Alvarenga, Paula1,2*, Palma, Patrícia1,3, Mourinha, Clarisse1, Farto, Márcia1, Dôres, José1, Patanita, Manuel1,4, Cunha-Queda, Cristina2,Natal-da-Luz, Tiago5, Sousa, José Paulo5
1Departamento de Tecnologias e Ciências Aplicadas, Escola Superior Agrária, Instituto Politécnico de Beja, *paula.alvarenga@ipbeja.pt 2LEAF – Centro de Investigação em Agronomia, Alimentos, Ambiente e Paisagem, Instituto Superior de Agronomia, Univ. de Lisboa 3CIMA - Centro de Investigação Marinha e Ambiental, Edif. 7, Piso 1, Universidade do Algarve, Campus Universitário de Gambelas, Faro
4GeoBioTec, FCT Universidade NOVA de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal 5CFE – Centro de Ecologia Funcional, Departamento de Ciências da Vida, Universidade de Coimbra, Portugal
Resumo
Foi utilizado um ensaio de campo para avaliação dos benefícios e potenciais riscos do uso de lamas residuais urbanas (SS), de um composto de resíduos sólidos urbanos e de um composto de resíduos agrícolas, num Ver- tissolo cultivado com azevém anual (Lolium multiflorum Lam.), em dois anos sucessivos de aplicação de 0, 6, 12 e 24 ton matéria seca de SS /ha. Os níveis de aplicação dos compostos foram calculados de modo a veicular a mesma quantidade de matéria orgânica (MO) por unidade de área. A aplicação dos correctivos permitiu a melho- ria da fertilidade do solo e da produtividade vegetal. O teor em metais no solo não aumentou significativamente relativamente ao controlo, excepto no caso do Cu e Zn, nas doses mais elevadas de aplicação de ambos os compostos, e os teores foliares de metais foram muito inferiores às concentrações máximas toleradas em ali- mentos para consumo animal, utilizados como indicador de risco para a cadeia alimentar humana. Apesar disso, os teores foliares de Cu e Zn aumentaram significativamente por aplicação da SS. Porém, como os factores de transferência dos metais para a planta foram muito baixos, podemos concluir que existe um risco muito reduzido de entrada desses metais na cadeia alimentar humana.
Palavras-chave: resíduos orgânicos, correcção do solo, lamas residuais urbanas, composto, metais pesados. Abstract
A field experiment was assembled to evaluate the benefits and potential risks of using sewage sludge (SS), a mixed municipal solid waste compost, and a compost produced from agricultural wastes, in a Vertisoil, cultivated with annual ryegrass (Lolium multiflorum Lam.), in two successive years of application of 0, 6, 12 and 24 ton SS dry matter/ha. The composts application rates were calculated to apply the same amount of organic matter (OM) per unit area. The soil amendment with the organic wastes allowed the improvement of soil fertility and plant productivity. The metal content in the soil was not significantly increased relative to the control, except for Cu and Zn at the higher application rate of both composts, and the plant above-ground metal contents were much lower than the maximum level allowed for animal feed consumption, used as an indicator of risk for the human food chain. Nevertheless, plant above-ground Cu and Zn concentrations increased significantly by the application of SS. However, as the metal transfer factors for the plant were very low, we can conclude that there is a very low risk of entry of these metals into the human food chain.
158 Introdução
A Directiva Quadro 2008/98/CE [1], do Par- lamento Europeu, introduziu uma mudança paradigmática na gestão de resíduos: pre- tende-se que a sua gestão considere a pos- sibilidade de dar continuidade ao ciclo de vida dos materiais, numa perspectiva de economia circular. É neste contexto que surge a valorização agrícola de resíduos orgânicos, alternativa à sua deposição em aterro, e que permite: (i) contribuir para o sequestro de C, aumentando o seu teor no solo; (ii) reciclar nutrientes importantes (e.g. N, P, K); (iii) promover a formação de agre- gados estáveis no solo; e (iv) promover o aumento da capacidade de retenção de água, o arejamento do solo e a sua capaci- dade de troca catiónica (CTC). Esta prática é bastante importante em Portugal, como em outros Países da Bacia do Mediterrâ- neo, onde os solos têm um baixo teor de matéria orgânica (<10 g kg-1 em alguns lo-
cais), sendo muito susceptíveis a processos erosivos [2]. Porém, esta prática pode levar à acumulação de poluentes no solo (e.g. metais pesados), os quais podem ser trans- feridos para as águas e para a cadeia ali- mentar humana, sendo um potencial risco para a saúde pública.
Neste contexto, o principal objectivo deste estudo foi avaliar os benefícios e potenciais riscos associados ao uso de diferentes resí- duos orgânicos num Vertissolo, cultivado com azevém anual (Lolium multiflorum Lam.), em dois anos sucessivos de aplica- ção.
Material e métodos
Foram seleccionados três tipos de resíduos orgânicos: uma lama residual urbana (SS), um composto proveniente do tratamento mecânico e biológico de resíduos sólidos urbanos de recolha indiferenciada (MMSWC), e um composto de resíduos agrícolas provenientes da compostagem de resíduos de limpeza de olival e de estrume ovino (AWC). Foi efectuada a caracteriza- ção dos materiais de acordo com o definido no Dec.-Lei n.º 276/2009, de 2 de Outubro [3], para lamas residuais, e de acordo com o Dec.-Lei nº 103/2015, de 15 de Junho [4], para compostos (Quadro 1). Todos os mate-
riais possuem um teor em MO e em nutrien- tes que lhes confere interesse fertilizante. O teor em contaminantes orgânicos dos três resíduos (LAS - alquilo benzenossulfonatos lineares; NPE - nonilfenóis e nonilfenóis etoxilados; PAH - hidrocarbonetos policícli- cos aromáticos; PCB - compostos bifenilos policlorados; PCDD/F - policlorodibenzo- dioxinas e furanos), estão abaixo dos valo- res-limite estabelecidos por lei. Porém, a lama residual utilizada não está convenien- temente higienizada, contendo um teor em microrganismos patogénicos (Escherichia
coli e Salmonella spp) acima do exigido por lei [3].
Quadro 1 – Características dos resíduos orgânicos (valor
médio, n=3). Todos os resultados, excepto os microrga- nismos patogénicos, reportam à matéria seca. Adaptado de Alvarenga et al. [5]. SS MMSWC AWC pH 7,12 8,69 8,18 CE (mS cm-1) 4,61 5,12 5,54 MO (g kg-1) 790 326 343 NKjeldahl (g kg-1) 74 16 18 C/N 5,4 9,9 9,8 Ptotal (g P2O5 kg-1) 63 31 32 Ktotal (g K2O kg-1) 9,8 19,6 18,9 Na (g kg-1) 2,6 7,9 7,7 Ca (g kg-1) 39,0 82,1 77,2 Mg (g kg-1) 5,3 15,7 16,8
Escherichia coli (CFU/g) 4,3×104 < 1×10 < 1×10
Salmonella spp
Presente Ausente Ausente (Presente/Ausente/50g) LAS (mg kg-1) 12 8 6 NPE (mg kg-1) <QL <QL <QL PCB (mg kg-1) <QL 0,532 <QL PAH (mg kg-1) 2,23 <QL <QL PCDD/F (ng TE kg-1) 4,7 16,0 5,0 Cd (mg kg-1) 2,19 4,40 19,94 Cr (mg kg-1) <5,6 22,1 24,2 Cu (mg kg-1) 164,1 176,1 184,6 Hg (mg kg-1) <1,2 0,63 <0,28 Ni (mg kg-1) 17,34 24,49 28,6 Pb (mg kg-1) <5,6 164,2 176.2 Zn (mg kg-1) 591,7 426,5 393,7
Por outro lado, os compostos possuem problemas relativamente ao seu teor em metais pesados (Quadro 1), possuindo restrições à sua aplicação em solos agrí- colas: o composto MMSWC só pode ser classificado como de Classe IIA, devido ao seu teor em Cd e Pb, enquanto o com- posto AWC possui um teor em Ni acima do legislado para todas as classes de composto [4].
Foi montado um ensaio de campo com quatro níveis de aplicação de SS: 0, 6, 12 e 24 ton MS ha-1, e um controlo (sem apli-
cação de correctivo e sem planta), quatro réplicas, blocos causalizados. Os níveis de aplicação dos compostos (MMSWC e AWC) foram calculados para que veicu- lassem a mesma quantidade de matéria orgânica (MO) por unidade de área que a veiculada pelas SS. Todos os talhões fo- ram cultivados com azevém anual (Lolium
multiflorum Lam.), excepto no controlo,
uma semana após aplicação do correcti- vo. As plantas e solos foram amostrados cinco meses após a sementeira (Abril 2014), tendo o ensaio sido repetido no ano seguinte (colheita em Abril de 2015). O efeito da aplicação dos correctivos or- gânicos na cultura foram avaliados deter- minando o teor em clorofila (SPAD meter), a área foliar, a biomassa fresca e seca, os teores foliares em macro (N, P, K) e mi- cronutrientes (Ca e Mg), e os teores em metais (Cd, Cr, Cu, Ni, Pb e Zn).
Foi efectuada a caracterização físico- química do solo relativamente aos parâ- metros que permitem avaliar o seu estado nutricional (pHH2O, CE, MO, NKjeldahl, P e K
extraíveis, e CTC), e aos teores em me- tais totais (digestão com água régia; Cd, Cr, Cu, Ni, Pb and Zn) e biodisponíveis (efectivamente biodisponíveis, por extrac- ção com CaCl2 0,01 M, e potencialmente
biodisponíveis, por extracção com NH4CH3COO 0,5 M, CH3COOH 0,5 M e
EDTA 0,02 M, pH 4,7).
Resultados e discussão
No primeiro ano de estudo, a aplicação de SS promoveu um efeito benéfico nos pa- râmetros de produtividade vegetal (clorofi- la, área foliar, biomassa e teor em N) e nas propriedades do solo (teor em MO,
NKjeldahl e em P assimilável), mais notório
do que o observado por aplicação de am- bos os compostos. A principal razão deve- se ao teor mais elevado em NKjeldahl nas
lamas do que nos compostos (mais do que 3x superior), o que promove um efeito mais imediato nestas propriedades da planta e do solo.
Porém, quando se observam os mesmos
resultados após o segundo ano de aplica- ção dos mesmos materiais, verifica-se que, apesar dos efeitos benéficos na plan- ta continuarem a ser superiores por apli- cação da lama residual do que por aplica- ção dos compostos (Figura 1 e 2), o mesmo já não se pode dizer relativamente aos parâmetros de avaliação da fertilidade do solo: os teores em MO e NKjeldahl, (Figu-
ra 3 e 4), são equiparados, por aplicação das lamas residuais ou de qualquer um dos compostos, e os teores de P e K ex- traíveis são, inclusive, superiores nos ta- lhões onde foram aplicados os compostos.
Figura 1 – Efeito dos diferentes tratamentos na bi-
omassa vegetal seca (média±SD, n=4).
Figura 2 – Efeito dos diferentes tratamentos na área fo-
liar (média±SD, n=4). SS2: lama residual urbana; MMSWC: composto de resíduos urbanos de recolha in- diferenciada; AWC: composto de resíduos agrícolas.
O impacto no pH do solo não foi muito marcado, tendo-se verificado uma ligeira redução por aplicação da SS, mais ácida que os compostos. Relativamente à sali- nidade do solo, embora o seu aumento no 1º ano de ensaio tenha sido mais marcado por aplicação dos compostos (resultados não apresentados), verificou-se um efeito contrário no 2º ano, com um aumento mais acentuado por aplicação da SS, de- vido à sua mineralização ao longo desses dois anos de aplicação.
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De uma maneira geral, as la-mas / compos- tos não contribuíram para um aumento significativo do teor em metais totais no so- lo, em ambos os anos do en-saio, excepto no caso do Cu e Zn, nas do-ses mais ele- vadas de aplicação de ambos os compostos (24 ton ha-1).
Figura 3 – Efeito dos diferentes tratamentos na % de
MO do solo (média±SD, n=4).
Os resultados dos teores foliares de metais foram muito inferiores às concentrações máximas toleradas em alimentos para con- sumo animal [6], utilizadas como indicador de risco para a cadeia alimentar humana. Apesar disso, os teores foliares de Cu e Zn aumentaram significativamente por aplica- ção da SS.
Figura 4 – Efeito dos diferentes tratamentos no teor
em N Kjeldahl no solo (média±SD, n=4). SS2: lama residual urbana; MMSWC: composto de resíduos ur- banos de recolha indiferenciada; AWC: composto de resíduos agrícolas.
Os factores de acumulação para os metais na planta (FA; FA=Concentração do metal na planta/Concentração do metal no solo), resultaram geralmente baixos: FA para o Cu e Ni <<1, evidenciando o risco reduzido da
sua transferência para a cadeia alimentar humana. Porém, o Zn, com um FA ≈ 1, indi- ca um risco potencial de transferência ao longo da cadeia trófica, se a sua concentra- ção no solo aumentar muito como resultado da aplicação continuada dos resíduos ao solo.
Conclusões
Em face dos resultados, podemos concluir que existe um risco muito reduzido de en- trada destes metais na cadeia alimentar humana. Os benefícios para o estado nutri- cional do solo e para os parâmetros de pro- dutividade da cultura foram consideráveis, pelo que se recomenda a valorização agrí- cola deste tipo de resíduos orgânicos. Porém, as lamas residuais devem ser sujei- tas a estabilização biológica, química ou térmica, de modo a reduzir a sua fermenta- bilidade e riscos para o ambiente e para a saúde humana decorrentes da sua aplica- ção ao solo agrícola.
Agradecimentos
À Fundação para a Ciência e Tecnologia (FCT), pelo financiamento através do Pro- jecto PTDC/AAC-AMB/119273/2010, co- financiado pelo FEDER.
Referências bibliográficas
[1] Directiva Quadro 2008/98/CE do Parlamento Europeu e do Conselho, de 19 de Novembro de 2008, relativa aos resíduos. Jornal Oficial da União Europeia, L 312/3. [2] JRC. 200. Soil Atlas of Europe. Acedido em:
http://eusoils.jrc.ec.europa.eu/projects/soil_atlas/index.ht ml a
[3] Decreto-Lei nrº. 276/2009, de 2 de Outubro. Diário da República, 1ª Série, N.º 192-2.
[4] Decreto-Lei nº 103/2015, de 15 de Junho. Diário da Repú- blica, 1.ª série, N.º 114
[5] Alvarenga, P., Mourinha, C., Farto, M., Santos, T., Palma, P., Sengo, J., Morais, M.-C., Cunha-Queda, C. 2015. Sewage sludge, compost and other representative or- ganic wastes as agricultural soil amendments: Benefits versus limiting factors. Waste Management.40, 44-52. [6] National Research Council 2005. Mineral Tolerance of
Animals. 2nd revised Ed. Washington (DC), National Ac-