Histórico da aplicação de vinhaça em canaviais: bioensaios de toxicidade terrestre e aquática

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Data

2019-12-29

Autores

Correia, Jorge Evangelista [UNESP]

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Editor

Universidade Estadual Paulista (Unesp)

Resumo

A vinhaça, um dos principais resíduos gerados na transformação da cana-de-açúcar em etanol, possui potencial poluidor, frente ao alto volume produzido e por suas características físico-químicas. A contaminação de lagos e rios, por infiltração de resíduos dispostos no solo, como a vinhaça e fertilizantes, por exemplo, merece destaque. Desde a proibição do descarte da vinhaça em água na década de 80, começou-se a utilizar esse resíduo como fertilizante nas culturas canavieiras. Atualmente, essa prática irá completar 40 anos e apenas em 2006 entrou em vigor uma legislação regulamentando a fertirrigação pela vinhaça. O potencial tóxico da vinhaça, tanto no solo como na água, vendo sendo comprovado por diversos estudos na última década, porém estudos que relacionem o tempo de seu em solo com a toxicidade se fazem necessários. Tendo isso em vista, esse estudo objetivou entender se os anos de fertirrigação de vinhaça altera a toxicidade no solo, a dinâmica do íon potássio no solo e a toxicidade do lixiviado da vinhaça que podem atingir as águas subterrâneas. Para isso, solos de culturas canavieiras fertirrigadas com vinhaça por 5, 15 e 30 anos foram coletados para realização do bioensaio de toxicidade terrestre e estudos de física de solo. O bioensaio de toxicidade terrestre foi realizado em triplicata expondo diplópodos da espécie Rinochricus padbergi por 21 e 42 dias. Após a exposição, três indivíduos de cada terrário foram anestesiados e dissecados para remoção do intestino médio para análise histopatológica e marcação de HSP70. Os solos apresentaram concentrações variadas de componentes orgânicos e metais. Após 21 dias, apenas três indivíduos sobreviveram ao solo S30 e após 42 dias também foi observada alta mortalidade, no tratamento com solo S15. A análise histopatológica mostrou espessamento do bordo em escova das células epiteliais, sendo esta alteração estatisticamente significativa para indivíduos expostos aos solos S5 e S15 por 21 dias. A perda de adesão das células epiteliais foi estatisticamente significativa nos indivíduos expostos a S15 por 21 dias e S5 por 42 dias. A dinâmica do íon potássio foi investigada mediante a análise de seus parâmetros de transporte, obtidos pelo ajuste numérico das curvas de distribuição de efluentes (Breakthrough Curves, BTC) aplicando o código CFITIM dentro do software STANMOD (STudio of ANalytical MODels) e pelo modelo HYDRUS -1D. Nos ensaios em coluna segmentada a diferença entre o solo referência e os solos fertirrigados se deu na concentração de potássio nos anéis inferiores, sendo maior nos solos fertirrigados, indicando uma maior mobilidade do potássio nesses solos. Nos ensaios de BTCs, observou-se nas curvas das simulações que a concentração de potássio chegou a 100% dos valores de entrada para quase todas as triplicatas de todos os solos. O equilíbrio foi atingido mais rápido no solo S5 em relação ao solo referência e mais rápido ainda no S15. Em contrapartida, o solo S30 foi o que apresentou maior interação do íon potássio com o solo, confirmados por apresentar os maiores valores de coeficiente de retardamento (R) e coeficiente de distribuição, sendo estatisticamente significativos quando comparados entre eles. Após os ensaios de física de solo, o lixiviado obtido nas colunas BTCs foi testado em diluição de 5 %, em biosansaio de toxicidade aquática utilizando Oreochromis niloticus (Pisces) como bioindicador e incidência de eritrócitos micronucleados e alterações histológicas e quantificação de proteínas de estresse no fígado com biomarcadores. Os resultados mostraram ação genotóxica do lixiviado de vinhaça após passagem nos solos de 5 e 15 anos, demonstrado pela maior incidência de eritrócitos micronucleados, estatisticamente significativa quando comparados ao controle. Os micronúcleos foram formados possivelmente por ação aneugênica, uma vez que não houve ação clastogênica confirmada pelo ensaio do cometa. Os peixes expostos ao lixiviado do solo de 15 anos apresentaram índices de alterações estatisticamente significativos para perda de limite celular e aumento de vacúolos citoplasmáticos quando comparados ao controle. Todos os tratamentos apresentaram aumento de volume dos núcleos dos hepatócitos, sendo esta alteração estatisticamente significativa em relação ao controle. Não houve diferença na marcação de polissacarídeos neutros evidenciados pela técnica de PAS. Mesmo não sendo estatisticamente significativos, observou-se um padrão de atividade para todas as enzimas presentes nesse estudo. A atividade das enzimas foi maior no tratamento com lixiviado de vinhaça do solo de 15 anos e os menores valores no tratamento do lixiviado proveniente do solo de 30 anos. Analisando os resultados de forma holística, podemos inferir que ao longo dos anos de aplicação de vinhaça, o potencial tóxico no solo aumenta a medida dos anos de aplicação de vinhaça. Inversamente, a toxicidade para as águas subterrâneas diminuiu no lixiviado do solo de 30 anos, uma vez que a tendência é que cada vez mais, parte dos componentes da vinhaça, possam ficar mais retidos no solo devido ao acúmulo de matéria orgânica e de íons com cargas positivas como potássio e cálcio. Esse comportamento também levanta o alerta para a salinização do solo com o tempo, podendo a longo prazo, afetar a própria produção de cana-de-açúcar.
Vinasse, one of the main residues generated in the transformation of sugarcane into ethanol, has a pollution potential, given its high byproduct volume and its physicochemical characteristics. The contamination of lakes and rivers, by infiltration of waste disposed in the soil, such as vinasse and fertilizers, for example, deserves attention. Since the prohibition on the disposal of vinasse in water in the 1980s, this residue has been used as fertilizer in sugarcane crops. Currently this practice will complete 40 years and only in 2006 legislation regulating the fertigation of vinasse was created. The toxic potential of vinasse, both in soil and water, has been proven by several studies in the last decade, but studies that relate time to toxicity are necessary. In view of this, this study aimed to understand this study aimed to understand if the years vinasse fertigation alter the toxicity in the soil, the potassium ion dynamics in the soil and the toxicity of the vinasse leachate that can reach groundwater. For this, soils of sugarcane crops fertigated with vinasse for 5, 15 and 30 years were collected to perform the terrestrial toxicity bioassay and soil physics studies. control area (SC). Physical-chemical analysis of the different soil samples were performed. The bioassays were carried out in triplicate, with exposure for 21 and 42 days. After exposure, three individuals from each terrarium were anesthetized and dissected for midgut removal for histopathological analysis and marking of HSP70. The soils presented varied concentrations of organic components and metals. After 21 days only three individuals survived to soil S30 and after 42 days high mortality there was also observed in the treatment with soil S15. Histopathological analysis showed thickening of the brush border of epithelial cells statistically significant for individuals exposed to the S5 and S15 soils for 21 days. Loss of epithelial cell adhesion was statistically significant in individuals exposed to S15 for 21 days and S5 for 42 days. Potassium ion dynamics was investigated by analyzing its transport parameters, obtained by numerical adjustment of the Breakthrough Curves (BTC) by applying the CFITIM code within the STANMOD (STudio of ANalytical MODels) software and the HYDRUS-1D model. In the segmented column assays the difference between the reference soil and the fertigated soils was in the potassium concentration in the inferior rings, being higher in the fertigated soils, indicating a higher potassium mobility in these soils. In the BTC's assays, it was observed in the simulation curves that potassium concentration reached 100% of the input values for almost all triplicates of all soils. Equilibrium was reached faster in S5 than in reference soil and even faster in S15. In contrast, the soil S30 presented the highest interaction of potassium ion with the soil, confirmed by presenting the highest values of retardation coefficient (R) and distribution coefficient being statistically significant when compared between them. After the soil physics tests, the leachate obtained in the BTC's columns was tested on 5% dilution in aquatic toxicity bioassay using Oreochromis niloticus as a bioindicator and incidence of micronucleated erythrocytes and histological changes and quantification of stress proteins in liver as biomarkers. The results showed genotoxic action of vinasse leachate after passage in soils of 5 and 15 years, demonstrated by the higher incidence of micronucleated erythrocytes, statistically significant when compared to the control. The micronuclei were possibly formed by aneugenic action, since there was no clastogenic action confirmed by the comet assay. Fish exposed to leachate from 15-year-old soil showed a statistically significant change rate for cell boundary loss and increased cytoplasmic vacuoles when compared to control. All treatments showed statistically significant increase in nuclei of hepatocytes compared to control. There was no difference in the marking of neutral polysaccharides evidenced by the PAS technique. Although not statistically significant, an activity pattern was observed for all enzymes present in this study. Enzyme activity was higher in the treatment with 15-year-old soil vinasse leachate and the lowest values in the 30-year-old soil leachate treatment. Looking at the results holistically, we can infer that over the years of vinasse application, the toxic potential in soil is inversely of groundwater toxicity, since the trend is that more and more of the vinasse components may become more retained in the soil due to the accumulation of organic matter and positively charged ions such as potassium and calcium. This behavior also raises the alert for soil salinization over time, and may in the longer term affect sugarcane production itself.

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Palavras-chave

Fertirrigação, Diplópodos, Potássio, Ensaio do cometa, Teste do micronúcleo, Histopatologia, Proteínas de estresse, Fertigation, Diplopods, Potassium, Comet assay, Micronucleus test, Histopathology, Stress proteins

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