The potential of water hyacinth vermicompost as a sustainable alternative to nitrogen, phosphorous, and potassium fertilizer

Resumo

O uso excessivo de fertilizantes químicos resulta em perda irreversível da qualidade do solo, problemas de segurança alimentar e preocupações com a eutrofização em ecossistemas aquáticos que promovem o crescimento e a disseminação de plantas daninhas invasoras, como a  aguapé ou jacinto-de-água (Pontederia crassipes (Mart.) Solms) (Pontederiaceae). No entanto, menos atenção tem sido dada à mitigação da poluição dos pântanos e ao descarte direto da biomassa de  jacinto-de-água em direção à vermicompostagem da biomassa para o controle de ervas daninhas e agricultura sustentável através da gestão integrada de fertilizantes. Um experimento de crescimento de alface em campo aberto (Lactuca sativa L.) foi conduzido para melhorar a qualidade do solo, promover o crescimento e controlar pragas de pulgões substituindo o vermicomposto de aguapé (VC) pelo fertilizante de nitrogênio, fósforo e potássio (NPK) (19N-38P₂O₅-7K). Um delineamento de blocos completamente casualizados (BCC) com três repetições foi empregado, utilizando a dose recomendada de fertilizante NPK (F1), 2,5 t ha⁻¹ de vermicomposto de aguapé (VC) (F2), 5 t ha⁻¹ de VC (F3), 2,5 t ha⁻¹ de VC + 50% de NPK (F4), 5 t ha⁻¹ de VC + 50% de NPK (F5) e solo não fertilizado (F6, controle). O peso fresco máximo (215–227%), a vitamina C (82,1–94,8%), o menor teor de nitrato (21,1–23,3%), a maior taxa marginal de retorno (157%), a menor população de pulgões (52,8–86,6%) e os menores danos foliares (52,9–92,3%) foram observados em plantas tratadas com F4 em relação a F6. Além disso, F4 e F5 melhoraram as características de qualidade do solo (pH, condutividade elétrica, nitrogênio total, fósforo total disponível, potássio total, carbono orgânico total e razão carbono-nitrogênio) em comparação com F6. Com base nos resultados deste estudo, recomenda-se o uso de F4 em zonas agroecológicas semelhantes para melhorar a qualidade do solo, o controle de pragas e o desenvolvimento aprimorado da alface. Este trabalho demonstra como o VC pode ser usado de forma sustentável para substituir o uso generalizado de fertilizantes químicos, melhorar a fertilidade do solo, promover o crescimento da alface, reduzir pragas e enfrentar os desafios da eutrofização de áreas úmidas.

Abstract

Excessive use of chemical fertilizers results in irreversible soil quality loss, food safety issues, and eutrophication concerns in aquatic ecosystems that promote the growth and spread of invasive weeds such as water hyacinth (Pontederia crassipes (Mart.) Solms) (Pontederiaceae). However, less attention has been given to mitigating wetland pollution and the direct biomass disposal of water hyacinth towards biomass vermicomposting for weed control and sustainable agriculture through integrated fertilizer management. An open-field lettuce (Lactuca sativa L.) growth experiment was conducted to enhance soil quality, promote growth, and manage aphid pests by substituting water hyacinth vermicompost (VC) for nitrogen, phosphorus, and potassium (NPS) (19N-38P₂O₅-7S) fertilizer. A completely randomized block design (RCBD) with three replications was employed, utilizing the recommended NPS fertilizer dose (F1), 2.5 t ha⁻¹ VC (F2), 5 t ha⁻¹ VC (F3), 2.5 t ha⁻¹ VC + 50% NPS (F4), 5 t ha⁻¹ VC + 50% NPS (F5), and unfertilized soil (F6, control). Maximum fresh weight (215–227%), vitamin C (82.1–94.8%), reduced nitrate content (21.1–23.3%), the highest marginal rate of return (157%), the lowest aphid population (52.8–86.6%), and leaf damage (52.9–92.3%) were observed in plants treated with F4 relative to F6. Moreover, F4 and F5 improved the soil quality characteristics (pH, electrical conductivity, total nitrogen, total available phosphorus, total potassium, total organic carbon, and carbon-to-nitrogen ratio) compared to F6. Based on the findings of this study, the use of F4 in similar agro-ecological zones for improved soil quality, pest control, and enhanced lettuce development is recommended. This work demonstrates how VC can be used sustainably to replace the widespread use of chemical fertilizers to enhance soil fertility, promote lettuce growth, reduce pests, and address wetland eutrophication challenges.