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Idesia (Arica)

On-line version ISSN 0718-3429

Idesia vol.30 no.1 Arica Apr. 2012

http://dx.doi.org/10.4067/S0718-34292012000100008 

Volumen 30, N0 1. Páginas 65-73 IDESIA (Chile) Enero-Abril, 2012

Investigaciones

Parâmetros indicadores do potencial de mineralização do nitrogênio de compostos orgânicos

Parameters indicators of the potential of nitrogen mineralization of organic compounds

Leandra Brito de Oliveira1*, Adriana Maria de Aguiar Accioly2, Rômulo Simões Cezar Menezes3, Romildo Nicolau Alves4, Flávia Silva Barbosa5 e Carlos Leandro Rodrigues dos Santos5

1 Universidade Federal Rural de Pernambuco, Departamento de Tecnologia Rural. 50810-020, Recife- PE- Brasil. E-mail: leandramaiorane@yahoo.com.br

2 Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária, Centro Nacional de Pesquisa de Mandioca e Fruticultura Tropical, 44380-000, Cruz das Almas, BA - Brasil.

3 Universidade Federal de Pernambuco, Centro de Tecnologia, Departamento de Energia Nuclear. 50740-540, Recife, PE - Brasil.

4 Universidade Federal de Viçosa, Centro de Tecnologia, departamento de Energia Nuclear. 50740-540, Recife, PE - Brasil.

5 Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro, Departamento de Agronomia. 23890-000. Seropédica, RJ - Brasil. * Autor para correspondencia.


RESUMO

O presente trabalho objetivou avaliar as relações entre características químicas de 15 tipos de compostos orgânicos e o fornecimento de nutrientes para as plantas. Para isso, experimentos de incubação de solo foram montados em laboratório, utilizando-se copos plásticos contendo 50 g de um Argissolo Vermelho-Amarelo distrófico, no qual foram incorporados 374 mg de massa seca dos compostos. O delineamento experimental foi em blocos casualizados com 16 tratamentos (15 compostos e testemunha), 4 tempos de incubação (3, 7, 14 e 28 dias) e 3 repetições. Em cada data de coleta analisou-se o teor de N inorgânico do solo e, aos 28 dias, determinaram-se o P, K, Ca e Mg do solo. Das variáveis estudadas (lignina, polifenóis, cinzas, C, N, P, K, Ca, Mg, lignina/N e C/N), apenas a relação C/N apresentou uma fraca correlação positiva com a mineralização de nitrogênio. Observaram-se diferenças entre os compostos no fornecimento de P e K ao solo, mas não houve diferenças quanto ao Ca e Mg. Conclui-se que as características químicas avaliadas dos compostos testados não demonstraram promissoras como indicadoras do potencial de fornecimento de nutrientes pelos compostos.

Palavras chave: incubação do solo, resíduos orgânicos, imobilização.


ABSTRACT

The objective of the present study was to evaluate the relationships between the chemical characteristics of 15 types of organic composts and the release of nutrients to the soil. Laboratory soil incubations were carried using plastic cups, where 50 g of a dystrophic Red Yellow Argisol (Ultisol) were amended with 0.374 g of each compost. The design was in randomized blocks with 16 treatments (15 types of compost plus a control) and 4 incubation periods (3, 7, 14 and 28 days) with three replications. At the end of each period, the soil inorganic N was determined, but soil P, K, Ca and Mg were determined only at day 28. The composts had different effects on soil N, causing from mineralization to immobilization. Among the evaluated characteristics of the composts (lignin, poliphenols, ashes, C, N, P, K, Ca, Mg, lignin:N, and C:N) only the C:N ration had a significant correlation with N mineralization. The composts also varied regarding the supply of P and K to the soil, but there were no differences in the supply of Ca and Mg. In conclusion, the chemical characteristics of the composts that were evaluated were not useful indicators of the potential nutrient supply by the composts.

Key words: soil incubation, organic waste, immobilization.


Introdução

A aplicação de compostos orgânicos ao solo promove melhorias sobre as características físicas, químicas e biológicas do solo, e possibilitam uma redução na dependência de insumos minerais relativos à fertilidade do solo (Gliessman, 1992). Dentre os nutrientes necessários para o crescimento e desenvolvimento vegetal, o N é o elemento que mais limita a produção nos diversos sistemas agrícolas (Sampaio et al., 1995).

A quantidade de N disponível às plantas pode ser influenciada pelas características do resíduo (Fang et al., 2007). A relação carbono/nitrogênio (C/N) tem sido apontada como um importante indicador do potencial de disponibilização do N presente em resíduos orgânicos (incluindo os compostos). Por outro lado, diversos estudos têm demonstrado que a relação C/N pode não expressar de forma satisfatória o potencial de mineralização do N de compostos orgânicos, dada a variabilidade nas formas em que o C se encontra nos compostos, podendo ser em formas mais lábeis ou recalcitrantes (Gabrielle et al., 2004).

Alguns estudos propuseram outros indicadores que seriam menos laboriosos ou custosos, para expressar a qualidade de resíduos orgânicos no que diz respeito, ao potencial de mineralização do N após a incorporação ao solo (Mafongoya et al. 1998; Cabrera et al. 2005), ressaltando que esses estudos foram desenvolvidos até então, com adubos verdes e estercos (Constantinides & Fownes, 1994; Palm et al., 2001; Cobo et al., 2002; Valauwe et al., 2005), mas poucos estudos com compostos têm sido realizados com esse objetivo no Brasil.

Diante do exposto, objetivou-se com o presente trabalho, identificar quais parâmetros de qualidade dos compostos são mais promissores como indicadores do potencial de mineralização de nutrientes, em curto prazo, com ênfase no N, após a incorporação dos compostos ao solo.

Material e Métodos

As amostras de terra utilizadas no estudo foram coletadas em agosto de 2007 da camada de 0 a 20 cm de um Argissolo Vermelho-Amarelo distrófico, situado no Campus da Universidade Federal Rural de Pernambuco (latitude 8°01'05" sul e longitude 34°56'48"oeste e altitude 6,5 metros).

Para a obtenção da terra fina seca ao ar, a amostra foi submetida à secagem ao ar, com posterior pe-neiramento em malha de 2 mm. As caracterizações, química e física são apresentadas na Tabela1. Foram utilizados 15 compostos orgânicos cuja composição e origem são descritas na Tabela2.

Após as coletas, os compostos foram homogeneizados, submetidos à secagem ao ar e peneirados em malha de 2 mm. Determinou-se para cada composto o pH em água (1:2,5). Além disso, sub--amostras de 250 mg de cada composto foram digeridas utilizando-se mistura nitro-perclórica (Embrapa, 1997). No extrato de digestão, foi analisado o P total por colorimetria (Thomas et al., 1967); K por fotometria de chama; e Ca e Mg, por espectrofotometria de absorção atômica (Embrapa, 1997). Para determinação do N total, os compostos foram digeridos em uma mistura de água oxigenada e ácido sulfúrico e, após isso, o N foi determinado por destilação segundo a metodologia descrita em Bremmer & Mulvaney (1982). A análise dos poli-fenóis totais solúveis dos compostos foi realizada utilizando-se o reagente Folin-Denis (Anderson & Ingram, 1993). A lignina foi determinada através da fibra de detergente ácido (Van Soest & Wine, 1968).

Tabela 1. Características químicas e físicas do solo Argissolo Vermelho-Amarelo distrófico.

1(Embrapa, 1997). 2 KCl 1 mol L-1. 3 5 Mehlich - 1 (Embrapa, 1997). 4 Acetato de Cálcio a pH 7,0 (Embrapa, 1997). 6 Bremmer e Mulvaney (1982). 7 Kiehl (1985). 8 Método da proveta (Embrapa, 1997). 9 (Embrapa, 1997). <LD, limite de detecção.

Dois experimentos foram conduzidos no Laboratório de Fertilidade de Solos/Radioagronomia do Departamento de Energia Nuclear da Universidade Federal de Pernambuco. No primeiro experimento, os tratamentos foram constituídos pelos compostos orgânicos, os quais foram misturados com o solo em uma dose equivalente a 15 Mg ha-1 com base na matéria seca (374 mg de composto para 50 g de solo). Em seguida o solo foi umedecido para preencher 40% do volume de poros, sendo essa umidade mantida, durante o período do experimento, através de pesagens diárias.

 

Tabela 2. Descrição dos compostos utilizados e local de coleta.

 

Os tratamentos foram amostrados aos 3, 7, 14 e 28 dias, sendo que em cada data, três repetições de cada tratamento foram amostradas de forma destrutiva. Inseriu-se ao experimento, um tratamento em que se incubou somente o solo para a mineralização do N da matéria orgânica do solo. Para quantificação do N mineral (N-NO3- + N-NH4+) do solo em cada data de amostragem, amostras de 3 g de solo foram retiradas de cada pote e agitadas com 30 mL de KCl 1 mol L-1 por 30 minutos. Paralelamente, outra massa de solo foi retirada e conduzida à estufa para determinação da umidade e posterior correção dos teores de N do solo. Após a agitação, as amostras permaneceram em repouso por uma noite e no dia seguinte, o sobrenadante foi retirado e congelado em freezer. Neste sobrenadante, tanto o N-NO3- quanto o N-NH4+ foram determinados por calorimetria segundo método descrito por Mendonça & Matos (2005). Utilizou-se a mesma metodologia para o segundo experimento, exceto por ter sido amostrado aos 28 dias. Nesta data, extraiu-se o P e K com Mehlich -1, o Ca e Mg com KCl 1mol L-1. O P foi determinado por calorimetria (Thomas et al.,1967), o K por fotometria de chama, o Ca e Mg por espectrofotometria de absorção atômica. O método apresentado acima, de incubação de curta duração sob condições controladas foi o mesmo utilizado por Vanlauwe et al. (2005).

Para o estudo da mineralização do N presente nos compostos orgânicos, montou-se um experimento em blocos ao acaso, com os tratamentos arranjados em um fatorial 15 x 4, sendo quinze compostos orgânicos e quatro datas de amostragem. Em cada data de amostragem o tratamento foi repetido três vezes. Correlações de Pearson foram feitas para cada data de amostragem entre o N mineralizado e características químicas dos compostos como teor de N total, lignina, relação C/N, polifenóis e lignina/N. Para o cálculo do N mineralizado considerou-se: N mineralizado (^g/g) = N mineral no solo tratado - N mineral no solo controle. A análise dos resultados da percentagem de N mineralizado dos compostos aplicados foi realizada através de Anova a 5% de probabilidade, com o uso do programa Origin versão 5.0.

O segundo experimento conteve os mesmos tratamentos do primeiro, distribuídos no delineamento em blocos ao acaso com três repetições. Com os dados obtidos procedeu-se a análise de variância, e as médias foram comparadas utilizando-se o teste de Scott-Knott a 5% de probabilidade. Para análise dos dados utilizou-se o Sistema de Análise Estatística e Genética (SAEG), versão 9.1.

Resultados e Discussão

Os resultados da caracterização química dos compostos utilizados estão apresentados na Tabela3, onde se observou uma grande variação entre as características químicas dos compostos utilizados no estudo.

Quanto ao pH dos compostos observou-se desde muito alcalinos, como o composto 3 com pH 9,6, até muito ácidos, como o composto 11 com pH 2,5. O pH pode ter implicações significativas sobre a dinâmica do N durante o processo de compostagem, pois compostos com pH alcalino podem apresentar perdas de N, dado que, em ambiente alcalino, o N que se encontra na forma orgânica pode se transformar rapidamente para N amoniacal (NH3), perdendo--se para atmosfera através de volatilização (Kiehl, 1985; Schlesinger, 1997).

Os compostos 12 e 13 foram elaborados com materiais que possuem influência direta na elevação do pH, como calcários e fosfatos naturais. O composto 12 apresentou pH 8,9, enquanto o composto 13 não apresentou pH alcalino. Sendo assim, a adição desses insumos durante a elaboração das pilhas de compostos deve, portanto, ser limitada a doses que não elevem o pH a níveis que possam causar perdas de N.

O conteúdo de C orgânico nos compostos variou de 5,5 a 30,2%, apresentando um teor médio de 15,0% (Tabela 3). Os teores de C relativamente baixos de alguns dos compostos podem ser atribuídos à quantidade elevada de cinzas (Tabela 3), resultantes da adição de esterco misturado à terra durante a preparação dos compostos. Os compostos com os teores mais baixos de C sugerem que sua composição é baseada mais fortemente em insumos minerais, como solo, pó de rocha e outros, do que em resíduos orgânicos, o que pode influenciar negativamente no aporte de N ao solo e mineralização deste elemento para as culturas agrícolas.

Com base em Cavalcanti et al. (1998), observa-se que os conteúdos de N na maioria dos compostos avaliados foram baixos, pois a recomendação é que os compostos contenham no mínimo 1,0% de N. No entanto, apenas dois dos compostos avaliados (4 e 5) apresentaram teores de N acima desse valor (Tabela 3). Os compostos 8, 10, 11 e 13 foram os que apresentaram os menores valores entre os compostos coletados, variando de 0,38 a 0,23% (Tabela 3). Considerando-se o valor médio de N nesses quatros últimos compostos citados (2,7%), seria necessária, a aplicação de aproximadamente 26 Mg de composto para obter-se uma dose de 70 kg ha-1 de N para suprir a necessidade da cultura da alface (Cavalcanti et al., 1998). No caso de sistemas agrícolas familiares, onde a disponibilidade de recursos, como mão-de-obra e matéria orgânica é geralmente reduzida, a utilização de compostos com essas características parecem ser viáveis como fonte de fornecimento de N.

Tabela 3. Resultados do processo de caracterização dos compostos orgânicos.

CO - Compostos Orgânicos, Polifenóis (Não Detectado).

Os resultados observados no presente estudo são compatíveis com outros compostos produzidos na região semi-árida nordestina, haja vista que, pesquisas envolvendo teores de N de compostos orgânicos produzidos a partir de lixo urbano e lodo de esgoto (Mantovani et al., 2003; Simonete et al., 2003), têm sido desenvolvidas em maior escala na região Nordeste quando comparada com as informações a respeito de compostos produzidos a partir de resíduos vegetais.

Quanto à relação C/N, compostos como os 3, 7, 8, 9, 10, 11, 13 e 15 apresentaram relações que podem ser consideradas altas quando comparadas com as relações 17:1 (Kiehl, 1985) ou 15:1 (Nahm, 2005) citadas como ideais para a mineralização de N dos resíduos orgânicos. A relação C/N é citada em vários trabalhos como o parâmetro que melhor explica o processo de mineralização do N de resíduos orgânicos quando utilizados como adubo (Kiehl, 1985; Cavalcanti et al., 1998). Entretanto, como citado anteriormente, estudos mais recentes têm sugerido que outros parâmetros, como os teores de lignina, de polifenóis, e as relações desses compostos com o N, podem ser melhores indicadores do potencial de mineralização de N de resíduos orgânicos (Palm et al., 2001; Vanlauwe et al. 2005).

Os teores de lignina nos compostos variaram entre 2,87 e 26,87%. Comparando esses valores com os de materiais vegetais usados como adubos verdes, e considerando-se o conteúdo acima de 150% como um valor elevado (Palm et al., 2001), observa-se que os compostos 1, 2, 3, 5, 6, 7, 11 e 15 apresentaram teores altos de lignina. É de se esperar que esses compostos com altos teores de lignina, apresentem baixa mineralização de N, devido à baixa labilidade da lignina. Por sua vez, cruzando-se os dados dos teores de N e de lignina, observou-se um intervalo ainda mais amplo de qualidade dos compostos, com valores para a relação lignina/N que variaram de 3,4 a 102,2 com um valor médio de 31. Seria esperado que os compostos com valores mais elevados de relação lignina/N causassem imobilização de N do solo após sua incorporação, o que não é desejável quando os compostos são utilizados como adubo orgânico.

Embora se tenha observado uma grande diversidade de teores de lignina nos compostos avaliados, os teores de polifenóis totais solúveis em todos os compostos situaram-se abaixo do limite de detecção (Tabela 3). Os polifenóis têm sido citados como moléculas que influenciam diretamente no processo de mineralização do N, de materiais vegetais; ou seja, materiais que possuem elevados teores de polifenóis tendem a imobilizar N em um curto período, através de reações de ligações dessas moléculas e o N. No caso dos compostos orgânicos, observa-se que essas moléculas provavelmente foram decompostas durante o período de compostagem, resultando na não detecção pelo método. A ausência de polifenóis, conseqüentemente, inviabiliza o uso desse parâmetro como indicador do potencial de mineralização de N de compostos orgânicos com características semelhantes aos utilizados no presente estudo.

O conteúdo de P, K, Ca e Mg nos compostos variaram de 1,6 a 5,0; 1,2 a 12,9; 2,5 a 19,8 e 0,02 a 6,9 g kg-1, respectivamente (Tabela 3). Essa alta variação nos teores de nutrientes deve também ser considerada na avaliação da qualidade dos compostos orgânicos, dado que a grande maioria dos solos da região Nordeste apresenta valores baixos de nutrientes, como o P, K, Ca e Mg, portanto o fornecimento destes através da adubação por meio de compostos pode ser importante para a manutenção da fertilidade e do potencial produtivo dos solos.

Os teores de cinzas dos compostos variaram de 27 a 90% (Tabela 3), mas a maioria apresentou teores altos, acima de 50% de cinzas. O uso do esterco como insumo na preparação dos compostos pode elevar os teores de cinzas dos compostos, uma vez que o esterco de curral normalmente contém altos teores de cinzas (Marin et al., 2007; Silva et al., 2007). Além disso, o uso de pó de rocha ou outros insumos minerais, também contribuem para elevar os teores de cinzas dos compostos. Entretanto, em alguns casos a composição declarada dos ingredientes utilizados para preparar os compostos, não é coerente com os teores de cinzas observados. Teores elevados de cinzas podem indicar a adição de quantidades significativas de solo ou de outros materiais com baixo teor de matéria orgânica, o que pode comprometer a capacidade de fornecimento de N pelos compostos.

Além dos efeitos dos compostos sobre os teores de N mineral do solo, também se quantificou a proporção do N contido nos compostos que foi mineralizada ao longo dos 28 dias de incubação (Figura1). Essa variável é útil como um indicador da qualidade do N orgânico em cada um dos compostos avaliados. De forma semelhante aos teores de N no solo, a percentagem do N dos compostos que foi mineralizada variou fortemente, apresentando desde valores negativos de -16,82 (composto 8) o que indica ter havido imobilização de N do solo, até valores de 10,66 (composto 6), demonstrando ter havido mineralização líquida do N (Figura 1). Com base nessa variável, foi possível testar quais dos compostos diferiram significativamente do tratamento controle, que foi o solo que não recebeu aplicação de compostos. Observou-se então, que apenas o composto 6 diferiu significativamente quando comparado ao solo controle, enquanto 6 dos compostos avaliados não diferiram do controle e outros 8 compostos diferiram significativamente quanto ao N.

Figura 1. Porcentagem do N orgânico adicionado ao solo com a aplicação dos compostos que foi mineralizada após 28 dias de incubação. ns não significativo, *nível de probabilidade (5%).

Contrário ao esperado, não foram observadas correlações significativas entre os teores de lignina, N, C ou a relação lignina/N dos compostos e o N mineralizado durante o período do experimento (Tabela 3). Entretanto, Flavel & Murphy (2006) trabalhando com composto orgânico a base de esterco de aves domésticas observaram correlações significativas para a lignina, C, N com os teores de cinza. Dentre as variáveis relacionadas à qualidade dos compostos analisados, a relação C/N foi a única que se correlacionou significativamente com o N mineralizado após 7 e 14 dias de incubação, apesar de terem sido observados coeficientes de correlação relativamente baixos. Os resultados do presente estudo demonstram que, para compostos orgânicos, onde o produto final são compostos orgânicos estáveis, a relação C/N foi o único parâmetro que demonstrou utilidade, apesar de limitada, como indicador do potencial de mineralização do N a curto prazo. Nahm (2005), trabalhando com esterco de aves observou resultados similares de mineralização do N com a relação C/N.

De forma semelhante aos efeitos dos compostos sobre a mineralização de N, observou-se uma grande variabilidade na disponibilidade de P após a incorporação dos compostos estudados (Tabela4). Por exemplo, após a aplicação dos compostos 12, 14 e 15 os teores de P disponíveis no solo passaram para faixa considerada alta (> 30 mg dm-3) segundo Cavalcanti et al. (1998), diferindo significativamente do controle. Esses resultados indicam diferenças nas formas em que o P se encontra nos compostos, dado que os compostos 5, 9 e 13 apresentaram teores totais de P semelhantes aos dos compostos 12, 14 e 15, no entanto, disponibilizaram significativamente menos P que estes (Tabela 2 e 4). Em contraste, Loudes (1983) relaciona como uma das principais vantagens da compostagem a forma facilmente disponível dos nutrientes, mas os resultados do presente estudo não corroboram essa afirmação.

Em relação ao K, observa-se que o solo utilizado no estudo apresenta um valor considerado alto (Cavalcanti et al. 1998). Sendo assim, em geral, a aplicação dos compostos causou apenas uma moderada elevação nos teores de K do solo, exceto no caso dos compostos 3 e 8, que elevaram fortemente os teores de K (Tabela5). Por outro lado, os teores de Ca e Mg, após aplicação dos compostos, não diferiram significativamente do solo controle, com exceção apenas do composto 5 que elevou o teor de Mg do solo em aproximadamente 400% comparado ao controle. Dados sobre o efeito da aplicação de compostos de composições variadas sobre a fertilidade do solo (Benito et al., 2003b) mostram que em geral, a fertilidade é melhorada devido a elevação da SB, V e redução da acidez potencial. Simonete et al. (2003), aplicando 50 Mg de lodo de esgoto elevou os teores de matéria orgânica, P, K, Ca e Mg do solo.

Tabela 4. Coeficientes de correlação entre algumas características químicas dos compostos e o N mineral do solo (N-NO3- + N-NIrL4"1") e a percentagem do N adicionado que foi mineralizado e o aos 3, 7, 14 e 28 dias de incubação.

ns não significativo, * nível de probabilidade (5%).

 

Tabela 5. Teores de P, K, Ca e Mg em um Argissolo após incubação com diferentes compostos orgânicos durante 28 dias.

* Letras iguais na coluna não diferem estatisticamente entre si pelo teste de Scott Knott a 5% de probabilidade.

Conclusões

Os compostos orgânicos tiveram efeitos variados sobre a disponibilidade de N no solo após incubações de curto prazo, causando desde imobilização até mineralização líquida de N após sua aplicação;

Os teores de lignina, polifenóis e N, além da relação lignina/N dos compostos orgânicos não se mostraram promissores como indicadores do potencial de mineralização de N dos compostos;

A relação C/N dos compostos foi o único parâmetro que apresentou correlação significativa com a mineralização de N dos compostos orgânicos avaliados a curto prazo;

Os compostos também apresentaram alta variabilidade quanto aos efeitos sobre a disponibilidade de P do solo. O teor total de P dos compostos não foi um bom indicador do potencial de disponibilização desse elemento após a aplicação dos compostos ao solo.

Agradecimentos

Aos Professores Dr.a Adriana Maria de Aguiar Accioly e Rômulo Simões César Menezes pela orientação; A Embrapa Mandioca e Fruticultura Tropical (Cruz das Almas - BA) pelo apoio financeiro necessário à conclusão do trabalho e a FACEPE -PE pela concessão da bolsa.

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Fecha de Recepción: 01 Febrero, 2011. Fecha de Aceptación: 03 Octubre, 2011.