Aplicação de biofertilizantes de excretas humanas para o cultivo de alimentos: eficiência agronômica e comportamento microbiológico

Abstract

O uso de excretas humanas na agricultura é motivado pelo aumento da escassez de água, pela degradação dos recursos hídricos e pela maior demanda de alimentos decorrente do aumento populacional. O presente trabalho visou investigar a eficiência agronômica, a contaminação ambiental e o comportamento de patógenos associados ao uso de biofertilizante produzidos a partir de fezes e urina humanas no cultivo de alface. Para tal, conduziu-se uma pesquisa em campo, utilizando delineamento de blocos casualizados, com 6 tratamentos e 3 repetições, em que quatro tipos de biofertilizantes foram aplicados no solo para cultivar Lactuca sativa var. Valentina. Os tratamentos aplicados foram controle negativo (T1), fertilizante químico (T2), fezes estabilizadas por adição de ureia (T3), fezes co-compostadas com resíduos orgânicos (T4), urina estocada (T5) e estruvita (T6). Realizou-se dois ciclos de cultivo de alface, com avaliação do desenvolvimento da cultura, em ambos os ciclos, e comportamento microbiológico e lixiviação de nutrientes no primeiro. Para avaliar a o desenvolvimento, mediu-se semanalmente: altura e número de folhas, e após a colheita: altura, diâmetro de cabeça, diâmetro de caule, massa fresca e seca das cabeças. A lixiviação de nutrientes foi avaliada por meio da concentração de nitrogênio amoniacal (NH3) e ortofosfato (PO4-3) no percolado e concentração de nitrogênio (N), fósforo (P) e potássio (K) do solo. Para avaliar a contaminação por patógenos, inoculou-se Escherichia coli, Salmonella enterica, Colifago somático (F-X 174) e Fago RNA F-específico (MS2) nos biofertilizantes e mediu-se quinzenalmente as concentrações dos micro-organismos no solo e no percolado. Como principais resultados, para ambos os ciclos de cultivo, a aplicação dos biofertilizantes resultou em desenvolvimento das alfaces superior ao controle negativo (T1) e inferior ao adubo químico (T2), com exceção do uso de urina estabilizada, que não apresentou diferença significativa do T1 no primeiro ciclo e do T2 no segundo. O tratamento com estruvita destacou-se no primeiro ciclo, com altura 98% superior ao controle negativo e a urina estocada no segundo ciclo, com altura 123% superior. O maior desempenho da urina no segundo ciclo pode ser atribuído ao maior parcelamento da aplicação, o que possibilitou vantagem em relação aos outros tratamentos devido à elevada precipitação durante o ciclo, visto que as fezes e estruvita foram aplicados somente no início do plantio. Com relação à lixiviação, não foi detectado NH3 e PO4 -3 no lixiviado para os períodos analisados. A concentração de N no solo se manteve baixa em ambos os ciclos e de P e K sofreu aumento após o primeiro ciclo e diminuição após o segundo, possivelmente decorrente da elevada precipitação, que pode ter lixiviado os nutrientes disponíveis no solo. A E. coli demonstrou-se um modelo satisfatório para estudos de contaminação dos lixiviados, apresentando maior concentração e por maior período de tempo, enquanto o MS2 para estudos de contaminação do solo, com concentração similar nas camadas entre 0 e 20cm. A concentração de MS2 no solo decaiu 4 log10 em 88,9 dias, período superior ao tempo de cultivo da alface, enfatizando a necessidade de EPI durante o manuseio dos biofertilizantes e práticas agrícolas. Dessa forma, apesar dos biofertilizantes se mostrarem eficientes para o desenvolvimento da alface, é importante promover barreiras para evitar a contaminação por patógenos in cultivos de hortaliças de ciclo curto.

Abstract: The use of human excreta in agriculture is driven by water scarcity, hydric resources degradation, and a higher food demand due to population growth. This work intended to investigate the agronomic efficiency, environmental contamination, and pathogens behaviour using biofertilizers made from human faeces and urine during the cultivation of lettuce. In this regard, field research using randomized block design, with 6 treatments and 3 blocks, was conducted on the application of four biofertilizers in the soil to grow Lactuca sativa var. Valentina. Treatments employed were negative control (T1), chemical fertilizer (T2), urea-treated faeces (T3), co-composted faeces with organic waste (T4), stored urine (T5), and struvite (T6). Two cultivation cycles of lettuce were implemented, with the evaluation of plant development in both cycles and microbiologic behaviour and nutrients leaching in the first. To evaluate the development, it was measured weekly: plant height and leaf number, and after harvest: height, head diameter, stem diameter, fresh and dry weight of the heads. Nutrients leaching was evaluated by measuring ammoniacal nitrogen (NH3) and orthophosphate (PO4 -3) in the leachate and nitrogen (N), phosphorus (P), and potassium (K) concentration in the soil. To evaluate pathogen contamination, Escherichia coli, Salmonella enterica, Colifago somático (F-X 174) e Fago RNA F-específico (MS2) were inoculated in the biofertilizers and the concentration of the microorganisms in the soil and the leachate were measured fortnightly. As main results, for both cultivation cycles, the use of the biofertilizers presented higher growth than the negative control (T1) and lower than chemical fertilizer (T2), except the stored urine treatment, which did not exhibit a significant difference from T1 in the first cycle and T2 in the second. Struvite treatment stood out in the first cycle, showing a height 98% higher than the negative control and stored urine in the second cycle, with a height 123% higher. The better performance of stored urine in the second cycle may be due to more sectioning of applications, which exhibited an advantage relative to other treatments, because of higher rainfall during the cycle, as the faeces and struvite were applied only at the beginning of the cycle. Concerning leaching, it was not detected NH3 and PO4 -3 in the leachate for the evaluated period. Soil N concentration remained low in both cycles and P and K concentrations were increased after the first cycle and decreased after the second, possibly due to high rainfall, which may have leached available nutrients in the soil. E. coli was a satisfactory model for studies evaluating leachate contamination, exhibiting higher and longer concentration, while MS2 was a suitable model for studies evaluating soil contamination, with a similar concentration in 0 to 20 cm depth. MS2 concentration in the soil decayed 4 log10 in 88.9 days, which is longer than the period of lettuce cultivation. Therefore, it is highlighted the need for PPE throughout biofertilizers manipulation and agricultural practices. Thus, despite the biofertilizers being efficient for lettuce cultivation, it is important to promote barriers to avoid pathogen contamination during short-cycle green crops.