Fitoestimulação por Stizolobium aterrimum como processo de remediação de solo contaminado com trifloxysulfuron-sodium

Phyto-stimulation by Stizolobium aterrimum as remediation of soil contaminated with trifloxysulfuron-sodium

ARTIGOS

Fitoestimulação por Stizolobium aterrimum como processo de remediação de solo contaminado com trifloxysulfuron–sodium

Phyto–stimulation by Stizolobium aterrimum as remediation of soil contaminated with trifloxysulfuron–sodium

Santos, E.A.^I; Santos, J.B.^II; Ferreira, L.R.^III; Costa, M.D.^IV; Silva, A.A.^III

^IEstudante de Mestrado em Fitotecnia pela Universidade Federal de Viçosa, DFT/UFV. Av. P. H. Rolfs, s/n, Campus da UFV, 36570–000 Viçosa–MG <[e-mail]>

^IIProf. de Agronomia da Faculdade de Ciências Agrárias, Universidade do Vale do Rio Doce – FAAG/UNIVALE, Governador Valadares–MG

^IIIProf. Associado – Dep. de Fitotecnia – DFT/UFV

^IVProf. Adjunto do Dep. de Microbiologia – DMB/UFV

RESUMO

Neste trabalho, objetivou–se avaliar o efeito da microbiota associada à rizosfera de mucuna–preta (Stizolobium aterrimum) na fitorremediação de um solo contaminado pelo herbicida trifloxysulfuron–sodium. Os tratamentos no esquema fatorial 2 x 4 foram compostos por amostras de solo rizosférico de S. aterrimum cultivado por 60 dias e solo não–rizosférico ou não cultivado, todos submetidos a quatro níveis de contaminação pelo trifloxysulfuron–sodium (0,0, 7,5, 37,5 e 375 g ha^–1). As amostras foram incubadas por 30 dias em recipientes apropriados para avaliação do desprendimento de dióxido de carbono (CO₂) pela respiração microbiana e quantificação de carbono da biomassa. Para comprovação de resultados, realizou–se o plantio de sorgo (Sorghum bicolor) nas amostras dos tratamentos, como planta indicadora da presença de resíduos do herbicida. Observou–se que o solo da rizosfera de S. aterrimum na presença do herbicida trifloxysulfuron–sodium se apresentou com maior atividade biológica, evidenciada pelo maior desprendimento de CO_2. A biomassa microbiana foi maior nas amostras de solo rizosférico, independentemente da presença do herbicida. Comprovou–se a contribuição da microbiota no processo de descontaminação do solo, pelo fato de o crescimento das plantas de sorgo em solo rizosférico ter se apresentado semelhante na ausência ou presença do trifloxysulfuron–sodium, enquanto no solo não–rizosférico o crescimento do sorgo foi inversamente proporcional à dose do herbicida.

Palavras–chave: fitorremediação, descontaminação ambiental, leguminosa perene, mucuna–preta.

ABSTRACT

This study aimed to evaluate the effect of microbiota associated to Stizolobium aterrimum rhizosphere on remediation of soil contaminated with trifloxysulfuron–sodium. The treatments were arranged in a factorial scheme 2x4 and consisted of samples of Stizolobium aterrimum rhizosphere soils cultivated for 60 days and non–rhizosphere or non–cultivated soil, all submitted to four contamination levels (0.0, 7.5, 37.5 and 375 g ha^–1).. Samples were incubated for 30 days in appropriate recipients to evaluate unfastening of CO₂ by microbial respiration) and biomass carbon quantification. Bioremediation efficiency was verified by using the bioassay technique, using sorghum to indicate the presence of herbicide residue. The S. aterrimum rhizosphere soil treated with trifloxysulfuron–sodium showed higher biological activity, evidenced by higher unfastening of CO_2,. Rhizosphere soil samples showed higher microbial biomass, regardless of herbicide presence. It was concluded that microbiota contributed to soil decontamination, since sorghum growth on the rhizosphere soil was similar with or without trifloxysulfuron–sodium, while it was inversely proportional to the herbicide dose in the non–rhizosphere soil.

Keywords: remediation, environmental decontamination, perennial leguminous plants, S. aterrimum.

INTRODUÇÃO

A fitorremediação consiste na descontaminação de solo ou água utilizando–se plantas e sua microbiota associada. Essas espécies vegetais devem apresentar tolerância aos contaminantes e possuir habilidade de removê–los, extraí–los e/ou mineralizá–los no ambiente (Wilson et al., 2000). Atualmente a fitorremediação apresenta–se como alternativa em sistemas de cultivo que necessitam remover herbicidas de alta persistência no solo. Como exemplo, tem–se a descontaminação de áreas tratadas com o trifloxysulfuron–sodium na cultura do algodão, o qual pode apresentar problemas de carryover em culturas sensíveis plantadas até oito meses após a sua aplicação (Procópio et al., 2005).

As espécies vegetais utilizadas em programa de fitorremediação devem apresentar boa tolerância ao herbicida contaminante. Essa tolerância pode ser resultante de processos como a translocação diferencial de compostos orgânicos para outros fitotecidos, havendo subseqüente volatilização e/ou degradação parcial ou completa transformação em compostos menos tóxicos. Outra possibilidade é a fitoestimulação, na qual, em razão da liberação de exsudatos radiculares, há o estímulo à atividade microbiana, que atua degradando o composto contaminante no solo.

O principal mecanismo atuante na fitorremediação de agrotóxicos orgânicos não–clorados e herbicidas é a fitoestimulação ou rizodegradação (Pires et al., 2005). Esse mecanismo fitorremediador promove elevadas taxas de remediação, obtidas com utilização de plantas que, comprovadamente, aumentam a degradação microbiana de compostos orgânicos danosos ao solo (Anderson et al., 1993) e com diferenças significativas observadas, quando são comparados solos vegetados e não–vegetados (Siliciano & Germida, 1999; Arthur et al., 2000).

Apesar de as propriedades físico–químicas da rizosfera apresentarem–se bem estáveis, a associação com o fornecimento constante de substratos orgânicos e fatores de crescimento favorece a intensa atividade metabólica e multiplicação das populações microbianas associadas, interferindo na capacidade destes em (co)metabolizar diferentes compostos presentes no meio. A interação entre raiz e solo promove a proliferação da comunidade microbiana na região da rizosfera, pela exsudação de nutrientes aminoácidos e polissacarídeos da planta (Arthur et al., 2000). O número de microrganismos no solo rizosférico é normalmente 5–10 vezes maior que naqueles não–rizosféricos, podendo chegar a mais de 100 vezes (Anderson et al., 1993). Portanto, a rizosfera apresenta potencial para degradação de xenobióticos, graças à comunidade microbiana.

Um fator muito importante no processo de rizodegradação é a capacidade de modificação do pH na região da rizosfera, influenciado pela eliminação de prótons e, principalmente, pelos exsudatos radiculares, pela absorção de nutrientes através do sistema radicular e por processos como a fixação biológica do N₂ pela simbiose entre leguminosas e diazotróficos do solo. Modificações nos valores de pH podem tornar a remediação dos herbicidas mais acelerada. No caso do herbicida atrazine, verificou–se que sua mineralização aumentava rapidamente com o incremento do pH (Houot et al., 2000). Walker et al. (1996), estudando a degradação de isoproturon, diuron e metsulfuron–metil na solução do solo e na fração adsorvida em dois tipos de solo, concluíram que a meia–vida desses produtos foi menor em solução do solo onde a ação microbiana e a radicular foram maiores. Determinadas plantas estimulam a mineralização de alguns herbicidas, como atrazine e metolachlor, por meio do efeito rizosférico (Anderson et al., 1994; Anderson & Coats, 1995; Perkovich et al., 1996; Burken & Schnoor, 1996). Santos et al. (2006), avaliando diferentes espécies de adubos–verdes tolerantes ao trifloxysulfuron–sodium para fins de fitorremediação, verificaram que a espécie Stizolobium aterrimum se mostrou eficiente, sendo recomendada na descontaminação de solos tratados com esse herbicida.

Diante do exposto, objetivou–se com este trabalho avaliar a contribuição da microbiota associada à rizosfera da mucuna–preta (Stizolobium aterrimum) na fitorremediação de um solo contaminado com o herbicida trifloxysulfuron–sodium, com comprovação por meio do plantio do sorgo (Sorghum bicolor) como planta indicadora de resíduos do herbicida.

MATERIAL E MÉTODOS

Inicialmente, foram cultivadas plantas de mucuna–preta (Stizolobium aterrimum) em vasos de 6,0 kg de substrato até ocorrer seu florescimento, o que se deu aos 60 dias após a emergência das plantas, bem como mantidos vasos somente com o mesmo substrato. No momento da colheita das plantas, foram retiradas amostras do solo aderido às raízes (rizosférico) e do solo sem cultivo (não–rizosférico). Os tratamentos no esquema fatorial 2 x 4 foram constituídos por dois tipos de solos (rizosférico e não–rizosférico), juntamente com quatro níveis de contaminação do substrato pelo herbicida trifloxysulfuron–sodium (0,0, 7,5, 37,5 e 375 g ha^–1), sendo, respectivamente, de 0,0, 2,88, 14,42 e 144,23 µg kg^–1 de herbicida por kg de solo. As doses do herbicida foram aplicadas nas amostras de solos por meio de uma microsseringa, sendo a calda distribuída uniformemente no solo, após elas terem sido passadas por peneira de 2 mesh, secas ao ar, determinado o teor de água, pesadas e acondicionadas em erlenmeyer. Após aplicação do herbicida, fez–se a incubação das amostras, mantendo–se o teor de água em torno de 70% da capacidade de campo. A respiração da microbiota do solo foi avaliada semanalmente, por meio da quantidade de CO₂ evoluído durante 39 dias. O gás era capturado em frascos contendo 100 mL de NaOH, com concentração de 0,25 mol L^–1, em sistema contínuo de fluxo de ar isento de CO₂ e umidade, sendo posteriormente titulado com HCl em 0,25 mol L^–1, para quantificação.

Ao final do período de incubação, determinou–se o Carbono da Biomassa Microbiana (CBM) pelo método descrito por Vance et al. (1987), utilizando–se, em lugar do clorofórmio (fumigação), forno de microondas (irradiação) (Islam & Weil, 1998). Com valores de CO₂ evoluído e CBM, determinou–se o quociente metabólico (qCO₂), fornecido pela relação entre o primeiro e o segundo, em µg µg^–1. Para omprovação dos resultados, nessas mesmas amostras cultivou–se o sorgo (Sorghum bicolor), espécie altamente suscetível ao trifloxysulfuron–sodium, sendo indicadora da presença de resíduos do herbicida. Para isso, foram coletadas, de cada unidade experimental, subamostras de 100 cm³, as quais foram colocadas em vasos de 125 cm³, para cultivo da bioindicadora, por 14 dias. Avaliaram–se a altura média de plantas (cm), a massa seca da parte aérea (g) e o nível de intoxicação visual (%) recomendado por EWRC (1964).

Realizou–se análise de variância de todos os dados, cujas médias significativas foram ajustadas em curvas de regressão, relacionando doses de trifloxysulfuron–sodium e evolução de CO₂ para cada tipo de solo (rizosférico e não–rizosférico), sendo os coeficientes testados pelo teste t a 5%.

RESULTADOS E DISCUSSÃO

Na quantificação do CO₂ evoluído, observou–se desprendimento maior desse gás sob ação da dose recomendada do herbicida de 7,5 g ha^–1, em comparação à dose 50 vezes maior (Figuras 1 e 2). Quando se compara o solo com cultivo ao não–cultivado, observou–se maior atividade biológica no primeiro, evidenciada pela maior inclinação das curvas de regressão (Figuras 1 e 2). Apesar de grande parte dos herbicidas promover efeito negativo à microbiota do solo (Santos et al., 2006), verificou–se que a variação de disponibilidade e a possibilidade de transformação desses produtos permitem que determinados grupos de microrganismos sejam beneficiados (Edwards, 1989).

As maiores atividades biológicas no solo rizosférico ficaram em todos os níveis de contaminação do solo com o herbicida. A exsudação constante de nutrientes na interface solo–raiz promove a proliferação da população microbiana nessa região, permitindo o desenvolvimento de uma população microbiana muito superior àquela encontrada em ambiente não– rizosférico (Hsu & Barth, 1979; Anderson et al., 1993; Arthur et al., 2000).

Na comparação da taxa de desprendimento do CO₂ em relação às doses do herbicida para cada tipo de solo, observou–se que, na ausência do herbicida e no nível mais elevado de contaminação, a quantidade de CO₂ desprendido foi menor comparada aos tratamentos que receberam as doses intermediárias do herbicida (7,5 e 37,5 g ha^–1) (Tabela 1). A elevada respiração basal do solo nem sempre está relacionada a efeito benéfico sobre os microrganismos. Diversos fatores podem contribuir para mudanças no metabolismo microbiano, incluindo a degradação de compostos que podem ser usados como fonte de nutrientes (efeito benéfico), ou intoxicação por xenobióticos, que levam à menor eficiência de utilização do carbono (efeito maléfico), promovendo em ambos os casos aumento na emissão de CO₂.

Os efeitos negativos de práticas agrícolas sobre a microbiota se verificam pela variação na biomassa microbiana. Observou–se que a biomassa de microrganismos foi maior para o solo proveniente da rizosfera da leguminosa, independentemente da aplicação do herbicida (Tabela 2). Os valores da biomassa microbiana no solo rizosférico variaram entre 298,08 e 347,46 µg g^–1 de carbono, ao passo que no solo sem cultivo os valores permaneceram entre 177,62 µg g^–1 de carbono, na ausência do trifloxysulfuron–sodium, e 266,50 µg g^–1 de carbono, na dose de 37,5 g ha^–1 do herbicida (Tabela 2). A variação na quantidade de microrganismos, observada no solo sem cultivo, entre as diferentes doses do herbicida pode estar relacionada ao fato de que, com o aumento na quantidade aplicada do produto, alguns grupos de microrganismos estariam utilizando–o como fonte de nutrientes, especialmente carbono, até um patamar de dose maior do produto, em que a intoxicação passa a ser maior do que a capacidade de degradação desse composto. A presença de moléculas tóxicas pode causar a morte de diversos grupos de microrganismos, os quais serviriam de substrato para o rápido crescimento de saprofíticos (Santos et al., 2006).

É provável que a diferença provocada na biomassa microbiana em função da presença do trifloxysulfuron no solo sem cultivo esteja relacionada ao fato de que nesse solo a diversidade em grupos de microrganismos que condiciona maior capacidade de resiliência esteja comprometida pela ausência de cultivos (Tótola & Chaer, 2002). Dessa forma, o cultivo de S. aterrimum até seu completo florescimento favorece o acúmulo de exsudatos na região das raízes, permitindo crescimento e desenvolvimento de maior número de grupos de microrganismos.

O quociente metabólico (qCO₂) estabelece a relação entre o CO₂ acumulado e o total da biomassa microbiana; com o aumento da eficiência dessa biomassa em utilizar os recursos disponíveis, menos carbono é perdido como CO₂ pela respiração, podendo este ser incorporado aos tecidos microbianos (Anderson & Domsch, 1985). O menor valor de qCO₂ significa maior estabilidade da biomassa microbiana, equivalendo a maior estabilidade no sistema. O qCO₂ pode indicar o equilíbrio da microbiota do solo e a magnitude do distúrbio causado por determinada atividade agrícola (Santos et al., 2006). Apesar de não ter sido observada diferença significativa nos valores do qCO₂ entre as doses de herbicida, o cultivo da leguminosa permitiu menor valor para esse coeficiente (Tabela 3). Como o qCO₂ relaciona quantidade de C por unidade de biomassa microbiana, valores mais elevados evidenciam, comparativamente, menor capacidade de reaproveitamento do carbono no metabolismo microbiano. Acredita–se que, devido ao pequeno intervalo de tempo entre o plantio e a colheita da leguminosa (60 dias), não foi possível encontrar efeito do trifloxysulfuron–sodium no qCO₂. A aplicação de diferentes herbicidas ao longo do cultivo do feijoeiro promoveu aumento do qCO₂, comparado aos tratamentos que não receberam os herbicidas (Santos et al., 2006). Verificou–se ainda que práticas culturais, como o plantio direto, diminuem consideravelmente o qCO₂. Neste ensaio, a utilização do solo com o cultivo de leguminosa foi suficiente para promover diminuição no qCO₂, ou seja, tornar esse ambiente menos instável do ponto de vista sustentável (Tabela 3). Acredita–se, também, que a capacidade já comprovada de S. aterrimum na remediação do trifloxysulfuron–sodium (Procópio et al., 2004; Santos et al., 2006) possa ser resultante das interações direta e indireta com a microbiota atuante na região afetada pelas raízes.

A utilização do sorgo como espécie indicadora de resíduos do trifloxysulfuron–sodium foi eficiente na detecção do efeito desse herbicida. Nos tratamentos que receberam as doses superiores à comercial não houve desenvolvimento satisfatório das plantas de sorgo (Tabela 4). Apesar de a intoxicação, a altura e a massa seca do sorgo terem sido afetadas negativamente na presença do herbicida, ficou evidente o efeito amenizador do cultivo de S. aterrimum, visto que no solo que recebeu a dose de 7,5 g ha^–1 houve melhor desenvolvimento da planta indicadora (Tabela 4).

Pode–se concluir que a maior capacidade apresentada por S. aterrimum na descontaminação de solos com resíduo do trifloxysulfuron–sodium envolve também o processo de fitoestimulação. É provável que práticas agrícolas que favoreçam melhor desenvolvimento dessa leguminosa e o estabelecimento de diferentes grupos de microrganismos possibilitem maior eficiência no processo de fitorremediação do solo.

AGRADECIMENTOS

Ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), pelo apoio financeiro para realização deste trabalho.

LITERATURA CITADA

Recebido para publicação em 15.11.2006 e na forma revisada em 15.5.2007.

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Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  24 Jul 2007
• Data do Fascículo
  2007

Histórico

• Recebido
  15 Nov 2006
• Revisado
  15 Maio 2007