UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS
Faculdade de Engenharia Agrícola
ALINE AZEVÊDO NAZARIO
ATRIBUTOS DO SOLO E PRODUTIVIDADE DA CANA-DE-AÇÚCAR IRRIGADA COM EFLUENTE DO ESGOTO DOMÉSTICO TRATADO
CAMPINAS – SP
2016
ALINE AZEVÊDO NAZARIO
ATRIBUTOS DO SOLO E PRODUTIVIDADE DA CANA-DE-AÇÚCAR IRRIGADA COM EFLUENTE DO ESGOTO DOMÉSTICO TRATADO
Orientador: Prof. Dr. EDSON EIJI MATSURA
ESTE EXEMPLAR CORRESPONDE A VERSÃO FINAL TESE DEDENDIDA PELA ALUNA
ALINE AZEVEDO NAZÁRIO E ORIENTADA PELO Prof. Dr. EDSON EIJI MATSURA
CAMPINAS
2016
“Tese apresentada à Faculdade de Engenharia Agrícola da Universidade Estadual de Campinas como parte dos requisitos exigidos para obtenção do título de Doutora em Engenharia Agrícola, na área de concentração Água e Solo”.
À minha mãe Alexandrina Nazário Azevedo. À minha sobrinha e afilhada Letícia Nazário Emerick.
AGRADECIMENTOS
A Deus, por abençoar e iluminar meus caminhos e escolhas.
Aos meus pais, Alexandrina Nazário e Pedro Azevedo, minha irmã Elaine, meu cunhado Nemrod e minha sobrinha Letícia, por compreender toda minha ausência e que sempre estiverem ao meu lado mesmo quando eu estava distante.
Ao Prof. Dr. Edson E. Matsura, pela amizade, ensinamentos, orientação, aprendizado, paciência, compreensão e confiança em mim depositados.
Aos membros da banca examinadora Dr. Regina Pires, Dr. Cristiano Andrade, Dr. Rubens Coelho e Dr. Zigomar Souza pelas observações e contribuições para a conclusão deste trabalho.
Aos amigos da pós-graduação que diretamente contribuíram para realização desta obra: Ivo Zution Gonçalves, Eduardo Barbosa, Leonardo Nazário, Daniel Feitosa e Natalia Tuta.
Aos demais amigos do grupo “TEIMA - Tecnologia de Irrigação e Meio Ambiente” que estiveram presentes ao longo destes anos: Rafael Mora, Diogo Lima, Guilherme Araújo, David Ramin, Fernando Rodrigues, Nádia Ribeiro, Leandro Barros, Rafael Leme, Tomaz Penteado, Bruno Lima, Leonardo Vieira, Gustavo Rocha.... Obrigada pelo apoio, otimismo, conversas e alegria compartilhados.
As amizades conquistadas nestes anos em Campinas: Larissa Couto, Lucas Almeida, Michender, Gilberto Fioravante, Natalia Fortuna, Eduardo Moreira, Fábio Ponciano, Leandro Barbosa, João Rossi, Maycon Ribeiro, Guilherme Castioni, Allan Charlles... Obrigada pelos momentos de alegria e apoio.
Ao prof. Dr. Roberto Testezlaf pelas conversas e amizade.
Aos amigos Tatiane Paulino e Lucas Pilon pelos anos de amizade, onde não importa a distância, mas sempre estivemos e estaremos juntos.
Aos amigos do IAC (Instituto Agronômico de Campinas) pelo auxílio e colaboração: Dr. Regina Pires, André, Augusto e Glaucia.
Ao Programa de Pós-Graduação da FEAGRI/UNICAMP, pelo acolhimento, oportunidade em desenvolver este trabalho.
Aos laboratoristas Célia, Giovani, Júnior, Sérgio e Túlio, que sempre contribuíram com seus conhecimentos técnico-científicos para o desenvolvimento desta obra.
Aos funcionários do campo experimental (Carlão, Sr. Freire, Jamilson, João e Pequeno) e da oficina mecânica (Devis, José Maria e Luís), pelo apoio.
Ao CNPq (Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico) - pela concessão da bolsa de estudos, FAPESP pelo financiamento do projeto de pesquisa (Processo nº 2011/07301-0) e ao CNPq/Universal pelo financiamento do projeto de pesquisa (Processo nº 475637/2013-5).
À Usina Ester pela realização das análises tecnológicas da cana-de-açúcar.
Agradeço a todos que direta ou indiretamente compartilharam deste trabalho e aos que de alguma forma colaboraram em minha formação ao longo da Vida.
EPÍGRAFE
Ando devagar porque já tive pressa E levo esse sorriso porque já chorei demais...
Hoje me sinto mais forte Mais feliz quem sabe?
Eu só levo a certeza do que muito pouco sei... Ou nada sei...
Conhecer as manhãs e as manhãs... O sabor das massas e das maçãs... É preciso amor pra poder pulsar... É preciso paz pra poder sorrir...
É preciso a chuva para florir... Penso que cumprir a vida seja simplesmente Compreender a marcha e ir tocando em frente...
Como um velho boiadeiro levando a boiada Eu vou tocando os dias pela longa estrada
Eu vou...estrada eu sou... Conhecer as manhãs e as manhãs...
O sabor das massas e das maçãs... É preciso amor pra poder pulsar... É preciso paz pra poder sorrir...
É preciso a chuva para florir...
Todo o mundo ama um dia... todo o mundo chora.. Um dia agente chega.... o outro vai embora..
Cada um de nós compõe a sua história..
E cada ser em si carrega o dom de ser capaz de ser feliz.... Conhecer as manhas e as manhãs...
O sabor das massas e das maçãs... É preciso amor pra poder pulsar... É preciso paz pra poder sorrir...
É preciso a chuva para florir... Ando devagar porque já tive pressa E levo esse sorriso porque já chorei demais...
Cada um de nós compõe a sua história...
E cada ser em si carrega o dom de ser capaz...de ser feliz...
RESUMO
Em todo o mundo, há uma crescente competição pelo uso da água entre os mais diversos setores da sociedade. Dessa forma, surge a necessidade da busca por fontes hídricas alternativas para fins agrícolas, portanto, a irrigação com efluentes de estação de tratamento de esgoto é altamente atrativa, pois além possibilitar a liberação de recursos hídricos de melhor qualidade para outras atividades humanas, serve como uma forma de tratamento complementar do efluente, fornecendo água e nutrientes essenciais aos cultivos agrícolas. O objetivo desta pesquisa foi avaliar a produtividade, parâmetros tecnológicos, emissão de CO2, os atributos químicos da solução e microbiológicos de um LATOSSOLO VERMELHO Distroférrico da região de Campinas – SP na cultura da cana-de-açúcar (variedade RB86-7515) em condições não irrigada, e irrigada via gotejamento subsuperficial funcionando em diferentes profundidades, com água de reservatório superficial e esgoto doméstico tratado, com fertirrigação. Para obtenção das respostas aos tratamentos foi montado um experimento em delineamento com blocos casualizados (DBC) com 5 tratamentos e 5 repetições. Os tratamentos estão distribuídos de acordo com o tipo de água a ser utilizada na irrigação (água de reservatório superficial (ARS) ou de esgoto doméstico tratado (EDT)), e a profundidade de instalação do sistema de irrigação subsuperficial (0,2 ou 0,4 m de profundidade), dispostos da seguinte maneira: SI = cultivo não irrigado; E20 = EDT + prof. 0,2 m; E40 = EDT + prof. 0,4 m; A20 = Água + prof. 0,2 m, e A40 = Água + prof. 0,4 m. Foi avaliado a produção e qualidade da matéria prima, emissão de CO2 e balanço de carbono, atributos da solução do solo e microbiológicos do solo. Os tratamentos irrigados apresentaram maior produtividade nas três socas, assim como os melhores índices tecnológicos da matéria prima, ressaltando que tanto a produção quanto a qualidade da cana-de-açúcar para todos os tratamentos foram acima da média se comparadas ao padrão Consecana. A análise de componentes principais selecionou as variáveis Ca2+, Mg2+, NO3-, K+ e C.E como indicadores da solução do solo para monitorar áreas irrigadas com qualidade de água similar a do experimento. A emissão de CO2 não foi influenciada pelos tratamentos. Os parâmetros microbiológicos do solo apresentaram maiores médias em função da irrigação, e o aporte de carbono foi maior para os tratamentos irrigados com esgoto doméstico tratado. Portanto, o uso do efluente de esgoto doméstico tratado mostrou-se uma alternativa para a produção da cana-de-açúcar sem causar nenhum efeito negativo ao solo, a produtividade da cultura e a emissão de CO2 para atmosfera.
PALAVRAS-CHAVE: Reúso; solução do solo; microbiologia do solo; emissão CO2;
ABSTRACT
There is a growing competition for water among the various sectors of society all around the world. Therefore arises the needing of researches for promoting an alternative water sources for agricultural purposes. In this way, irrigation of plants with treated sewage is highly attractive because it allows the release of water of better quality for other human activities and it also works as a way to supplement the effluent treatment, while is provided water and nutrients to crops. In this sense, the aim of this study was to evaluate the productivity, technological parameters, CO2 emissions, chemical and microbiological attributes of the solution of Rhodic Hapludox on the region of Campinas - SP in the culture of sugarcane (variety RB86-7515) in non-irrigated and irrigated conditions via subsurface drip running in different depths with surface water reservoir and treated domestic wastewater with fertigation. The experiment was conducted on randomized block design (RBD) with 5 treatments and 5 repetitions. Treatments were distributed according to the source of water which would be used on irrigation (surface water reservoir (SWR) or treated domestic sewage (TDS)) and the depth of installation of the subsurface irrigation system (0.2 or 0 4 m deep). They were arranged as follows: SI = not irrigated; E20 = TDS + prof. 0.2 m; E40 = TDS + prof. 0.4 m; A20 = SWR + prof. 0.2 m, and A40 = SWR + prof. 0.4 m. Evaluations were done to estimate: the production and quality of raw material, CO2 and carbon balance, attributes of soil solution and the soil microbiologic. Irrigated treatments had a higher productivity as well as the best technological indices of raw material. The production and the quality of sugarcane for all treatments were above average when compared to standard proposed by Consecana. The main indicators of soil solution components analyzed were Ca2+, Mg2+, NO3-, K+ and C.E, those parameters are commonly used to monitor irrigated areas with different qualities of water. The CO2 emission was not affected by treatments. Microbiological soil parameters had higher averages on irrigated treatments. The carbon intake was higher for treatments which were irrigated with treated sewage. Therefore, the use of treated sewage could be an alternative to increase the production of sugarcane without negative effects on the soil, crop yield and emission of CO2 to the atmosphere.
KEY WORDS: Reuse; soil solution; soil microbiology; CO2 emission; subsurface drip
LISTA DE FIGURAS
FIGURA 1. Ilustração do crescimento microbiano em relação ao consumo de substrato, a
geração de energia, produtos metabólicos e biomassa. ... 39
FIGURA 2. Esquema generalizado das transformações e ciclagem do C, N, P e S no sistema
solo-planta-atmosfera através da microbiota do solo. ... 40
FIGURA 3. Esquema das transformações e ciclagem de nitrogênio no sistema
solo-planta-atmosfera através da microbiota do solo. ... 41
FIGURA 4. Esquema da área experimental da Faculdade de Engenharia Agrícola e do
experimento com cana-de-açúcar irrigada com esgoto doméstico tratado. ... 54
FIGURA 5. Esquema da área de cultivo de cana-de-açúcar e seus tratamentos dispostos de
forma casualizada. ... 56
FIGURA 6. Esquema do espaçamento entre linhas e fileiras de plantas de cana-de-açúcar em
uma parcela experimental. ... 57
FIGURA 7. Sistema integrado de tratamento e reúso agrícola de esgoto da Feagri – Unicamp.
... 58
FIGURA 8. Esquema de instalação da bateria de sondas TDR para monitoramento da
umidade do solo na área experimental com cana-de-açúcar. ... 60
FIGURA 9. Detalhe da instalação dos extratores de solução no perfil do solo. ... 61
FIGURA 10. Detalhe do equipamento e metodologia para determinação da emissão de CO2
em cultivo de cana-de-açúcar. ... 63
FIGURA 11. Caracterização mensal climática durante as três socas de cultivo de
cana-de-açúcar. ... 67
FIGURA 12. Volume mensal irrigado para todos os tratamentos durante a primeira soca de
cultivo. ... 68
FIGURA 13. Volume mensal irrigado para todos os tratamentos durante a segunda soca de
cultivo. ... 69
FIGURA 14. Volume mensal irrigado para todos os tratamentos durante a terceira soca de
cultivo. ... 70
FIGURA 15. Precipitação e evapotranspiração de referência total durante a primeira, segunda
e terceira socas de cultivo da cana-de-açúcar. ... 71
FIGURA 16. Temperaturas médias durante a primeira, segunda e terceira socas de cultivo da
cana-de-açúcar. ... 71
FIGURA 17. Variância explicada do conjunto de variáveis para cada componente principal
para cada profundidade de coleta. ... 81
FIGURA 18. Representação bidimensional (Loadigns – Scores) da análise de componentes
FIGURA 19. Carbono da biomassa do solo (mg C. Kg-1) em função das socas de cultivo da cana-de-açúcar. ... 87
FIGURA 20. Quociente metabólico do solo (mg CO2 mg C dia-1) em função das socas de cultivo da cana-de-açúcar. ... 89
FIGURA 21. Quociente microbiano do solo (%) em função dos tratamentos para as socas de
cultivo da cana-de-açúcar. ... 91
FIGURA 22. Quociente microbiano do solo (%) em função das socas de cultivo da
cana-de-açúcar. ... 92
FIGURA 23. Estimativa do carbono acumulado nas folhas e ponteiros (C – F+P), raiz (C -
R), palhada (C – P) para cada tratamento ao final da segunda soca de cultivo. ... 94
FIGURA 24. Estimativa do carbono acumulado para palhada (C – P) em função da
profundidade de instalação das fitas gotejadoras no final da segunda soca de cultivo. ... 94
FIGURA 25. Estimativa do estoque de carbono remanescente na área (ECR), emissão de
carbono acumulada (C-CO2) e balanço (∆CO2) para cada tratamento ao final da segunda soca de cultivo. ... 95
FIGURA 26. Estimativa da emissão acumulada de CO2 (C – CO2) em função da qualidade da
água de irrigação no final da segunda soca de cultivo. ... 96
FIGURA 27. Análise de correlação para todos os dados de FCO2 e umidade do solo durante
2ª soca de cultivo de cana-de-açúcar irrigada com EDT. ... 97
FIGURA 28. Análise de correlação para todos os dados de FCO2 e temperatura do ar durante
2ª soca de cultivo de cana-de-açúcar irrigada com EDT. ... 98
FIGURA 29. Análise de correlação para todos os dados de FCO2 e temperatura do solo durante 2ª soca de cultivo de cana-de-açúcar irrigada com EDT. ... 98
FIGURA 30. Análise de correlação para todos os dados de FCO2 e pressão atmosférica durante 2ª soca de cultivo de cana-de-açúcar irrigada com EDT. ... 99
FIGURA 31. Produtividade (t. ha-1) de cana-de-açúcar para cada tratamento em cada soca de
cultivo. ... 101
FIGURA 32. Sólidos solúveis (%) da cana-de-açúcar para cada tratamento em cada soca de
cultivo. ... 103
FIGURA 33. Sólidos solúveis (%) da cana-de-açúcar em função de cada soca de cultivo. . 104 FIGURA 34. Sacarose aparente do caldo (%) da cana-de-açúcar para cada tratamento em
cada soca de cultivo. ... 104
FIGURA 35. Sacarose aparente do caldo (%) em função de cada soca de cultivo de
cana-de-açúcar. ... 105
FIGURA 36. Pureza do caldo aparente (%) da cana-de-açúcar para cada tratamento em cada
FIGURA 37. Açúcares redutores do caldo (%) da cana-de-açúcar para cada tratamento em
cada soca de cultivo. ... 106
FIGURA 38. Fibra (%) em função de cada soca de cultivo de cana-de-açúcar. ... 107 FIGURA 39. Açúcar total recuperável (%) em função dos tratamentos para as socas de
cultivo de cana-de-açúcar. ... 108
FIGURA 40. Açúcar total recuperável (%) em função das socas de cultivo de cana-de-açúcar.
... 108
FIGURA 41. Rendimento total recuperável (t. ha-1) em função dos tratamentos para as socas
de cultivo de cana-de-açúcar. ... 109
FIGURA 42. Estimativa de produção de álcool hidratado (m3. ha-1) em função dos
LISTA DE TABELAS
TABELA 1. Comparação entre o conteúdo de biomassa microbiana (Cmic) e Carbono
orgânico total (Corg) em diferentes sistemas de manejo do solo (camada de 0,0 -0,10 m) ... 44
TABELA 2. Indicadores da qualidade e valores recomendados para industrialização da
cana-de-açúcar ... 52
TABELA 3. Valores da produtividade média da cana-de-açúcar por ciclo de corte ... 52 TABELA 4. Caracterização física do solo da área experimental ... 54 TABELA 5. Análise química do solo da área experimental na camada de 0-0,20 m antes da
instalação do experimento ... 55
TABELA 6. Tratamentos utilizados em estudo com cana-de-açúcar irrigada ... 56 TABELA 7. Valores médios dos atributos da qualidade das águas utilizadas na irrigação
durante o período chuvoso e seco para a primeira soca de cultivo ... 73
TABELA 8. Valores médios dos atributos da qualidade das águas utilizadas na irrigação
durante o período chuvoso e seco para a segunda soca de cultivo ... 74
TABELA 9. Concentrações médias de ânions e cátions e valores de condutividade elétrica e
pH na solução do solo na primeira soca de cana-de-açúcar ... 77
TABELA 10. Carbono da biomassa microbiana do solo (mg Kg-1 de C) em função dos
tratamentos e da camada no perfil do solo ao longo das 3 socas de cultivo da cana-de-açúcar ... 86
TABELA 11. Respiração microbiana do solo (mg C – CO2 Kg-1) em função das camadas no
perfil do solo e das 3 socas de cultivo da cana-de-açúcar ... 88
TABELA 12. Respiração microbiana do solo (mg C – CO2. Kg-1) em função dos tratamentos
e da camada do perfil do solo para as 3 socas de cultivo da cana-de-açúcar ... 88
TABELA 13. Quociente metabólico do solo (mg CO2 mg C dia-1) em função dos tratamentos
e da camada no perfil do solo ao longo das 3 socas de cultivo da cana-de-açúcar ... 89
TABELA 14. Matéria orgânica do solo (%) em função das camadas no perfil do solo e das 3
socas de cultivo da cana-de-açúcar ... 90
TABELA 15. Carbono orgânico do solo (g. dm-3) em função das camadas no perfil do solo e
das 3 socas de cultivo da cana-de-açúcar ... 90
TABELA 16. Sacarose aparente do caldo (%) em função da qualidade água de irrigação e da
profundidade de instalação das fitas gotejadoras em cada soca de cultivo de cana-de-açúcar ... 105
TABELA 17. Rendimento total recuperável (t. ha-1) em função da qualidade da água de irrigação e profundidade de instalação das fitas gotejadoras para as socas de cultivo de cana-de-açúcar ... 109
TABELA 18. Estimativa de produção de álcool hidratado (m3. ha-1) em função da qualidade da água de irrigação e profundidade de instalação das fitas gotejadoras para as socas de cultivo de cana-de-açúcar ... 111
TABELA 19. Análise tecnológica da primeira, segunda e terceira socas comparadas ao
Sumário
1. INTRODUÇÃO ... 18 2. HIPÓTESE ... 20 3. OBJETIVOS ... 20 3.1 Objetivo geral ... 20 3.2 Objetivos específicos ... 20 4. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ... 21 4.1 Cana-de-açúcar ... 214.2 Água residuária de esgoto doméstico para uso na agricultura ... 23
4.2.1 Aplicação de esgoto doméstico tratado na cultura de cana de açúcar ... 25
4.2.2 Fertirrigação... 28
4.3 Reúso de efluente nos atributos do solo ... 29
4.3.1 Atributos físicos do solo ... 30
4.3.2 Atributos químicos do solo ... 32
4.3.3 Atributos biológicos do solo ... 37
4.3.3.1 Carbono da biomassa microbiana ... 42
4.3.3.2 Respiração Microbiana ... 45
4.3.3.3 Quociente Metabólico... 47
4.4 Emissão de CO2 no ciclo da cultura da cana de açúcar ... 48
4.5 Análise tecnológica e produtividade da cana de açúcar ... 51
5. METODOLOGIA ... 53
5.1 Descrição da área experimental ... 53
5.2 Cultura ... 55
5.3 Delineamento experimental ... 56
5.4 Origem da água de irrigação ... 57
5.4 Manejo de irrigação ... 58
5.6 Avaliações ... 61
5.6.1 Solo ... 61
5.6.1.1 Atributos químicos do solo ... 61
5.6.1.2 Atributos biológicos do solo ... 62
5.6.1.3 Balanço de CO2 ... 62
5.7 Análise Estatística... 66
6. RESULTADOS E DISCUSSÃO... 66
6.1 Irrigação e Clima ... 66
6.2 Atributos químicos da solução do solo ... 72
6.3 Atributos microbiológicos do solo ... 85
6.4 Balanço de CO2 do solo ... 93
6.5 Produtividade e qualidade da cana-de-açúcar ... 101
7. CONCLUSÕES ... 114
1. INTRODUÇÃO
A produção de cana-de-açúcar tem se expandido nos últimos anos, estimulada principalmente pelo incentivo ao consumo de combustíveis menos poluentes como o álcool, produção de bioenergia e, consequentemente, redução da poluição atmosférica.
O Brasil deverá produzir 663,11 milhões de toneladas de cana-de-açúcar na safra 20015/2016, em cerca de 9,06 milhões de hectares, com aumento na área de 52,7 mil hectares nesta temporada, equivalendo a 0,6% em relação à safra 2014/15. A estimativa é que a produção do país tenha um incremento de 4,5% em virtude da produtividade nos canaviais de São Paulo, maior estado produtor, que se recupera de um impacto hídrico da safra passada (CONAB, 20015).
No sistema de produção, o manejo da colheita da cana crua é o método adotado em várias regiões produtoras, visando reduções das emissões de gases do efeito estufa, por meio da eliminação das queimadas e do acréscimo de carbono e manutenção de matéria orgânica e microrganismos ao solo pela manutenção da palhada sobre o solo.
O efeito estufa é um fenômeno que possibilita a manutenção da temperatura no planeta, no qual os gases impedem a saída de parte da energia solar que atinge a superfície da terra. O aumento da concentração dos gases do efeito estufa, principalmente em função das atividades antrópicas como a utilização de combustíveis fósseis e a realização de queimadas, tem acarretado em alterações no clima, com grandes consequências para a produção agrícola e para as atividades humanas. Umas das consequências desta alteração climática é a maior frequência de períodos de veranicos, com menor tempo de retorno para períodos de seca nas principais regiões produtoras de cana-de-açúcar.
Considerando que grande parte da área de cultivo de cana-de-açúcar é de sequeiro, o manejo irrigado representa uma prática promissora (AGRIANUAL, 2012). Dessa forma, a prática da irrigação evitaria os efeitos da distribuição sazonal das chuvas, garantindo elevada produtividade por hectare. Entretanto, conflitos pelos usos múltiplos da água são cada vez mais evidentes, até mesmo em regiões com considerável disponibilidade hídrica, como o Sudeste do Brasil e para um setor, como o agrícola, em que o consumo de água atinge valores próximos a 70% de toda água utilizada pela sociedade (FAO, 2013), logo, a busca por métodos de irrigação eficientes no uso da água, juntamente com a utilização de fontes alternativas, como o efluente de esgoto doméstico tratado (EDT), será fundamental para o desenvolvimento sustentável da agricultura.
O reuso de água na agricultura apresenta-se como uma das possibilidades para reversão do quadro de escassez e uma das maneiras de unir comprometimento social e
ambiental, pois constitui método que minimiza a poluição nos mananciais e possibilidade a liberação de recursos hídricos de melhor qualidade para outras atividades da sociedade – devido à substituição da água potável por água que já foi previamente usada, visando o emprego racional e eficiente de água na agricultura (ANDRADE et al., 2005; CERQUEIRA et al., 2008; SANDRI et al., 2009; ANA, 2011). Assim, o uso de EDT na irrigação de plantas, apesar de ser uma prática antiga e comum em diversos países (RAMIREZ, 2002), é recente no Brasil e representa uma alternativa no uso de nutrientes, com grande potencial de uso em áreas de cana-de-açúcar (LEAL, 2007).
Além dos benefícios para os agricultores e o ambiente há uma expectativa de melhora no saneamento básico com aumento no número de estações de tratamentos e de redes coletoras de esgoto, evitando, desta forma, que o resíduo antes despejado no ambiente sem qualquer tipo de tratamento venha provocar mau cheiro e doenças a população causados por vírus, bactérias, protozoários e helmintos, sendo estes muito comuns no esgoto doméstico (ACKERSON & AWUAH, 2012). Segundo a Fundação Nacional da Saúde (FUNASA, 2007), para cada um real investido em saneamento básico, economiza-se quatro reais em saúde pública, e o reúso de EDT na agricultura é uma alternativa de aplicação após tratamento, proporcionando melhorias na qualidade das águas dos mananciais.
No Brasil ainda não existe legislação que estabeleça a quem cabe o controle da qualidade da água de reúso, no entanto, a legislação mais próxima ao reúso de esgoto doméstico na agricultura é referente ao uso do lodo de esgoto doméstico, onde são definidos critérios e procedimentos para o uso agrícola do resíduo gerado em estação de tratamento de esgoto sanitário e seus produtos derivados (BRASIL, 2006). Uma resolução 121/2010 definida no CNRH resolução nº 54, de 28 de novembro de 2005, estabelece as diretrizes e os critérios para a prática de reuso direto de água não potável para a modalidade agrícola e florestal (BRASIL, 2005), e para o estado de São Paulo há “Decisão da Diretoria” n° 388/2010/P, de 21 de dezembro de 2010, que aprova premissas e diretrizes para a aplicação de resíduos e efluentes em solo agrícola.
O uso de EDT na agricultura requer cuidados e cautela, uma vez que o uso indiscriminado deste pode levar à problemas relacionados com a interação do efluente com o solo, a planta e aos recursos hídricos subterrâneos, tais como, lixiviação de nitrato (ANDRADE et al., 2005) e salinidade e sodicidade do solo (BOND, 1998). Além disso, diversos fatores afetam os organismos do solo e por isso suas populações são extremamente variáveis, dependendo do tipo do solo, da vegetação e das condições climáticas, bem como do manejo adotado. Assim, grandes variações podem ser encontradas entre ecossistemas distintos
numa mesma região. Logo, a grande variabilidade dos microhabitats com seus respectivos microambientes permite a coexistência de organismos com características bastante distintas.
Portanto, o estudo dos atributos químicos e biológicos do solo, do potencial de emissão de gases de efeito estufa, e os índices de qualidade e produtividade da cultura a ser irrigada são fundamentais, já que fornecem informações relevantes quanto à relação entre o sistema de manejo adotado e as plantas, permitindo, dessa forma, tomar decisões adequadas para manter o equilíbrio do sistema solo-planta-atmosfera.
2. HIPÓTESE
A irrigação com esgoto doméstico tratado via gotejamento subsuperficial a 0,20 m de enterrio da fita gotejadora proporciona melhor qualidade dos atributos microbiológicos e químicos da solução do solo, com consequente aumento da produtividade da cana-de-açúcar, quando cultivado em LATOSSOLO VERMELHO Distroférrico da região de Campinas – SP, se comparado com cultivos não irrigado e irrigado a 0,40 m de enterrio da fita gotejadora.
3. OBJETIVOS 3.1 Objetivo geral
Avaliar os atributos químicos da solução e microbiológicos de um LATOSSOLO VERMELHO Distroférrico da região de Campinas – SP e seus efeitos na produção e qualidade da cultura da cana-de-açúcar em condições não irrigada, e irrigada via gotejamento subsuperficial funcionando em diferentes profundidades, com água de reservatório superficial e esgoto doméstico tratado, com fertirrigação.
3.2 Objetivos específicos
- Quantificar a produção de colmos e qualidade tecnológica da cana-de-açúcar irrigada com esgoto doméstico tratado e água de reservatório via gotejamento subsuperficial em diferentes profundidades de instalação da fita gotejadora, com complementação nutricional via fertirrigação e testemunha não irrigada ao longo de três socas de cultivo;
- Identificar os atributos químicos da solução do solo para monitorar as diferentes fontes de água de irrigação na primeira soca de cultivo;
- Avaliar os atributos microbiológicos do solo em cada tratamento estudado nas três socas de cultivo, e;
- Determinar as emissões de CO2, contabilizando as emissões de carbono em função de cada manejo adotado na segunda soca de cultivo.
4. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
Desde a época das capitanias hereditárias a cultura da cana-de-açúcar é considerada uma espécie de grande importância para crescimento econômico e social do Brasil. Atualmente, outras grandes culturas (como soja, milho, café, entre outras) vêm ocupando grandes extensões territoriais, o que remete a necessidade de melhor aproveitamento da área cultivada. Desta forma, o uso de técnicas como a irrigação, em especial a irrigação com água de qualidade inferior como o EDT, surge como ótima alternativa para emprego na cultura da cana-de-açúcar.
Portanto, torna-se necessário pesquisas mais elaborada em relação às propriedades do solo e a cultura da cana-de-açúcar sobre os reais benefícios e, ou prejuízos que podem ocorrer com a utilização de águas residuárias. Assim, com a reutilização destas águas, o incremento de áreas agrícolas irrigadas será significativo, proporcionando o aumento da produtividade e acima de tudo, desenvolvimento socioeconômico e sustentabilidade ambiental.
4.1 Cana-de-açúcar
A cana-de-açúcar, gênero Saccharum L. é uma planta originaria da região do sudeste asiático e parte da Oceania, sendo a Saccharum officinarum originaria da Nova Guiné. No Brasil seu cultivo se deu logo no início da colonização, onde os primeiros relatos dessa cultura datam de 1532 em São Vicente/SP, mas foi nos estados da região Nordeste que a cultura se fixou inicialmente, onde no final do século XVI, os estados de Pernambuco e Bahia contavam com uma centena de engenhos (FIGUEIREDO, 2008). É uma planta do tipo C4, com isso, o seu potencial produtivo é favorecido em regiões com grande disponibilidade de radiação, necessidade hídrica e temperaturas elevadas, já que há aumento na eficiência e na conversão de energia radiante em química.
Conforme afirmam Ripoli et al. (2006), a cultura da cana-de-açúcar é uma planta ereta, de colmo cilíndrico, de coloração variável, rizomatosa, formando touceiras, considerada semi-perene e que perfilha. O perfilhamento ocorre na parte subterrânea e é evidenciado após a brotação das gemas (CASAGRANDE e VASCONCELOS, 2008).
Em meados da década de 1970, com a crise do petróleo o Brasil se tornou o maior produtor mundial de etanol. Atualmente o setor sucroenergético brasileiro, na safra 2014/15,
movimentou R$70 bilhões com a produção de cana-de-açúcar, etanol, açúcar e bioeletricidade, representando 1,3% do Produto Interno Bruto (PIB) nacional, e gerou 4,5 milhões de empregos diretos e indiretos. As 423 unidades industriais processaram nesta safra 638 milhões de toneladas, produzindo 36 milhões de toneladas de açúcar e 30 bilhões de litros de etanol, além de comercializar 19.400 GW/h excedentes de bioeletricidade, em uma área plantada de 10 milhões de hectares, correspondendo a 4,5% da área agricultável do país. O Brasil exportou 24 milhões de toneladas de açúcar, no valor de U$$10 bilhões de dólares, e 1,4 bilhão de litros de etanol, em um total de U$$900 milhões de dólares (IEA, 2016).
De acordo com a Companhia Nacional de Abastecimento – CONAB, a área cultivada no Brasil com cana-de-açúcar que deverá ser colhida e destinada à atividade sucroalcooleira na safra 2015/16 é de 9.057,2 mil hectares, aumento na área de 52,7 mil hectares para esta temporada de 2015/16, equivalendo a 0,6% em relação à safra 2014/15. A produtividade brasileira estimada para a atual temporada da safra 2015/16 deve ter um aumento de 3,9%, passando de 70,495 t ha-1 para 73,214 t ha-1. Já o estado de São Paulo, maior produtor, na safra de 2014/2015 obteve índices de 51,3% (4.685,7 mil hectares) de área cultivada, produção de 341.589,7 toneladas e produtividade média em torno de 78,2 t ha-1, com perspectiva de variação de 0,2% em área cultivada, 2,8% em produção média (t ha-1) e 2,7 em produção (mil toneladas) (CONAB, 2015).
A rápida expansão do setor sucroalcooleiro, principalmente na última década, ocasionou inúmeros questionamentos em termos da viabilidade do sistema de produção e melhorias ambientais em longo prazo. As discussões sobre os reais efeitos do cultivo da cana-de-açúcar nas melhorias ambientais ocorrem em função da carência de informações e a falta de mecanismos eficientes na avaliação dos impactos ambientais proporcionado pelo seu cultivo.
Dentre os principais impactos ambientais que afetam o cultivo da cana-de-açúcar são as queimadas, que possuem a finalidade de remover o palhiço, facilitando a colheita, libera monóxidos de carbono, hidrocarbonetos e ozônio na atmosfera, sendo uma fonte de poluição, com impactos ambientais consideráveis (KIRCHHOFF et al. 1991). O impacto ambiental das queimadas preocupa a comunidade científica, ambientalistas e a sociedade em geral, pois afeta diretamente a física, a química e a biologia dos solos, alterando a qualidade do ar e, produzindo gases poluidores que originam o efeito estufa. Além disso, a agenda 21, da qual o Brasil também é signatário, ressalta no aumento da produção aliado à manutenção e aperfeiçoamento do manejo dos solos agrícolas.
No entanto, a prática da queimada vem sendo eliminada após a promulgação da Lei nº 11.241 de 19 de setembro de 2002 (JUSBRASIL, 2013). A eliminação das queimadas no cultivo da cana-de-açúcar foi um grande avanço, pois reduz as emissões de GEE (Gás Efeito Estufa), garante uma maior conservação do solo, devido a maior deposição de palhada sobre o solo, reduzindo o potencial de erosão do solo e maior manutenção na matéria orgânica do solo (GARBIATE et al., 2011).
Neste sentido, o cultivo de cana crua tem sido utilizado visando melhorias no sistema solo-planta-atmosfera. Entretanto, ainda são necessários estudos com mais informações sobre o efeito dos diferentes manejos da cana-de-açúcar, com discussões relacionadas à decomposição da palha de cana-de-açúcar e à emissão de CO2 no solo, dessa forma, faz-se necessária à investigação de fatores, como atividade microbiológica, emissão do fluxo de CO2 e atributos do solo, para que estes possam expressar possíveis mudanças ambientais.
4.2 Água residuária de esgoto doméstico para uso na agricultura
A Política Nacional de Recursos Hídricos do Brasil, regulamentada pela Lei Federal nº 9.433 de 8 de janeiro de 1997, defini que a água é um bem de domínio público, um recurso natural limitado, de valor econômico e, quando em situações de escassez, seu uso prioritário é o consumo humano e a dessedentação de animais, assegurando assim à atual e às futuras gerações disponibilidade de água em padrões de qualidade adequados aos respectivos usos.
A utilização de métodos alternativos (como o reuso de água proveniente de estações de tratamento de esgoto) no fornecimento de água para irrigação se torna opção economicamente viável e ambientalmente sustentável, já que é grande a utilização de água pelo setor agrícola (ANA, 2011).
O reuso de água na agricultura apresenta-se como uma das possibilidades para reversão do quadro de escassez e uma das maneiras de unir comprometimento social e ambiental, pois constitui método que minimiza a poluição nos mananciais e possibilidade a liberação de recursos hídricos de melhor qualidade para outras atividades da sociedade – devido à substituição da água potável por água que já foi previamente usada, visando o emprego racional e eficiente de água na agricultura (ANDRADE et al., 2005; CERQUEIRA et al., 2008; SANDRI et al., 2009; ANA, 2011).
Com o desenvolvimento industrial e crescimento populacional urbano, em sua maioria, nota-se geração de grande quantidade de resíduos e, ou esgoto (TASSO JÚNIOR et al., 2007), principalmente esgoto doméstico. Quando o esgoto é tratado mediante emprego de lagoas de estabilização, há formação de dois produtos finais: efluente de esgoto doméstico
(EDT) e o lodo de esgoto. O lodo, também denominado de biossólido, caracteriza-se por ser um produto semi-sólido, constituído principalmente por flocos biológicos que se sedimentam no fundo das lagoas de estabilização. O EDT, também conhecido por água residuária, é a água proveniente de utilização por uma comunidade ou indústria, que apresenta sólidos inorgânicos e matéria orgânica em suspensão ou dissolvida (PESCOD, 1992).
Caso os esgotos domésticos não passem por nenhum tipo de tratamento, observa-se a ocorrência da decomposição de grande quantidade de material orgânico presente, o que culmina na produção de gases de odor desagradável, e com a presença de organismos patogênicos e nutrientes, ocorrerá a eutrofização de mananciais, já que estes resíduos apresentam concentrações, sobretudo de nitrogênio e fósforo acima do permitido pela Resolução CONAMA n° 20, de 18 de junho de 1986 (MMA, 2013). Assim, quando o esgoto é lançado diretamente no rio (sem tratamento prévio) verifica-se uma redução na concentração de oxigênio da água, o que prejudica o desenvolvimento e sobrevivência da flora e fauna aquática.
Sabendo-se que o EDT é rico em nutrientes, principalmente nitrogênio, fósforo e potássio (FONSECA et al., 2007b; BERTONCINI, 2008), a aplicação de fertilizantes por meio da água de irrigação, no caso o uso do EDT, proporciona aumento da eficiência da adubação e do uso de nutrientes pela cultura, devido à possibilidade do parcelamento da aplicação, conforme as necessidades da mesma (DASBERG e BRESLER, 1985; PIRES et al., 2008). Além disso, o uso de efluentes de esgoto também se torna uma opção atrativa do ponto de vista econômico, já que permite a reciclagem tanto do carbono, quanto dos demais nutrientes presentes no efluente (MELO et al., 2008) e, também, quando associado à irrigação do tipo subsuperficial apresenta as vantagens de reduzir os odores desagradáveis e de contaminação do operador. Logo, as plantas receptoras de EDT devem satisfazer a maioria dos critérios estabelecidos por Segarra et al. (1996), que são (i) alta absorção de nitrogênio; (ii) elevado consumo d’água; (iii) possibilidade de processamento; (iv) potencial de mercado; e (v) viabilidade econômica.
Vale ressaltar a necessidade de avaliar os processos envolvidos na aplicação de efluente (como lâmina hídrica de esgoto aplicado, período e frequência de aplicação, entre outros), bem como os impactos que essa prática pode ocasionar ao solo e ao meio ambiente (GLOAGUEN et al., 2007; FONSECA et al., 2007b; VERONEZ, 2009; VARALLO et al., 2010).
Na Bacia Hidrográfica dos rios Piracicaba, Capivari e Jundiaí, são produzidos em torno de 1,85 milhões de m3 de esgoto por dia, que seriam suficientes para irrigar 30.000
hectares. No entanto, pouco se conhece sobre os efeitos do uso dessas águas na agricultura brasileira, os males que podem existir na produção de alimentos, na degradação do solo, e em outros impactos diretos e indiretos ao ambiente (ALVES et al., 2004). Porém, alguns autores como Bond (1998) relatam alguns dos fatores que podem limitar o uso de efluentes em práticas agrícolas, tais como: lixiviação de nitrato em excesso (podendo contaminar o perfil do solo e, principalmente o lençol freático), salinidade e sodicidade.
De acordo com Andrade et al. (2005), a aplicação de águas residuárias levam a grande preocupação com nitrato (NO3-), já que esse apresenta alta solubilidade em água, o que aumenta os riscos à saúde pública. Além disso, em solos arenosos a percolação é rápida, podendo atingir o lençol freático. Lund et al. (2001) descreveram o processo de mapeamento da condutividade elétrica (CE) e relataram estudos de caso da aplicação de nitrogênio em taxas variáveis com base nos mapas de CE. Entretanto, poucos são os trabalhos dessa natureza no Brasil: Molin et al. (2005) trabalharam com sensor de indução magnética Geonics EM-38, encontrando forte dependência espacial para CE; nos estudos de Machado et al. (2006), que utilizaram o medidor de contato VERIS, notou-se que a CE medida pelo sensor reflete adequadamente a variação nos teores de argila do LATOSSOLO VERMELHO Distroférrico sob plantio direto.
Portanto, são necessárias informações quanto a utilização de EDT na agricultura, principalmente sobre a cultura da cana-de-açúcar. Logo, avaliar o uso do EDT será de suma importância para que se tenha sustentabilidade no desenvolvimento desta cultura, com minimização dos efeitos decorrentes manejo com esgoto doméstico no meio ambiente, tornando o uso desta prática bastante segura com informações técnico-científicas.
4.2.1 Aplicação de esgoto doméstico tratado na cultura de cana de açúcar
Alguns países como os Estados Unidos, Alemanha, África do sul e Israel têm elaborado normas para a utilização e avaliação da qualidade do efluente doméstico para uso na agricultura, baseadas nas características e no tratamento necessário para uso do efluente nos cultivos agrícolas (AYERS e WESTCOT, 1999), porém, para que possam prever problemas relacionados à qualidade de água, tem que avaliar o seu potencial em criar condições no solo que possam restringir seu uso e também avaliar a necessidade de emprego de técnicas de manejo especiais, para manter a produtividade das culturas com rendimentos aceitáveis, uma vez que além dos nutrientes, a aplicação de esgotos proporciona a adição de matéria orgânica, que age como condicionador do solo, podendo aumentar a capacidade de retenção de água (WHO, 1989), assim como alterar os atributos químicos do solo, com
diminuição na acidez do solo, incremento nas concentrações e na porcentagem de sódio trocável, efeitos combinados pelo potássio e magnésio, e aumento de cálcio trocável (FONSECA, 2005).
Estudando os efeitos da aplicação de EDT com aplicação via fertilização de 50% da dose de nitrogênio recomendada e sob diferentes taxas de irrigação (100, 125, 150 e 200% da demanda hídrica da cultura), na produtividade, extração de nutrientes pelo colmo, e nos atributos químicos de um Latossolo cultivado com cana-de-açúcar, em Lins -SP, Leal et al. (2009b), indicaram que todas as parcelas irrigadas, com exceção do T125, apresentaram maior produtividade (até 247 t ha-1) do que o controle (153 t ha-1). Além disto, os resultados obtidos indicaram que produções na faixa de 175 a 250 t ha-1 são possíveis com a irrigação com águas residuárias e manejo adequado, pelo menos no curto prazo, considerando o primeiro corte.
Avaliando o desempenho produtivo e qualitativo da cana-de-açúcar variedade SP90-3414, cultivada em Piracicaba-SP em Argissolo Vermelho-Amarelo eutrófico típico e irrigada por gotejamento subsuperficial com efluente de estação de tratamento de esgoto (EETE), Deon et al. (2010) concluiram que a aplicação deste tipo de efluente via gotejamento subsuperficial permite reduzir a fertilização nitrogenada recomendada no cultivo, na primeira e segunda socas. Freitas et al. (2012) observaram maiores valores de altura do colmo e da planta e diâmetro do colmo, avaliados durante o desenvolvimento vegetativo da cana-de-açúcar, quando irrigadas com águas residuárias tratadas em comparação a aplicação de água de poço freático.
O uso de EDT na agricultura irrigada deve ser adotado com monitoramento e estudo dos problemas potenciais considerando a qualidade do efluente. Desta forma, deve-se alcançar adequação às funções desejadas na agricultura, controlando e monitorando os prováveis inconvenientes que poderão ocorrer no sistema solo-planta-atmosfera, no sistema de irrigação e na saúde pública (SANDRI, 2003).
Os sistemas de irrigação localizados têm como característica a utilização de emissores que operam a baixas vazões, com a passagem da água por orifícios de pequeno diâmetro. No entanto, o principal problema associado à operação destes sistemas é a sensibilidade ao entupimento dos emissores, uma vez que elevam os custos de operação e manutenção (NAKAYAMA & BUCKS, 1981). O sistema de irrigação por gotejamento subsuperficial (IGS) é caracterizado por Azevedo (1986) e Keller & Bliesner (1990) como aquele que tem o solo como meio de propagação da água, no qual os emissores ficam sob a superfície do solo na camada onde se concentra o sistema radicular das plantas. Na literatura, são identificadas as vantagens e limitações da adoção do sistema de IGS, a saber:
Vantagens:
Promove a economia de água e nutrientes e sua disponibilidade para a planta, assim como a alta eficiência de aplicação (AYERS & WESTCOT, 1999; ENCISO et al., 2007); Reduz a ocorrência de danos mecânicos ao sistema de irrigação (DASBERG &
BRESLER, 1985; JUAN, 2000);
É eficiente na minimização de perdas por evaporação, diminui os riscos de lixiviação do íon nitrato e de transmissão de doenças causadas por fungos e bactérias, reduzindo os prejuízos ao meio ambiente e saúde humana (CAMP, 1998; RESENDE et al., 2001); Em relação aos sistemas superficiais, o gotejamento apresenta menor área superficial
molhada (a formação de crostas e o escoamento superficial são praticamente inexistentes), maior largura e profundidade da frente de umedecimento (BARROS et al., 2009).
Limitações:
Após do plantio, não proporciona condições satisfatórias de umidade para a germinação na superfície do solo, sendo necessário o uso de um segundo sistema de irrigação, aumentando os custos e reduzindo o retorno econômico (CAMP, 1998);
Necessidade de utilizar sistemas de filtragem e aplicação de ácidos para evitar e ou minimizar o entupimento dos gotejadores por sólidos (materiais em suspensão na água), precipitados químicos e partículas biológicas (intrusão radicular) (DASBERG & BRESLER, 1985 e JUAN, 2000);
Dificuldade para detecção de entupimento de gotejadores (DASBERG & BRESLER, 1985; JUAN, 2000).
A profundidade de instalação das linhas de gotejamento subsuperficial, é selecionada de acordo com a cultura, tipo de solo, fonte de água, pragas, clima, equipamentos de preparo do solo. Linhas instaladas próximas à superficie do solo (<0,20 m de profundidade) têm características semelhantes às de irrigação por gotejamento superficial. O sistema de gotejamento subsuperficial destinados para vários anos de uso, deve ser instalado abaixo da profundidade de preparo do solo com a finalidade de evitar os danos mecânicos ao sistema (CHARLESWORTH & MUIRHEAD, 2003; LAMM, 2012).
No caso de cultivo da cana, o solo não será revolvido enquanto as plantas não forem erradicadas, mas, ainda assim, o sistema instalado mais próximo à superfície do solo fica mais susceptível a danos mecânicos. É importante ainda mencionar que os sistemas de irrigação
por gotejamento que operam com EDT apresentam suscetibilidade ao entupimento dos gotejadores, sendo que este varia com a qualidade dos efluentes (aspectos físicos, químicos e biológicos) e com as características do emissor (CAPRA & SCICOLONE, 2007).
Neste contexto, o sistema de irrigação por gotejamento subsuperficial, se constitui em tecnologia que favorece não só aplicação de uma fonte hídrica, como também a injeção de fertilizantes, logo o uso IGS requer cuidados com o manejo, com a operação e manutenção do sistema para a obtenção de ótimos resultados e favorecer a longevidade do sistema.
4.2.2 Fertirrigação
A fertirrigação consiste, de modo geral, na fertilização combinada com a irrigação, isto é, os adubos minerais são injetados na água de irrigação para formar “água de irrigação enriquecida”. A prática da fertirrigação é difundida em todo o mundo, desde regiões secas e áridas até regiões úmidas e chuvosas com intensa perda de sais por lixiviação.
O manejo da irrigação e da fertilização (fertirrigação) por gotejamento potencializa aumento das características fisiomorfológicas de produtividade, bem como a eficiência de utilização dos nutrientes em comparação com o manejo não irrigado (THORBURN et al., 2003; GAVA et al., 2011).
Considerando que no sistema de irrigação por gotejamento subsuperficial, o emissor se localiza na região com maior concentração de raízes, a principal vantagem em relação aos outros sistemas de irrigação, é que a água e os fertilizantes ficam mais facilmente disponíveis para a planta. Assim, ao aplicar os nutrientes diluídos, na zona radicular em taxas iguais às que as culturas absorvem, a eficiência de absorção de fertilizantes aumenta, promovendo a redução da aplicação de fertilizantes, e controlando o potencial de perdas de nutrientes solúveis por lixiviação (PHENE, 1990).
Usualmente para a fertirrigação na cultura da cana-de-açúcar são utilizados adubos químicos, ou resíduos industriais ou sanitários, como a vinhaça e os EDT. Porém, na área agrícola cultivada com cana-de-açúcar, nem sempre há disponibilidade de resíduos, devido principalmente à distância da área de cultivo até a indústria, inviabilizando economicamente o seu transporte considerando que aproximadamente 95% da vinhaça esta composta por água (DELGADO et al., 1990).
Estudando os efeitos da fertirrigação por gotejamento subsuperficial (instalado a 0,30 m de profundidade), na produtividade e índices tecnológicos da cana-de-açúcar variedade RB72-454, no segundo e terceiro ciclos de cultivo, Dalri & Cruz (2008), concluíram que o tratamento com maior dose de nitrogênio e potássio teve a melhor resposta em produção de
colmos, sendo estas de 190,01 t ha-1 e de 168,80 t ha-1 para o segundo e terceiro ciclos, respectivamente. A fertirrigação não alterou a qualidade tecnológica da cana-de-açúcar nos dois ciclos estudados, porém, proporcionou incrementos na produção de colmos em relação à testemunha (sem irrigação e adubação convencional), de 43,5% e 67,2%, para o segundo e terceiro cortes, respectivamente.
Para o cálculo da dose de efluente a ser aplicada no solo como fertilizante, ou seja, como biossólido, é importante conhecer previamente a composição química (ABREU JUNIOR et al., 2005). Segundo Sabey (1980) e Munhoz (2001) a maioria dos nutrientes presentes no esgoto está sob a forma orgânica, embora apenas cerca de 30 a 50% do nitrogênio total esteja na forma prontamente aproveitável pelas plantas.
O estudo realizado por Silva (2010) indica que a utilização EDT na cultura da cana-de-açúcar, promoveu incremento de produção de biomassa de colmos e a produtividade de açúcar sem alterar as variáveis tecnológicas. O autor ainda ressalta que o EDT atuou como fertilizante e corretivo de acidez para a cana-de-açúcar, como fonte de cálcio, fosforo, enxofre e zinco, propiciando melhor perfilhamento e aumento da produtividade agrícola.
Na avaliação do desempenho produtivo e qualitativo da cana-de-açúcar irrigada por gotejamento subsuperficial com efluente de estação tratamento de esgoto (EETE), Deon et al. (2010) testaram diferentes lâminas de irrigação (entre 0 e 200% da evapotranspiração máxima da cultura), em dois ciclos de cultivo de cana soca, adubada com metade da quantidade recomendada de nitrogênio. Os autores observaram que a irrigação com EETE proporcionou ganhos de produtividade da cana-de-açúcar e redução da adubação nitrogenada recomendada no cultivo da primeira e segunda soca.
Desta forma, o uso de EDT por meio do gotejamento subsuperficial para irrigação das culturas como cana-de-açúcar deve considerar não só as necessidades da planta, como também, a composição química do efluente e consequentemente a necessidade de fertirrigação, tais medidas deverá contribuir e atender o desenvolvimento agronômico e tecnológico da cultura, assim como a diminuição do uso de fertilizantes minerais e, portanto, dos valores de produção.
4.3 Reúso de efluente nos atributos do solo
O solo, considerado um sistema disperso, polifásico e heterogêneo, possui atributos físicos (macroporosidade, microporosidade, retenção de água), químicos (absorção e adsorção de nutrientes) e biológicos (microrganismos e atividade microbiológica) que possibilitam sua utilização como meio de deposição de águas residuárias, onde seu filtro natural, constituído
pela matriz solo, com suas propriedades pode atuar como depurador de águas residuárias por meio da intercepção dos sólidos em suspensão e remoção de nutrientes. Neste sentido, a irrigação com águas residuárias deverá adquirir importância crescente, exigindo atenção detalhada ao balanço entre o aporte de nutrientes via irrigação e as quantidades requeridas para a otimização da produtividade da cultura (LEAL et al. 2009b).
Os efeitos da aplicação de efluentes nos atributos físicos e químicos do solo são evidenciados normalmente após longo período de aplicação, pelos atributos que definem sua composição física e química, condições de clima e tipo de solo, porém, os efeitos no solo podem ocorrer em um curto período de tempo se houver altas concentrações de nutrientes no efluente e dependendo da quantidade e frequência aplicada. Por outro lado, as alterações nos atributos biológicos do solo, ocorrem em função dos microrganismos existentes no solo, e as condições que estes são submetidos, onde, o reúso pode proporcionar a adição de matéria orgânica, que age como um condicionador do solo, aumentando a sua capacidade de reter água (HESPANHOL, 2002).
Quanto à qualidade de solo, a irrigação com efluentes de tratamento de esgoto tem alterado principalmente os atributos: (i) carbono total e nitrogênio total no solo e nitrogênio mineral na solução no solo; (ii) atividade, composição e função da comunidade microbiana; (iii) cálcio e magnésio trocáveis; (iv) salinidade, sodicidade, dispersão de argilas e condutividade hidráulica. Outros atributos do solo (por exemplo, metais pesados) não apresentaram mudanças significativas em curto e médio prazo. O monitoramento da acumulação de sódio e das perdas de nitrogênio é crucial para o uso sustentável dos efluentes de esgoto tratado na irrigação (FONSECA et al., 2007b), já que o aumento do teor de sódio no solo provocado pela irrigação com efluente pode causar toxidez para algumas culturas e modificar propriedades do solo.
Logo, o estudo destes atributos poderão responder questões atreladas ao uso e manejo de água residuárias no solo.
4.3.1 Atributos físicos do solo
A qualidade física do solo exerce importante função nos estudos de indicadores de sustentabilidade, pois apresenta influência direta nas reações químicas e biológicas ocorridas entre o sistema solo-planta e, ainda, manifesta-se em processos de retenção de água, resistência do solo a degradação, crescimento de raízes, liberação de calor e trocas gasosas com o meio (STRECK et al., 2008).
De acordo Koupai et al. (2006), quando se utiliza água residuária na irrigação agrícola, o conteúdo de sais e os sólidos em suspensão presentes no efluente são os principais agentes que afetam os atributos físicos do solo. Esses autores verificaram uma diminuição na condutividade hidráulica saturada do solo após a irrigação com efluente de esgoto doméstico e atribuíram tal fato a possíveis entupimentos dos poros por sólidos em suspensão, inclusive por matéria orgânica. Gonçalves et al. (2007), observaram efeito prejudicial significativo na condutividade hidráulica de um Latossolo fertirrigado com efluente de esgoto e com água salina.
No estudo de Santos (2004) foi avaliado o efeito do efluente de esgoto rico em sódio nos atributos físicos de um Argissolo, em que constatou-se um aumento da dispersão de argila em praticamente todas as camadas estudadas, principalmente, na superfície. Segundo o autor, isso foi influenciado pelos aumentos ocorridos no Potencial de Sódio Trocável (PST) e na Razão de Adsorção de Sódio (RAS). Além disso, verificou-se que o efluente de esgoto utilizado promoveu a dispersão de argilas mesmo nos valores de PST abaixo dos considerados pela literatura como causadores de deterioração.
Ao avaliarem as alterações ocorridas no solo irrigado com efluente de esgoto, Coppola et al. (2004) também observaram redução na condutividade hidráulica do solo. Esses autores destacam que tal alteração pode influenciar na redução do transporte de alguns elementos no solo, o que pode contribuir para o acúmulo de solutos no perfil, mesmo daqueles que se apresentam como sendo de alta mobilidade, por exemplo, o boro.
Um solo que apresenta adequados índices de agregação possui também, boas condições de porosidade, densidade, fornecimento de nutrientes, armazenamento de água, menor resistência à penetração e melhor desenvolvimento de raízes, fatores, esses, necessários à manutenção da capacidade produtiva do solo e ao aumento da produtividade das culturas economicamente exploradas (AGUIAR, 2008; BAYER e MIELNICZUK, 2008).
Segundo Oliveira et al. (2000), o uso de efluentes contendo altas concentrações de sólidos pode provocar alterações na capacidade de infiltração de água no solo, ocasionadas pelo entupimento dos macroporos e pela formação de crostas em sua superfície ocasionando também problemas de germinação e emergência das plântulas. Os autores observaram que a aplicação de águas residuárias da suinocultura em um Argissolo Vermelho Amarelo, em diferentes concentrações de sólidos totais, provocou redução na capacidade de infiltração do solo com o aumento da concentração de sólidos e que as aplicações sucessivas intensificaram esta redução, quando a taxa de infiltração básica igualou-se a zero.
Em avaliação das alterações nos atributos físicos do solo decorrentes da aplicação de EDT Santos et al. (2010) comprovaram que a irrigação com água doce e com EDT aumentaram a massa específica, a microporosidade e a capacidade de campo e diminuíram a macroporosidade e a condutividade hidráulica do solo em relação ao tratamento sem irrigação.
Diante dos possíveis problemas ocasionados pelo uso de efluente de esgoto nos atributos físicos do solo é necessário que, antes de utilizá-lo como fonte de água de irrigação, seja observada a qualidade do efluente e atributos físicos do solo, para que dessa forma, se torne possível o estabelecimento de um manejo correto para a irrigação e, com isso, evitar alterações indesejáveis na qualidade do solo.
4.3.2 Atributos químicos do solo
A disposição de águas residuárias no solo mediante a irrigação de plantas pode alterar as características químicas do solo (FEIGIN et al., 19991; PESCOD, 1992; BOND, 1998), tal fator associado com provável aumento, no futuro, da área irrigada com efluente e da quantidade de água residuárias gerada, evidenciam o surgimento paralelo de possíveis problemas quanto a quantidade de elementos químicos presentes no solo (BOUWER, 2000).
No trabalho de Baumgartner et al. (2007), os autores confirmaram alterações químicas no solo proporcionais às características das águas utilizadas. Dessa forma, o aumento da fertilidade do solo, com a disposição de efluentes, tem sido observado por diversos autores, que reportam elevação nos teores de nitrogênio no solo (SANTOS et al., 2006b), fósforo e potássio (HEIDARPOUR et al., 2007), cálcio e magnésio (SANTOS et al., 2006a, HEIDARPOUR et al., 2007). Fonseca et. al (2007a) concluiram que a irrigação com efluente de esgoto tratado em substituição à água convencional (rios, lagos, represas) levou a uma economia de 32 a 81% na dose de fertilização nitrogenada mineral necessário para o alto rendimento produtivo de capim Tifton 85, sem ocasionar alterações negativas no solo e planta.
Para Franco et al. (2008) o lodo de esgoto proporciona maior acúmulo de N na planta e maior teor residual de N no solo, onde a aplicação de lodo de esgoto e vinhaça na cultura da cana-de-açúcar (SP81-3250) pode substituir a adubação mineral, tanto para cana-planta quanto para cana-soca. No mesmo sentindo, Hespanhol (2002) afirma de acordo com a lâmina aplicada, podem ser fornecidas doses até 60 kg ha-1 ano-1 de fósforo e até 300 kg ha-1 ano-1 de nitrogênio. Entretanto, esses valores não podem ser tomados como base, pois há consenso de que as características químicas e físicas do esgoto urbano possuem grande variação,
principalmente nas concentrações de elementos químicos, as quais possuem grandes amplitudes que refletem os usos ao qual o efluente foi submetido (VON SPERLING, 1996), podendo também sua vazão variar temporalmente ao longo do dia.
Em estudo de CÓ JÚNIOR et al., 2008 observou que os efeitos residuais de aplicações de lodo de esgoto e vinhaça, em suas diferentes combinações, doses e formas de aplicação, não influenciaram na qualidade tecnológica da cana-de-açúcar (soqueira de quinto corte), onde o uso dos resíduos, em comparação ao da fertilização mineral, não alterou a qualidade da matéria-prima, destacando o expressivo potencial dos mesmos para essa função. Logo, a fertilidade do solo é melhorada sob fertirrigação com efluente, porém, o aumento do carbono total, nitrogênio total e atividade microbiana no solo, segundo Friedel et al., (2000) são observados em experimentos de longa duração. Resultados semelhantes também foram relatados por Ramirez et al. (2002) e Paula (2008) que observaram aumento potencial metabólico dos microorganismos no solo após a irrigação com efluente de esgoto tratado.
No entanto, em outro estudo foi relatado diminuição na concentração de carbono e nitrogênio total. A esses resultados, foram atribuídos aos seguintes fatores condicionantes: (I) predominância do nitrogênio no efluente na forma mineral (DUARTE et al., 2008), (II) a rápida mineralização da fração de nitrogênio orgânico dos efluentes, (III) a manutenção de condições ideais para a mineralização da matéria orgânica, como a umidade (MYERS; CAMPBELL; WEIER, 1982), temperatura (ARTIOLA & PEPPER, 1992), oferta de O2, (IV) baixa relação C/N do efluente (FONSECA et al., 2007b) e aumento da atividade acelerando a decomposição da matéria orgânica do solo.
Em pastagens irrigadas com efluente doméstico tratado foi constatado aumento das concentrações de amônio na solução do solo e, principalmente, de nitrato (FONSECA et al., 2007a) que em excesso, pode ser perdido por lixiviação, contaminando lençóis freáticos e cursos d’água, além de estimular a desnitrificação pela perda de nitrogênio na forma gasosa.
No estudo conduzido por Duarte et al. (2008), a fertirrigação com efluente doméstico tratado não afetou o pH do solo devido à alta capacidade tampão do solo. No entanto, em estudo realizado por Fonseca, Melfi, Montes (2005) houve aumento do pH do solo em diferentes sistemas fertirrigados com EDT, onde o aumento do pH do solo tem sido atribuído principalmente ao elevado pH do efluente (STEWART; HOPMANS; FLINN, 1990). Entretanto, as mudanças de pH são geralmente de baixa magnitude sem importância prática no que diz respeito à disponibilidade de nutrientes, em especial nos solos ácidos do Brasil, com baixa fertilidade inerente (FONSECA; MELFI; MONTES, 2005).
O aporte de fósforo no solo pelo uso de esgoto doméstico tratado geralmente não ocorre em excesso. Nos casos de concentrações crescentes de fósforo disponível foram observadas tanto na camada superficial e na camada subsuperficial (MOHAMMAD & MAZAHREH, 2003) e foram mais pronunciados em experimentos realizados por mais de cinco anos.
A capacidade de adsorção específica do solo pelo fósforo pode contribuir para evitar que este nutriente lixivie da zona de raiz para as camadas mais profundas e representar um fator para manter a sustentabilidade ambiental do sistema de cultivo com uso de esgoto doméstico tratado. Assim, estudos de campo de longo prazo são necessários para compreender os processos que controlam a dinâmica do fósforo no solo oriundo de efluentes (BOND, 1998).
Em trabalho de Fonseca, Melfi, Montes (2005), relataram alterações insignificantes na disponibilidade de enxofre na fertirrigação com esgoto doméstico tratado. Com relação ao boro não foram encontrados alterações em estudos de curto prazo por estes mesmos autores. Estudos sobre os impactos dos metais pesados no sistema solo-planta após a aplicação de EDT revelam resultados divergentes, como diminuição, aumento ou nenhuma alteração na disponibilidade de cádmio, cromo, cobre, ferro, níquel, chumbo e zinco. Mohammad & Mazahreh (2003) observaram que não houve mudanças na disponibilidade de cádmio, cromo, cobre, níquel, chumbo e zinco no solo com uso de EDT. Resultados similares foram encontrados por Ramirez et al., (2002) para cromo, ferro, níquel, cádmio, cromo, cobre, níquel e zinco em solos com mais de 80 anos de uso com efluente de esgoto.
Para pesquisa de Al-Nakshabandi et al. (1997) observaram maiores concentrações de cádmio, cobre, ferro, manganês, chumbo e zinco no solo devido a altas concentrações destes no esgoto doméstico. No entanto, devido à persistência de metais pesados no meio ambiente o acompanhamento desses elementos em solos sob uso de EDT em longo prazo deve ser avaliado.
Para um Latossolo, Gloaguen et al. (2007) observaram que após o uso de EDT, níveis de saturação de sódio acima de 6%, o que causou progressiva sodificação do solo. Heidapour et al. (2007), aplicando efluente de esgoto por tubos porosos, enterrados e sobre a superfície do solo, observaram aumento na concentração de sódio nas camadas superiores do solo, quando fertirrigados por subsuperfície e aumento na concentração de sódio nas camadas inferiores, quando a fertirrigação era feita superficialmente.
Em trabalho de Medeiros et al., (2008) constataram após aplicação de lâminas de esgoto urbano tratado até 532 mm em 270 dias, aumentos na concentração de sódio trocável,
