Biostimulant and biopesticide potential of microalgae growing in piggery wastewater

Resumo

A suinocultura gera águas residuais altamente poluentes que, quando não são adequadamente tratadas, causam graves problemas ambientais. Os sistemas de microalgas podem ser promissores para o tratamento econômico, energético e ambientalmente eficiente das águas residuais da suinocultura (ARS). Além da água limpa, a biomassa produzida pode ser usada como bioestimulantes e biopesticidas, contribuindo para uma agricultura mais sustentável. Três microalgas (Tetradesmus obliquus, Chlorella protothecoides, Chlorella vulgaris) e uma cianobactéria (Synechocystis sp.) foram selecionadas após uma triagem preliminar em águas residuais diluídas (1:20) para tratar as ARS. A remoção de nutrientes foi de 62-79% para DOQ (demanda química de oxigênio), 84-92% para TKN (nitrogênio total Kjeldahl), 79-92% para NH₄⁺ e mais de 96% para PO₄³⁻. T. obliquus e C. protothecoides foram as mais eficientes. Após o tratamento das águas residuais, a biomassa produzida, em 0,5 g L⁻¹, foi avaliada como um bioestimulante para a germinação de sementes, crescimento de raízes/brotos e teor de pigmentos para sementes de tomate, agrião, pepino, soja, trigo e cevada. Observamos um aumento geral no índice de germinação (IG) das sementes tratadas com microalgas, devido ao desenvolvimento de raízes mais longas, especialmente nos tratamentos com T. obliquus e C. vulgaris. Os tratamentos com microalgas foram especialmente eficazes em sementes de pepino (aumento de 75-138% no IG). A atividade biopesticida contra Fusarium oxysporum também foi avaliada em 1, 2,5 e 5 g L⁻¹ de cultura de microalgas. Exceto Synechocystis sp., todas as microalgas testadas inibiram o crescimento do fungo, com T. obliquus e C. vulgaris alcançando inibições acima de 40% para todas as concentrações.

Abstract

Pig farming generates highly polluting wastewaters which entail serious environmental issues when not adequately managed. Microalgae systems can be promising for cost, energy and environment-efficient treatment of piggery wastewater (PWW). Aside from clean water, the produced biomass can be used as biostimulants and biopesticides contributing to a more sustainable agriculture. Three microalgae (Tetradesmus obliquus, Chlorella protothecoides, Chlorella vulgaris) and one cyanobacterium (Synechocystis sp.) were selected after a preliminary screening in diluted wastewater (1:20) to treat PWW. The nutrient removals were 62-79% for COD (chemical oxygen demand), 84-92% for TKN (total Kjeldahl nitrogen), 79-92% for NH₄⁺ and over 96% for PO₄³⁻. T. obliquus and C. protothecoides were the most efficient ones. After treating PWW, the produced biomass, at 0.5 g L⁻¹, was assessed as a biostimulant for seed germination, root/shoot growth, and pigment content for tomato, watercress, cucumber, soybean, wheat, and barley seeds. We observed an overall increase on germination index (GI) of microalgae-treated seeds, owing to the development of longer roots, especially in T. obliquus and C. vulgaris treatments. The microalgae treatments were especially effective in cucumber seeds (75-138% GI increase). The biopesticide activity against Fusarium oxysporum was also evaluated at 1, 2.5 and 5 g L⁻¹ of microalgae culture. Except for Synechocystis sp., all the microalgae tested inhibited the fungus growth, with T. obliquus and C. vulgaris achieving inhibitions above 40% for all concentrations.

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A. Ferreira
L. Melkonyan
S. Carapinha
B. Ribeiro
D. Figueiredo
G. Avetisova
L. Gouveia

2021 - Environmental Advances

Palavras-chave:

Tetradesmus obliquus, cianobactérias, águas residuais suínas, índice de germinação, proteção de plantas

Termos de indexação:

Biostimulantes, biopesticidas, agricultura sustentável, microalgas, demanda química de oxigênio, tratamento das águas residuais

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