II-081 HIDROPONIA COM ESGOTO TRATADO FORRAGEM HIDROPÔNICA DE MILHO

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VI Simpósio Ítalo Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental

II-081 – HIDROPONIA COM ESGOTO TRATADO – FORRAGEM

HIDROPÔNICA DE MILHO

Cícero Onofre de Andrade Neto(1)

Engenheiro Civil, Mestre em Engenharia Civil com Concentração em Saneamento, Doutorando em Recursos Naturais, Professor da UFRN, Membro do Grupo Coordenador do PROSAB – Programa de Pesquisa em Saneamento Básico (FINEP/CNPq/CAIXA), Membro do Comitê Científico do Programa de Pesquisas do Departamento de Engenharia de Saúde Pública da FUNASA.

Carlindo Pereira de Melo Filho

Zootecnista, Bolsista do PROSAB-RN

Leila Rose Benevides Moura

Engenheira Química, Bolsista do PROSAB-RN

Ricardo José Araújo Miranda

Engenheiro Agrícola, Mestre em Agronomia, Bolsista do PROSAB-RN

Maria Gorete Pereira

Engenheira Civil, Mestre em Engenharia Química, Bolsista do PROSAB-RN

Henio Normando de Souza Melo

Engenheiro Químico, Doutor em Engenharia Ambiental Professor da UFRN, Coordenador do PROSAB/RN

Manuel Lucas Filho

Engenheiro Civil, Doutor em Recursos Hídricos, Professor Adjunto da UFRN.

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RESUMO

No contexto da realidade brasileira, não se pode prescindir da segurança sanitária no tratamento dos esgotos, mas também não se pode desperdiçar a água e os nutrientes que restam nos efluentes tratados.

A produção de forragem hidropônica de milho, para nutrição animal, vem tendo aplicação crescente e boa aceitação dos pecuaristas dos estados do Nordeste e no Mato Grosso.

Esta pesquisa visa adequar o uso de efluentes de filtros anaeróbios à técnica do cultivo hidropônico de forragem em canteiros, que é uma adaptação da tecnologia desenvolvida pela Empresa de Assistência Técnica e Extensão Rural do Rio Grande do Norte.

O sistema piloto consta de quatro canteiros, com contornos limitados por alvenaria de tijolo cerâmico vazado, medindo cada um 5,0 metros de comprimento por 1,0 metro de largura, nivelados cuidadosamente, de forma a não permitir caminhos preferenciais no fluxo, e impermeabilizados (fundo e laterais) com lona plástica de 200 micra, na cor branca.

Os resultados obtidos nos experimentos com a cultura hidropônica de milho mostram que o esgoto tratado em reatores anaeróbios de alta eficiência pode ser utilizado como fonte alternativa de nutrientes em substituição a solução nutritiva usual, sem prejuízo em termos de rendimento, constituindo-se numa solução muito boa para a região do semi-árido nordestino, tanto do ponto de vista ambiental como econômico.

PALAVRAS-CHAVE: Hidroponia com esgoto, Forragem hidropônica, Hidroponia com milho, Uso

alternativo de esgoto.

INTRODUÇÃO

O esgoto sanitário é composto de água (cerca de 99,9%), matéria em suspensão e dissolvida, orgânica e inorgânica, e microrganismos. A água dos esgotos tratados, rica em matéria orgânica e sais nutrientes, pode ser aproveitada para fins produtivos, com retorno financeiro e proteção do meio ambiente.

No contexto da realidade brasileira, não se pode prescindir da segurança sanitária no tratamento dos esgotos, mas também não se pode desperdiçar a água e os nutrientes que restam nos efluentes tratados.

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Uma forma vantajosa de aproveitar os nutrientes e a água dos esgotos sanitários trtados é utilizando-os em atividades produtivas através da irrigação ou hidroponia.

A hidroponia é uma técnica de cultivo bastante difundida em todo o mundo e também utilizada no Brasil. Os aspectos nutricionais são a base para o sucesso dos cultivos hidropônicos, nos quais os minerais são fornecidos em soluções nutritivas adequadas a cada cultura..

Diversas composições de soluções nutritivas têm sido formuladas, em função da cultura e da técnica hidropônica. Os esgotos, ou efluentes tratados, são ricos em macro e micronutrientes e podem, portanto, ser utilizados como substitutos destas soluções.

O uso de efluentes de estações de tratamento de esgotos para cultivos hidropônicos pode propiciar as seguintes vantagens: permite a utilização de todo ou quase todo o efluente, evitando a poluição e contaminação ambiental; pode ser utilizado como forma de remoção de nitrogênio e fósforo, retidos na biomassa vegetal da cultura; em casos de dificuldades de transporte dos esgotos até campos de irrigação, viabiliza a opção de transportar o produto cultivado em pequena área e próximo do ponto de reunião e tratamento dos esgotos. Comparado com o aproveitamento de efluentes para irrigação, permite melhor controle sanitário e maior flexibilidade de localização em pequenas áreas.

A produção de forragem hidropônica, para nutrição animal, vem tendo aplicação crescente e boa aceitação dos pecuaristas do Nordeste e Mato Grosso, devido as seguintes vantagens: o ciclo é curto; independe das condições agroclimáticas; apresenta alta produtividade; dispensa o uso de agrotóxico; dispensa os investimentos para ensilagem, fenação ou armazenamento; além dos custos de instalação e produção serem baixos.

Nosso experimento tem se pautado basicamente na produção de forragem hidropônica de milho (FHM). O milho (Zea mays) integra a família das gramíneas – reino vegetal, divisão anglos permea, classe monocotiledônea e ordem graminales. As plantas forrageiras podem ser classificadas em relação ao período de produção. Dessa forma o milho é uma forrageira estival anual de clima tropical e grande crescimento.

Esta pesquisa visa adequar o uso de efluentes de filtros anaeróbios, como alternativa das soluções nutritivas usuais, à técnica do cultivo hidropônico de forragem em canteiros, que é uma adaptação tecnológica do cultivo hidropônico desenvolvido pela Empresa de Assistência Técnica e Extensão Rural do Rio Grande do Norte (EMATER-RN).

METODOLOGIA

Os experimentos foram conduzidos no campo experimental do PROSAB/RN, localizado na área da Estação de Tratamento de Esgotos do Campus central da Universidade Federal do Rio Grande do Norte, em Natal. Para realizar a pesquisa da “Forragem Hidropônica de Milho”, foram construídos quatro canteiros, de 5 (cinco) metros de comprimento por um metro de largura, com declividade de 4%. Esses canteiros foram forrados com lona plástica de 200 micras para impermeabilização da área.

A Figura 1 mostra um desenho esquemático do sistema piloto e as fotografias das Figuras 2, 3 e 4 mostram a produção da forragem no sistema pesquisado em três momentos distintos.

A irrigação dos canteiros foi feita através de um sistema de bombeamento, de modo que: 3 (três) canteiros foram irrigados com esgoto tratado, em sistema aberto (sem recirculação) e um canteiro foi irrigado com solução nutritiva em sistema fechado, com recirculação. O turno de rega foi variável para esses quatro canteiros e regulado por temporizadores. Não foi utilizado substrato para suporte do milho.

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Figura 1 – Desenho esquemático do sistema piloto.

Decanto Digestor - Câmara 1

Efluente Tratado (Filtros)

Filtro Anaeróbio Descendente - Aparas Eletroduto Flexível

Filtro Anaeróbio Descendente - Tampinhas "Pet" Decanto Digestor - Câmara 2

Filtro Anaeróbio Ascendente

Filtro Anaeróbio Descendente - Brita nº 4 Tanque de Efluente Tratado dos Filtros Descendentes

Filtro Anaeróbio Descendente - Aparas Eletroduto Flexível

LEGENDA

Forragem Hidropônica (Esgoto) Forragem Hidropônica (Sol. Nutritiva) Reservatório de Solução Nutritiva

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Figura 3 – Forragem nos primeiros dias

Figura 4 – Colheita da forragem.

No período de abril a novembro de 2001 foram realizados seis experimentos.

Nas quatro (4) primeiras fases foram semeados dois canteiros, sendo um irrigado com solução nutritiva (tratamento 1) e o outro com esgoto tratado (tratamento 2) com as seguintes características:

Na primeira e segunda fase, a densidade do plantio foi de 3,5 Kg de sementes de milho por metro quadrado.

As variações foram em relação ao turno de rega: 1a_{fase – 18 min irrigando por 12 min de descanso, vazão 8}

l/min; 2a_{fase – 46 s irrigando por 26 min de descanso, vazão 6 l/min.}

Na terceira e quarta fase, permaneceu o mesmo turno de rega e vazão da segunda fase (46 s/ 26 min e 6 l/min). Foi modificada a densidade de plantio (3,0 Kg nestas duas fases) e passou-se a usar sementes selecionadas,

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devido a baixa germinação das sementes utilizadas nas etapas anteriores, sendo então utilizada a variedade BR – 106 – GXI na terceira, e a “Cultivar São José” na quarta fase.

A quinta fase não variou em relação à fase anterior nos parâmetro densidade de sementes, turno de rega e vazão. A semente utilizada foi a “Vencedor AL-25”, e foi plantado ainda o terceiro canteiro (tratamento 3) com turno de rega de seis (6) aplicações de 15min durante o dia, ficando a noite sem irrigação.

Na sexta fase foram plantados os quatro canteiros (quatro tratamentos), sendo um canteiro (tratamento 1) alimentado com solução nutritiva, e os demais com esgoto tratado. A semente selecionada foi a “Cultivar São José”. Os tratamentos 1 e 2 tiveram 14 regas durante o dia e 3 a noite, de 15min cada, e suas vazões foram de 4,90 l/min; nos tratamentos 3 e 4 o turno de rega foi de 1,5min por 28min de descanso, cujas vazões foram de 3,2 l/min.

A forragem hidropônica de milho (FHM) tem um ciclo de 15 dias, do plantio à colheita. Isto se deve ao fato de se fornecer às plantas boas condições para o seu crescimento.

Antes do plantio é feita a hidratação e a pré-germinação, que consiste em deixar as sementes submersas em água potável durante 24 horas. Em seguida coloca-se o milho hidratado para escorrer por 48 horas, em local arejado e escuro (processo de pré-germinação). Dentro deste período de 48 horas, o milho é mergulhado em água potável por aproximadamente 1 minuto. Após as próximas 24 horas as plântulas estão prontas para o plantio, distribuindo-se as mesmas nos canteiros.

Por ocasião da colheita foram avaliados os seguintes parâmetros: altura média das plantas, produção de matéria verde e produtividade (expressa em Kg FHM/Kg de milho e Kg FHM/m²).

RESULTADOS E DISCUSSÕES

As principais características do esgoto sanitário tratado, de interesse para esse trabalho, são apresentadas na Tabela 1. A caracterização do esgoto indica a possibilidade de sua utilização como fornecedor de nutrientes às plantas.

Parâmetro Unidade Concentração

Demanda Química de Oxigênio (DQOt) mg/L 111,58

pH 7,09 Condutividade S/cm 797,75 Nitrogênio Amoniacal (NH4+) mg/L 37,58 Nitrato (NO3-) mg/L 2,64 Fósforo mg/L 2,37 Sódio (Na) mg/L 77,87 Potássio (K) mg/L 19,20 Cálcio (Ca) mg/L 7,51 Magnésio (Mg) mg/L 7,46 Ferro (Fe) mg/L 0,35 Zinco (Zn) mg/L 0,02 Cobre (Cu) mg/L 0,04

Tabela 1: Caracterização do esgoto que alimenta a forragem hidropônica de milho

O efeito do pH sobre o crescimento de plantas cultivadas em solução pode ser direto ou indireto. Quando o pH

está abaixo de 3,0 e acima de 9,0, as concentrações de H+_{e OH}-_{, respectivamente, estão muito altas e afetam o}

crescimento radicular. O efeito direto resulta da ação dos íons H+_{ou OH}-_{sobre as membranas das células das}

raízes. Em pH inferiores a 4,0 a elevada concentração hidrogeniônica afeta a integridade e permeabilidade das membranas, podendo haver perda de nutrientes já absorvidos. O crescimento das raízes é retardado e aumenta a exigência em Ca para um crescimento satisfatório. Em pH elevado, há evidências de que a estrutura e a solubilidade de compostos fenólicos do citosol, vacúolos e especialmente das paredes celulares se alteram. Ocorre perda de compostos fenólicos e de eletrólitos, evidenciando o efeito da concentração elevada de hidroxilas sobre a permeabilidade da membrana. Também neste caso, o Ca exerce efeito protetor e é exigido

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em maiores concentrações. O efeito indireto do pH diz respeito à solubilidade de nutrientes. Em pH superior a 6,5 podem ocorrer precipitações de elementos como cálcio, fósforo, ferro e manganês, que deixam de estar disponíveis às plantas (Martinez, 1999).

A absorção é um processo ativo acoplado ao metabolismo energético da célula, em resposta a uma diferença

de potencial eletroquímico entre os lados interno e externo da membrana, havendo liberação de H+_quando

cátions são absorvidos e de OH-_{quando ânions são absorvidos.}

Se mais cátions que ânions são absorvidos, o pH se reduz; se ocorre o contrário, o pH sobe. Quando o N é

fornecido como NO3-, o pH da solução sobe, e se usa certa quantidade de NH4+, o pH fica mais estável. Dessa

forma, a maior concentração de amônia contribui para reduzir o pH. Para a cultura do milho um pH entre 5,5 e 7,0 é adequado.

Um outro parâmetro importante é a condutividade elétrica, que é diretamente proporcional à quantidade de sais que uma solução contém. Os níveis ideais dependem da cultura instalada. De acordo com Doorenbos & Kassam (1994) a cultura do milho é moderadamente sensível a salinidade. A diminuição de rendimento como conseqüência do aumento da salinidade do solo é 0, 10, 25, 50 e 100%, respectivamente para condutividades elétricas de 1,7; 2,5; 3,8; 5,9 e 10dS/m.

Em esgotos domésticos típicos o fósforo predomina na forma de ortofosfatos (HPO4 –2) e são diretamente

disponíveis para o metabolismo das plantas, sem necessidade de conversões a formas mais simples.

O nitrogênio situa-se entre os nutrientes mais importantes no crescimento e desenvolvimento de vegetais, sendo ainda necessário em maior proporção em comparação com os demais. O nitrogênio que provém dos dejetos e da massa microbiana dos esgotos, geralmente é um dos constituintes de maior valor das águas residuárias, sendo totalmente disponíveis para as plantas nas formas de nitrato e nitrogênio amoniacal. Na tabela 2 apresentamos os resultados dos quatro primeiros experimentos, nos quais o canteiro 1 foi irrigado com solução nutritiva (Tratamento 1), e canteiro 2 foi irrigado com esgoto tratado (Tratamento 2).

FASE I FASE II FASE III FASE IV

Sementes não selecionadas Sementes não selecionadas Variedade BR - 106 Variedade “ São José” PARÂMETROS T1 T2 T1 T2 T1 T2 T1 T2 Altura de Plantas (cm) 11,1 23,5 12,9 17,6 32,7 33,7 23,4 26,9 Produção Matéria Verde(MV) (Kg) 35,0 37,5 12,1 19,6 52,1 55,0 40,4 39,6 Produtividade (Kg FVH/m2₎ 7,0 7,5 2,4 3,9 10,4 11,0 8,1 7,9 Produtividade Kg MV/KgSemente 2,0 2,1 0,7 1,1 3,5 3,7 2,7 2,6

Tabela 2. Resultados médios da forragem hidropônica de milho.

Nos dois primeiros experimentos foram utilizadas sementes não selecionadas, sendo o índice de germinação muito baixo, prejudicando a avaliação da produtividade. Nos outros experimentos, ao utilizar-se sementes selecionadas, obteve-se bons índices de germinação.

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Segundo dados do EMATER-RN, a produtividade de forragem hidropônica está em torno de 25 a 30 quilos, com utilização de substrato, não havendo referência pra o cultivo sem substrato. Valores dessa grandeza só foram obtidos no 6º experimento, quando se utilizou semente da variedade cultivar “São José” que apresentou elevado índice de germinação (quase 95%).

FASE V FASE VI

Variedade “Vencedor AL-25"

Variedade “Cultivar São José” PARÂMETROS T1 T2 T3 T1 T2 T3 T4 Altura de Plantas (cm) 28,4 32,9 26,0 52,7 55,5 41,7 51,0 Produção Matéria Verde(MV) (Kg) 37,2 16,7 30,0 110,1 112,8 84,2 100,4 Produtividade (Kg FVH/m2₎ 7,4 3,3 6,0 22,0 22,7 16,8 20,1 Produtividade KgMV/KgSemente 2,5 1,1 2,0 7,3 7,5 5,6 6,7

Tabela 3. Resultados médios da forragem hidropônica de milho.

Uma análise comparativa dos dados de produção dos canteiros irrigados com o esgoto tratado e com a solução nutritiva, em cada experimento, considerando todas as seis fases, mostra, de forma geral, que a produtividade nos canteiros com esgoto tratado foi semelhante a produtividade do canteiro irrigado com solução nutritiva comercial.

CONCLUSÕES

É viável produzir forragem verde hidropônica de milho utilizando efluentes de filtros anaeróbios como alternativa a solução nutritiva usualmente aplicada na produção dessa forragem.

Após as dificuldades dos primeiros experimentos, logrou-se uma produtividade boa (≅20 KgFVH/m2_;_≅7

KgFVH/Kg de semente) para o cultivo sem substrato, que certamente ainda pode ser melhorada em função da otimização do manejo.

A produtividade depende muito da qualidade das sementes utilizadas no plantio, que devem ter uma boa germinação (maior que 80%).

A produção nos canteiros irrigados com esgoto tratado foi, de forma geral, semelhante a do canteiro irrigado com a solução nutritiva comercial, em todas as fases da pesquisa, demonstrando, comparativamente, que o esgoto tratado pode ser utilizado como alternativa de solução nutritiva sem perda significativa de produtividade.

Os resultados obtidos nos experimentos com a cultura hidropônica de milho mostram que o esgoto tratado em reatores anaeróbios de alta eficiência pode ser utilizado como fonte alternativa de nutrientes em substituição a solução nutritiva usual, sem prejuízo em termos de rendimento, constituindo-se numa solução muito boa para a região do semi-árido nordestino, tanto do ponto de vista ambiental como econômico.

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REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

1. DOORENBOS, J. & KASSAM, A.H. Efeito da água no rendimento das culturas. Tradução de GHEYI, H.R. SOUZA, A.A.de; DAMASCENO, F.A.V. & MEDEIROS, J.F.de. Campina Grande, UFPB, 1994. 2. EMATER-RN. Forragem hidropônica de milho - Uma alternativa bem sucedida. Informe do Instituto de

Assistência Técnica e Extensão Rural do Rio Grande do Norte, 2001.

3. MARTINEZ, H.E.P. O uso do cultivo hidropônico de plantas em pesquisa. 2a_{ed. – Viçosa: UFV, 1999.}

4. NOTARO, I.A. & FURTADO, D.A. Produção de forragem hidropônica de milho. Curso sobre produção de forragem hidropônica. UFPB/CCT/DEAg. Agosto, 1999.

5. OLIVEIRA, A.C.L.; PEREIRA NETO, A.; SOUZA, A.C.R. Alternativas para o desenvolvimento sustentável do agente produtivo. Banco do Nordeste do Brasil S/A. Fortaleza/Ce. 15p, Dezembro. 1998. 6. TEIXEIRA, N.T. Hidroponia: uma alternativa para pequenas áreas. Guaíba: Agropecuária. 86p (1996).