Ecotoxicological assessment of sugarcane vinasse in the soil

O uso da vinhaça de cana-de-açúcar na fertirrigação de solos agrícolas, além de ser uma boa opção para o descarte do resíduo, gera vantagens econômicas. Embora, há anos, este tipo de efluente seja amplamente aplicado em áreas agrícolas, pouco se sabe sobre seus riscos ecológicos para os organismos do solo. Neste estudo, os efeitos de duas vinhaças provenientes de usinas destilatórias diferentes (VA e VB), e outra derivada de uma destilação em laboratório (VC), sobre a fauna e microbiota do solo, foram avaliados em dois Latossolos (LV e LVA) e em um Solo Artificial Tropical (SAT). Concentrações crescentes das vinhaças foram aplicadas nos três solos para avaliar os efeitos sobre a reprodução e comportamento de espécies da fauna, bem como os efeitos dos efluentes sobre a biomassa microbiana de carbono (BMC), respiração basal (C-CO2), atividade da enzima desidrogenase (DHA), colonização de raízes de cana-de-açúcar por fungos micorrízicos arbusculares (FMA) e estrutura da comunidade bacteriana foram avaliados nos Latossolos LV e LVA. Para a fauna do solo, as vinhaças das usinas destilatórias foram consideradas as mais tóxicas, uma vez que os solos tratados com estes efluentes foram evitados pelas minhocas e colêmbolos, assim como a reprodução de todas as espécies foi reduzida em pelo menos um, entre os solos testados. A vinhaça originada em laboratório não causou fuga nos organismos testados e somente reduziu a reprodução de minhocas e enquitreídeos em SAT e LVA, respectivamente. Os ácaros foram os organismos menos sensíveis à presença das vinhaças. O crescimento (BMC) e metabolismo microbiano (C-CO2) aumentaram na presença de todas as vinhaças, assim como também houve incremento na colonização dos FMA nas raízes, em LVA. Entretanto, a estrutura da comunidade bacteriana foi alterada na presença das vinhaças, ocorrendo, inclusive, reduções da riqueza e diversidade, bem como aumentos da dominância de alguns grupos bacterianos no solo LV. A toxicidade das vinhaças para a fauna foi atribuída, principalmente, ao alto teor de sais, em especial ao potássio. Contudo, sugeriu-se que os aumentos no crescimento e metabolismo microbiano foram decorrentes do aumento da matéria orgânica e de outros nutrientes, adicionados ao solo pelas vinhaças. As alterações na colonização dos FMA nas raízes de cana-de-açúcar e na estrutura da comunicade bacteriana também podem ter sido influenciadas pelo acrécimo de nutrientes no solo, ou foram respostas a elementos ou substâncias poluidores presentes nas vinhaças, como, por exemplo, o excesso de potássio, ou outros aditivos utilizados durante a fermentação. Estes resultados indicam que critérios de proteção para organismos do solo devem ser considerados na derivação das doses de vinhaça de cana-de-açúcar aplicadas em solos tropicais.The use of vinasse of cane sugar in ferti-igation of agricultural soils is a good option for disposal of this waste and generates economic advantages. This type of waste has been applied to agricultural soil for many years; however, there is little information about its ecotoxicological risks on soil organisms. In this study, the effects of two vinasse from different distillerie plants (VA and VB), and another from a laboratory distillation (VC) on the soil fauna and soil microorganisms were evaluated in two Oxisols (LV and LVA) and in a Tropical Artificial Soil (TAS). Increasing concentrations of these vinasses were applied to the soils to assess the effects on the behavior and reproduction of fauna species, and the effects of the effluents on microbial biomass carbon (MBC), basal respiration (C-CO2), dehydrogenase activity (DHA), colonization by mycorrhizal fungi (AMF) and on the structure of the bacterial community were evaluated in the Oxisols. For the soil fauna, the vinasses from commercial distilleries proved to be the most toxic: earthworms and collembolans avoided the soils that were contaminated with these vinasses, and the reproduction of all organisms was reduced in at least one of the soils. The vinasse from the laboratory did not promote any avoidance behavior in the tested organisms and only reduced the reproduction of earthworms and enchytraeids in TAS and LVA soil, respectively. Mites were the least sensitive organisms to the vinasses. Microbial growth (MBC) and metabolism (C-CO2, DHA) increased in the presence of all the vinasses, and there was an increase in the AMF colonization of sugar-cane roots. The structure of the soil bacterial community was significantly modified by all the vinasses, with richness and diversity reductions, and increases of the dominance of bacterial groups. For the soil fauna the toxicity was attributed mainly to the high salt contents, especially to the potassium content in the vinasses. However, the increases in microbial growth and metabolism were attributed to the additional organic carbon and other nutrients added into the soils by the wastes. Changes in colonization by AMF and on the bacterial community may also have been influenced by the nutrient increase; however, these were especially considered microbial responses to the polluting elements/substances in the vinasses, as high potassium content, antibiotics or other substances added during the fermentation process. These results indicate that protection criteria for soil organisms should be considered during the derivation of the application limits of sugarcane vinasse in tropical soils