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

SOIL MICROBIAL ACTIVITY AS AFFECTED BY CATLLE MANURE AND BIODIGESTOR EFFLUENT

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.

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.

• 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.
• 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.
• ALEXANDER, M. Introduction to soil microbiology New York: John Willey, 467p., 1977.
• 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.
• BRYANT, M. P. Microbial methane production, theorical aspects. Journal of Animal Science New York, v. 48, n. 1, p. 193-201, 1979.
• BUNGAY, H. R. Energy, the biomass options New York: John Willey, 1981. Anaerobic digestion: 183 -184.
• ENVIRONMENTAL PROTECTION AGENCY. Methods for chemical analysis of water and wastes Ohio: EPA, 1983, 276 p.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• SILVA, D.J. da. Análise de alimentos, métodos químicos e biológicos Viçosa: Imprensa Universitária, 166 p., 1981.
• STOTZKY, G. Microbial respiration. In: BLACK, C.A. Methods of Soil Analysis Madison: American Society Agronomy, cap. 113, p. 1550-1572, 1965.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• VETTORI, L. Métodos de análise de solo Rio de Janeiro: Ministério da Agricultura, 1969. 24 p. Boletim Técnico, 7.

¹

Parte 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.

Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  08 Set 2014
• Data do Fascículo
  Ago 1992

Histórico

• Recebido
  09 Mar 1992
• Aceito
  13 Maio 1992