Modelling the dispersion of plant protection products in the subsoil

Le sfide che il presente ci pone sono molteplici. Preservare la vita sulla terra e l’ambiente dall’inquinamento, producendo in modo sostenibile e garantendo la sicurezza alimentare sono alcuni degli obiettivi di sviluppo sostenibile presenti sull’Agenda 2030 delle Nazioni unite. Tali propositi dovranno coesistere con la crescita demografica e il conseguente aumento della domanda di cibo.
Per garantire la domanda con elevati tassi di produzione agricola, i prodotti fitosanitari sono stati largamente utilizzati negli anni e il loro impiego in modo efficiente è considerato, da alcuni, fondamentale per far fronte alle sfide future senza dover sottrarre nuove terre alla biodiversità.

I prodotti fitosanitari presentano tuttavia delle criticità legate all’impatto che hanno sull’ambiente e sulla salute degli esseri viventi. Oltre alla tossicità dei principi attivi usati, questi si disperderono in modo incontrollato durante e dopo l’applicazione, contribuendo, così, al loro impiego in dosi elevate e alla contaminazione delle matrici ambientali suolo e sottosuolo, aria ed acqua.
L’uso di nanomateriali nei prodotti fitosanitari, rispetto ai prodotti tradizionali, mostra dei vantaggi legati ad una applicazione più precisa, alla riduzione della dispersione in ambiente e alla regolazione del rilascio del principio attivo. I nanomateriali quindi possono diminuire le dosi necessarie e ridurre l’impatto sull’ambiente.

La tesi di laurea si inserisce all’interno del progetto di ricerca “Nanograss - Sviluppo di una nano-formulazione erbicida per ridurre l'impatto dei prodotti fitosanitari su suolo e sottosuolo”, coordinato da Tiziana Tosco (Professore associato del Diati - Politecnico di Torino), svoltosi in collaborazione con il gruppo del professore Francesco Vidotto (Disafa -Università degli Studi di Torino) e co-finanziato da Compagnia di San Paolo.

L’obiettivo della ricerca è stato realizzare una nuova nano-formulazione ecocompatibile che ottimizzi l’applicazione di un erbicida tradizionale e riduca la mobilità dello stesso nell’ambiente. L’approccio sviluppato, sul quale è stato depositato un brevetto, è adatto per diverse classi di prodotti fitosanitari. La nano-formulazione utilizzata in questo studio comprende nano-particelle naturali, usate come carrier, un erbicida molto solubile e volatile e un rivestimento biodegradabile.
 
Nell’ambito della tesi è stato studiato il comportamento della nano-formulazione erbicida con e senza rivestimento biodegradabile e di un erbicida tradizionale. Sono stati interpretati i dati di laboratorio derivanti dalle prove di trasporto in colonna svolte in diverse condizioni: sature e insature, per le tre diverse formulazioni e con l’utilizzo di soluti differenti. I dati sono stati interpretati utilizzando i software MNMs e Hydrus 1D per ricavare i parametri necessari a descrivere le caratteristiche della matrice solida e il trasporto delle formulazioni nel sottosuolo.
I parametri ottenuti sono poi stati utilizzati per simulare l’applicazione delle formulazioni a scala tridimensionale, utilizzando il software Hydrus 3D.
Gli scenari simulati sono stati i seguenti:

• applicazione del prodotto fitosanitario;
• applicazione del prodotto fitosanitario con successiva irrigazione;
• applicazione del prodotto fitosanitario con successivo evento meteorico di pioggia intensa dalla durata di 6 ore.

E’ stato creato un modello per simulare le condizioni reali di un campo situato in prossimità di una falda, posta ad un metro di profondità dal piano campagna. In figura è rappresentato lo scenario di simulazione dopo l’evento di precipitazione intensa, a sette giorni dall’applicazione delle formulazioni. Dalle simulazioni si evince come la nano-formulazione abbia una limitata mobilità nel sottosuolo, a tal punto da non raggiungere mai la falda e bloccarsi nei primi centimetri del suolo. L’erbicida tradizionale invece raggiunge l’acquifero e inizia ad essere trasportato dalle sue acque.
 
Nonostante le assunzioni e i limiti del modello, che rappresentano una semplificazione della realtà, le simulazioni eseguite confermano una ridotta mobilità della nano-formulazione erbicida nell’ambiente e una conseguente riduzione del rischio di contaminazione del suolo e dei corpi idrici limitrofi.
In futuro i modelli tridimensionali a scala di campo potrebbero essere impiegati per valutare diversi scenari (es. condizioni meteo o tipi di suolo differenti) e per analisi di rischio che prevedono l’introduzione ad-hoc di valutazioni per le nano-formulazioni. Infatti i modelli attualmente implementati nei comuni approcci di analisi di rischio trattano le formulazioni come soluti e pertanto potrebbero non tenere in considerazione tutti i meccanismi di trasporto e dispersione in ambiente rilevanti per una nano-formulazione.

Sono certamente necessarie maggiori ricerche sul campo e in laboratorio per proseguire lo studio, ma al momento si può affermare che la nano-formulazione abbia una ridotta mobilità nel sottosuolo e che possa aprire una via innovativa verso un’agricoltura più sostenibile che garantisca la domanda di cibo e la protezione dell’ambiente.