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Ciência Rural

Print version ISSN 0103-8478

Cienc. Rural vol.22 no.2 Santa Maria May/Aug. 1992

http://dx.doi.org/10.1590/S0103-84781992000200007 

ATIVIDADE MICROBIANA DO SOLO COM A APLICAÇÃO DE ESTERCO BOVINO E EFLUENTE DE BIODIGESTOR1

 

SOIL MICROBIAL ACTIVITY AS AFFECTED BY CATLLE MANURE AND BIODIGESTOR EFFLUENT

 

Celso Alta2 Marcos Rubens Frios3

 

 

RESUMO

No período de novembro de 1983 a fevereiro de 1984, em Santa Maria. RS, em solo da Unidade de Mapeamento São Pedro (Podzólico Vermelho-amarelo), foi conduzido um experimento de incubação com o objetivo de avaliar o efeito de doses crescentes (9, 18 e 27t/ha), em peso seco de esterco bovino in natura e efluente de biodigestor sobre a atividade microbiana do solo. A atividade microbiana, avaliada através da liberação de CO2 foi proporcional às doses de resíduo orgânico utilizadas. A quantidade de CO2 evoluída em 70 dias de incubação foi, em média, 29% maior nos tratamentos com esterco em relação ao efluente, embora os resíduos tenham apresentado a mesma relação C/N. Aproximadamente 14 e 21% do carbono orgânico do efluente e esterco, respectivamente, volatilizou como C-CO2 independente das doses de resíduos utilizadas.

Palavras-chave: esterco bovino, efluente de biodigestor, atividade microbiana.

 

SUMMARY

In order to study the effect of the rate of addition (9, 18, 27t/ha) on a dry weight basis of raw cattle manure and an anaerobically diggested manure on soil microbial activity, an incubation experiment have been conducted, at the Federal University of Santa Maria, using a Red-Yellow Podzolic, (São Pedro Unit), from november 1983 to february 1984. The evolution of CO2 was proportional to the rates of the residues added. Total CO2 evolued, after 70 days of incubation, for raw manure treatments was, in average, 29% greather than the anaerobically diggested manure, althought both of then have presented the same relation C/N. Aproximatelly 14 and 21% of organic carbon of anaerobically diggested manure and raw manure, respectivelly, volatilized as CO2 independentelly of the rates of both residues.

Key words: cattle manure, biodigestor effluent, microbial activity.

 

 

INTRODUÇÃO

A crise do petróleo e seus derivados, iniciada na década de setenta, motivou a introdução da prática da digestão anaeróbia de resíduos orgânicos como uma fonte alternativa de energia para a agricultura brasileira Atualmente, o processo vem sendo aplicado a resíduos orgânicos de diferentes origens, com a finalidade de obtenção de energia e fertilizante, na forma de gás metano e efluente de biodigestor.

O efluente orgânico, resultante das complexas transformações bioquímicas envolvidas no processo fermentativo, apresenta características distintas em relação ao material original (BUNGAY, 1981). A diferença de comportamento entre resíduos orgânicos biodigeridos e in natura em relação à atividade microbiana do solo tem sido observada em trabalhos de pesquisa realizados em outros países (AGBIM et al, 1977; HSIEH et al, 1981a.). A utilização recente do processo de digestão anaeróbia e o uso restrito de estercos na agricultura sulriograndense não motivaram estudos locais neste sentido. Assim, realizou-se o presente trabalho com o objetivo de avaliar o efeito da adição de doses crescentes de esterco bovino in natura e efluente de biodigestor sobre a atividade microbiana do solo.

 

MATERIAL E MÉTODOS

O experimento foi conduzido em casa de vegetação pertencente à Estação Experimental de Silvicultura da Boca do Monte no município de Santa Maria, RS, em solo pertencente à Unidade de Mapeamento São Pedro, classificado como Podzólico Vermelho-amarelo, PALEUDALF, segundo BRASIL (1973).

Os tratamentos constaram de doses crescentes de esterco bovino in natura e efluente de biodigestor (9, 18 e 27t/ha, em peso seco); testemunha e N-mineral (180kg/ha). Para eliminar possíveis limitações de P e K, o teor desses nutrientes foi equiparado para todos os tratamentos, utilizando-se 200kg/ha de P + 250 kg/ha de K na forma de Ca(H2PO4)2.H2O e KCl, respectivamente.

As principais características do solo e dos resíduos orgânicos encontram-se na tabela 1 e foram obtidas segundo a seguinte metodologia:

 

 

No solo

pH em potenciômetro na relação solo água 1:1; N-NH4 e N-NO3 + N-NO2 (TEDESCO, 1978); N-total (GALLAHER et al, 1976); carbono orgânico (Walkley-Black e Mebius modificado descritos por NELSON & SOMMERS, I982); P e K disponíveis (MIELNICZUCK et al, 1969); Ca, Mg e Al trocáveis (VETTORI, 1969); análise granulométrica pelo método da pipeta.

Nos resíduos orgânicos

pH em potenciômetro em uma alíquota de aproximadamente 50ml de resíduos; N-NH4 e N-NO3 + N-NO2 (ENVIRONMENTAL PROTECTION AGENCY, 1983); N-total, P, k, Ca e Mg (TEDESCO, 1982); carbono orgânico (Walkley-Black e Mebius modificado descritos por NELSON & SOMMERS, 1982); celulose, hemicelulose e lignina (método de Van Soest, descrito por SILVA, 1981); matéria seca, secando-se os resíduos orgânicos em estufa á 105°C até peso constante.

O esterco in natura, isento de urina, teve como origem animais com idade variando de 1 a 6 anos e submetidos a um regime extensivo de alimentação em campo nativo. O esterco do mesmo lote de animais, fermentado por 40-45 dias em um biodigestor modelo indiano com capacidade de 16m3 constituiu o efluente de biodigestor.

Na instalação do experimento, os resíduos orgânicos foram uniformemente incorporados a 0,5kg de solo seco ao ar, com três repetições. O solo assim tratado foi colocado em frascos de vidro com um litro de capacidade. Foi adicionada água até aproximadamente 80% da capacidade de campo do solo, mantendo-se esse nível de umidade até o final do experimento que teve a duração de 70 dias. No interior de cada frasco, foi colocado um frasco de Becker de 50ml contendo 20ml de NaOH 1N para coletar o CO2 evoluído. Para obter uma completa vedação do sistema, os frascos foram hermeticamente fechados por pressão, tendo uma junta de borracha entre a tampa e o corpo do frasco. O CO2 coletado na solução de NaOH foi determinado titulando-se o excesso de NaOH com HCI 1N na presença do indicador de fenolftaleína após a adição de BaCl2 2N (STOTZKY, 1965). Durante os 70 dias de incubação, o CO2 evoluído foi avaliado semanalmente totalizando 10 amostragens.

O delineamento experimental utilizado foi o inteiramente casualizado. O efeito dos tratamentos sobre as variáveis em estudo foi avaliado através de contrastes ortogonais comparando-se grupos de tratamentos entre si pelo teste F ao nível de significância de 5% de probabilidade.

 

RESULTADOS E DISCUSSÃO

A quantidade de CO2 evoluída com a aplicação de esterco foi significativamente maior do que aquela verificada com a utilização do efluente de biodigestor, em todas as épocas de amostragem, como mostram a figura 1 e os resultados da análise de variância para o contraste efluente Vs. esterco (Tabela 2). A quantidade total de CO2 liberada em setenta dias de incubação do solo com 9,18 e 27t/ha de esterco foi, em média, 29% maior do que aquela encontrada com a utilização de doses equivalentes de efluente de biodigestor. Este resultado deve ter sido conseqüência do tipo de tratamento a que os resíduos orgânicos foram submetidos antes de serem adicionados ao solo. Durante o processo de digestão anaeróbia, grande parte dos constituintes carbonados de fácil oxidação são perdidos como CO2 e principalmente CH4, como relata BRYANT (1979). Já no esterco in natura, a maior parte do material energético prontamente disponível à população microbiana do solo ainda está presente, conferindo-lhe menor estabilidade biológica em relação ao efluente de biodigestor.

 

 

 

 

Os dados analíticos apresentados na tabela 1, mostram que, embora a relação C/N tenha sido semelhante para ambos os resíduos, os teores de celulose, hemicelulose e lignina foram quantitativamente diferentes. Assim, a diferença de comportamento entre os dois tipos de resíduos em relação a atividade microbiana sugere que a determinação da relação C/N a partir dos teores de carbono e nitrogênio poderá não ser representativa da qualidade do material orgânico, como já foi salientado por TESTER et al (1979). Para melhor estimar a decomposição de resíduos orgânicos no solo, trabalhos de pesquisa nesta área, deverão ser intensificados, procurando determinar a decomposição de cada constituinte carbonado específico, como propõem REDDY et al (1980).

Os resultados apresentados na tabela 3 mostram que, em todos os tratamentos, a liberação de CO2 foi mais rápida nos períodos iniciais de incubação. Nos tratamentos com resíduos orgânicos, cerca de 70% do carbono orgânico decomposto até o final do experimento já havia sido volatilizado aos vinte e oito dias de incubação. Resultados semelhantes foram encontrados em 1970 por Mathers e Stewart apud HAGHIRI et al (1978), ao utilizarem esterco bovino em estudo de incubação em laboratório. Os primeiros dez dias foram responsáveis por 60% da quantidade de carbono orgânico volatilizado em noventa dias. Comportamento semelhante também foi observado com aplicação de outros tipos de resíduos orgânicos por PERUZZO (1982), TERRY et al (1979) e AGBIM et al (1977) e deve estar relacionado a qualidade do substrato presente. Com a exaustão do material energético de fácil oxidação, a população microbiana do solo irá degradando os constituintes mais resistentes a decomposição, proporcionado com isto uma diminuição gradativa na quantidade de CO2 liberada (ALEXANDER, 1977).

A percentagem de carbono orgânico que volatilizou em setenta dias de incubação, significativamente maior, obtida com esterco em relação ao efluente (Tabela 3) pode ser atribuída à maior quantidade de constituintes carbonados de fácil oxidação do esterco. Para ambos os resíduos, a percentagem de carbono orgânico que volatilizou foi independente das doses utilizadas.

A maior atividade microbiana nos tratamentos com esterco foi responsável pela diminuição da disponibilidade de nitrogênio no solo afetando negativamente a produção de matéria seca do sorgo em relação ao efluente de biodigestor, fato constatado em experimentos paralelos a este conduzidos por AITA & FRIES (1990) e FRIES & AITA (1990). Para atenuar o problema os autores sugerem o parcelamento das dosagens, a incorporação ao solo antecedendo a semeadura da cultura, a compostagem e a fermentação do esterco bovino in natura em biodigestor ou esterqueira.

Os resultados apresentados na tabela 3, mostram que cerca de 14,5% e 21,4% do carbono orgânico do efluente e esterco, respectivamente, foi mineralizado em 70 dias de incubação. MILLER (1974) cita resultados obtidos no Departamento de Agricultura de Beltsville (USA) em que foram obtidos índices de mineralização de 10 a 27% para lodo de esgoto digerido e in natura respectivamente, em cinqüenta e quatro dias de incubação. Já LOYNACHAN et al (1976), trabalhando com esterco de suínos verificaram que 48 a 87% do carbono foi mineralizado em oitenta e três dias de incubação a 25° C. A diversificação de tais resultados de pesquisas deve estar relacionada com o tipo, quantidade e qualidade dos resíduos orgânicos e de fatores locais que afetam a velocidade de mineralização (LUND & DOSS, 1980).

 

CONCLUSÕES

O esterco in natura proporcionou maior atividade microbiana do solo em relação ao efluente de biodigestor.

A percentagem de mineralização do carbono orgânico foi maior no esterco in natura do que no efluente de biodigestor.

 

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

AITA, C., FRIES, M.R. Disponibilidade de nitrogênio com a aplicação de esterco bovino e efluente de biodigestor em um Podzólico Vermelho-amarelo. Revista do Centro de Ciências Rurais, Santa Maria, v. 20, n. 1-2. p. 125-135, 1990.         [ Links ]

AGBIN, N.N., SABEY, B.R., MARKSTRON, D.C. Land application of sewagge sludge. Journal of Environmental Quality, Madison. v. 6. n. 4, p. 446-451. 1977.         [ Links ]

ALEXANDER, M. Introduction to soil microbiology. New York: John Willey, 467p., 1977.         [ Links ]

BRASIL. Levantamento de Reconhecimento dos Solos do Estado do Rio Grande do Sul. Recife: Ministério da Agricultura, Departamento Nacional de Pesquisa Agropecuária, Divisão de Pesquisa Pedológica. 1973, 431 p., Boletim Técnico, 30.         [ Links ]

BRYANT, M. P. Microbial methane production, theorical aspects. Journal of Animal Science. New York, v. 48, n. 1, p. 193-201, 1979.         [ Links ]

BUNGAY, H. R. Energy, the biomass options. New York: John Willey, 1981. Anaerobic digestion: 183 -184.         [ Links ]

ENVIRONMENTAL PROTECTION AGENCY. Methods for chemical analysis of water and wastes. Ohio: EPA, 1983, 276 p.         [ Links ]

FRIES, M. R., AITA, C. Aplicação de esterco bovino e efluente de biodigestor em solo Podzólico vermelho-amarelo: Efeito sobre a produção de matéria seca e absorção de nitrogênio pela cultura do sorgo. Revista Centro de Ciências Rurais, Santa Maria, v. 20, n. 1-2, p. 137-145. 1990.         [ Links ]

GALLAHER, R.N., WELDON, C.O., BOSWELL F.C. A semiautomated procedure for total nitrogen in plant and soil samples. Soil Science Society of America Journal, Madison, v. 40, n. 6, p. 887-889, 1976.         [ Links ]

HAGHIRI, F. MILLER, R. H., LOGAN, T. J. Crop response and quality of soil leachate as affected by land application of beef cattle waste. Journal of Environmental Quality, Madison, v. 7, n. 3, p. 406-412, 1978.         [ Links ]

HSIEH, Y. P., DOUGLAS, L.A., MOTTO, H. L. Modeling sewage sludge decomposition in soil: l. Organic carbon transformation. Journal of Environmental Quality. Madison, v. 10, n. 1, p. 54-59, 1981a.         [ Links ]

LOYNACHAN, T.E., BARTHOLOME. W. V., WOLLUM, A. G. Nitrogen transformations in aerated swine slurries. Journal of Environmental Quality, Madison, v. 5, n. 3, p. 293-297. 1976.         [ Links ]

LUND, Z. F., DOSS, B. D. Residual effects of dairy cattle manure on plant growth and soil properties. Agronomy Journal, Madison, v. 72, p. 123-130, 1980.         [ Links ]

MIELNICZUK, J., LUDWIG, A., BOHNEN, H. Recomendações de adubo e calcário para os solos e culturas do Rio Grande do Sul. Porto Alegre: Faculdade de Agronomia. Universidade Federal do Rio Grande do Sul, 1969, 38 p., Boletim Técnico, 2.         [ Links ]

MILLER, R. H. Factors affecting the decomposition of an anaerobically diggested sewage sludge in soil. Journal of Environmental Quality. Madison v. 3. n. 4. p. 376-380, 1974.         [ Links ]

NELSON, D. W., SOMMERS, L.E. Total carbon, organic carbon and organic matter. In: PAGE, A. L., MILLER, R. H., KEENEY, D. R. Methods of Soil Analysis. Madison: American Society Agronomy, cap. 29, p. 539-577, 1982.         [ Links ]

PERUZZO, G. Avaliação da decomposição e liberação de nitrogênio de restava e adubo verde no solo. Porto Alegre, 1982, 71 p., Tese (Mestrado em Solos) Curso de Pós-Graduação em Agronomia, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, 1982.         [ Links ]

REDDY, K.R., KHALEEL R., OVERCASH, M.R. Carbon transformations in the land areas receiving organic wastes in relation to nonpoint source pollution: A conceptual model. Journal of Environmental Quality, Madison, v. 9, n. 3, p. 434-442, 1980.         [ Links ]

SILVA, D.J. da. Análise de alimentos, métodos químicos e biológicos. Viçosa: Imprensa Universitária, 166 p., 1981.         [ Links ]

STOTZKY, G. Microbial respiration. In: BLACK, C.A. Methods of Soil Analysis. Madison: American Society Agronomy, cap. 113, p. 1550-1572, 1965.         [ Links ]

TEDESCO, M.J. Métodos de análise de nitrogênio total, amônio, nitrato e nitrito em solos e tecido vegetal. Porto Alegre: Faculdade de Agronomia. Universidade do Rio Grande do Sul, 1978, 19 p., Informativo Interno, 1.         [ Links ]

TEDESCO, M.J. Extração simultânea de N P K Ca Mg em tecidos plantas por digestão por H2O2-H2SO4. Porto Alegre: Faculdade de Agronomia, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, 1982, 23 p., Informativo Interno, 1.         [ Links ]

TERRY, R. E., NELSON. D.W., SOMMERS, L.E. Decompositon of anaerobically diggested sewage sludge as affected by soil environmental conditions. Journal of Environmental Quality. Madison, v. 8, n. 3, p. 342-347, 1979.         [ Links ]

TESTER, C.F.. SIKORA, L.J., TAYLOR, J.M. et al. Decomposition of sewage sludge compost in soil: III. Carbon, nitrogen and phosphorus transformations in different sized fractions. Journal of Environmental Quality, Madison, v. 9, n. 1, p. 79-82, 1979.         [ Links ]

VETTORI, L. Métodos de análise de solo. Rio de Janeiro: Ministério da Agricultura, 1969. 24 p. Boletim Técnico, 7.         [ Links ]

 

 

1Parte do trabalho realizado junto ao Curso de Pós-Graduação em Agronomia da Universidade Federal de Santa Maria para a elaboração da dissertação de Mestrado do primeiro autor.

2Engenheiro Agrônomo, Professor Assistente. Departamento de Solos da Universidade Federal de Santa Maria (UFSM). 97119-900 - Santa Maria. RS.

3Engenheiro Agrônomo, Professor Adjunto. Departamento de Solos da UFSM.

Recebido para publicação em 09.03.92. Aprovado para publicação em 13.05.92.

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