CONTROLE DE PRAGAS POR ATMOSFERAS CONTROLADAS

CONTROLE DE PRAGAS POR ATMOSFERAS CONTROLADAS CAPÍTULO 16

Viçosa ‐ MG

Capítulo 16

Controle de Pragas por Atmosferas Controladas

Capítulo

16 CONTROLE DE PRAGAS POR ATMOSFERAS CONTROLADAS

Adriano Divino Lima Afonso Juarez de Sousa e Silva Pedro Amorim Berbert 1. INTRODUÇÃO Pela constante necessidade de melhor qualidade dos alimentos, em um futuro próximo, o método de controle químico, assim como outros métodos de conservação de produtos agrícolas, poderão ser evitados por razões de saúde humana e animal, ambiental e por questões econômicas.

Com relação ao armazenamento de grãos, os principais estudos objetivam a redução das perdas ocasionadas, principalmente, por insetos e fungos e a conservação do produto por sistemas de aeração/termometria mais eficientes.

As pragas dos grãos armazenados em condições de climas tropicais, particularmente os insetos, têm grande importância como agentes causadores de perdas qualitativas e quantitativas por encontrarem um ambiente ideal para o seu desenvolvimento (veja capítulo 15 – Manejo de Pragas no Ecossistema de Grãos Armazenados).

O controle químico tradicional, empregado em todo o mundo pelos agentes armazenadores na proteção e no combate à infestação de insetos nos produtos agrícolas armazenados, é efetivo, de fácil manejo e de baixo custo, quando comparado com métodos não-tradicionais. Os problemas de segurança com operadores, devido à inobservância das práticas corretas de aplicação do inseticida, de aplicação de subdosagens e do princípio ativo recomendado, e o desrespeito ao tempo mínimo de contato do inseticida têm feito com que determinados insetos que atacam o produto armazenado desenvolvam resistência às dosagens convencionais do princípio ativo de determinados inseticidas.

Os fatos mencionados, aliados aos problemas da presença de resíduos químicos nos alimentos, inobservância do prazo de carência e do impacto ambiental causado pelo lixo das embalagens do inseticida, têm feito com que se desenvolvam estudos visando encontrar maneiras alternativas para manutenção da qualidade dos grãos durante o armazenamento que não sejam danosas à saúde e ao meio ambiente. Apesar dos bons Secagem e Armazenagem de Produtos Agrícolas

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estudos até então desenvolvidos, nenhum método não-químico está sendo comercialmente difundido em grande escala. O controle dos insetos por meios químicos continua sendo praticado com bons resultados, apesar dos problemas já citados.

2. USO DE ATMOSFERA CONTROLADA Nos últimos anos, principalmente na Europa, um número significativo de informações vem sendo obtido a respeito dos efeitos de atmosferas modificadas ou controladas sobre a qualidade dos produtos armazenados e sobre os organismos vivos a eles associados. Além disso, a armazenagem subterrânea de produtos agrícolas tem sido praticada há séculos, visando criar um ambiente letal aos organismos vivos que atacam os grãos armazenados. Este sistema se traduz numa forma de Armazenagem em Atmosfera Controlada (AAC). Usualmente, a técnica denominada AAC consiste em armazenar o produto em ambiente contendo maior quantidade de certos gases do que numa atmosfera normal de nitrogênio, oxigênio, dióxido de carbono etc., ou simplesmente saturando a atmosfera natural da massa de grãos com uma atmosfera inerte, objetivando suprimir todos os parasitas e manter inalteradas a viabilidade e a preservação das qualidades do produto armazenado.

Basicamente, a técnica de atmosfera controlada substitui, após o carregamento da unidade armazenadora com o produto a ser armazenado, a atmosfera interna da massa de grãos pela injeção de um gás (dióxido de carbono, nitrogênio, amônia ou uma mistura de gases) até que a concentração de oxigênio residual seja reduzida a um determinado valor. Algumas pesquisas têm monstrado que a maioria dos insetos presentes na massa de grãos morre quando a concentração de oxigênio no ar intergranular é reduzida a 2% em volume.

Na Austrália, a AAC com alto teor de CO2 é usada comercialmente no controle de insetos em grãos de trigo e, na Itália, a utilização do nitrogênio vem sendo testada desde meados dos anos 70, ambos de forma economicamente competitiva com a armazenagem convencional, a qual requer produtos químicos para o controle das pragas. Nos Estados Unidos, a aeração refrigerada vem sendo aplicada com sucesso em escala experimental para armazenagem de trigo.

Sistemas não-químicos representam uma grande conquista como forma de controle de insetos, considerando-se a crescente resistência que os insetos estão apresentando aos métodos químicos tradicionais. Na América Latina, com exceção de alguns trabalhos realizados na Argentina, só recentemente relatou-se a preocupação dos técnicos com a AAC. Neste sentido, alguns trabalhos foram realizados no ITAL-SP e na UFV. Uma comparação sistemática dos resultados encontrados por diferentes pesquisadores é bastante difícil de se conseguir, considerando que a mortalidade dos insetos, obtida sob condições de variadas composições gasosas, depende muito das condições de temperatura e umidade relativa do ar intersticial na massa de grãos. Além disso, os efeitos da atmosfera controlada sobre os insetos nas formas de ovos, larvas e pupas são também variáveis e constituem objeto de muitos estudos, como será visto mais adiante.

Além do nível de hermeticidade e da concentração residual de oxigênio no interior de uma unidade armazenadora, o tempo necessário para que a população de 408

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insetos, em todas as fases de desenvolvimento presentes em uma massa de grãos em condições de AAC, atinja a percentagem ideal de mortalidade irá depender de fatores como: teor de umidade e estado físico do produto, intensidade do ataque de insetos, temperatura e umidade relativa do ar intergranular.

3. EFEITOS DAS CONDIÇÕES AAC 3.1. Composição Gasosa Pesquisas demonstram o efeito sinergístico da combinação "baixa concentração de O2 e alta de CO2" sobre os adultos de Tribolium castaneum e mostram a possibilidade de usar concentrações relativamente altas de oxigênio, quando suplementado por dióxido de carbono, como fórmula de atmosfera controlada no controle dos insetos que infestam os grãos armazenados. Este método é vantajoso nos casos em que a solução dos problemas de vazamento de gás nas unidades de tratamento é de difícil controle. Observou-se, em testes de laboratórios, que ovos de Tribolium castaneum não eclodem em atmosferas com concentrações de CO2 acima de 20%, mesmo quando a concentração de O2 está em torno de 19%. Concentrações de CO2 em torno de 60%, para tempo de exposição de quatro dias e temperatura de 27°C, foram suficientes para eliminar 95% da maioria dos insetos de grãos armazenados. Inferiu-se, então, que a elevação da concentração de CO2 e a diminuição simultânea do O2 propiciam ambiente ainda mais favorável ao controle de pragas.

Outros pesquisadores relatam que o fator decisivo no controle de pragas é a remoção do oxigênio presente e não a elevação da concentração de CO2 nos espaços intergranulares. Em infestações contendo insetos em diversos estágios de desenvolvimento (ovo, larva, pupa e adulto), a maior parte das formas imaturas morre quando a concentração de O2 reduz-se a níveis próximos de 5%. Os insetos adultos sobreviventes morrerão de forma natural após quatro a seis semanas, ao completarem seu ciclo de vida. A reduzida população que emerge a cada nova geração irá estabilizarse e não dará origem a infestações severas.

Para prolongar o tempo permissível de armazenagem, garantindo também a qualidade dos grãos, a amônia (NH3) tem sido indicada durante a secagem em baixas temperaturas. Em doses baixas (0,5%), a amônia inibe o desenvolvimento de microrganismos, enquanto estudos têm sido feitos sobre a ação da amônia em doses elevadas na desintoxicação de produtos contaminados com aflatoxina. Entretanto, nenhum trabalho foi realizado para mostrar o efeito da amônia no controle de insetos.

Nos Estados Unidos, a Food and Drug Administration (FDA) não liberou esta técnica, ao considerar que a amônia está sendo usada como germicida. Liberou, no entanto, os produtos tratados com amônia para uso na alimentação animal. Uma grande dificuldade encontrada no emprego da amônia refere-se a seu alto poder corrosivo, que, em curto espaço de tempo, danifica as partes metálicas da estrutura de armazenamento e muda substancialmente a cor do produto. Para contornar estes problemas, a unidade de tratamento deve ser construída com material apropriado ou as estruturas convencionais existentes devem receber tratamentos especiais anticorrosão. Já as mudanças de cor afetam pouco a qualidade do produto destinado à ração animal, não perdendo o valor comercial enquanto for usado na própria fazenda.

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3.2. Efeito da Temperatura Apesar de ser possível encontrar na literatura diversos dados sobre o controle de insetos com atmosferas modificadas, a grande maioria destes trabalhos foi desenvolvida para condições de climas temperados. Portanto, há grande carência de dados sobre a utilização de atmosferas modificadas em condições tropicais.

O tempo necessário à obtenção de certo nível de mortalidade dos insetos expostos a uma determinada composição da atmosfera gasosa é altamente dependente da temperatura ambiental de armazenagem. De fato, sob o aspecto fisiológico, a uma atmosfera normal, o desenvolvimento de insetos só ocorre dentro de uma faixa bastante pequena de temperatura. Por exemplo, das fases de ovo a adulto de Sitophilus oryzae, os limites para desenvolvimento estão próximos ao intervalo de 18-40oC. Abaixo e acima destes valores, observa-se grande índice de mortalidade, enquanto dentro destes limites a taxa de desenvolvimento é muito afetada pela temperatura.

Como tem sido mostrado por vários estudos, o efeito do tratamento inseticida, especialmente quando se trata de produtos que agem através do sistema respiratório (caso dos fumigantes), é muito mais acentuado em altas temperaturas. Apesar dos poucos estudos, o efeito da atmosfera controlada parece ser similarmente dependente da temperatura da atmosfera granular. A Figura 1 mostra que, a uma dada composição gasosa, quanto mais alta for a temperatura, menor será o tempo necessário para atingir 95% de mortalidade.

Numa atmosfera com menos de 1% de O2 e com 9 a 9,5% de CO2, adultos de Rhyzopherta dominica foram mais tolerantes que o Tribolium castaneum. O decréscimo no número de horas para alcançar 95% de mortalidade, para as espécies apresentadas na Figura 1, foi bastante acentuado, entre 15 e 20oC. Esta figura mostra, também, que tempos maiores serão necessários, a uma mesma concentração de gases, para atingir um controle efetivo, quando as temperaturas na massa de grãos forem mais baixas.

Figura 1 - Efeito da temperatura no tempo de exposição para produzir 95% de mortalidade em insetos sob duas composições de gases.

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Se houver diferentes temperaturas nas várias partes da massa de grãos, a temperatura mais baixa, média, indicará o tempo necessário para um controle mais efetivo. Também, ao se empregar a técnica de atmosfera controlada, devem-se levar em conta as espécies mais resistentes encontradas na massa do produto armazenado, a fim de estabelecer o tempo mínimo de tratamento necessário.

3.3. Efeito da Umidade Relativa A umidade relativa do ar influencia a sobrevivência dos insetos, afetando principalmente sua umidade corporal. Condições extremamente secas são, geralmente, desfavoráveis à reprodução de muitas espécies de insetos. A sobrevivência de insetos sob condições secas depende de suas condições de equilíbrio entre a perda de água corporal e o ganho de água do ambiente. Assim, a manutenção da quantidade de vapor d'água dentro de certos limites, em produtos armazenados, é um aspecto importante que influenciará a estrutura e a fisiologia dos insetos, considerando-se que a umidade relativa do ar dentro da massa de grãos é altamente dependente do teor de umidade do produto.

Quando se levam em consideração uma baixa concentração de O2 e uma alta concentração de CO2, a umidade relativa tem grande influência sobre o tempo necessário para atingir a mortalidade total dos insetos, ou seja, o tempo de exposição do inseto a determinada atmosfera controlada é diretamente proporcional à umidade relativa do ar intersticial na massa de grãos. Estudos indicam que, a uma umidade relativa entre 20 e 24% (considerada extremamente baixa para as condições normais de armazenamento), são necessários 3,2% de O2 e 4,3% de CO2 no ar intergranular para alcançar 100% de mortalidade da Ephestia cautella. Por outro lado, quando a atmosfera a esta composição, se encontra em umidades relativas mais altas, ocorre grande número de sobreviventes na fase de pupa. Esses resultados indicam que os tratamentos que usam atmosfera controlada podem ser mais eficazes quando o teor de umidade do produto for baixo. Devido ao fenômeno de migração de umidade, o teor de umidade do produto em determinadas partes da massa de grãos é maior do que em outras. Este fato determina que se deve aplicar uma concentração maior de gases para compensar o elevado teor de umidade nos pontos mais úmidos, na massa de grãos.

3.4. Efeito da Hermeticidade da Célula Armazenadora A total hermeticidade do sistema armazenador é condição primordial para um controle eficaz de pragas, visto que garantirá a manutenção da concentração de oxigênio em níveis reduzidos durante o período de tempo necessário para alcançar a mortalidade desejável. Para construir ou adaptar grandes células de armazenamento em ambientes totalmente herméticos, é ainda economicamente inviável. Em face destas restrições, a utilização de ambientes totalmente herméticos torna-se uma alternativa economicamente viável somente para armazenar pequenos volumes de grãos com grande valor comercial.

Uma solução razoável para o problema consiste na redução da concentração de oxigênio nos espaços intergranulares por meio da introdução de um gás inerte rico em dióxido de carbono produzido artificialmente, a um custo reduzido, e periodicamente injetado na célula armazenadora.

Alguns estudos, entretanto, mostram que é técnica e economicamente viável a Secagem e Armazenagem de Produtos Agrícolas

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conversão de determinadas estruturas de armazenamento em unidades com elevado grau de hermeticidade para o uso da armazenagem em atmosferas modificadas (AAM), onde o oxigênio do ar intergranular é consumido pela respiração do produto e dos insetos.

Considera-se então que a utilização de atmosferas controladas em ambientes pouco herméticos também seja uma alternativa tecnicamente viável, desde que seja possível o fornecimento, a baixo custo, de uma atmosfera rica em CO2. Neste caso, deve-se estabelecer o critério ideal de manejo (intervalo entre aplicações), visando o controle e a manutenção das populações de insetos em níveis mínimos aceitáveis.

4. AMBIENTES COM BAIXAS CONCENTRAÇÕES DE OXIGÊNIO Ambientes com baixas concentrações de oxigênio e altas concentrações de dióxido de carbono podem ser obtidos pelos seguintes métodos: a) Armazenamento de grãos em células herméticas - trata-se de um método de conservação em atmosfera modificada tradicional, onde os grãos secos são armazenados em um ambiente hermético com modificação gradual da composição da atmosfera intergranular, que é obtida pela redução e pelo aumento das concentrações de O2 e CO2, respectivamente, e pela respiração dos grãos, insetos e dos organismos presentes no produto armazenado. Nestas condições, resulta-se na morte das pragas por asfixia. Basicamente, a respiração aeróbica envolve a quebra de carboidratos, presentes na constituição dos grãos, na presença de oxigênio, produzindo dióxido de carbono, água e energia (equação1).

C6H12O6 + 6 O2 ⇒ 6 CO2 + 6 H2O + energia

eq.1

Parte da energia liberada no processo de respiração é utilizada pelos próprios organismos para manutenção de seus processos vitais e parte é liberada para o ar intergranular em forma de calor latente.

Tendo como principal característica a hermeticidade do sistema armazenador (ausência de trocas gasosas), nesta forma de armazenagem, uma vez carregada e fechada a célula armazenadora, esta só poderá ser aberta por ocasião da utilização do produto. Em razão de problemas técnicos e econômicos para a manutenção da hermeticidade de grandes unidades, a disseminação desta técnica de armazenamento é muito pequena.

Além dos fatores anteriormente mencionados, qualquer entrada acidental de oxigênio, aliado ao armazenamento de produto infestado por insetos, trará conseqüências danosas. A baixa condutividade térmica dos grãos resultará em aquecimento, aumento da infestação e conseqüente deterioração do produto armazenado. b) Introdução de gás tóxico ou inerte (AAC) - em face da restrição de hermeticidade total do sistema, imposta pelo método anterior, a alternativa consiste na redução da concentração de oxigênio nos espaços intergranulares por meio da introdução de um gás tóxico ou inerte (dióxido de carbono ou nitrogênio) nas células armazenadoras. O objetivo deste método é atingir o sistema respiratório do inseto em sua demanda por oxigênio, com aplicações periódicas num ambiente não-hermético, 412

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como é o caso de muitos silos para armazenagem de grãos. De modo geral, os custos envolvidos na implantação e operação, em sistemas não-herméticos, são relativamente elevados, devido ao elevado custo de transporte e à disponibilidade comercial de gases próximos aos sistemas armazenadores, razão pela qual não é, ainda, utilizado em grande escala. c) Atmosfera controlada pela geração de CO2 - este método consiste na queima de um combustível em equipamentos denominados geradores de CO2, utilizando-se do oxigênio presente na massa de grãos armazenada e no ar atmosférico.

Pode-se dizer, em termos práticos, que a composição média em volume do ar intergranular de um silo convencional é próxima à do ar atmosférico, ou seja: 78% de N2, 21% de O2 e 1% de outros gases, incluindo o CO2. Dessa forma, a concentração máxima de dióxido de carbono que se pode obter nos gases provenientes da queima de um combustível é de 21%, considerando uma combustão completa, ou seja, que todo o oxigênio presente no ar tenha reagido com o combustível no interior do gerador de CO2, produzindo dióxido de carbono, água e energia (equações 2 e 3).

Combustão completa do carbono: C + O2 → CO2 + ∆Q1

eq. 2

2H2 + O2 → 2H2O + ∆Q2

eq. 3

Combustão do hidrogênio:

Além de não ser necessária uma total hermeticidade das células armazenadoras, a principal vantagem da utilização desta forma de atmosfera controlada é a obtenção do CO2 pela simples queima de um combustível (carvão vegetal, álcool, GLP, etc.) disponível e próximo à unidade armazenadora. Esta vantagem é explicada pela facilidade na obtenção a baixo custo, pela geração própria do CO2 e pela facilidade de operação do sistema, que é realizada por injeção periódica do gás, cujo intervalo de aplicação irá depender do grau de hermeticidade da célula armazenadora e do nível de infestação por insetos.

Como desvantagem da técnica de obtenção do CO2 há a necessidade de cuidados especiais necessários durante a operação de queima do combustível. Durante a queima do combustível, deve-se ter como objetivo a combustão completa ou estequiométrica. A queima incompleta formaria monóxido de carbono, gás altamente explosivo e tóxico ao ser humano (equação 4).

Combustão incompleta do carbono: C + ½ O2 → CO + ∆Q3

eq. 4

A Figura 2 mostra o esquema de um circuito fechado de geração CO2, desenvolvido no Departamento de Engenharia Agrícola/UFV, para a conservação de milho em atmosfera modificada.

Basicamente, o gerador de CO2, modelo UFV, é constituído de um queimador de combustível; de um trocador de calor, que tem por objetivo abaixar a temperatura dos Secagem e Armazenagem de Produtos Agrícolas

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gases provenientes da combustão; e de um refrigerador/trocador de calor, que tem por finalidade abaixar a temperatura e a umidade relativa dos gases que serão injetados na célula armazenadora.

Figura 2 - Esquema de armazenamento em atmosfera modificada, utilizando um gerador de CO2, modelo UFV. Como dito anteriormente, a obtenção do oxigênio para a queima do combustível pode ser de dois modos: Uso do oxigênio do ar intergranular - neste caso, utiliza-se o O2 da atmosfera intergranular num sistema de recirculação até que a combustão se torne impossível, isto é, a combustão não poderá ser mantida. A vantagem está na obtenção de concentrações cada vez maiores de dióxido de carbono e menores de oxigênio no interior da célula.

Como desvantagem, apresenta risco maior de formação de monóxido de carbono, que é formado na escassez de oxigênio.

Uso do oxigênio do ar atmosférico - neste caso, os gases provenientes da combustão são injetados na célula armazenadora, substituindo o ar intergranular. A concentração final de dióxido de carbono dependerá do tipo de combustível e da capacidade do gerador para maximizar a reação entre o oxigênio e o combustível para a produção de dióxido de carbono.

5. CONSIDERAÇÕES PRÁTICAS De acordo com os resultados apresentados por grande número de pesquisadores, sobre o uso da atmosfera controlada, o índice de 100% de mortalidade de insetos dificilmente é atingido. Uma razão que justifique essa falta de índices elevados não foi ainda analisada com profundidade. Normalmente, os testes de campo têm sido baseados na manutenção de uma composição gasosa, dentro dos limites indicados pela literatura, em silos e "containeres" com o máximo possível de hermeticidade.

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Na prática, é muito difícil e dispendioso manusear grandes estruturas completamente herméticas. É por esta razão que, em muitos casos, observa-se grande número de insetos sobreviventes onde há vazamento, principalmente no topo e no fundo da unidade e em aberturas para carga/descarga e ventilação.

Um dos maiores problemas que podem surgir ao longo do tempo devido à falta de hermeticidade em silos refere-se ao desenvolvimento de formas resistentes à atmosfera controlada; isto ocorre, apesar das poucas referências existentes sobre o fato.

Também, outros fatores, não advindos de vazamentos, podem contribuir para uma baixa efetividade no controle de insetos. Períodos prolongados de exposição (várias semanas) são necessários, dependendo da espécie, temperatura e umidade relativa para alcançar bons índices de mortalidade.

Sob certas condições, é pouco prático manter uma concentração de gases satisfatória por tempos prolongados especialmente quando a temperatura está abaixo da faixa-limite para o desenvolvimento do inseto que está infestando o produto. Os carregamentos adicionais de grãos sobre a massa de grãos em tratamento também constituem fatores que exigem o prolongamento do tempo de exposição, pois podem causar rápida reinfestação. A secagem em um nível que possibilite um controle eficiente é também considerada antieconômica e pouco prática. Portanto, o teor de umidade do produto deve ser seriamente observado quando se determinam a concentração de gases e o tempo de exposição necessário a um controle efetivo.

Assim, o tratamento usando atmosfera controlada deveria ser empregado quando houvesse altas temperaturas por tempo prolongado. Após o tempo necessário de exposição, deve-se fazer uma aeração para reduzir a temperatura da massa de grãos.

Essa seqüência de tratamentos garantirá um controle mais eficaz das espécies que infestam o produto, ou seja, o tratamento com atmosfera controlada deverá produzir a maior mortalidade possível, enquanto o resfriamento contribuirá como uma etapa protetora, impedindo que ocorra aumento na taxa de reprodução dos elementos sobreviventes de uma população de insetos.

Resumindo, pode-se dizer que, há anos, a propriedade inseticida das atmosferas modificadas de oxigênio, dióxido de carbono e nitrogênio vem sendo reconhecida em várias partes do mundo. Também é crescente o interesse pela adoção da nova tecnologia, visto que os métodos químicos atuais vêm sendo progressivamente descartados, embora, na fazenda, alguns estudos indiquem custos desfavoráveis para esta técnica, quando ela é comparada ao uso de fumigantes.

Finalmente, pode-se afirmar que quatro fatores são necessários ao uso da atmosfera controlada no combate aos insetos que infestam os grãos armazenados: a atmosfera deve ser facilmente obtida em volume suficiente para deslocar e substituir com eficiência a atmosfera normal da massa de grãos dentro de uma unidade de tratamento; a atmosfera deve ser letal dentro do menor tempo possível; a atmosfera não pode ser prejudicial à qualidade do produto nem à estrutura da unidade armazenadora (problema encontrado com o uso da amônia); e a unidade armazenadora deve possuir boa capacidade para retenção de gases.

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