Uso de condicionadores para redução das perdas de nitro gênio durante compostagem de dejeto de suínos.

Na criação tecnificada de suínos, muita preocupação tem sido atribuída ao destino final dos resíduos gera­dos por este sistema, principalmente na geração de fertilizantes orgânicos e sua aplicação no ambiente. No ano de 2010, foram abatidos, aproximadamente, 36,8 milhões de cabeças e espera-se que até o ano de 2020 este número aumente, com incremento na produção de 24% (MAPA, 2010). Assim, a demanda para o aproveitamento dos resíduos gerados na cria­ção de suínos será cada vez maior, fazendo com que a pesquisa necessite desenvolver recursos tecnoló­gicos que equalizem a relação produção/qualidade ambiental.

 

Dentre as práticas agrícolas quanto ao reaproveita­mento dos resíduos da suinocultura, vale destaque para a compostagem com impregnação dos dejetos em maravalha, processo preconizado para produtores que não apresentam áreas agrícolas suficientes para aplicação deste fertilizante orgânico, ou produtores que pretendem aumentar seu plantel e estão limita­dos pelo uso agrícola dos dejetos suínos (SARDÁ et al., 2010). Poucas pesquisas foram realizadas quanto ao manejo e a qualidade deste processo na emissão de amônia e na concentração de nitrogênio (N) no composto final, sendo que nele existe alto potencial de emissão deste gás e, portanto, perda inerente deste nutriente durante o processo (OLIVEIRA et al., 2003).

 

Para que o produto final proveniente da composta­gem possa constituir fertilizante orgânico eficiente é necessário conhecer os processos que irão contribuir para o teor de nutrientes neste composto. Dentre eles, vale destacar a adsorção/dessorção, responsá­veis pelo armazenamento e reposição de determinado nutriente; a solubilização/dissolução que consiste na inclusão ou liberação de nutriente por moléculas de dois ou mais pares iônicos; a imobilização/mineraliza­ção por microrganismos; presença de cargas posi­tivas e negativas presentes na fase sólida (sítios de adsorção); disponibilidade de elementos para forma­ção de pares iônicos; temperatura; umidade do meio; interação entre nutrientes; além de outros fatores que poderão contribuir de forma indireta na qualidade do composto.

 

O manejo dos dejetos suínos na forma de compos­tagem tem a vantagem de poder ser transportado a regiões mais distantes, quando comparado ao ferti­lizante orgânico fluido deste sistema. Resultados da literatura internacional têm demonstrado que o trata­mento dos dejetos suínos via compostagem permite que 65% do total de C inicial sejam perdidos, sendo 57% na forma de CO₂, 6% na forma de CH₄ e 2% como composto orgânico volátil; e do total inicial de N 60% é perdido, sendo 10% na forma de NH₃, 6% na forma de N₂O e 44% na forma de N₂ (PAILLAT et al., 2005). Poucos trabalhos em nível nacional mostram a eficiência científica deste processo, prin­cipalmente na quantificação da emissão NH₃ durante a realização do mesmo, tendo trabalhos apenas com CO₂ e CH₄ realizado por Higarashi et al. (2010) e Sardá et al., (2010).

 

Desta forma, o objetivo do trabalho foi avaliar o efeito de diferentes produtos capazes de adsorver nutrientes para produção de fertilizantes orgânicos com maior teor de nutrientes em sua composição, bem como mensurar a emissão do gás N-NH₃.

 

O experimento foi realizado de 20/03/2011 até 13/08/2011, em casa de vegetação por um período de 143 dias de compostagem, na Embrapa Suínos e Aves em Concórdia, SC. A região pertence ao clima subtropical úmido (Cfa), onde os meses mais frios (junho e julho) apresentam temperaturas médias em torno de 15ºC e temperatura média de 23ºC, segun­do a classificação de Köppen.

 

Os tratamentos constituíram de: controle, composta­gem apenas com maravalha; Gesso Agrícola; Car­vão (Biochar) e Super fosfato simples, todos estes aplicados com base em 10% do peso da maravalha no início do experimento; e o inibidor de urease (tio­fosfato de N-n-butil triamida, NBPT) aplicado na dose de 10 mL para cada 18 L de dejeto, durante cada im­pregnação de dejeto. Para cada leira foram colocados 300 kg de maravalha, a qual recebeu impregnações de dejeto líquido de suíno (DLS) com doses próximas de 200 L por leira, com intervalo entre aplicações de uma semana a fim de evitar o escorrimento do cho­rume. O dejeto utilizado foi coletado na granja de suí­nos da Embrapa Suínos e Aves, onde estão alojados 48 suínos em terminação, com produção diária de 0,336 m³ de dejeto.

 

As leiras de compostagem apresentaram dimensões de 1,5 x 2,0 x 1,0, para comportar os 300 kg de maravalha. O processo de amostragem do composto foi realizado antes da impregnação com dejeto suíno, abrindo-se uma trincheira na leira para coletar várias amostras simples ao longo do perfil para constituir uma amostra composta. Para cada leira foram cole­tadas quatro amostras compostas para determinação química dos teores de C, N total, P e K de acordo com metodologias oficiais (CUNNIFF, 1995).

 

A emissão de NH₃ foi determinada conforme metodo­logia descrita por Oliveira et al (2008), que se baseia na retenção de NH₃ em ácido fosfórico, através da reação de transformação de NH₃ em NH₄. Espumas de dimensão de 8 x 8 cm e densidade de 20 kg m-³, foram embebidas em 11 mL de ácido fosfórico (0,5 N), sendo 5% do volume glicerina líquida. Em segui­da, foram colocadas sobre placas de PVC de 10,0 x 10,0 x 0,2 cm e envolvidas por uma camada de fita de politetrafluoroetileno, que é permeável ao NH³ e impermeável à água. Os absorvedores foram armaze­nados em sacos plásticos fechados até o momento da sua colocação sobre a leira de compostagem, para evitar contaminação com o NH₃ do ambiente, sendo posteriormente lavada com 300 mL de água destilada. A quantidade de NH₃ volatilizada foi deter­minada por arraste de vapor, em aparelho micro-Kjel­dahl utilizandose alíquota de 20 mL com a adição de 20 mL NaOH (10 mol L-¹), sendo o destilado recolhi­do em 10 mL de indicador de ácido bórico e posterior titulação com H2SO4 0,005 mol L^-1.

 

Os dados foram submetidos à análise de variância pelo teste F, empregando-se as quatro repetições por leira para avaliar o efeito entre os diferentes condi­cionadores utilizados durante a compostagem e análi­se de regressão para verificar o comportamento da variável ao longo do tempo de compostagem (Figuras 1, 2 e 3).

 

 

A temperatura é o principal indicador da atividade mi­crobiológica no processo de compostagem, atingindo valores de até 66ºC (Figura 4). Este valor de tempe­ratura é decorrente da geração de calor pela ativida­de microbiológica durante o processo de oxidação da matéria orgânica (KIEHL, 2004). A elevação da tem­peratura nas leiras nos primeiros dias de instalação do experimento revela o fato dos microrganismos estarem aproveitando a matéria orgânica lábil do de­jeto suíno, bem como a boa aeração pela maravalha ainda não transformada. Já com o passar do tempo e com a decomposição da maravalha em partículas menores, há redução do espaço poroso, diminuindo a aeração e reduzindo a atividade dos microrganismos aeróbios. Vale ressaltar que, além da temperatura, outras condições como pH, qualidade da fonte de C, entre outras podem favorecer os microrganismos com capacidades metabólicas específicas (RYCKE­BOER et al., 2003, HUANG et al., 2006).

 

Figura 4. Contraste para temperatura (ºC) em razão de diferentes condicionadores e o controle em compostagem com dejeto suíno em leito de maravalha.

 

As práticas de revolvimento e posterior impregnação do dejeto promovem a aeração da leira, assim como a introdução de carbono lábil (de fácil decomposição) e aumento de umidade, condições que favorecem a atividade microbiológica, o que faz coincidir os picos de aumento de temperatura para cada impregnação de dejeto suíno (Figura 4). Após 44 dias, verificou­-se abaixamento nas temperaturas das leiras que se mantiveram até os 117 dias.

 

A ação dos condicionadores para evitar a perda de N em compostagem com dejeto suíno proporcionou maiores valores de temperatura interna da leira na maior parte do tempo, variável que consolida maior atividade microbiológica, com especial ênfase NBPT e carvão (Figura 4).

 

O teor de N nos compostos durante o primeiro mês de compostagem demonstra que houve preservação do N nos tratamentos que receberam condicionado­res (Figura 5), resultados que podem ser explicados em virtude do processo com Carvão adsorver a molécula N-NH₄⁺ em sítios de ligação. Já nos trata­mentos com Gesso e S. Simples há a formação de pares iônicos, do N-NH₄⁺ como o sulfato de amônio e o fosfato de amônio; enquanto que a aplicação do NBPT no dejeto permitiu preservar a molécula ureia por maior tempo, reduzindo o processo de amonifica­ção do N.

 

Entre 44 e 109 dias de compostagem houve redução e posterior aumento no teor de N determinado pelo método de Kjeldahl nos tratamentos que recebe­ram os condicionadores (Figura 5). Estes resultados podem ser explicados em virtude da maior atividade microbiológica nestes mesmos tratamentos, resul­tados justificados pelo aumento de temperatura interna das leiras (Figura 4), lembrando que quando há maior quantidade e atividade microbiológica há também a maior imobilização e posterior mineraliza­ção do N. Vale ressaltar ainda que a única vez em que o tratamento controle mostrou resultados de temperatura superior aos demais tratamentos foi aos 85 dias de compostagem. Com estes resultados é possível afirmar que o composto produzido com a adição de Carvão, Gesso, NBPT e S. Simples permite alcançar teores de nitrogênio por Kjeldahl próximos de 12 g kg^-1 em base seca, próximo dos 30 dias de compostagem, enquanto o tratamento controle, para alcançar este mesmo teor, necessita de 67 dias para alcançar a mesma eficiência (Figura 5).

 

Este aumento do teor de nitrogênio por Kjeldahl nos tratamentos com condicionadores permitiu alcançar menor relação C/N em relação ao tratamento con­trole até 30 dias de compostagem (Figura 6). Vale ressaltar também que houve maior atividade micro­biológica nestes tratamentos demonstrados pela temperatura interna da leira (Figura 4), que permitiu ocorrer à perda de C orgânico do sistema, na medida em que este elemento foi transformado em CO₂ pela atividade dos microorganismos (KIEHL, 2004). A relação C/N no final do composto apresentou valores em torno de 45, situando-se acima dos valores en­contrados por Sediyama et al (2000) e Keller (1991), com valores entre 10 e 14, para compostos orgâ­nicos produzidos a partir de dejetos de suínos. Este resultado pode ser explicado pela alta relação C/N do composto natural (maravalha) utilizada no experi­mento, sendo necessário maior tempo até alcançar a etapa de maturação do processo.

 

 

Houve menor emissão do N-NH₃ nos primeiros dias de compostagem para os tratamentos Gesso, NBPT, S. Simples e Carvão, com exceção apenas para o tratamento com carvão, que apresentou maior emis­são de N-NH₃ durante apenas cinco amostragens (Figura 7). Após 47 dias de compostagem houve re­dução em todos os tratamentos na emissão diária de amônia. Vale ressaltar que no início da compostagem os microrganismos ligados à amonificação apresen­tam alta atividade para liberação do N presente nos compostos orgânicos do dejeto suíno, não havendo competição com os microrganismos do meio, à medida que a população de outros microrganismos vai aumentando, principalmente os decompositores. A emissão de amônia cresceu acentuadamente com o aumento da temperatura, o que induz maior amonificação do nitrogênio no composto orgânico e que a redução da temperatura proporciona diminuição da emissão de N-NH₃ (SZANTO et al., 2007; GUO et al., 2012). Desta forma o aumento da temperatura das leiras é resultado da degradação microbiológica intensiva da matéria orgânica, produzindo uma gran­de quantidade de N-NH₃ no mesmo período (FUKU­MOTO et al., 2003).

 

Em quase todas as observações para emissão de amônia, os tratamentos Gesso e S. Simples apresen­taram menor emissão (Figura 7), resultado justifica­do pela presença de S e P nestes condicionadores formando pares iônicos, ocorrendo a formação de sulfato de amônio ((NH₄)₂SO₄) ou fosfato de amônio ((NH₄)₂HPO₄), uma vez que o Super Fosfato Simples possui 16% de P₂O₅, 18 a 20% de Ca e 10 a 12% de S, enquanto o Gesso possui 0,5 a 0,8% de P₂O₅ 17 a 20% Ca e 14 a 17% de S (MANUAL..., 2004).

 

Estes resultados de emissão de N-NH₃ por dia (Figu­ra 7) resultaram na emissão acumulada de N-NH3 (Figura 8), a qual demonstrou a eficiência dos trata­mentos Gesso e S. Simples com 38 e 43% menos emissão em relação ao controle após 138 dias de compostagem. Já nos tratamentos Carvão e NBPT não houve grande redução na emissão de N-NH₃ acumulado em relação ao controle, com 2 e 11% menos, respectivamente.

 

Figura 7. Contraste para emissão de amônia em razão de diferentes condicionadores e o controle em compostagem com dejeto suíno em leito de maravalha.

 

O teor de P aumentou no composto até 143 dias (Figura 9). É importante lembrar que este nutriente não está sujeito à perda por lixiviação no sistema de compostagem e, quando há sítios específicos de adsorção e assimilação pelos microorganismos, ele é preservado no processo (SINGH, 2005). No final do experimento, os teores de P ficaram entre 11 e 18 g kg^-1 em base seca. Este maior incremento de P nos tratamentos S. Simples e Gesso é explicado pela pre­sença deste nutriente em suas composições quími­cas, sendo que no S. Simples eles está na forma de ortofosfato (H₂PO₃^-) enquanto no Gesso se encontra associado a fosfato mono ou bicálcico.

 

Os teores de K no composto apresentaram valores entre 6 e 8 g kg^-1 em base seca de acordo com o tratamento, sendo que houve saturação após 81 dias de compostagem (Figura 10). Este elemento é facilmente perdido por processos de lixiviação por ele ser muito solúvel em água e devido a haver poucos sítios de ligação específicos no material ainda não decomposto. O potássio não participa da estrutura dos compostos orgânicos e prevalece em formas so­lúveis, ocorrendo preferencialmente na fase líquida.

 

 

Figura 10. Teor de K (g kg^-1) do composto em razão de diferentes condicionadores em compostagem com dejeto suíno em leito de maravalha.

 

A quantidade de N acumulada no composto em 143 dias de compostagem variou de 5,1 a 6,5 kg lei­ra^-1 entre tratamentos (Tabela 2), sendo que estes valores foram inferiores a quantidade aplicada de 13,5 kg leira-1 na forma de dejeto suíno (Tabela 1). Pode-se observar que nos tratamentos Controle e NBPT houve perda de 62% do N aplicado; já para os tratamentos Carvão, S. Simples as perdas foram de 55%; e o Gesso alcançou as menores perdas, com o valor de 51%. Para o K os valores de acúmulo se mostraram pouco inferiores, com valores de 3,8 a 3,9 kg leira^-1 em relação à quantidade total aplicada de 4,3 kg leira^-1, o que corresponde a perdas de 10% nos tratamentos. O P, devido a estar menos sujeito a processos de perdas, pelos sítios específicos de adsorção, teve acumulo foi em torno de 3,9 a 7,0 kg leira^-1, com a quantidade aplicada de 4,0 kg leira^-1, sendo que nos tratamentos Controle, Carvão, Gesso e NBPT as perdas de P ou acréscimo no composto final foram insignificantes, enquanto que no trata­mento com S. Simples houve acréscimo de 52% de P no composto final.

 

Tabela 1. Teor de nutrientes do dejeto suíno e quantidade aplicada de nutrientes em cada aplicação nos 143 dias de com­postagem.

 

Tabela 2. Teor de nutrientes e quantidade total no composto final após 143 dias de compostagem com dejeto suíno com o uso de condicionadores. Valores expressos em base seca

 

O uso de condicionadores reduz as perdas de nitrogênio total durante o processo de compostagem com dejeto suíno em leito de maravalha, sendo o gesso agrícola o de maior eficiência. As maiores concentrações de nitrogênio nos compostos com condiciona­dores é, principalmente, em razão a menor volatiliza­ção deste nutriente, com ênfase para gesso e super simples, os quais demonstraram redução de 38 e 43% do nitrogênio emitido na forma de amônia (N-NH₃).

 

1. MAPA. Assessoria de Gestão Estratégica. Proje­ção do agronegócio 2009/2010 a 2019/2020. Brasília, DF 2010. Disponível em: < http://www.agricultura.gov.br/arq_editor/file/MAIS%20DESTAQUES/Proje%C3%A7%C3%B5es% 20Agroneg%C3%B3cio%202009-2010%20a%202019-2020.pdf>. Acesso em: 10 nov. 2013.

2. CUNNIFF, P. (Ed.). Official methods of analysis of AOAC International. 16th.ed. Arlington: AOAC Inter­national, 1995. 684. v. 1.

3. MANUAL de adubação e de calagem para os Estados do Rio Grande do Sul e Santa Catarina. 10 ed. Porto Alegre: Sociedade Brasileira de Ciência do Solo - Nú­cleo Regional Sul - Comissão de Química e Fertilida­de do Solo, 2004. 400 p.

4. FUKUMOTO, Y.; OSADA, T.; HANAJIMA, P.; HAGA, K. Patterns and quantities of NH3, N2O and CH4 emissions during swine manure composting without forced aeration - effect of compost pile scale. Biore­source Technology, v. 89, p. 109-114. 2003.

5. GUO, R.; LI, G.; JIANG, T.; SCHUCHARDT, F.; CHEN, T.; ZHAO, Y.; SHEN, Y. Effect of aeration rate, C/N ratio and moisture content on the stability and maturity of compost. Bioresource Technology, v. 112, p. 171–178, 2012.

6. HIGARASHI, M. M.; SARDÁ, L. G.; MULLER, S.; OLIVEIRA, P. A. V. de; MATTEI, R. M.; COMIN, J. J. Metodologia para medir a emissão de CH4, CO2 e H2S em compostagem de dejetos de suínos. Concórdia: Embrapa Suínos e Aves, 2010. 5 p. (Embrapa Suínos e Aves. Comunicado Técnico, 479).

7. HUANG, G. F.; WU, Q. T.; WONG, J. W. C.; NA­GAR, B. B. Transformation of organic matter during co-composting of pig manure with sawdust. Biore­sourse technology, v. 97, p. 1834-1842, 2006.

8. KELLER, P. Proper degree of stability. In: Biocycle: Guide to the art & science of composting. Emmaus: J. G. Press, 1991. p. 178-180.

9. KIEHL, E. J. Manual de compostagem: maturação e qualidade do composto. 4. ed. Piracicaba: E. J. Kiehl, 2004. 173 p.

10. OLIVEIRA, P. A; HIGARASHI, M. M; NUNES, M. L. Emissão de gases, na suinocultura, que provocam efeito estufa, Sustentabilidade ambiental da suino­cultura. In: SCOLARI, T. M. G. Coletânea de artigos do ano 2003 da Embrapa Suínos e Aves. Concórdia: Embrapa Suínos e Aves, 2005. (Embrapa Suínos e Aves. Documentos, 95). p. 116-121.

11. OLIVEIRA, P. P. A.; TRIVELIN, P. C. O.; ALVES, A. C.; LUZ, P. H. de C.; HERLING, V. R. Métodos para avaliar as perdas de nitrogênio por volatilização da superfície do solo e por emissão de amônia pela folhagem de Brachiaria brizantha cv. Marandu. São Carlos, SP: Embrapa Pecuária Sudeste, 2008. 41 p. (Embrapa Pecuária Sudeste. Boletim de Pesquisa e Desenvolvimento, 16).

12. PAILLAT, J. M; ROBIN, P; HASSOUNA, M; LE­TERME, P. Predicting ammonia and carbon dioxide emissions from carbon and nitrogen biodegradability during animal waste composting. Atmospheric Envi­ronment, v. 29, p. 6833–6842, 2005.

13. RYCKEBOER, J.; MERGAERT, J.; VAES, K.; KLAM­MER, S. ; DE CLERCQ, D.; COOSEMANS, J.; IN­SAM, H.; SWINGS, J. A survey of bacteria and fungi occurring during composting and self-heating pro­cesses. Annals of Microbiology, n. 53, p. 349–410, 2003.

14. SARDÁ, L.G.; HIGARASHI, M.M.; MULLER, S.; OLI­VEIRA, P.A.V.; COMIN, J.J. Redução da emissão de CO2, CH4 e H2S através da compostagem de dejetos suínos. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, v. 14, p. 1008–1013, 2010.

15. SEDIYAMA, M. A. N.; GARCIA, N. C. P.; VIDIGAL, S. M.; MATOS, A. T. de. Nutrientes em compostos orgânicos de resíduos vegetais e dejeto de suínos. Scientia Agricola, Piracicaba, v. 57, p. 1-8, 2000.

16. SINGH, B. R. Phosphorus Management in Low-Input Agricultural Systems. In: SIMS, J. T.; SHARPLEY, A. N. (Ed.). Phosphorus: agriculture and the envi­ronment. Madison, Wisconsin : American Society of Agronomy: Crop Science Society of America: Soil Science Society of America, 2005. p. 729-760.

17. SZANTO, G. L.; HAMELERS, H. V. M.; RULKENS, W. H.; VEEKEN, A. H. M. NH3, N2O and CH4 emis­sions during passively aerated composting of straw­-rich pig manure. Bioresource Technology, v. 98, p. 2659-2670, 2007.