Herbicida

Los principales avances se produjeron durante la Segunda Guerra Mundial como resultado de la investigación realizada de forma independiente en el Reino Unido y Estados Unidos sobre el uso potencial de herbicidas en la guerra . ^{[ 10 ]} El compuesto 2,4-D fue sintetizado por primera vez por WG Templeman en Imperial Chemical Industries . En 1940, su trabajo con ácido indolacético y ácido naftalenacético indicó que "las sustancias de crecimiento aplicadas adecuadamente matarían ciertas malezas de hoja ancha en cereales sin dañar los cultivos", ^{[ 11 ] [ 12 ]} aunque estas sustancias eran demasiado caras y de vida demasiado corta en el suelo debido a la degradación por microorganismos para ser de uso agrícola práctico; para 1941, su equipo logró sintetizar una amplia gama de productos químicos para lograr el mismo efecto a un menor costo y mejor eficacia, incluido el 2,4-D. ^{[ 13 ]} En el mismo año, R. Pokorny en Estados Unidos también logró esto. ^{[ 14 ]} De forma independiente, un equipo dirigido por Juda Hirsch Quastel , que trabajaba en la Estación Experimental de Rothamsted, realizó el mismo descubrimiento. Quastel recibió el encargo del Consejo de Investigación Agrícola (ARC) de descubrir métodos para mejorar el rendimiento de los cultivos. Al analizar el suelo como un sistema dinámico, en lugar de una sustancia inerte, pudo aplicar técnicas como la perfusión . Quastel logró cuantificar la influencia de diversas hormonas vegetales , inhibidores y otros productos químicos en la actividad de los microorganismos del suelo y evaluar su impacto directo en el crecimiento de las plantas . Si bien el trabajo completo de la unidad permaneció en secreto, algunos descubrimientos se desarrollaron para uso comercial después de la guerra, incluido el compuesto 2,4-D. ^{[ 15 ]}

Cuando el 2,4-D se comercializó en 1946, se convirtió en el primer herbicida selectivo exitoso, desencadenando una revolución mundial en la producción agrícola. Permitió un control de malezas mucho más efectivo en trigo , maíz , arroz y cultivos de cereales similares , ya que mata las dicotiledóneas (plantas de hoja ancha), pero no a la mayoría de las monocotiledóneas (gramíneas). El bajo costo del 2,4-D ha propiciado su uso continuo en la actualidad, y sigue siendo uno de los herbicidas más utilizados en el mundo. ^{[ 16 ]} Al igual que otros herbicidas ácidos, las formulaciones actuales utilizan una sal de amina (a menudo trimetilamina ) o uno de los muchos ésteres del compuesto original.

La familia de herbicidas triazínicos, que incluye la atrazina , se introdujo en la década de 1950 y actualmente se distingue por ser la familia de herbicidas que genera mayor preocupación en cuanto a la contaminación de las aguas subterráneas . La atrazina no se degrada fácilmente (en pocas semanas) tras su aplicación en suelos con un pH superior a la neutralidad . En suelos alcalinos, la atrazina puede ser transportada al perfil del suelo hasta el nivel freático por el agua de lluvia, causando la contaminación mencionada. Por lo tanto, se dice que la atrazina tiene un efecto residual, una propiedad generalmente indeseable en los herbicidas.

El glifosato se preparó por primera vez en la década de 1950, pero su actividad herbicida no se reconoció hasta la década de 1960. Se comercializó como Roundup en 1971. ^{[ 17 ]} Desde el desarrollo de cultivos resistentes al glifosato, este se utiliza ampliamente para el control selectivo de malezas en cultivos. La combinación del herbicida con la semilla resistente contribuyó a la consolidación de la industria de semillas y productos químicos a finales de la década de 1990.

Muchos herbicidas modernos utilizados en la agricultura y la jardinería están formulados específicamente para degradarse en un corto período de tiempo después de su aplicación.

La estructura química del herbicida es un factor primordial que afecta su eficacia. El 2,4-D, el mecoprop y el dicamba controlan muchas malezas de hoja ancha, pero siguen siendo ineficaces contra el césped. ^{[ 18 ]}

Los aditivos químicos influyen en la selectividad. Los tensioactivos alteran las propiedades físicas de la solución de pulverización y la fitotoxicidad general del herbicida, aumentando su translocación. Los protectores de herbicidas mejoran la selectividad al potenciar la resistencia del cultivo al herbicida, pero permitiendo que este dañe la maleza.

La selectividad está determinada por las circunstancias y la técnica de aplicación. Los factores climáticos afectan la absorción, incluyendo la humedad , la luz, la precipitación y la temperatura. Los herbicidas aplicados al follaje penetran más fácilmente en la hoja con alta humedad, ya que prolongan el tiempo de secado de la gota de pulverización y aumentan la hidratación de la cutícula. La luz de alta intensidad puede degradar algunos herbicidas y provocar el engrosamiento de la cutícula foliar, lo que puede interferir con la absorción. La precipitación puede arrastrar o eliminar algunos herbicidas aplicados al follaje, pero aumentará la absorción radicular de los herbicidas aplicados al suelo. Las plantas sometidas a estrés hídrico tienen menos probabilidades de translocar herbicidas. A medida que aumenta la temperatura, el rendimiento de los herbicidas puede disminuir. La absorción y la translocación pueden reducirse en climas muy fríos.

Los herbicidas no selectivos, generalmente conocidos como defoliantes , se utilizan para limpiar sitios industriales, terrenos baldíos, vías férreas y terraplenes ferroviarios. El paraquat , el glufosinato y el glifosato son herbicidas no selectivos. ^{[ 18 ]}

• Pre-siembra : Los herbicidas de pre-siembra son herbicidas no selectivos que se aplican al suelo antes de la siembra. Algunos herbicidas de pre-siembra pueden incorporarse mecánicamente al suelo. El objetivo de la incorporación es prevenir la disipación por fotodescomposición y/o volatilidad . Los herbicidas matan las malezas a medida que crecen en la zona tratada. Los herbicidas volátiles deben incorporarse al suelo antes de sembrar el pasto. Los cultivos que crecen en suelos tratados con un herbicida de pre-siembra incluyen tomates, maíz, soja y fresas. Los fumigantes de suelo como el metam-sodio y el dazomet se utilizan como herbicidas de pre-siembra. ^{[ 18 ]}
• Preemergencia : Los herbicidas de preemergencia se aplican antes de que las plántulas de maleza emerjan a través de la superficie del suelo. Los herbicidas no impiden la germinación de las malezas, pero las matan a medida que crecen en la zona tratada, afectando la división celular de la plántula emergente. El ditiopir y la pendimetalina son herbicidas de preemergencia. Las malezas que ya han emergido antes de la aplicación o activación no se ven afectadas por los herbicidas de preemergencia, ya que su punto de crecimiento primario escapa al tratamiento. ^{[ 18 ]}
• Postemergencia : Estos herbicidas se aplican después de que las plántulas de maleza hayan emergido a través de la superficie del suelo. Pueden ser de absorción foliar o radicular, selectivos o no selectivos, y de contacto o sistémicos. Se evita la aplicación de estos herbicidas durante la lluvia, ya que al ser arrastrados por el agua, pierden su eficacia. El 2,4-D es un herbicida postemergente selectivo, sistémico y de absorción foliar. ^{[ 18 ]}

• Aplicación al suelo : Los herbicidas aplicados al suelo suelen ser absorbidos por la raíz o el tallo de las plántulas emergentes y se utilizan como tratamiento de pre-siembra o pre-emergencia. Varios factores influyen en la eficacia de los herbicidas aplicados al suelo. Las malezas absorben los herbicidas mediante mecanismos tanto pasivos como activos. La adsorción del herbicida a los coloides o la materia orgánica del suelo a menudo reduce la cantidad disponible para la absorción por las malezas. La colocación del herbicida en la capa correcta del suelo es muy importante, lo cual se puede lograr mecánicamente y mediante la lluvia. Los herbicidas en la superficie del suelo están sujetos a varios procesos que reducen su disponibilidad. La volatilidad y la fotólisis son dos procesos comunes que reducen la disponibilidad de los herbicidas. Muchos herbicidas aplicados al suelo son absorbidos a través de los tallos de las plantas mientras aún están bajo tierra, lo que provoca su muerte o daños. EPTC y trifluralina son herbicidas aplicados al suelo. ^{[ 18 ]}
• Aplicación foliar : Estos herbicidas se aplican a una parte de la planta por encima del suelo y son absorbidos por los tejidos expuestos. Generalmente son herbicidas postemergentes y pueden translocarse (sistémicos) por toda la planta o permanecer en un sitio específico (de contacto). Las barreras externas de las plantas, como cutículas , ceras, paredes celulares , etc., afectan la absorción y la acción del herbicida. El glifosato, el 2,4-D y el dicamba son herbicidas de aplicación foliar. ^{[ 18 ]}

Se dice que un herbicida tiene baja actividad residual si se neutraliza poco después de su aplicación (en pocas semanas o meses); esto suele deberse a la lluvia o a reacciones en el suelo. Un herbicida con alta actividad residual permanece activo en el suelo a largo plazo. En algunos casos, la actividad residual puede dejar el suelo prácticamente estéril de forma permanente. ^{[ 19 ]}

Utilizando los sistemas de la Sociedad de Ciencia de las Malezas de América (WSSA) y de Resistencia a Herbicidas y Granos Mundiales (HRAC) , los herbicidas se clasifican según su modo de acción. ^{[ 29 ]} Posteriormente, el Comité de Acción contra la Resistencia a Herbicidas (HRAC) ^{[ 30 ]} y la Sociedad de Ciencia de las Malezas de América (WSSA) ^{[ 31 ]} desarrollaron un sistema de clasificación. ^{[ 32 ] [ 33 ]} Los grupos en los sistemas WSSA y HRAC se designan con números y letras, informan a los usuarios sobre el modo de acción de los herbicidas y proporcionan recomendaciones más precisas para el manejo de la resistencia. ^{[ 34 ]}

La volatilización o la deriva de los herbicidas pueden provocar que estos afecten a campos o plantas vecinas, especialmente en condiciones de viento. En ocasiones, por error, se puede rociar el campo o las plantas equivocadas.

Aunque la guerra química utiliza sustancias químicas , su principal objetivo es interrumpir la producción agrícola de alimentos o destruir plantas que proporcionan cobertura u ocultamiento al enemigo. Durante la Emergencia Malaya , las fuerzas de la Commonwealth británica desplegaron herbicidas y defoliantes en las zonas rurales de Malasia para privar a los insurgentes del Ejército de Liberación Nacional Malayo (ELNM) de cobertura, posibles fuentes de alimento y para expulsarlos de la selva. El despliegue de herbicidas y defoliantes cumplió el doble propósito de despejar los senderos de la selva para prevenir emboscadas y destruir los campos de cultivo en las regiones donde el ELNM estaba activo para privarlos de posibles fuentes de alimento. Como parte de este proceso, también se rociaron herbicidas y defoliantes desde aeronaves de la Real Fuerza Aérea . ^{[ 37 ]}

El uso de herbicidas como arma química por parte del ejército estadounidense durante la Guerra de Vietnam ha dejado impactos tangibles y a largo plazo en el pueblo vietnamita y en los soldados estadounidenses que manipularon los productos químicos. ^{[ 38 ] [ 39 ]} Más del 20 % de los bosques de Vietnam del Sur y el 3,2 % de sus tierras cultivadas fueron rociados al menos una vez durante la guerra. ^{[ 40 ]} El gobierno de Vietnam afirma que hasta cuatro millones de personas en Vietnam estuvieron expuestas al defoliante, y hasta tres millones de personas han sufrido enfermedades debido al Agente Naranja, ^{[ 41 ]} mientras que la Sociedad de la Cruz Roja de Vietnam estima que hasta un millón de personas quedaron discapacitadas o tienen problemas de salud como resultado de la exposición al Agente Naranja. ^{[ 42 ]} El gobierno de Estados Unidos ha descrito estas cifras como poco fiables. ^{[ 43 ]}

Existen muchas preguntas sobre los efectos de los herbicidas en la salud y el medio ambiente, debido a la gran variedad de herbicidas y a la miríada de objetivos potenciales, en su mayoría no previstos. Por ejemplo, un panel de 13 científicos que revisó en 1995 estudios sobre la carcinogenicidad del 2,4-D tuvo opiniones divididas sobre la probabilidad de que el 2,4-D cause cáncer en humanos. ^{[ 44 ]} A partir de 1992Los estudios sobre herbicidas fenoxi fueron demasiado escasos para evaluar con precisión el riesgo de muchos tipos de cáncer derivados de estos herbicidas, aunque existía evidencia más sólida de que la exposición a estos herbicidas se asocia con un mayor riesgo de sarcoma de tejidos blandos y linfoma no Hodgkin . ^{[ 45 ]} La exposición al paraquat , un herbicida de uso generalizado, se ha relacionado fuertemente con el desarrollo de la enfermedad de Parkinson . ^{[ 46 ]}

Toxicidad

Los herbicidas presentan una toxicidad muy variable . Toxicidad aguda , efectos de la exposición a corto plazo, y toxicidad crónica , derivada de la exposición ambiental u ocupacional a largo plazo. Gran parte de la desconfianza pública hacia los herbicidas confunde afirmaciones válidas sobre la toxicidad aguda con afirmaciones igualmente válidas sobre la ausencia de toxicidad crónica en los niveles de uso recomendados. Por ejemplo, si bien las formulaciones de glifosato con adyuvantes de sebo son agudamente tóxicas, se encontró que su uso no estaba correlacionado con ningún problema de salud, como el cáncer, en un estudio masivo del Departamento de Salud de EE. UU. realizado con 90 000 miembros de familias de agricultores durante un período de 23 años. ^{[ 47 ]} Es decir, el estudio muestra la ausencia de toxicidad crónica, pero no puede cuestionar la toxicidad aguda del herbicida.

Efectos sobre la salud

Algunos herbicidas provocan diversos efectos en la salud, desde erupciones cutáneas hasta la muerte. La vía de exposición puede deberse al consumo directo, intencional o no intencional, a una aplicación inadecuada que provoque el contacto directo del herbicida con personas o animales silvestres, a la inhalación de aerosoles o al consumo de alimentos antes del intervalo de seguridad indicado en la etiqueta. En determinadas condiciones, ciertos herbicidas pueden transportarse por lixiviación o escorrentía superficial , contaminando las aguas subterráneas o fuentes de agua superficial distantes. Generalmente, las condiciones que favorecen el transporte de herbicidas incluyen tormentas intensas (especialmente poco después de la aplicación) y suelos con capacidad limitada para adsorber o retener los herbicidas. Las propiedades de los herbicidas que aumentan la probabilidad de transporte incluyen la persistencia (resistencia a la degradación) y la alta solubilidad en agua. ^{[ 48 ]}

Contaminación

Se han reportado casos donde los herbicidas fenoxi están contaminados con dioxinas como TCDD ; ^{[ 49 ]} la investigación ha sugerido que dicha contaminación produce un pequeño aumento en el riesgo de cáncer después de la exposición ocupacional a estos herbicidas. ^{[ 50 ]} La exposición a triazinas se ha relacionado con una posible relación con un mayor riesgo de cáncer de mama , aunque la relación causal aún no está clara. ^{[ 51 ]}

Afirmaciones falsas

Los fabricantes de herbicidas han hecho en ocasiones afirmaciones falsas o engañosas sobre la seguridad de sus productos. El fabricante de productos químicos Monsanto Company accedió a cambiar su publicidad tras la presión del fiscal general de Nueva York, Dennis Vacco ; Vacco se quejó de las afirmaciones engañosas de que sus herbicidas en aerosol a base de glifosato, incluido Roundup, eran más seguros que la sal de mesa y "prácticamente no tóxicos" para mamíferos, aves y peces (aunque es difícil encontrar pruebas de que esto se haya dicho alguna vez). ^{[ 52 ]} Roundup es tóxico y ha provocado la muerte tras ser ingerido en cantidades que van desde 85 a 200 ml, aunque también se ha ingerido en cantidades tan grandes como 500 ml con solo síntomas leves o moderados. ^{[ 53 ]} El fabricante de Tordon 101 ( Dow AgroSciences , propiedad de Dow Chemical Company ) ha afirmado que Tordon 101 no tiene efectos en animales e insectos, ^{[ 54 ]} a pesar de la evidencia de una fuerte actividad carcinogénica del ingrediente activo, ^{[ 55 ]} picloram , en estudios realizados en ratas. ^{[ 56 ]}

El uso de herbicidas suele tener impactos negativos en muchos aspectos del medio ambiente. Insectos, plantas no objetivo, animales y sistemas acuáticos sufren graves daños a causa de los herbicidas. Los impactos son muy variables.

La bioacumulación es un problema tanto en ambientes terrestres ^{[ 57 ] como acuáticos [ 58 ]} , y depende en gran medida del tipo de herbicida y de las condiciones. Por ejemplo, en un estudio de 1977, los peces en acuarios oscuros bioacumularon 14 veces más trifluralina que los peces mantenidos en acuarios bien iluminados ^{[ 59 ] .}

Cuando se producen mutaciones en los genes responsables de los mecanismos biológicos con los que interfieren los herbicidas, estas mutaciones pueden hacer que el modo de acción del herbicida sea menos eficaz. Esto se denomina resistencia en el sitio diana. Se ha demostrado que las mutaciones específicas que tienen el efecto más beneficioso para la planta ocurren en casos aislados y predominan en las poblaciones de malezas resistentes. Este es un ejemplo de evolución convergente . ^{[ 65 ]} Algunas mutaciones que confieren resistencia a los herbicidas pueden tener costos de aptitud, reduciendo la capacidad de la planta para sobrevivir de otras maneras, pero con el tiempo, las mutaciones menos costosas tienden a predominar en las poblaciones de malezas. ^{[ 65 ]}

Recientemente, han surgido cada vez más casos de resistencia en sitios distintos al objetivo, como ejemplos en los que las plantas son capaces de producir enzimas que neutralizan los herbicidas antes de que puedan entrar en sus células: resistencia metabólica . Esta forma de resistencia es particularmente difícil de combatir, ya que las plantas pueden desarrollar resistencia en sitios distintos al objetivo a herbicidas a los que sus ancestros nunca estuvieron expuestos directamente. ^{[ 79 ]}

La resistencia a los herbicidas puede basarse en uno de los siguientes mecanismos bioquímicos: ^{[ 80 ] [ 81 ] [ 82 ]}

• Resistencia en el sitio de acción: En la resistencia en el sitio de acción, el cambio genético que causa la resistencia altera directamente el mecanismo químico al que se dirige el herbicida. La mutación puede estar relacionada con una enzima con una función crucial en una vía metabólica o con un componente de un sistema de transporte de electrones . Por ejemplo, las malezas resistentes a la ALS se desarrollaron mediante mutaciones genéticas que dieron lugar a una enzima alterada. ^{[ 67 ]} Dichos cambios hacen que el herbicida sea ineficaz. La resistencia en el sitio de acción también puede ser causada por una sobreexpresión de la enzima diana (a través de la amplificación génica o cambios en un promotor génico ). Un mecanismo relacionado es que una enzima adaptable, como el citocromo P450, se rediseñe para neutralizar el propio plaguicida. ^{[ 83 ]}
• Resistencia no relacionada con el sitio de acción: En este tipo de resistencia, el cambio genético que la confiere no está directamente relacionado con el sitio de acción, sino que reduce la susceptibilidad de la planta por otros medios. Algunos de estos mecanismos incluyen la desintoxicación metabólica del herbicida en la maleza, la reducción de su absorción y translocación, el secuestro del herbicida o la disminución de su penetración en la superficie foliar. Todos estos mecanismos provocan que una menor cantidad del ingrediente activo del herbicida llegue al sitio de acción.

Los siguientes términos también se utilizan para describir casos en los que las plantas son resistentes a varios herbicidas a la vez:

• Resistencia cruzada: En este caso, un único mecanismo de resistencia provoca resistencia a varios herbicidas. El término resistencia cruzada en el sitio diana se utiliza cuando los herbicidas se unen al mismo sitio diana, mientras que la resistencia cruzada fuera del sitio diana se debe a un único mecanismo fuera del sitio diana (por ejemplo, una mayor desintoxicación metabólica) que implica resistencia a herbicidas con diferentes sitios de acción.
• Resistencia múltiple: En esta situación, existen dos o más mecanismos de resistencia dentro de las plantas individuales o dentro de una población de plantas.

Debido a la resistencia a los herbicidas , una preocupación importante en la agricultura , muchos productos combinan herbicidas con diferentes mecanismos de acción. El manejo integrado de plagas puede utilizar herbicidas junto con otros métodos de control de plagas.

El enfoque de manejo integrado de malezas (MIM) utiliza varias tácticas para combatir las malezas y prevenir la resistencia. Este enfoque depende menos de herbicidas y, por lo tanto, debería reducirse la presión de selección . ^{[ 84 ]} Al depender de diversos métodos de control de malezas, incluidos métodos no herbicidas, se puede disminuir la presión de selección sobre las malezas para que desarrollen resistencia. Los investigadores advierten que si la resistencia a los herbicidas se combate solo con más herbicidas, "lo más probable es que la evolución gane". ^{[ 68 ]} En 2017, la USEPA emitió un Aviso de Registro de Plaguicidas revisado (PRN 2017-1), que proporciona orientación a los registrantes de plaguicidas sobre el etiquetado requerido para el manejo de la resistencia a los plaguicidas. Este requisito se aplica a todos los plaguicidas convencionales y tiene como objetivo proporcionar a los usuarios finales orientación sobre el manejo de la resistencia a los plaguicidas. ^{[ 85 ]} Un ejemplo de una etiqueta completamente ejecutada que cumple con la guía de etiquetado de manejo de la resistencia de la USEPA se puede ver en la etiqueta de muestra para el herbicida cloransulam-metil , actualizada en 2022. ^{[ 86 ]}

Optimizar el uso de herbicidas hasta el umbral económico debería evitar su uso innecesario y reducir la presión de selección. Los herbicidas deben utilizarse con la máxima eficacia, asegurando que el momento, la dosis, el método de aplicación, el suelo y las condiciones climáticas sean óptimos para una buena actividad. En el Reino Unido, las malas hierbas gramíneas parcialmente resistentes, como Alopecurus myosuroides (hierba negra) y el género Avena (avena silvestre), a menudo se pueden controlar adecuadamente cuando los herbicidas se aplican en la etapa de 2-3 hojas, mientras que las aplicaciones posteriores, en la etapa de 2-3 tallos, pueden fracasar estrepitosamente. La pulverización localizada, o la aplicación de herbicidas solo en las zonas más infestadas de los campos, es otra forma de reducir el uso total de herbicidas. ^{[ 84 ]}

La resistencia a los herbicidas se convirtió en un problema crítico en la agricultura australiana después de que muchos ganaderos de ovejas australianos comenzaran a cultivar exclusivamente trigo en sus pastos en la década de 1970. Las variedades introducidas de raigrás , si bien eran buenas para el pastoreo de ovejas, competían intensamente con el trigo. El raigrás produce tantas semillas que, si no se controla, puede asfixiar completamente un campo. Los herbicidas proporcionaban un excelente control, reduciendo la alteración del suelo debido a la menor necesidad de arar. En poco más de una década, el raigrás y otras malezas comenzaron a desarrollar resistencia. En respuesta, los agricultores australianos cambiaron sus métodos. ^{[ 88 ]} Para 1983, algunas zonas de raigrás se habían vuelto inmunes al Hoegrass ( diclofop-metil ), una familia de herbicidas que inhiben una enzima llamada acetil coenzima A carboxilasa . ^{[ 88 ] [ 89 ]}

Las poblaciones de raigrás eran grandes y presentaban una considerable diversidad genética debido a que los agricultores habían plantado muchas variedades. El raigrás se poliniza por el viento, por lo que los genes se recombinan con frecuencia. Para controlar su distribución, los agricultores rociaban con Hoegrass, un herbicida económico, lo que generaba presión selectiva . Además, a veces diluían el herbicida para ahorrar dinero, lo que permitía que algunas plantas sobrevivieran a la aplicación. Cuando apareció la resistencia, los agricultores recurrieron a un grupo de herbicidas que bloquean la acetolactato sintasa . Una vez más, el raigrás en Australia desarrolló una especie de "resistencia cruzada" que le permitió degradar rápidamente diversos herbicidas. Cuatro clases de herbicidas se vuelven ineficaces en pocos años. En 2013, solo dos clases de herbicidas, denominados inhibidores del fotosistema II e inhibidores de ácidos grasos de cadena larga , eran eficaces contra el raigrás. ^{[ 88 ]}