AVALIAÇÃO DA FITOTOXICIDADE COMO INDICADOR DA QUALIDADE DO ADUBO ORGÂNICO GERADO NO PROCESSO DE VERMICOMPOSTAGEM DE RESÍDUOS DE FRUTAS E HORTALIÇAS

Capítulo de livro publicado no livro: Ciência e tecnologia de alimentos: Pesquisas e avanços. Para acessa-lo  clique aqui.

DOI: https://doi.org/10.53934/9786585062060-36

Este trabalho foi escrito por:

Liciane Oliveira da Rosa ^*; Gabriel Afonso Martins  ; Paula Burin ; Maiara Moraes Costa ; Karine Fonseca de Souza ; Álvaro Renato Guerra Dias ; Érico Kunde Corrêa

*[email protected]

Resumo: O objetivo do trabalho foi tratar os resíduos orgânicos gerados no setor de hortifrutigranjeiros pelo processo de vermicompostagem gerando no final do processo o

vermicomposto. Foi realizado um experimento de vermicompostagem em caixas plásticas de 15 L onde foram adicionados resíduos orgânicos gerados em um comércio de distribuição alimentícia, adubo orgânico e minhocas da espécie Eisenia foetida, após a montagem do experimento foi feito o monitoramento da temperatura e umidade interna e ambiente, e coletas mensais para análises laboratoriais. Os valores da temperatura, pH, condutividade elétrica e umidade para os três tratamentos ficaram dentro do limite recomendado por artigos científicos e pelas legislações vigentes para esse tipo de processo, assim como, a fitotoxicicdade ficou acima do limite recomendado para esse tipo de análise.. Assim, é possível afirmar que a vermicompostagem é uma alternativa viável para o tratamento dos resíduos, gerando um produto de valor agronômico e ambiental.

Palavras-chaves: vermicomposto; tratamento de resíduos; minhocas; reciclagem.

INTRODUÇÃO

Em todo mundo, são geradas quantidades significativas e preocupantes de resíduos de frutas e hortaliças. Esses resíduos são caracterizados como resíduos alimentares, conforme o Departamento de Agricultura dos Estados Unidos — USDA. Este órgão alargou a definição de resíduos alimentares. Assim, passamos a compreendê-los como aqueles que vão desde a perda pós-colheita até qualquer perda de massa alimentar comestível ao longo de toda a cadeia alimentar, chegando, por fim, até o consumidor (1).

Nas regiões industrializadas, os resíduos de fruta e hortaliças são os principais resíduos alimentares gerados. Tais resíduos têm alto teor de água e compostos biodegradáveis, ricos em carboidratos, ácidos orgânicos e lipídios; por isso apresentam menor durabilidade. E, muitas vezes, estragam antes mesmo de chegar ao consumidor, pois devem ser armazenados corretamente, observando a temperatura em que cada alimento deve ser estocado (1).

Essas características podem afetar negativamente as questões ambientais e sociais. Ambientalmente, esses resíduos contribuem para as mudanças climáticas. À medida que esses resíduos se decompõem, liberam metano, um gás de efeito estufa cerca de 28 vezes mais potente que o dióxido de carbono, além do chorume (líquido viscoso), com capacidade de poluir recursos hídricos (2). Ademais, os impactos sociais relacionados a esses resíduos estão ligados aos sistemas de distribuição de alimentos deficientes que contribuem para a insegurança alimentar. Estima-se que 135 milhões de pessoas sofrem de insegurança alimentar aguda em todo mundo, o que foi agravado devido à pandemia de COVID-19 (3).

Os resíduos de frutas e hortaliças possuem um grande potencial de recuperação e reciclagem. No entanto, eles são descartados incorretamente em aterros sanitários, lixões a céu aberto ou são incinerados; prática comum em países subdesenvolvidos (4). A crescente geração desses resíduos é um dos fatores que faz com que cada vez mais toda cadeia alimentar busquem alternativas ambiental e economicamente eficientes para a disposição e/ou tratamento adequado desses resíduos (5). Nas possibilidades de tratamento, a vermicompostagem é um processo de baixo custo na bioconversão dos resíduos orgânicos em um produto de valor agronômico. Isso se dá pela interação de minhocas, bactérias do seu trato intestinal e micro-organismos mesófilos, tais como fungos e bactérias presentes nos resíduos orgânicos (6).

A espécie de minhoca mais utilizada para a bioconversão dos resíduos é a Eisenia fétida, que tem origem europeia. No entanto, foi amplamente introduzida no Brasil. Essa espécie possui alta taxa de reprodução e crescimento; é condutora principal do processo de vermicompostagem, alterando a população microbiana e a estrutura da comunidade de micro-organismos. Outro fator de grande importância é que minhocas sequestram os metais pesados presentes nos resíduos e reduzem a disponibilidade através do processo de biomineralização (7).

As minhocas possuem a capacidade de digerir os resíduos e converter a quantidade igual ao peso corporal em um produto denominado adubo orgânico, rico em nitrogênio, fósforo e potássio (N, P e K) (8).  O adubo possui substâncias que operam como reguladoras de crescimento, influenciando a germinação das sementes, o alongamento das raízes à absorção de nutrientes e o processo de fotossíntese realizado pelas plantas. Esses resultados se dão por conta da ativação das substâncias húmicas durante o processo de maturação do adubo (9). Essa técnica é vantajosa pelo fato de alterar a granulometria do adubo, tornando-o menor. Ao mesmo tempo, transforma o resíduo orgânico em um produto de alto valor agronômico estabilizado, nitidamente mais escuro, sem odores e com pH e umidade em condições ideais para utilização em jardins e nas hortas caseiras a baixíssimo custo financeiro e enorme ganho ecológico (10).

Além disso, o adubo pode ser um substituto eficiente de produtos químicos e fertilizantes sintéticos garantindo segurança no cultivo de alimentos (11). Portanto, além de determinar a composição físico-química do adubo, é importante caracterizar sua toxicidade. Uma análise que avalia a qualidade do adubo e seus efeitos sobre as plantas e no solo é a fitotoxicidade. Trata-se de uma análise que versa a respeito da intoxicação das plantas por substâncias tóxicas presentes no meio de crescimento quando estas substâncias são acumuladas nos tecidos da planta. Para avaliar a fitotoxicidade, normalmente, se usa o índice de germinação e bioensaio. Esses testes são extremamente importantes, pois são eles que determinam a maturação e adequação do adubo produzido (12).

A análise é proposta com organismos vegetais devido ao baixo custo e manutenção, sensibilidade na indicação de substâncias tóxicas ou inibidores biológicos, método reprodutível, sem o uso de grandes equipamentos, produção ininterrupta durante o ano, fácil aquisição das sementes, pequeno volume de amostra e rápida germinação (13). Através da fitotoxicidade, é possível identificar o quão tóxico um adubo pode ser ou não para as plantas expostas a ele, assim como para a cultura que se deseja produzir.

A espécie de hortaliça mais utilizada em bioensaios é a alface (Lactuca sativa), pois tende a obter resultados satisfatórios para os parâmetros de germinação. Ela apresenta resistência a ampla faixa de pH e potencial osmótico, além de ser sensível ao estresse químico (14). Apesar de não existir uma legislação brasileira específica em relação a níveis de fitoxicidade, o Órgão Internacional California Compost Quality Council — CCQC estipula que os testes com bioensaios vegetais devem obter um índice de germinação acima de 80% para esse produto ser considerado seguro e livre de fitotoxicidade.

Diante disso, o objetivo do trabalho foi de avaliar a fitotoxicidade pelo índice de germinação do adubo gerado no processo de vermicompostagem de resíduos de frutas e hortaliças.

MATERIAL E MÉTODOS

O experimento foi realizado no laboratório de Ecotoxicologia e Resíduos de uma Instituição de Ensino Superior – IES, o qual foi iniciado em setembro de 2022 e finalizado em novembro do mesmo ano. Os resíduos de frutas e hortaliças utilizados foram cedidos por um comércio de distribuição alimentícia localizado na cidade de Pelotas, Rio Grande do Sul. O comércio possui um setor de hortifrutigranjeiro, gerando semanalmente quantidades significativas de resíduos orgânicos. Para a montagem das vermicomposteiras utilizou-se reatores de 15 l (Figura 1).

O delineamento experimental deu-se em blocos. O experimento obteve três (3) tratamentos, cada tratamento com duas (2) repetições. As proporções utilizadas em cada tratamento estão ilustradas na Tabela 1.

Após o preenchimento das vermicomposteiras com os resíduos de frutas e hortaliças e adubo estabilizado (para ambientação das minhocas), foram adicionadas 40 minhocas adultas (cliteladas) em cada vermicomposteira da espécie Eisenia Fetida. Essas minhocas foram previamente lavadas com água destilada para não ocorrer nenhuma contaminação e pesadas individualmente (Figura 2 e 3), já que o peso ideal de cada minhoca para o uso em processo de vermicompostagem é de 0,5 g a 1,0 g (15).

Posteriormente à fase de montagem das vermicomposteiras, foi realizado o monitoramento do processo: a temperatura interna foi medida diariamente em três pontos: na base, no centro e no topo de cada vermicomposterias. O experimento durou 60 dias. Durante este período foram feitas coletas das amostras uma vez por mês, totalizando três coletas, interpretadas pelo intervalo de 30 dias (0, 30 e 60 dias) para realização de análise laboratorial.

FITOTOXICIDADE – IG (%)

O índice de germinação foi realizado conforme a metodologia de Tiquia (16) e Zucconi (17), na qual foi utilizada a espécie de semente: alface (Lactuca sativa L), sendo dispostas 10 sementes em placas de petri com papel filtro qualitativo. Após, foi adicionado nas placas 5 ml de solução da amostra (adubo) que foram previamente homogeneizadas com agitador magnético por 1 hora e filtrado com papel filtro qualitativo. Em seguida, as placas foram levadas para BOD (incubadora) e permaneceram a 25 °C, por 48 horas. Em paralelo, foram feitas placas com a mesma espécie de semente em presença de água destilada, com elas servindo de controle ou padrão.

 Passado o período de 48 horas, as sementes foram retiradas da BOD e analisadas as quantidades de germinação e o comprimento da radícula com auxílio de um paquímetro (marca Carbografite). As sementes germinadas foram aquelas com o tamanho superior a 1 mm e determinado o índice de germinação, através das equações (12). O índice de germinação de sementes (G), o alongamento das raízes (AL) e o índice de germinação (IG) foram calculados segundo as seguintes equações:

RESULTADOS E DISCUSSÃO

Temperatura

Não houve grandes variações de temperatura nas vermicoposteiras; ao longo dos 60 dias, a temperatura se manteve dentro da média ideal para esse tipo de processo (Figura 4). De modo que no dia 59, ocorreram as maiores temperaturas registradas: de 27,9, 27,1 e 28,0 °C para os tratamentos 01, 02 e 03, respectivamente.

Resultado similar pode ser observado no trabalho de Medina-Salas et al., (18)  que aplicaram a técnica de vermicompostagem para tratar resíduos da indústria de pêssego (cascas, sementes e caroços). Os autores discorrem que as maiores temperaturas registradas foram de 24 °C e 28 °C, sendo a faixa ideal para o desenvolvimento das minhocas. Zhang et al., (13) também registraram temperaturas na faixa de 20 ºC – 25 ºC no tratamento de lodo desidratado por vermicompostagem, esses resultados indicam que as minhocas em um ambiente com temperatura controlada conseguem manter sua reprodução e a degradação de uma ampla tipologia de resíduos orgânicos.

Diferente da compostagem, em que se espera temperaturas acima de 45 ºC (fase termofílica), na vermicompostagem, é essencial que a temperatura não ultrapasse o valor de 30 ºC. Pois em ambiente natural as minhocas vivem em uma estreita camada abaixo da superfície do solo com temperaturas amenas. De tal forma, temperaturas acima desse valor podem gerar um ambiente hostil para as minhocas (19).

Segundo Zhang et al., (13) quando a temperatura está fora da faixa adequada, as funções das minhocas como crescimento, metabolismo, respiração, reprodução e fertilidade são bastante prejudicadas, e consequentemente a morte das minhocas. Ainda os mesmos autores discorrem que não são somente altas temperaturas que afetam as minhocas, temperaturas muito baixas favorecem o crescimento e a atividade dos microrganismos, elevando o consumo do oxigênio e afetando a respiração das minhocas, afetando assim, a degradação dos resíduos orgânicos. Nesse sentido, os resultados demostraram que o processo ocorreu dentro da temperatura indicada pela literatura, ou seja, entre 20ºC e 28ºC.

ÍNDICE DE GERMINAÇÃO – IG (%)

Na Figura 5, são apresentados os resultados de Fitotoxicidade dos tratamentos para semente de alface (Lactuca Sativa L.). Os resultados são comparados com o controle com água destilada, este considerado 100%.

O IG (%) é usado para avaliar a fitotoxicidade do adubo porque indica os efeitos da toxicidade na germinação das sementes e no crescimento das culturas. Como observado na Figura 6, os tratamentos apresentaram baixo IG (%) no início do processo de vermicompostagem, 47,68, 43,50 e 47,31%, respectivamente indicando que os resíduos de frutas e hortaliças continha substâncias tóxicas. Muitos estudos mostraram que altas concentrações de ácidos orgânicos, amônia e sais inorgânicos liberadas no início do processo são substâncias fitotóxicas e afetam o IG (%) (13). No entanto, no dia 30 e no final do processo (dia 60) todos os tratamentos obtiveram valores acima do que o recomendável pela California Compost Quality Council – CCQC, que estipula o índice de 80% como necessário para obter a germinação e ser considerado livre de fitotoxicidade.

El Fels et al., (20) discorre que os altos valores de IG (%) estão relacionados com a redução das substâncias tóxicas e pela estabilização da matéria orgânica enriquecido em substâncias húmicas e nutrientes na fase de maturação do adubo.

Em complemento, outro fator para o alto IG (%) é o ácido húmico produzido pelas minhocas ter a função crucial de agir na regulação do comportamento ambiental dos metais presente no adubo, ou seja, sua toxicidade, e devido ao forte sistema metabólico e ao envolvimento das bactérias intestinais das minhocas e células de cloragócitos que agem durante processo de vermicompostagem (21). Isso pode ser analisado no trabalho de Rosa et al., (21), no qual é avaliado o IG (%) dos produtos gerados no processo de compostagem e vermicompostagem.  O maior IG (%) no adubo que em seu processo foi adicionado minhocas alcançou os 97%, corroborando com os resultados do presente pesquisa em que o adubo apresentou alto IG (%).

De acordo com Zucconi et al., (17), quando a germinação da alface apresentar índices acima do recomendado, é devido à presença de maior teor de nutrientes disponibilizado para as sementes. Os autores descrevem que o IG (%) permite avaliar tanto os baixos níveis de toxicidade, que afetam o crescimento das raízes, quanto os altos níveis de toxicidade, que afetam a germinação das sementes. Com base nisso, os autores supracitados afirmam que IG menores que 80% indicam um potencial fitotoxicidade, enquanto valores maiores que 100% indicam um efeito benéfico no crescimento da semente e, portanto, indicam um adubo maduro.

CONCLUSÃO

Conclui-se que os resultados obtidos foram satisfatórios, pois os valores de temperatura, umidade, condutividade e pH respeitaram os parâmetros da legislação vigente, de mesma forma que os índices de fitotoxicidade se enquadraram nos valores recomendados pela literatura consultada.

Assim é possível afirmar que a vermicompostagem é uma alternativa viável para o tratamento de resíduos orgânicos que seriam descartados incorretamente, pois após o processo aplicado se obtém um composto rico em nutrientes, ambientalmente proveitoso e vantajoso. Ademais a vermicompostagem é aplicável em escala, residencial ou para estabelecimentos comerciais, por ser um processo de baixo custo, composto por métodos simples e fácil monitoramento. O fato de conseguir reciclar um resíduo que seria destinado à disposição final, alimenta um ciclo sustentável, agregando valor ambiental e por vezes monetário a um resíduo orgânico que antes gerava transtorno a sociedade, além de prolongar a vida útil de aterros, indo contra o processo de poluição existente e enraizado no sistema atual de consumismo.

AGRADECIMENTOS

Os autores agradecem a “Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior” (CAPES).

REFERÊNCIAS

1. CONRAD Z.; NILES MT; NEHER DA; ROY E D; TICHENOR NE; JAHNS L. Relationship between food waste, diet quality, and environmental sustainability. Plos One. 2018; 13:4-0195405.
2. .
3. AMICARELLI V. et al. Households’ food waste behavior at local scale: A cluster analysis after the covid‐19 lockdown. Sustainability (Switzerland). 2021; 13:6; 1–14.
4. Fruit and vegetable waste management and the challenge of fresh-cut salad. Trends In Food Science & Technology. 2017; 63, 51-59.

5. CARMONA-CABELLO M.; GARCÍA IL.; PAPADAKI A.; TSOUKO E.; KOUTINAS A.; DORADO MP.. Biodiesel production using microbial lipids derived from food waste discarded by catering services. Bioresource Technology. 2021; 323, 124597.
6. LV B.; ZHANG D.; CHEN Q.; CUI Y.. Effects of earthworms on nitrogen transformation and the correspond genes (amoA and nirS) in vermicomposting of sewage sludge and rice straw. Bioresource Technology.2019; 287, 121428.
7. PROCHÁZKOVÁ P.; HANč A.; DVOřÁK J.; ROUBALOVÁ R.; DREŁLOVÁ M.; ČÁSTKOVÁ T.; USTR V.; KANTA F.; PACHECO I. NN.; BILEJ M.. Contribution of Eisenia andrei earthworms in pathogen reduction during vermicomposting. Environmental Science And Pollution Research. 2018; 25:26, 26267-26278.
8. VIGUEROS LC.; CAMPEROS ER.. Vermicomposting of sewage sludge: a new technology for mexico. Water Science And Technology. 2002; 46:10, 153-158. 
9. ZANDONADI DB.; SOUZA RB. de. Vermicompostagem: tecnologia para reciclagem de resíduos orgânicos e produção de alimentos. Hortaliças em revista. 2012;  1:4-9.
10. SENA LM., ARRUDA JF., COSTA FRS., ALMEIDA FB., BRITO PO., GONDIM FA. Compostagem e vermicompostagem como alternativa para tratamento e destinação dos resíduos orgânicos. Revista Verde. 2019; 14:2,  266-272.
11. SULEIMAN H.; RORAT A.; GROBELAK A.; GROSSER A.; MILCZAREK, M.; PłYTYCZ, B.; KACPRZAK, M.; VANDENBULCKE, F.. Determination of the performance of vermicomposting process applied to sewage sludge by monitoring of the compost quality and immune responses in three earthworm species: eisenia fetida, eisenia andrei and dendrobaena veneta. Bioresource Technology. 2017; 241, 103-112.
12. MENDES PM.; BECKER R.; CORRÊA LB.; BIANCHI I.; PR MA. DAI; LUCIA T.; CORRÊA EK.. Phytotoxicity as an indicator of stability of broiler production residues. Journal Of Environmental Management. 2016; 167, 156-159.
13. ZHANG H.; LI J; ZHANG Y.; HUANG K.. Quality of Vermicompost and Microbial Community Diversity Affected by the Contrasting Temperature during Vermicomposting of Dewatered Sludge. International Journal Of Environmental Research And Public Health. 2020; 17:5, 1748. 
14. RIBEIRO S.; AZEVEDO E.; PELICIONI MC.; BÓGUS CM.; PEREIRA IM.. Agroecological urban agriculture – strategy to promote health and food and nutritional security. Revista Brasileira em Promoção da Saúde. 2012; 25:3, 381-388.
15. HUANG K.; XIA H.. Role of earthworms’ mucus in vermicomposting system: biodegradation tests based on humification and microbial activity. Science Of The Total Environment. 2018;  610:611, 703-708.
16. TIQUIA S. M.; TAM NF.. Elimination of phytotoxicity during co-composting of spent pig-manure sawdust litter and pig sludge. Bioresource Techonology. 1998; 65, 1:2, 43-49.
17. ZUCCONI F.; BERTOLDI M.. Evaluating toxicity in immature compost. Biocycle, Emmaus. 1988; 22, 54-57.
18. MEDINA-SALAS L.; CASTILLO-GONZÁLEZ E.; GIRALDI-DÍAZ M.; BLANCO-PÉREZ B.. Reaction Kinetics in the Vermicomposting Process of Peach Waste. Life. 2022;  1290,  1-11.
19. DOHAISH EB.. Vermicomposting of Organic Waste with Eisenia fetida Increases the Content of Exchangeable Nutrients in Soil. Pakistan Journal Of Biological Sciences. 2020;  23:4, 501-509.
20. EL FELS L.; HAFIDI M.; OUHDOUCH Y. Artemia salina as a new index for assessment of acute cytotoxicity duringco-composting of sewagesludge and lignocellulosewaste. Waste Management 2016.  50, 194 – 200.
21. ROSA L.; SOUZA FK, COSTA, MC., BURIN P.; SOUZA M.; FICK RB.; SOUZA EG.; CORRÊA LB.; CORRêA EK.. Analysis of the phytotoxicity of organic compounds from composting, vermicomposting and commercial by germination index. Environment and agricultural production. 2022,  p. 54-61.