MUSEO DI MAGGIO 2009
STIMA DEL RISCHIO ECOTOSSICOLOGICO
DA PRODOTTI FITOSANITARI PER
ECOSISTEMI TERRESTRI
Mattia Meli
Università degli Studi di Milano – Bicocca
ECOTOSSICOLOGIA: La necessità
storica di una nuova disciplina
Anni ’40-50:
Dal “paradigma della diluizione”
(il problema dell’inquinamento non esiste in quanto una
sostanza emessa nell’ambiente si diluisce rapidamente)
al “paradigma della ritorsione”
(boomerang paradigm: ogni azione dell’uomo può avere
delle conseguenze indesiderabili)
Mattia Meli - Stima del rischio ecotossicologico da prodotti fitosanitari per ecosistemi terrestri
ECOTOSSICOLOGIA:
definizione
L’ecotossicologia riguarda gli effetti tossici degli agenti
chimici e fisici sugli organismi viventi, in particolare su
popolazioni e comunità all’interno di definiti ecosistemi;
essa comprende anche lo studio delle modalità di
diffusione di questi agenti e le loro interazioni con
l’ambiente
Butler, 1978
Definizione proposta dallo SCOPE (Scientific Committee
on Problems of the Environment)
Mattia Meli - Stima del rischio ecotossicologico da prodotti fitosanitari per ecosistemi terrestri
I PROBLEMI LEGATI ALL’USO DI
PRODOTTI FITOSANITARI
Mattia Meli - Stima del rischio ecotossicologico da prodotti fitosanitari per ecosistemi terrestri
PROCEDURA DI STIMA DEL
RISCHIO ECOTOSSICOLOGICO
Mattia Meli - Stima del rischio ecotossicologico da prodotti fitosanitari per ecosistemi terrestri
Queste procedure rappresentano lo strumento fondamentale
per rispondere alle esigenze delle normative per il controllo
delle sostanze chimiche, ma hanno dei limiti:
• capacità di prevedere le conseguenze sulle comunità
biologiche naturali molto scarsa: non tengono conto dei
meccanismi omeostatici e delle interazioni tra componenti
biotiche e abiotiche che regolano gli ecosistemi naturali
• gli organismi non target non vengono esposti solamente
ad una sostanza nociva, ma generalmente a una miscela di
tossici e a stress diversi oltre quello da pesticidi
MASSIMO LIVELLO DI REALISMO ECOLOGICO
SOLO CON STUDI DI CAMPO
Mattia Meli - Stima del rischio ecotossicologico da prodotti fitosanitari per ecosistemi terrestri
FINALITA’ DEL PROGETTO
i principi attivi contenuti nei prodotti fitosanitari hanno un effetto
tossico non solo sugli organismi bersaglio del trattamento
monitoraggio della comunità edafica
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ORGANISMI SELEZIONATI
MICROARTROPODI
Sono attivi pre-decompositori del detrito organico
Partecipano alla strutturazione del suolo
Sono indicatori della qualità del suolo: indice QBS-ar
In particolare
ACARI
COLLEMBOLI
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Mattia Meli - Stima del rischio ecotossicologico da prodotti fitosanitari per ecosistemi terrestri
Mattia Meli - Stima del rischio ecotossicologico da prodotti fitosanitari per ecosistemi terrestri
ATTIVITA’ PREVISTE
Identificazione del vigneto sperimentale
Raccolta delle informazioni su: trattamenti
effettuati, parametri meteoclimatici e caratteristiche
del suolo
Campionamenti
Conta e classificazione degli organismi campionati
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PRINCIPI ATTIVI
Tra i principi attivi applicati sul vigneto in esame,
quelli più tossici per gli organismi oggetto del presente
studio sono i due insetticidi:
thiamethoxam (neonicotinoide)
chlorpyrifos (organofosforico)
Pertanto i campionamenti sono stati pianificati in
base alle date di applicazione di questi composti
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POSTTHIAMETHOXAM
(15-17 luglio 2008) APPLICAZIONE
CHLORPYRIFOS
APPLICAZIONE
THIAMETHOXAM
PREAPPLICAZIONE
(23-24 giugno 2008)
POSTCHLORPYRIFOS
(28-30 luglio 2008)
POST-APPLICAZIONE
II (15-16 settembre 2008)
RECOVERY?
UN ANNO DOPO
L’INIZIO DEL
PROGETTO
(previsto a
maggio/giugno 2009)
POST-APPLICAZIONE
III (previsto a inizio
dicembre 2008)
INIZIO PRIMAVERA
DELL’ANNO
SUCCESSIVO (previsto a
marzo 2009)
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D
4m
N
10 m
V
Pinot Grigio
Prosecco
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Per ragioni di tempo sono stati presi in considerazione
soltanto i campioni di artropodi relativi a:
situazione di pre-applicazione di insetticidi (23/24 giugno)
situazione di post-applicazione
post-thiamethoxam 15 luglio
post-chlorpyrifos 29 luglio
fase transitoria tra una situazione di stress determinato
dall’applicazione di pesticidi durante l’estate e la eventuale
fase di recovery (16 settembre)
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FASI DEL LAVORO
1. Valutazione teorica del rischio ecotossicologico
2. Lavoro di campo e di laboratorio per la
caratterizzazione della comunità ipogea:
campionamento, estrazione e conservazione dei
campioni, conta e classificazione degli organismi
3. Elaborazione dei dati e confronto tra stima teorica
del rischio e risultati dello studio di campo
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1. STIMA DEL RISCHIO TEORICO
Caratterizzazione dell’esposizione:
SITO V
SITO D
SITO N
Principio
attivo
Rata
applicazione
(g/ha)
Crop
interception
(%)
Crop
interception
(g/ha)
Ricaduta al
suolo (g/ha)
Concentrazione
diluita in (g/m3)
Esposizione al
tempo 0 (C0)
(μg/kg suolo)
thiamethoxam
50
85
42,5
7,5
0,0075
5
chlorpyrifos
450
85
382,5
67,5
0,0675
45
Principio
attivo
Rata
applicazione
(g/ha)
Crop
interception
(%)
Crop
interception
(g/ha)
Ricaduta al
suolo (g/ha)
Concentr.
diluita in
(g/m3)
Esposizione al
tempo 0 nel
campo (μg/kg
suolo)
Esposizione al
tempo 0 (C0) a
4m
(μg/kg suolo)
thiamethoxam
50
70
35
15
0,015
10
0,25
chlorpyrifos
450
70
315
135
0,135
90
2,25
Principio
attivo
Rata
applicazione
(g/ha)
Crop
interception
(%)
Crop
interception
(g/ha)
Ricaduta al
suolo (g/ha)
Concentr.
diluita in
(g/m3)
Esposizione al
tempo 0 nel
campo (μg/kg
suolo)
Esposizione al
tempo 0 (C0) a
10m
(μg/kg suolo)
thiamethoxam
50
70
35
15
0,015
10
0,05
chlorpyrifos
450
70
315
135
0,135
90
0,45
Mattia Meli - Stima del rischio ecotossicologico da prodotti fitosanitari per ecosistemi terrestri
1. STIMA DEL RISCHIO TEORICO
Caratterizzazione degli effetti:
Principio
attivo
chlorpyrifos
thiamethoxam
R.A. saggio
(kg/ha)
Organismo
Taxon
Endpoint
Valore
Tempo (d)
Folsomia
candida
Collembola
(isotomidae)
LC50 (mg/kg)
0,28
28
Folsomia
candida
Collembola
(isotomidae)
LC50 (mg/kg)
0,24
35
Typhlodromus
pyri
Acari
(mesostigmata)
LR50 (g/ha)
1986
Typhlodromus
pyri
(protoninfa)
Acari
(mesostigmata)
% effetto
100
LC50
corrispondente
1,32
mg/kg suolo
0,2
Mattia Meli - Stima del rischio ecotossicologico da prodotti fitosanitari per ecosistemi terrestri
1. STIMA DEL RISCHIO TEORICO
Calcolo del TER per il chlorpyrifos:
LC50
Toxicity
TER 

Exposure PEC
Folsomia candida
Typhlodromus pyri
Sito
LC50 F. candida
(mg/kg suolo)
PEC
chlorpyrifos
(mg/kg suolo)
TER
Sito
LC50 T. pyri
(mg/kg suolo)
PEC
chlorpyrifos
(mg/kg suolo)
TER
V
0,26
4,5 E-02
6
V
1,32
4,5 E-02
29
D
0,26
2,25 E-03
116
D
1,32
2,25 E-03
587
N
0,26
4,5 E-04
578
N
1,32
4,5 E-04
2933
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Subphylum
Classe
Infraclasse
Ordine
Crustacea
Malacostraca
Isopoda
Chelicerata
Chelicerata
Chelicerata
Chelicerata
Chelicerata
Chelicerata
Arachnida
Arachnida
Arachnida
Arachnida
Arachnida
Arachnida
Pseudoscorpionida
Araneae
Astigmata
Prostigmata
Cryptostigmata
Mesostigmata
Hexapoda
Hexapoda
Hexapoda
Hexapoda
Hexapoda
Hexapoda
Hexapoda
Hexapoda
Hexapoda
Hexapoda
Hexapoda
Hexapoda
Hexapoda
Hexapoda
Hexapoda
Hexapoda
Hexapoda
Hexapoda
Hexapoda
Hexapoda
Hexapoda
Hexapoda
Hexapoda
Hexapoda
Insecta
Insecta
Insecta
Insecta
Insecta
Insecta
Insecta
Entognatha
Entognatha
Entognatha
Entognatha
Entognatha
Entognatha
Entognatha
Entognatha
Entognatha
Entognatha
Entognatha
Entognatha
Entognatha
Entognatha
Entognatha
Entognatha
Entognatha
Myriapoda
Myriapoda
Myriapoda
Myriapoda
Diplopoda
Chilopoda
Pauropoda
Symphyla
Sottordine
Famiglia
2. CARATTERIZZAZIONE
DELLA COMUNITA’
Acari
Acari
Acari
Acari
Hemiptera
Orthoptera
Psocoptera
Coleoptera
Hymenoptera
Hymenoptera
Diptera
Protura
Diplura
Collembola
Collembola
Collembola
Collembola
Collembola
Collembola
Collembola
Collembola
Collembola
Collembola
Collembola
Collembola
Collembola
Collembola
Collembola
SCHEMA DI
CLASSIFICAZIONE
DEGLI ARTROPODI
Formicidae
Poduromorpha
Poduromorpha
Poduromorpha
Poduromorpha
Entomobryomorpha
Entomobryomorpha
Entomobryomorpha
Entomobryomorpha
Symphypleona
Symphypleona
Symphypleona
Symphypleona
Symphypleona
Symphypleona
Neelipleona
Poduridae
Hypogastruridae
Onychiuridae
Tullbergiidae
Isotomidae
Tomoceridae
Oncopoduridae
Entomobryidae
Arrhopalitidae
Bourletiellidae
Dicyrtomidae
Katiannidae
Sminthuridae
Sminthurididae
Neelidae
2. CARATTERIZZAZIONE DELLA
COMUNITA’
Valori medi del numero di organismi totali nei campioni del 23/24-06
2000
1800
1600
N° organismi contati
1400
1200
1000
800
600
400
200
0
V
D
N
Mattia Meli - Stima del rischio ecotossicologico da prodotti fitosanitari per ecosistemi terrestri
2. CARATTERIZZAZIONE DELLA
COMUNITA’
Valori medi del numero di organismi contati nei campioni del 15-07
1000
900
800
N° organismi contati
700
600
500
400
300
200
100
0
V
D
N
Mattia Meli - Stima del rischio ecotossicologico da prodotti fitosanitari per ecosistemi terrestri
2. CARATTERIZZAZIONE DELLA
COMUNITA’
Valori medi del numero di organismi contati nei campioni del 29-07
900
800
N° organismi contati
700
600
500
400
300
200
100
0
V
D
N
Mattia Meli - Stima del rischio ecotossicologico da prodotti fitosanitari per ecosistemi terrestri
2. CARATTERIZZAZIONE DELLA
COMUNITA’
Valori medi del numero di organismi contati nei campioni del 16-09
1600
1400
N° organismi contati
1200
1000
800
600
400
200
0
V
D
N
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3. ELABORAZIONE DEI DATI
Indice acari/collemboli
Andamento dell'indice acari/collemboli
16.00
14.00
12.00
10.00
giugno
R 8.00
luglio 1
luglio 2
6.00
settembre
4.00
2.00
0.00
V
D
N
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3. ELABORAZIONE DEI DATI
Analisi multivariata
PCA: campioni singoli, valori di temperatura, umidità
e concentrazioni di insetticidi, normalizzati al valore
massimo
Variabili (assi F1 e F2: 57,80 %)
1
0.75
V1lug2
V2lug2
V1set
V2set V1lug1
0.5
V2lug1
F2 (15,13 %)
0.25
N2set
D1lug1
D1set
D1lug2
N1set N1lug2
0
V2giu
N1giu
D2giu D2lug2
D2lug1
N1lug1
D1giu
N2lug1
D2set
N2lug2
-0.25
V1giu
-0.5
N2giu
-0.75
-1
-1
-0.75
-0.5
-0.25
0
F1 (42,67 %)
0.25
0.5
0.75
1
Osservazione
F1
Osservazione
F2
T
12,197
C_t
4,074
U
3,907
C_c
3,820
Prostigmata
2,355
Tullbergiidae
2,182
MA
0,398
U
1,764
Sminthuridae
0,261
Hypogastruridae
0,819
Mesostigmata
0,071
Onychiuridae
0,629
Astigmata
-0,245
Prostigmata
0,521
FA
-0,343
T
0,398
Isotomidae
-0,556
Mesostigmata
0,370
Cryptostigmata
-0,848
Cryptostigmata
0,107
Katiannidae
-1,058
Neelidae
-0,008
Onychiuridae
-1,150
NA
-0,248
NA
-1,256
Isotomidae
-0,948
Tullbergiidae
-1,376
Entomobryidae
-0,949
Entomobryidae
-1,497
Astigmata
-1,176
Sminthurididae
-1,520
FA
-1,261
C_t
-1,592
Sminthurididae
-1,510
C_c
-1,868
MA
-2,453
Hypogastruridae
-2,826
Katiannidae
-3,060
Neelidae
-3,053
Sminthuridae
-3,071
3. ELABORAZIONE DEI DATI
Analisi multivariata
PCA sulla matrice trasposta: le variabili sono costituite
da date e siti di campionamento
Variabili (assi F1 e F2: 41,71 %)
1
U
0.75
Tullbergiidae
C_c
0.5
C_t
Prostigmata
F2 (18,01 %)
0.25
Mesostigmata
Onychiuridae
Neelidae
Criptostigmata
Hypogastruridae
0
FA
Sminthurididae
-0.25
Isotomidae
NA
Astigmata
Entomobryidae
Katiannidae
-0.5
Sminthuridae
MA
T
-0.75
-1
-1
-0.75
-0.5
-0.25
0
F1 (23,70 %)
0.25
0.5
0.75
1
Osservazione
F1
Osservazione
F2
V1giu
7,690
V1set
4,061
N2giu
3,531
V2set
3,653
D2set
1,839
N2set
2,173
N2set
1,480
V1lug2
2,052
D1set
0,973
V2lug2
1,870
N2lug1
0,940
V1lug1
1,430
V1set
0,524
D1set
1,313
D2lug1
0,514
V1giu
0,980
N2lug2
0,421
V2lug1
0,784
V2set
0,247
N1set
0,760
N1lug1
0,170
D2set
0,151
D1giu
-0,237
V2giu
-0,107
V2lug1
-0,438
D1lug2
-0,497
N1set
-0,492
N1lug2
-0,890
D2lug2
-0,668
D1lug1
-0,950
V1lug1
-0,992
N1lug1
-1,211
N1giu
-1,214
D2lug2
-1,284
V2giu
-1,244
D1giu
-1,362
D2giu
-1,755
N1giu
-1,371
V1lug2
-1,758
D2lug1
-1,495
N1lug2
-2,226
D2giu
-1,858
D1lug2
-2,260
N2lug2
-2,130
V2lug2
-2,362
N2lug1
-2,411
D1lug1
-2,682
N2giu
-3,662
3. ELABORAZIONE DEI DATI
Confronto tra stima del rischio teorico e risultati
dell’analisi in campo
Andamento del numero di organismi totali
1200
1000
N° individui
800
V
600
D
N
400
200
0
GIUGNO
LUGLIO 1
LUGLIO 2
SETTEMBRE
Mattia Meli - Stima del rischio ecotossicologico da prodotti fitosanitari per ecosistemi terrestri
CONCLUSIONI
Le analisi effettuate costituiscono solo una parte del
monitoraggio completo, e sarà pertanto possibile
trarre delle conclusioni solamente quando saranno
disponibili tutti i dati; è tuttavia possibile avanzare
delle ipotesi preliminari e fare alcune considerazioni
utili per la prosecuzione del lavoro di indagine.
Mattia Meli - Stima del rischio ecotossicologico da prodotti fitosanitari per ecosistemi terrestri
CONCLUSIONI
1. All’interno del vigneto la presenza di insetticidi nel suolo
prevale sui parametri fisici come fattore di disturbo per la
comunità.
2. Nelle PCA i campioni maggiormente sottoposti a stress sia di
tipo chimico che fisico, sono correlati alla presenza di
organismi che vivono in profondità.
3. I risultati della stima teorica del rischio sono sostanzialmente
in accordo con quelli, seppur parziali, dello studio di campo.
4. Si ipotizza che il recovery della comunità sia più veloce al di
fuori del campo.
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GRAZIE PER L’ATTENZIONE