Herbicides bioremediation in irrigated rice fields water aiming to lessen the environmental impact

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e TecnológicoIrrigated rice production depends on the pesticides application, among other factors. Herbicides could be highlighted as the most used ones, which may be transported into natural water sources, generating pollution and risk to the environment and to the human beings health. The genetic improvement along with cultivation techniques optimization and use of pesticides to control plagues are alternatives to increase rice productivity. However, the intensive use of pesticides generates a greater environmental impact, turning the natural pesticides degradation even slower. In order to develop an economically viable process for irrigated rice fields water bioremediation, a bacterium strain from the soil with history of pesticides use has been isolated, being the influence of different conditions in degradation efficiency evaluated. The process consists in isolating a microorganism from the soil, utilizing selective medium incubation for the target herbicides. After isolating and selecting, through biodegradation assays, the possible microorganism with degradation potential, it was identified by the University de la Republica (Montevideo-Uruguay). Aiming to observe closely the degradation potential of strain RR02, it was utilized an HPLC-UV system with stationary phase Synergi Fusion RP-80, mobile phase acetonitrile:methanol:water (30:24:46, v/v; pH 3.0), flow rate of 0.8 mL min-1 and detection in 220 nm. The influence of the growth phase, the incubation temperature and the conditions of high and low oxygenation of the medium during a 30-day period was assessed utilizing a mineral culture medium with the herbicides. The results show that the strain RR02 has a good capability to degrade the studied herbicides. Since each herbicide has been separately evaluated, it was possible to notice a decrease between 50 and 100% in the initial concentration. During the herbicides mixture evaluation the biodegradation was lower, or almost null, considering the conditions without aeration of the medium. The medium aeration can improve the herbicides degradation when they are in a mixture. The least satisfactory degradation results happened during the microorganism stationary growth phase, with little or no degradation at all. This strain supports up to 10 times the doses used in the rice farming, showing a decline from 30 to 100% for the highest dose in 28 days. When this strain is compared to commercial products, the results are similar or even higher, because it used a smaller number of cells of the strain RR02 than those provided by commercial products. The synergistic effect of two processes of bioremediation the microbial bioremediation and phytoremediation were assessed and displayed that the combination produces better results than each of the processes of remediation alone. The use of microorganisms in the environment bioremediation is efficient and economically viable, since it is not necessary the application of any type of chemicals or equipment that could multiply the cost of rice production. The environmental impact should not be ignored; however, the fact that the microorganisms used in the research are actually from the cultivation area considerably minimizes the impact.A produção de arroz irrigado depende, em parte, da aplicação de pesticidas destacando-se os herbicidas que podem ser transportados para fontes de água gerando poluição e riscos ao meio ambiente e ao ser humano. O melhoramento genético, otimização das práticas de cultivo e o uso de pesticidas no controle das pragas são alternativas para o aumento da produtividade. O uso intensivo de pesticidas gera um impacto ambiental tornando a degradação natural dos pesticidas mais lenta. Visando desenvolver um processo economicamente viável para biorremediação de águas utilizadas no cultivo de arroz irrigado, isolou-se uma linhagem bacteriana de amostras de solos com histórico de uso de pesticidas, e avaliou-se a influência exercida por diferentes condições na eficiência de degradação. O procedimento consiste em isolar um microrganismo proveniente do solo, utilizando incubação em meio seletivo para os herbicidas alvo. Após isolar e selecionar, através de ensaios de biodegradação, possíveis microrganismos com potencial de degradação, estes foram identificados pela Universidade de La Republica (Montevideo-Uruguai). A fim de acompanhar o potencial de degradação da linhagem RR02, foi utilizado um sistema HPLC-UV com fase estacionária Synergi Fusion RP-80, fase móvel acetonitrila:metanol:água (30:24:46, v/v; pH 3,0), vazão 0,8 mL min-1 e detecção em 220 nm. Avaliou-se a influência da fase de crescimento, da temperatura de incubação e das condições de alta e baixa oxigenação do meio durante um período de 30 dias, utilizando meio de cultura mineral com os herbicidas. Os resultados mostraram a capacidade de degradação pela linhagem RR02 para todos os herbicidas estudados. Quando avaliou-se cada herbicida separadamente, foi obtida uma diminuição de 50 a 100% na concentração inicial. Entretanto numa mistura de herbicidas, a biodegradação foi bem menor, ou quase nula, considerando as condições sem aeração do meio. A aeração do meio pode melhorar a degradação dos herbicidas quando presentes em misturas. Os resultados pouco satisfatórios de degradação ocorreram com o microrganismo em fase de crescimento estacionária, com pouca ou nenhuma degradação. Esta linhagem suporta doses de até 10 vezes a concentração aplicada na lavoura de arroz, apresentando uma degradação de 30 a 100% para a dose mais elevada em 28 dias. Quando esta linhagem é comparada com produtos comerciais os resultados obtidos foram semelhantes ou até superiores, pois foi usado um menor número de células da linhagem RR02 do que os fornecidos pelos produtos comerciais. Quando avaliado o efeito sinérgico de dois processos de biorremediação a biorremediação microbiana e a fitorremediação os resultados mostraram que a combinação destes produz melhores resultados do que cada um dos processos de remedição isolados. O uso de microrganismos na biorremediação do meio-ambiente é eficiente e economicamente viável, uma vez que não é necessária a introdução de nenhum tipo de substância química com ação redutora ou oxidante, ou de equipamento que possa encarecer a produção de arroz. O impacto ambiental não pode ser desconsiderado, porém como são utilizados microrganismos provenientes do local de cultivo, o impacto é reduzido