Biomassa de microalgas como bioestimulante: aplicação no solo, produtividade de planta e análise de ciclo de vida

Abstract

A biomassa de microalgas cultivada em efluentes tem potencial para ser aplicada em rotas tecnológicas sustentáveis para a obtenção de bioprodutos. Essa biomassa é rica em matéria orgânica e nutrientes e possui grande aplicação como bioestimulante do solo. No presente estudo, aplicou-se biomassa de microalgas seca na forma de mistura, em solos de diferentes horizontes: (i) Horizonte A: Retirado na profundidade de 0 a 10 cm, com alto teor de matéria orgânica (Solo A) e; (ii) Horizonte B: Retirado na profundidade entre 20 e 40 cm (Solo B). Aplicou-se doses de 0,25%, 0,5%, 1% e 2% de biomassa em cada tipo de solo. Avaliou-se, para cada dose aplicada em cada tipo de solo, a respiração basal do solo, carbono da biomassa microbiana, carbono orgânico total e atividade enzimática das enzimas β-glicosidase, fosfatase ácida, arilsulfatase e urease. Além disso, avaliou-se o crescimento de milho (Zea Mays L.) mediante a aplicação da biomassa de microalgas no solo. Conclui-se que, para as análises relativas ao solo, a aplicação de 2% de biomassa no solo A apresentou os maiores valores de respiração basal do solo, carbono da biomassa microbiana, carbono orgânico total e atividade enzimática, ou seja, esse tratamento maximizou as variáveis analisadas. Entretanto, considerando que o crescimento de planta deve estar em consonância com as alterações nas características do solo, o resultado que proporcionou a maior massa da matéria seca da parte aérea da planta, portanto a dose ideal de biomassa, foi mediante aplicação de 0,55% de biomassa no solo A. Em doses maiores de biomassa o crescimento da planta foi inibido. Dos resultados obtidos, entende-se que a utilização da biomassa de microalgas como bioestimulante do solo é uma alternativa para o aproveitamento de bioprodutos gerados no tratamento de águas residuárias. Com relação aos impactos ambientais do experimento, por meio da avaliação do ciclo de vida, realizada no software Simapro®, foram avaliados os impactos ambientais da aplicação de biomassa de microalgas produzida a partir do tratamento de efluente de indústria de alimentos em dois tipos de solos com diferentes teores de matéria orgânica. Os principais dados utilizados na análise são de origem primária. A unidade funcional da análise foi 1 kg de planta. Diferentes cenários (quatro) foram analisados, nos quais, para cada tipo de solo, avaliou- se opções na etapa de colheita da biomassa, sendo coagulação química e sedimentação gravitacional. O inventário realizado mostra que, no geral, há maior gasto energético e de insumos para o solo de Horizonte B, para equalizar a eficiência da produtividade de planta no solo de Horizonte A. Os resultados da pegada de carbono mostram que, apesar de haver fatores contribuintes que apresentaram carga positivo de pegada de carbono, no geral, todos os cenários avaliados tiveram economia de pegada de carbono. Observa-se que se evita mais água, nitrogênio e fósforo para o tratamento em solo de Horizonte B, pois para esse solo é necessário produzir mais biomassa para se obter a mesma eficiência de crescimento da planta quando comparado ao solo de Horizonte A. Pela análise de Monte Carlo, as principais incertezas observadas no presente estudo são relativas à depleção fóssil e mudanças climáticas nos cenários que utilizam coagulação química. Palavras-chave: Tratamento de Efluente. Bioprodutos. Respiração do Solo. Fertilização Orgânica. Avaliação de Ciclo de Vida.

The microalgae biomass grown in wastewater has the potential to be applied in sustainable technological routes to obtain bioproducts. This biomass is rich in organic matter and nutrients and has great application as soil biostimulant. In the present study, dry microalgae biomass was applied as a mixture, in soils of different horizons: (i) Horizon A: Taken at a depth of 0 to 10 cm, with a high organic matter content (Soil A) and; (ii) Horizon B: Taken at depth between 20 and 40 cm (Soil B). Doses of 0.25%, 0.5%, 1% and 2% of biomass were applied to each soil type. Basal soil respiration, microbial biomass carbon, total organic carbon and enzymatic activity of β-glycosidase, acid phosphatase, arylsulfatase and urease were evaluated for each dose applied to each soil type. In addition, the growth of corn (Zea Mays L.) was evaluated by applying microalgae biomass to the soil. It is concluded that, for the analyzes related to the soil, the application of 2% of biomass in soil A presented the highest values of basal respiration of the soil, microbial biomass carbon, total organic carbon and enzymatic activity, that is, this treatment maximized the analyzed variables. However, considering that plant growth must be in line with changes in soil characteristics, the result that provided the largest shoot dry matter mass, therefore the ideal dose of biomass, was by applying 0.55 % of biomass in the soil A. In larger doses of biomass, plant growth was inhibited. From the results obtained, it is understood that the use of microalgae biomass as a soil biostimulant is an alternative for the use of bioproducts generated in wastewater treatment. With regard to the environmental impacts of the experiment, through the life cycle assessment, carried out in the Simapro® software, the environmental impacts of microalgae biomass produced from the food industry wastewater treatment applied in two types of soils with different levels of organic matter were evaluated. The main data used in the analysis are of primary origin. The functional unit of the analysis was 1 kg of plant. Different scenarios (four) were analyzed, in which, for each type of soil, options were evaluated in the biomass harvest stage, being chemical coagulation and gravitational sedimentation. The inventory carried out shows that, in general, there is a higher energy and input expenditure for Horizon B soil, to equalize the efficiency of plant productivity in Horizon A soil. The results of carbon footprint show that, although there are factors contributors who had a positive carbon footprint charge, in general, all scenarios evaluated had a carbon footprint economy. It is observed that more water, nitrogen and phosphorus are avoided for the treatment in soil of Horizon B, because in this soil it is necessary to produce more biomass to obtain the same growth efficiency of the plant when compared to the soil of Horizon A. Regarding Monte Carlo analysis, the main uncertainties observed in the life cycle assessment are related to fossil depletion and climate change in scenarios that use chemical coagulation. Keywords: Effluent Treatment. Bioproducts. Soil Respiration. Organic Fertilization. Life Cycle Assessment.