Ecotoxicological characterisation and ecofriendlier alternative formulations of a commercial herbicide (Winner Top®)

Abstract

Tem-se assistido a um uso potencialmente abusivo de produtos fitofarmacêuticos, com consequentes efeitos ambientais. Assim, o desenvolvimento de produtos mais eficazes e amigos do ambiente é um dos grandes desafios da atualidade. Neste contexto, este trabalho teve como principais objetivos: (i) avaliar a toxicidade dos formulantes ou adjuvantes utilizados nas formulações dos produtos comerciais, utilizando um herbicida modelo (Winner Top®), de forma a verificar se a designação destes ingredientes como “inertes” é realmente cabível; (ii) desenvolver uma nova metodologia para a formulação dos produtos comerciais visando a manipulação do rácio dos seus constituintes, mantendo a eficácia contra as espécies alvo e exercendo, ao mesmo tempo, menor toxicidade sobre organismos não-alvo. Os ingredientes ativos do Winner Top® (nicosulfurão e terbutilazina) foram testados individualmente e em mistura, considerando o rácio usado na formulação comercial e rácios alternativos. A formulação comercial foi também testada para análise da contribuição dos formulantes para a toxicidade do herbicida. Duas espécies de algas (Raphidocelis subcapitata e Chlorella vulgaris) e duas espécies de macrófitas (Lemna minor and Lemna gibba) foram selecionadas como organismos não-alvo para estes testes, que avaliaram os efeitos dos tóxicos no seu crescimento. Foi também realizado um teste de vigor vegetativo com um organismo alvo, a beldroega (Portulaca oleracea), para se testar a eficácia de formulações alternativas à do composto comercial. Estas formulações foram estabelecidas tendo em conta as concentrações de cada ingrediente que não exerciam efeitos intoleráveis em Lemna minor. Os testes de toxicidade individual revelaram que a terbutilazina foi o principal inibidor de crescimento para as microalgas e o nicosulfurão para as macrófitas. Por outro lado, a mistura dos ingredientes ativos no mesmo rácio da formulação comercial foi aparentemente mais tóxica do que a formulação comercial. Logo, os formulantes do Winner Top® não serão inertes. Por outro lado, o teste de toxicidade de misturas sinalizou que a combinação dos ingredientes ativos tem uma ação antagonista, dependente do nível de efeito, na inibição do crescimento do organismo não-alvo. Estas evidências reforçam as recomendações que têm vindo a ser feitas acerca da necessidade de considerar as formulações, e não os seus componentes isoladamente, na análise de risco prévia à autorização de comercialização de pesticidas. A eficácia, contra a espécie alvo, de formulações alternativas seleccionadas foi equivalente ou em alguns casos superior à da formulação usada no composto comercial, tendo-se verificado que um dos ingredientes ativos não adiciona potencial letal relevante à formulação. Estes resultados permitem sugerir que a manipulação racional do rácio entre os constituintes das formulações comerciais, tendo por base os efeitos ambientais esperados, pode ser uma alternativa para as indústrias de agroquímicos que pretendam desenvolver formulações mais amigas do ambiente. É importante notar ainda que, considerando o exemplo estudado, esta modificação do modus operandi no desenvolvimento das formulações não implicaria perda de eficácia do produto final.

A potentially abusive use of plant protection products with consequent environmental effects has been reported. Thus, the development of more efficient and environmentally friendlier products is a major challenge nowadays. In this context, the main objectives of this study were: (i) to evaluate the toxicity of formulants or adjuvants used in the commercial products using a model herbicide (Winner Top®), in order to verify whether they are as inert as they are supposed to be; (ii) to develop a new methodology to rule the formulation of commercial products focused at the manipulation of the ratio between its constituents that can maintain the efficacy against the target pests but having reduced environmental toxicity. Winner Top®’s active ingredients (nicosulfuron and terbuthylazine) were tested singly and in mixture, considering the ratio used in the commercial formulation and alternative ratios. The commercial formulation was also tested to assess the contribution of formulants to the overall toxicity of the herbicide. Two microalgae (Raphidocelis subcapitata and Chlorella vulgaris) and two macrophytes (Lemna minor and Lemna gibba) were used as non-target organisms in these tests intending to evaluate growth inhibition. A vegetative vigour test was also performed with a target organism, the purslane (Portulaca oleracea), in order to test the efficacy of alternative formulations to that used in the commercial product. These formulations were established taking into account the concentrations of each ingredient that did not have intolerable effects on Lemna minor. Single chemical tests revealed that terbuthylazine was the strongest microalgae growth inhibitor and nicosulfuron was the strongest macrophyte growth inhibitor. On the other hand, the mixture of the a.i.s at the formulation ratio was apparently more toxic than the commercial formulation, thus Winner Top® formulants are not inert. On the other hand, mixture toxicity tests indicated that the combination of the active ingredients has a effect-level dependent antagonistic action in inhibiting the growth of non-target organisms. These evidences reinforce the need to consider the formulations, rather than only their isolated components, in risk assessment prior to the authorization for pesticides marketing. The efficacy against the target species of tested alternative formulations was equivalent or higher than that of the commercial formulation. Moreover, one of the active ingredients does not add any relevant lethal potential to the formulation. These results suggest that the rational manipulation of the ratio between formulation components, based on expected environmental effects, may be an alternative for agrochemical industries that aim to develop environmentally friendly formulations. Considering the present example, it is also noteworthy that this modification of the modus operandi in the development of pesticide formulations does not necessarily imply losses in efficacy.