Recovery of walnut husk residues for root-knot nematode management

Abstract

Plant-parasitic nematodes (PPN) are responsible for estimated yield losses of 5% worldwide, despite the lack of actual/global data on their real economic impact it is probably underestimated as plant symptoms are nonspecific and losses are often attributed to other causes. For the last 50 years, PPN control has largely relied on the use of synthetic nematicides. Concerns about their impacts on human health and the environment led many regulatory agencies to strengthen pesticide regulation, and many nematicides are being restricted. Millions of tons of biomass are generated every year from agriculture, which can be considered the most important/cheapest renewable resource on Earth. According to FAO, 7130 tons of walnuts in shell were produced in Portugal, which represents a similar amount of residues accumulated in landfills. In a context of circular economy and waste valorisation, there is an international consensus to search for eco-friendly bionematicides with lower environmental burdens and reduce human/animal risks. It was found that naphthoquinones, from walnut fruit agro-industrial processing wastes, have nematicidal activity. If similar naphthoquinone contents as the obtained in this study are found this represents 131 tons of bionematicides discarded. This study focused in accessing the potential of direct application of walnut husk residues to the soil to control root-knot nematodes (RKN), in laboratory and field conditions. In a controlled environment, this study showed that these residues impact RKN hatching, root penetration, and reproduction. In the field, the residues stimulated the nematode community while influencing PPN. Environmental concerns were addressed, indicating that naphthoquinone concentrations required for nematode management are lower than those detrimental to non-target plants, ensuring a balance between environmental safety and nematode management. Thus, the agro-industrial walnut husk residues can be valorised as renewable sources of naphthoquinones and potentially employed as bionematicides against RKN, when applied directly in the soil at pre-planting.

Os nemátodes parasitas das plantas (NPP) são responsáveis por perdas de rendimento estimadas em 5% a nível mundial, apesar da falta de dados reais/globais sobre o seu impacto económico real, que é provavelmente subestimado, uma vez que os sintomas das plantas são inespecíficos e as perdas são frequentemente atribuídas a outras causas. Nos últimos 50 anos, o controlo dos NPP tem-se baseado largamente na utilização de nematodicidas sintéticos. As preocupações com os seus impactos na saúde humana e no ambiente levaram muitas agências reguladoras a reforçar a regulamentação dos pesticidas, e muitos nematodicidas estão a ser restringidos. Todos os anos são gerados milhões de toneladas de biomassa a partir da agricultura, que pode ser considerada o recurso renovável mais importante/mais barato da Terra. Segundo a FAO, foram produzidas 7130 toneladas de nozes com casca em Portugal, o que representa uma quantidade semelhante de resíduos acumulados em aterros. Num contexto de economia circular e valorização de resíduos, existe um consenso internacional para a procura de bionematodicidas amigos do ambiente, com menor carga ambiental e que reduzam os riscos para o homem e para os animais. Verificou-se que as naftoquinonas, provenientes de resíduos do processamento agroindustrial de frutos de nogueira, têm atividade nematodicida. Se forem obtidos teores de naftoquinonas semelhantes aos obtidos neste estudo, isto representa 131 toneladas de bionematodicidas não utilizados. Este estudo centrou-se no acesso ao potencial da aplicação direta de resíduos de casca de noz no solo para controlar a população de nemátodes-das-galhas-radiculares (NGR) em condições laboratoriais e de campo. Num ambiente controlado, este estudo mostrou que estes resíduos têm impacto na eclosão, penetração e reprodução de NGR. No campo, os resíduos de casca de noz estimularam a comunidade de nemátodes, influenciando simultaneamente os nemátodes fitoparasitas. As preocupações ambientais foram consideradas, indicando que as concentrações de naftoquinonas necessárias para o controlo dos nemátodes são inferiores às prejudiciais para as plantas , garantindo um equilíbrio entre a segurança ambiental e a gestão dos nemátodes. Assim, os resíduos agroindustriais da nogueira podem ser valorizados como fontes renováveis de naftoquinonas e potencialmente utilizados como bionematodicidas contra os NGR, quando aplicados diretamente no solo em pré-plantação.