gilberto.rodrigues@fatectq.edu.br
Faculdade de Tecnologia de Taquaritinga – FATEC, Taquaritinga, São Paulo, Brasil
O Efluente de Tratamento de Esgoto (ETE) é um resíduo urbano, que por sua composição química pode ser aproveitado como fonte de macronutrientes, reduzindo o uso de fertilizantes químicos e ter um destino ambientalmente mais adequado. Neste trabalho foi investigado o efeito da aplicação de dois níveis de palha de Brachiaria fertirrigados, com três frações de efluente de esgoto tratado (FETE), na emissão de CO2 (ECO2) e suas relações com os atributos físico-químicos do solo: temperatura, umidade, porosidade total do solo, pH e porosidade livre de água. O experimento foi conduzido ao longo de 23 dias de novembro de 2013, em área de 160 m2 de Latossolo Vermelho eutroférrico, desprovida de vegetação e sem preparo do solo. O delineamento utilizado foi de blocos ao acaso, em esquema fatorial 2 x 3, sendo os tratamentos constituídos da combinação de dois níveis de palha de Brachiaria brizantha (SPA: sem palha e CPA: com palha, 10 Mg ha-1) e 3 frações de irrigação (F1: 11% de ETE, F2: 60% de ETE e F3:100% de ETE). Os resultados evidenciaram que a presença da palha sobre o solo favoreceu as maiores emissões de CO2 e lâminas menores de ETE (F1 e F2) amenizaram o impacto ambiental de ECO2. A presença de palha sobre o solo resultou em manutenção de maiores teores de umidade no solo, o que pode beneficiar o ciclo de culturas diversas. A presença de palha neste curto período de avaliação contribuiu pouco para aumentar a degradação da palha utilizada. As frações intermediárias de ETE conciliam a condição de menores ECO2 combinado com atributos físico-químicos de solo mais apropriados em manter matéria orgânica e umidade no solo.
Palavras–chave: Efluente de esgoto; Emissão de CO2; Propriedades físicas do solo.
Os esgotos domésticos ou sanitários têm sua origem em residências, comércios e instituições, e a quantidade de esgoto sanitário produzido é proporcional à população envolvida. A vazão do esgoto sanitário é medida em hidrogramas e mostram uma taxa variável de acordo com as horas do dia, atingindo valores menores de vazão na madrugada e valores maiores ao longo do dia (Pantoja et al., 2005). Os esgotos possuem características químicas com a presença de compostos orgânicos como proteínas, carboidratos, gordura e óleos, além de compostos inorgânicos, como o nitrogênio em diferentes formas, enxofre, sódio, metais pesados (Romeiro, 2012; Santin, 2012), surfactantes, fenóis, pesticidas e outros compostos tóxicos (Pantoja et al., 2005; Jüschke et al., 2009; Santin, 2012).
Fonseca (2005), Khai et al. (2011) e Romeiro (2012) relatam a presença em águas residuárias (Efluente de Tratamento de Esgoto - ETE) de nitrogênio total, nas formas amoniacal, nitrato e nitrito. Além disso, há outros elementos como o fósforo, enxofre, cálcio, magnésio e potássio, que podem ser utilizados pelas plantas como nutrientes. O ETE apresenta teores de carbono total em grande quantidade e pH muito variável, de acordo com a característica do tratamento imposto ao efluente bruto, que pode ocasionar a eutrofização dos corpos receptores (Fonseca et al., 2007). O ETE pela sua composição química pode proporcionar benefícios econômicos, aumento em quantidade e qualidade da forragem fertirrigada, conforme relatos de Santin (2012) e Santos et al. (2013). Podem ser utilizados em vários tipos de culturas, conforme estudos de Santos et al. (2014), que utilizaram o ETE em Brachiaria brizantha e a oferta de nutrientes nitrogênio e potássio via ETE foi considerável. Ainda segundo os relatos de Santos et al. (2006), com a utilização do ETE no cafeeiro, verificaram aumento significativo de nitrogênio total no solo.
A resposta da forrageira ao ETE pode proporcionar economia de formulações minerais e amenizar o impacto ambiental da disposição desta água residuária nos corpos d’água, conforme relatos de Gomes (2011), que mostrou a viabilidade econômica de utilização de águas residuárias. Uma contribuição positiva para o solo reside na quantidade de carbono e outros nutrientes, que podem acelerar o grau de humificação da matéria orgânica de solos irrigados com ETE (Santos et al., 2009). Como consequência, pode ocorrer aumento da atividade de decomposição da matéria orgânica, a qual é estimulada pelo aumento de umidade no solo.
Fonseca et al. (2007), Nogueira (2008) e Simões et al. (2013) relatam que o uso de ETE permite um incremento na população microbiana no solo, que geralmente é proporcional à quantidade de ETE utilizado. Medeiros et al. (2008) ressaltam que a aplicação de ETE deve ser monitorada principalmente quanto aos atributos do solo, a fim de se identificar possíveis contaminações decorrentes da aplicação de água residuária.
O tratamento de águas residuárias pode se tornar um fator contribuinte para o acúmulo de Gases de Efeito Estufa (GEE) na atmosfera, de tal forma que uma redução na eficiência no tratamento pode implicar na redução da emissão de CO2 não apenas na estação de tratamento, mas caso a matéria orgânica não seja completamente degradada na estação de tratamento, as emissões de CO2 (ECO2) remanescentes à degradação da matéria orgânica poderão ocorrer nos corpos receptores (Silva et al., 2012).
Nogueira (2008) e Santin (2012) avaliaram as ECO2 utilizando ETE na irrigação do capim bermuda, e verificaram que as maiores ECO2 relacionaram-se com os períodos de maior precipitação e/ou também com a irrigação. A maior umidade do solo, em um dos anos agrícolas dos estudos, propiciou condições mais favoráveis para a disponibilização de carbono, implicando diretamente na respiração microbiana do solo, de tal forma que as menores lâminas de irrigação reduziram o carbono e a respiração microbiana. Neste aspecto, Castro et al. (2009) avaliaram o efeito da irrigação da cana-de açúcar (Saccharum officinarum) com ETE e constataram que esta estratégia promoveu um aumento linear nas ECO2 nas lâminas com 100% da evapotranspiração da cultura (ETc) e de 200% da ETc, elevando as ECO2 em 33 e 146% para o solo cultivado com cana de açúcar.
A aplicação de água residuária pode acarretar alterações no solo, principalmente na elevação da condutividade elétrica, pH, e teor de sódio trocável no solo (Fonseca et al., 2007). A aplicação de águas residuárias pode elevar o teor de sódio no tecido foliar das plantas de algodoeiro sem prejudicar a cultura (Silva et al., 2013). Mais recentemente, Oliveira et al. (2014) avaliaram o uso de águas residuárias de tratamento de esgoto doméstico e verificaram que os teores de cobre, zinco, ferro e manganês do solo estudado não foram influenciados pelas proporções de água residuária doméstica tratada utilizada. Além disso, os valores de pH do solo apresentaram tendência de redução com adição de mais água residuária doméstica em relação à em relação a água de poço tratada. Santos et al. (2014) constataram variações sazonais na composição do ETE utilizado na fertirrigação de gramínea do gênero Brachiaria, mas não verificaram os riscos de contaminação por metais pesados e salinização do solo. Apesar disso, apresentou risco de contaminação por coliformes fecais termotolerantes. Entretanto, o ETE utilizado ao longo de sucessivas estações climáticas resultou em aporte de quantidade considerável de nitrogênio e potássio ao solo, o que pode resultar em economia de formulações minerais comerciais.
Desse modo, o objetivo deste estudo foi avaliar as associações das ECO2 com os atributos físico-químicos de um latossolo fertirrigado ETE com diferentes níveis de palha sobre o solo.
O experimento foi conduzido na Fazenda Experimental da FCAV-UNESP, Jaboticabal, SP, na latitude de 21o15’22” S, longitude 48o18’58” W e altitude de 595 metros. O solo da área experimental é do tipo Latossolo Vermelho Escuro eutroférrico, textura argilosa de acordo com a classificação de solos da Embrapa. A área experimental foi inicialmente cultivada com Urocloa brizantha (Brachiaria brizantha cv. Marandu), de novembro de 2012 a julho de 2013, quando a forrageira foi dessecada com glifosato, seguido da sua remoção da área com enxada e o terreno mantido sem preparo e livre de ervas daninhas. O material forrageiro utilizado como cobertura morta foi colhido dentro do período que antecedeu o experimento, fenado e reservado no próprio local com lona plástica, sem contato direto com o solo. Após a demarcação das parcelas, as quais tinham dimensões de 1,2 x 2,40m, a palha teve sua matéria seca determinada (15% de matéria seca) e foi colocada em cada parcela o equivalente à densidade de 10Mg ha-1, uma semana antes do início do experimento. Semanalmente eram realizadas irrigações com ETE, de acordo com a evapotranspiração de referência acumulada na semana anterior. O delineamento utilizado foi o de blocos casualizados, em esquema bifatorial 2 x 3, com 4 repetições, no qual o primeiro fator correspondeu aos níveis de palha de Brachiaria (NPA), sendo sem palha (SPA) e com palha (CPA) igual a 10Mg ha-1 e o segundo fator constou Frações de Efluente de Esgoto Tratado (FETE), em que F1 foi igual a 11% de ETE, F2 igual a 60% de ETE e F3 igual a 100% de ETE (FIGURA 1).
A lâmina de irrigação foi aplicada com frequência de uma a duas vezes por semana, calculada em função da evapotranspiração de referência (ETo) e pelo método FAO-56 (Allen et al., 1998), com dados meteorológicos diários coletados na Estação Agroclimatológica da FCAV-UNESP, localizada próximo da área experimental. As concentrações de ETE em água corresponderam: F1 igual a 0,18; F2 igual a 1,00; e F3 igual a 1,67 (FIGURA 2). A distribuição gradual de ETE na lâmina de irrigação foi obtida por um sistema de aspersão em linha com Senninger (Modelo 3023-2 com duplo bocal de 8 x 5mm, operados com pressão de 300 kPa e no espaçamento 6 m entre aspersões na linha). O sistema de irrigação apresentou coeficiente de uniformidade de Christiansen (CUC) e coeficiente de uniformidade de distribuição de água (CUD) com cerca de 89% e 83%, respectivamente.
Para a medição de ECO2 foi implantado em cada parcela colares de PVC de 100mm de diâmetro, com altura de 10cm e inseridos 3cm no solo. As leituras foram registradas utilizando-se de um sistema portátil da companhia LI-COR (LI-8100, Nebraska, EUA). Esse sistema consiste em uma câmara fechada, acoplada sobre os colares anteriormente inseridos no solo, nos pontos estudados. Em seu modo de medição, o sistema monitora as mudanças na concentração de CO2 dentro da câmara, por meio de espectroscopia de absorção óptica na região do infravermelho (IRGA, Infrared Gas Analyzer), de acordo com descrito por Panosso (2006) e Panosso et al. (2011). No dia seguinte à aplicação do ETE, iniciou-se o experimento com as leituras das ECO2, medição de temperatura e umidade do solo, tomadas entre 8h e 10h, nas 24 parcelas do experimento.
Figura 1. Esquema experimental com sistema de aspersão em linha e unidades experimentais com tratamentos de FETE (F1, F2 e F3) e aplicação palha (SPA e CPA).
Concomitantemente às leituras de ECO2, foram tomadas as medidas de temperatura do solo na camada de 0 a 12cm de profundidade, utilizando-se de um termômetro (termistor portátil), que era parte integrante do sistema ao qual a câmara para solos é acoplada. A umidade do solo foi medida utilizando-se de um sistema portátil do tipo TDR-Campbel® (Hydrosense TM, Campbell Scientific, Austrália), que avalia a umidade disponível do solo (porcentagem em volume) na camada de 0 a 12cm, conforme descrito por Moitinho (2012). As amostras de solo deformadas foram coletadas na profundidade de 0 a 20cm, com auxílio de um trado tipo holandês, retiradas 3 meses antes do início do experimento e ao final do experimento, próximo da área de cada colar de PVC, para as análises químicas de rotina: pH, matéria orgânica, carbono orgânico, Al, H + Al, P, K, S, Ca, Mg e Na. As amostras do ETE foram coletadas do reservatório de 15000 litros, junto a área experimental.
Figura 2. Frações de distribuição da precipitação de aspersões e concentração do efluente aplicada durante o período experimental de 23 dias em função dos tratamentos.
As amostras de solo indefo rmadas para as análises físicas de solo foram coletadas com cilindros metálicos de 95cm3 ao término do experimento em pequenas trincheiras, de cada parcela, próximo ao colar de PVC, abertas com enxadão, na profundidade de 0 a 20cm (Tabela 1). Foram determinadas a densidade de partículas, densidade e umidade do solo, porosidade total, macroporosidade, microporosidade e porosidade livre de água. O solo antes do início do experimento apresentava as seguintes características: pH:5,53; matéria orgânica (MO): 33,15 gdm-3; fósforo (P): 52,18 mg dm-3; enxofre (S): 6,2 mg dm-3; cálcio (Ca):42,6 mmol dm-3; magnésio (Mg):13,6 mmol dm-3; alumínio (Al): 0,4 mmol dm-3; sódio (Na):1,3 mmol dm-3; hidrogênio (H)+Al: 27,6 mmol dm-3; soma de bases (SB): 58,6 mmol dm-3; capacidade de troca catiônica (CTC): 86,1 mmol dm-3; saturação de bases (V%): 70,7%.
Tabela 1. Concentração de nutrientes no efluente e resultados de análise do solo ao final do período experimental.
Os dados foram submetidos à análise estatística utilizando-se o pacote Statistical Analysis System. Na análise de variância foi utilizado o teste F (p < 0,05) e para os casos em que houve significância dos fatores ou das interações entre os fatores foi efetuada a comparação de médias pelo teste Tukey (p < 0,05). Em seguida, procedeu-se à análise de regressão entre ECO2 e os atributos físicos do solo que foram significativos pelo teste F, utilizando o procedimento PROC RSREGRE. Para as avaliações de dependência entre ECO2 e variáveis físico-químicas utilizaram-se as correlações de Pearson, cuja significância foi dada pelo teste t de Student (p < 0,05).
A aplicação de FETE e os níveis de palha de Brachiaria utilizados afetaram significativamente a ECO2. A umidade e temperatura do solo, o teor de matéria orgânica e a porosidade livre de água (PLA) foram significativamente influenciados pelos níveis de palha sobre o solo (Tabela 2). A comparação de médias (Tabela 3) mostrou que os tratamentos CPA emitiram 0,25 µmol m-2 s-1 de CO2 a mais que os tratamentos SPA sobre o solo e verificou-se que as frações crescentes de ETE resultaram em maiores ECO2. A temperatura do solo foi a maior em média nos tratamentos CPA sobre o solo, correspondente a 0,77 oC a mais (13%) que nos tratamentos SPA, enquanto que as FETE não influenciaram na temperatura do solo. A umidade do solo foi influenciada significativamente pela presença de palha sobre o solo resultando em diferença a mais de 5,17 (porcentagem em volume) em relação ao solo SPA e as FETE não afetarem a umidade do solo.
O teor de matéria orgânica não foi influenciado pelo nível de palha sobre o solo, entretanto as frações crescentes de FETE resultaram em maiores teores de matéria orgânica sobre o solo, mas com diferença significativa apenas entre a menor FETE (F1) e maior FETE (F3), a qual superou F1 em 5,3%. A PLA foi influenciada significativamente pela presença de palha sobre o solo, de tal forma que o tratamento SPA teve em média a maior PLA em relação ao tratamento CPA, enquanto as frações de ETE não influenciaram a PLA (TABELA 2).
Neste estudo, teores de umidade maiores foram associados com o nível de palha, onde a presença de palha propiciou maiores umidades e consequentemente maiores ECO2, diferentemente de Panosso et al. (2009), que maiores umidades condicionaram menores ECO2 em experimento com duas lâminas de molhamento, mas com o diferencial do solo ser desprovido de vegetação. Esta diferença pode ser explicada pelos resultados da PLA, em que em ambiente mais úmidos, os gases dos espaços porosos do solo são quase que totalmente ocupados por água, expulsando-os, por conseguinte.
Tabela 2. Análise de variância das emissões de CO2 e de atributos físico-químicos de um Latossolo Vermelho eutroférrico, em função dos fatores NPA e FETE.
Os resultados deste estudo contrastam com os resultados de Moitinho et al. (2012), que constataram que a presença da palha de cana sobre o solo, sem revolvimento, foi associada com menores ECO2 (Corradi, 2011), menores temperaturas do solo, no período da manhã e tarde. Além disso, a presença da palha também propiciou maior umidade do solo, apenas no período da manhã, semelhante a este estudo.
Tabela 3. Comparação de médias de emissão de CO2 e de atributos físico-químicos de um Latossolo vermelho eutroférrico em função dos fatores NPA e FETE.
A resposta diferente na ECO2 neste trabalho reside principalmente no aporte de água no solo proporcionado pelas lâminas de molhamento que foram iguais (184mm), mas houve aporte de nutrientes diferentes nas frações F1, F2 e F3, em relação ao N, P, Mg e S, elementos estes que estimulam a microbiota do solo (Tabela 1).
Figura 3. ECO2 em função da temperatura do solo para: a) tratamentos sem palha (SPA) e com palha (CPA) e b) Frações de tratamento de efluente (F1: 11% ETE), (F2: 60% ETE) e (F3:100 % ETE).
Nos resultados de Corradi (2011), que estudou diferentes níveis de palha sobre o solo, abaixo dos níveis deste estudo, encontrou-se que também houve menor emissão de CO2. Entretanto, concordam como os relatos de Silva et al. (2014) que verificaram associação positiva entre ECO2 e umidade do solo, em área com mudança para a cultura de cana, mas apenas comparados às ECO2 das FETE F2 e F3 deste trabalho. O que parece haver muito mais concordância é a presença de resíduos vegetais sobre o solo, que propicia maiores teores de umidade.
Os resultados de ECO2 deste estudo concordam com os relatos de Zotelli (2012), que utilizou resíduo industrial do setor sucroenergético (vinhaça) e avaliou a ECO2, constatando que a manutenção de níveis crescentes de palha de 7, 14 e 21Mg ha-1 sobre o solo incrementaram as emissões de CO2, fertirrigados ou não. O solo desprovido de cobertura de palha, mas fertirrigado com vinhaça, emitiu mais CO2 que o solo desprovido de palha sem fertirrigação.
Figura 4. ECO2 em função da umidade do solo para: a) tratamentos sem palha (SPA) e com palha (CPA) e b) FETE (F1: 11% ETE), (F2: 60% ETE) e (F3:100 % ETE).
A temperatura do solo tendeu a crescer nos tratamentos CPA (FIGURA 3a), ao passo que maiores FETE, F2 e F3, as ECO2 foram crescentes (FIGURA 3b). As FETE maiores provavelmente ofereceram maior aporte de nutrientes, principalmente o fósforo e teores de carbono, o que refletiu em estímulo ao crescimento microbiano, decompondo a palha sobre o solo. Os resultados concordam com Zanini et al. (2005), que obtiveram relação positiva na ECO2 e temperatura do solo e discordam de Panosso et al (2009), em que a temperatura do solo teve baixa associação com ECO2.
A associação entre umidade do solo e ECO2 foi influenciada pela presença de palha sobre o solo (FIGURA 4a) e apenas a fração F3 (100% de ETE) exibiu associação consistente com maiores ECO2 (FIGURA 4b). Panosso et al. (2009) relatam que maiores ECO2 se associaram com maiores lâminas de molhamento. Estes resultados concordam também com Zotelli (2012), em que maiores umidades no solo propiciaram relação positiva entre CO2 e umidade do solo. Diferentemente, Moitinho et al. (2012) constataram que a presença de palha sobre o solo implicou em menores ECO2, menores temperaturas e maiores teores de umidade. D’Andrea (2004) não verificou associação de ECO2 com umidade do solo, tanto em ambiente natural quanto em área reflorestada. Já Fernandes (2008) relata que a distribuição sazonal da umidade do solo explica em grande parte as ECO2.
A associação entre matéria orgânica e ECO2 em função do tratamento CPA sobre o solo não mostrou efeito médio da palha em relação ao tratamento SPA (FIGURA 5a). Entretanto, na associação de ECO2 e diferentes frações F1, F2 e F3 (Tabela 3), constatamos valores crescentes de MO com o aumento das frações de ETE, onde a diferença maior a favor da fração F3 (100% ETE), em relação apenas à fração F1, que tem concentração de nutrientes inferior às demais e emitiu menos CO2. O teor de MO maior na fração F3 pode ser justificado pelo aporte maior de nutrientes P, N, Mg e S, presente no ETE. Simões et al. (2013) e Sparling et al (2006) verificaram maior atividade microbiana em solos que tiveram aplicações de maiores FETE, fato este que provavelmente explica os resultados de maiores ECO2 com maiores FETE deste estudo, e à provável maior condutividade elétrica dos tratamentos com F3 (Hanko; Summes, 2006).
D’Andrea (2004) relata que não verificaram associação satisfatória da matéria orgânica do solo, do carbono microbiano total e dos atributos físicos de temperatura e umidade para explicar as ECO2 em ambiente florestais naturais e reflorestados. Estas informações foram corroboradas em semelhante estudo, relatadas por Fernandes (2008), em relação apenas a emissão de oxido nitroso (N-N2O).
Figura 5. Emissão de CO2 (ECO2) em função da matéria orgânica do solo para: a) tratamentos sem palha (SPA) e com palha (CPA) e b) Frações de efluente (F1: 11% ETE), (F2: 60% ETE) e (F3:100 % ETE).
A relação entre PLA e ECO2 foi consistente nos tratamentos com palha (FIGURA 6a) e na aplicação da fração F3 (FIGURA 6b). A palha sobre o solo propiciou maior manutenção de umidade (Corradi, 2011; Moitinho, et al. 2012), a qual ocupa os espaços porosos do solo. A PLA verificada neste estudo pode explicar em parte as variações da ECO2, diferente do encontrado no estudo de Zotelli (2012).
Figura 6. ECO2 em função da PLA para: a) tratamentos sem palha (SPA) e com palha (CPA) e b) FETE (F1: 11% ETE), (F2: 60% ETE) e (F3:100 % ETE).
A associação entre PLA e ECO2 para a fração F3 deste estudo foi significativa. Fernandes (2008) afirma que a ECO2 é explicada pela variação sazonal de umidade em diversos ambientes (mata, soja e algodão). No entanto, ressalva-se que mesmo em épocas chuvosas, a respiração microbiana do solo nos ambientes avaliados, a porosidade preenchida por água foi elevada e o número de bactérias do solo em ambiente de mata nativa era muito superior aos outros ambientes (soja, algodão). No sistema de integração lavoura pecuária, os EPPA no período chuvoso atingiram valores de 55%, enquanto no período da seca os valores foram próximo de 15%.
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Recebido: 27 maio 2020
Aprovado: 17 jun. 2020
DOI: 10.20985/1980-5160.2020.v15n2.1431
Como citar: Rodrigues, G. A. (2020), Emissões de CO2 e sua relação com atributos físicos de um latossolo fertirrigado com efluente de esgoto tratado e dois níveis de palha. Revista S&G 15, 2, 190-198. https://revistasg.emnuvens.com.br/sg/article/view/1431