CONTAMINAÇÃO MICROBIOLÓGICA DO SOLO E DOS FRUTOS DE CAFEEIROS FERTIRRIGADOS COM ESGOTO SANITÁRIO

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1 CONTAMINAÇÃO MICROBIOLÓGICA DO SOLO E DOS FRUTOS DE CAFEEIROS FERTIRRIGADOS COM ESGOTO SANITÁRIO Suzana Souza dos Santos 1 ; Antônio Alves Soares 2 ; Antonio Teixeira de Matos 3 ; Everardo Chartuni Mantovani 4 ; Rafael Oliveira Batista 5 ; Júlio César de Melo 6 RESUMO O trabalho teve como objetivo estudar a contaminação microbiológica do solo e dos frutos de cafeeiros fertirrigados com esgoto sanitário tratado. O experimento foi montado em delineamento inteiramente casualizado (DIC) com cinco tratamentos e quatro repetições. Os seguintes tratamentos foram usados: T 0 - aplicação de água limpa, sem interrupção; T 1 - aplicação do efluente até uma semana antes da colheita; T 2 - aplicação do efluente até duas semanas antes da colheita; T 3 - aplicação do efluente até três semanas antes da colheita; e T 4 - aplicação do efluente até quatro semanas antes da colheita. Amostras de solo e de frutos de cafeeiros foram coletadas para análise microbiológica. Os resultados comprovaram que a aplicação de efluente deve ser suspensa, pelo menos, duas semanas antes da colheita para minimizar o risco de contaminação ambiental e que não houve contaminação microbiológica dos frutos do cafeeiro coletados no solo. Palavras-chave: água residuária, coliformes, fertirrigação. ABSTRACT Microbiological contamination of the soil and coffee fruits fertirrigated with domestic wastewater The objective of this work was to study the microbiological contamination of the soil and coffee fruits fertirrigated with domestic wastewater. The experiment was set up on an entirely randomized design (DIC) with five treatments and four replicates. The treatments were the following ones: T 0 - application of clean water, without interruption; T 1 - application of effluent until one week before harvesting; T 2 - application of effluent until two weeks before harvesting; T 3 - application of effluent until three weeks before harvesting; and T 4 - application of effluent until four weeks before harvesting. Samples of the soil and coffee fruits were collected for microbiological analysis. The results showed that the application of effluent may be suspended until two weeks before harvesting in order to minimize the risk of contaminating the environment and no microbiological contamination of the coffee beans collected in the soil occurred. Keywords: wastewater, coliforms, fertirrigation. 1 Mestre em Eng. Agrícola, Depto. de Eng. Agrícola, Universidade Federal de Viçosa, Viçosa, MG. 2 Eng. Agrícola, Prof. Titular, Depto. de Eng. Agrícola, Univ. Federal de Viçosa, Viçosa, MG, aasoares@ufv.br 3 Eng. Agrícola, Prof. Adjunto, Depto. de Eng. Agrícola, Universidade Federal de Viçosa, Viçosa, MG. 4 Eng. Agrícola, Prof. Titular, Depto. de Eng. Agrícola, Universidade Federal de Viçosa, Viçosa, MG. 5 Eng. Agrícola, Doutorando em Engenharia Agrícola, Depto. de Eng. Agrícola, Univ. Federal de Viçosa, Viçosa, MG. 6 Estudante de Eng. Agrícola e Ambiental, Universidade Federal de Viçosa, Viçosa, MG. 16 Engenharia na Agricultura, Viçosa, MG, v.14 n.1, 16-22, Jan/Mar, 06

2 INTRODUÇÃO O uso de águas residuárias na agricultura tem sido uma forma alternativa de minimizar problemas ambientais, proporcionados pelo lançamento das mesmas em cursos d água, além de favorecer o incremento na produtividade agrícola, que depende de fatores como: cultura, disponibilidade de nutrientes no efluente, demanda nutricional das plantas e manejo. No entanto, a utilização de águas residuárias na agricultura requer o desenvolvimento e aprimoramento de técnicas que visem à minimização dos riscos de contaminação do solo, do produto agrícola e dos agricultores. O aproveitamento agrícola de águas residuárias está associado a alguns riscos sanitários, devido à possibilidade da presença de patógenos, tais como Escherichia coli, Salmonella sp., Shigella sp., bem como ovos de nematóides intestinais. Entretanto, o risco da disseminação de coliformes fecais e de outras bactérias pode ser minimizado por meio de um manejo adequado do esgoto sanitário. A sobrevivência de bactérias patogênicas no solo depende de alguns fatores, tais como: umidade, ph, radiação solar, temperatura, concentração de matéria orgânica e predação por outros microrganismos (Chernicharo, 1997). Segundo Leon Suematsu & Cavallini (1999), os microrganismos podem sobreviver por períodos mais longos no solo do que nas superfícies das culturas, devido à maior exposição aos raios solares. Beard (1940) comprovou que a umidade interfere na sobrevivência de Salmonella typhosa no solo. A persistência da bactéria nos solos arenosos com baixa capacidade de retenção de água foi de 4 a 7 dias, durante o período seco, porém a sobrevivência da bactéria nos solos argilosos com alta capacidade de retenção de água foi superior a 42 dias. Em geral, a persistência da Salmonella typhosa em todos os tipos de solos estudados foi maior durante o período chuvoso. Van Donsel et al. (1967) encontraram redução de 90% no nível populacional de coliformes fecais com 3,3 e 13,4 dias nas amostras de solo expostas ao ar livre no verão e inverno, respectivamente. Chandler & Craven (1978) constataram que períodos de 18 dias em solo com 30% de umidade e de 2,5 dias em solo com 10% de umidade reduziram, em 90%, o nível populacional de Escherichia coli, para uma temperatura ambiente de ºC. O tempo de sobrevivência de Salmonella typhosa em solos ácidos (ph de 3 a 5) é bem menor do que em solos alcalinos (Beard, 1940). Butler et al. (1954) aplicaram esgoto sanitário tratado na superfície de um solo argilo-arenoso e verificaram que, na camada de 1,2 a 2,1 m de profundidade, os níveis de contaminação por coliformes fecais foram inferiores a um microrganismo por 100 ml de efluente. Bitton (1994) afirmou que, a partir de 3 m no perfil do solo, os coliformes fecais não conseguem sobreviver, provavelmente, em razão da ausência de material orgânico, fundamental à sua sobrevivência. Al-Nakshabandi et al. (1997) observaram que o nível populacional de bactérias heterotróficas, na camada de 0,07 a 0,10 m de profundidade, é menor que na superfície de um solo que recebeu a aplicação de esgoto sanitário tratado. Relataram, também, que a aplicação deste efluente no solo proporcionou considerável aumento no nível populacional dos coliformes fecais, em relação ao solo seco. Os resultados apresentados por Hayat et al. (02) confirmaram que a aplicação de efluente tratado de refinaria de óleo, durante 12 anos, não acarretou alteração significativa na atividade microbiológica do solo. Segundo Rocha et al. (03), após 54 dias da aplicação de esgoto sanitário tratado, não foram identificados coliformes fecais no solo, sendo que, a partir dos 60 dias, nenhuma amostra positiva com ovos de helmintos foi encontrada, apesar do alto nível de contaminação inicial. Engenharia na Agricultura, Viçosa, MG, v.14, n.1, 16-22, Jan/Mar, 06 17

3 Um dos maiores problemas da utilização de águas residuárias na agricultura é a possibilidade de contaminação microbiológica do produto agrícola. Entretanto, se as técnicas de tratamento e manejo dessas águas forem adequadas, os riscos de contaminação microbiológica dos vegetais passam a ser mínimos. Geralmente, as bactérias estão mais expostas a condições ambientais adversas, tais como uma elevada temperatura, baixa umidade relativa do ar e incidência de radiação na superfície das culturas do que no solo. Estudos indicaram que a própria estrutura da planta influencia na sobrevivência de microrganismos, particularmente no sistema radicular. Com respeito ao efeito da estrutura da planta, Bell & Bole (1978) encontraram que 10 horas de exposição à radiação solar foram suficientes para erradicar os coliformes fecais nas plantas de alfafa fertirrigadas com esgoto sanitário tratado, porém 50 horas foram requeridas para eliminar os coliformes fecais na grama (Phalaris arundinacea). Sadovski et al. (1978) comprovaram que o nível populacional de Escherichia coli na casca do pepino decresceu de 10 4 bactérias por 100 gramas para 65 bactérias por 100 gramas, em 8 dias de exposição à radiação solar. O clima quente e seco da região e a forma do pepino foram os fatores responsáveis pelo tempo de sobrevivência da Escherichia coli. Al-Lahham et al. (03) analisaram a contaminação microbiológica de frutos do tomateiro, fertirrigados com esgoto sanitário tratado via sistema de irrigação por sulcos. Os níveis populacionais de coliformes fecais, na casca do fruto, oscilaram de 1,3x10 2 a 3x10 2 UFC por 100 gramas, porém nenhum coliforme fecal foi detectado na polpa do fruto. O presente trabalhou objetivou estudar a contaminação microbiológica do solo e dos frutos de cafeeiros fertirrigados com esgoto sanitário tratado. MATERIAL E MÉTODOS O experimento foi instalado na Estação- Piloto de Tratamento de Esgoto do Departamento de Engenharia Agrícola, Universidade Federal de Viçosa, localizado na cidade de Viçosa - MG, Zona da Mata de Minas Gerais. A Estação-Piloto de Tratamento de Esgoto é composta das seguintes unidades: 1) tratamento preliminar constituído por um desarenador para a remoção dos sólidos de elevada massa específica; 2) tratamento secundário dotado de faixas sistematizadas, tendo, como planta extratora e depuradora do esgoto, o capim Tifton 85 gênero Cynodon spp.; e 3) tratamento terciário composto por lagoa de maturação com capacidade de 300 m 3 (50 x 6 x 1 m) que tem, como objetivo primordial, a remoção de patógenos. O solo da área experimental foi classificado como CAMBISSOLO. Utilizando-se a variedade de cafeeiro Catuaí, sendo o plantio realizado em covas espaçadas de 2,5 x 0,75 m. Para aplicação do efluente da lagoa de maturação, foi utilizado o sistema de irrigação por gotejamento, o qual era composto por uma unidade de controle (conjunto motobomba com 3 cv de potência, filtro de membrana auto-limpante automático 500 mesh e manômetros), uma linha principal, duas linhas de derivação, 18 linhas laterais e por gotejadores com vazão média de 2,55 L h -1 e espaçados de 0,75 metros entre si. Os tratamentos impostos, referentes à aplicação do efluente da lagoa de maturação, foram: tratamento T 0 - aplicação de água limpa, sem interrupção; tratamento T 1 - aplicação do efluente até uma semana antes da colheita; tratamento T 2 - aplicação do efluente até duas semanas antes da colheita; tratamento T 3 - aplicação do efluente até três semanas antes da colheita; e tratamento T 4 - aplicação do efluente até quatro semanas antes da colheita. O período de coleta de dados foi de maio a julho de 03, restringindo-se somente ao período seco. As lâminas de efluente, aplicadas em cada tratamento, estão apresentadas no Quadro Engenharia na Agricultura, Viçosa, MG, v.14, n.1, 16-22, Jan/Mar, 06

4 Quadro 1. Valores das lâminas de efluente aplicadas nos cinco tratamentos do experimento, no período de maio a julho de 03 T 0 T 4 T 3 T 2 T 1 Lâmina de efluente aplicada (mm) 0 163,53 170,77 176,2 181,63 As amostras de solo foram coletadas entre plantas na linha de plantio, dentro da área útil de cada parcela, um dia antes da colheita dos frutos do cafeeiro. A coleta foi realizada nas camadas de 0-10, 10- e - 30 cm e encaminhadas ao Laboratório de Microbiologia do Solo da UFV, para serem feitas as análises de coliformes fecais e totais. As amostras foram pesadas (10 g), colocadas em frascos de vidro com 90 ml de solução salina, completando um volume de 100 ml e agitadas manualmente ( vezes). Em seguida, foi retirada uma alíquota de 1 ml do material, que foi colocada no meio de cultura (placas de petrifilm). As placas de petrifilm foram colocadas para incubar em estufa, sob temperatura controlada de 37ºC, durante 48 horas. Após este período, as placas foram retiradas da estufa e levadas para serem feitas as contagens das colônias de coliformes fecais e totais, utilizando-se uma lupa. A análise microbiológica dos frutos do cafeeiro coletados no chão foi realizada de forma idêntica. O experimento foi montado em delineamento inteiramente casualizado (DIC) com cinco tratamentos e quatro repetições; cada unidade experimental continha quatro linhas de cafeeiros, das quais as duas externas foram consideradas bordaduras. Os dados foram interpretados por meio das análises de variância e de regressão. Após a análise de variância, as médias foram comparadas, utilizando-se o teste de Dunnet a 5% de probabilidade. Na análise de regressão, os modelos foram escolhidos com base na significância dos coeficientes de regressão (utilizando-se o teste t, com nível de significância de 5%) e no valor do coeficiente de determinação (R 2 ). Para realização das análises estatísticas, foi utilizado o programa estatístico SAEG 5.0, desenvolvido na Universidade Federal de Viçosa. RESULTADOS E DISCUSSÃO No Quadro 2, estão apresentados os números de unidades formadoras de colônias (UFC) de coliformes fecais e totais presentes nas amostras de solo, coletadas em três profundidades do solo, nas diferentes unidades experimentais. Com relação aos coliformes totais no solo, observou-se aumento significativo do nível populacional nos tratamentos T 4 (aplicação do efluente até quatro semanas antes da colheita), T 3 (aplicação do efluente até três semanas antes da colheita), T 2 (aplicação do efluente até 2 semanas antes da colheita), T 1 (aplicação do efluente até 1 semana antes da colheita) em relação a T 0 (aplicação de água limpa sem interrupção) nas profundidades de 0-10, 10- cm. Constatou-se também nos tratamentos T 3, T 2 e T 1, na profundidade de - 30 cm, aumento significativo no nível populacional dos coliformes totais em relação a T 0. Observa-se, ainda que, na testemunha (T 0 ), verificou-se maior quantidade de coliformes totais, nas profundidades de 0-10 e 10- cm, quando comparada ao T 4. Isto se deve ao fato de existir abundância de tais organismos no meio ambiente. Os resultados comprovaram que os tratamentos T 4, T 3 e T 2, que ficaram quatro, três e duas semanas, respectivamente, sem aplicação do efluente da lagoa, até o dia da colheita, não apresentaram nenhum organismo do grupo dos coliformes fecais, nas profundidades de 0-10, 10- e -30 cm. No tratamento T 1, no qual houve suspensão da aplicação de efluente uma semana antes da colheita, foi verificada a presença de coliformes fecais nas camadas de 0-10 e 10- cm. Engenharia na Agricultura, Viçosa, MG, v.14, n.1, 16-22, Jan/Mar, 06 19

5 Esta ausência de organismos do grupo de coliformes fecais nos tratamentos T 0, T 2, T 3 e T 4 é devida à existência de condições desfavoráveis a esses microrganismos, após a interrupção da aplicação do efluente, mostrando que a desidratação é um importante fator na eliminação de patógenos, indicando poder utilizá-la como condição a ser monitorada para controle da descontaminação do solo em que houve a aplicação de efluentes. A sobrevivência desses microrganismos é menor em altas temperaturas, baixas umidades do solo, ou quando expostos a maior incidência da luz solar (Bitton & Gerba, 1984). Segundo Leon Suematsu & Cavallini (1999), os microrganismos podem sobreviver por períodos mais longos no solo do que nas superfícies das culturas, sendo que o tempo de sobrevivência dos coliformes fecais no solo, em clima quente (temperatura entre e 30ºC) pode variar de a 70 dias. Os resultados obtidos no tratamento T 1 (aplicação do efluente até uma semana antes da colheita) indicaram a presença de coliformes fecais de 3,66 UFC g -1 (Unidade Formadora de Colônia) na camada de 0-10 cm. Estes resultados são considerados muito baixos, embora se saiba que a presença dos microrganismos indicadores de poluição fecal e organismos patogênicos, mesmo em níveis baixos, pode colocar em risco a saúde dos trabalhadores, podendo causar enfermidades diarréicas, febre tifóide e hepatite A (Leon Suematsu & Cavallini, 1999). A presença de coliformes fecais no solo, fertirrigado com esgoto sanitário tratado, pode ter ocorrido devido ao menor tempo de exposição à incidência de luz solar e à maior umidade neste solo, condições estas essenciais para a sobrevivência dos microrganismos patogênicos. Na Figura 1, estão apresentados os valores médios do nível populacional de coliformes totais nos distintos tratamentos adotados no experimento, bem como os modelos de regressão ajustados para as profundidades de 0-10 cm, 10- cm e - 30 cm. Verificou-se, que o modelo de regressão quadrático foi o que melhor se ajustou ao processo em estudo. O coeficiente de determinação (R 2 ) foram de 0,9860; 0,8878 e 0,9723, para as profundidades de 0-10 cm, 10- cm e - 30 cm, respectivamente. Com relação à análise microbiológica dos frutos, não foi observada, em nenhum dos tratamentos adotados, a presença de coliformes fecais e totais nos frutos do cafeeiro coletados do chão. Provavelmente, isto ocorreu devido ao fato de os frutos Quadro 2. Número de unidade formadoras de colônias (UFC) de coliformes fecal e total presente em três profundidades do solo, para os diferentes tratamentos estudados Tratamentos Profundidade (cm) Coliformes totais (UFC g -1 ) T 0 2,12 A 1,49 A 0,00 A T 4 0,00 B 0,00 B 0,00 A T 3 3,59 B 1,49 B 3,66 B T 2 27,29 B 33,35 B 16,61 B T 1 49,87 B 40,68 B 24,28 B Coliformes fecais (UFC g -1 ) T 0 0,00 A 0,00 A 0,00 A T 4 0,00 A 0,00 A 0,00 A T 3 0,00 A 0,00 A 0,00 A T 2 0,00 A 0,00 A 0,00 A T 1 3,66 B 1,49 A 0,00 A Médias seguidas de mesma letra maiúscula não diferem significativamente do tratamento T 0, em nível de 5 % de probabilidade, pelo teste de Dunnet Engenharia na Agricultura, Viçosa, MG, v.14, n.1, 16-22, Jan/Mar, 06

6 Coliformes totais (UFC g -1 ) y = 4,7475x 2-41,069x + 87,253 R 2 = 0, Tempo (semanas) (a) Profundidade de 0-10 cm Coliformes totais (UFC g -1 ) y = 1,46x 2-22,69x + 64,655 R 2 = 0, Tempo (semanas) (b) Profundidade de 10- cm Coliformes totais (UFC g -1 ) y = 1,0025x 2-13,592x + 37,598 R 2 = 0, Tempo (semanas) (c) Profundidade de -30 cm Figura 1. Regressões quadráticas do nível populacional dos coliformes totais com os distintos tratamentos adotados nas profundidades de 0-10 cm (a), 10- cm (b) e -30 cm(c), utilizando-se o teste t com nível de significância de 5% estarem mais expostos à ação germicida do sol e sua superfície lisa dificultar a aderência dos microrganismos. Os resultados mostram que a aplicação do efluente de lagoa de maturação na fertirrigação do cafeeiro deve ser suspensa Engenharia na Agricultura, Viçosa, MG, v.14, n.1, 16-22, Jan/Mar, 06 21

7 duas semanas antes da colheita dos frutos, eliminando-se, assim, o risco de contaminação do operador do sistema com microrganismos patogênicos. CONCLUSÕES De acordo com os resultados obtidos, conclui-se: A aplicação de esgoto sanitário tratado no solo, desprovida de um manejo adequado, pode proporcionar a contaminação microbiológica do solo e, conseqüentemente, do meio ambiente. Verificou-se que a aplicação de efluente deve ser suspensa pelo menos duas semanas antes da colheita, para minimizar o risco de contaminação do operador do sistema de aplicação. Em nenhum dos tratamentos adotados foi constatada a contaminação microbiológica dos frutos do cafeeiro, coletados no solo. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS AL-LAHHAM, O.; EL-ASSI, N. M.; FAYYAD, M. Impact of treated wastewater irrigation on quality attributes and contamination of tomato fruit. Agricultural Water Management, v.61, p.51-62, 03. AL-NAKSHABANDI, G. A.; SAQQAR, M. M.; SHATANAWI, M. R.; FAYYAD, M.; AL-HORANI, H. Some environmental problems associated with the use of the wastewater for irrigation in Jordan. Agricultural Water Management. v.34, n.1, p.81-94, BEARD, P. J. Longevity of Eberthella Tyhosus in various soils. American Journal of Public Health. v.30, p , BELL, R. G.; BOLE, J. B. Elimination of faecal coliform bacteria from soil irrigated with municipal sewage lagoon effluent. Journal Environmental Quality. v.7, n.2, p , BITTON, G. Wastewater microbiology. New York: Willey-liss, p. BITTON, G., GERBA, C. P. Groundwater pollution microbiology. New York: John Wiley e Sons, p. BUTLER, R. G.; ORLOB, G. T.; McGAUHEY, P. H. Underground movement of bacterial and chemical pollutants. Journal of the American Water Works Association. v.46, p , CHANDLER, D. S.; CRAVEN, J. A. Relationship of soil moisture to survival of Escherichia coli and Salmonella typhimurium. Journal Agricultural Research, v.29, p , CHERNICHARO, C. A. L. Princípios do tratamento biológico de água residuárias: tratamentos anaeróbios. Belo Horizonte: DESA/UFMG, v.5, p. HAYAT, S.; AHMAD, I.; AZAM, Z. M.; AHMAD, A.; INAM, A.; SAMIULLA, H. Effect of long-term application of oil refinery wastewater on soil health with special reference to microbiological characteristics. Bioresource Technology. v.84, p , 02. LEON SUEMATSU, G.; CAVALLINI, J. M. Tratamento e uso de águas residuárias. Tradução de: H.R. Gheyi, A. König, B.S.O. Ceballos, F.A.V. Damasceno. Campina Grande: UFPB, p. ROCHA, R. E. M. da; PIMENTEL, M. S.; ZAGO, V. C. P. Avaliação de biossólido de águas servidas domiciliares como adubo em couve. Pesquisa Agropecuária Brasileira. v.38, n.12, p SADOVSKI, A. Y.; FATTAL, B.; GOLDEBERG, B; KATZENELSON, E.; SHUVAL, H. I. High levels of microbial contamination of vegetables irrigated with wastewater by the drip method. Applied Environmental Microbiology. v.36, n.6, p , VAN DONSEL, D. L.; GELDREICH, E. E.; CLARKE, N. A. Seasonal variations in survival of indicator bacteria in soil and their contribution to storm-water pollution. Applied Microbiology. v.15, p , Engenharia na Agricultura, Viçosa, MG, v.14, n.1, 16-22, Jan/Mar, 06