biofertilizante

38 Revista Biotecnologia Ciência & Desenvolvimento - Edição nº 31 - julho/dezembro 2003

Pesquisa

BiofertilizantesLíquidos

Marcos Barros de MedeirosDoutor em Entomologia - ESALQ/USP

Professor Adjunto Centro de Formação de

Tecnólogos / UFPB - Campus de Bananeiras.

[email protected];

[email protected]

Paulo Alves WanderleyDoutor em Agronomia - FCAV/UNESP,

Professor nível E do Centro de Formação de

Tecnólogos / UFPB - Campus de Bananeiras

Maria José Araújo WanderleyDoutora em Agronomia - FCAV/UNESP,

Bolsista de Desenvolvimento Científico Regional

CNPq, UFPB Departamento de Ciências Básicas e

Sociais, Campus de Bananeiras

Ilustrações cedidas pelos autores

Processo trofobiótico para proteção de plantas em cultivos orgânicos

1 - Introdução

Nos países desenvolvidos e emvários outros em desenvolvimento,como o Brasil, os organoclorados fo-ram proibidos para o uso agrícola.Porém, essa foi apenas uma medidaisolada, uma vez que tais produtoscirculam hoje por toda a biosfera(Paschoal, 1995). O uso de produtosquímicos sem a observação da com-plexidade de fatores que interagemnos agroecossistemas tem sido a mai-or causa de desequilíbrio nesses siste-mas, tais como o desenvolvimento deresistência ao pesticida, ressurgimen-to e desencadeamento de pragas se-cundárias e quebra de cadeias alimen-tares a partir da eliminação de seusinimigos naturais (parasitóides e pre-dadores) (Medeiros, 1998).

Até 1945 os ácaros fitófagos eramtidos como pragas secundárias daagricultura. No entanto, o desenvol-vimento destas espécies nocivas vematingindo, cada vez mais, uma eleva-da significação econômica, ao mes-mo tempo em que sua lista não párade crescer. Antes de 1946, haviaapenas 10 espécies de insetos e car-rapatos resistentes, todas a produtosinorgânicos minerais. Em 1969 a re-sistência foi confirmada para 424 es-pécies, sendo 97 de importânciamédica ou veterinária e 127 de im-portância agrícola e florestal e deprodutos armazenados (Paschoal,1979; Chaboussou 1980). Na décadade 90, pelo menos 504 espécies deinsetos e ácaros foram dadas comoresistentes a pelo menos um pesticida.Destas, 23 espécies são benéficas e481 são nocivas, sendo 283 de impor-

tância agrícola e 198 de importânciamédico-veterinária (Georghiou &Lagunes-Tejeda, 1991).

Uma nova teoria, hoje ampla-mente difundida, converge ao expli-car que, além destes fatores, estesdesequilíbrios também estão forte-mente associados ao estado deproteólise dominante nos tecidos daplanta. Estudos comprovam que pro-dutos químicos sintéticos, tais comoagrotóxicos e fertilizantes mineraissolúveis, contêm substâncias que in-terferem na proteossíntese, provocamo acúmulo de aminoácidos livres eaçúcares redutores nos tecidos da plan-ta, reduzindo sua resistência às pragase doenças (Alves et al., 2001;Chaboussou, 1999; Tokeshi, 2002).

Segundo Primavesi (1998), trêscondições são necessárias para queuma planta seja atacada por pragas edoenças: 1) a planta deve ser defici-entemente nutrida, oferecendo algu-ma substância utilizável para o agen-te; 2) o agente possa se multiplicarlivremente sem controle biológico, oque ocorre mais facilmente emmonoculturas; 3) o sistema de auto-defesa da planta deve estar desequi-librado, em função da nutrição e douso de agrotóxicos. Estes princípiosconvergem com os fundamentadospor Francis Chaboussou, então dire-tor do “Institut National de laRecherche Agronomique” (INRA) naFrança, que em 1979 formulou aTeoria da Trofobiose. Segundo essateoria, todo processo vital está nadependência da satisfação das ne-cessidades dos organismos vivos,sejam eles vegetais ou animais. Des-sa forma, a planta, ou mais precisa-

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mente o órgão vegetal, será atacadosomente quando seu estado bioquí-mico, determinado pela natureza epelo teor de substâncias nutritivassolúveis, corresponder às exigênciastróficas (de alimentação) da praga oudo patógeno em questão.

Estudando-se a relação entre oestado nutricional de plantas e suaresistência às doenças constatou-seque toda circunstância desfavorávelao crescimento celular tende a pro-vocar um acúmulo de compostossolúveis não utilizados, como açú-cares e aminoácidos, diminuindo aresistência da planta ao ataque depragas e doenças (Dufrenoy, 1936).Comprovou-se mais tarde que a açãodos agrotóxicos na planta resulta nainibição da proteossíntese, resultan-do num aumento de ácaros, pulgõese lepidópteros e de doenças(Chaboussou, 1999; Tokeshi, 2002).Espécies de pulgões, cochonilhas,cigarrinhas, cigarras, tripes, outrosinsetos sugadores e várias espéciesde ácaros fitófagos, não são capazesde desdobrar proteínas em aminoá-cidos para serem posteriormenterecombinados à conveniência decada um. Por isso, eles dependemde aminoácidos livres existentes naseiva das plantas ou suco celular ede microrganismos simbiontes(Chaboussou, 1980; Panizzi & Parra,1991; Pinheiro & Barreto, 1996; Gallo

et al., 2002) Os adubos mineraissolúveis, especialmente os nitroge-nados, e os agrotóxicos orgânicossintéticos, que quando absorvidospelas plantas e translocados em seuinterior, são capazes de interferircom a fisiologia vegetal, reduzem aproteossíntese, desencadeando pro-cesso de acúmulo de aminoácidoslivres e açúcares redutores, substân-cias prontamente utilizáveis pelaspragas e agentes fitopatogênicos, oque foi correlacionado positivamen-te com o aumento populacional des-ses organismos (Chaboussou, 1985).

Na agricultura orgânica o uso debiofertilizantes líquidos, na forma defermentados microbianos enriqueci-dos, têm sido um dos processos maisempregados no manejo trofobióticode pragas e doenças. Essa estratégiaé baseada no equilíbrio nutricionalda planta (trofobiose), onde a resis-tência é gerada pelo melhor equilí-brio energético e metabólico do ve-getal (Chaboussou, 1985; Pinheiro &Barreto, 1996). Os biofertilizantes fun-cionam como promotores de cresci-mento (equilíbrio nutricional) e comoelicitores na indução de resistênciasistêmica na planta. Além disso, aju-dam na proteção da planta contra oataque de doenças, por antibiose(Bettiol et al, 1998) e contra o ataquede pragas, por ação repelente,fagodeterrente (inibidores de alimen-

tação) ou afetando o seu desenvolvi-mento e reprodução.

2 - Biofertilizantes líquidose sua aplicação na

proteção de plantas

Os biofertilizantes possuem com-postos bioativos, resultantes dabiodigestão de compostos orgânicosde origem animal e vegetal. Em seuconteúdo são encontradas células vi-vas ou latentes de microrganismosde metabolismo aeróbico, anaeróbicoe fermentação (bactérias, leveduras,algas e fungos filamentosos) e tam-bém metabólitos e quelatos organo-minerais em soluto aquoso. SegundoSantos & Akiba (1996), os metabólitossão compostos de proteínas, enzimas,antibióticos, vitaminas, toxinas,fenóis, ésteres e ácidos, inclusive deação fitohormonal produzidos e libe-rados pelos microrganismos.

Na citricultura paulista, os bio-fertilizantes vêm sendo produzidospelo método de compostagem líqui-da contínua em “piscinas” escavadasno solo, revestidas de lona plásticade polietileno, com capacidade deaté 50 mil litros. No processo sãoutilizados água não clorada e oinoculante à base de esterco frescobovino, e posteriormente enriqueci-do com um composto orgânico nutri-tivo. O Microgeo é um compostoorgânico, com registro no Ministérioda Agricultura e certificado pelo IBD,preparado à base de diversas fontesorgânicas e inorgânicas, sendo enri-quecido com rochas moídas que con-têm cerca de 48% de silicatos demagnésio, cálcio, ferro e outrosoligoelementos, fundamentais paraestimulação do metabolismo primá-rio e secundário das plantas. Segun-do Alves et al. (2001) biofertilizantesobtidos com o Microgeo vêm sendoutilizados, em pulverização sobre asplantas, em mais de 8 milhões de pésde laranja no estado de São Paulo.

A potência biológica de um bio-fertilizante é expressa pela grandequantidade de microrganismos aliexistentes, responsáveis pela libera-ção de metabólitos e antimetabólitos,entre eles vários antibióticos ehormônios vegetais. Castro et al.(1992) e Bettiol et al. (1998) isolaram

Figura 01. Simulação da cinética de crescimento celular e da produção de metabólitosao longo da fermentação aeróbica do biofertilizante no processo de CLC. Metabólitosprimários: (Etapas de anabolismo e catabolismo): Açúcares, aminoácidos, ácidosgraxos, proteínas, lipídeos, bases nitrogenadas (nucleotídeos e ácidos nucleicos),precursores moleculares etc. Metabólitos secundários: (Biossíntese de macro-moléculas de elevado peso molecular): toxinas, antibióticos, fitoreguladores (IAAe giberelinas), ácidos graxos de cadeia longa, fosfolipídeos, polissacarídeos, terpenosfenóis, polifenois, citoquininas, etc.


várias leveduras e bactérias, desta-cando Bacillus subitilis, reconhecidoprodutor de antibióticos. Atualmenteos biofertilizantes vêm sendo aplica-dos em diversas culturas associadascom o fungo entomopatogênicoBeauveria bassiana, importante ini-migo natural de pragas.

Os efeitos do biofertilizante nocontrole de pragas e doenças de plantastêm sido bem evidenciados. Efeitosfungistático, bacteriostático e repelentesobre insetos já foram constatados. San-tos & Sampaio (1993) verificaram umapropriedade coloidal do biofertilizanteque provoca a aderência do insetosobre a superfície do tecido vegetal. Osautores destacaram também o efeitorepelente e deterrente de alimentaçãocontra pulgões e moscas-das-frutas.Medeiros et al. (2000b) verificaram queo biofertilizante à base de conteúdo derúmen bovino e o composto orgânicoMicrogeoÒ reduziu a fecundidade, perí-odo de oviposição e longevidade defêmeas do ácaro-da-leprose dos citros,Brevipalpus phoenicis, quando pulveri-zado em diferentes concentrações. Es-ses mesmos autores comprovaram queeste biofertilizante agiu sinergicamentecom Bacillus thuringiensis e o fungo B.

bassiana, reduzindo a viabilidade dosovos e sobrevivência de larvas do bi-cho-furão-dos-citros (Ecdytolopha

aurantiana) (Medeiros et al. 2000c).

Estudos recentes comprovaram a redu-ção de até 95% da fecundidade do ácarorajado Tetranychus urticae, de hábitopolífago, em concentrações entre 5 e50% (Medeiros et al., 2000a; Berzaghi et

al., 2001). Também verificou-se redu-ção de até 64% da população do pulgãoAphis sp., quando utilizado o biofertili-zante (10%) associado aos inseticidasBoveril® e Metarril®, 5 kg/ha, em cultivode acerola (Medeiros et al., 2001). Apli-cações do biofertilizante associadas àcalda viçosa ou com o Bacillus

thuringiensis reduziram significativa-mente o ataque da traça (Tuta absoluta)e a broca pequena (Neoleucocinodes

elegantalis) em tomateiros (Picanço et

al., 1999; Nunes & Leal, 2001). Tambémfoi constatado menor severidade deoídio e de cigarrinha verde em plantasde feijoeiro pulverizadas com diferen-tes misturas de biofertilizantes (Cunhaet al., 2000). Trabalhos conduzidos porMedeiros (2002) no Laboratório de Pa-tologia e Controle Microbiano de Inse-tos da ESALQ/USP comprovaram que obiofertilizante líquido reduziu de modocrônico e significativamente a fecundi-dade e o potencial de crescimento po-pulacional e o tempo de desenvolvi-mento de descendentes dos ácaros daleprose dos citros Brevipalpus phoenicis,criados sobre plantas tratadas com bio-fertilizantes. O estudo comprovou queo biofertilizante testado agiu por conta-

to direto e residual e também funcionoude forma sistêmica na planta.

A ação antibiótica e indução deresistência sistêmica da planta sãoprovavelmente os principais meca-nismos de ação do biofertilizantesobre a praga (D´Andréa & Medeiros,2002). Os fenômenos podem estardiretamente associados à complexae pouco conhecida composição quí-mica e biológica dos biofertilizantes.Compostos metabólitos (micro emacromoléculas), tais como enzimas,antibióticos, vitaminas, toxinas, fenóise outros voláteis, ésteres e ácidos,inclusive de ação fitohormonal têmsido identificados nos biofertilizan-tes (Santos, 1992). Um compostocoloidal, de consistência mucilagino-sa (goma) e de composição aindanão conhecida, foi observado porMedeiros (2002) causando a imobili-zação e morte do ácaro B. phoenicis

sobre a folha devido à obstrução deseu sistema digestivo.

3 - Processos envolvidos naprodução de

biofertilizantes

Não existe uma fórmula padrãopara produção de biofertilizantes.Receitas variadas vêm sendo testadas,utilizando-se componentes mineraispara o enriquecimento do meio decultivo (Santos, 1992; Magro, 1994).

O processo de fermentação écomplexo e os microrganismos exis-tentes passam quatro fases distintasde crescimento celular: 1) Latência -Compreende o período de adaptaçãodos microrganismos, após o qual ascélulas dão início à fermentação. 2)Crescimento exponencial – Nessa faseocorre elevado processo de divisãocelular, com a produção de biomassae liberação dos metabólitos primári-os: carboidratos, aminoácidos,lipídeos, nucleotídeos, vitaminas eproteínas e enzimas. 3) Fase estacio-nária – As células param de se dividire as colônias, após juntarem-se, inici-am um processo de diferenciaçãocelular produzindo metabólitos se-cundários como forma de defesa (an-tibióticos, toxinas, fenóis, ácidos or-gânicos e outras proteínas de cadeialonga, de alto interesse biotecnológi-co). 4) Morte Celular-Esgotadas to-

Figura 2. Produção de biofertilizantes pelo sistema de compostagem líquida contínuaa céu aberto, em recipientes plásticos.


das as reservas de energia, as célulascomeçam a morrer numa velocidadeexponencial.

Cada microrganismo participan-te degrada alimento para outro, numarelação de interdependência mútua eharmônica e, assim, o processo defermentação acaba sendo contínuo,desde que seja alimentado com meionutritivo, o que fundamentou o pro-cesso de compostagem líquida des-crito por D’Andréa & Medeiros (2002).

4 - Produção dobiofertilizante pelo

processo de CompostagemLíquida Contínua (CLC)

4.1 - Dimensionamento daProdução

Tanques para compostagem dobiofertilizante podem ser utilizadospara volumes de até 1.000 litros, cai-xas de fibrocimento ou plásticas. Paravolumes maiores constrói-se direta-mente no solo, ‘piscinas’ com as di-mensões do volume pretendido, ecom a profundidade máxima de ummetro, as quais são revestidas comlona plástica. A localização do tanquedeve ser em área ensolarada, manten-do-o descoberto. Para o dimensiona-mento do volume do tanque, deveráser considerado um consumo diário

máximo de 10% de biofertilizante, dasua capacidade. Exemplo: Para umconsumo diário de 100 litros de bio-fertilizante, o tanque deverá ter ovolume de 1.000 litros.

4.2- CLC com uso de esterco ecomposto orgânico enriquecido

Início da CLC: Para início daprodução do biofertilizante, adiciona-se no tanque o esterco fresco de gado(inoculante), um composto orgânicoenriquecido com minerais (Ex.:MICROGEO MCO) e água (nãoclorada). No caso do Microgeo,pesquisado e desenvolvido pela equi-pe do Laboratório de Patologia e Con-trole Microbiano da ESALQ, o preparoé feito nas seguintes proporções:1,0quilo do composto orgânico / 4,0litros esterco de gado / 20,0 litros água(completando o volume ). Exemplo:Para a produção de 1.000 litros debiofertilizante, adiciona-se no tanque50 quilos do composto, mais 200 litrosde esterco de gado de qualquer ori-gem, completando com água ovolume de 1.000 litros do tanque.Agitar duas vezes ao dia manualmen-te com um ‘rodo’, que também permi-tirá determinar a espessura da camadaorgânica (biomassa) depositada nofundo do tanque, com o objetivo de sequantificar a reposição do esterco de

gado no processo CLC. Iniciar o usodo biofertilizante com aproximada-mente 15 dias, após a mistura inicialdos insumos. Manutenção da CLC:Para manter a compostagem em meiolíquido de forma contínua, contabilizardiariamente os volumes de biofertili-zante consumidos repondo no tanqueos insumos nas seguintes proporções:a) Reposição do composto orgânico:para cada 30,0 a 40,0 litros de biofer-tilizante usado, repor 1,0 quilo docomposto/inoculante. O intervalo dereposição poderá ser semanal atémensal, ou seja, intervalos menoresquanto maior o volume de biofertili-zante utilizado. b) Reposição do ester-co de gado: adicionar um volume deesterco de gado (fresco) suficientepara manter a mesma proporçãobiomassa/ água do início do proces-so, sempre quando se verificar comajuda do ‘rodo’ a diminuição da cama-da orgânica no fundo do tanque. c)Reposição da água: está em função dovolume de biofertilizante consumido,da evaporação e das chuvas. O volu-me de água a ser adicionado deveráser o suficiente para a manutenção donível inicial do tanque. A freqüênciade reposição poderá ser diária, usan-do-se registro bóia ou até mensal,também em função do volume debiofertilizante usado. Nos períodos dechuvas, recomenda-se fechar os tan-ques de até 1.000 litros nos momentosde ocorrência delas. Manter descober-tos os tanques maiores de 1.000 litros,retirando para uso posterior o volumedo biofertilizante que eventualmentepoderá transbordar, armazenando-oem tambores. É importante sempremanter as proporções de compostoinoculante e esterco de gado, descri-tas acima, evitando o uso do bioferti-lizante muito diluído (Microbiol, 2001;D’Andréa & Medeiros, 2002).

5 - Recomendações de uso

Segundo Pinheiro & Barreto(1996), devido aos elevados efeitoshormonais e altos teores das substân-cias sintetizadas, o uso de biofertili-zantes em pulverizações foliares nor-malmente são feitos com diluiçõesentre 0,1 e 5%. Concentrações maio-res, entre 20 e 50%, foram utilizadaspor Santos & Akiba (1996) com o

Figura 3. Detalhes do experimento utilizando-se ácaros de B. phoenicis criados emarena, sobre a folha a planta de Canavalia ensiformis. Fonte: Medeiros (2002)


biofertilizante “Vairo”. Porém, emconcentrações muito elevadas, o bi-ofertilizante pode causar estresse fi-siológico na planta retardando seucrescimento, floração ou frutificação.Isso se deve provavelmente ao ex-cessivo desvio metabólico para pro-dução de substâncias de defesa. Parahortaliças recomendam-se pulveriza-ções semanais, utilizando entre 0,1 e3 % de concentração do biofertilizan-te, considerando que as plantas sãode ciclo vegetativo curto e possuemmaior velocidade de crescimento, comdemanda constante de nutrientes.Em fruteiras, pulverizações entre 1 e5% do biofertilizante com Microgeoproduziram resultados significativosna sanidade na cultura. Este bioferti-lizante também vem sendo emprega-do sobre o solo em concentrações deaté 20%. Este quando aplicado sobreo mato roçado, como “input”

microbiano, é capaz de aumentar acompostagem laminar, isto é direta-mente no campo, acelerando os pro-cessos bioquímicos e potencializandomaior atividade microbiana sobre osolo (D’Andréa & Medeiros, 2002).

As aplicações de biofertilizantesdeverão ser realizadas durante asfases de crescimento e/ou produção,evitando-se no florescimento. Deve-se dar preferência pelos dias de chu-

va ou irrigação e os horários vesper-tino ou noturno, evitando-se os perí-odos secos e as horas mais quentesdo dia. Altas concentrações do bio-fertilizante podem provocar na plan-ta demanda de água muito maiorpara o seu equilíbrio. Mesmo assim,pulverizações com o biofertilizante,na diluição de 1%, nos períodos se-cos são possíveis. Apesar de estaremsob os efeitos do estresse hídrico, asplantas estarão recebendo energiaentrópica (não utilizável pelos inse-tos) e outros fatores de proteção.

6 - Biofertilizantes,bioinseticidas ebiorremediação

O aumento da população e amaior atividade industrial fizeram comque o problema da poluição do am-biente atingisse níveis alarmantes.Além de contaminação por detritospouco biodegradáveis, como plásti-cos e detergentes, soma-se o proble-ma dos resíduos de industrias e, prin-cipalmente, dos resíduos agroindus-triais, como a vinhaça ou o vinhoto,resultante da produção de etanol emgrande escala. Estes problemas po-dem ser atacados pelo desenvolvi-mento de linhagens microbianas ca-pazes de degradar ou assimilar esses

compostos para uso como agentesde biorremediação.

O processo da biorremediaçãoconsiste na descoberta e procriaçãode bactérias capazes de “comer” osagrotóxicos que ficam por muitos anosno solo e na água. Estas bactériasdevoram os componentes químicosexistentes nos venenos, fazendo comque o produto perca sua capacidadede poluir o solo, a água e até mesmoo organismo humano. Estas bactériastambém não são prejudiciais ao meioambiente. Caso os resultados da pes-quisa sejam confirmados, será umgrande avanço para a preservação domeio ambiente, pois o uso do venenoé um grande vilão que prejudica osolo, a água, os animais e o homem(Azevedo, 1998). Uma saída promis-sora para esses problemas seria amultiplicação em massa desses agen-tes de biodegradação de agentes quí-micos, em tanques abertos, adotando-se a técnica de cultura em composta-gem líquida contínua. A produção debiofertilizantes líquidos, à base deresíduos oriundos da agricultura e daindústria, modificados por microorga-nismos, gerarão substratos úteis comofertilizantes de solo e como bioprote-tores de plantas para a agricultura.

A partir de compostos ricos emnutrientes, facilmente acessíveis e debaixo custo operacional, como osresíduos sólidos e líquidos oriundosda agricultura e da indústria, é possí-vel a adição de microrganismos (le-veduras, bactérias e actinomicetos,por exemplo) previamente selecio-nadas, com as condições necessáriasde ecologia nutricional, que promo-verem o rápido crescimento popula-cional, resultando em alta produçãode massa microbiana.

Técnicas sofisticadas, porém como mesmo princípio, têm sido utiliza-das em laboratórios, sob condiçõescontroladas em biofermentadores, naprodução líquida de inseticidas à basede microrganismos entomo patogê-nicos (fungos, vírus, bactérias enematóides) capazes de controlar aspragas em níveis aceitáveis, econô-micos e ecológicos (Alves, 1998).

A preocupação em se gerar alter-nativas ecológicas ao problema dosrejeitos líquidos e sólidos na agricultu-ra, transformá-los em insumos de bai-

Figura 4. Caracterização de cadáveres do ácaro da leprose dos citros Brevipalpus

phoenicis: (a) control, (b) Ácaro morto por ação de contato do biofertilizante; (c) e (d)Foco microbiano e vista ventral e dorçal do gnatosoma e pernas anteriores aderidaspor uma substancia coloidal (goma). Fonte: Medeiros (2002).


Figura 5. Crescimento do fungo entomopatogênico Beauveria bassiana em meiode biofertilizante líquido

Figura 6. Leveduras isoladas de um biofertilizante produzido por compostagemlíquida contínua

xo custo e capazes de serem aplicadosna atividade produtiva primária, emcultivos orgânicos, representa um gran-de avanço na preservação do meioambiente. Contudo, serão necessáriosalguns anos de investigação e desen-volvimento, para que se produzammetodologias de elevado alcance soci-al, e grandes esforços no sentido de seconsolidar o emprego desses proces-sos bioquímicos como forma de sepromover a sustentabilidade dos ambi-entes agrícolas.

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biofertilizante

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