UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA “JÚLIO DE MESQUITA FILHO” FACULDADE DE CIÊNCIAS AGRONÔMICAS CÂMPUS DE BOTUCATU UTILIZAÇÃO DE LODO DE EFLUENTE DOMÉSTICO: EFEITOS NA PRODUTIVIDADE AGRÍCOLA E EM ALGUNS ASPECTOS AMBIENTAIS CARLOS CESAR BREDA Tese apresentada à Faculdade de Ciências Agronômicas da UNESP – Câmpus de Botucatu, para a obtenção do título de Doutor em Agronomia do programa em Energia na Agricultura. BOTUCATU – SP Novembro – 2003 UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA “JÚLIO DE MESQUITA FILHO” FACULDADE DE CIÊNCIAS AGRONÔMICAS CÂMPUS DE BOTUCATU UTILIZAÇÃO DE LODO DE EFLUENTE DOMÉSTICO: EFEITOS NA PRODUTIVIDADE AGRÍCOLA E EM ALGUNS ASPECTOS AMBIENTAIS CARLOS CESAR BREDA ORIENTADOR: Prof. Dr. Iraê Amaral Guerrini Tese apresentada à Faculdade de Ciências Agronômicas da UNESP – Câmpus de Botucatu, para a obtenção do título de Doutor em Agronomia do programa em Energia na Agricultura. BOTUCATU – SP Novembro – 2003 “ Ainda que eu tenha o dom de profetizar e conheça todos os mistérios e toda a ciência. Se não tiver amor, nada serei ” I Cor 13:2 “... Mas os que tiverem sido sábios brilharão como o firmamento; e os que tiverem ensinado a muitos homens os caminhos da virtude brilharão como as estrelas, por toda a eternidade.” Daniel 12, 3 Homenagem ao Prof. Dr. Paulo Rodolfo Leopoldo, idealizador desse projeto, grande Mestre e Amigo, com o qual pude aprender muito e compartilhar momentos alegres e tristes. A minha eterna saudade e infinita gratidão. Aos meus queridos pais Carlos Tadeu Breda e Carmem Martins Breda Pelo carinho, amor e dedicação sempre dispensados a mim, pela educação maravilhosa que me proporcionaram e, principalmente, por terem me dado o que de mais precioso tenho: a VIDA. Dedico Aos meus avós Francisco Martins (in memorian), Carmem Martins (in memorian), Nello Breda e Angélica P. Breda, aos meus irmãos Maria Angélica Breda Teixeira, Marcelo Henrique Breda e Carlos Tadeu Breda Júnior, sobrinhos, cunhado, cunhada e tios pelos quais tenho muita consideração e estima. Ofereço . A G R A D E C I M E N T O S . A Deus, que é a razão de tudo e que me confiou mais essa missão. Ao Prof. Dr. Iraê Amaral Guerrini, por ter assumido a responsabilidade da orientação numa fase bastante conturbada, bem como pelos ensinamentos e colaboração em todas as etapas desse trabalho e pela amizade firmada nesses anos. À FAPESP (Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de São Paulo), pelo financiamento ao projeto desde sua implantação até a conclusão e pela Bolsa de Estudo concedida durante os quatro anos, sem os quais ficaríamos impossibilitados de chegar até aqui. À Faculdade de Ciências Agronômicas – UNESP – Câmpus de Botucatu, especialmente ao Departamento de Engenharia Rural, pela excelente formação profissional, pela oportunidade de poder participar do curso de Pós-Graduação e por proporcionar condições necessárias à realização do trabalho. Ao Prof. Dr. Kléber Pereira Lanças, Coordenador do curso de Pós-Graduação em Agronomia, programa em Energia na Agricultura, e demais membros do Conselho de Curso pela constante colaboração. Aos docentes responsáveis pelas disciplinas do programa em Energia na Agricultura, pelo empenho e capacidade, o que nos possibilitou o enriquecimento técnico e profissional. Ao Prof. Dr. Lincoln Ghering Cardoso, chefe do Departamento de Engenharia Rural, em nome de quem agradeço profundamente a todos os Professores do referido Departamento pela amizade e pela confiança depositadas em minha pessoa. Aos componentes da banca examinadora: Prof. Dr. Roberto Lyra Villas Boas, Prof. Dr. Jorge de Lucas Júnior, Profa. Dra. Simone Damasceno e Prof. Dr. Wanderley da Silva Paganini, pelas excelentes e oportunas sugestões, as quais foram de grande valia para o enriquecimento das informações contidas nesta Tese. Ao meu grande amigo e maior colaborador, Sr Pedro Alves, funcionário do Departamento de Engenharia Rural, que de maneira ímpar se dedicou ao auxílio na realização de todas as fases desse trabalho no campo e na condução e manutenção da Estação de Tratamento de Esgoto do Lageado, meus mais sinceros agradecimentos. À Profa Dra Maria de Lourdes Conte, companheira em todos os momentos, sempre disposta a colaborar e a auxiliar nas análises laboratoriais e nas correções deste trabalho. Aos meus “Senseis” Akira Noguchi e Mateus Sugizaki, que desde criança me ensinaram, através do Judô, a enfrentar as batalhas de frente, sem perder a honra e, principalmente, a humildade. Ao amigo Lucas Conte Gouveia, sempre disposto a colaborar nos serviços de campo e na moagem do lodo, e também ao companheiro José Israel Ramos, pela realização das análises no Laboratório de Recursos Hídricos. Agradeço de coração a dedicação e, principalmente, a paciência para realizar, da melhor maneira possível, todas as atividades por mim solicitadas. Aos amigos do Departamento de Engenharia Rural da FCA: Gilberto Winckler, Silvio Sabatini Scolastici, Ailton de Lima Lucas, Ronaldo Polo, Pedro Alves, Adão Gomes de Souza, Luiz Lino Sobrinho (in memorian), Antonio Pereira, Fernando Camargo, Maury Torres, Maria Aparecida Gonçalves, Antonia de Fátima Oliveira, Rosângela Moreci, Rita de Cássia Miranda e José Israel Ramos, pelos constantes auxílios dispensados para o desenvolvimento ou não deste trabalho sem nunca medir esforços e, muito mais, pela convivência e amizade sincera durante esses anos. Aos funcionários do Departamento de Recursos Naturais/Ciência do Solo da FCA, José Carlos Coelho, Maurício Canavarro, Adenir Pires, Gisele Pires, Sônia Ciono, Evandro Gomes, José Garcia Pires e José De Pieri, pela educação e respeito, além da prontidão na realização das análises de solo, água, folhas e lodo. Também a todos os professores pela colaboração e disposição sempre que solicitados, em especial Profs. Drs. Roberto Lyra Villas Boas, Maria Helena Moraes, Hélio Grassi Filho e Dirceu Maximino Fernandes, não podendo esquecer do amigo Dr. Carlos Henrique dos Santos. Ao Prof. Dr. Ângelo Catâneo, pelo auxílio na representação das análises estatísticas. À minha namorada Flávia Damasceno Micheletto e família, bem como a todos meus familiares e amigos, pela colaboração e apoio durante todo o período de desenvolvimento desse trabalho. À amiga Denise Mahl, pela grande colaboração na realização das análises estatísticas, meus sinceros agradecimentos. Ao CEMEQ – UNESP (Centro de Manutenção de Equipamentos), em nome dos funcionários José Vicente Fortes, Manoel Álvaro Guimarães, Célio Almeida, Pedro Forte, Marcos G. Ribeiro, Roberto Madacke, Maria Bernadete Cardoso e Claudeth Rosa, que não mediram esforços para realizar com dedicação e empenho a manutenção dos equipamentos do Laboratório de Recursos Hídricos e da Estação de Tratamento, sobretudo na adaptação da máquina moedora de lodo, sem a qual o trabalho não seria realizado. Às amigas da Seção de Pós-Graduação da FCA, Marilena do Carmo Santos, Marlene Rezende de Freitas, Jaqueline Moura Gonçalves e Kátia Otomo Duarte, pela seriedade, educação e atenção que sempre me dispensaram. Ao pessoal da Diretoria de Serviços e Atividades Auxiliares, Eduardo Russo, José Luiz Cavalari, Márcia Aparecida Bruno, Airton Fioravante, José Maria dos Reis, Osvaldo Fernandes, Jaime Viana (Firmidito), Pedro Alho e, em especial, ao meu padrinho Francisco Martins Filho, a minha gratidão por todo respaldo dado à Estação de Tratamento de Esgoto em todas as etapas do estudo. Ao senhor Dorival de Pieri (Dori), pela amizade e pelo auxílio sempre que necessários. Aos Doutores Paulo Sérgio Andrade Moreira, Roberto Sartori Filho, José Ricardo Pupo Gonçalves, Antonio Gabriel Filho, José Augusto Rodrigues Torres e seus familiares, pelo apoio, pela convivência sadia e pela amizade firmada desde nossa infância. Aos amigos do dia-a-dia Paulo Roberto Arbex, Antonio Renan Berchol Silva, Rogério Germino, Élcio Yano, Elka Élice V. de Miranda, Reginaldo Barbosa da Silva, Alcivânia de Melo Silva, Edilene Costa (Biru), Marcelo Domingos Chama Lopes, João Alberto Borges de Araújo, Mariana Melo Rocha e Fábio Venegas, companheiros para um café, um churrasco e um bom papo, e aos demais amigos e colegas que conquistei durante essa caminhada da Pós-graduação meu muito obrigado pela consideração e amizade. Aos funcionários das Fazendas de Ensino Pesquisa e Produção (FEPP/FCA), em especial à minha amiga Sílvia Stein e ao Prof. Dr. Sílvio José Bicudo, bem como aos amigos Eduardo Stocco, Ermete Nibi Neto (Bigode), Eduardo Fortes (Ado), Carlos Soares (Magrão) e a todo pessoal da Biblioteca, pela inestimável colaboração e amizade. Às Engenheiras Agrônomas Andréa Bogatti Guimarães Tomazela e Aline Regina Piedade Ribeiro, alunas de Pós-graduação em Agronomia – Irrigação e Drenagem – FCA/UNESP – Botucatu,SP, pela amizade, contribuição e auxílio. E a todos aqueles que de maneira direta ou indireta colaboraram para o desenvolvimento desta pesquisa. . IX . . S U M Á R I O . . página . LISTA DE QUADROS. ................................................................................................ . XI . LISTA DE FIGURAS. ................................................................................................. . XV . 1. RESUMO. ................................................................................................................... . 1 . 2. SUMMARY. ............................................................................................................... . 4 . 3. INTRODUÇÃO. ......................................................................................................... . 7 . 4. REVISÃO DE LITERATURA. ................................................................................ . 10 . 4.1 Importância da água. ........................................................................................... . 10 . 4.2 Situação da água. ................................................................................................ . 12 . 4.3 Causas da escassez. ............................................................................................. . 14 . 4.4 Tecnologias para o tratamento de esgoto ............................................................ . 16 . 4.5 Utilização do lodo de esgoto na agricultura como fonte de nutrientes. .............. . 18 . 4.6 Efeitos no solo. ................................................................................................... . 20 . 4.7 Efeitos na planta. ................................................................................................. . 24 . 4.8 Efeitos na água drenada pelo solo. ...................................................................... . 27 . 4.9 Critérios para a aplicação de resíduos orgânicos urbanos em solos agrícolas. ... . 29 . 5. MATERIAL E MÉTODOS ...................................................................................... . 32 . 5.1 Local de desenvolvimento dos ensaios. .............................................................. . 32 . 5.2 Sistema de tratamento de efluente empregado na ETL. ..................................... . 32 . 5.3 Lodo de esgoto. ................................................................................................... . 36 . 5.4 Composição do experimento. .............................................................................. .37 . 5.5 Delineamento experimental. ............................................................................... . 39 . 5.6 Caracterização do lodo de esgoto. ...................................................................... . 40 . 5.7 Operações agrícolas na área experimental. ......................................................... . 44 . 5.7.1 Operações antes da instalação do experimento. .......................................... . 44 . 5.7.2 Operações de instalação dos ensaios. .......................................................... . 44 . 5.8 Parâmetros avaliados. ......................................................................................... . 46 . 5.8.1 Desenvolvimento da cultura no campo. ...................................................... . 46 . 5.8.1.1 Altura das plantas. ............................................................................... . 48 . 5.8.1.2 Diâmetro do colmo. ............................................................................. . 48 . 5.8.1.3 Número de folhas. ............................................................................... . 48 . 5.8.2 Componentes de produção. .......................................................................... . 48 . 5.8.2.1 Massa das espigas sem palha e massa da palha. ................................... . 49 . 5.8.2.2 Comprimento, diâmetro e número de fileiras das espigas. .................. . 49 . 5.8.2.3 Diâmetro dos sabugos. ........................................................................ . 49 . 5.8.2.4 Massa de 1000 grãos. .......................................................................... . 49 . 5.8.2.5 Número de espigas por parcela. .......................................................... . 50 . . X . 5.8.2.6 Número de grãos por espiga. ................................................................ . 50 . 5.8.2.7 Produtividade. ...................................................................................... . 50 . 5.8.3 Análise foliar. .............................................................................................. . 50 . 5.8.4 Análises de solo. ......................................................................................... . 51 . 5.8.5 Água drenada pelo solo. .............................................................................. . 52 . 5.8.6 Coleta de amostras de solo em profundidade. ............................................. . 53 . 5.8.7 Dados climatológicos. ................................................................................. . 54 . 6. RESULTADOS E DISCUSSÃO. ............................................................................. . 56 . 6.1 Cultura. .................................................................................................................. 56 . 6.1.1 Desenvolvimento da cultura no campo. ...................................................... . 56 . 6.1.1.1 Altura das plantas. ............................................................................... . 56 . 6.1.1.2 Diâmetro do colmo. ............................................................................. . 57 . 6.1.1.2 Número de folhas. ............................................................................... . 59 . 6.1.2 Componentes de produção. .......................................................................... . 62 . 6.2 Análise de solo. ................................................................................................... . 69 . 6.2.1 Análise básica. .............................................................................................. . 70 . 6.2.2 Análise de micronutrientes. ......................................................................... . 81 . 6.3 Análise foliar. ...................................................................................................... . 86 . 6.3.1 Macronutrientes. .......................................................................................... . 86 . 6.3.2 Micronutrientes. .......................................................................................... . 91 . 6.4 Água drenada pelo solo. ...................................................................................... . 94 . 6.5 Análise de solo em profundidade. ..................................................................... . 114 . 6.5.1 Análise básica. ........................................................................................... . 114 . 6.5.2 Análise de micronutrientes. ....................................................................... . 121 . 7. CONSIDERAÇÕES FINAIS. ................................................................................. . 128 . 8. CONCLUSÕES. ...................................................................................................... . 131 . 9. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS. ................................................................... . 133 . . XI . . L I S T A D E Q U A D R O S . . Quadro . . página . 1. Amplitude da variação das concentrações dos componentes de lodos de esgoto produzidos em diferentes localidades da RMSP e utilizados por diferentes autores. Adaptado de Oliveira (2000) pg. 6 *. ......................................................... . 19 . 2. Resultados da análise química básica do solo da área experimental antes da instalação do experimento, nas faixas de 0-10 e 10-20cm de profundidade. .......... . 38 . 3. Concentrações de micronutrientes no solo da área experimental antes da instalação do experimento, nas faixas 0-10 e 10-20cm de profundidade. ............... . 38 . 4. Características dos lodos de esgoto utilizados em cada um dos ensaios. ................ . 42 . 5. Quantidades de matéria orgânica e nutrientes (kg ha-1) adicionadas via lodo por tratamentos em cada ensaio. .................................................................................... . 43 . 6. Altura das plantas (cm), na primeira medição, nos quatro ensaios do trabalho. ...... . 58 . 7. Altura das plantas (cm), na segunda medição, nos quatro ensaios do trabalho. ....... . 58 . 8. Altura das plantas (cm), na terceira medição, nos quatro ensaios do trabalho. ....... . 58 . 9. Diâmetro do colmo das plantas (cm), na primeira medição, nos quatro ensaios do trabalho. ................................................................................................................... . 60 . 10. Diâmetro do colmo das plantas (cm), na segunda medição, nos quatro ensaios do trabalho. ................................................................................................................... . 60 . 11. Diâmetro do colmo das plantas (cm), na terceira medição, nos quatro ensaios do trabalho. ................................................................................................................... . 60 . 12. Número de folhas das plantas, na primeira medição, nos quatro ensaios do trabalho. ................................................................................................................... . 61 . 13. Número de folhas das plantas, na segunda medição, nos quatro ensaios do trabalho. ................................................................................................................... . 61 . 14. Número de folhas das plantas, na terceira medição, nos quatro ensaios do trabalho. ................................................................................................................... . 61 . 15. Massa da palha (kg) nos quatro ensaios do trabalho. .............................................. . 63 . 16. Massa das espigas sem palha (kg) nos quatro ensaios do trabalho. ......................... . 63 . 17. Comprimento das espigas (cm) nos quatro ensaios do trabalho. ............................. . 64 . 18. Número de grãos por espiga nos quatro ensaios do trabalho. ................................. . 64 . 19. Número de fileiras das espigas nos quatro ensaios do trabalho. ............................. . 65 . 20. Diâmetro dos sabugos (mm) nos quatro ensaios do trabalho. ................................. . 65 . . XII . . Quadro . . página . 21. Massa de 1000 grãos (g) nos quatro ensaios do trabalho. ...................................... . 65 . 22. Diâmetro das espigas (mm) nos quatro ensaios do trabalho. .................................. . 66 . 23. Número de espigas por parcela nos quatro ensaios do trabalho. ............................. . 67 . 24. Produtividade a 13% umidade (kg ha-1), nos quatro ensaios do trabalho. ............... . 67 . 25. Valores de pH do solo na faixa de 0-10cm de profundidade. ................................. . 71 . 26. Valores de pH do solo na faixa de 10-20cm de profundidade. ................................ . 71 . 27. Acidez potencial do solo (H+Al) (mmolc dm-3) na faixa de 0-10cm de profundidade. ........................................................................................................... . 71 . 28. Acidez potencial do solo (H+Al) (mmolc dm-3) na faixa de 10-20cm de profundidade. ........................................................................................................... . 72 . 29. Concentração de matéria orgânica no solo (g dm-3) na faixa de 0-10cm de profundidade. ........................................................................................................... . 73 . 30. Concentração de matéria orgânica no solo (g dm-3) na faixa de 10-20cm de profundidade. ........................................................................................................... . 73 . 31. CTC do solo (mmolc dm-3) na faixa de 0-10cm de profundidade. ........................... . 74 . 32. CTC do solo (mmolc.dm-3) na faixa de 10-20cm de profundidade. ......................... .74 . 33. Concentração de fósforo no solo (mg dm-3) na faixa de 0-10cm de profundidade. . . 75 . 34. Concentração de fósforo no solo (mgdm-3) na faixa de 10-20cm de profundidade. . 75 . 35. Concentração de potássio do solo (mmolc dm-3) na faixa de 0-10cm de profundidade. ........................................................................................................... . 77 . 36. Concentração de potássio do solo (mmolc dm-3) na faixa de 10-20cm de profundidade. ........................................................................................................... . 77 . 37. Concentração de cálcio do solo (mmolc.dm-3) na faixa de 0-10cm de profundidade. ........................................................................................................... . 77 . 38. Concentração de cálcio do solo (mmolc.dm-3) na faixa de 10-20cm de profundidade. ........................................................................................................... . 78 . 39. Concentração de magnésio do solo (mmolc dm-3) na faixa de 0-10cm de profundidade. ........................................................................................................... . 78 . 40. Concentração de magnésio do solo (mmolc dm-3) na faixa de 10-20cm de profundidade. ........................................................................................................... . 78 . . XIII . . Quadro . . página . 41. Concentração de enxofre no solo (mmolc dm-3) na faixa de 0-10cm de profundidade. ........................................................................................................... . 79 . 42. Concentração de enxofre no solo (mmolc dm-3) na faixa de 10-20cm de profundidade. ........................................................................................................... . 80 . 43. Soma de bases no solo (mmolc dm-3) na faixa de 0-10cm de profundidade. ........... . 80 . 44. Soma de bases no solo (mmolc dm-3) na faixa de 10-20cm de profundidade. ......... . 80 . 45. V% do solo (mmolc dm-3) na faixa de 0-10cm de profundidade. ............................ . 81 . 46. V% do solo (mmolc dm-3) na faixa de 10-20cm de profundidade. .......................... . 81 . 47. Concentração de boro no solo (mg dm-3) na faixa de 0-10cm de profundidade. ... . 82 . 48. Concentração de boro no solo (mg dm-3) na faixa de 10-20cm de profundidade. . . 82 . 49. Concentração de cobre no solo (mg dm-3) na faixa de 0-10cm de profundidade. ... . 83 . 50. Concentração de cobre no solo (mg dm-3) na faixa de 10-20cm de profundidade. . . 83 . 51. Concentração de ferro no solo (mg dm-3) na faixa de 0-10cm de profundidade. .... . 84 . 52. Concentração de ferro no solo (mg dm-3) na faixa de 10-20cm de profundidade. .. . 84 . 53. Concentração de manganês no solo (mg dm-3) na faixa de 0-10cm de profundidade. ........................................................................................................... . 85 . 54. Concentração de manganês no solo (mg dm-3) na faixa de 10-20cm de profundidade. ........................................................................................................... . 85 . 55. Concentração de zinco no solo (mg dm-3) na faixa de 0-10cm de profundidade. ... . 85 . 56. Concentração de zinco no solo (mg dm-3) na faixa de 10-20cm de profundidade. . . 86 . 57. Resultados médios para o teor foliar de nitrogênio (g kg-1) em plantas de milho. .. . 87 . 58. Resultados médios para o teor foliar de fósforo (g kg-1) em plantas de milho. ....... . 88 . 59. Resultados médios para o teor foliar de potássio (g kg-1) em plantas de milho. ..... . 89 . 60. Resultados médios para o teor foliar de cálcio (g kg-1) em plantas de milho. ......... . 89 . 61. Resultados médios para o teor foliar de magnésio (g kg-1) em plantas de milho. ... . 90 . 62. Resultados médios para o teor foliar de enxofre (g kg-1) em plantas de milho. ...... . 90 . 63. Resultados médios para o teor foliar de boro (mg kg-1) em plantas de milho. ........ . 91 . 64. Resultados médios para o teor foliar de cobre (mg kg-1) em plantas de milho. ...... . 92 . 65. Resultados médios para o teor foliar de ferro (mg kg-1) em plantas de milho. ....... . 92 . 66. Resultados médios para o teor foliar de manganês (mg kg-1) em plantas de milho. . 93 . . XIV . . Quadro . . página . 67. Resultados médios para o teor foliar de zinco (mg kg-1) em plantas de milho. ....... . 93 . 68. Valores de pH do solo no final da fase experimental em quatro profundidades. .. . 116 . 69. Acidez potencial (H+Al) do solo (mmolc dm-3), no final da fase experimental em quatro profundidades. ............................................................................................ . 116 . 70. Matéria orgânica do solo (g dm-3), no final da fase experimental em quatro profundidades. ........................................................................................................ . 116 . 71. CTC do solo (mmolc dm-3), no final da fase experimental em quatro profundidades. ........................................................................................................ . 116 . 72. Concentração de fósforo no solo (mg dm-3), no final da fase experimental em quatro profundidades. ............................................................................................ . 119 . 73. Concentração de potássio no solo (mmolc dm-3), no final da fase experimental em quatro profundidades. ............................................................................................. . 119 . 74. Concentração de cálcio no solo (mmolc dm-3), no final da fase experimental em quatro profundidades. ............................................................................................ . 119 . 75. Concentração de magnésio no solo (mmolc dm-3), no final da fase experimental em quatro profundidades. ...................................................................................... . 119 . 76. Concentração de enxofre no solo (mmolc dm-3), no final da fase experimental em quatro profundidades. ............................................................................................ . 122 . 77. Soma de bases no solo (mmolc dm-3), no final da fase experimental em quatro profundidades. ........................................................................................................ . 122 . 78. Saturação por bases (V%) no solo (mmolc dm-3), no final da fase experimental em quatro profundidades. ...................................................................................... . 122 . 79. Concentração de boro no solo (mg dm-3), no final da fase experimental em quatro profundidades. ....................................................................................................... . 124 . 80. Concentração de cobre no solo (mg dm-3), no final da fase experimental em quatro profundidades. ............................................................................................. . 124 . 81. Concentração de ferro no solo (mg dm-3), no final da fase experimental em quatro profundidades. ....................................................................................................... . 124 . 82. Concentração de manganês no solo (mg dm-3), no final da fase experimental em quatro profundidades. ............................................................................................ . 124 . 83. Concentração de zinco no solo (mg dm-3), no final da fase experimental em quatro profundidades. ............................................................................................ . 126 . . XV . . L I S T A D E F I G U R A S . . Figura . . página . 1. Distribuição da água no planeta Terra (D’AMBROSIO, 2001). ............................. . 13 . 2. Esquema da localização da ETL – FCA/UNESP, Botucatu-SP, sem escala e dimensões. ............................................................................................................... . 33 . 3. Esquema resumido e ilustrado do sistema de tratamento de esgoto empregado na ETL. . ........................................................................................................................ . 34 . 4. Vista geral das caixas de decantação. (A) entrada de efluente; (B) parte superior das grades e da peneira; (C) divisor de fluxo. ................................................................ . 35 . 5. Esquema das caixas de decantação: observa-se as grades, peneiras e o divisor de fluxo (sem escala e sem dimensões). ....................................................................... . 35 . 6. Terreiro de alvenaria utilizado para a depósito e secagem inicial do lodo de esgoto gerado na ETL. ........................................................................................................ . 37 . 7. Terreiro de alvenaria protegido com túnel plástico para proteção e secagem final do lodo da ETL. ............................................................................................................ . 37 . 8. Picadora de forragem TRAPP-TRF100, adaptada pelo CEMEQ/UNESP para a moagem do lodo. ...................................................................................................... . 37 . 9. Esquema da composição das parcelas. .................................................................... . 39 . 10. Disposição dos blocos na área experimental mostrando as posições de cada parcela definidas ao acaso. ................................................................................................... . 40 . 11. Operações agrícolas na área experimental: (A) área experimental estaqueada, com os sacos de lodo divididos por parcela; (B) aplicação manual de lodo moído nas parcelas; (C) situação da área após aplicação do lodo; (D) incorporação de lodo com enxada rotativa; (E) uniformização da superfície do solo da parcela após incorporação do lodo; (F) utilização do riscador na demarcação da linhas de semeadura; (G) abertura dos sulcos para semeadura e (H) vista geral das sementes dispostas no sulco e dos gabaritos de PVC. ............................................................ . 47 . 12. Esquema da caixa enterrada utilizada na coleta de amostras de água drenada. ...... . 52 . 13. Variação da temperatura ambiente (oC) da área experimental durante o período de realização do trabalho. ............................................................................................. . 54 . 14. Precipitação pluviométrica total (mm) durante as diversas etapas da fase experimental. ............................................................................................................ . 55 . 15. Comparação das produtividades em cada ensaio dentro dos tratamentos. .............. . 68 . 16. Comparação das produtividades em cada tratamento dentro de cada ensaio. ......... . 69 . . XVI . . Figura . . página . 17. Variação das concentrações de Sólidos Totais (mg L-1), na água drenada para cada tratamento em todos os ensaios. .............................................................................. . 96 . 18. Variação da condutividade elétrica ( S cm-1) na água drenada para cada tratamento em todos os ensaios. ................................................................................................ . 97 . 19. Variação da turbidez (NTU) da água drenada para cada tratamento em todos os ensaios. .................................................................................................................... . 98 . 20. Variação das concentrações de Ntotal (mg L-1), na água drenada para cada tratamento em todos os ensaios. .............................................................................................. . 100 . 21. Variação das concentrações de N-NO3 (mg L-1), na água drenada para cada tratamento em todos os ensaios. ............................................................................ . 101 . 22. Variação das concentrações de N-NO2 - (mg L-1), na água drenada para cada tratamento em todos os ensaios. ............................................................................ . 102 . 23. Variação das concentrações de Ptotal (mg L-1), na água drenada para cada tratamento em todos os ensaios. .............................................................................................. . 104 . 24. Variação das concentrações de potássio (mg L-1), na água drenada para cada tratamento em todos os ensaios. ............................................................................ . 105 . 25. Variação das concentrações de cálcio (mg L-1), na água drenada para cada tratamento em todos os ensaios. ............................................................................ . 107 . 26. Variação das concentrações de magnésio (mg L-1), na água drenada para cada tratamento em todos os ensaios. ............................................................................ . 108 . 27. Variação das concentrações de enxofre (mg L-1), na água drenada para cada tratamento em todos os ensaios. ............................................................................ . 109 . 28. Variação das concentrações de sódio (mg L-1), na água drenada para cada tratamento em todos os ensaios. .............................................................................................. . 110 . 29. Variação do pH na água drenada para cada tratamento em todos os ensaios. ....... . 112 . 30. Variação da concentração de detergente (mg L-1) na água drenada para cada tratamento em todos os ensaios. ............................................................................ . 113 . 31. Variação do pH do solo nas quatro profundidades amostradas. ............................ . 117 . 32. Acidez potencial (H+Al) do solo nas quatro profundidades amostradas. ............. . 117 . 33. Matéria orgânica do solo nas quatro profundidades amostradas. .......................... . 117 . 34. CTC do solo nas quatro profundidades amostradas. ............................................. . 117 . 35. Fósforo do solo nas quatro profundidades amostradas. ......................................... . 120 . 36. Potássio do solo nas quatro profundidades amostradas. ........................................ . 120 . . XVII . . Figura . . página . 37. Cálcio do solo nas quatro profundidades amostradas. ........................................... . 120 . 38. Magnésio do solo nas quatro profundidades amostradas. ..................................... . 120 . 39. Enxofre do solo nas quatro profundidades amostradas. ........................................ . 123 . 40. Soma de Bases do solo nas quatro profundidades amostradas. ............................. . 123 . 41. V% do solo nas quatro profundidades amostradas. ............................................... . 123 . 42. Boro do solo nas quatro profundidades amostradas. ............................................. . 125 . 43. Cobre do solo nas quatro profundidades amostradas. ........................................... . 125 . 44. Ferro do solo nas quatro profundidades amostradas. ............................................ . 125 . 45. Manganês do solo nas quatro profundidades amostradas. ..................................... . 125 . 46. Zinco do solo nas quatro profundidades amostradas. ............................................ . 126 . . 1 . 1. RESUMO O objetivo deste trabalho foi avaliar os efeitos da aplicação do lodo de esgoto proveniente de uma pequena estação de tratamento, localizada na Fazenda Experimental Lageado, Faculdade de Ciências Agronômicas–UNESP, Botucatu, SP, Brasil, na produtividade agrícola e características de plantas de milho, bem como seus impactos nas características do solo e na qualidade da água drenada para o freático. O delineamento experimental foi constituído por blocos ao acaso, com parcelas subdivididas no tempo (Ensaios), num total de 6 tratamentos, 4 blocos e 4 ensaios, sendo T1 (testemunha, sem fertilização); T2 (10t ha-1 de lodo seco); T3 (20t ha-1 de lodo seco); T4 (30t ha-1 de lodo seco); T5 (40t ha-1 de lodo seco) e T6 (adubação mineral). Os ensaios foram assim definidos: E1 (cultivo de verão instalado em 11/2000); E2 (cultivo de inverno instalado em 06/2001); E3 (segundo cultivo de verão instalado em 11/2001) e E4 (segundo cultivo de inverno instalado em 05/2002). Foi utilizado o milho como cultura teste. Os parâmetros avaliados no campo foram altura das plantas, diâmetro do colmo e número de folhas em três épocas diferentes, além da análise foliar. Após a colheita das espigas foram avaliados os componentes de produção: massa sem palha, comprimento, diâmetro e número de fileiras das espigas; massa da palha; diâmetro dos sabugos; número de . 2 . espigas por parcela; peso de 1000 grãos e número de grãos por espiga, além do cálculo da produtividade a 13% de umidade. Ao final de cada ensaio foram coletadas amostras de solo nas faixas de 0-10 e 10-20cm de profundidade para a realização de análises químicas básica e de micronutrientes. Amostras da água drenada ao longo do perfil do solo foram coletadas com a utilização de caixas enterradas, sendo determinados os teores de nitrato, nitrito, DQO, turbidez, detergente, condutividade elétrica, pH, sólidos totais, N, P, K, Ca, Mg, S, Na, B, Cu, Fe, Mn e Zn. Os resultados foram analisados estatisticamente pelo “software” ESTAT e submetidos à análise de variância. Nos casos de variações significativas, procedeu- se o teste de Tukey a 5% de significância. As amostras de água drenada, que foram coletadas em apenas um ponto para cada tratamento, sem repetição, permitiram apenas a avaliação da tendência de aumento ou diminuição dos parâmetros. Os resultados do desenvolvimento das plantas no campo mostraram, em todas as determinações de altura, diâmetro e número de folhas, uma tendência de se obter maiores valores à medida em que se aumentou a dose de lodo de esgoto. Os componentes de produção comportaram-se de maneira semelhante, pois na maioria deles não foram observadas diferenças significativas entre os tratamentos no decorrer dos ensaios. Ao se considerar as médias, observou-se diferenças significativas, sendo os resultados dos tratamentos com lodo maiores que a testemunha e iguais ao tratamento com adubo. Em E1 observou-se altas produtividades em todos os tratamentos, inclusive na testemunha. Porém, nos ensaios posteriores, a testemunha apresentou quedas marcantes. Em média, a produtividade diminuiu para cada tratamento. A aplicação de lodo, independentemente da dose, promoveu aumentos nos teores de matéria orgânica, P e micronutrientes (B, Cu, Fe, Mn e Zn), bem como na CTC do solo. Além disso houve diminuição do pH e nos teores de K, Ca e Mg, com consequente aumento da acidez potencial (H+Al). Nas análises foliares observou-se, exceto para o potássio, que os teores dos nutrientes nas plantas fertilizadas com lodo de esgoto apresentaram-se dentro das faixas de valores definidas como adequadas pela literatura. As plantas dos tratamentos com lodo apresentaram maiores teores de P e Zn, em relação às plantas dos demais tratamentos, e de N, . 3 . S e Cu, apenas em relação à testemunha. Quando se utilizou o lodo de esgoto, observou-se que as plantas apresentaram teores de K menores do que aquelas dos demais tratamentos. As análises da água drenada apresentaram resultados variados, que podem ser atribuídos à quebra da estrutura natural do solo quando da confecção das caixas de coleta e à pequena profundidade em que foram coletadas as amostras. Para as amostras de solo coletadas em diferentes profundidades, observou-se que a aplicação de altas doses de lodo de esgoto por quatro vezes consecutivas em dois anos causou acúmulo de nutrientes e matéria orgânica apenas nas camadas superficiais do solo, com exceção do enxofre que lixiviou para camadas mais profundas. Com bases nos estudos realizados, bem como no intervalo de tempo e com as doses de lodo utilizadas, concluiu-se que, caso houvesse a necessidade de se recomendar uma dose ideal de lodo de esgoto para o fornecimento de nutrientes à cultura do milho, esta ficaria entre 10 e 20t ha-1, onde se observou maior produtividade e menor permanência de resíduos no solo. . 4 . DOMESTIC SEWAGE SLUDGE USE: EFFECTS IN THE AGRICULTURAL PRODUCTIVITY AND IN SOME ENVIRONMENTAL ASPECTS. 2003, 143 f. Doutorado (Agronomia/Energia na Agricultura) – Faculdade de Ciências Agronômicas, Universidade Estadual Paulista (UNESP), Botucatu, 2003. Author: CARLOS CESAR BREDA Adviser: IRAÊ AMARAL GUERRINI 2. SUMMARY The objective of this study was to evaluate the effects of the use of sewage sludge, coming from a small treatment station, located in Lageado Experimental Farm, Agronomic Sciences College - UNESP, Botucatu, SP, Brazil, on productivity and characteristics of corn plants, as well as its impact on soil characteristics and quality of drained water. The experimental design constituted of randomized blocks, with split plots in time (Assays), with 6 treatments, 4 blocks and 4 assays. The treatments were T1 (control, without fertilization); T2 (10t ha-1 of dry sludge); T3 (20t ha-1 of dry sludge); T4 (30t ha-1 of dry sludge); T5 (40t ha-1 of dry sludge) and T6 (mineral fertilizer). The assays were defined as: E1 (first summer plantation, installed in 11/2000); E2 (first winter plantation, installed in 06/2001); E3 (second summer plantation, installed in 11/2001), and E4 (second winter plantation, installed in 05/2002). The parameters evaluated were height of plants, stem diameter and number of leaves, besides leaves chemical analysis. After harvesting of corn spikes, the production components were evaluated: spikes without straw; spike length, diameter and line number; straw weight; corncob diameter; number of spikes; weight of 1000 grains and grains for spike). Moreover, the corn productivity at 13% of humidity was calculated. At the end of . 5 . each assay, soil samples were collected in 0-10 and 10-20cm depth, and evaluated for the basic and micronutrients chemical analyses. Drained water samples were collected using buried boxes and evaluated for nitrate, nitrite, COD, turbidity, detergent, electric conductivity, pH, total solids, N, P, K, Ca, Mg, S, Na, B, Cu, Fe, Mn, and Zn. The results were analyzed using the ESTAT software, for analysis of variance. Whenever the results were significant, the analyses were complemented with the Tukey test with 5% significance level. The groundwater samples that were collected only in one time point for each treatment, without repetition, allowed only for evaluation of the parameters tendency. The results of the development of plants in the field showed in all evaluations of height, diameter and leaves number, a tendency for increased values as the sewage sludge dose increased. The production components there was no significant difference among the treatments within the assays, however, when the averages were compared, the sludge treatments and the chemical fertilizer were similar to each other, but superior to the control. In E1, high productivity values were observed in all treatments. In the posterior assays, the control group, as well as the other groups, presented a significant decrease in productivity. In the four sewage sludge applications, it was observed increase in soil organic matter, P, micronutrients and ECC. Besides, there was a decrease in pH, Ca and Mg, with consequent increase in potential acidity (H+Al). The K levels, and sum of bases and base saturation indexes also decreased. In corn leaves, it was observed that, except for the K, the nutrient levels of the plants fertilized with sludge were within ideal values defined in the literature. The sewage sludge treatments showed larger values of P and Zn in relation to the other treatments. Values of N, S and Cu were larger in relation to the control group, only. The K levels were smaller in relation to the other treatments. Drained water samples showed variable behavior. Some of this variability can be attributed to the break in the soil natural structure, when the collection boxes were made and also due to the shallow collection. Soil samples collected from different depths showed that greater application of sludge doses for four times in two years, caused accumulation of nutrients and . 6 . organic matter in soil surface, supposedly in the same incorporation depth. However, at larger depths, the sludge treatments obtained similar values to those obtained in the control and in the treatment with chemical fertilizer. With bases in the accomplished studies, as well as in the time interval and used doses of sewage sludges , it was concluded that, if was necessary to recommend an ideal dose of sewage sludge to supply nutritious for the corn plants, this would be between 10 and 20t ha-1. Where was observed larger productivity and smaller permanence of residues in the soil. KEYWORDS: sewer treatment, wastewater treatment, sewage sludge, corn, plants nutrition, soils, drained water, solids residues . 7 . 3. INTRODUÇÃO As preocupações e incertezas com relação ao futuro da qualidade e quantidade da água são assuntos cada vez mais discutidos e destacados junto às autoridades responsáveis, seja em escala mundial, federal, ou mesmo regional. Isso fez com que se definissem e fossem colocadas em prática normas para a preservação dos recursos disponíveis, despertando na classe científica e em outros setores da sociedade grande interesse na busca de soluções técnicas para o problema. Torna-se claro que toda essa movimentação fundamenta-se nos riscos que a humanidade poderá enfrentar caso medidas de preservação, uso racional e economia de água não venham a ser tomadas em tempo hábil. Ao lado das futuras restrições da disponibilidade de água ligadas aos aspectos quantitativos, há que se considerar também os aspectos qualitativos, que impedem a imediata reutilização das águas sem prévio tratamento. Os diversos tipos de poluição são os principais causadores da redução da pronta disponibilidade de água quando se refere aos aspectos qualitativos. Onde quer que exista, a poluição sempre será um grave problema para o homem e para o meio ambiente. As soluções que vêm sendo buscadas estão ligadas ao tratamento dos esgotos domésticos e dos efluentes industriais e à educação do povo para a redução dos . 8 . desperdícios, bem como aos estudos que definem regras para que se façam melhores usos e ocupações dos solos. No que se refere ao esgoto doméstico, pesquisas apontam que metade da população não dispõe de rede de esgoto, sendo que em muitas localidades os esgotos ainda se encontram dispostos a “céu aberto”. De forma mais grave, sabe-se que quase a totalidade dos esgotos é despejada nos cursos de água naturais sem nenhum tratamento, comprometendo a qualidade dos mesmos. Com base nessas e em outras informações, um maior número de pesquisadores começou a demonstrar interesse em realizar estudos nessa área, com o objetivo de desenvolver novas tecnologias para o tratamento e reutilização das águas residuárias oriundas de atividades domésticas ou de processos industriais, levando sempre em consideração a viabilidade econômica e operacional dos sistemas desenvolvidos. As opções para tratamento ou recuperação de águas servidas de origem doméstica, agrícola ou industrial envolvem inúmeras alternativas, que podem ser complexas e onerosas ou simples e de baixo custo. Seguindo essa tendência, o Laboratório de Recursos Hídricos do Departamento de Engenharia Rural da FCA/UNESP – Botucatu-SP, com apoio da FAPESP, passou por uma total reestruturação e iniciou estudos para o desenvolvimento de tecnologias que viessem melhorar a qualidade dos efluentes domésticos antes de sua disposição final no ambiente. Para isso, foi construída na Fazenda Experimental Lageado (sede da FCA), também com o apoio da FAPESP, a Estação Experimental de Tratamento de Efluente Doméstico do Lageado (ETL). Essa estação é utilizada para estudar, principalmente, a eficiência do sistema fito-pedológico, constituído por substrato filtrante e macrófitas aquáticas na depuração dos despejos domésticos gerados por uma pequena comunidade rural. Contudo, o sistema utilizado na ETL, da mesma forma que a maioria dos sistemas de tratamento de esgoto, gera resíduos que devem ser reciclados em conformidade com o princípio da auto-sustentabilidade proposto na Agenda 21. O referido sistema utiliza caixas de decantação antes da atuação das plantas, visando a retenção de material sólido grosseiro, o qual é genericamente chamado de lodo de esgoto. . 9 . De acordo com vários estudos já realizados, o lodo de esgoto é tido como o maior e mais sério problema a ser solucionado pelas estações de tratamento, e com urgência. Uma vantagem a ser explorada está ligada aos altos teores de matéria orgânica e nutrientes, o que permite sua utilização, de maneira satisfatória, na produção agrícola como substituto de fertilizantes minerais. Além do fornecimento de nutrientes, a aplicação do lodo de esgoto pode representar significativa melhoria nas condições do solo devido a esse alto teor de matéria orgânica. A disposição de resíduos diretamente nos solos cultivados é um método simples e fácil de ser colocado em prática, mas nem sempre pode ser aplicado devido à falta de disponibilidade de áreas próximas à estação geradora e, principalmente, devido a problemas de contaminação das águas e do solo. Porém, ainda existem muitas dúvidas e questionamentos quanto a seus efeitos no solo, águas superficiais e subterrâneas e plantas. Dentro do princípio da auto-sustentabilidade, as estações de tratamento devem dispor desses resíduos poluentes de modo a evitar que os mesmos venham a ocasionar impactos no meio ambiente. Disso decorre a importância desta investigação, uma vez que foram obtidos resultados que permitem avaliar e dar maior segurança para a utilização do lodo em áreas agrícolas, pois mostra alguns efeitos causados pela utilização repetida do material em pauta como fertilizante orgânico nos solos cultivados, bem como nas plantas e na água drenada pelo solo. A cultura teste escolhida foi a do milho, a qual possui maior importância no âmbito nacional, sendo cultivada na maioria das propriedades rurais, sejam elas de grande, médio ou pequeno porte. . 10 . 4. REVISÃO DE LITERATURA 4.1 Importância da água A presença da água e sua disponibilidade para o consumo imediato são condições fundamentais para a manutenção da vida na Terra e o desenvolvimento da humanidade. Porém, dada a falta de critérios definidos em seu uso, há uma tendência cada vez maior de escassez desse recurso, o que, segundo alguns autores, poderá prejudicar o desenvolvimento de muitos países e gerar conflitos mundiais, como já se observa em algumas regiões da África e Oriente Médio. Por este e outros motivos, o bem em pauta vem despertando muita preocupação no que se refere aos seus aspectos quantitativos e qualitativos. Ayers e Westcot (1991) mostram que as incertezas com relação ao futuro da qualidade e quantidade da água é um assunto cada vez mais discutido e destacado junto às autoridades responsáveis, seja em escala mundial, federal, ou mesmo regional, exigindo urgentes definições de normas para a preservação dos recursos disponíveis, tanto pela classe científica como por outros setores da sociedade empenhados na busca de soluções técnicas para o problema. Toda essa movimentação fundamenta-se nos riscos que a . 11 . humanidade poderá enfrentar caso medidas de preservação e economia de água não venham a ser tomadas em tempo hábil. Em consequência disso, houve necessidade, por parte dos governantes, de estabelecer e colocar em prática leis e normas que regulamentassem a utilização e a disposição desse recurso dentro de bases racionais. As mais importantes leis começaram a ser implantadas a partir da década de 1960 e, principalmente depois da Primeira Conferência das Nações Unidas para o Meio Ambiente e Desenvolvimento, realizada na Suécia, em 1972. A partir desse evento surgiu o conceito de desenvolvimento sustentável e muitos governos e empresas privadas começaram a levar em conta aspectos ligados ao meio ambiente em seus planos econômicos (CONTE; LEOPOLDO, 1998). Porém, os problemas ambientais continuaram a se agravar, levando à realização da Segunda Conferência, no Brasil em 1992, a ECO-92, que segundo Rebouças (1997) teve como principal resultado a Agenda 21. Dessas Conferências surgiram algumas normas visando à sustentabilidade ambiental e a melhoria da qualidade de vida da sociedade, dando atenção especial ao controle de qualidade através da implantação da ISO-9000, Selo Verde e ISO-14000, bem como apresentando uma legislação mais rigorosa em termos de gestão ambiental (REBOUÇAS, 1997). O Brasil passou a ter uma política mais sólida para os recursos hídricos somente depois da aprovação da Lei 9.433, de 8 de janeiro de 1997, em âmbito nacional (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE RECURSOS HÍDRICOS, 1997; CABRAL, 1997). De acordo com a política de gerenciamento dos recursos hídricos definida por essa Lei, ou mesmo no estado de São Paulo conforme previsto pelo Conselho Estadual de Recursos Hídricos em 1991 (SÃO PAULO, 1994), que dispõe sobre a “cobrança pela utilização dos recursos hídricos no domínio do Estado de São Paulo” e que em breve será promulgada na forma de Lei, espera- se que inúmeros e diferentes sistemas de tratamento de efluentes de origem urbana, industrial ou agrícola sejam desenvolvidos e implantados com o objetivo de atender às exigências legais no que se refere ao uso e manejo da água nos termos do princípio da auto-sustentabilidade. Essas medidas governamentais, indiscutivelmente necessárias, decorrem do constante aumento na demanda de água pela sociedade, prevendo-se sérias dificuldades no seu adequado fornecimento sem que haja um comprometimento do . 12 . desenvolvimento sócio-econômico, pois sabe-se que esse recurso é de vital importância para todos os setores da sociedade. Sendo assim, a prevista crise mundial da água se mostra como o maior obstáculo a ser superado pelo homem neste terceiro milênio. 4.2 Situação da água Sabe-se que o globo terrestre apresenta 75% de sua superfície coberta por água, o equivalente a uma área de 372 milhões de km2. Apesar dessa quantidade grandiosa de água, pode-se observar na Figura 1 que a disponibilidade e distribuição desse precioso recurso inspiram permanentes cuidados com o planejamento e a racionalização de seus usos, uma vez que mais de 97% desse total são áreas oceânicas, com água salgada, até o momento inviável para o consumo humano. Existem ainda 2,1% imobilizados nas geleiras e calotas polares, restando para o consumo e utilização da humanidade e dos outros seres vivos menos de 1% da água “doce” em estado líquido, sendo que desse percentual, há uma parte de exploração economicamente inviável até os dias atuais. Disso decorrem os incontáveis problemas mundiais oriundos da falta de água de boa qualidade para as populações, conforme se observou pela conclusão obtida no final da Década Internacional da Água Potável e Saneamento da UNESCO (1981 a 1991), que mostrou a informação preocupante da existência de 1 bilhão de pessoas sem abastecimento seguro e quase 1/3 da população sem saneamento adequado. Na conclusão dessa década, a Organização Mundial da Saúde (OMS) estimava em 4 milhões o número de crianças mortas anualmente por doenças transmitidas por água de má qualidade (CAPOZOLI, 1997). Segundo Mancuso et al. (1992), a água, cujo desperdício é prática comum, vem se tornando um produto cada vez mais raro, pois apenas 6% de toda água doce existente no planeta ainda se presta ao consumo humano. Esses autores citam que a necessidade mundial em 1950 era de 1.360km3 ano-1, saltando, de forma assustadora, para 4.130km3 ano-1 nos anos 1990. A responsabilidade por esse consumo está assim dividida: agricultura (69%), indústria (23%) e domicílios (8%). Outras estatísticas apontam que, praticamente, 50% da água disponível já se encontra comprometida, e que os 50% restantes . 13 . serão insuficientes para atender ao crescimento da demanda sem diretas consequências no desenvolvimento da sociedade (POSTEL et al., 1996). Figura 1: Distribuição da água no planeta Terra (D’AMBROSIO, 2001). Zapparoli (1997) reporta que o crescimento explosivo da Região Metropolitana de São Paulo (RMSP) acelerou a deterioração da qualidade e o aumento da competição pelo uso da água. Dados apresentados pelo mesmo autor mostram que, na RMSP a demanda máxima pelo produto em 1996 ficou em torno de 56,7m3 s-1 crescendo para 69,2m3 s-1 no ano seguinte, porém a produção máxima no biênio 1996/1997 foi em média 59,1m3 s1, resultando em rodízios constantes em vários locais com o objetivo de garantir água de boa qualidade para todos. Pessoa (1989) destaca que, em função das atuais taxas de retirada de água, o ciclo hidrológico poderá fornecer água potável para uma população de 8 bilhões de habitantes, que deverá ser atingida por volta de 2020. Tais previsões foram baseadas no princípio de que a água deverá estar disponível onde e quando for necessária. . 14 . 4.3 Causas da escassez de água Esta situação de escassez de água, observada nos últimos tempos, se deve à falta de uma consciência ambiental, fazendo com que, ao lado das restrições da disponibilidade de água ligadas aos aspectos quantitativos, se considerem também os qualitativos, pois a maioria dos desperdícios e degradações da água podem ser evitados, uma vez que impedem sua imediata reutilização sem prévio tratamento, os quais, muitas vezes, podem se mostrar complexos e onerosos (BREDA; LEOPOLDO,1999). Os diversos tipos de poluição são os principais causadores da redução da pronta disponibilidade de água quando se refere aos aspectos qualitativos. Onde quer que exista, a poluição sempre será um grave problema para o homem e para o meio ambiente. Esse problema atinge com maior gravidade a Região Metropolitana de São Paulo, chegando a alcançar proporções incontroláveis. Capozoli (1997) comenta que nas grandes cidades como São Paulo a função dos rios foi reduzida ao transporte de esgotos, em sua maioria sem tratamento. Luduvice (1998) utilizou dados da Secretaria de Planejamento do governo brasileiro para mostrar que, até 1996, somente 30% dos esgotos gerados nas cidades brasileiras eram coletados e apenas 8% recebiam algum tipo de tratamento. Zapparoli (1997) afirma que a cidade de São Paulo produzia, em 1997, cerca de 39m3 s-1 de esgoto, dos quais apenas 15% (6m3 s-1) recebiam tratamento adequado antes do retorno ao ambiente. Para o Brasil, dados mais recentes, baseados na Pesquisa Nacional de Saneamento Básico do ano 2000, realizada pelo Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE), apontam que o esgotamento sanitário é o serviço de saneamento básico com menos cobertura nos municípios brasileiros, pois apenas 52,2% dos municípios e 33,5% dos domicílios são atendidos pelo serviço de coleta de esgoto (INSTITUTO BRASILEIRO DE GEOGRAFIA E ESTATÍSTICA, 2000a ). A pesquisa do IBGE mostrou ainda que apenas 37,8% dos municípios que possuem serviço de coleta fazem também o tratamento do esgoto. Quando o assunto é volume, os dados mostram que, diariamente, são coletados no Brasil cerca de 14, 5 milhões m3 de esgoto dos quais 5,1 milhões m3 (35,2%) recebem algum tipo de tratamento antes de serem devolvidos ao ambiente (INSTITUTO BRASILEIRO DE GEOGRAFIA E ESTATÍSTICA, 2000a). . 15 . A região Sudeste é aquela que tem a maior proporção de municípios com esgoto coletado e tratado (33,1%), seguida do Sul (21,7%), Nordeste (13,3%), Centro- oeste (12,3%) e Norte (3,6%) (INSTITUTO BRASILEIRO DE GEOGRAFIA E ESTATÍSTICA, 2000a). Outra informação importante fornecida pela pesquisa do IBGE é que, dos 162 distritos que compõem a RMSP, apenas 2 não possuíam rede coletora de esgoto. Além disso, dos 160 distritos com coleta, apenas 35 não faziam nenhum tipo de tratamento de esgoto (INSTITUTO BRASILEIRO DE GEOGRAFIA E ESTATÍSTICA, 2000b; 2000c). A Companhia de Saneamento Básico do Estado de São Paulo (SABESP) mostra que, no ano 2000, eram tratados cerca de 11m3 s-1 de esgoto nas cinco estações de tratamento que compõem o Sistema Principal de Esgoto da RMSP, o que beneficiava uma população de 6,5 milhões de habitantes (COMPANHIA DE SANEAMENTO BÁSICO DO ESTADO DE SÃO PAULO, 2000). Em 2003, nas mesmas estações, o volume tratado saltou para 18m3 s-1, passando a beneficiar uma população de 8,4 milhões de habitantes (COMPANHIA DE SANEAMENTO BÁSICO DO ESTADO DE SÃO PAULO, 2003). Nos casos onde não foram observados sistemas de coleta e tratamento de esgoto, constatou-se que os mesmos eram despejados in natura nos rios e no mar, comprometendo a qualidade da água que seria utilizada para abastecimento, irrigação e recreação (INSTITUTO BRASILEIRO DE GEOGRAFIA E ESTATÍSTICA, 2000a). Algumas soluções que devem ser buscadas com urgência estão ligadas ao tratamento dos esgotos domésticos e efluentes industriais, à educação da população para a redução dos desperdícios e à definição de normas para melhorar o uso e a ocupação do solo. Segundo Oliveira (2000), a diminuição ou, quem sabe, a solução dos problemas causados pelo esgoto urbano dependem basicamente de ações comportamentais e governamentais. Comportamentais no sentido de conscientizar o povo de que não basta tratar os resíduos e sim combater o desperdício e reduzir os volumes gerados. Governamentais relacionadas à implementação de políticas ambientais e de saneamento básico que visem ampliar a capacidade de tratamento desses resíduos. . 16 . 4.4 Tecnologias para o tratamento de esgoto Com base nas informações anteriores e em muitas outras, um maior número de pesquisadores começou a demonstrar interesse em realizar estudos nessa área, objetivando desenvolver tecnologias para tratamento e reutilização das águas residuárias oriundas de atividades domésticas ou de processos industriais, levando sempre em consideração a viabilidade econômica e operacional dos sistemas desenvolvidos (BREDA,1999). As opções para tratamento ou recuperação de águas servidas de origem doméstica, agrícola ou industrial envolvem inúmeras alternativas, que podem ser complexas e onerosas ou simples e de baixo custo (GASI, 1988; METCALF & EDDY INC., 1979). Os métodos convencionais mais aplicados ao controle da carga poluidora de esgotos domésticos e efluentes industriais são lagoas de decantação ou de estabilização (BERTHET, 1982; KAWAI et al., 1990; SHIMADA et al., 1987), filtros e mantas (MATSUMOTO, 1987; PATERNIANI, 1971), biodigestores (BENICASA et al., 1986; TOLEDO, 1996; VIEIRA, 1984), disposição sobre o solo (BRAILE, 1979; PAGANINI, 1997; ROCCO; BREDA, 1996), além de se considerar o papel depurador desempenhado pelas plantas macrófitas (LEOPOLDO et al., 1999). Além de ser freqüentemente utilizada pelas indústrias para o tratamento de seus resíduos, principalmente nas usinas de cana de açúcar, a disposição de efluentes sobre o solo também pode ser utilizada para o tratamento do esgoto doméstico, como pode ser observado nos estudos realizados por Paganini (1997) que, trabalhando por 12 anos no município de Populina-SP, despejando esgoto doméstico in natura em solo cultivado com Brachiaria humedicula, concluiu que a disposição no solo é uma alternativa boa e barata para reduzir investimentos e proteger o meio ambiente, obtendo resultados significativos na redução da DBO, sólidos em suspensão e dos níveis de nitrogênio, além da elevação do nível de oxigênio dissolvido, sem causar alterações nas qualidades do solo e da água do lençol freático. Seidel, na Alemanha, e Volverton, nos Estados Unidos, apresentaram os primeiros resultados decorrentes do uso de plantas aquáticas vasculares na depuração de águas servidas de origem doméstica e industrial por volta de 1955 (BLAKE, 1982). Nesse trabalho, o autor observa que plantas do gênero Spircus, Typha e Phalaris apresentam . 17 . propriedades depuradoras úteis no controle da carga poluidora de águas residuárias. Observou ainda que principalmente as plantas do gênero Spircus são eficientes na depuração de águas com alto conteúdo de matéria orgânica e pouco degradáveis. Na fazenda Demétria, município de Botucatu-SP, através do monitoramento de um sistema de tratamento de efluentes domésticos utilizando-se Taboa, Junco e Lírio do Brejo, obteve-se resultados promissores, conforme relatam Conte et al. (1992), observando que as plantas atuaram com eficiência na retenção de espécies químicas dissolvidas (P e K) e reduziram, significativamente, as taxas de DBO, DQO e material sólido em suspensão. Observações similares foram relatadas por Zirschky (1986), Reuter et al. (1992) e Rostom (1993), ressaltando o uso de macrófitas como interessante alternativa no controle da carga poluidora de massas de água. Conte et al. (1998) estudaram a eficiência de plantas de Taboa (Typha sp) implantadas sobre leito filtrante, composto por camadas de areia grossa, solo e casca de arroz, no tratamento do esgoto doméstico de uma pequena comunidade rural, alcançando resultados significativos, como a redução de 92% da DQO, 77% e 71% para turbidez e sólidos em suspensão, respectivamente, e uma atuação altamente considerável no controle de coliformes totais e fecais, com reduções superiores a 99,9%. Em Botucatu-SP, na FCA/UNESP, foram realizados estudos para o desenvolvimento de novas tecnologias que viessem a melhorar a qualidade dos efluentes domésticos antes de sua disposição final no ambiente. Para isso, foi construída a Estação de Tratamento de Esgoto do Lageado (ETL), onde se estuda a eficiência do sistema fito- pedológico, composto por substrato filtrante e macrófitas aquáticas na depuração dos despejos domésticos gerados por uma pequena comunidade rural. Muitos trabalhos foram e estão sendo realizados nessa estação e seus resultados podem ser observados em Guimarães e Conte (1997), Guimarães et al. (1999), Leopoldo et al. (1999), entre outros. Todos esses trabalhos empregam caixas de decantação para a remoção do material sólido grosseiro presente no esgoto antes da atuação do sistema fito-pedológico e, em suas conclusões, os autores propõem uma avaliação da qualidade do material retido nos decantadores (lodo de esgoto) para utilização como fertilizante orgânico, concordando com Oliveira (2000), quando relata que o sucesso de uma estação de tratamento depende da viabilização técnica e econômica de alternativas para a disposição final do lodo de esgoto, . 18 . sendo de grande importância o seu potencial de utilização agrícola, e também com aquilo proposto na Agenda 21, na qual está relatado que a implantação de diferentes sistemas de tratamento de esgotos e efluentes para a remoção de cargas poluidoras geram diferentes resíduos, conforme as características do despejo ou do sistema empregado, os quais devem ser reciclados, em conformidade com o princípio da auto-sustentabilidade. 4.5 Utilização do lodo de esgoto na agricultura como fonte de nutrientes Apesar de ser pequeno em relação ao total produzido, o volume de esgoto tratado nas estações gera quantidades crescentes de lodo. No Paraná, a produção estava em torno de 29t dia-1 de lodo seco, destacando-se a cidade de Curitiba, com 20t dia-1 (ANDREOLI; PEGORINI, 1998). Segundo o Consórcio ETEP/ESTÁTICA/JNS (1996), só na RMSP eram geradas aproximadamente 100t dia-1, prevendo-se para 2015 o montante próximo a 750t dia-1. Essa previsão começa a causar preocupações quando se observa que, no ano 2000, a quantidade de lodo de esgoto produzida no Sistema Principal de Esgoto da RMSP saltou para 229t dia-1 (COMPANHIA DE SANEAMENTO BÁSICO DO ESTADO DE SÃO PAULO, 2000) e que, atualmente, a quantidade produzida gira em torno das 300t dia-1 (Informação verbal)1 . Segundo Paiva (1998), o lodo de esgoto é o mais sério problema nas estações de tratamento, principalmente em regiões muito populosas, pois é gerado em grandes quantidades. Por outro lado, mostra-se como um resíduo rico em matéria orgânica e nutrientes. À semelhança do esterco animal, sua utilização como substituto de fertilizantes minerais é uma das soluções mais plausíveis para o seu reaproveitamento ou reciclagem (BOARETTO, 1986; FAVARETTO et al., 1997; Mc.BRIDE, 1995; DOS SANTOS, 1984; SOPPER, 1993) sobretudo nos casos de pequenos e médios agricultores, ou ainda nos casos de assentamentos. Dependendo de sua composição, a qual varia em função da sua origem, o lodo pode ser uma importante fonte alternativa de nutrientes e representar significativa melhoria nas condições do solo devido ao seu elevado teor de matéria orgânica. 1 Prof. Dr. Wanderley da Silva Paganini, Superintendente da SABESP – Unidade de Negócios Médio Tietê e Professor da Escola de Saúde Pública da Universidade de São Paulo, durante a Defesa da Tese, 21nov.2003. . 19 . O conhecimento da composição química do lodo de esgoto é de fundamental importância para que se decida sobre a viabilidade ou não da sua disposição em solos agrícolas, principalmente no que se refere às definições das taxas de aplicação e ao monitoramento dos seus efeitos no ambiente. Segundo Sommers et al. (1976), a composição depende do método de tratamento empregado na estação onde se obtém o material, da variabilidade sazonal e do grau de industrialização da região. Oliveira (2000) salienta que na literatura nacional não foram encontrados trabalhos científicos específicos sobre a caracterização química do lodo de esgoto gerado em diferentes localidades e pela utilização de diferentes métodos de tratamento, porém encontrou dados de composição parcial em trabalhos que estudaram o uso agrícola desse material. Assim, reunindo valores apresentados por diversos autores, chegou a uma aproximação da variação na composição de lodos gerados na RMSP. As concentrações obtidas estão apresentadas no Quadro 1. Quadro 1: Amplitude da variação das concentrações dos componentes de lodos de esgoto produzidos em diferentes localidades da RMSP e utilizados por diferentes autores. Adaptado de Oliveira (2000) pg. 6 *. Componente Químico Mínimo Máximo Matéria Orgânica (g kg-1) 313 722 Corgânico (g kg-1) 132 299 Ntotal (g kg-1) 7,2 30,7 Ptotal (g kg-1) 0,5 21,0 K (g kg-1) 0,8 14,6 Ca (g kg-1) 13,5 162,7 Mg (g kg-1) 2,1 27,3 Stotal (g kg-1) 7,2 19,2 Cu (mg kg-1) 379 2404 Fe (mg kg-1) 34954 170955 Mn (mg kg-1) 54 820 Zn (mg kg-1) 683 4.327 * Valores obtidos por diferentes métodos analíticos, caracterizando outra fonte de variação. Os resultados de composição do lodo apresentados no Quadro 1, gerados a partir das informações obtidas por autores brasileiros, não mostram grandes diferenças quando comparados com os dados obtidos nos Estados Unidos por Sommers (1977). Porém, verifica-se grande variabilidade quantitativa e as faixas de variações para N, P e K são sensivelmente menores do que aquelas para metais pesados. Segundo alguns autores, esta variabilidade é atribuída ao perfil industrial da região de origem das amostras. . 20 . Deve-se salientar que, além de nutrientes e metais pesados, o lodo pode conter patógenos. Hue (1995) informa que bactérias, vírus, protozoários e vermes inevitavelmente estarão presentes nesses resíduos e que as quantidades e as espécies destes patógenos variam com as condições sócio-econômicas da população, hábitos sanitários e com a eficiência dos processos de tratamento, como por exemplo digestão aeróbia, anaeróbia e calagem até pH 12,5, os quais reduzem mas não eliminam completamente a presença desses organismos (SOCCOL, 1998). Piedade et al. (1999) relatam que uma alternativa que visa diminuir a rejeição do emprego do lodo de esgoto ligada à presença de patógenos é a utilização de biossólidos, que nada mais são do que esses resíduos submetidos a algum tratamento prévio, como a biodigestão anaeróbia, processo que ameniza o poder contaminante e vem sendo estudado há algum tempo com dejetos de suínos por Lucas Jr. (1994) e promove a redução de patógenos do material devido a alterações bioquímicas no meio durante a fermentação. Além dos patógenos, há que se considerar também a presença dos compostos orgânicos tóxicos, em sua maioria oriundos dos esgotos industriais, produtos químicos domésticos e pesticidas (OLIVEIRA, 2000). Palhares (1998) ressalta que a disposição de resíduos diretamente nos solos cultivados é um método simples e fácil de ser colocado em prática, porém nem sempre pode ser aplicado devido à falta de disponibilidade de área em locais próximos às estações geradoras e, principalmente, devido a problemas de contaminação das águas e do solo. 4.6 Efeitos no solo A disposição de resíduos urbanos ao solo, no caso o lodo de esgoto, objetivando o fornecimento de nutrientes às plantas, começou a despertar maiores interesses a partir da década de 70, quando se passou a utilizar, nos solos cultivados, doses muito maiores do que as recomendadas agronomicamente (KHALEEL et al., 1981). Assim, o solo passou a ser considerado um meio depurador da carga orgânica presente nesses resíduos (GLÓRIA, 1992). Isso se deve ao aumento do número de sistemas de tratamento implantados, os quais geram mais lodo com a necessidade de disposição final a baixo custo. O interesse pelo lodo de esgoto como fertilizante não decorre apenas da presença de nutrientes em sua composição, principalmente nitrogênio, fósforo e . 21 . micronutrientes, mas também do seu teor de matéria orgânica (COMPANHIA DE SANEAMENTO DO PARANÁ, 1997). A decisão da aplicação de lodo como fonte de nutrientes em solos agrícolas deve considerar as características dos solos, mineralogia, profundidade do lençol freático, permeabilidade do solo, declividade da área e o acesso ao público. Além disso, as empresas de saneamento devem atentar sempre para a melhoria do lodo por elas produzidos, auxiliando a pesquisa na busca de soluções seguras e economicamente viáveis para sua disposição final no ambiente. Outra recomendação importante é a incorporação do material ao solo com o objetivo de diminuir e até mesmo, evitar a ocorrência de odores desagradáveis, escorrimento para os corpos de água e o risco de contato direto com animais e o Homem (MELO et al., 2001). Os elevados teores de carbono orgânico presentes no lodo de esgoto são os principais indicadores do seu potencial agronômico, pois sua aplicação no solo poderá aumentar o teor desse elemento, resultando em melhorias físicas, químicas e biológicas. Outro ponto positivo para o lodo é a presença de quantidades consideráveis de nutrientes, principalmente nitrogênio e fósforo. A aplicação de lodo de esgoto no solo causa aumento no teor de matéria orgânica (MO), aumentando a fertilidade e o pH (OLIVEIRA, 1995), havendo também um incremento gradual na disponibilidade de Ca, Mg e S (SEKI, 1995). A presença da MO melhora a agregação das partículas, diminuindo a densidade do solo e aumentando sua aeração (BERNARDES, 1982) e também a capacidade de retenção de água (BARRETO, 1995) e a CTC (MELO et al., 1994). Um aspecto importante a ser observado na utilização do lodo de esgoto na agricultura é seu efeito sobre o pH dos solos. Clapp et al. (1986) salientam que esses efeitos dependem do teor de MO presente nos resíduos e das propriedades do solo, bem como da taxa e do intervalo de aplicação dos resíduos. Quando o lodo é tratado com produtos alcalinos para desinfecção e secagem, a aplicação do mesmo ao solo pode provocar um aumento no pH e um aumento das cargas negativas do solo (BATAGLIA et al., 1983; DIAS, 1994; MARQUES, 1996). Berton et al. (1989) relatam que a adição de doses crescentes de biossólido em vários tipos de solo provocou elevação do pH, que, segundo os autores, pode estar ligada à formação do íon amônio pela oxidação do Norgânico. Além dessas informações, outros trabalhos mostram . 22 . aumentos de pH em solos fertilizados com lodo tratado com cal (CaO) para redução de microrganismos patogênicos (BERTONCINI, 1997; OLIVEIRA, 1995; SILVA, 1995; SLOAN; BASTA, 1995). Por outro lado, quando o lodo é utilizado in natura, ou seja, sem a adição de alcalinizantes, acarreta em decréscimo no pH do solo, fator que pode estar relacionado à nitrificação do nitrogênio amoniacal, à provável oxidação de sulfitos e também à produção de ácidos orgânicos durante a degradação do resíduo (DOWDY et al., 1991; KING; MORRIS, 1972; PIETZ et al., 1989). Logan et al. (1997) observaram um decréscimo no valor de pH para as menores doses de lodo no primeiro ano de aplicação de lodo de esgoto sem tratamento prévio com cal. O comportamento do pH tem relação inversa com a acidez potencial, a qual é representada por H+Al. Sendo assim, autores citados por Melo et al. (2001) encontraram diminuição nos níveis de H+Al e consequente aumento de pH quando adicionaram biossólido na adubação de plantas de interesse agronômico. Fiest et al. (1999) também observaram decréscimo da acidez potencial nas maiores doses de lodo. Segundo Melo et al. (2001), a matéria orgânica desempenha importante papel na fertilidade de solos tropicais, pois, além de constituir o principal componente da CTC, também libera nutrientes para os vegetais durante o processo de mineralização. Sendo assim, a adição de MO aos solos agrícolas se mostra como uma importante prática para melhoria das suas características. O mesmo autor relata que em doses acima de 30t ha-1 de biossólidos observa-se correlação significativa entre CTC e frações de MO. A aplicação de biossólidos acarreta aumentos consideráveis nos teores de MO (BATAGLIA et al., 1983) e também na CTC (KIEHL, 1980; MELO et al., 1994). Abrahão (1992) observou aumento significativo nos teores de MO em Latossolo Vermelho- Escuro na faixa de 0-10cm adicionando doses de até 16t ha-1. Pelas quantidades de N e P contidas no biossólido, fica clara a capacidade desse material em substituir os fertilizantes minerais. O emprego de lodo de esgoto na agricultura se torna vantajoso devido à promoção de melhorias nas propriedades químicas dos solos pelo aumento da MO, CTC, e aumento gradual da disponibilidade de N, P, Ca, Mg e S (SILVA, 1995) . 23 . Simonete et al. (1999) relatam que a aplicação de lodo de esgoto, além de proporcionar aos solos aumentos dos teores de MO, Soma de Bases (SB), CTC e Saturação por Bases (V%), atua também como fonte nutricional, uma vez que observaram aumentos nos teores de praticamente todos os nutrientes. Em doses acima de 20t ha-1 de lodo, os mesmos autores relatam que o nível de P passou de baixo para médio e, nas doses de 40 e 50t ha-1, o teor de P duplicou em relação aos tratamentos sem lodo. Os teores de S, Ca, Fe, Cu, Mn e Zn também apresentaram aumentos consideráveis em relação à testemunha quando realizada a fertilização com lodo de esgoto. Favaretto et al. (1997), trabalhando com lodo de esgoto a 90% de umidade, concluíram que esse resíduo pode ser um substituto da adubação mineral, uma vez que não verificaram diferenças entre os tratamentos orgânicos e minerais. Além disso, observaram melhorias nas características químicas do solo quando da adubação com lodo, principalmente nos teores de P, Ca, Mg, V% e CTC. Marques (1996) observou que o aumento da quantidade de lodo aplicada ao solo aumentou a disponibilidade de Mn, Zn e Cu, tanto nas linhas de cultivo, como nas entrelinhas de cana-de-açúcar. Autores citados por Melo et al. (2001) relatam que existem trabalhos levantando dúvidas sobre o potencial do biossólido em aumentar o teor de P disponível no solo. Porém, a maioria das publicações mostra uma influência positiva do biossólido sobre os teores desse elemento. Esses autores salientam, ainda, que o P fornecido pelo biossólido tem menor solubilidade que o dos superfosfatos, porém são fornecidos com melhor constância ao longo do tempo. Com relação ao potássio, autores como Cripps e Matocha (1991), Fiest et al. (1999) e Ros et al. (1993) relatam que o biossólido não se apresenta como uma boa fonte desse nutriente devido ao baixo teor encontrado no mesmo. Sendo assim, recomendam uma complementação com outra fonte de K. Segundo Bettiol e Camargo (2000), as concentrações de K nos lodos e biossólidos são pequenas devido à alta solubilidade desse elemento em água, pois durante o processo de tratamento ele segue dissolvido na fase líquida do esgoto. O teor de micronutrientes no solo também tem aumentado pela utilização de biossólidos (BERTON et al., 1997; DEFELIPO et al., 1991). Defelipo et al. (1991) observaram aumentos nos teores de Cu, Fe, Mn e Zn em solos cultivados com sorgo . 24 . quando aplicaram biossólido proveniente de uma estação de tratamento de esgoto de usina siderúrgica, enquanto Berton et al. (1997) encontraram aumentos nos teores de Cu e Zn em três latossolos pela aplicação de biossólido com e sem calagem. Dessa forma, pode-se concluir que a adubação orgânica realizada pela adição de lodo de esgoto traz ao solo significativas melhorias em suas características químicas, firmando-se como uma alternativa interessante para a reciclagem de nutrientes e também, em muitos casos, para a redução dos custos de produção ligados aos fertilizantes minerais convencionais. Além disso, não se pode deixar de considerar o papel ecológico dessa prática, a qual tende a minimizar a degradação ambiental pela disposição sem critérios desse material. 4.7 Efeitos na planta Por acarretar melhorias nas propriedades do solo, a aplicação de lodo de esgoto nos solos cultivados vem causando reflexos na produtividade, pois ocorrem aumentos na absorção de nutrientes pelas plantas (OLIVEIRA, 1995). A decomposição química do lodo é semelhante à decomposição de estercos animais, porém o uso do lodo é mais recomendado para determinados tipos de plantas, por conter grandes concentrações de N. Deve-se considerar que algumas culturas se adaptam melhor ao seu uso pelo aproveitamento dos nutrientes presentes ou pela eliminação dos riscos relacionados aos patógenos. Sendo assim, é vetado o uso para hortaliças e produtos que sejam ingeridos in natura e tenham contato direto com o solo fertilizado com lodo. Santos (1979) salienta que a utilização do lodo como fonte de nutrientes pode ser adaptada a qualquer cultura de cereais ou frutas, que não tenham suas partes de interesse comercial em contato direto com o solo durante o ciclo produtivo e, se possível, os mesmos não sejam consumidos in natura. As gramíneas, como por exemplo, milho, trigo e cana-de-açúcar, apresentam melhores rendimentos quando submetidas à fertilização com lodo, pois realizam um bom aproveitamento dos nutrientes, além de serem colhidas mecanicamente, eliminando os riscos de contaminação (COMPANHIA DE SANEAMENTO DO PARANÁ, 1997). Outras aplicações interessantes são observadas em fruticultura, reflorestamento e recuperação de áreas degradadas. Em leguminosas a eficiência é menor devido à capacidade de fixação do nitrogênio do ar. As experiências realizadas com feijão exemplificam esse fato, pois nos . 25 . campos testes as plantas apresentaram incrementos na produtividade sempre inferiores a 10%, ao passo que as de milho chegaram a quase 50% (PAIVA, 1998). Plantas de milho apresentam bons resultados quando adubadas com biossólido, uma vez que o período vegetativo relativamente longo faz com que elas se adaptem melhor ao período de mineralização da matéria orgânica e liberação de nutrientes pelo lodo. Estudos realizados pelo Instituto Agronômico do Paraná (IAPAR) na Fazenda Rio Grande, Região Metropolitana de Curitiba, acusaram aumento de até 60% na produção em áreas adubadas com lodo incorporado ao solo. Kirkham (1982), citado por Oliveira (2000), relata que estudos sobre o poder fertilizante do lodo de esgoto são descritos nos Estados Unidos desde 1925 e que os efeitos benéficos às produtividades das culturas foram apresentados em vários trabalhos. Oliveira (2000) relata que, no Brasil, estudos dessa natureza são recentes, da mesma forma que a preocupação com o tratamento de esgoto, pois os primeiros trabalhos avaliando o potencial agrícola do lodo foram realizados no final da década de 70 e no início dos anos 80. Boaretto (1986) coordenou a realização de vários estudos comparativos entre a aplicação de adubos minerais, lodo de esgoto e associação desses materiais em culturas como o café, milho, feijão das águas e da seca, tomate e cebola. Esses trabalhos foram realizados no campo e mostraram sempre uma vantagem da adubação mineral convencional em relação ao lodo e às diversas misturas, porém a produtividade com o lodo sempre foi maior que a testemunha, sem lodo e sem adubo. Berton et al. (1989) verificaram aumento significativo na produção de matéria seca e na absorção de N, P, Ca, Mg, e Zn, de acordo com as doses 0, 40 e 80t ha-1 de lodo de esgoto (base seca) aplicadas em plantas de milho em casa de vegetação. Mesmo nas doses de 80t ha-1 não foi observada redução na produção de matéria seca apesar dos elevados teores de Cu e Zn no lodo. Marques (1990) comparou os efeitos da fertilização mineral e da aplicação anual de doses crescentes de lodo de esgoto complementadas com potássio, por dois anos consecutivos, sobre a produtividade e a qualidade industrial da cana-de-açúcar e concluiu que a utilização do resíduo é viável e que não foram observadas diferenças significativas entre os tratamentos, para as variáveis estudadas. Em outro estudo, Marques (1996) combinou doses de lodo de esgoto com fertilização mineral (50 e 100% do recomendado) em cana-de-açúcar e . 26 . concluiu que o lodo proporcionou melhoria nas condições gerais de fertilidade do solo. O autor verificou também que a menor dose de lodo aplicada com apenas 50% do fertilizante não diminuiu significativamente a produtividade, indicando que a utilização do lodo pode reduzir gastos com fertilizantes minerais. Segundo Betiol (1982), plantas de milho que receberam lodo de esgoto apresentaram maior desenvolvimento do sistema radicular quando comparadas com a testemunha, fato não observado para as plantas adubadas quimicamente. Como o desenvolvimento do sistema radicular é proporcional à disponibilidade de fósforo, essa observação condiz com o apresentado por Pauli, citado em Boaretto (1986), que levanta a hipótese de aumento da disponibilidade desse elemento oriundo do lodo. Isso pode ser levado como vantagem do uso desse resíduo, pois sabe-se que o fósforo oriundo de adubo mineral é disponibilizado rapidamente e, logo em seguida, é fixado ao solo, enquanto que o fósforo do lodo de esgoto é disponibilizado lentamente e em menor quantidade, sendo melhor aproveitado pela planta. Melo et al. (1997) confirma esse fato quando relata que o fósforo do lodo é menos solúvel no solo em comparação aos superfosfatos, mas apresenta fornecimento mais constante ao longo do tempo. Em condições de campo, Nascimento e Botega (1986) triplicaram a produção de grãos de milho pela aplicação de 12t ha-1 de lodo, enquanto André (1994) relata aumento significativo na produção de sorgo com doses de 64t ha-1. Experimentos realizados no Estado do Paraná por pesquisadores da EMATER e SANEPAR comprovaram benefícios no uso de resíduos do tratamento de esgotos domésticos como fertilizante, reduzindo os custos de produção, como salientou Paiva (1998). O mesmo autor descreveu que o material foi testado em lavouras de feijão, milho e erva-mate. Em locais cultivados com milho os resultados alcançados foram positivos, sendo que em solos normais onde se aplicou apenas 400kg ha-1 da fórmula 4-14-8, a produtividade média foi 4.925kg ha-1, aumentando para 6.973kg ha-1 nas áreas com incorporação de lodo na base de 8t ha-1 (15-20% de umidade). Em solos degradados, a utilização de 300kg ha-1 do mesmo adubo e 6t ha-1 de lodo proporcionou um rendimento médio de 4.680kg ha-1, contra 2.630kg ha-1 para os terrenos sem lodo. Às vezes a aplicação do lodo de esgoto pode não trazer os resultados esperados, pois, geralmente, há uma relação desbalanceada de nutrientes, que acaba . 27 . persistindo no solo por causa de sua mineralização, levando à necessidade de suplementações (VANZOLINI, 1994). O exemplo mais expressivo é o potássio, que, devido à sua elevada solubilidade em água, permanece na fase líquida, deixando o lodo empobrecido neste elemento, resultando na necessidade de suplementação do lodo com fertilizante mineral (OLIVEIRA, 1995). Com base neste contexto, pode-se afirmar que existem alguns estudos, relacionados ao assunto em pauta, já realizados ou em execução no Brasil e no exterior, objetivando dar uma solução adequada aos biossólidos e lodos de estações de tratamento de esgoto. Porém, deve-se observar com cuidado cada um deles, pois as condições ambientais ligadas ao clima, solo e água, bem como a composição do lodo, são características de cada local e revelam a necessidade de se obter dados específicos para as condições de cada região. 4.8 Efeitos na água drenada pelo solo Uma importante informação que se deve ter em mãos quando se optar por utilizar o lodo de esgoto na agricultura é a profundidade do lençol freático, pois existe a possibilidade de caminhamento vertical de seus componentes no solo. Assim, em locais onde o lençol freático estiver situado próximo à superfície do solo, há um sério risco de contaminação. Segundo Dynia e Boeira (2000), um aspecto importante do uso agrícola do lodo de esgoto e pouco investigado em solos tropicais, refere-se à possibilidade de contaminação do lençol freático e cursos de água com o nitrato resultante da mineralização do Norgânico. Esses mesmos autores determinaram os teores de nitrato em diversas camadas no perfil do solo até a profundidade de 2,20m nas parcelas após as duas safras de milho e, comparando com dados da testemunha, concluíram que em todos os tratamentos com adição de lodo ocorreu lixiviação de nitrato no solo, a qual aumentou proporcionalmente às doses aplicadas. Os resultados apresentados demonstram que a aplicação de doses elevadas de lodo, embora justificável do ponto de vista agronômico, resulta em grande desperdício de nitrogênio e em alto risco de contaminação de águas. Dessa forma, é esperado que todo o nitrato localizado no solo abaixo de 0,60m seja pouco aproveitado pela maioria das culturas anuais por estar fora do alcance das . 28 . raízes e sua lixiviação poderá resultar em contaminação do lençol freático e de cursos de água, contribuindo para a eutrofização. Além disso, o nitrato vem despertando grandes preocupações, principalmente nos países mais desenvolvidos, devido ao seu poder carcinogênico. Bouchard et al. (1992) citados por Freitas et al. (2001) salientam que o nitrato pode atingir altas concentrações em águas profundas e que seu consumo está associado a dois efeitos adversos à saúde: indução à metemoglobinemia (especialmente em crianças) e a formação potencial de nitrosaminas e nitrosamidas carcinogênicas. O desenvolvimento da metemoglobinemia devido ao nitrato presente nas águas potáveis depende de sua conversão bacteriana a nitrito durante a digestão que ocorre no trato gastrointestinal. As crianças, principalmente as menores de três meses de idade, são bastante susceptíveis ao desenvolvimento dessa doença por causa das condições mais alcalinas do seu sistema gastrointestinal, porém ela também é observada em pessoas adultas que apresentam gastrointerites, anemia, porções do estômago cirurgicamente removidas e mulheres grávidas (ALABURDA; NISHIHARA, 1998). Por fim, deve-se ressaltar que o nitrato é produzido pelo corpo humano, mas também pode ser ingerido através dos alimentos, água, fumaça de cigarro e certos medicamentos. Cerca de 20% do nitrato ingerido é transformado em nitrito e depois para compostos N-nitrosos, os quais são grandes causadores de câncer (NANNI, 2001). Weyer citado por Nanni (2001) revela que o USEPA padronizou que a água potável deve conter 10mg L-1 de nitrato-nitrogênio, mas seus estudos sugerem que níveis muito menores que estes provocam danos à saúde. Nos Estados Unidos, as recomendações ligadas ao lençol freático são bem detalhadas, mas no Brasil o problema ainda é pouco estudado, pois os solos são bastante profundos e os mananciais estão a vários metros abaixo da superfície. Dessa forma, as maiores preocupações ficam voltadas para as aplicações em locais encharcados (afloramento do lençol) e/ou próximos a nascentes e cursos de água. Infelizmente, o público em geral se opõe ao uso do lodo de esgoto na agricultura, por achar que essa prática traz consequências adversas ao ambiente e ao homem em função da origem do material, conceitos esses que, segundo Sopper (1993), estão ultrapassados. . 29 . 4.9 Critérios para aplicação de resíduos orgânicos urbanos em solos agrícolas Nos países desenvolvidos, onde as legislações para disposição final de resíduos com potencial poluente são bem definidas, os critérios adotados para aplicação de lodo de esgoto e/ou composto de lixo em solos agrícolas são extremamente variáveis, o que reflete as dificuldades em se estabelecer normas a respeito deste assunto, mesmo contando com um considerável volume de resultados de pesquisa (RODELLA; ALCARDE, 1999). No Brasil, a necessidade de se regulamentar a aplicação desses resíduos em solos é emergente e, neste sentido, os Estados do Paraná e de São Paulo já deram um importante passo. Através da SANEPAR, foram propostas normas com critérios adaptados da legislação espanhola, regulamentando a utilização agrícola do lodo de esgoto produzido no Paraná (COMPANHIA DE SANEAMENTO DO PARANÁ, 1997). Para São Paulo, a CETESB, baseada nas normas americanas, através da Norma P4.230, de outubro de 1998, normatiza alguns critérios para a aplicação de lodo de esgoto em áreas agrícolas (COMPANHIA DE TECNOLOGIA E SANEAMENTO AMBIENTAL, 1998). Resumidamente, as legislações têm como base aspectos comuns, ou seja, relacionados às características dos resíduos e das áreas que o receberão, bem como à determinação das taxas e freqüências de aplicações, diferindo apenas nas exigências ou tolerâncias. Na norma que está sendo preparada pela CETESB, está previsto que no estado de São Paulo não será permitida a utilização de lodo de esgoto na agricultura quando este apresentar concentrações de metais pesados superiores aos limites estipulados. Já com relação aos patógenos, somente será aceita a aplicação de lodos classes A ou B, as quais estão mais detalhadas na Norma P4.230. Quando se optar pela aplicação de lodo de esgoto ou biossólidos nas áreas agrícolas, alguns pontos deverão ser considerados, como a facilidade de acesso durante a aplicação, a distância de áreas residenciais, a direção dos ventos, além dos seguintes fatores de restrição: . 30 . declividade não superior a 10% para aplicação em superfície e 18% para incorporação. manter zonas de proteção para que, caso haja emissão de odores, a vizinhança não seja incomodada. distância de 15m de vias públicas, 10m de drenos interceptores e divisores de águas superficiais de jusante e de trincheiras drenantes de águas superficiais e subterrâneas. distância entre a superfície do terreno e o nível do lençol freático superior a 1,20m na época da aplicação. Com relação às quantidades de lodo de esgoto a serem aplicadas, deverá ser tomado como base o mais restritivo dos critérios: nitrogênio disponível para a cultura; poder de neutralização; teor de metais pesados. Sendo assim, quando se utilizar o N, por exemplo, a taxa de aplicação (t ha-1) será definida pela relação entre a quantidade de N recomendada para a cultura em kg ha-1 e teor