tanino e são altamente suberizadas. Outros constituintes comumente encontrados nestas células são ácidos graxos, lignina, celuloses e terpenos. Baseado na sua estrutura e composição, o periderma deve apresentar baixa permeabilidade à água e, também, aos herbicidas aplicados na parte aérea, principalmente os polares. Lenticelas são estruturas que atravessam o periderma, sendo, portanto, rotas importantes para a penetração de herbicidas pelo caule. O crescimento do caule, em diâmetro, causa pequenas rupturas na casca, que facilitam a penetração de herbicidas. Para atuação de herbicidas aplicados à casca das árvores, eles são preparados em formulações lipofílicas, usando-se óleo como veículo, além de serem aplicados em altas TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 4 - Herbicidas: Absorção, Translocação, Metabolismo, Formulação e Misturas 127 SILVA, A.A. & SILVA, J.F. concentrações (5-10%). Estes produtos são pulverizados ou pincelados no caule da planta. Alternativa prática mais eficiente seria injetar o herbicida com equipamento próprio com uma pistola injetora, até a região do câmbio (xilema, e, ou, floema). Neste caso, o herbicida será mecanicamente introduzido através da casca. Este processo está sendo implantado em algumas empresas de reflorestamento, usando imazapyr 20 a 30 dias antes da derrubada das árvores de eucalipto, visando evitar a rebrota das cepas. 1.4. Penetração pelas raízes Muitos herbicidas aplicados ao solo são absorvidos pelas raízes. A entrada dos herbicidas pelas raízes não é tão limitada quanto pelas folhas, uma vez que nenhuma camada significativa de cera ou cutícula está presente nas partes das raízes onde a maior parte de absorção de herbicidas ocorre. A rota mais importante de entrada é a passagem do herbicida junto com a água através dos pêlos radiculares existentes nas extremidades das raízes. Os pêlos radiculares são responsáveis por aumento significativo da área disponível para a absorção de água e de herbicidas (Fig. 4). A disponibilidade dos herbicidas para as raízes é função das propriedades físico-químicas dos herbicidas e do solo e da distribuição espacial destes compostos e das raízes no solo. Os herbicidas têm que entrar em contato com a raiz, o que pode ocorrer pelo crescimento desta ou pela difusão do herbicida no estado gasoso e, ou, em solução com a água, até a zona de absorção das raízes. Muitos herbicidas com estruturas moleculares, tamanhos e solubilidades diferentes são prontamente absorvidos pelas raízes. O sistema radicular das plantas superiores apresenta uma superfície de absorção extremamente grande, com alta permeabilidade à água e a solutos (sais). Embora raízes jovens sejam também cobertas por uma camada cerosa e as mais velhas sejam fortemente suberizadas, ocorre, normalmente, a penetração de água e solutos. Nas raízes jovens, a principal zona de absorção está entre 5 e 50 mm de sua extremidade. Apesar de não existir nenhuma barreira cuticular na zona dos pêlos radiculares, há uma barreira lipídica localizada na endoderme da raiz. Na endoderme, todas as paredes radiais contêm uma banda fortemente impregnada com suberina (estria de Caspary), e esta barreira é conhecida por ser impermeável à água. Na endoderme ou antes dela, a água que se move em direção ao xilema deve entrar no simplasto. O que acontece aos herbicidas nesse ponto não está completamente claro. TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 4 - Herbicidas: Absorção, Translocação, Metabolismo, Formulação e Misturas 128 SILVA, A.A. & SILVA, J.F. 1.4.1. Fatores que influenciam a absorção através das raízes A absorção de herbicidas pelas raízes é caracterizada por uma fase inicial de elevada taxa de absorção durante os 30 primeiros minutos até 2 horas, seguida por uma fase de absorção mais lenta. Por exemplo, para o 2,4-D, a taxa de absorção aumenta rapidamente logo após a aplicação e, depois, ocorre decréscimo nesta taxa até ela se tornar nula, passando em seguida à negativa (perda por exsudação). Tem sido observado decréscimo na taxa de absorção de herbicidas devido ao abaixamento da temperatura. Esse fenômeno pode, em grande parte, estar relacionado com a viscosidade da água (sob condições de baixa temperatura) e com reações químicas (absorção ativa). Também a concentração hidrogeniônica, próxima à zona de absorção radicular, pode influenciar a absorção de herbicidas pelas raízes, principalmente quando o composto é sujeito à ionização. Se o herbicida for absorvido em solução com a água, o pH que aumenta a sua polaridade beneficia também a sua absorção e penetração pelas raízes. Quanto à concentração do herbicida, dentro de determinados limites, existe uma relação linear entre a concentração do produto disponível e a sua penetração pela raiz. A linearidade é perdida quando o herbicida exerce efeito tóxico sobre a planta. Embora alguns trabalhos demonstrem estreita relação entre transpiração e absorção, há evidências contrárias. A absorção de herbicidas pela raiz também pode ser limitada por ligações ou adsorção do herbicida nos componentes celulares. Triazinas e uréias, por exemplo, podem ser adsorvidas, em parte, pelas raízes. A correlação entre transpiração e absorção é válida para os herbicidas polares, entretanto, existem herbicidas não-polares que são, também, prontamente absorvidos pelas raízes. Para os herbicidas polares, translocados via xilema, a corrente transpiratória correlaciona- se com o transporte destes para a parte aérea da planta, estabelecendo um gradiente de concentração entre a parte externa da raiz (solução do solo) e a interna da planta (corrente de assimilados). Alta temperatura e irradiância, baixa umidade relativa do ar, alta temperatura do solo e alto potencial de água no solo são condições que favorecem a transpiração e, conseqüentemente, a absorção de herbicidas polares. Também as propriedadesfísico-químicas dos herbicidas, como lipofilicidade e pka, além do pH da solução do solo, influenciam a absorção. De modo geral, segundo Donaldson et. al., (1973) a taxa de absorção de herbicida correlaciona-se com o coeficiente de partição óleo/água, sendo os herbicidas mais lipofílicos absorvidos mais rapidamente. TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 4 - Herbicidas: Absorção, Translocação, Metabolismo, Formulação e Misturas 129 SILVA, A.A. & SILVA, J.F. 1.4.2. Mecanismo de absorção de herbicidas A primeira fase de absorção é independente de energia metabólica, o que geralmente não é o caso da segunda fase. Donaldson et al. (1973) listam os seguintes critérios para a absorção ser ativa ou dependente de energia: Q10 ≥ 2; requerimento de oxigênio; taxa de absorção não é função linear da concentração externa, mas hiperbólica; absorção bloqueada por inibidores metabólicos; e acumulação contra um gradiente de concentração. Essas condições foram satisfeitas para absorção de 2,4-D, mas não o foram para monuron, indicando que o 2,4-D é acumulado ativamente e o monuron, passivamente. Também atrazine e amitrole tiveram absorção passiva. A segunda fase de absorção, para picloram, atrazine e napropamide, também é ativa ou dependente de energia. Não há dados suficientes para o entendimento completo de mecanismo de absorção de todos os herbicidas. Os herbicidas solúveis na água, inicialmente, se difundem nos espaços livres das células da epiderme do córtex da zona de absorção. Até aí, é um processo passivo a puramente físico e, portanto, dependente da concentração, apresentando baixo Q10. A segunda fase da absorção, que consiste em atravessar a membrana citoplasmática (plasmalema), é um processo ativo de absorção, portanto, demanda energia. Esta fase tem um Q10 maior que a fase inicial e é sensível a inibidores metabólicos. Sendo os herbicidas, em geral, inibidores metabólicos, a energia necessária à manutenção da seletividade da plasmalema é inibida, podendo, então, o produto atravessá-la livremente. Uma vez dentro do citoplasma das células, dependendo das características do produto, ele pode penetrar no floema e, ou, no xilema, de onde se transloca até seu sítio de ação. Como a translocação via xilema é muito mais rápida que a translocação via floema, há tendência de aqueles herbicidas que são capazes de passar livremente do floema para o xilema serem de baixa ou nenhuma translocação via floema. Durante a fase de absorção dependente de energia, os herbicidas podem ser acumulados contra um gradiente de concentração, e há várias explicações para isso. Estas incluem ligações nos tecidos do citoplasma, partição nos lipídios do citoplasma ou metabolismo a produtos polares que são menos hábeis para se difundir através da plasmalema. Normalmente, os produtos de maior afinidade por substâncias lipofílicas (lipofilicidade) atravessam mais facilmente a plasmalema. Esta é a explicação alternativa para a acumulação de ácidos fracos, como 2,4-D. Uma vez que o pH no citoplasma é uma a duas unidades maior que o pH do meio externo da célula, os ácidos fracos se dissociam mais e entram no citoplasma. Essas moléculas dissociadas (ânions) são menos capazes de atravessar a plasmalema do que as moléculas neutras, acumulando-se no interior da célula (Figura 5). TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 4 - Herbicidas: Absorção, Translocação, Metabolismo, Formulação e Misturas 130 SILVA, A.A. & SILVA, J.F. Pêlo radicular Epiderme Córtex Estria de Gaspary Cilindro Central Xilema FloemaEndoderme Células Epidérmicas Córtex Endoderme Cilindro Central Floema Xilema Solução do Solo Protoplasma Estrias de Protoplasma Gaspary b a Pêlo radicular Epiderme Córtex Estria de Gaspary Cilindro Central Xilema FloemaEndoderme Células Epidérmicas Córtex Endoderme Cilindro Central Floema Xilema Solução do Solo Protoplasma Estrias de Protoplasma Gaspary Pêlo radicular Epiderme Córtex Estria de Gaspary Cilindro Central Xilema FloemaEndoderme Pêlo radicular Epiderme Córtex Estria de Gaspary Cilindro Central Xilema FloemaEndoderme Células Epidérmicas Córtex Endoderme Cilindro Central Floema Xilema Solução do Solo Protoplasma Estrias de Protoplasma Gaspary Células Epidérmicas Córtex Endoderme Cilindro Central Floema Xilema Solução do Solo Protoplasma Estrias de Protoplasma Gaspary b a • - Moléculas de herbicidas capazes de penetrar nas paredes celulares translocam-se via apoplasto, difundem-se através das estrias de Caspary e atingem o xilema. o - Moléculas de herbicidas capazes de entrar no protoplasma via simplasto (passam de célula em célula através dos plasmodesmatas) e atingem o floema. x - Moléculas de herbicidas capazes de penetrar no xilema e, ou, floema por ambas as vias (simplásticas ou apoplásticas). Figura 4 - (a) Secção transversal de uma raiz, mostrando suas principais estruturas, por Mengel e Kikby (1982); (b) Diagrama hipotético, representando a absorção de herbicidas pelas raízes. Os herbicidas não-polares seguem uma rota lipofílica até atingirem a plasmalema, onde, provavelmente, impedem a ação seletiva desta. Várias classes de importantes compostos, como os derivados do ácido fenóxico acético, fenilacético, benzóico ou picolínico, são exsudadas pelas raízes, quando aplicadas nas folhas das plantas. A exsudação é um fenômeno limitado apenas às raízes integrais (sem cortes) e vivas, evidenciando que ela se dá por processo metabólico. A TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 4 - Herbicidas: Absorção, Translocação, Metabolismo, Formulação e Misturas 131 SILVA, A.A. & SILVA, J.F. exsudação também está relacionada com a detoxificação da planta, podendo ser um dos fatores responsáveis pela tolerância desta ao herbicida. A zona da raiz mais ativa na exsudação é a zona de alongamento, correspondendo à zona de absorção. Fonte: Sterling (1994) Figura 5 - Acumulação de herbicidas (ácidos fracos) no interior da célula (a) e sítios de dissociação dos herbicidas (b): bentazon, chlorsulfuron, 2,4-D, imazethapyr e sethoxydin. TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 4 - Herbicidas: Absorção, Translocação, Metabolismo, Formulação e Misturas 132 SILVA, A.A. & SILVA, J.F. 2. TRANSLOCAÇÃO DE HERBICIDAS Há várias razões pelas quais é importante o estudo de translocação de herbicidas. Plantas jovens. que não são capazes de se regenerar através de seus órgãos subterrâneos, podem ser mortas por herbicidas de contato, quando ocorre completa cobertura da parte aérea pela calda herbicida pulverizada. Entretanto, aquelas plantas que são capazes de se regenerar através de bulbos, rizomas, estolons, tubérculos, etc. necessitam que determinada quantidade do produto seja capaz de translocar e atingir estes orgãos de recuperação, para que produza controle eficiente. Por outro lado, considerando que não é fácil atingir toda a superfície foliar de uma planta, principalmente de arbustos e árvores, e tendo em vista que há diferença de penetração de herbicida nas diferentes posições da parte aérea da planta, o aumento na translocação de um produto aumentará a sua eficiência. Para a maioria dos herbicidas aplicados ao solo, a translocação é também de grande importância. Muitos herbicidas são absorvidos pelas raízes ou pelas partes subterrâneas do caule e são translocados para outras áreas, como ponto de crescimento, cloroplastos, etc., para exercerem a sua efetiva ação herbicida. Se a translocação de um herbicida pode ser aumentada, então as doses aplicadas deste produto podem ser reduzidas; conseqüentemente, menores serão os custos de aplicação e os riscos de causar prejuízos ao meio ambiente. 2.1. Conceito de movimento simplástico e apoplástico Simplástico - foi definido porCrafts e Crisp, em 1971, citados por Hay (1976), como a massa total de células vivas de uma planta, formando um conjunto contínuo através das intercomunicações do citoplasma, denominado plasmodesmas. Íons e moléculas podem movi- mentar-se de célula para célula através dessas estruturas, até atingirem as células companheiras, de onde são transpostos para o floema, sem atravessar as barreiras à permeabilidade, que são as membranas citoplasmáticas. O floema é o principal componente do simplasto. Transporte a longa distância ocorre através dos tubos crivados (floema), com velocidade de 60 a 100 vezes maior que o movimento no sentido radial. Apoplástico - contrariamente ao simplasto, é formado pelo conjunto de células mortas, incluindo as paredes celulares, os espaços intercelulares e o xilema, os quais formam um sistema contínuo no qual a água e os solutos se movimentam livremente. O movimento de solutos e assimilados no interior das plantas superiores pode ser definido, basicamente, em dois sentidos, como visto a seguir. TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 4 - Herbicidas: Absorção, Translocação, Metabolismo, Formulação e Misturas 133 SILVA, A.A. & SILVA, J.F. 2.1.1. Movimento descendente Os assimilados e solutos se movem a uma distância média correspondente a 2,5 vezes o diâmetro da célula, antes de alcançar os vasos menores do floema. Parte dessa distância ocorre pelo sistema apoplástico. Uma vez que estes assimilados se movem para dentro desses vasos, em direção contrária ao gradiente de concentração, assume-se que esse movimento ocorra à custa de energia metabólica. As células companheiras e as células parenquematosas, que acompanham as células do floema, estão envolvidas no fluxo de carregamento destes vasos. As células com protoplasma muito denso e com pontuações na parte interna da parede celular permitem maior superfície de contato entre o sistema simplástico e o apoplástico. Estas células são conhecidas como células de transferências e parecem funcionar no carregamento dos vasos do floema e na transferência do floema para o xilema. Citoplasmas das células do mesófilo, das células de transferência e das células companheiras estão diretamente intercomunicados, mas somente as células companheiras estão diretamente ligadas ao floema. O movimento para dentro do floema (carregamento) deve ser um processo ativo, porém o mecanismo desse carregamento, para muitas substâncias, é ainda desconhecido. A teoria do transporte pelo fluxo de massa baseia-se na elevação da concentração de assimilados (açúcares, principalmente sacarose) dentro dos vasos, causando elevação do potencial osmótico e, conseqüentemente, penetração de água dentro destas células. A alta pressão de turgor, nestes vasos, força o fluxo em massa do conteúdo nele existente.O decréscimo da concentração dos assimilados ao longo dos vasos, à medida que se distancia da fonte, suporta essa teoria. A hipótese do transporte pelo fluxo de massa envolve uma corrente de solutos movendo-se da fonte (folhas, caules ou outros órgãos fotossintetizantes) para o dreno (áreas meristemáticas, flores e frutos em desenvolvimento, raízes e tecidos ou órgãos de reserva). Acredita-se que herbicidas e outras substâncias se movimentem juntamente com esse fluxo. As folhas, inicialmente, são um dreno e, quando amadurecem, se transformam em uma fonte. Substâncias fotossintetizadas nas folhas da base da planta são transportadas para as raízes, enquanto as produzidas nas folhas da parte superior da planta são transportadas para as folhas novas e os brotos terminais. Os assimilados, para se translocarem das folhas para a parte superior da planta, têm, primeiro, que descer até atingir o caule, após o que podem subir pelo floema ou penetrar no xilema e se translocar com a corrente transpiratória. TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 4 - Herbicidas: Absorção, Translocação, Metabolismo, Formulação e Misturas 134 SILVA, A.A. & SILVA, J.F. 2.1.2. Movimento ascendente Íons e moléculas podem difundir-se pelos espaços intercelulares e paredes celulares do córtex. O movimento por esta rota para o interior da raiz é bloqueado pelas paredes longitudinais das “estrias de Caspary”, na endoderme. Contudo, de alguma forma ainda não definida, supunha- se que as substâncias (íons ou moléculas) rompiam essa barreira e penetravam no sistema simplástico das células. Sabe-se, hoje, no entanto, que a estria de Caspary não está presente nos ápices radiculares de células endodérmicas jovens e na região basal das raízes laterais em desenvolvimento (LUXOVÁ; CIAMPOROVÁ, 1992), o que pode representar importante rota de passagem dos herbicidas do apoplasto para o simplasto. Essas substâncias podem, então, mover- se de célula para célula, pelo sistema simplástico, ou vazar para o xilema parenquimatoso e ser transportadas no sentido acrópeto pela corrente transpiratória. Em geral, as condições ambientais favoráveis à transpiração (umidade relativa baixa, elevadas temperaturas e adequado suprimento de água no solo) são também favoráveis à translocação dos produtos que se movimentam pelo sistema apoplástico. 2.1.3. Translocação de alguns herbicidas Dicamba - é altamente móvel na planta. Aplicado nas raízes ou nas folhas, ele se acumula nos pontos de crescimento. Pequena acumulação ocorre nas raízes, apesar de ser bastante móvel no sentido basípeto da planta. Exsuda-se, em grande proporção, pelas raízes, podendo causar danos às plantas adjacentes às tratadas. A presença de folhas jovens na planta aumenta a translocação do produto para as raízes. A morte ou injúria das raízes reduz a sua exsudação, indicando ser este um processo que requer energia. A adição do ácido 2-cloroetil-fosfônico (ethrel) ao dicamba aumenta a sua translocação, no sentido descendente. Derivados do ácido fenóxico - os representantes deste grupo translocam-se pelo floema e, ou, xilema e acumulam-se nos pontos de crescimento (tecido meristemático). Apesar de se translocarem no sentido descendente, não se acumulam na raiz por causa do fenômeno da exsudação. O 2,4-D move-se do floema para o xilema e retorna à folha tratada, espalhando-se rapidamente por toda a planta. A elevação da umidade relativa pode aumentar o movimento descendente do 2,4-D, talvez por inibir o movimento junto à corrente transpiratória. Picloram - quando aplicado em solução nutritiva, é rapidamente absorvido e translocado para todas as partes da planta. Ele transloca-se, principalmente, para folhas e pontos de crescimento da planta. Se a planta é retirada da solução com herbicida e colocada numa solução TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 4 - Herbicidas: Absorção, Translocação, Metabolismo, Formulação e Misturas 135 SILVA, A.A. & SILVA, J.F. sem herbicida, a concentração do produto diminui nas raízes e nas folhas fotossintetizadoras e se concentra nas regiões meristemáticas desta. Se o produto é aplicado nas folhas, também ocorre acumulação nas folhas jovens, nos pontos de crescimento e nas raízes. A sua pequena acumulação nas raízes está, até certo ponto, relacionada com sua exsudação por elas. Apesar de apresentar pequena acumulação na raiz, semelhante ao 2,4-D, o picloram é, aproximadamente, 10 vezes mais tóxico às raízes que o 2,4-D. O uso deste herbicida no raleamento de floresta, visando reduzir o sombreamento de culturas como o cacau, pode danificar a cultura quando ele for injetado em algumas espécies que são capazes de excretá-lo através de suas raízes. 2,3,6-TBA - parece movimentar-se prontamente em ambos os sistemas (apoplásticos e simplásticos). Aplicado nas folhas das plantas, pode ser exsudado pelas raízes, podendo, neste caso, ser absorvido por plantas vizinhas não-tratadas. Aplicado nas folhas do milho, ele se transloca até as raízes e, sendo exsudado, pode controlar uma séria invasora domilho, que é a striga (erva-de-bruxa). Uréias - os derivados da uréia substituída são translocados exclusivamente via apoplástica. Contudo, de alguma forma, penetram no simplasto, principalmente nos cloroplastos, onde atuam. Aplicados às raízes, espalham-se por toda a planta, concentrando-se nas extremidades das folhas, onde, inicialmente, aparecem os sintomas de toxidez. Aplicados às folhas, eles não se translocam de uma folha para outra. Fatores que reduzem a transpiração da planta reduzem também a sua translocação. Algumas uréias, principalmente diuron, fluometuron e linuron, são bastante toleradas pelos citros e pelo algodão. Altas concentrações destes produtos são encontradas em glândulas ricas em óleo (verdadeira barreira à translocação destes herbicidas) localizadas ao longo do caule e nas folhas da planta, principalmente. Triazinas - a maioria das triazinas são mais facilmente absorvidas pelas raízes, sendo todas elas translocadas exclusivamente via xilema. Algumas, como metribuzin, ametryn e atrazine, são também absorvidas pelas folhas, porém se translocam apenas do ponto de aplicação para as extremidades da parte da planta onde foram aplicadas. Quando aplicadas às raízes das plantas, em solução nutritiva, dentro de 30 minutos elas podem ser detectadas no topo da planta. A taxa de absorção decresce algum tempo após a aplicação, por causa do fechamento dos estômatos (redução na taxa de transpiração). Os estômatos fecham-se porque o herbicida, ao inibir a fotossíntese, promove o acúmulo de CO2 na câmara subestomática. As triazinas também se acumulam em glândulas ricas em óleos, em plantas de algodão, atingindo, em menor proporção, os cloroplastos. Bipiridílios – são considerados, na prática, como herbicidas não translocáveis nas plantas. Aparentemente, a pequena translocação do produto ocorre pelo sistema apoplástico. TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 4 - Herbicidas: Absorção, Translocação, Metabolismo, Formulação e Misturas 136 SILVA, A.A. & SILVA, J.F. Quando o paraquat é aplicado no escuro, parece que ele atinge o xilema antes de necrosar o tecido e se move com a corrente transpiratória tão logo a planta seja exposta à luz. Alguns trabalhos mostram que a translocação é aumentada pela redução da umidade relativa (elevação da transpiração). Outros autores admitem que a translocação ocorrida na planta seja por difusão causada pelo rompimento das células. Na prática, portanto, eles são considerados herbicidas de contato, em razão de sua rapidez de ação, principalmente quando aplicados durante o dia, sob forte intensidade luminosa. A sua velocidade de ação é proporcional à intensidade luminosa. Imidazolinonas - estes herbicidas são absorvidos por folhas, caules e raízes e se trans- locam via floema ou xilema até os pontos de crescimento, onde inibem a síntese de aminoácidos. O sítio de ação dos herbicidas deste grupo é a enzima AHAS (ácido aceto hidroxi sintase), que é concentrada nos tecidos meristemáticos. A translocação das raízes para os caules parece estar relacionada com a lipofilicidade das imidazolinonas. Assim, quanto mais lipofílica for a imidazolinona, mais rápida é absorvida pelas raízes e mais rápida é a translocação para o caule. Entretanto, a translocação da folha para o caule parece não estar relacionada com a lipofilicidade. A diferença de translocação do imazaquin pode ser a causa das diferenças na susceptibilidade entre as espécies. Imazaquin é muito ativo no milho, mas pouco ativo em Avena fatua. Ocorre paralisação da translocação em aveia uma hora após o tratamento, enquanto a translocação no milho continua por muito tempo. 3. METABOLISMO DOS HERBICIDAS NAS PLANTAS A seletividade dos herbicidas pode ser atribuída a numerosos fatores, incluindo absorção, translocação, metabolismo, etc. Para vários grupos de herbicidas (ex.: auxínicos, inibidores da ALS e da ACCase), metabolismo o da molécula é uma das principais causas da seletividade. É muito importante saber se o herbicida é metabolizado ou não, na planta. As agências governa- mentais estabelecem limites de tolerância de resíduos dos produtos na planta, na época da colheita das estruturas utilizadas para a alimentação. Uma das maneiras pelas quais as plantas se livram destes produtos é através do metabolismo destes. É importante saber não só que o herbicida é metabolizado, mas, também, conhecer os seus metabólitos e a forma como são metabolizados. Embora os herbicidas venham sendo usados há mais de 50 anos, o estudo de seus metabolismos é relativamente recente. Tratar-se-á, aqui, do metabolismo dos herbicidas nas plantas apenas em relação à sua detoxificação. TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 4 - Herbicidas: Absorção, Translocação, Metabolismo, Formulação e Misturas 137 SILVA, A.A. & SILVA, J.F. • Derivados dos ácidos fenóxicos Há três mecanismos básicos envolvidos no metabolismo dos derivados do ácido fenóxido acético (Figura 6): - degradação da cadeia do ácido acético; - hidroxilação do anel aromático; e - conjugação do composto com constituintes da planta. Where R= Ala. Val. Leu. Asp. Glu. Phe. Trp. O CH2 C R O Cl Cl Amino acid conjugation O CH2 C R O Cl Cl OH Cl Cl ?? O CH2 C OH O Cl Cl side-chain oxidation sugar conjugation O CH2 C O O Cl Cl O OH OH OH CH2OH Glucose ester of 2,4 -D 2,4 - D2,4 - Dichlorophenol NIH Shift 2,4 - D ρ-hydroxylase O CH2 C OH O Cl OH Cl 2,5 - D, 4 - OH sugar conjugation O CH2 C OH O Cl O Cl Glucose 2,5 - D, 4 - ο-glucoside O CH2 C OH O Cl OH Cl sugar conjugation O CH2 C OH O Cl O Cl glucose 2,3 - D, 4 - OH 2,3 - D, 4 - ο-glucoside Figura 6 - Biotransformação e rotas metabólicas do 2,4-D em plantas superiores. TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 4 - Herbicidas: Absorção, Translocação, Metabolismo, Formulação e Misturas 138 SILVA, A.A. & SILVA, J.F. A maioria das plantas degrada a cadeia do ácido acético, mas somente algumas espécies o degradam em velocidade suficientemente rápida para aumentar ou proporcionar a sua tolerância ao produto. A hidroxilação na posição ‘para’ inativa o produto. A hidroxilação na posição ‘3’ e a sua conseqüente conjugação com glucose e, ou, aminoácidos também são mecanismos de inativação do 2,4-D. Os compostos geralmente encontrados em conjugação com 2,4-D são: ácido aspártico, ácido glutâmico, alanina, valina, leucina, fenilalanina e triptofano. A transferência do cloro da posição '4' para a posição '3' e a passagem do cloro da posição '5' para posição ‘6’ do 2,4,5 T, formando o 2,3,6 T, também o inativam. Normalmente, na passagem do cloro de uma posição para outra, há hidroxilação na posição anterior do cloro, com conseqüente conjugação desta hidroxila com constituintes da planta, causando a inativação do herbicida. O 2,4-DB também é metabolizado por algumas plantas (Figura 7), transformando-se em composto tóxico (2,4-DB → β oxidação → 2,4-D). Algumas leguminosas, como a alfafa, o toleram, porque não o transformam em 2,4-D ou o fazem muito lentamente, dando tempo para que outros processos metabólicos realizem a sua degradação, antes da saturação dos sítios de ação do produto. Cl Cl O CH2CH2CH2COOH αβγ 2,4 - DB β−oxidation γ β Cl Cl O CH2COOH 2CO2 2,4 - D Figura 7 - β oxidação do 2,4-DB a 2,4-D em plantas superiores. • Triazinas Algumas plantas, principalmente gramíneas como milho, sorgo e cana-de-açúcar, são altamente tolerantes às clorotriazinas (atrazine e simazine). A taxa de degradação das triazinas em plantas superiores varia grandemente com as diferentes espécies. Em espécies tolerantes, elas são rapidamente degradadas (Figura 8), enquanto em espécies suscetíveis (feijão e pepino) a degradação é mais lenta. As reações do metabolismo do metribuzin nas plantas superiores podemser observadas na Figura 9. Portanto, a taxa de degradação das triazinas parece ser, primariamente, a base de seletividade destes herbicidas às plantas. TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 4 - Herbicidas: Absorção, Translocação, Metabolismo, Formulação e Misturas 139 SILVA, A.A. & SILVA, J.F. N N N NH2H2N Cl s-Triazine herbicide 4,6-bis-dealkylated atrazine N-dealkylation N N N H2N Cl N CH CH3 CH3 Mono-dealkylated atrazine H N N N N Cl N CH CH3 CH3C2H5 H H N-dealkylation leaves, roots DIMBOA roots, corn N N N N OH N CH CH3 CH3C2H5 H H conjugation with GSH leaves N N N N S N CH CH3 CH3C2H5 cys glyglu Glutathione conjugate sorghum leavesH H N N N N NH N CH CH3 CH3C2H5 HOOCCHCH2SCH2CHCOOH NH2 H H Lanthionine conjugate Figura 8 - Biotransformação e rotas metabólicas de atrazine em plantas superiores. Os processos de inativação ocorrem pela hidroxilação, demetoxilação e dealquilação na posição ′N′ e por conjugação com peptídeos. Extratos das raízes e da parte aérea do milho são capazes de hidroxilar as clorotriazinas. A substância catalisadora dessa reação foi identificada como benzoxazinona. Esta substância ocorre em toda a planta de milho, mas a hidroxilação é mais intensa nas raízes, indicando que nestas a benzoxazinona é mais ativa. Também pode ocorrer conjugação das triazinas com peptídeos, o que favorece a tolerância das plantas a estes herbicidas. Glutationa-s-transferase é a enzima envolvida nessa conjugação. A N-dealquilação é outra rota do metabolismo das triazinas. TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 4 - Herbicidas: Absorção, Translocação, Metabolismo, Formulação e Misturas 140 SILVA, A.A. & SILVA, J.F. MatribuzinGlucose conjugation Tomato soy bean Sulf oxidation Soy bean N N N(CH3)3C O SCH3 NH2 Doomination Soy bean sugarcane N N N(CH3)3C O S NH2 GHomoHomo GSH S-transf erase Homoglutathione conjugate Sulf oxide Soy bean H DK ? Bound residuo Doomination Tomato Soy bean Wheat Sugarcane N N N(CH3)3C O O NH2 DADK Dimethtlthiolation Tomato, wheat sugarcane DA N N N(CH3)3C O SCH3 H GlucoseMal Malonic acid conjugate of glucoside Tomato Soy bean N N N(CH3)3C O SCH3 H Glucose Glucoside N N N(CH3)3C O SCH3 NH2 O N N N(CH3)3C O NH2 O N N N(CH3)3C O SCH3 H Figura 9 - Biotransformação e rotas metabólicas do metribuzim em plantas superiores. • Derivados do ácido benzóico A hidroxilação do anel aromático e a sua conjugação com outros constituintes da planta são demonstradas na prática. Entretanto, não se demonstrou, ainda, a ruptura do anel. Entre os compostos deste grupo, o 2,3,6-TBA é considerado um herbicida estável, tanto na planta quanto no solo. É um produto não-seletivo e de elevada eficiência no controle de plantas daninhas perenes, incluindo as de raízes profundas. • Derivados da uréia As principais rotas do metabolismo das uréias substituídas estão relacionadas com a demetilação e, ou, demetoxilação e deaquilação, formando a correspondente anilina, e também com a conjugação com os constituintes da planta. TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 4 - Herbicidas: Absorção, Translocação, Metabolismo, Formulação e Misturas 141 SILVA, A.A. & SILVA, J.F. • Propanil É uma exceção entre as amidas. Enquanto estas inibem raízes e pontos de crescimento, o propanil inibe o fotossistema II. É considerado um herbicida completamente metabolizado pelas plantas tolerantes (Figura 10). A velocidade de sua metabolização influencia decisivamente a tolerância da planta. Figura 10 - Hidrólise do propanil em plantas de arroz. O metabólito 3-4-dicloroanilina formado pode ser conjugado com constituintes da planta, principalmente com diversos tipos de carboidratos. O 3-4-diclorolactoanilida é um composto intermediário e instável nas plantas tolerantes, como o arroz. Nas plantas sensíveis, como o capim-arroz, ele se acumula e inibe a reação devido à menor atividade da enzima que o degrada, razão pela qual o arroz é tolerante e o capim-arroz, sensível. A enzima envolvida nesse processo (arilacilamidase) é 10 a 20 vezes mais ativa no arroz que no capim-arroz. Esta enzima é sensível aos inseticidas carbamatos e fosforados orgânicos, podendo a mistura do propanil com estes compostos causar sensível redução na tolerância do arroz ao propanil ou até perda total de seletividade do propanil a essa cultura. • Picloram: É um produto altamente estável na planta e no solo. A sua alta atividade como arbusticida e arborecida está relacionada com a sua estabilidade na planta. Trabalhos realizados por TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 4 - Herbicidas: Absorção, Translocação, Metabolismo, Formulação e Misturas 142 SILVA, A.A. & SILVA, J.F. Redemann e outros, citados por Foy (1976), em trigo, mostraram que somente 17% do picloram tinha sido metabolizado três meses após a sua aplicação. Comparando a atividade do 2,4-D com a do picloram (em algumas espécies de plantas latifoliadas), por unidade de tempo, observou-se que o 2,4-D é mais ativo que o picloram. Entretanto, considerando-se o tempo de ação, o picloram é mais de 10 vezes mais ativo, por causa de sua lenta degradação. 4. FORMULAÇÃO Formular um herbicida consiste em preparar seu ingrediente ativo na concentração adequada, adicionando substâncias coadjuvantes, tendo em vista que o produto final deve ser usado em determinadas condições técnicas de aplicação, para poder cumprir eficazmente sua finalidade biológica, mantendo essas condições durante o armazenamento e transporte (ARAÚJO, 1997). A formulação é a etapa final da industrialização. O mesmo ingrediente ativo, às vezes, é comercializado em formulações diferentes em várias regiões do mundo, mas a tendência atual, segundo Kissmann (1997), é uma formulação universal que possa ser usada em diversos países. Na legislação federal sobre produtos fitossanitários, no Brasil, ingrediente ativo é o composto com atividade biológica, e os ingredientes inertes são os outros compostos adicionados na formulação. Qualquer substância ou composto sem propriedade fitossanitária, exceto água, que é acrescida na preparação de defensivos para facilitar a aplicação ou aumentar a eficiência ou diminuir os riscos é classificada como adjuvante. Entre as classes de adjuvantes podem-se citar: emulsificantes (compatibilizam frações polares e apolares); dispersantes (impedem a aglomeração de partículas); espessantes (aumentam a viscosidade); solventes (dissolvem o ingrediente ativo); molhantes (permitem rápida umectação do produto em contato com a água); quelatizantes (tiram reatividade de moléculas e íons); tamponantes (deixam o pH dentro de uma faixa desejada); corantes (dão coloração ao produto formulado); adesivos (melhoram a aderência do produto com a superfície tratada); e surfatantes (agentes ativadores de superfície). Os óleos não-fitotóxicos também têm grande uso como adjuvante, seja como molhantes, espalhantes, penetrantes, antievaporantes e, ou, adesivos. Eles podem ser: minerais (formulados com predominância de frações parafínicas de hidrocarbonetos), vegetais (apresentam porções variadas de ácidos graxos) e vegetais metilados (sofrem esterificação metílica). Os minerais também podem servir como veículo para aplicação de herbicidas. TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 4 - Herbicidas: Absorção, Translocação, Metabolismo, Formulação e Misturas 143 SILVA, A.A. & SILVA, J.F. Os surfatantes ou tensoativos são também adjuvantes. Estes compotos causam redução da tensão superficial, servindo de interface entre as superfícies, por possuírem porções lipofílicas e hidrofílicas na mesma molécula. Os surfatantes são classificados de acordo com sua carga elétrica ou tendência de ionizar aporção hidrofílica da molécula. Eles podem ser aniônicos (carregados negativamente), catiônicos (carregados positivamente) e não-iônicos (neutros), que não alteram o equilíbrio eletrolítico nas formulações e nas caldas. Recentemente surgiram os surfatantes à base de organossilicones, que são capazes de reduzir muito a tensão superficial e até induzir um fluxo de massa da solução pulverizada através do poro estomatal, fazendo com que o herbicida penetre, também, pelos estômatos. Além da redução da tensão superficial, os surfactantes favorecem o espalhamento uniforme da calda na superfície foliar, aumentam a retenção e melhoram o contato da gotícula. Também, podem solubilizar substâncias não-polares da folha, causando desnaturação enzimática ou disfunção das membranas e, assim, favorecer mais a penetração do herbicida (RADOSEVICH, 1997). Os sufatantes podem, também, assumir conotações negativas em certos casos, como sendo fitotóxicos, por diminuírem ou eliminarem a seletividade de alguns herbicidas e até favorecerem ataques de fungos pela remoção da camada cerosa protetora ou por espalharem os esporos pela superfície vegetal (KISSMANN, 1997). A escolha da formulação a ser usada baseia-se, segundo Ozkan (1995), nos seguintes fatores: características físicas e biológicas da planta daninha-alvo, equipamento de aplicação disponível, perigo de deriva e lixiviação, possível injúria na cultura, custo, necessidade de armazenagem e tipo de ambiente em que a aplicação é feita. Uma formulação de herbicida pode ser considerada de boa qualidade se atender aos seguintes requisitos: ser letal à planta daninha ou, no mínimo, danosa a ela; e não afetar os microrganismos benéficos e a cultura, caso esta já esteja instalada. Além disso, deve apresentar bom espalhamento, boa retenção na superfície da folha, e penetração foliar eficiente. Deve também permitir a associação de produtos, tem que ser compatível, tanto física (sem absorção ou repulsão entre os ingredientes) como química (sem alteração dos compostos) ou biologicamente (a mistura deve ser eficiente para o controle) e ser estável, ou seja, permanecer ativa por um longo período. TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 4 - Herbicidas: Absorção, Translocação, Metabolismo, Formulação e Misturas 144 SILVA, A.A. & SILVA, J.F. 4.1. Veículo de aplicação (água) O veículo mais importante para diluir formulações de produtos fitossanitários a serem aplicados por pulverização ou imersão é a água, que deve ser de boa qualidade. Argilas e compostos orgânicos em suspenão na água podem absorver alguns tipos de ingredientes ativos, tornando-os indisponíveis. Um exemplo claro dessa ação ocorre com os compostos catiônicos (paraquat e diquat), que são inativados parcial ou totalmente. A água quase sempre apresenta sais em dissolução, especialmente os de Ca++ e de Mg++, que são os principais causadores da dureza da água. Deve-se salientar que essa dureza é calculada em função do teor de CaCO3 . Quadro 3 - Classes de dureza da água Classes ppm de CaCO3 Água muito branda 71,2 Água branda 71,2-142,4 Água semidura 142,4-320,4 Água dura 320,4-534,0 Água muito dura > 534,0 A dureza da água interfere na qualidade das caldas dos herbicidas de duas maneiras: Nas formulações - na presença de tensoativos aniônicos contendo Na+ ou K+, os elementos responsáveis pela dureza da água Ca++ e Mg++ podem substituí-los, formando compostos insolúveis, com conseqüente perda da função desses surfatantes. Nos ingredientes ativos - ingredientes ativos à base de ácidos ou sais podem reagir na presença dos cátions Ca++ e Mg++ , com possíveis substituições e formações de compostos insolúveis, descaracterizando sua ação biológica. A dureza da água pode ser corrigida, segundo Kissmann (1997), de duas maneiras: acrescentando um surfatante não-iônico, o que reduziria a tensão superficial dos líquidos, ou acrescentando um quelatizante na água, o que isolaria a carga elétrica e suprimiria a reatividade de íons desta. TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 4 - Herbicidas: Absorção, Translocação, Metabolismo, Formulação e Misturas 145 SILVA, A.A. & SILVA, J.F. As indústrias geralmente já formulam seus produtos para serem compatíveis com 20 até 320 ppm de carbonato de cálcio, que representa água semidura. Outro fator muito importante que pode influir na estabilidade dos herbicidas e nos resultados é o pH da água. Muitos produtos que ficam preparados em água por muito tempo, antes da aplicação, podem sofrer degradação por hidrólise, cuja velocidade depende do pH. Muitas moléculas sofrem dissociação quando em solução, e a constante de dissociação também é dependente do pH. Valores extremos de pH podem afetar a estabilidade das caldas. Geralmente, as caldas fitossanitárias apresentam mais estabilidade numa faixa de pH entre 6,0 e 6,5. 4.2. Tipos de formulações As formulações apresentam-se, basicamente, nas formas sólida e líquida. 4.2.1. Formulações sólidas Pó molhável (PM): esta formulação é definida pela ABNT como formulação sólida de pó, para aplicação, sob a forma de suspensão, após dispersão em água. É obtida pela moagem do ingrediente ativo absorvido em material inerte (sílica, vermiculita, etc). Adiciona-se geralmente uma substância dispersante, para evitar floculação e aumentar a establilidade da suspensão. Durante a aplicação, precisa-se de uma agitação contínua no tanque. Geralmente, possui 50 a 80% de ingrediente ativo (ex: Sencor BR, 700 g kg-1 de metribuzin). Pó solúvel (PS): nesta formulação o ingrediente ativo é totalmente solúvel em água, não requerendo agitação durante aplicação. Grânulos dispersíveis em água (GRDA ou dry flowable): é uma formulação sólida constituída de grânulos, para aplicação sob a forma de suspensão após desintegração e dispersão em água. O ingrediente ativo sólido está na forma de grânulos, e este, adicionado em água, transforma-se numa suspensão. Possui a vantagem de ter, no produto comercial, maior concentração de princípios ativos, requerendo, com isso, menor volume de calda para aplicação (ex: Scepter 70 DG, 700 g kg-1 de imazaquin). Granulados (GR): os grânulos são constituídos de veículos minerais, como a vermiculita, e de princípio ativo, cuja concentração varia de 2 a 20%. Em geral, dispensam o uso da água, são mais seletivos, podem ser aplicados em locais de difícil acesso, têm maiores custos e dependem de equipamentos adequados para aplicação e de umidade no solo para liberar o ingrediente ativo (ex.: Ordran 200 GR, 200 g kg-1 de molinate). TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 4 - Herbicidas: Absorção, Translocação, Metabolismo, Formulação e Misturas 146 SILVA, A.A. & SILVA, J.F. Pellets ou pastilhas: possuem ampla similaridade com os granulados, diferindo-se por possuírem partículas de maior tamanho. 4.2.2. Formulações líquidas Soluções (S): esta mistura é de natureza homogênea, composta do soluto, que é o ingrediente ativo, e do solvente, que pode ser água, álcool, acetona, etc. Seu processo de obtenção é o mais simples e barato. Para que um produto seja formulado como solução, ele deve ser solúvel em pelo menos 25% por litro do solvente. Devido à sua pouca penetração foliar, adiciona-se geralmente um surfatante (ex.: DMA 806 BR, 670 g L-1 de 2, 4-D). Concentrado emulsionável (CE): é uma formulação líquida homogênea, para aplicação após diluição em água, sob a forma de emulsão. Emulsões são sistemas termodinamicamente instáveis que consistem em dois líquidos imiscíveis, sendo um deles disperso como glóbulos de pequeno tamanho dentro do outro. O concentrado emulsionável conta, basicamente, com um solvente não-polar (o ingrediente ativo), dissolvido no solvente, e um agente emulsificante. A solubilidade mínima necessária é de 12%. Possui maior penetração foliar, permanecepor longos períodos em suspensão (mistura mais homogênea) e provoca menos desgaste nos bicos (ZAMBOLIM; VALE, 1997) (ex.: Dual 960 CE, 960 g L-1 de metolachlor). Suspensão concentrada (S) ou “flowable”: é uma formulação constituída por uma suspensão estável de ingrediente(s) ativo(s) num veículo líquido, que pode conter outro(s) ingrediente(s) ativo(s) para aplicação após a diluição. Neste tipo de formulação, o princípio ativo sólido (micropartículas) é mantido suspenso em água. Como vantagens estão a ausência do pó, a baixa toxicidade e o fácil manuseio (ex.: Karmex 500 SC, 500 g L-1 de diuron). Emulsões concentradas: esta formulação é uma emulsão de ingrediente ativo de baixo ponto de fusão ou líquido, sendo uma alternativa ao concentrado emulsionável (ex.: Podium, 110 g L-1 de fenoxaprop-p-ethyl). Suspo-emulsão: é uma formulação fluida e heterogênea, constituída de uma dispersão estável de ingredientes ativos na forma de partículas sólidas e de finos grânulos na fase aquosa, para aplicação após a diluição em água. A importância desta formulação reside na possibilidade de poder compatibilizar dois tipos de formulações diferentes. Microemulsão: é um caso específico de emulsão. Esta formulação contém as fases ‘oleosa’ (contendo o ingrediente ativo e o solvente orgânico surfatante) e ‘aquosa’ (que também pode conter ingrediente ativo solúvel em água, além de surfatante). A aparência é de um líquido transparente, homogêneo (ex.: Robust: 200 g de fluazifop-p-butil + 250 g L-1 de fomesafen). TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 4 - Herbicidas: Absorção, Translocação, Metabolismo, Formulação e Misturas 147 SILVA, A.A. & SILVA, J.F. 5. MISTURAS DE HERBICIDAS O controle de plantas daninhas visa, entre outros aspectos, reduzir ou eliminar a competição destas com a cultura É importante lembrar que existem centenas de espécies de plantas daninhas e que estas apresentam as mais variadas características morfológicas e fisiológicas, que lhes conferem comportamento diferenciado (susceptibilidade, tolerância ou resistência) em relação aos herbicidas utilizados. Além desse fato, a necessidade de reduzir os custos de produção da cultura tem levado os produtores, bem como os fabricantes, a preparar misturas de herbicidas com diferentes princípios ativos, ou mesmo com outros agroquímicos/pesticidas. Houve grande expansão no uso de misturas e na aplicação sequencial de vários herbicidas em um único ciclo cultural; entretanto, o manejo de herbicidas, especialmente as misturas, requer grande cuidado, além do conhecimento a respeito das interações entre os produtos, visando obter o máximo de controle de plantas daninhas e minimizar injúrias às culturas. Deve-se dar preferência às misturas prontas. 5.1. Vantagens das misturas ou combinações de herbicidas A aplicação de misturas de herbicidas pode oferecer vantagens, quando comparadas com aplicação de um princípio ativo isoladamente, como: • Controle de maior número de espécies de plantas daninhas e redução do risco de aparecimento de genótipos resistentes. • As misturas foram primeiramente usadas para o controle não-seletivo e seu uso contínuo tornou-se importante. A idéia de combinação de herbicidas para controlar seletivamente plantas daninhas em culturas desenvolveu-se posteriormente. • Aumento da segurança da cultura, devido ao uso de doses menores de cada herbicida misturado. É mais efetiva que uma única dose de um herbicida. Há menor chance de a cultura ser injuriada. • Redução de resíduos na cultura e no solo devido ao uso de doses menores, especialmente dos componentes mais persistentes. • Redução de custos: o menor custo de aplicação, o controle mais efetivo de plantas daninhas e as menores quantidades de herbicidas aplicadas geralmente reduzem o custo total do manejo. • Controle por um período maior, pela adição de outro herbicida mais efetivo sobre determinada espécie de planta daninha predominante. TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 4 - Herbicidas: Absorção, Translocação, Metabolismo, Formulação e Misturas 148 SILVA, A.A. & SILVA, J.F. • Melhores resultados em campos com variados tipos de solos. • Pode melhorar o controle de plantas daninhas pela ampliação da seletividade, em razão da possível ação sinergística na planta daninha e ação antagônica sobre a cultura. 5.2. Incompatibilidade Quando dois ou mais herbicidas são combinados, eles podem ser aplicados separadamente (um após o outro), juntos (misturados no tanque) ou ainda podem ser formulados juntos (comercializados numa mesma embalagem). Estes herbicidas pré-misturados ou em misturas no tanque do pulverizador podem ser mais eficientes ou não, dependendo do modo como foi feita a mistura. Menor desempenho da mistura pode ser resultado de qualquer incompatibilidade física ou biológica. A incompatibilidade física é usualmente causada pela formulação e suas interações, resultando em formação de precipitados, separação de fase, etc., de modo que sua aplicação não pode ser executada. Fatores como solubilidade, complexação, carga iônica e outros parâmetros físicos são responsáveis pela redução do desempenho dos produtos, causada pela incompatibilidade. A incompatibilidade denota a inabilidade de dois ou mais herbicidas em serem usados simultaneamente. A mistura de um herbicida formulado como pó-molhável, por exemplo, com outro formulado como concentrado emulsionável tem elevada tendência a apresentar incompatibilidade física, que resulta numa rápida sedimentação dos componentes da mistura. Por isso, uma das vantagens da mistura formulada, em relação à de tanque, é evitar possíveis incompatibilidades dos componentes da formulação. 5.3. Interações entre herbicidas O termo interação descreve a ação conjunta dos herbicidas nas plantas. É a relação da efetividade de um material com o outro. Quando dois ou mais herbicidas são aplicados juntos, podem ser observados os seguintes efeitos sobre as plantas: - Efeitos sinérgicos: quando o efeito dos herbicidas aplicados juntos é maior que a soma dos efeitos isolados. - Efeitos aditivos: quando o efeito dos herbicidas em mistura é igual à soma dos seus efeitos quando aplicados separados. TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 4 - Herbicidas: Absorção, Translocação, Metabolismo, Formulação e Misturas 149 SILVA, A.A. & SILVA, J.F. - Efeitos antagônicos: quando o efeito dos herbicidas em mistura é menor que a soma dos seus efeitos quando aplicados separadamente. É interessante lembrar que esses efeitos podem ser diferentes entre espécies de plantas. Do ponto de vista prático, seria ideal que a mistura apresentasse efeitos antagônicos para a cultura e sinergísticos para as plantas daninhas. Várias misturas sinergísticas de herbicidas têm sido reportadas. As bases para essa interação podem ser: aumento da penetração foliar dos herbicidas aplicados em pós emergência, aumento da translocação, inibição do metabolismo, interações dos mecanismos de ação dos herbicidas envolvidos, etc. O antagonismo em misturas de tanque acontece quando uma reação adversa ocorre entre os herbicidas na solução. É o antagonismo químico, por exemplo, entre o paraquat e o MCPA dimetilamina, principalmente quando a formulação éster do MCPA é usada. Também pode ocorrer a redução da penetração foliar; por exemplo, os inibidores de lipídios não devem ser misturados com 2,4-D, MCPA, bentazon, chlorsurfuron, chlorimuron, imazaquin, imazethapyr, etc. O antagonismo do fenoxaprop com MCPA éster aumentou a tolerância do trigo sem reduzir o controle da aveia-brava (JORDAN; WARREN, 1995). A redução da penetração pela raiz pode resultar em antagonismo e aumentar a seletividade da cultura. É o caso do trifluralin e diuron em algodão e trifluralin e metribuzin em soja, etc. O antagonismo também ocorre quando um herbicida decontato é aplicado com glyphosate ou com herbicidas auxínicos. A absorção e a translocação do glyphosate ficam prejudicadas, resultando em menor efeito dos herbicidas sistêmicos. O efeito da interação entre dois herbicidas pode ser estimado pela equação a deguir: 100 )X100(YXE −+= em que: X = percentagem de inibição do crescimento pelo herbicida A a p L ha-1; Y = percentagem de inibição do crescimento pelo herbicida B a q L ha-1; e E = percentagem ‘esperada’ de inibição do crescimento pelos herbicidas A+B a p+q L/ha. Então, X+(100-Y) é a toxicidade esperada da mistura. - Se a resposta observada for maior que a esperada, a mistura é sinérgica. TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 4 - Herbicidas: Absorção, Translocação, Metabolismo, Formulação e Misturas 150 SILVA, A.A. & SILVA, J.F. - Se a resposta observada foi menor que a esperada, a mistura é antagônica. - Se a resposta observada for igual à esperada, a mistura é aditiva. 5.4. Interações de herbicidas com inseticidas em mistura Em geral, a fitotoxicidade de alguns herbicidas tem mostrado ser influenciada por alguns inseticidas organofosforados ou metilcarbamatos. Inseticidas organoclorados não têm apresentado interações com herbicidas. Organofosforados estão envolvidos com interações com nicosulfuron (SILVA et al., 2005) A tolerância do milho a este herbicida é devido ao rápido metabolismo deste; entretanto, inseticidas organofosforados podem inibir, ou reduzir, este metabolismo, induzindo o surgimento de sintomas de intoxicação nas plantas da cultura. O organofosforado terbufos (Counter) tem causado maiores problemas na prática. É interessante ressaltar o antagonismo entre phorate (Thimet), disulfoton (Disyston) e o clomazone em algodão. Os inseticidas protegem o algodão de alguma toxicidade do clomazone. A aplicação do terbufos em milho é antagonística aos resíduos do imazaquin no solo e tem dado considerável proteção ao milho. Os mecanismos dessa interação não são bem conhecidos. 5.5. Interações de herbicidas com fertilizantes em mistura Os herbicidas em misturas com fertilizantes, às vezes, são usados por alguns produtores, porém sem nenhuma base científica. A aplicação de molibdênio na cultura do feijão, em mistura com os herbicidas fluazifop-p-butil+fomesafen, bentazon, fomesafen e imazamox, em ensaios preliminares apresentou efeitos aditivos. Esses resultados, se confirmados, viabilizam a aplicação desses insumos de uma só vez. REFERÊNCIAS ARAÚJO, A. S. Destino final das embalagens de agrotóxicos (Produtos Fitotassanitários). SENAR. Associação Regional do Estado do Paraná. Curitiba. 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TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 4 - Herbicidas: Absorção, Translocação, Metabolismo, Formulação e Misturas 153 SILVA, A.A. & SILVA, J.F. STERLING, T. M. Mechanism of herbicide absorption across plant membranes and acumulation in plant cells. Weed Sci., v. 42, p. 263-276, 1994. TURNER, D. J.; LOADER, M. P. C. Effect of ammonium sulphate and other additives upon the phytotoxicity of glyphosate to Agropyron repens (L.) Beauv. Weed Res., v. 20, p. 139, 1980. ZAMBOLIM, L.; VALE, F. X. Controle de doenças de plantas. Mod. 72. Brasília, 1997. 42 p. TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 4 - Herbicidas: Absorção, Translocação, Metabolismo, Formulação e Misturas 154 SILVA, A.A. & SILVA, J.F CAPÍTULO 5 HERBICIDAS: COMPORTAMENTO NO SOLO Antonio Alberto da Silva, Rafael Vivian e Rubem Silvério de Oliveira Jr. 1. INTRODUÇÃO O uso do controle químico em plantas daninhas, constitui-se prática indispensável para a agricultura em larga escala, tornando-se indiscutível a utilização de herbicidas no sistema agrícola. No entanto, é fundamental que eles sejam adequadamente aplicados, para que seja preservada a qualidade final dos produtos colhidos, assim como dos recursos naturais que sustentam a produção, especialmente o solo e a água. Nos últimos anos, observa-semaior preocupação quanto à contaminação do ambiente e a utilização racional dos recursos hídricos e do solo. As práticas agrícolas, entretanto, são responsáveis por grande parte da degradação desses recursos. Outro fator relevante é que 60 a 70% do total dos pesticidas aplicados nos campos agrícolas não atingem a superfície alvo de interesse (LAW, 2001) e acabam alcançando direta ou indiretamente o solo, o qual atua como o principal receptor e acumulador desses compostos. Ao atingirem o solo, inicia-se o processo de redistribuição e degradação dos herbicidas aplicados, o qual pode ser extremamente curto, como o que ocorre para algumas moléculas simples e não-persistentes, ou perdurar por meses ou anos para compostos altamente persistentes. O seu tempo de permanência no ambiente depende, entre outros fatores, da capacidade de sorção do solo, da dinâmica do fluxo hídrico e do transporte de solutos, além da sua taxa de degradação, a qual está relacionada à atividade microbiológica, biodisponibilidade e recalcitrância do herbicida. Embora escassos, os estudos envolvendo a sorção de herbicidas em solos brasileiros, sob condições de clima tropical, são também fundamentais para avaliação da eficiência de controle das plantas daninhas do local, pois elevados índices de sorção podem comprometer a eficiência do herbicida. Com isso, cresce a importância do entendimento do destino final dessas moléculas e do estudo do comportamento no ambiente onde são aplicados. Neste capítulo são apresentados os principais conceitos relacionados ao comportamento de herbicidas no solo, juntamente com os processos envolvidos na dissipação desses compostos TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 5 - Herbicidas: Comportamento no Solo 155 SILVA, A.A. & SILVA, J.F no ambiente. Os exemplos apresentados destacam os estudos mais relevantes com herbicidas em solos, permitindo maior compreensão da dinâmica desses compostos no ambiente. 2. IMPORTÂNCIA DO ESTUDO DE HERBICIDAS NO SOLO O estudo do comportamento de herbicidas no solo e no ambiente visa pelo menos dois objetivos principais: primeiramente, conhecer os fatores do ambiente, além do próprio herbicida, que afetam direta ou indiretamente a eficiência no controle de uma planta daninha; segundo, uma vez que o herbicida é uma substância exógena ao meio, procura-se descobrir as interações do herbicida com os componentes do solo, de modo a minimizar os eventuais efeitos negativos que a sua presença possa causar ao ambiente. Um dos fatores relevantes é que o solo atua na manutenção dos processos vitais, sendo responsável pelo suporte físico e armazenagem dos nutrientes para as plantas. Promove a retenção e o movimento da água, suportando as cadeias alimentares. É responsável, também, pela ciclagem dos nutrientes, atividade e diversidade microbiana, além da remediação e imobilização de poluentes (GRANATSTAIN; BEZDICEK, 1992). No entanto, embora a capacidade de permanência do herbicida e sua degradação no solo sejam processos-chave na determinação do seui efeito na qualidade ambiental (HINZ, 2001), a sua avaliação é de difícil mensuração e repetibilidade. Isso ocorre em razão do solo ser considerado um ambiente heterogêneo sob influência de diversos fatores, onde interagem inúmeros processos de ordem física, química e biológica (DORAN; PARKING, 1994). Atualmente, o estudo do comportamento de herbicidas no ambiente tem sido realizado através de estimativas das tendências a que estes estão sujeitos em função de três principais processos: retenção, transformação e transporte (Figura 1), que interagem entre si, embora esses processos sejam descritos de forma isolada. TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 5 - Herbicidas: Comportamento no Solo 156 SILVA, A.A. & SILVA, J.F Figura 1 - Representação esquemática da interação entre processos de retenção, transporte e transformação de um herbicida aplicado ao solo. 3. PROCESSOS DE RETENÇÃO O solo é um sistema aberto e dinâmico no qual os seus constituintes podem, constantemente, movimentar-se ou sofrer transformação física, química e biológica. Como os herbicidas movem-se, normalmente, a partir da superfície do solo na forma de solução, a compreensão dos fatores que regulam as interações de retenção é essencial para entender o comportamento dessas substâncias no solo. Sabe-se que as moléculas dos herbicidas, quando em contato com o solo, estão sujeitas aos processos de movimento, retenção, transporte e transformação, o que resulta na dissipação destas. Entretanto, o processo de retenção constitui-se num dos processos mais importantes para prever a movimentação dos herbicidas no solo e sua taxa de degradação (física, química e biológica), assim como, conhecer qual a eficiência quando estes forem aplicados para o controle de plantas daninhas. TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 5 - Herbicidas: Comportamento no Solo 157 SILVA, A.A. & SILVA, J.F A retenção refere-se à habilidade do solo de reter um pesticida ou outra molécula orgânica, evitando que ela se mova tanto dentro como para fora da matriz do solo. Entretanto, o processo de retenção, por sua vez, pode ser entendido como um processo geral de sorção de herbicidas no solo, que engloba mecanismos específicos de dissipação dos herbicidas: absorção, precipitação e adsorção. A distinção entre adsorção verdadeira (na qual camadas moleculares se formam na superfície de uma partícula de solo), precipitação (formação e separação de superfícies sólidas, assim como, ligações covalentes com a superfície da partícula de solo) e absorção dos herbicidas pelas plantas e organismos é difícil. Na prática, a adsorção é usualmente determinada apenas através do desaparecimento da substância química da solução do solo; em razão disso, o termo adsorção é normalmente substituído por outro mais geral, denominado de sorção (KOSKINEN; HARPER, 1990). 3.1. Precipitação A formação de precipitados entre as moléculas de herbicidas pode ocorrer pela junção das partículas dos argilominerais com o herbicida por ligações covalentes de alta força, ou, ainda, pela formação de uma fase sólida na superfície de uma partícula do solo. 3.2. Absorção O termo absorção é usado especificamente quando as moléculas do herbicida são absorvidas pelo sistema radicular e outras partes subterrâneas das plantas. Dificilmente ocorrerá a absorção de herbicidas por partículas minerais ou orgânicas do solo. 3.3. Adsorção A adsorção caracteriza-se por um fenômeno temporário pelo qual uma substância dissolvida se fixa a uma superfície sólida ou líquida. Essa fixação ocorre por interação de forças da superfície do adsorvente (solo) e do adsorvato (herbicida). Dependendo do sentido dessa força, o herbicida pode ser adsorvido às partículas coloidais (orgânicas e minerais) do solo ou sofrer repulsão, resultando num aumento da sua concentração na solução do solo. Segundo Gevao et al. (2000), a adsorção de herbicidas no solo depende das propriedades deste e do composto aplicado, as quais incluem tamanho, distribuição, configuração, estrutura molecular, funções químicas, solubilidade, polaridade, distribuição de cargas, natureza ácido/base dos herbicidas, entre outros. As quantidades do herbicida adsorvido aos constituintes do solo são TÓPICOS EM MANEJO INTEGRADO DE PLANTAS DANINHAS – CAPÍTULO 5 - Herbicidas: Comportamento no Solo 158 SILVA, A.A. & SILVA, J.F diretamente proporcionais à superfície específica do material coloidal e decresce, geralmente, com o aumento da temperatura provocado pelo incremento da energia cinética das moléculas. Contudo, a velocidade das reações químicas aumenta com a elevação da temperatura, podendo favorecer, em alguns casos, a adsorção por ligações químicas, principalmente com os constituintes orgânicos do solo.