Destino ambientale di glyphosate in agroecosistemi differenti della regione Veneto e il suo impatto sulle acque sotterranee

Glyphosate is one of the most used broad-spectrum, systemic, and post-emergence herbicides worldwide. In this context, 90% of the annual sales are used by the agricultural sector, where glyphosate-based agrochemicals are sprayed mainly before planting the crop or post-harvest during the intercropping period to control weeds’ growth. Crops treated with this herbicide are both annual (cereals and oilseeds) and perennial crops (orchards and vineyards). In Europe, glyphosate is currently approved until December 15th, 2022, and the EU Commission might decide to prolong its use in agricultural lands due to the decision of EFSA to postpone its scientific opinion on the re-approval of glyphosate. For this reason, studying glyphosate dynamics in soil and water is still necessary to outstand its role in groundwater pollution. Site-specific studies for the prevention of water contamination are highly recommended to help decision-makers to set up guidelines for identifying water protection areas for drinking waters, which are nowadays still largely undefined. The identification of unique rules is difficult because of the complex relationship between the agrochemical and the agroecosystem, due to the strongly site-specific adsorption-degradation-transport dynamic which depends on peculiar characteristics of each molecule (adsorption coefficient, solubility, half-life time, etc.), and the pedo-climatic and management variability of the site involved. For instance, in the Veneto region, particular attention must be given to the low-lying plain, where shallow water table conditions increase the risk of groundwater pollution in agricultural areas. This thesis wants to offer new insights into the peculiar dynamic of glyphosate in soil and water under poorly studied conditions. Extensive studies of the fate in the environment of glyphosate have been carried out in two areas of the Veneto region (high foothills and the low-lying Venetian plain) comprising three different agroecosystems (vineyards, conventional and conservation agriculture) (Chapters 2 and 3), and the factors affecting the adsorption, dissipation, and transport dynamics of the herbicide were identified. Adsorption coefficients for glyphosate have been calculated along the soil profile for several soil layers, down to 70 and 110 cm (Chapters 2 and 3, respectively). In particular, the key role of SOM-chelated Fe and Al on herbicide adsorption has been largely demonstrated, suggesting that a careful analysis of the mineral composition, in addition to that of e.g. pH and soil texture, is required to determine the agroecosystem vulnerability to groundwater pollution. Moreover, 8 glyphosate dissipation in soil has been monitored and modeled (Chapter 2), as for AMPA – still poorly investigated – with a new proposed equation to predict its decay rate. The transport of glyphosate and AMPA revealed low mobility in the foothill vineyards, despite some fast vertical movement down to the deepest layer suggested that preferential movements due to likely well-structured soil conditions occurred. A fast movement down to the water table was also found in the low-lying Venetian plain. The modelling study conducted with HYDRUS-1D (Chapter 4) made it possible to identify the drivers leading to contamination. Here, shallow groundwater conditions greatly affected solute transport by modifying the soil structure, enhancing macropores frequency. Moreover, the flow field was modified compared to free drainage conditions, with a reduction of solute exchange between mobile and immobile soil regions that promoted non-equilibrium flows and preferential pathways.

Il glifosate è uno degli erbicidi più utilizzati a livello mondiale, ad ampio spettro, sistemico e di post-emergenza. In questo contesto, il 90% delle vendite annuali dell’erbicida è utilizzato nel settore agricolo, dove gli agrofarmaci a base di glifosate vengono distribuiti principalmente prima della semina o in post-raccolta (durante il periodo di intercolturale) per il controllo chimico delle infestanti. Le colture trattate con l'erbicida sono sia annuali (cereali e semi oleosi) che perenni (frutteti e vigneti). In Europa, il glifosate è attualmente approvato fino al 15 dicembre 2022 e la Commissione Europea potrebbe decidere di prolungarne ulteriormente l'uso nei terreni agricoli a causa della decisione di EFSA di rinviare il suo parere scientifico sulla riapprovazione di glifosate. Per questo motivo, studiare le dinamiche di glifosate nel suolo e nell'acqua è ancora necessario per capire il suo ruolo nell'inquinamento delle acque sotterranee. Studi specifici per la prevenzione della contaminazione delle acque di falda sono altamente raccomandati per supportare i decisori politici e i professionisti del settore a identificare le aree di protezione delle acque potabili, che ancora oggi sono, in gran parte, poco definite. L'identificazione di regole univoche risulta essere particolarmente difficile a causa della complessa relazione tra agrofarmaco e agroecosistema, e quindi delle dinamiche di adsorbimento-degradazione-trasporto fortemente sito-specifiche. Ciò dipende anche dalle caratteristiche peculiari di ciascuna molecola (coefficiente di adsorbimento, solubilità, tempo di emivita, ecc.) e dalla variabilità pedo-climatica e gestionale del sito interessato. Ad esempio, nella regione Veneto, particolare attenzione va prestata alle aree di bassa pianura, dove le condizioni di falda superficiale aumentano il rischio di contaminazione delle acque sotterranee nelle aree agricole. L’intento di questa tesi è quelli di fornire nuovi spunti di riflessione sulla peculiare dinamica nel suolo e nell'acqua di glifosate in condizioni ancora poco studiate. In particolare, gli studi sono stati condotti in due aree della regione Veneto (alta pedemontana e bassa pianura), comprendenti tre diversi agroecosistemi (vigneto, agricoltura convenzionale e conservativa) e sono stati identificati i fattori che influenzano le dinamiche di adsorbimento, dissipazione e trasporto dell'erbicida (Capitoli 2 e 3). I coefficienti di adsorbimento di glifosate sono stati calcolati lungo il profilo di suolo per diversi strati, fino a 70 e 110 cm (Capitoli 2 e 3, rispettivamente). In particolare, è stato ampiamente dimostrato il ruolo chiave 10 sull'adsorbimento di Fe e Al chelati alla sostanza organica, suggerendo che un'attenta analisi della composizione minerale (oltre a quella del pH e della tessitura del suolo) risulta necessaria per determinare la vulnerabilità dell'agroecosistema all'inquinamento della falda (Capitoli 2 e 3). Inoltre, la dissipazione di glifosate nel suolo è stata monitorata e modellata (Capitolo 2), così come per AMPA - ancora poco studiato nella letteratura scientifica - con una nuova equazione proposta per prevedere il suo tasso di decadimento. Lo studio del trasporto di glifosate e AMPA ha rivelato una bassa mobilità nei vigneti dell'area pedemontana, nonostante alcuni rapidi movimenti verticali fino allo strato più profondo abbiano suggerito la presenza di movimenti preferenziali dovuti a condizioni di suolo ben strutturato. Anche nella bassa pianura veneta è stato riscontrato un rapido movimento verso la falda freatica. Lo studio modellistico condotto con HYDRUS-1D (Capitolo 4) ha permesso di identificare i fattori che hanno portato alla contaminazione. In questo caso, le condizioni delle acque sotterranee poco profonde hanno influenzato notevolmente il trasporto dei soluti modificando la struttura del suolo e aumentando la frequenza dei macropori.