Tecnologia do Consórcio Probiótico (TCP) como Bio-gerador de alteração sódico de águas subterrâneas

Universidade da agricultura, Paquistão

Sumário

A água subterrânea na bacia do Indus contribui com cerca de 35% do total de água disponível para a agricultura em 17 milhões de hectares. A qualidade da água de 60% da superfície da bacia é repugnante em qualidade. O uso de águas subterrâneas sódicas ou salino-sódico contribuiu para uma solidificação secundária. Portanto, os agricultores têm de usar gesso agrícola como correção, que possui baixa solubilidade, e, portanto, seu uso não é rentável sem o subsídio pelo setor público. A tecnologia Geradora Sulfurosa requer um alto investimento inicial de cerca de US $ 25.000 com maior custo operacional. Estudos foram conduzidos para projetar e construir um Bio-gerador de TCP com investimento inicial de US$ 300-400 para uma fazenda com tamanho de 10 hectares. O TCP foi usado para corrigir as águas sódicas subterrâneas usando uma proporção de 1: 100 (TCP: água) que reduziu uma unidade de pH i.e. 9,5-8,5 e a reação manteve-se estável durante 44 dias, com maior redução no pH. A água corrigida continuará a ajudar a gerir o solo sódico. Na verdade, a formação do caráter ácido do TCP é muito encorajador porque melhorias na produtividade do solo seria um benefício adicional, além de corrigir a água sódica. A análise tecno-econômica indicou que uma vez que a massa microbial seja construída no solo, muito menos TCP será necessário para alterar a água sódica. Foram realizados estudos comparativos de TCP com outras correções tradicionais, como gesso agrícola e ácido sulfúrico. Os resultados iniciais indicaram que a baixa solubilidade do gesso é uma grande limitação para a ocorrência da reação química no solo devido a profundidades pesados de água necessária para a lixiviação. O problema de alagamento, recursos hídricos escassos e alto custo de bombeamento não permite que os agricultores usem quantidades adicionais de água doce para a lixiviação. Aparentemente, a água corrigida com TCP não exigiria lixiviação extra, porque as chuvas de monções podem fornecer a lixiviação.

Além disso, o gesso também acrescenta sais em solos que já se encontram níveis elevados de salinidade, enquanto sólidos totais do TCP baseados organicamente e, portanto, não iria acrescentar muito na salinidade do solo. Estudos revelam que a diminuição de uma unidade de pH da água sódica através da adição do TCP, acarretaram em 70,54% de diminuição na SAR do solo, em comparação com o grupo controle (29,9%). O potencial Bio-gerador do TCP é imenso, especialmente para ambientes semiáridos e áridos onde os solos com calcários (pH de 8,0 ou mais) são muito comuns. A natureza ácida do TCP seria uma bênção para a agricultura futura que usam águas subterrâneas marginais; além disso, a qualidade do solo pode ser gerida numa base sustentável. Este é o aspecto encorajador do Bio-gerador no Paquistão. Pesquisas futuras seriam dirigidas aos sistemas integrados incluindo biogás e correção das águas salinas subterrâneas.

Introdução

A principal fonte de água é o sistema de irrigação da bacia do indo, um dos maiores e mais antigos sistemas contíguos do mundo. O sistema alimentado por geleiras, neve derretida e precipitação, principalmente fora das planícies do Indo, registra fluxos médios anuais de cerca de 171 bilhões de m3 (WSIPS 1990).

Embora, a existência de águas subterrâneas não aumente a disponibilidade total de água, é um importante mecanismo para a entrega de água para agricultores sobre um sistema flexível de operação. Um vasto aquífero de qualidade variável existe sob a planície do indo, recarregada por fluxos de precipitação e rios fluviais naturais, tornando-se cada vez mais salino à medida que se afasta das fontes de recarga. Ele é explorado através de poços tubulares, poços abertos, e Karezes. Há cerca de 484.000 poços tubulares no país, bombeando cerca de 48 bilhões de m3 (GOP 1998b). A água subterrânea na bacia do Indus contribui com cerca de 35% do total de água disponível para a agricultura e qualidade da água da área 60% é marginal para salobra (Banco Mundial 1997).

Salinidade e solidez restringem os agricultores e afetam a produção agrícola. Estes problemas são agravados pelo uso de águas subterrâneas de má qualidade (Kijne e Kuper 1995). Em áreas de água doce subterrânea, o bombeamento excessivo por

poços tubulares privados levam a mineração do aquífero (NESPAK 1991). Além disso, devido ao bombeamento contínuo de águas subterrâneas profundas, tem havido preocupações sérias em relação a deterioração da qualidade das águas subterrâneas devido à intrusão de água salobra para a zona de água doce. O uso contínuo das águas subterrâneas com qualidade marginal também resultou na reciclagem de sais nas águas subterrâneas (Aslam, 1997).

Correções químicas como ácido sulfúrico e gesso agrícola são comumente usadas para alterar a água sódica. A manipulação de ácido sulfúrico é difícil devido ao perigo de acidentes e a baixa solubilidade do gesso requer um maior tempo de detenção. A economia também não é favorável, sem subsídio do governo. Além disso, semelhante ao gerador sulfuroso, a sustentabilidade da reação química destas alterações também é questionável para gerir a qualidade do solo ao longo prazo. TCP é uma abreviatura para "Tecnologia do Consórcio Probiótico", ou mais precisamente, para o grupo composto por uma coleção heterogênea de microrganismos benéficos que afetam o mundo da natureza de uma maneira positiva e coexistem harmoniosamente em estado líquido.

A hipótese de pesquisa é que as reações biológicas são mais sustentáveis do que as reações químicas. Além disso, existe a possibilidade de fazer estas reações custo-eficazes, já que se espera que a estabilidade do TCP seja muito mais elevada do que qualquer outra reação. O trabalho inicial feito pelo WRRI-NARC produziu resultados muito promissores (Ahmad et al., 1997), e, portanto, houve uma forte razão para se iniciar uma investigação sistemática sobre este tema de investigação prioritária, onde a tecnologia Bio-geradora do TCP produzido teria tido um impacto direto na rentabilidade da agricultura e da sustentabilidade ambiental.

Materiais e Métodos

A metodologia para a experimentação foi desenvolvida considerando os procedimentos normalmente utilizados para a gestão da qualidade da água. O pressuposto básico foi que, uma vez que a estabilidade do TCP é possível em água que também seria eficaz em solo. O pH do soluto é importante na manutenção da solidez solo.

Estabilidade do TCP

O estudo sobre a estabilidade do TCP foi projetado para avaliar o tempo de detenção sob determinadas temperaturas. Utilizaram-se três repetições. O critério de pH foi usado para determinar o tempo de detenção. O pH do TCP foi cerca de 3,8. Por conseguinte, para a estabilidade do TCP, o critério de pH 3,8 é usado.

Comparação com as correções tradicionais

Depois de completar os testes sobre a estabilidade do TCP, um estudo comparativo foi desenhado para avaliar o desempenho do TCP com as correções tradicionais, como gesso agrícola e ácido sulfúrico. Foram usados os seguintes tratamentos.

Tratamento do grupo controle utilizando água, apenas para documentar as mudanças, se houver;

Aplicação de gesso agrícola na água usando Gesso: água numa razão de 0,6:100.

A aplicação de TCP na água utilizando TCP: água numa razão de 2,4:100.

A aplicação de TCP e de gesso a água usando TCP: Gesso: água numa proporção de 1,2: 0,3: 100.

Aplicação de ácido sulfúrico na água, utilizando H2SO4: água numa proporção de 0,007:100.

Estes cinco tratamentos foram usadas para avaliar a eficácia do TCP em comparação com as correções tradicionais de gesso e ácido sulfúrico. A solubilidade do gesso é uma preocupação séria ao mesmo tempo em que a aplicação de ácido é perigosa. Além disso, qualquer adição de gesso no solo irá adicionar ainda mais sais no solo, que já possui uma característica salina em graus variáveis. Portanto, o TCP também foi utilizado para melhorar a solubilidade do gesso.

Avaliação dos Efeitos do TCP em águas sódicas corrigidas nas propriedades físico-químicas do solo

Um estudo lisimétrico (03 repetições), sem previsão de lixiviação, foi conduzido para avaliar o desempenho do TCP (SAR 14.1; RSC 4,02 e pH 3,90) de água corrigida em três níveis de pH (8,5, 8,0, 7,5) e do grupo controle (água sódica de pH 9,0). Os tratamentos utilizados foram os seguintes:

- Água Sódica (controle; pH 9,5)

- TCP alterado, água sódica com redução de 0,5 de pH

- TCP alterado, água sódica, com redução de 1,0 de pH

- TCP alterado, água sódica com redução de 1,5 de pH

Os parâmetros foram registados após 02 meses. A umidade do solo foi mantida em Capacidade de campo. Uma quantidade equivalente do solo normal foi tomado em todos os lisímetros e água foi aplicada de acordo com os tratamentos experimentais, quando necessário.

Resultados e Discussão

Estabilidade do TCP

Uma das incríveis características do TCP é a sua alta estabilidade, o que torna possível o desenvolvimento do Bio-gerador para a correção das águas sódicas subterrâneas. Observou-se o tempo de detenção de 3 dias para o TCP, com uma temperatura de 45 ° C (Table 1). O tempo de detenção em temperaturas inferiores de 45 graus Celsius, foi muito grande. Por isso, para aplicação de TCP com águas subterrâneas sódicas, temperaturas mais elevadas são necessárias.

Table 1. Estabilidade do TCP em águas Sódicas subterrâneas de pH 9,5 com uma temperatura de 45 graus Celsius.

Fases de propagação do TCP

O tempo de retenção foi em cerca de 03 dias com uma temperatura de 45°C para se obter o pH de 3,9 e massa microbial de matéria seca de 0,1 a 0,15%. A mistura forneceu resultados similares à temperatura ambiente de cerca de 25°C, indicando opções para ajustar a variabilidade ambiental.

Estabilidade do TCP propagado

Os ensaios de estabilidade com as águas sódicas subterrâneas foram continuados por cerca de 44 dias. O pH do material propagado se manteve na gama de 3,67-3,82 (Table 1), que é um bom indicador de que o processo de propagação é estável com 45 ° C de temperatura. Portanto, para uma colheita de cerca de 100 dias duas irrigações serão

suficientes para manter a integridade do solo, se o alimento para propagação microbiana estiver disponível no solo em quantidades suficientes.

Gerenciando a saúde do solo para as plantas tropicais

O país está tentando introduzir com sucesso as plantações de chá nas montanhas molhadas e plantações de frutas tropicais como abacaxi, coco, etc. na área costeira. Estas plantas necessitam de meio ácido e, por conseguinte, grandes quantidades de enxofre estão sendo utilizadas. O uso de produtos químicos não é seguro, porque as montanhas molhadas drenam água para dentro do Sistema do Rio Indo. Os testes iniciais feitos para plantações de chá foram muito encorajadores, já que as aplicações foliares e de solo, juntamente como uma cobertura de folhas de chá seco ajudou a manter o pH do solo de cerca de 6 ou até menos. Os testes de estabilidade do TCP com água doce de 7,9 pH requer um tempo de detenção de 2-4 dias (Table 2).

Table.2. Estabilidade do TCP no lençol freático de pH 7,9 com uma temperatura de 15-20 ° C.

Gerenciando solos sódicos

No caso da disponibilidade de água doce o TCP pode também ser utilizado para controlar os solos sódicos pela aplicação de irrigação de pH inferior a 7. Água com pH ácido irá ajudar na gestão dos solos sódicos.

Table 3. Comparação de três correções selecionadas usando gesso, TCP, e ácido sulfúrico para corrigir as águas sódicas subterrâneas de pH 9,6 com uma temperatura de 8-12 graus Celsius.

Comparação com outras correções tradicionais

Cientistas ainda acreditam que não há um substituto para as correções tradicionais. Portanto, um experimento foi conduzido para comparar o TCP com gesso e ácido sulfúrico.

Água sódica subterrânea de 9,6 pH foi utilizada para cinco tratamentos de:

a) apenas água, grupo controle;

b) de gesso: água com uma razão de 0,6: 100;

c) TCP: água com uma razão de 2,4: 100;

d) TCP: gesso: água com uma proporção de 1,2: 0,3: 100;

e) ácido sulfúrico: água com uma proporção de 0,007: 100.

A solubilidade do gesso é baixa, como observado na redução instantânea no pH de apenas 0,17 unidades. No entanto, foi observado uma redução do pH de 2,0 unidades depois de 10 dias e continuou com 30 dias. O TCP performou tremendamente melhor do que o gesso como redução instantânea observada de pH de 1,0 unidade, ao passo que foi reduzida para 2,2 unidades depois de 30 dias. A reação foi estável para o gesso e para o TCP (Table 3).

Foram observadas melhorias adicionais, quando o TCP e gesso foram usados em conjunto, mas cada dose foi reduzida para a metade. A redução instantânea no pH de 1,11 unidades foi observada, o que resultou na diminuição mais elevada em todos os tratamentos. O pH continuou diminuindo. 3,27 unidades depois de 30 dias, o que também foi a diminuição mais elevada entre todos os tratamentos. Isso mostra que o TCP e gesso podem coexistir. Assim, o TCP pode ser usado para aumentar a solubilidade do gesso, se necessário. Caso contrário, o TCP é a alteração mais econômica e segura (Table 3).

O desempenho ácido sulfúrico era estranho. Observou-se a redução instantânea de 0,97 unidades de pH. No entanto, esta redução após 10 dias não poderia ser sustentada. Marcas comerciais de ácido sulfúrico foram utilizadas, ja que são comumente utilizadas pelos agricultores para fins de recuperação. O fraco desempenho do ácido sulfúrico mostra que as alegações feitas no passado pelos cientistas precisam de uma validação adicional em relação à eficácia de ácido sulfúrico sobre gesso (Table 3).

O TCP performou num padrão semelhante com as águas subterrâneas, com um pH de 7,4, O gesso não performou positivamente. A resposta de ácido sulfúrico também não foi positiva, já que a reação não era estável. Portanto, para o gerenciamento do ambiente ácido dos solos para chás e outras fruteiras tropicais, apenas o TCP é eficaz com água doce (Table 4).

Table 4. Comparação de três correções selecionadas usando gesso, TCP, e ácido sulfúrico para o pH de águas subterrâneas de 7,4 à temperatura de 8-12 graus Celsius.

Sustentamento da qualidade do solo

Estudos lisímetricos iniciais, realizados para avaliar o efeito da água sódica corrigida com TCP (1 ml: 100 ml de água sódica para diminuir uma unidade pH) revelou que a qualidade do solo pode ser gerida numa base sustentável. Os dados (Table 6, Table 7) indicam que a diminuição de uma unidade de pH da água através da adição de TCP, houve 70,54% de diminuição na SAR do solo, em comparação com o controle (29,9%). Houve diminuição significativa no pH, exceto no grupo controle. Esta tendência de gestão que visa um pH neutro vai ajudar para uma disponibilidade eficiente de macros essenciais, assim como micronutrientes necessários para o crescimento das plantas. Além disso, o solo EC pode ser gerido por razões sustentáveis, baseados no fato de que os sais totais do TCP são todos baseados organicamente e, portanto, não acrescentam muito na salinidade do solo. Estudos de longo prazo ainda estão em andamento. A análise técnico-económica indicou que uma vez que a massa microbial é desenvolvida no solo, muito menos CPT seria necessário para corrigir a água sódica.

Table: 5. Composição química do solo, água sódica, e do TCP usado para o Estudo lisimetrico.

Table 6. Avaliação do Efeito do TCP na correção da água sódica nas Propriedades físico-químicas do solo com 0-15 cm de profundidade.

Table 7. Avalição do Efeito do TCP na correção da água sódica nas propriedades físico-químicas do solo com 15-30 cm de profundidade.

Engenharia da Tecnologia

A viabilidade técnico-económica da viabilidade do TCP encorajou a equipe de pesquisa para projetar a tecnologia de Bio-geração de modo que possa ser ligada com o sistema de irrigação de tubos para que possa corrigir águas subterrâneas sódicas ou salino-sódicas. O projeto do Bio-gerador requer um tanque para a diluição. O tamanho é mantido maior do que o necessário para que ele também esteja disponível para os agricultores, nas aplicações foliares, compostagem e irrigação em pequena escala para as plantas em lascas. Além disso, a qualidade da água do poço tem de ser considerada no exercício projetado. No entanto, para padronização do design, um tamanho de fazenda de 10 ha (25 acres) assume-se como uma unidade de projeto e as especificações são:

O gerador é considerado como uma unidade de gerador se fornecer material para um acre diariamente para completar a irrigação de uma fazenda de 10 hectares em 25-30 dias. Assim, seria necessária a diluição de cerca de 10.000 litros de TCP após cada 3 dias.

- O tamanho do tanque é: 10.000 litros

O tanque pode ser construído considerando o sistema de irrigação. Para irrigação da superfície, o tanque pode ser construído usando tanque de alvenaria de 4m x 3m x 1,1m e deve ser construído na superfície do solo para ter um sistema de fluxo de gravidade para os tanques de curso de água ou de bio-fertirrigação. No caso de sistemas de fluxos canalizados, o TCP pode ser injetado no tubo usando injetores de

TCP. Para os sistemas de bombeamento rasos, o fornecimento do TCP pode ser ligado diretamente com a linha de sucção da bomba. O tamanho do tanque vai depender da descarga do sistema de bombeamento.

Futuros usos

As outras áreas onde o Bio-gerador seriam necessárias e os testes em escala piloto serem iniciados são:

a) aquicultura de água doce usando águas subterrâneas sódicas;

b) cultivo de chá com água de irrigação corrigida para reduzir e manter o pH do solo em áreas de cultivo de chá. Os ensaios de sondagem para testes iniciais já foram iniciados em Islamabad. Estes estudos serão expandidos no futuro. Os testes iniciais de fertirrigação realizados indicaram que o enriquecimento de bio-fertirrigação é possível usando CPT e cerca de 60% de aumento é possível nas principais nutrientes (NPK) disponibilidade.

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