Redução de matéria orgânica com aplicação de Bacillus subtilis e B. licheniformis em sedimentos provenientes de viveiro de policultivo de Litopenaeus vannamei com Oreochromis niloticus

Abstract

O cultivo de peixes e camarões em viveiros escavados apresenta acúmulo de matéria orgânica no sedimento quando não corretamente manejado. Esta matéria orgânica, proveniente do arraçoamento, fezes, animais mortos, decomposição da vegetação e da produtividade primária, acarretam alterações nos parâmetros físico-químicos e biológicos da água e/ou sedimento de forma prejudicial à produção de organismos aquáticos e ao meio ambiente. A remoção mecânica desse sedimento rico em matéria orgânica representa custos significativos à produção, além de gerar a necessidade de destinação adequada deste resíduo sólido. Portanto, este estudo teve como objetivo avaliar os efeitos do biorremediador Bacillus subtilis e B. licheniformis (BioPlus® PS) para solo de viveiro de policultivo de camarões-do-pacífico Litopenaus vannamei e tilápia-do-nilo Oreochromis niloticus, em escala laboratorial por meio de abordagem integrada de análises físico-químicas, metagenômica e cromatografia circular de Pfeiffer. Para tal, coletou-se o solo em uma fazenda de policultivo de camarão e tilápia após a despesca e transportou-se até o laboratório. Posteriormente, este solo foi distribuído em caixas plásticas de 1 L em triplicata para avaliação das seguintes taxas de aplicação do biorremediador, BioPlus® PS: 0 g ha-1 (Controle), 150 g ha-1, 300 g ha-1, 1000 g ha-1 e 2.000 g ha-1. O experimento teve duração de 15 dias, durante os quais as amostras permaneceram sem manipulação, exceto na coleta de amostras para análise. Após o período de ensaio, observou-se que com exceção da taxa mais alta, a acidez do solo medida pela acidez potencial diminuiu significativamente nos solos tratados com o biorremediaor (p <0,05), possivelmente como resultado de níveis reduzidos de matéria orgânica, já que esta também diminuiu significativamente após a aplicação do biorremediador em comparação ao controle (p <0,05). A análise metagenômica, por sua vez, mostrou que a riqueza da amostra medida pelo estimador Chao1 que calcula o total de diversidade de espécies e o estimador baseado em cobertura de abundância (ACE do inglês ?abundance coverage-based estimators?) aumentaram com o aumento da taxa de aplicação do biorremediador, com exceção do grupo de 1000 g ha-1, possivelmente devido à menor cobertura da comunidade bacteriana alcançada. As outras medidas de a-diversidade, Shannon e Simpson, também aumentaram com o aumento da taxa de aplicação do BioPlus® PS até o grupo de 2.000 g ha-1, que foi menor em comparação ao grupo o controle. Ao nível das espécies, ao considerar as abundâncias do grupo B. subtillis e Vibrios spp. em relação uns aos outros, observou-se que o primeiro aumentou com o aumento das doses do biorremediador, enquanto o último diminuiu, principalmente devido à diminuição da abundância de V. parahaemolyticus. A partir da análise de formação de imagens de Pfeiffer foi possível distinguir as duas amostras que receberam doses maiores das demais, nas quais se observaram características associadas a solos de melhor qualidade e maior atividade enzimática. Portanto os resultados sugerem que a aplicação das bactérias B. subtilis e B. licheniformis (BioPlus® PS) em solos de viveiros de camarões tem potencial de biorremediação e pode modular positivamente o microbioma do solo.

Abstract: The cultivation of fish and shrimp in excavated ponds shows accumulation of organic matter in the sediment when not properly managed. This organic matter, from feeding, faeces, dead animals, decomposition of vegetation and primary productivity, cause changes in the physical-chemical and biological parameters of water and/or sediment, which are harmful to the production of aquatic organisms and to the environment. The mechanical removal of this sediment rich in organic matter represents significant costs to production, in addition to generating the need for proper disposal of this solid waste. Therefore, this study aimed to evaluate the effects of the bioremediator Bacillus subtilis and B. licheniformis (BioPlus® PS) for soil from a polyculture nursery of Litopenaus vannamei shrimp and Nile tilapia Oreochromis niloticus, at a laboratory scale through an integrated approach of physicochemical analyses, metagenomics and circular Pfeiffer chromatography. For this purpose, the soil was collected in a shrimp and tilapia polyculture farm after harvesting and transported to the laboratory. Subsequently, this soil was distributed in triplicate in 1 L plastic boxes for evaluation of the following bioremediator application rates, BioPlus® PS: 0 g ha-1 (Control), 150 g ha-1, 300 g ha-1, 1000 g ha-1 e 2.000 g ha-1. The experiment lasted 15 days, during which the samples remained unhandled, except for the collection of samples for analysis. After the test period, it was observed that with the exception of the highest rate, soil acidity as measured by potential acidity significantly decreased in soils treated with the bioremediator (p < 0.05), possibly as a result of reduced levels of organic matter, as this also significantly decreased after the application of the bioremediator compared to the control (p < 0.05). The metagenomic analysis, in turn, showed that the sample richness measured by the Chao1 estimator that calculates the total species diversity and the abundance coverage-based estimator (ACE) increased with the increase of the bioremediator application rate, with the exception of the 1000 g ha-1 group, possibly due to the lower coverage of the bacterial community achieved. The other a-diversity measures, Shannon and Simpson, also increased with increasing BioPlus® OS application rate up to the 2000 g ha-1 group, which was lower compared to the control group. At the species level, when considering the abundances of the B. subtillis and vibrios spp. in relation to each other, it was observed that the former increased with increasing doses of the bioremediator, while the latter decreased, mainly due to the decrease in the abundance of V. parahaemolyticus. From the Pfeiffer image formation analysis, it was possible to distinguish the two samples that received higher doses from the others, in which characteristics associated with better quality soils and higher enzymatic activity were observed. Therefore, the results suggest that the application of bacteria B. subtilis and B. licheniformis (BioPlus® PS) in shrimp pond soils has bioremediation potential and can positively modulate the soil microbiome.