Com a qualidade da água na Baía de Chesapeake sofrendo com o excesso de nutrientes e populações de peixes em rios como o Susquehanna, experimentando distorções de gênero e outras anormalidades reprodutivas, compreender como minimizar o escoamento de nutrientes e compostos de desregulação endócrina dos campos agrícolas após a aplicação de esterco é um objetivo crítico para a agricultura.

Um novo estudo realizado por pesquisadores do Penn State College of Agricultural Sciences mostra que a aplicação de esterco em campos de cultivo por meio de injeção de disco raso no solo, em vez de difusão tradicional na superfície, reduz significativamente os estrogênios no escoamento superficial. Esta descoberta sugere que métodos de aplicação de esterco podem ser usados ​​para controlar o potencial de mobilização de estrogênios e aponta para oportunidades para proteger a qualidade da água a jusante.

A pesquisa, publicado este mês em Agricultura, Ecossistemas e Meio Ambiente , também investigou como os métodos de aplicação de esterco afetaram o escoamento total de fósforo dissolvido e carbono orgânico dissolvido. Os pesquisadores descobriram que as taxas de transporte desses nutrientes, em menor grau, também foram menores após a injeção de esterco do que após a difusão superficial.

Descobertas anteriores do estudo, que foi conduzido de outubro de 2014 até o verão de 2015, foram publicados no Journal of Environmental Quality em novembro de 2016. A pesquisa amostrou 10 eventos de escoamento superficial de 12 parcelas de pesquisa - seis com cada método de aplicação - após a aplicação de estrume no outono.

A aplicação de estrume de gado em campos agrícolas fornece nutrientes essenciais para as culturas e adiciona matéria orgânica aos solos. Contudo, o estrume também introduz contaminantes emergentes no meio ambiente, incluindo os estrogênios naturais 17 alfa-estradiol, 17 beta-estradiol, estrona e estriol, de acordo com Heather Gall, professor assistente de engenharia agrícola e biológica.

v Os pesquisadores usaram esterco de gado leiteiro, mas os estrogênios são um componente do fluxo de resíduos não apenas de laticínios, mas todos os rebanhos e humanos. Embora este estudo tenha enfocado estrogênios naturais onipresentes, estrogênios sintéticos também podem afetar a qualidade da água, como etinilestradiol, o ingrediente ativo em pílulas anticoncepcionais ou andrógenos sintéticos, como trembolona, frequentemente administrado como implantes de orelha em bovinos de corte.

Muitos fatores influenciam o destino e o transporte desses hormônios transmitidos pelo esterco, explicou a pesquisadora-chefe Odette Mina, um recente doutorado em engenharia agrícola e biológica, incluindo o tipo de estrume aplicado, a taxa e o tempo de aplicação, o método e o histórico de aplicação, bem como fatores naturais, como processos hidrológicos e ciclos biogeoquímicos.

"O método de aplicação de esterco animal pode influenciar a disponibilidade de nutrientes e estrogênios para a água de escoamento, "disse Mina." Vários estudos mostraram os benefícios potenciais da injeção de disco raso para reduzir o transporte de fósforo e nitrato no escoamento superficial em comparação com a difusão na superfície. Nossa pesquisa demonstrou uma redução significativa do transporte de estrogênio no escoamento de parcelas de injeção de disco rasas em relação às parcelas de difusão de superfície. "

Mina chegou à pesquisa de uma forma pouco ortodoxa. Ela se formou em química há mais de duas décadas, um mestrado em administração de empresas, e trabalhou em engenharia consultiva por mais de 20 anos antes de decidir, em 2010, fazer uma pós-graduação em engenharia. Ela fez mestrado em engenharia ambiental na Penn State Harrisburg e ingressou no laboratório de Gall em 2013.

Esta pesquisa foi realizada nas parcelas da Kepler Farm, localizadas no Russell E. Larson Agricultural Research Center em Rock Springs, próximo ao campus de Penn State's University Park. O local consiste em 12 parcelas hidrologicamente isoladas que direcionam o escoamento superficial de cada parcela descendente através de tubos de PVC para cabanas próximas às parcelas. As cabanas são equipadas com caçambas basculantes que medem a vazão do escoamento superficial e permitem aos pesquisadores coletar amostras de fluxo ponderado para analisar os nutrientes e contaminantes no escoamento.

Os pesquisadores viram uma diferença marcante entre as cargas de estrogênio e as concentrações no escoamento após eventos de precipitação, Mina apontou. Quando o estrume foi injetado no solo, os estrogênios eram muito menos propensos a deixar o campo. "Tivemos um evento de chuva que aconteceu dois dias depois que o estrume foi aplicado - não foi um grande evento de chuva, uma tempestade típica que você esperaria todos os anos - e causou uma grande movimentação de estrogênios, carbono e fósforo das parcelas de difusão de superfície, " ela disse.

"Mas esse mesmo evento não foi suficiente para até mesmo desencadear o escoamento das parcelas que foram submetidas à injeção de estrume em disco raso. Essa primeira descarga lavou concentrações realmente altas de fósforo e estrogênios em relação a todo o resto do estudo, mas não havia nada nos gráficos de injeção de disco raso. "

Em pequenas fazendas leiteiras típicas do meio-Atlântico dos EUA, o estrume é mais frequentemente aplicado na primavera e no outono, mas a aplicação de estrume pode ocorrer durante todo o ano, embora alguns estados restrinjam ou proíbam a aplicação de estrume de inverno. O estrume é geralmente aplicado nas plantações de milho, embora outras culturas também recebam esterco, incluindo leguminosas.

A adoção de injeção de esterco em disco raso entre os agricultores tem sido lenta, Gall apontou, e isso resulta principalmente do alto custo dos novos equipamentos de injeção. Mas o método é compatível com a agricultura de plantio direto e tem o benefício adicional de causar menos odor.

Antes que ela possa recomendar a transição de todos os agricultores para injetar estrume, Gall pretende fazer mais pesquisas. Em um estudo de acompanhamento que está sendo planejado, ela quer ter certeza de que manter os estrogênios fora do escoamento superficial não resulta na lixiviação dos contaminantes para o lençol freático.

"Pode haver algumas compensações com a qualidade da água subterrânea, então, ao fazer a injeção de disco raso, você pode promover mais perda de nutrientes e estrogênio nas águas subterrâneas, talvez causando preocupações localizadas para as pessoas que extraem água de poços, "Gall disse.

"Contudo, pelo menos de uma perspectiva de escoamento superficial, os resultados sugerem que a injeção de disco raso pode ser uma opção viável para reduzir o transporte de nutrientes e estrogênio para corpos d'água superficiais, como o rio Susquehanna e a baía de Chesapeake. "