Effects of Bio-organic Fertilizer Application Rate on the Degradation of Biodegradable Mulch Films of Different Colors and the Soil Environment

Resumo Técnico: Efeitos da Taxa de Aplicação de Fertilizante Bioorgânico na Degradação de Filmes de Mulch Biodegradáveis de Diferentes Cores e no Ambiente do Solo

Problema
Os filmes de cobertura (mulch) convencionais de polietileno (PE) contribuem para uma grave "poluição branca" nas terras agrícolas, danificando a estrutura do solo e dificultando o desenvolvimento agrícola sustentável. Embora os filmes de cobertura biodegradáveis (compostos por PBAT e PLA) ofereçam uma solução teórica, seu desempenho real de degradação em condições de campo frequentemente não atende aos padrões internacionais (ex: EN 17033, ASTM D6400). Essa inconsistência é impulsionada por microambientes de solo variáveis, incluindo temperatura, umidade e a composição da comunidade microbiana. Além disso, as pesquisas existentes têm negligenciado amplamente o papel regulador específico da cor do filme de cobertura sobre as trajetórias de degradação e têm prestado atenção insuficiente às comunidades fúngicas, apesar de seu papel confirmado na degradação de poliésteres. O estudo aborda a lacuna no entendimento de como as taxas de aplicação de fertilizante bioorgânico interagem com diferentes cores de filmes de cobertura para influenciar as taxas de degradação e a saúde do solo.

Metodologia
O estudo utilizou um delineamento inteiramente casualizado com pepino (Cucumis sativus 'Jinyou Chiyu T8') como cultura de teste. O experimento envolveu 12 tratamentos com três repetições (36 unidades no total) em ambiente de casa de vegetação:

• Variáveis: Três tipos de filmes de cobertura (filme preto, filme branco a, filme branco b) e duas taxas de aplicação de fertilizante bioorgânico (60 g e 90 g por vaso), além de um controle (CK) e controles de aplicação única.
• Materiais: Os filmes foram compostos por PBAT, PLA e fibra de bambu (espessura de 0,02 mm). O fertilizante bioorgânico continha ≥40% de matéria orgânica e ≥1×10⁹ UFC g⁻¹ de células viáveis.
• Procedimento: O fertilizante foi aplicado como adubação de fundação e de cobertura aos 15 e 30 dias. Os filmes de cobertura foram aplicados imediatamente após o transplante.
• Coleta de Dados: Aos 50 dias após o transplante, os pesquisadores mediram:
  • Propriedades Físico-Químicas do Solo: pH, condutividade elétrica (CE) e nutrientes disponíveis (N, P, K).
  • Atividades Enzimáticas: Fosfatase ácida (S-ACP), urease (URE) e β-glucosidase (BG).
  • Comunidades Microbianas: Sequenciamento de alto rendimento das regiões 16S rRNA bacterianas e ITS1 fúngicas.
  • Degradação do Filme: Cálculos de perda de peso, Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) para morfologia de superfície e espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR) para análise de grupos funcionais.

Principais Contribuições e Resultados

1. Respostas de Degradação Diferenciais às Taxas de Fertilizante:
   O estudo revelou que o efeito do fertilizante bioorgânico na degradação do filme é dependente da cor.

• Filme Preto: Exibiu uma correlação contínua e positiva com a aplicação de fertilizante. A taxa de degradação aumentou de 9,6% (sem fertilizante) para 22,7% (90 g de fertilizante). MEV e FTIR confirmaram que o tratamento de alta dose levou a rachaduras penetrantes e hidrólise significativa das ligações de éster.
• Filmes Brancos (a e b): Mostraram uma resposta não monotônica de "inibição por baixa dose, recuperação parcial por alta dose". Com 60 g, as taxas de degradação diminuíram em comparação aos controles sem fertilizante; com 90 g, as taxas recuperaram-se parcialmente, mas permaneceram inferiores aos filmes brancos sem fertilizante. O MEV mostrou superfícies planas em baixas doses e aumento de fissuras em altas doses.

2. Sinergias Físico-Químicas e Enzimáticas do Solo:
   A aplicação combinada de filme de cobertura e fertilizante bioorgânico superou significativamente a aplicação isolada de fertilizante na melhoria de nutrientes disponíveis e atividades enzimáticas (P<0,05).

• Sinergia de Nutrientes: Combinações com filme preto aumentaram significativamente o potássio disponível (AK), provavelmente devido à melhor retenção de umidade que auxilia a difusão de íons. Combinações com filme branco aumentaram significativamente o nitrogênio disponível (AN) e o fósforo (AP), atribuído a temperaturas de solo mais altas que aceleram a mineralização.
• Atividade Enzimática: Embora o fertilizante bioorgânico tenha sido o principal motor da atividade enzimática (BG, URE, S-ACP), os filmes de cobertura atuaram como "catalisadores" otimizando o microambiente, em vez de "motores". Notavelmente, as atividades enzimáticas não diferiram significativamente entre as cores dos filmes, sugerindo que os níveis enzimáticos são indicadores de longo prazo robustos, menos sensíveis a flutuações térmicas de curto prazo do que os níveis de nutrientes.

3. Reestruturação da Comunidade Microbiana:

• Bactérias: A aplicação combinada de filme preto e alta dose de fertilizante (BB-4) enriqueceu significativamente Pseudomonadota, um filo que contém bactérias degradadoras de poliéster (ex: Pseudomonas). Esse enriquecimento foi impulsionado pela estimulação de uma "dupla fonte de carbono" proveniente dos intermediários de degradação do filme e do fertilizante orgânico. Por outro lado, os tratamentos com filme branco ajudaram a preservar grupos oligotróficos (Acidobacteriota, Actinomycetota) ao inibir parcialmente a proliferação de copiotróficos.
• Fungos: Os declínios de Ascomycota e Basidiomycota foram mitigados nos tratamentos combinados. Gêneros chave como Sphingomonas (bactéria) e Mortierella (fungo), que possuem capacidades tanto de degradação de poliéster quanto de solubilização de fosfato, foram enriquecidos no microambiente acidificado e com nutrientes aumentados.
• Direcionadores: A análise de redundância (RDA) indicou que as comunidades bacterianas foram principalmente impulsionadas pelo pH, enquanto as comunidades fúngicas foram reguladas por uma combinação de fatores de CE e nutrientes.

Significância e Alegações
O artigo alega que a degradação de filmes de cobertura biodegradáveis não é apenas uma função das propriedades do material, mas depende fortemente do microambiente do solo modulado pela cor do filme e pela entrada de fertilizante. O estudo demonstra que:

• Otimização Específica por Cor: Não existe uma "melhor" combinação universal; filmes pretos beneficiam-se da entrada contínua de fertilizante para maximizar a degradação, enquanto filmes brancos exibem respostas complexas e não lineares, onde doses altas de fertilizante são necessárias para superar a inibição por baixa dose.
• Elucidação de Mecanismos: A pesquisa fornece evidências microbiológicas que ligam grupos funcionais específicos (ex: Pseudomonadota, Sphingomonas, Mortierella) aos processos de degradação sob condições hidrotérmicas específicas criadas pela cor do filme.
• Implicação Agronômica: Os achados sugerem que a seleção das cores dos filmes de cobertura deve ser guiada por deficiências específicas de nutrientes do solo (preto para retenção de potássio, branco para mineralização de nitrogênio/fósforo) e que o fertilizante bioorgânico pode servir como uma ferramenta de duplo propósito, tanto para a nutrição das culturas quanto para acelerar a degradação de filmes biodegradáveis, desde que a taxa de aplicação seja compatível com o tipo de filme.

Os autores concluem que seu trabalho oferece uma base teórica para a seleção de cores de filmes de cobertura e taxas de fertilizantes para mitigar a poluição residual de filmes, ao mesmo tempo em que melhora a qualidade do solo.