Biostimulant Potential of Humic Acids Extracted From an Amendment Obtained via Combination of Olive Mill Wastewaters (OMW) and a Pre-treated Organic Material Derived From Municipal Solid Waste (MSW)

Resumo

As águas residuais dos lagares de azeite (OMW) contêm níveis significativos de compostos fenólicos com atividade antimicrobiana/fitotóxica e elevadas quantidades de matéria orgânica não decomposta que podem exercer efeitos negativos na biologia do solo. Entre as técnicas de desintoxicação de OMW, aquelas que focam na degradação oxidativa de compostos fenólicos são relevantes. O processo de compostagem (biooxidação), em particular, explora reações de oxidação exotérmica por microrganismos para transformar a matriz orgânica do OMW em um aditivo biologicamente estável e viável para uso na agricultura. Este processo consiste em uma fase ativa durante a qual os compostos orgânicos são rapidamente decompostos, e uma fase de cura caracterizada por uma lenta decomposição dos materiais remanescentes com a formação de substâncias húmicas (SH) como subprodutos. Neste estudo, a bio-oxidação do OMW foi realizada utilizando um material orgânico pré-tratado derivado de resíduos sólidos urbanos (RSU). A alteração obtida (OMWF) apresentou-se estável e de acordo com os parâmetros legislativos das alterações orgânicas mistas. Os HS foram então extraídos de OMWF e MSW (alteração de controle, Amd-C), e as diferenças nas propriedades estruturais de sua fração de ácido húmico (HA) foram destacadas via espectroscopia (Fourier Transform Infrared) e Dispersão Dinâmica de Luz. Para testar um uso potencial de HA como bioestimulantes para culturas, plantas Zea Mays L. com 12 dias de idade foram fornecidas com HA a 0,5 mg e 1 mg C L-1 durante 2 dias. O AH de ambas as alterações aumentou o crescimento das plantas, mas o AH do OMWF foi mais eficaz em ambas as dosagens (mais 35-37%). Além disso, o HA do OMWF melhorou a assimilação de nitrogênio e a glicólise, aumentando a atividade da nitrato redutase (∼ 1,8–1,9 vezes), fosfoglicose isomerase (PGI) (∼ 1,8–2 vezes) e piruvato quinase (PK) (∼ 1,5–1,8 vezes ), enquanto o HA do Amd-C tinha como alvo preferencial a glicólise. O AH do OMWF, no entanto, estimulou significativamente a nutrição das plantas apenas em doses mais baixas, talvez porque certos compostos indeterminados do OMW destoxificado e incorporados no AH alteraram a permeabilidade da membrana radicular, evitando assim o aumento da absorção de nutrientes. Por outro lado, o HA da Amd-C aumentou o acúmulo de nutrientes no milho em ambas as dosagens. Em conclusão, nossos resultados indicam que a alteração obtida via compostagem de OMW usando RSU teve uma carga poluente reduzida em termos de compostos fenólicos, e o AH extraído do OMWF poderia ser usado como bioestimulantes valiosos durante o cultivo de milho.

Abstract

Olive mill wastewaters (OMW) contain significant levels of phenolic compounds with antimicrobial/phytotoxic activity and high amounts of undecomposed organic matter that may exert negative effects on soil biology. Among OMW detoxification techniques, those focusing on oxidative degradation of phenolic compounds are relevant. The composting (bio-oxidation) process in particular, exploits exothermic oxidation reactions by microorganisms to transform the organic matrix of OMW into an amendment biologically stable and feasible to use in agriculture. This process consists of an active phase during which organic compounds are rapidly decomposed, and a curing phase characterized by a slow breakdown of the remaining materials with the formation of humic substances (HS) as by-products. In this study, bio-oxidation of OMW was performed using a pre-treated organic material derived from municipal solid waste (MSW). The obtained amendment (OMWF) was stable and in accordance with the legislative parameters of mixed organic amendments. HS were then extracted from OMWF and MSW (control amendment, Amd-C), and differences in structural properties of their humic acid (HA) fraction were highlighted via spectroscopy (Fourier Transform Infrared) and Dynamic Light Scattering. To assay a potential use of HA as biostimulants for crops, 12-day old Zea Mays L. plants were supplied with HA at 0.5 mg and 1 mg C L-1 for 2 days. HA from both amendments increased plant growth, but HA from OMWF was more effective at both dosages (plus 35–37%). Also, HA from OMWF enhanced both nitrogen assimilation and glycolysis by increasing the activity of nitrate reductase (∼1.8–1.9 fold), phosphoglucose isomerase (PGI) (∼1.8–2 fold) and pyruvate kinase (PK) (∼1.5–1.8 fold), while HA from Amd-C targeted glycolysis preferentially. HA from OMWF, however, significantly stimulated plant nutrition only at lower dosage, perhaps because certain undetermined compounds from detoxified OMW and incorporated in HA altered the root membrane permeability, thus preventing the increase of nutrient uptake. Conversely, HA from Amd-C increased nutrient accumulation in maize at both dosages. In conclusion, our results indicate that the amendment obtained via OMW composting using MSW had a reduced pollution load in terms of phenolic compounds, and HA extracted from OMWF could be used as valuable biostimulants during maize cultivation.