UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA “JÚLIO DE MESQUITA FILHO” FACULDADE DE CIÊNCIAS AGRÁRIAS E VETERINÁRIAS CÂMPUS DE JABOTICABAL MINERALIZAÇÃO DO LODO BIOLÓGICO DE INDÚSTRIA DE GELATINA, ATRIBUTOS QUÍMICOS DE SOLO E USO FERTILIZANTE PARA PRODUÇÃO DE MILHO Carlos Alberto Kenji Taniguchi Engenheiro Agrônomo JABOTICABAL – SÃO PAULO – BRASIL Dezembro de 2010 UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA “JÚLIO DE MESQUITA FILHO” FACULDADE DE CIÊNCIAS AGRÁRIAS E VETERINÁRIAS CÂMPUS DE JABOTICABAL MINERALIZAÇÃO DO LODO BIOLÓGICO DE INDÚSTRIA DE GELATINA, ATRIBUTOS QUÍMICOS DE SOLO E USO FERTILIZANTE PARA PRODUÇÃO DE MILHO Carlos Alberto Kenji Taniguchi Orientador: Prof. Dr. Manoel Evaristo Ferreira Co-orientadora: Profa. Dra. Mara Cristina Pessôa da Cruz Tese apresentada à Faculdade de Ciências Agrárias e Veterinárias – Unesp, Câmpus de Jaboticabal, como parte das exigências para a obtenção do título de Doutor em Agronomia (Ciência do Solo). JABOTICABAL – SÃO PAULO – BRASIL Dezembro de 2010 i Taniguchi, Carlos Alberto Kenji T164m Mineralização do lodo biológico de indústria de gelatina, atributos químicos de solo e uso fertilizante para produção de milho / Carlos Alberto Kenji Taniguchi. – – Jaboticabal, 2010 xi, 97 f. ; 28 cm Tese (doutorado) - Universidade Estadual Paulista, Faculdade de Ciências Agrárias e Veterinárias, 2010 Orientador: Manoel Evaristo Ferreira Co-orientadora: Mara Cristina Pessôa da Cruz Banca examinadora: William Natale, José Frederico Centurion, Dirceu Maximino Fernandes, José Ricardo Mantovani Bibliografia 1. Fertilidade do solo. 2. Disponibilidade de nitrogênio. 3. Milho safrinha. I. Título. II. Jaboticabal-Faculdade de Ciências Agrárias e Veterinárias. CDU 631.452:633.15 Ficha catalográfica elaborada pela Seção Técnica de Aquisição e Tratamento da Informação – Serviço Técnico de Biblioteca e Documentação - UNESP, Câmpus de Jaboticabal. iii DADOS CURRICULARES DO AUTOR Carlos Alberto Kenji Taniguchi, nascido em 16 de dezembro de 1978, na cidade de Londrina, Paraná. Em março de 1996, iniciou o curso de graduação em Agronomia pela Universidade Estadual de Londrina, concluindo em dezembro de 2000. Bolsista de iniciação científica pelo Programa PIBIC do CNPq, na área de Solos do Instituto Agronômico do Paraná (IAPAR), pelo período de janeiro de 1999 a agosto de 2000. Em março 2001, iniciou o curso de Mestrado em Agronomia (Ciência do Solo), pela Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho” – Faculdade de Ciências Agrárias e Veterinárias – Câmpus de Jaboticabal, concluindo em junho de 2003. Bolsista pelo Programa DS da Capes, no período de março de 2001 a fevereiro de 2002. Em março 2007, iniciou o curso de Doutorado em Agronomia (Ciência do Solo) na mesma instituição. Bolsista do convênio Gelita-Funep, no período de setembro de 2007 a agosto de 2008, e bolsista pelo Programa DS da Capes, no período de setembro de 2008 a agosto de 2009. Realizou estágio de doutoramento na University of Florida e foi bolsista do Programa PDEE da CAPES, de setembro de 2009 a fevereiro de 2010. iv ��������� ����� ����� �� �� � ������� v � � � � � � � � � � � � ���� ����� ��� ������� ������� �� ����� � �� ��� ��� �� ����� ������ �� �� ���� �� � � ���� ����� �!� � � �� ��� ���� �"�� ������� �������� ��������� ��� ����� ���� ����� � #��� � � �$�� ���� �� �� � �� �� � ��� � ����% ���� ��� � ����� �� ��� � ���� � ���%� �� � ����� � vi AGRADECIMENTOS À Faculdade de Ciências Agrárias e Veterinárias, pela oportunidade concedida. À Capes, pela concessão da bolsa de estudos pelo Programa de Demanda Social (DS) e de Doutorado no País com Estágio no Exterior (PDEE, processo BEX 1181/09-2). À Gelita do Brasil, nas pessoas de Paulo Reimann e Júlio Oliveira, pelo financiamento das pesquisas. Ao Márcio Manhães e Danilo de Oliveira, da Gelita do Brasil, pela ajuda durante o projeto. Ao Silvio Panage, pelo apoio na concepção do projeto de pesquisa. Ao Prof. Dr. José Carlos Barbosa, pelo auxílio nas análises estatísticas. Ao Prof. Dr. Wanderley José de Melo, Prof. Dr. José Frederico Centurion, Prof. Dr. William Natale e Prof. Dr. Itamar Andrioli, pelas valiosas contribuições no exame geral de qualificação e na defesa da tese de doutoramento. Ao Prof. Dr. Dirceu Maximino Fernandes, da Faculdade de Ciências Agronômicas de Botucatu e ao Prof. Dr. José Ricardo Mantovani, da Universidade José do Rosário Vellano, pelas sugestões na defesa da tese de doutoramento. À Selma Guimarães Figueiredo, técnica do Laboratório de Fertilidade do Solo, pela amizade e auxílio nas análises laboratoriais. vii Aos amigos: Rita de Cássia Melo Guimarães, Isabella Mazer Guidi, Ana Flávia Gouveia de Faria e Thiago Martins dos Santos, por todos os momentos compartilhados. Aos amigos: Felipe Batistella Filho, Leonardo Mella de Godoi, Fernando Kuhnen, Thiago de Barros Sylvestre e Juan Gabriel Christoffer Lopes Ruiz, pela convivência e ajuda nos experimentos. Aos professores e funcionários da University of Florida na Range Cattle Research and Education Center, em especial à Profa. Dra. Maria Lúcia Silveira, ao Prof. Dr. João Vendramini e à técnica de laboratório Cindy Holley. À amiga Joseane Rodrigues de Souza. Aos alunos do Laboratório de Fertilidade do Solo: Geisa Lima Mesquita, Milaine Trabuco, Jose Mary Ribeiro de Oliveira, Daily Soraya Aquino Duarte, Cássia Rita Adame, Renato Yagi, Rangel Leandro Romão, Bruno Boscov Braos, Lucas Boscov Braos e Andrei Rodriguez Zardin. MUITO OBRIGADO! viii SUMÁRIO Página RESUMO …………………………………………………………………………........ x SUMMARY …………………………………………………………………….………. xi 1 INTRODUÇÃO ................................................................................................. 1 2 REVISÃO DE LITERATURA ............................................................................ 3 2.1 Resíduos gerados na produção de gelatina ............................................ 3 2.2 Efeitos dos resíduos orgânicos nos solos ............................................... 5 2.3 Mineralização e disponibilidade de nitrogênio dos resíduos orgânicos nos solos ........................................................................................................ 8 2.4 Resposta das plantas à aplicação de resíduos orgânicos ....................... 15 3 MATERIAL E MÉTODOS ................................................................................. 17 3.1 Solos e lodo biológico de indústria de gelatina ........................................ 17 3.1.1 Solos ............................................................................................. 17 3.1.2 Lodo biológico de indústria de gelatina ........................................ 18 3.2 Experimentos em laboratório ................................................................... 20 3.2.1 Mineralização do carbono e do nitrogênio orgânico do lodo biológico de indústria de gelatina .......................................................... 20 3.2.2 Nitrogênio potencialmente mineralizável do lodo biológico de indústria de gelatina .............................................................................. 25 3.3 Experimentos em casa de vegetação ...................................................... 27 3.3.1 Índice de eficiência agronômica e equivalência do lodo biológico ao adubo-padrão ................................................................................... 27 3.3.2 Produção de matéria seca de milho e lixiviação de nitrato e sódio em solos tratados com lodo biológico de indústria de gelatina .... 30 3.4 Experimentos a campo ............................................................................ 34 3.4.1 Combinação de fontes de nitrogênio na produtividade de milho safrinha .................................................................................................. 34 3.4.2 Produtividade de milho safrinha em função de doses de lodo biológico de indústria de gelatina .......................................................... 39 ix SUMÁRIO Página 4 RESULTADOS E DISCUSSÃO ………………………………………………....... 43 4.1 Experimentos em laboratório ………………………………………............. 43 4.1.1 Mineralização do carbono e do nitrogênio orgânico do lodo biológico de indústria de gelatina .......................................................... 43 4.1.2 Nitrogênio potencialmente mineralizável do lodo biológico de indústria de gelatina .............................................................................. 49 4.2 Experimentos em casa de vegetação …………………………………....... 53 4.2.1 Índice de eficiência agronômica e equivalência do lodo biológico ao adubo-padrão ................................................................................... 53 4.2.2 Produção de matéria seca de milho e lixiviação de nitrato e sódio em solos tratados com lodo biológico de indústria de gelatina .... 57 4.3 Experimentos a campo …………………………………………………........ 63 4.3.1 Combinação de fontes de nitrogênio na produtividade de milho safrinha .................................................................................................. 63 4.3.2 Produtividade de milho safrinha em função de doses de lodo biológico de indústria de gelatina .......................................................... 65 5 CONSIDERAÇÕES FINAIS ............................................................................. 72 6 CONCLUSÕES ................................................................................................ 74 7 REFERÊNCIAS ……………………………………………………………………. 75 8 APÊNDICE ....................................................................................................... 92 Apêndice 1 ..................................................................................................... 92 Apêndice 2 ..................................................................................................... 94 Apêndice 3 ..................................................................................................... 96 x MINERALIZAÇÃO DO LODO BIOLÓGICO DE INDÚSTRIA DE GELATINA, ATRIBUTOS QUÍMICOS DE SOLO E USO FERTILIZANTE PARA PRODUÇÃO DE MILHO RESUMO – Na fabricação de gelatina, são gerados resíduos que, particularmente pela concentração de N, são de interesse para uso agrícola. Os objetivos com este trabalho foram verificar o potencial do lodo biológico de indústria de gelatina (LB) em fornecer nitrogênio para plantas de milho e avaliar a resposta das plantas de milho à aplicação do LB. O LB foi fornecido pela Gelita do Brasil, unidade de Mococa (SP). Ao todo, foram conduzidos seis experimentos: dois em laboratório, dois em casa de vegetação e dois em campo. Para os experimentos em laboratório e em casa de vegetação, foram coletadas amostras de Argissolo Vermelho do local onde foram instalados os experimentos de campo, em Mococa. No laboratório e na casa de vegetação, as doses de LB avaliadas foram equivalentes a 0; 100; 200; 300; 400 e 500 m3 ha-1. Com base nesses experimentos, concluiu-se que o carbono e o nitrogênio orgânico do lodo biológico de indústria de gelatina foram rapidamente mineralizados no solo, com tempo médio de meia-vida de 8,1 e 7,8 dias, respectivamente. Os métodos de incubação aeróbia e anaeróbia foram eficientes em prever a disponibilidade de nitrogênio do lodo biológico para plantas de milho e com base no primeiro foi determinada a taxa de aplicação do LB para os experimentos em campo (85 m3 ha-1). Em um dos experimentos em campo, foram avaliadas doses equivalentes a 0,5; 1,0; 1,5 e 2,0 vezes a taxa de aplicação do LB e foi obtido aumento linear na produtividade de grãos de milho safrinha. No outro experimento em condição de campo, em que a dose de N para milho safrinha foi de 50 kg ha-1 de N, associando NH4NO3 e LB, em diferentes proporções, a produtividade não foi afetada pela fonte de N. Palavras-Chave: disponibilidade de nitrogênio, milho safrinha, mineralização, nitrato, sódio xi MINERALIZATION OF GELATIN INDUSTRY SLUDGE, SOIL CHEMICAL ATTRIBUTES AND ITS FERTILIZER USE TO MAIZE SUMMARY – In the gelatin manufacturing process many wastes are generated and particularly by their N concentrations, these wastes can be used for agricultural purpose. The objectives of this study were to evaluate the potential of gelatin industry sludge (GIS) to provide nitrogen for maize plants and to evaluate the response of maize plants to GIS application. The GIS was supplied by Gelita do Brasil, subsidiary in Mococa (Sao Paulo State, Brazil). Six experiments were carried out: two in laboratory, two in greenhouse and two under field conditions. Kandiudult samples were collected from the area where the field experiments were installed, in Mococa, and these soil samples were used in laboratory and greenhouse studies. In laboratory and greenhouse the GIS rates evaluated were equivalent to 0; 100; 200; 300; 400 and 500 m3 ha-1. Based on these experiments it was concluded that organic carbon and nitrogen from GIS were rapidly mineralized in soil, with average half-life of 8.1 and 7.8 days, respectively. Long-term aerobic and anaerobic incubations were effective in predicting the nitrogen availability from GIS to maize plants and from aerobic incubation data it was determined the GIS application rate for field experiments (85.5 m3 ha-1). In one of the field study, rates equivalents to 0.5, 1.0, 1.5 and 2.0 times the GIS application rate were evaluated and it was obtained a linear increase in the out of season maize grain yield. In another field experiment, in which the recommended N rate for out of season maize was 50 kg ha-1 N, ammonium nitrate and GIS were associated in different proportions, maize grain yield was not affected by N source. Keywords: nitrogen availability, out of season maize, mineralization, nitrate, sodium 1 INTRODUÇÃO O aumento das atividades urbanas, industriais e agropecuárias resulta em geração de resíduos na mesma proporção, e, de uma forma geral, sua destinação não ocorre de forma adequada, causando a poluição de solos e rios, e trazendo riscos à saúde. A disposição com critério desses resíduos em solos agrícolas pode trazer benefícios ao ambiente por meio da melhoria das características químicas, físicas e biológicas dos solos e de fornecimento de nutrientes às plantas. Diante da crescente geração de resíduos, a Companhia Ambiental do Estado de São Paulo (CETESB), por meio da Norma Técnica P4.230 (CETESB, 1999a), estabeleceu procedimentos para a aplicação de lodo de sistemas de tratamento biológico de despejos líquidos sanitários ou industriais. Posteriormente, para os lodos de esgotos gerados em estações de tratamento de esgoto sanitário, a Norma Técnica P4.230 foi substituída pela Resolução do Conselho Nacional do Meio Ambiente (CONAMA) nº 375, de 29 de agosto de 2006 (CONAMA, 2006). A Resolução do CONAMA não se aplica aos lodos de estação de tratamentos de efluentes de processos industriais e, assim, nesses casos, deve ser aplicada ou testada a Norma Técnica P4.230. A Norma Técnica P4.230 define critérios para o cálculo da dose de lodo de esgoto a ser aplicada, a qual é baseada na composição química do resíduo, na fração de mineralização obtida por meio de incubação aeróbia e na quantidade de N exigida pela cultura. A incubação dos resíduos orgânicos nos solos (método biológico), com duração variável, permite a previsão da disponibilidade das formas de nitrogênio às plantas a curto e a longo prazos. A incubação aeróbia é adequada, pois reflete parcialmente as condições de campo, mas apresenta como desvantagem o custo e o tempo para a 2 obtenção dos resultados. A incubação anaeróbia apresenta como vantagem a simplicidade, a facilidade de adaptação em laboratório de rotina e o curto tempo de incubação. Ainda, existe a possibilidade de emprego de métodos químicos para a quantificação da fração orgânica do N que se correlaciona ao N mineralizado e são vantajosos devido à rapidez e precisão em relação aos métodos biológicos. O entendimento da dinâmica das transformações do resíduo orgânico no solo permite a sincronização da disponibilização dos nutrientes contidos nele e a necessidade das plantas, de modo a minimizar as perdas de nitrato por lixiviação e de amônia por volatilização. A gelatina, utilizada para fins alimentícios, cosméticos, farmacêuticos e fotográficos, é produzida a partir da hidrólise controlada do colágeno de peles e ossos de animais. Do processo de fabricação da gelatina, são gerados resíduos que, devido às suas composições químicas, apresentam potencialidade para aplicação em solos agrícolas como fontes de nutrientes para as plantas, principalmente de nitrogênio, sem risco de contaminação por metais pesados. No Estado de São Paulo, para resíduos de origem industrial como a vinhaça, o lodo de curtume e o da indústria cítrica, já existem critérios e procedimentos para disposição em solos agrícolas (CETESB 1999b; 2006; 2010). Assim, os objetivos com este trabalho foram: 1) adaptar o protocolo descrito na Norma Técnica P4.230 da CETESB para lodos de esgoto na avaliação do potencial da aplicação e monitoramento do lodo biológico de indústria de gelatina em solo; 2) comparar métodos para a determinação do nitrogênio potencialmente mineralizável do lodo biológico; 3) verificar o potencial do lodo biológico em fornecer nitrogênio para as plantas de milho, e 4) avaliar a resposta das plantas de milho à aplicação do lodo biológico. 2 REVISÃO DE LITERATURA Os resíduos de origem urbana, como os compostos de lixo e lodos de esgoto, os de origem industrial, como os lodos de tratamento biológico de indústrias de processamento de alimentos, a vinhaça e o soro de leite, e os da agropecuária, como os estercos de animais e resíduos vegetais, desde que apresentem metais pesados e micro-organismos patogênicos dentro dos limites estabelecidos na legislação, podem ser utilizados como fontes de nutrientes para as plantas e para a melhoria das características químicas, físicas e biológicas dos solos. Entretanto, a utilização de resíduos orgânicos na agricultura pode ser limitada por fatores como: desbalanço de nutrientes nos resíduos em relação às necessidades das plantas; baixa concentração de nutrientes em comparação aos fertilizantes inorgânicos; variabilidade na composição química; dificuldade na previsão da disponibilidade de nutrientes às plantas, e possíveis preocupações ambientais, como a emissão de gases, odores e patógenos (WESTERMAN & BICUDO, 2005). 2.1 Resíduos gerados na produção de gelatina Uma das fontes para a produção de gelatina pelo homem, para fins alimentícios, farmacológicos e outros, é o colágeno bovino. O colágeno é uma estrutura composta de monômeros de tropocolágenos dispostos em forma de fibras entrelaçadas que se configuram em três cadeias peptídicas distintas. Para a conversão do colágeno em gelatina, as ligações de hidrogênio que estabilizam a hélice tripla são rompidas, formando cadeias peptídicas com pesos moleculares variados (OCKERMAN & HANSEN, 1994; KANAGARAJ et al., 2006). 4 A extração do colágeno pode ser feita por dois processos: em meio alcalino, quando é utilizado couro de bovinos, ou em meio ácido para couro de suínos e de ossos. No caso do couro de bovinos, as proteínas constituem de 35 a 60% da massa seca, e os lipídeos, de 10 a 35% (SIMEONOVA & DALEV, 1996). Inicialmente, as aparas e raspas de couro de bovinos são cortadas em pedaços menores, lavadas com solução de hidróxido de sódio e mantidas nessa solução alcalina por aproximadamente sete dias, em processo denominado calado. Nesta etapa, os compostos não colagênicos, como queratinas, globulinas, mucopolissacarídeos, elastinas, mucinas e albuminas são alterados para formas mais solúveis, e algumas gorduras são convertidas em compostos polares, de modo que possam ser facilmente removidos (OCKERMAN & HANSEN, 1994). Após esse período de pré-tratamento, a mistura é lavada com água fria e é adicionado ácido sulfúrico para o abaixamento do pH do meio. Em seguida, o colágeno é extraído com adição contínua de água quente, sendo que o produto de melhor qualidade (maior força do gel e claridade) é obtido na temperatura mais baixa de extração, mas o rendimento é maior em temperaturas mais elevadas (OCKERMAN & HANSEN, 1994). A purificação e a desmineralização da gelatina são feitas por meio de filtros e de resinas de troca iônica, respectivamente. Na etapa seguinte, ocorre a concentração da gelatina por meio de evaporadores de triplo efeito. Em seguida, a gelatina passa por extrusora, túneis de secagem, moinho e peneira e, por fim, a gelatina é armazenada em big-bags. No processo de produção de gelatina, os resíduos gerados no pré-tratamento da matéria-prima, na extração e na purificação do colágeno, passam, inicialmente, por gradeamento para a retirada de materiais sólidos, e estes são submetidos à compostagem. O resíduo líquido segue para lagoa de equalização, onde o pH do meio é ajustado a 11 por meio de adição de hidróxido de cálcio. Em seguida, o resíduo passa para sistema de decantação por ar dissolvido, e a suspensão é separada, constituindo o lodo primário. Para a diminuição da carga orgânica, o decantado é digerido inicialmente em condições de anaerobiose em biodigestor e, depois, em lagoa aeróbia. O resíduo proveniente da lagoa passa novamente por sistema de decantação, e o sobrenadante é 5 devolvido à lagoa aeróbia, e o decantado, denominado lodo secundário ou biológico, é descartado em solo. Dentre as indústrias de gelatina existentes no mundo, o Grupo Gelita é o principal produtor, com 80.000 toneladas produzidas por ano (GELITA, 2010). No Brasil, a unidade localizada em Mococa (SP) processa diariamente cerca de 100 toneladas de raspas e aparas de couro de bovinos, produzindo 14 t de gelatina e cerca de 80 m3 de lodo primário e de 600 m3 do secundário. O lodo primário apresenta cerca de 95% de umidade, reação alcalina (pH = 12,5) e teores de N-total, Ca e Na, na base seca, equivalentes a 30; 135 e 16 g kg-1, respectivamente (ARAÚJO, 2006). O lodo secundário ou biológico apresenta de 98 a 99% de umidade, reação alcalina (pH = 8,3) e teores de N-total, Ca e Na, na base seca, iguais a 68; 100 e 41 g kg-1, respectivamente (GUIMARÃES, 2009). 2.2 Efeitos dos resíduos orgânicos nos solos Diversos autores relatam a melhoria dos atributos químicos dos solos com a aplicação de resíduos de origem urbana, industrial e da agropecuária (ERDEM & OK, 2002; DOUGLAS et al., 2003; FONSECA et al., 2005a, 2005b, 2007; NARAMABUYE & HAYNES, 2007; ODLARE et al., 2008; TRANNIN et al., 2008; IYYEMPERUMAL et al., 2008). A composição química dos resíduos orgânicos varia com a origem, o grau de processamento, a espécie animal ou vegetal, etc. (SILVA, 2008). Assim, a aplicação dos resíduos orgânicos, sem considerar sua composição química e sem a utilização de critérios para a definição da dose, pode resultar em acúmulo de metais pesados (TRANNIN et al., 2005; BAHMANYAR, 2008; KIZILOGLU et al., 2008; ODLARE et al., 2008), a salinização, a sodificação dos solos a longo prazo e a contaminação de águas subterrâneas pelo N-NO3 -. A utilização de resíduos orgânicos com alta concentração de sais e em grande quantidade pode resultar na salinização dos solos. De acordo com BOHNEN et al. (2000), os solos afetados por sais podem ser classificados como salinos (alta concentração de sais solúveis), sódicos (alta concentração de sódio trocável) e 6 salino-sódicos (alta concentração de sais e de sódio trocável). Diante do risco de salinização e/ou sodificação dos solos agrícolas com a aplicação de lodo de curtume, a Companhia Ambiental do Estado de São Paulo – CETESB, por meio da Norma P4.233 (CETESB, 1999b), estabeleceu limite máximo de aplicação anual de 400 kg ha-1 de Na para solos arenosos e silto-arenosos, e 1000 kg ha-1 de Na para solos orgânicos, siltosos, silto-argilosos e argilosos. AQUINO NETO & CAMARGO (2000) verificaram que a diminuição no desenvolvimento de plantas de alface estava associada com condutividade elétrica no solo igual ou superior a 1,7 mS cm-1 resultante do incremento do teor de sódio via lodo de curtume. EVANS et al. (1977) observaram aumento na condutividade elétrica de 0,2 para 6,5 mS cm-1, na camada de solo de 0 a 20 cm, com a reaplicação de 636 m3 ha-1 de esterco líquido de bovinos, causando a murcha de plantas de milho (Zea mays L.). Com a aplicação de efluente de tratamento de esgoto em doses até duas vezes a necessidade de água pela cultura da cana-de-açúcar, LEAL et al. (2009) observaram, em relação ao tratamento-testemunha, aumentos nos teores de Na até a profundidade de 1 m em um Latossolo Vermelho Distrófico típico. TRANNIN et al. (2008) observaram que a aplicação por dois anos consecutivos de biossólido de indústria de fibras e resinas PET, em doses de até 24 t ha-1 (base seca), promoveu aumento no teor de Na nas camadas de 0 a 20; 20 a 40 e 40 a 60 cm de 5; 17 e 24 vezes, respectivamente, em relação ao tratamento com adubação mineral. TEIXEIRA et al. (2005) também relataram que a aplicação de dose de lodo de estação de tratamento de água equivalente a 200 mg kg-1 de N resultou em aumento no teor de Na e na condutividade elétrica de um Latossolo Vermelho-Amarelo álico, degradado pela atividade de mineração. A lixiviação do N-NO3 - é outro motivo de preocupação com a aplicação de resíduos orgânicos. A aplicação anual de dejetos líquidos de bovinos, quando comparada à ureia, em doses variando de 154 a 208 kg ha-1 de N-disponível, não resultou em aumento nos teores de N-NO3 - na água subsuperficial (RANDALL et al., 2000). Em quatro anos de condução de experimento, MATSI et al. (2003) verificaram que a aplicação anual de 120 kg ha-1 de N na forma de esterco líquido de bovinos ou de fertilizante mineral resultou em valores semelhantes de N-NO3 - na camada de 0 a 30 cm 7 de profundidade. Por outro lado, LEAL et al. (2010) observaram que o incremento de doses de efluente de tratamento de esgoto resultou em aumento do teor de N-NO3 - na solução de um Latossolo Vermelho Distrófico típico, até a profundidade de 3 m, indicando a potencialidade do resíduo na contaminação do lençol freático. TRANNIN et al. (2008) também verificaram aumento no teor de N-NO3 - até a profundidade de 60 cm com a aplicação de doses de até 24 t ha-1 de biossólido industrial. Para lodo de esgoto, doses maiores que 33 t ha-1 resultaram em aumento do teor de N-NO3 - na solução de um Latossolo Amarelo Distrófico, ocasionando riscos de poluição das águas subterrâneas com esse ânion (OLIVEIRA et al., 2001). Com relação aos resíduos da indústria de gelatina, alguns pesquisadores avaliaram o potencial de uso desses resíduos na melhoria dos atributos químicos de solos agrícolas, inclusive como fornecedores de nutrientes para as plantas. A aplicação superficial de 120 t ha-1 (base úmida) de lodo primário de indústria de gelatina resultou, em comparação ao tratamento-testemunha, aumento de 1,2 unidade de pH e de 10 mg dm-3 de P de um Latossolo Vermelho Distrófico (ARAÚJO et al., 2005). Os autores observaram, ainda, aumentos nos teores de Na tanto na camada de 0 a 1 quanto na de 1 a 5 cm de profundidade, mas, mesmo com a maior dose de lodo (120 t ha-1), a saturação por sódio ficou abaixo do limite mínimo para a classificação do solo como afetado por sais. Em experimento de incubação em laboratório, GUIMARÃES (2009) não observou aumento no teor de matéria orgânica, mas verificou aumento no valor de pH, na CTC efetiva, nos teores de P, Ca, Mg, Na e N-inorgânico, e diminuição nos teores de Al e H+Al de solos com textura arenosa, média e argilosa, com a aplicação de doses de até 500 m3 ha-1 de lodo biológico de indústria de gelatina. A maior quantidade de carbono mineralizado em relação à adicionada mostrou a ocorrência de efeito “priming”, enquanto a fração de mineralização do nitrogênio superior a 74% indicou a rápida disponibilização do N do lodo biológico de indústria de gelatina. ARAÚJO (2006), em experimento de casa de vegetação, avaliou a aplicação de 0; 30; 60; 90 e 120 t ha-1 de lodo primário de indústria de gelatina, antes da semeadura e depois do primeiro e do segundo cortes de capim-tanzânia (Panicum maximum). As 8 doses de lodo aumentaram significativamente o pH, os teores de Ca e Na, e a condutividade elétrica do solo, mas a resposta do capim à aplicação do lodo primário só foi verificada no terceiro corte. SILVEIRA et al. (2005) observaram que a aplicação de 1.000 m3 ha-1 de lodo tratado de indústria de gelatina em Argissolo Vermelho Distrófico proporcionou produção de matéria seca e teores de N, P e Ca na parte aérea de aveia (Avena sativa) semelhante ao do tratamento com NPK e calcário. SILVA et al. (2008) observaram maior produção de grãos de trigo (Triticum aestivum) com aplicação de 25 t ha-1 de composto orgânico (à base de torta de filtro e de resíduo da indústria de gelatina, na proporção de 80 e 20%, respectivamente) associado à adubação mineral (250 kg ha-1 da fórmula 10-20-20) do que com a aplicação isolada dos fertilizantes. Contudo, no segundo ano de experimentação, não verificaram diferenças na produção de grãos de trigo com a aplicação de 75 t ha-1 de composto orgânico, isoladamente ou associado ao adubo mineral. 2.3 Mineralização e disponibilidade de nitrogênio dos resíduos orgânicos nos solos A mineralização consiste na transformação de cerca de 70 a 80% da matéria orgânica em moléculas simples, como CO2 e H2O, permanecendo no solo pequena fração de compostos fenólicos solúveis e compostos lignificados parcialmente transformados (GUERRA et al., 2008). A relação C/N é um parâmetro empregado para a avaliação da qualidade e da dinâmica dos resíduos orgânicos aplicados ao solo. De acordo com CABRERA et al. (2005), essa relação baseia-se na premissa de que, na assimilação do carbono, o nitrogênio deve ser assimilado em quantidade determinada pela relação C/N da biomassa microbiana. Se a quantidade de nitrogênio no resíduo orgânico é maior que a quantidade requerida pela biomassa microbiana, a mineralização ocorre e há a liberação de nitrogênio inorgânico, enquanto, se a quantidade de nitrogênio nos resíduos for menor do que a requerida pela biomassa microbiana, haverá a imobilização do nitrogênio. A diminuição na atividade dos micro-organismos e na velocidade de 9 degradação do substrato ocorre na medida em que a relação C/N se aproxima de 10 a 12, valor próximo do da matéria orgânica estável do solo (CANTARELLA, 2007). A existência de uma faixa para a relação C/N ao invés de um valor para o ponto de equilíbrio está relacionada com a variação da relação C/N da biomassa microbiana decompositora, bem como a existência de componentes orgânicos com diferença na suscetibilidade à decomposição. Assim, resíduos orgânicos com relações C/N similares podem ser mineralizados em diferentes proporções devido às diferenças na composição química (CABRERA et al., 2005). O conhecimento da dinâmica da mineralização dos resíduos orgânicos é importante para prever a disponibilidade de nutrientes a curto e a longo prazos, e evitar acúmulo de nitrogênio no solo que pode ficar sujeito às perdas por lixiviação do nitrato e por desnitrificação (CHADWICK et al., 2000). Perdas por lixiviação do NO3 -, volatilização da NH3 e desnitrificação podem chegar a 35; 17 e 2%, respectivamente, do N aplicado na forma de dejetos de suínos de lagoa anaeróbia e em doses variando de 40 a 130 kg ha-1 de N (WHALEN & DE BERARDINIS, 2007). A maior parte do N nos resíduos de origem urbana, industrial e da agropecuária encontra-se na forma orgânica e pode subdividir-se essa fração em compartimento facilmente mineralizável, tornando-se disponível para a absorção pelas plantas no ano de aplicação, e compartimento mais resistente, com taxa de mineralização próxima da matéria orgânica nativa do solo (HAWKE & SUMMERS, 2006). A quantidade de nitrogênio do solo mineralizada, em um dado período, depende da temperatura, disponibilidade de água, oxigênio, pH, quantidade e composição do resíduo e teores de outros nutrientes (STANFORD & SMITH, 1972). O nitrogênio orgânico é mineralizado de acordo com um dos quatro padrões: 1) imobilização do nitrogênio durante o período inicial de incubação, seguido de mineralização; 2) decréscimo da taxa de mineralização com o tempo; 3) mineralização linear e constante durante todo o período de incubação, e 4) mineralização inicial rápida, seguida de uma fase linear, mas mais lenta (CHAE & TABATABAI, 1986). A imobilização do N inorgânico em formas orgânicas pode ser desejável como forma de diminuição das possíveis perdas desse nutriente por meio da lixiviação e 10 desnitrificação; no entanto, a quantidade imobilizada pelos micro-organismos deve ser baixa, para que esse processo não diminua o N inorgânico do solo a valores que causem prejuízos ao crescimento das plantas (SHI et al., 2004). A definição da quantidade de resíduo orgânico a ser aplicada pode ser baseada no teor de N-total, como verificado em diversos trabalhos (BEAUCHAMP, 1983, 1986; BURNS et al., 1985, 1990; ZEBARTH et al., 1996; DOUGLAS et al., 2003; MATSI et al., 2003; LORIA & SAWYER, 2005; LORIA et al., 2007) ou com base na quantidade total de N-NH4 + e parte do N-orgânico (MOTAVALLI et al., 1989; RANDALL et al., 2000). Em ambos os casos, assume-se que as formas orgânicas contribuirão para a disponibilidade de nitrogênio inorgânico no solo. Entretanto, a previsão da disponibilidade de N dos resíduos orgânicos é complexa, uma vez que é influenciada pelas propriedades físico-químicas do material orgânico adicionado, por fatores abióticos como pH, temperatura, água e teor de argila do solo, e por características da microflora do solo envolvida no processo de decomposição, como a biomassa, a estrutura da comunidade e a atividade microbiana atual (NETT et al., 2010). Em 1999, a Companhia Ambiental do Estado de São Paulo (CETESB), por meio da Norma Técnica P4.230 (CETESB, 1999a), estabeleceu procedimentos para a aplicação de lodo de sistemas de tratamento biológico de esgoto sanitário e industrial em áreas agrícolas. Posteriormente, para os lodos de esgotos gerados em estações de tratamento de esgoto sanitário, a Norma Técnica da CETESB foi substituída pela Resolução do Conselho Nacional do Meio Ambiente (CONAMA) nº 375, de 29 de agosto de 2006 (CONAMA, 2006). Tanto na norma técnica estabelecida pela CETESB (1999a) quanto na Resolução do CONAMA (2006), o cálculo da dose de lodo a ser aplicada nos solos agrícolas é feito considerando o N requerido pela cultura e a quantidade de N disponível no lodo: )tkg(dispN )hakg(orecomendadN aplicaçãodeTaxa 1 1 − − = Em que: 11 N recomendado = é a quantidade de nitrogênio recomendada para a cultura (kg ha-1), segundo a recomendação agronômica oficial do estado; N disp = é o teor de nitrogênio disponível no lodo de esgoto ou produto derivado (t ha-1), calculado de acordo com a fórmula: a) para aplicação superficial: ( ) 2333 NONONHNHKj NN)N(5,0NN 100 FM dispN ++×+−×� � � � � � = b) para aplicação subsuperficial: ( ) 2333 NONONHNHKj NN)N(NN 100 FM dispN +++−×� � � � � � = Em que: FM = fração de mineralização do nitrogênio (%); NKj = nitrogênio Kjeldahl (mg kg-1); NNH3 = nitrogênio amoniacal (mg kg-1); NNO3 = nitrogênio na forma de nitrato (mg kg-1), e NNO2 = nitrogênio na forma de nitrito (mg kg-1). A fração de mineralização (FM) do nitrogênio é a proporção do nitrogênio total nos lodos de esgoto ou produtos derivados que foi convertida às formas inorgânicas de nitrogênio em determinado período. Conforme a Resolução do CONAMA (2006) devem-se utilizar os valores de FM de 40; 30; 20 e 10% para lodos de esgoto não digerido, digerido aerobicamente, anaerobicamente e compostados, respectivamente. Esses valores, bem como a fórmula de cálculo da taxa de aplicação, são adotados pela United States Environmental Protection Agency (USEPA, 1995). De acordo com SMITH et al. (1998), biossólidos líquidos digeridos e não digeridos de lagoa de estabilização têm maior potencial de acúmulo de N-NO3 -, pois apresentam alto teor de N-NH4 +. Conforme esses autores, biossólidos não digeridos e parcialmente desidratados apresentam alta quantidade de carbono e podem provocar a imobilização inicial do N mineral do solo, seguida de acúmulo de N-NO3 - com a metabolização do carbono 12 adicionado pela biomassa microbiana. Biossólidos digeridos e secos são resistentes à mineralização e à formação de N-NO3 -. A utilização de fatores constantes de FM, conforme estabelecido pela Resolução do CONAMA (2006), sem considerar a composição química, o tratamento e o grau de estabilização do lodo, o tipo de solo e o clima do local, a estimativa da mineralização do nitrogênio orgânico torna-se pouco confiável (GILMOUR & CLARK, 1988; GILMOUR & SKINNER, 1999). A forma de aplicação, o tempo que permanece na superfície do solo antes da incorporação e o pH do lodo influenciam no potencial de perdas por volatilização da amônia. Para quantificar estas possíveis perdas, a USEPA (1995) sugeriu a utilização de fator de correção no teor de N-NH4 +, conforme o tipo e o método utilizado para a aplicação do lodo: 0,5 para lodos líquidos ou desidratados e aplicados na superfície do solo, e 1,0 para líquidos e aplicados em subsuperfície. No cálculo da dose de lodo a ser aplicada, a USEPA (1995) também considera o efeito residual das aplicações de anos anteriores por meio de uso de série de decaimento, sugerindo que a maior parte do N orgânico em lodos é convertida às formas inorgânicas no primeiro ano de aplicação ao solo, e a quantidade diminui a cada ano até a estabilização ao redor de 3%, que é a taxa observada para as frações de N orgânico estáveis nos solos. Uma vez alcançada essa porcentagem, nenhuma contribuição ao N disponível no lodo é considerada na recomendação da adubação nitrogenada. Os métodos de avaliação da mineralização do nitrogênio orgânico envolvem a quantificação das formas inorgânicas produzidas por meio de incubação do solo em condições de aerobiose ou anaerobiose com duração variável, e esses métodos não são simples ou suficientemente rápidos para uso em laboratório de análises de solos (SAFARZADEH et al., 2010). A Norma Técnica P4.230 (CETESB, 1999a) sugere a determinação da mineralização do nitrogênio orgânico por meio de um dos dois procedimentos: incubação aeróbia do lodo com solo com lixiviação ou incubação aeróbia do lodo com solo sem lixiviação. No primeiro procedimento, baseado em STANFORD & SMITH 13 (1972), o lodo é misturado ao solo, colocado em tubo de percolação de vidro e incubado em BOD, com temperatura controlada a 25-28ºC. Após 0; 7; 14; 28; 42; 56; 70; 84; 98; 112 e 126 dias de incubação, é feita a lixiviação da mistura solo-lodo com solução de KCl 0,01 mol L-1 e são determinados os teores de N-NH4 + e de N-NO3 - presentes no lixiviado, por meio de destilação a vapor e quantificação por titulometria. Na incubação sem lixiviação, a mistura de solo e lodo é incubada em recipiente de plástico ou de vidro. A cada tempo de incubação (0; 7; 14; 28; 42; 56; 70; 84; 98; 112 e 126 dias), o solo é homogeneizado e é feita a extração com solução de KCl, destilação e titulação para a determinação do N-inorgânico (N-NH4 + e de N-NO3 -). LEMOS et al. (1988) verificaram que o N-orgânico nativo do solo, que foi mineralizado na incubação aeróbia com lixiviação, correlacionou-se melhor com o N absorvido por plantas de milheto (r = 0,82**) do que quando a incubação foi feita sem lixiviação (r = 0,52**). KUHNEN (2010) comparou os métodos de incubação aeróbia com lixiviação e sem lixiviação para a determinação da mineralização do nitrogênio de amostras de solos que receberam soro ácido de leite. O autor verificou que tanto o nitrogênio potencialmente mineralizável (N0), obtido pelo método de incubação aeróbia com lixiviação, quanto o obtido sem a lixiviação da amostra de solo foram altamente correlacionados à quantidade absorvida de N por plantas de milho (Zea mays). CORDOVIL et al. (2007a) encontraram correlação entre o N0 de seis resíduos orgânicos (composto de lixo, lodo secundário de fábrica de celulose, farinha de chifres, esterco de frangos e dejetos sólidos e estercos de suínos compostados), obtidos por meio de incubação aeróbia e a quantidade de N absorvida por plantas de trigo e azevém (Lolium perenne). Os métodos de incubação aeróbia, conduzidos sob condições controladas, são adequados porque refletem, pelo menos parcialmente, as condições de campo. No entanto, os 126 dias de incubação aeróbia preconizados pela CETESB (1999a) aumentam o custo para a sua realização e o tempo para a obtenção dos resultados. Fatores como a dificuldade de manutenção da umidade ótima durante a incubação e a necessidade de determinação tanto do N-NH4 + quanto do N-NO3 - também são desvantajosos (DRINKWATER et al., 1996). 14 O método de incubação anaeróbia proposto por KEENEY & BREMNER (1966) baseia-se na estimativa do N-NH4 + produzido durante sete dias de imersão de solo em água. A simplicidade, a facilidade de adaptação em laboratório de rotina e o curto tempo de incubação são suas principais vantagens (KEENEY, 1982). Conforme KEENEY & BREMNER (1966), a determinação da disponibilidade de nitrogênio em solos pode ser feita tanto por meio de incubação aeróbia quanto por incubação anaeróbia, uma vez que os dois métodos se correlacionaram com o nitrogênio absorvido por plantas de azevém (r = 0,83*** e r = 0,79***, respectivamente). Além de métodos biológicos, há a possibilidade de emprego de métodos químicos para a quantificação da fração orgânica do N, que é correlacionada com o N mineralizado (SAFARZADEH et al., 2010). O emprego de métodos químicos é vantajoso devido à rapidez e precisão em relação aos métodos biológicos. Diversos autores avaliaram métodos químicos para a determinação do nitrogênio disponível (KEENEY & BREMNER, 1966; GIANELLO & BREMNER, 1988), no entanto, esses estudos são baseados na mineralização do nitrogênio nativo do solo, sem a aplicação de resíduos orgânicos aos solos. CORDOVIL et al. (2007b) avaliaram métodos químicos para determinar o nitrogênio potencialmente mineralizável (N0) de seis resíduos orgânicos e concluíram que a utilização de solução de CaCl2 0,01 mol L-1 sob refluxo, seguida de digestão com solução de K2SO4 100 g L-1 e com H2SO4 concentrado, foi a que apresentou melhor correlação com o N0 obtido com a incubação aeróbia (r = 0,84). Entretanto, os métodos químicos são sujeitos a críticas por não simularem o processo microbiano responsável pela mineralização do N no solo e não liberarem seletivamente as frações do N que se tornam disponíveis ao crescimento das plantas pela ação dos micro-organismos do solo (KEENEY & BREMNER, 1966). MULVANEY et al. (2001) observaram que a maior quantidade de N inorgânico no solo foi associada à diminuição da concentração de N-aminoaçúcares, indicando a contribuição dessa forma no processo de mineralização do N orgânico. Nesse sentido, KHAN et al. (2001) desenvolveram um método químico para a determinação de N- aminoaçúcares em solos por meio da difusão. Nesse método, comumente denominado “Illinois Soil Nitrogen Test” (ISNT), uma placa de petri contendo mistura de H3BO3 + 15 indicadores é posicionada em um suporte no interior de um recipiente fechado (Mason jar). Em seguida, adicionam-se o solo e a solução de NaOH, e é feito o aquecimento do recipiente. O N-NH3 liberado é captado pela solução de H3BO3 + indicadores e, em seguida, é feita a quantificação por meio de titulação (KHAN et al., 2001). KLAPWYK et al. (2006) obtiveram alta correlação entre o valor de ISNT e o N residual de aplicações sucessivas de esterco bovino compostado e esterco bovino líquido, indicando a eficiência desse método para a determinação do N potencialmente disponível em solos que receberam esses resíduos orgânicos. 2.4 Resposta das plantas à aplicação de resíduos orgânicos Os resíduos orgânicos vêm sendo utilizados na agricultura para correção de atributos químicos dos solos e como fonte de nutrientes para as plantas, principalmente de nitrogênio. BURNS et al. (1985) conduziram experimento a campo com a aplicação de doses de efluente de lagoa anaeróbia de dejetos de suínos em capim-bermuda (Cynodon dactylon), em quantidades equivalentes à aplicação de 335; 670 e 1.340 kg ha-1 de N por ano, por sete anos consecutivos. Os autores relataram aumentos médios de 31 e 46% na produção de matéria seca de capim-bermuda com a aplicação de 670 e 1.340 kg ha-1 de N por ano, respectivamente, deste resíduo orgânico, em comparação à dose de 335 kg ha-1 de N. LIU et al. (1997) avaliaram a aplicação de 560; 1.120 e 2.240 kg ha-1 de N por ano na forma de efluente de lagoa de dejetos de suínos na produção de matéria seca de capim-bermuda e azevém. A dose de 560 kg ha-1 de N na forma deste resíduo orgânico resultou em produção de matéria seca semelhante à dose de 560 kg ha-1 de N na forma de NH4NO3. ADELI & VARCO (2001) compararam a aplicação de doses de N na forma de efluente de lagoa anaeróbia de dejetos de suínos e de NH4NO3 na produção de matéria seca dos capins Digitaria sp., Setaria sp., Cynodon dactylon e Sorghum halepense. Os autores não encontraram diferenças na produção de matéria seca das gramíneas 16 forrageiras com a aplicação de quantidades equivalentes de N na forma de efluente de lagoa anaeróbia de dejetos de suínos e de NH4NO3. DOUGLAS et al. (2003) avaliaram a aplicação de resíduo da destilação do uísque, rúmen bovino, soro ácido de leite, de composto orgânico à base de restos de vegetais e lodo da indústria de papel, em dose equivalente ao fornecimento de 250 kg ha-1 de N, na produção de matéria seca de azevém (Lolium multiflorum). Considerando a média de três anos de condução do experimento, a aplicação do resíduo de destilação de uísque e de rúmen bovino proporcionou aumento de 8% na produção de matéria seca de azevém em relação ao tratamento com o fertilizante mineral (NH4NO3). Com aplicação de soro ácido de leite, de composto orgânico à base de restos vegetais e do lodo da indústria de papel, a produção de matéria seca de azevém foi, respectivamente, 16; 6 e 43% menor que no tratamento com nitrogênio na forma mineral. TRANNIN et al. (2005) avaliaram a produção de grãos de milho com a aplicação de até 24 t ha-1 de biossólido de indústria de fibras e resinas PET (base seca) em Cambissolo Distrófico. A máxima produção de grãos foi obtida com 22 e 23 t ha-1 de biossólido industrial, para o primeiro e segundo anos de aplicação, respectivamente. Os autores observaram que a aplicação de 10 t ha-1 de biossólido industrial, complementada com K2O e cerca de 70% do fertilizante fosfatado, foi suficiente para obter a produção semelhante à adubação mineral (400 kg ha-1 da fórmula 4-30-16 + Zn na semeadura e cobertura com 135 e 80 kg ha-1 de N e K2O, respectivamente). LORIA et al. (2007) avaliaram a aplicação anual de N na forma de esterco fresco de suínos, de esterco de suínos digerido anaerobiamente e de NH4NO3, na produção de grãos de milho. Em três anos de avaliação, os autores observaram que os estercos de suínos foram equivalentes no fornecimento de N para as plantas de milho. A produção de grãos de milho com os estercos de suínos foi equivalente a 100; 44 e 60% da obtida com NH4NO3, para o primeiro, segundo e terceiro anos de avaliação, respectivamente. 3 MATERIAL E MÉTODOS O potencial de uso do lodo biológico de indústria de gelatina no fornecimento de nutrientes para as plantas e o seu impacto na qualidade do solo foram avaliados por meio de experimentos em laboratório, em casa de vegetação e a campo. O lodo biológico de indústria de gelatina (LB) foi fornecido pela Gelita do Brasil, unidade de Mococa (SP). Nos experimentos em laboratório e em casa de vegetação, foram utilizadas amostras de dois Argissolos Vermelhos coletados no município de Mococa (SP), um de textura média e outro de textura argilosa. 3.1 Solos e lodo biológico de indústria de gelatina 3.1.1 Solos Com o auxílio de retroescavadeira, foram coletados volumes de solos equivalentes a 140; 110 e 110 dm3, nas profundidades de 0 a 20; 20 a 40 e 40 a 60 cm, respectivamente. As amostras de solos foram colocadas em sacos de polipropileno trançado, identificadas e levadas ao Laboratório de Fertilidade do Solo da FCAV/UNESP. Em seguida, as amostras de solos foram espalhadas em pedaço de plástico para secagem em temperatura ambiente. Após a secagem, as amostras de solos foram destorroadas, passadas em peneira com 4 mm de abertura de malha e homogeneizadas, e uma subamostra foi coletada para caracterização química e granulométrica, segundo RAIJ et al. (2001) e CAMARGO et al. (1986), respectivamente (Tabelas 1 e 2). 18 Tabela 1. Atributos químicos dos Argissolos empregados nos experimentos. Textura Prof. P-resina MO pH CaCl2 K+ Ca2+ Mg2+ H+Al SB CTC V cm mg dm-3 g dm-3 --------------------- mmolc dm-3 ------------------- % Média 0-20 11 39 4,8 1,8 23 9 38 34 72 47 20-40 5 20 4,5 0,7 10 6 34 17 51 33 40-60 2 14 4,5 0,7 9 5 31 15 46 32 Argilosa 0-20 7 23 5,3 1,0 18 9 22 28 50 56 20-40 2 16 4,7 0,8 8 6 28 15 43 35 40-60 2 13 5,1 0,6 8 5 20 14 34 40 Tabela 2. Outros atributos químicos e de granulometria dos Argissolos empregados nos experimentos. Textura Prof. Al3+ S-SO4 2- B Cu Fe Mn Zn Argila Silte Areia total cm mmolc dm-3 -------------------- mg dm-3 ------------------- --------- g kg-1 --------- Média 0-20 1 6 0,47 1,2 148 28,3 1,6 230 170 600 20-40 3 8 0,32 0,8 61 13,0 0,3 230 150 620 40-60 4 4 0,24 0,6 23 3,2 0,1 320 150 530 Argilosa 0-20 0 21 0,10 1,4 18 3,4 0,6 350 110 540 20-40 2 67 0,08 1,0 13 1,3 0,2 450 110 440 40-60 0 37 0,04 0,7 8 1,0 0,1 460 100 440 3.1.2. Lodo biológico de indústria de gelatina Os lodos biológicos, utilizados nos experimentos de laboratório e de casa de vegetação, foram amostrados segundo o método estabelecido na norma NBR 10.007 (ABNT, 2004) e depois enviados ao Laboratório de Fertilidade do Solo da FCAV/UNESP, no mesmo dia da coleta. No laboratório, o lodo biológico foi mantido sob refrigeração até o momento de utilização. Todas as determinações para a caracterização química dos lodos biológicos foram feitas nas amostras in natura. 19 A determinação do valor de pH e da condutividade elétrica foi feita por meio de leitura direta no sobrenadante do lodo biológico. Para a determinação do N-inorgânico, em um tubo de digestão, foram colocados 10 mL do lodo biológico e 20 mL de água desionizada. Na destilação, adicionaram-se MgO e liga de Devarda, para a obtenção do N-NH4 + e do N-NO3 -, respectivamente. Em seguida, foi feita a titulação do destilado com solução padronizada de H2SO4 (CANTARELLA & TRIVELIN, 2001). Para a determinação do teor de N-total, foi utilizada digestão sulfúrica em bloco digestor em 5 mL de lodo biológico e destilação em meio alcalino, em destilador de Kjeldahl, conforme descrito em TEDESCO (1985), e titulação com solução padronizada de H2SO4. O N-orgânico foi obtido pela diferença entre os teores de N-total e de N-NH4 +. Na determinação do carbono orgânico, foram usados 50 mL do lodo biológico, que foram submetidos à oxidação úmida com K2Cr2O7 e titulação com solução de sulfato ferroso amoniacal, conforme a metodologia descrita em BRASIL (2007). Os teores totais de P, K, Ca, Mg, S e Na foram determinados após digestão nitroperclórica de 10 mL de lodo biológico, conforme procedimentos descritos em CARMO et al. (2000). Para a determinação da umidade, para cápsula de porcelana previamente tarada, foram transferidos aproximadamente 100 mL do lodo biológico, obtido o peso da cápsula + amostra úmida, e evaporado em banho-maria a ± 65°C até a secagem da amostra e obtenção de peso constante. O cálculo da umidade foi feito considerando a peso inicial do lodo (amostra úmida) e o peso final (amostra seca), com o resultado expresso em porcentagem. Os resultados da caracterização dos lodos biológicos utilizados nos experimentos em laboratório e em casa de vegetação estão apresentados na Tabela 3. 20 Tabela 3. Caracterização dos lodos biológicos de indústria de gelatina (LB) empregados nos experimentos em laboratório e em casa de vegetação. Características LB11 LB2 LB3 LB4 pH 8,0 ± 0,03* 8,2 ± 0,04 8,1 ± 0,02 8,2 ± 0,02 CE, mS cm-1 ** 4,11 ± 0,01 4,63 ± 0,04 4,80 ± 0,05 4,32 ± 0,03 Umidade, % 98,52 ± 0,05 98,90 ± 0,10 98,40 ± 0,05 98,99 ± 0,05 N-total, g kg-1 *** 66,41 ± 1,19 67,92 ± 0,22 75,54 ± 0,77 74,39 ± 2,04 N-NH4 +, g kg-1 *** 13,25 ± 0,09 15,92 ± 0,52 20,93 ± 0,09 23,59 ± 0,67 N-NO3 -, g kg-1 *** 0,27 ± 0,05 0,11 ± 0,02 0,66 ± 0,12 0,58 ± 0,12 N-orgânico, g kg-1 *** 53,16 ± 1,18 52,00 ± 0,64 54,61 ± 0,38 50,80 ± 0,15 C-orgânico, g kg-1 *** 143,48 ± 2,81 128,82 ± 1,42 201,81 ± 5,34 131,23 ± 4,52 Relação C/N 2,2 1,9 2,7 1,8 P-total, g kg-1 *** 1,73 ± 0,26 2,32 ± 0,15 5,33 ± 0,15 4,95 ± 0,29 K-total, g kg-1 *** 2,28 ± 0,27 1,13 ± 0,04 1,56 ± 0,04 2,03 ± 0,04 Ca-total, g kg-1 *** 108,80 ± 13,16 72,65 ± 1,35 106,99 ± 2,54 97,90 ± 2,78 Mg-total, g kg-1 *** 1,80 ± 0,21 1,34 ± 0,05 1,91 ± 0,04 3,57 ± 0,05 S-total, g kg-1 *** n.d.**** n.d. 1,59 ± 0,16 1,83 ± 0,21 Na-total, g kg-1 *** 37,50 ± 0,46 59,58 ± 4,21 35,31 ± 0,65 57,34 ± 0,71 1 LB1: lodo biológico utilizado no experimento de mineralização do carbono; LB2: lodo biológico utilizado no experimento de mineralização do nitrogênio; LB3: lodo biológico utilizado no experimento de determinação do índice de eficiência agronômica e equivalência do lodo biológico ao adubo padrão; e LB4: lodo biológico utilizado no experimento de produção de matéria seca de milho e lixiviação de nitrato e sódio em solos tratados com lodo biológico de indústria de gelatina. * Média seguida do desvio padrão das amostras; ** CE: condutividade elétrica; *** Resultados expressos na base seca. **** n.d.: não determinado. 3.2 Experimentos em laboratório 3.2.1 Mineralização do carbono e do nitrogênio orgânico do lodo biológico de indústria de gelatina Os experimentos de mineralização de carbono e de nitrogênio orgânico foram conduzidos separadamente e em condições de laboratório, com Argissolo Vermelho de textura média coletado na camada de 0 a 20 cm, cujos atributos químicos e de granulometria estão apresentados nas Tabelas 1 e 2. 21 De forma a atender à Norma Técnica P4.230 da CETESB (CETESB, 1999a), antecedendo os estudos de mineralização, foram conduzidos dois experimentos simultaneamente: um para determinar o efeito de doses do lodo biológico no pH do solo e outro para obter uma curva de neutralização associando doses de lodo biológico e de carbonato de cálcio. No primeiro, 200 cm3 de solo foram colocados em pedaço de plástico e misturados com doses de lodo biológico equivalentes a 0; 100; 200; 300; 400 e 500 m3 ha-1, com três repetições, fazendo complementação com água desionizada em quantidade suficiente para que todos os tratamentos atingissem 70% da capacidade de retenção de água. A quantidade de lodo biológico foi calculada considerando a incorporação do resíduo em volume de solo da camada de 0 a 20 cm de profundidade. Em seguida, as misturas foram transferidas para recipientes de plástico com capacidade para 250 cm3. Cada recipiente de plástico foi colocado em balança, e o peso foi anotado. Os recipientes foram mantidos no laboratório em temperatura ambiente. A cada sete dias, a umidade do solo foi corrigida com base no peso anterior dos recipientes, com adição de água desionizada. O solo foi colocado em pedaço de plástico, feita a homogeneização da amostra e retirada subamostra de 10 g de solo. A subamostra foi transferida para copo de plástico com capacidade para 50 mL e, em seguida, adicionaram-se 25 mL da solução de CaCl2 0,01 mol L-1 para a determinação do pH em CaCl2 0,01 mol L-1 (QUAGGIO & RAIJ, 2001). O restante do solo era devolvido ao recipiente de plástico, colocado em balança, anotado o novo peso do recipiente e dado prosseguimento à incubação. Esse procedimento foi repetido até a obtenção de valor de pH constante em três determinações consecutivas, o que ocorreu com cinco semanas de incubação. No outro experimento, as mesmas doses de lodo biológico foram associadas com doses de carbonato de cálcio correspondentes a 0; 0,25; 0,50; 0,75; 1,00; 1,25; 1,50 e 1,75 vez a quantidade necessária para, teoricamente, obter pH em CaCl2 igual a 6,0, com base na análise do solo e na equação: pH CaCl2 = 3,66 + 0,027V% (QUAGGIO et al., 1982). Para pedaços de plástico, foram transferidas porções de 100 cm3 de solo, adicionadas quantidades equivalentes às doses de CaCO3 e às de lodo biológico e com três repetições. Após a mistura, foi feita a complementação com água 22 desionizada, de modo que todos os tratamentos atingissem 70% da capacidade de retenção de água. As misturas foram colocadas em recipientes de plástico com capacidade para 125 cm3 e mantidas no laboratório, em temperatura ambiente, pelo mesmo período de incubação do experimento para avaliação do efeito da aplicação do lodo biológico no pH do solo, isto é, cinco semanas. Ao término da incubação, as amostras de solo foram colocadas em bandejas de poliestireno expandido para secagem. Após a secagem, as amostras foram peneiradas, homogeneizadas e submetidas à determinação do valor de pH em CaCl2 0,01 mol L-1 (QUAGGIO & RAIJ, 2001). Os resultados de pH em CaCl2 foram ajustados ao modelo matemático de 1º grau. Foram obtidas as seguintes equações de regressão: LB0: y = 0,7211x + 4,5917 (R2 = 0,9935**); LB100: y = 0,6259x + 4,7333 (R2 = 0,9965**); LB200: y = 0,6383x + 4,8972 (R2 = 0,9973**); LB300: y = 0,6349x + 5,0639 (R2 = 0,9921**); LB400: y = 0,6020x + 5,2000 (R2 = 0,9949**) e LB500: y = 0,6179x + 5,2722 (R2 = 0,9862**), em que LB0, LB100, LB200, LB300, LB400 e LB500 corresponderam à aplicação de 0; 100; 200; 300; 400 e 500 m3 ha-1 de lodo biológico, respectivamente, e y e x representam, nessa ordem, o pH CaCl2 e a quantidade de CaCO3 (g dm-3). Com base nas equações citadas, foi calculada, para cada dose de lodo biológico, a quantidade necessária de CaCO3 para elevar o pH em CaCl2 do solo a 6,0. As quantidades foram: 1,953; 2,024; 1,728; 1,474; 1,329 e 1,178 g dm-3 de CaCO3 para as doses equivalentes a 0; 100; 200; 300; 400 e 500 m3 ha-1 de lodo biológico, respectivamente. No experimento de mineralização do carbono orgânico, conduzido de acordo com ANDERSON (1982), o delineamento experimental foi o inteiramente casualizado, em esquema de parcelas subdivididas, com as doses de lodo biológico (equivalentes a 0; 100; 200; 300; 400 e 500 m3 ha-1) como tratamentos principais, o tempo de incubação como tratamentos secundários e três repetições. Os tempos de incubação foram: 1; 2; 3; 4; 5; 6; 7; 9; 11; 13; 15; 17; 19; 21; 23; 25; 27; 29; 31; 33; 35; 37; 39; 41; 43; 45; 47; 49; 51; 53; 55; 57; 59; 61; 63; 70; 77; 84; 91; 105; 119; 133; 161 e 189 dias. O lodo biológico (LB1) utilizado no experimento está caracterizado na Tabela 3. Porções de 200 cm3 de solo foram colocadas em pedaços de plástico e misturadas manualmente com os volumes de lodo biológico correspondentes às doses e às 23 quantidades necessárias de CaCO3 para o solo atingir pH 6,0. Após a mistura, foi feita a complementação com água desionizada de modo a elevar a umidade do solo, em todos os tratamentos, a 70% da capacidade de retenção de água. A mistura foi transferida para recipiente de plástico com capacidade para 250 mL, e este foi colocado em vasilha de plástico com tampa de pressão e capacidade para 0,9 L. Dentro de cada vasilha, foram colocados dois copos de plástico com capacidade para 50 mL: um com 40 mL de água, para manter a umidade no ambiente, e outro com 20 mL de solução de NaOH 1 mol L-1, para adsorver o C-CO2 liberado pela mistura de solo e lodo biológico. Em seguida foi iniciada a incubação. O copo de plástico contendo a solução de NaOH foi trocado diariamente até o 7º dia de incubação; do 8º ao 63º, a cada dois dias; do 64º até o 91º, a cada sete dias; do 92º ao 133º, a cada 14 dias, e do 134º ao 189º, a cada 28 dias. Em cada dia de avaliação, uma alíquota de 5 mL da solução de NaOH foi transferida para outro copo de 50 mL. Em seguida, foi adicionado 0,5 mL de solução BaCl2 1,5 mol L-1 e foi feita a titulação da amostra com solução padronizada de HCl 0,4 mol L-1. A quantidade acumulada de CO2 emanada foi convertida em C-CO2, e o resultado, expresso em mg kg-1 de solo seco. A quantidade de C-CO2 no tratamento-testemunha foi subtraída da quantidade de C-CO2 do tratamento correspondente a cada dose de lodo biológico. No experimento de mineralização do nitrogênio orgânico, conduzido de acordo com CETESB (1999a), o delineamento experimental foi o inteiramente casualizado, em esquema fatorial 6 x 11, sendo seis doses de lodo biológico (equivalentes a 0; 100; 200; 300; 400 e 500 m3 ha-1) e 11 tempos de avaliação (no dia da aplicação do lodo biológico ao solo e aos 7; 14; 28; 42; 56; 70; 84; 98; 112 e 126 dias de incubação) e três repetições. O lodo biológico (LB2) utilizado neste estudo está caracterizado na Tabela 3. Porções de 200 cm3 de solo foram colocadas em pedaços de plástico e misturadas manualmente com os volumes de lodo biológico correspondentes às doses e às quantidades necessárias de CaCO3 para o solo atingir pH 6,0. Após a mistura, foi feita a complementação com água desionizada de modo que a umidade do solo, em todos os tratamentos, foi mantida a 70% da capacidade de retenção de água. As misturas foram transferidas para recipientes de plástico com capacidade para 250 mL e mantidas em 24 temperatura ambiente, iniciando-se a incubação. A cada tempo de avaliação, o solo foi homogeneizado, e duas amostras de 10 g foram coletadas, sendo uma para a determinação da umidade e a outra para a determinação do N-inorgânico. Do N-inorgânico, foram quantificados o N-NH4 + e o N-NO3 -, sendo desconsiderado o N-NO2 -. O N-NH4 + e o N-NO3 - foram extraídos com solução de KCl 1 mol L-1. Alíquota de 30 mL de extrato foi utilizada para a determinação do N-NH4 + por destilação a vapor, na presença de MgO, e a de N-NO3 -, no mesmo extrato, após adição de liga de Devarda. Os destilados foram coletados em solução de H3BO3 + indicadores (vermelho de metila e verde de bromocresol) e a quantificação foi feita por titulação com solução de H2SO4 diluída (CANTARELLA & TRIVELIN, 2001). Com base na umidade das amostras de solo, os resultados de N-NH4 + e de N-NO3 - foram corrigidos para solo seco. O N-inorgânico (N-NH4 + + N-NO3 -) determinado em cada dose de lodo biológico e obtido de cada tempo de incubação foi descontado da quantidade de N-inorgânico obtida com a mesma dose de lodo no tempo zero de incubação. Os resultados de C-CO2 e de N-inorgânico foram submetidos à análise de variância e de regressão não linear, com ajuste ao modelo de cinética de primeira ordem, proposto por STANFORD & SMITH (1972): )exp(1XX kt 0m − −= Em que: Xm = corresponde ao carbono ou nitrogênio mineralizado no tempo t, em mg kg-1; X0 = carbono ou nitrogênio potencialmente mineralizável do lodo biológico, em mg kg-1; k = constante de mineralização do lodo biológico, por dia, e t = tempo, em dias. A meia-vida (T½), que corresponde ao tempo necessário, em dias, para que ocorra a mineralização de 50% do carbono ou do nitrogênio potencialmente mineralizável, foi obtida empregando a equação: k 2ln T 2 1 = 25 Em que: ln 2 = logaritmo neperiano de 2, e k = constante de mineralização do lodo biológico, por dia. A fração de mineralização (FM), expressa em %, e que corresponde à quantidade de carbono ou nitrogênio mineralizada em relação à quantidade desses elementos, adicionada na forma de lodo biológico, foi calculada de acordo com CETESB (1999a): 100. Q XX FM adicionada LBLB 0y � � � � � � � � − = Em que: XLBy = carbono ou nitrogênio mineralizado na dose y de lodo biológico, em mg kg-1; XLB0 = carbono ou nitrogênio na dose zero de lodo biológico, em mg kg-1, e Qadicionada = quantidade de carbono ou nitrogênio adicionada na forma de lodo biológico, em mg kg-1. 3.2.2 Nitrogênio potencialmente mineralizável do lodo biológico de indústria de gelatina O nitrogênio potencialmente mineralizável (N0) do lodo biológico de indústria de gelatina foi determinado por meio de três métodos: incubação aeróbia sem lixiviação, incubação anaeróbia e pela técnica da difusão. Os experimentos foram conduzidos em condições de laboratório. O delineamento experimental foi o inteiramente casualizado, em esquema fatorial 2 x 6, sendo dois solos (um Argissolo Vermelho de textura média e outro de textura argilosa), seis doses de lodo biológico de indústria de gelatina (equivalentes a 0; 100; 200; 300; 400 e 500 m3 ha-1) e três repetições. Pelo método da incubação aeróbia sem lixiviação, o nitrogênio potencialmente mineralizável (N0) é o parâmetro de ajuste ao modelo de cinética de primeira ordem, proposto por STANFORD & SMITH (1972) para explicar a disponibilidade de N às 26 plantas em determinado período. O N0 foi obtido de dois estudos: o do Argissolo Vermelho de textura média, proveniente do experimento de mineralização do nitrogênio orgânico descrito no item 3.2.1., enquanto o de textura argilosa foi obtido do estudo conduzido por GUIMARÃES (2009), com as mesmas doses e condições descritas no item 3.2.1. Tanto na determinação do N0 pelo método da incubação anaeróbia quanto na da técnica da difusão, foram utilizadas amostras de solos provenientes do tempo zero do experimento de mineralização do nitrogênio orgânico (item 3.2.1. e de GUIMARÃES, 2009) e que foram conservadas em freezer. Para a determinação do N0 pelo método da incubação anaeróbia, utilizou-se o método proposto por KEENEY & BREMNER (1966). Em tubo de ensaio (16 x 150 mm), foram adicionados 5 g de amostra úmida de solo e 12,5 mL de água desionizada. Cada amostra de solo foi preparada em duplicata. Em uma das repetições, adicionaram-se 12,5 mL de KCl 4 mol L-1, e o conteúdo foi transferido para tubo de destilação. Para a determinação do N-NH4 +, adicionou-se MgO no tubo de destilação. Em seguida, a amostra foi destilada, e depois foi feita a titulação com solução padronizada de H2SO4, conforme procedimentos descritos em CANTARELLA & TRIVELIN (2001). Noutra repetição, o tubo foi vedado com filme de plástico e rolha de silicone, e mantido em BOD a 40ºC. Após sete dias de incubação, adicionou-se KCl 4 mol L-1 e foi feita a determinação do N-NH4 +, seguindo os procedimentos mencionados anteriormente. Em cada amostra de solo, foi feita determinação da umidade. O teor de N-NH4 + determinado no início e no final da incubação foi corrigido para solo seco. O N0 foi calculado pela diferença dos teores de N-NH4 + determinados no início e no final da incubação e expresso em mg kg-1 de solo seco. Utilizando-se da técnica da difusão proposta por KHAN et al. (2000), inicialmente, determinou-se o teor de N-NH4 + das amostras de solo. Este método baseia-se na utilização de recipiente de vidro hermético (Mason jar) com capacidade para 473 mL. No recipiente, foram pesados dois gramas de amostra úmida de solo, adicionaram-se 20 mL de KCl 2 mol L-1 e 0,2 g de MgO. Placa de petri, com 5 mL da mistura de H3BO3 + indicadores, foi colocada em um suporte no interior do Mason jar. O recipiente foi 27 fechado e colocado em chapa de aquecimento à temperatura de 45-50ºC, por quatro horas. Ao término do período de difusão, a placa de petri contendo H3BO3 + indicadores foi removida, adicionaram-se 5 mL de água desionizada na placa de petri e foi feita a titulação com solução de H2SO4 0,00125 mol L-1. O teor de N-NH4 + + N-aminoaçúcares foi determinado conforme procedimentos descritos por KHAN et al. (2001). Em recipiente de vidro hermético, adicionaram-se um grama de amostra de solo úmida e 10 mL de solução NaOH 2 mol L-1. Em placa de petri, adicionaram-se 5 mL da mistura de H3BO3 + indicadores, que foi posicionada em um suporte no interior do recipiente. O recipiente foi fechado e colocado em chapa de aquecimento à temperatura de 48-50ºC, por cinco horas. Ao término do aquecimento, a placa de petri contendo H3BO3 + indicadores foi removida, adicionaram-se 5 mL de água desionizada e foi feita a titulação com solução de H2SO4 0,00125 mol L-1. Com base na umidade das amostras de solos, os teores de N-NH4 + e de N-NH4 + + N-aminoaçúcares foram corrigidos para solo seco. O teor de N-NH4 + foi descontado do N-NH4 + + N-aminoaçúcares de cada amostra e expresso em mg kg-1 de solo seco. Os valores de N0 determinados pelos métodos da incubação aeróbia e da anaeróbia, e pela técnica da difusão foram submetidos à análise de variância. Os solos foram comparados pelo teste de Tukey a 5%, e as doses de lodo biológico, por meio de regressão polinomial. Os valores de N0 obtidos em cada método foram correlacionados entre si e com a quantidade de N absorvida por plantas de milho, obtida no item 3.3.2. 3.3 Experimentos em casa de vegetação 3.3.1 Índice de eficiência agronômica e equivalência do lodo biológico ao adubo-padrão Para a determinação do índice de eficiência agronômica (IEA) e da equivalência do lodo biológico a adubo-padrão (nitrato de amônio), conduziu-se experimento em casa de vegetação, utilizando o Argissolo Vermelho de textura média, coletado na camada de 0 a 20 cm (Tabelas 1 e 2). O delineamento experimental foi o inteiramente 28 casualizado, com seis doses de N (0; 50; 100; 200; 300 e 400 mg dm-3 de N, na forma de NH4NO3), um tratamento adicional com a aplicação de lodo biológico de indústria de gelatina e quatro repetições. A dose do lodo biológico (LB3, Tabela 3) foi calculada com base na taxa de aplicação estabelecida pela CETESB (1999a) e na necessidade de uma cultura de milho com produtividade esperada de 10 a 12 t ha-1 de grãos, de 170 kg ha-1 de N, conforme recomendação de CANTARELLA et al. (1996). A taxa de aplicação calculada foi de 180 m3 ha-1 de lodo biológico (APÊNDICE 1), e nessa dose foram aplicados 217,6 kg ha-1 de N-total. Cada unidade experimental foi constituída por um vaso de plástico com capacidade para 5,5 L. A calagem foi feita em todos os tratamentos para elevar a saturação por bases a 70%, utilizando-se como fontes, o CaCO3 e o 4(MgCO3).Mg(OH)2.5H2O p.a., na relação Ca:Mg de 2:1. Quantidades equivalentes a 5 dm3 de solo foram pesadas, misturadas a seco com os corretivos de acidez, transferidas para vasos de plástico e feita a complementação da umidade com água desionizada para elevar a 70% da capacidade de retenção de água. Seis dias após o início da incubação, o solo do tratamento adicional foi colocado em caixa de plástico, homogeneizado e deixado para secagem. Com a secagem do solo, três dias depois de colocado na caixa de plástico, adicionou-se o lodo biológico e foram feitas a homogeneização, a devolução do solo ao vaso de plástico e a adição de água desionizada. Ao término do período de incubação de 14 dias, o solo foi colocado novamente em caixa de plástico para secagem. Três dias depois, o solo foi passado em peneira com 4 mm de abertura de malha, homogeneizado, devolvido ao vaso de plástico e adicionado água desionizada. A reposição de água perdida foi feita com auxílio de pesagem do solo + vaso e reposição de água, sendo mantido a 70% da capacidade de retenção de água. Parte da adubação nitrogenada (1/4 de cada tratamento), na forma de solução de NH4NO3, foi feita aos 19 dias de incubação. A adubação com P, K e S, na forma de solução de nutrientes, foi feita em todos os tratamentos, aos 26 dias de incubação, e 29 foram fornecidos 120; 200 e 20 mg dm-3, respectivamente, de P, K e S, na forma de KH2PO4 e de K2SO4. A semeadura do milho cv. BR106 foi feita aos 28 dias de incubação e foram semeadas 10 sementes por vaso. Três dias após a emergência das plantas (Figura 1a), foi feito o desbaste e foram mantidas cinco plantas por vaso. Quatorze dias após a emergência, foi aplicada solução de nutrientes contendo Zn, Cu e B, de modo a fornecer 1; 0,5 e 0,25 mg dm-3, respectivamente. A adubação nitrogenada de cobertura, na forma de solução de NH4NO3, foi feita aos 16; 26 e 33 dias após a emergência das plantas de milho. O desenvolvimento das plantas, 28 dias após a emergência, pode ser observado na Figura 1b. A adubação potássica de cobertura foi feita aos 33 dias da emergência das plantas, aplicando-se 39 mg dm-3 de K, na forma de solução de K2SO4. 1a 1b Figura 1. Vista geral do experimento de determinação do índice de eficiência agronômica e equivalência do lodo biológico ao adubo padrão, aos três (1a) e 28 dias (1b) após a emergência das plantas de milho. A colheita do experimento foi feita 40 dias após a emergência das plantas. A parte aérea das plantas foi cortada rente ao solo, lavada, enxugada com papel toalha e colocada em estufa de circulação forçada de ar a ±65°C, até peso constante para a obtenção da matéria seca (BATAGLIA et al., 1983). O índice de eficiência agronômica (IEA) foi calculado de acordo com GOEDERT et al. (1986), citados por RAIJ (1991): 30 100 YY YY IEA 13 12 × − − = Em que: Y1 = produção obtida pela parcela sem N; Y2 = produção obtida pelo emprego do lodo biológico, na dose X2, e Y3 = produção com a mesma dose X2 de N, empregando o adubo-padrão (NH4NO3). Para o cálculo do equivalente em NH4NO3 (EqNH4NO3), conforme GOEDERT et al. (1986), citados por RAIJ (1991), utilizou-se a fórmula: 100 X X NOEqNH 2 1 34 ×= Em que: X1 = dose do nutriente do adubo-padrão (NH4NO3) para obter uma produção Y2, e X2 = dose do nutriente do adubo testado (lodo biológico) necessária para obter a mesma produção Y2. A produção de matéria seca e a quantidade acumulada de N na parte aérea do milho foram submetidas à análise de variância. A média das doses de N na forma de NH4NO3 foi comparada por meio de regressão polinomial. A média do tratamento que recebeu lodo biológico foi comparada às doses de N na forma de NH4NO3, por meio do teste de Dunnett, a 5% de probabilidade (BANZATTO & KRONKA, 2008). 3.3.2 Produção de matéria seca de milho e lixiviação de nitrato e sódio em solos tratados com lodo biológico de indústria de gelatina O experimento para a avaliação da produção de matéria seca de milho e lixiviação do nitrato e do sódio, em função de doses de lodo biológico, foi conduzido em condições de casa de vegetação. O delineamento experimental foi o inteiramente casualizado, em esquema fatorial 2 x 6, sendo dois solos (textura média e argilosa) e 31 seis doses de lodo biológico de indústria de gelatina (equivalentes a 0; 100; 200; 300; 400 e 500 m3 ha-1) e três repetições, totalizando 36 unidades experimentais. As amostras de solos (um Argissolo Vermelho de textura média e outro de textura argilosa) foram coletadas nas profundidades de 0 a 20; 20 a 40 e 40 a 60 cm, cujos atributos químicos e de granulometria estão apresentados nas Tabelas 1 e 2. O lodo biológico (LB4) utilizado no experimento está caracterizado na Tabela 3. Foram utilizadas colunas de PVC com diâmetro de 15,24 cm (6 polegadas), compostas por três anéis, o superior com 22 cm de altura e os demais com 20 cm. Os 2 cm a mais no anel superior foram para permitir que, após colocado o volume de solo correspondente, houvesse sobra de espaço para facilitar a adição de água. No anel inferior, foi acoplado um “cap” e, na base deste, foi feito um orifício e posicionada uma mangueira de plástico com o objetivo de promover a drenagem. Na parede interna dos anéis foi aplicada camada de resina líquida e espalhada sílica para criar rugosidade e evitar o escoamento preferencial de água pelas paredes da coluna. No solo correspondente ao anel superior de cada coluna (0 a 20 cm), foi feita a correção da acidez com carbonato de cálcio p.a. (CaCO3) e hidroxicarbonato de magnésio p.a. (4MgCO3.Mg(OH)2.5H2O) na relação Ca:Mg de 2:1, de modo a elevar a saturação por bases a 70%. Volume equivalente a 3,65 dm3 de solo foi espalhado em pedaço de plástico e, em seguida, adicionados os carbonatos e feita a homogeneização a seco. A mistura de solo e carbonatos foi colocada em vasos com capacidade para 4 dm3 de solo, adicionada água desionizada para elevar a 60% a capacidade de retenção de água e mantida em incubação por 30 dias. Ao término do período de incubação, o solo foi colocado em caixa de plástico, seco, destorroado e passado em peneira com 4 mm de abertura de malha. No interior do “cap”, foram colocadas bolinhas de poliestireno expandido com 25 mm de diâmetro, os espaços foram preenchidos com areia lavada e os anéis de cada coluna de PVC foram unidos por fita adesiva. Com o auxílio de funil de haste longa, o solo da camada de 40 a 60 cm de profundidade foi colocado na coluna, seguido da de 20 a 40 cm e por fim, da de 0 a 20 cm. A coluna de PVC foi posicionada em suporte de ferro para facilitar as pesagens para o controle da água perdida. 32 Barras de ferro foram posicionadas na parte superior e interna da casa de vegetação e, para evitar o tombamento das colunas de PVC, foram esticados arames galvanizados que prenderam em cada alça do suporte de ferro às barras de ferro. O lodo biológico foi aplicado na superfície do solo de cada coluna e, em seguida, adicionou-se água desionizada em quantidade suficiente para completar o volume de líquido em cada coluna de PVC de modo a que se atingisse 70% da capacidade de retenção de água. A adubação com P, K e S, na forma de solução de nutrientes, foi feita em todas as colunas, antes da semeadura do milho, aplicando-se 100; 180 e 20 mg dm-3 de P, K e S, respectivamente, na forma de KH2PO4 e de K2SO4. Em seguida, foram semeadas oito sementes de milho cv. BR-106 em cada coluna, à profundidade aproximada de 3 cm. Quatro dias após a emergência, foi feito o desbaste e foram mantidas quatro plantas por coluna. Na Figura 2a, tem-se a vista geral do experimento aos 12 dias da emergência das plantas de milho. Aos 19 dias da emergência, foi feita adubação com solução de micronutrientes contendo Zn, Cu, Mn e B (1; 0,5; 2 e 0,25 mg dm-3, respectivamente) e foram utilizados os seguintes sais p.a.: ZnSO4.7H2O, CuSO4.5H2O, MnCl2.2H2O e H3BO3. A adubação potássica de cobertura foi feita aos 23 dias da emergência das plantas e foram aplicados 80 mg dm-3 de K, na forma de solução de K2SO4. Durante a condução do experimento, a manutenção da umidade a 60% da capacidade de retenção de água, com água desionizada, foi feita com auxílio de pesagem das colunas. A colheita da parte aérea do milho foi feita 45 dias após a emergência das plantas (Figura 2b), cortando-se as plantas de milho rente ao solo. O material vegetal foi lavado, enxugado com papel toalha e colocado em estufa de circulação forçada de ar a ±65°C, até peso constante, para a obtenção da matéria seca (BATAGLIA et al., 1983). Em seguida, a parte aérea das plantas foi moída e submetida à análise química para determinação da concentração de N-total e de Na, conforme métodos descritos em TEDESCO et al. (1985) e CARMO et al. (2000), respectivamente. Após a colheita das plantas, foi aplicada água desionizada nas colunas, em quantidade suficiente para provocar percolação de água e coleta de cerca de 500 mL 33 de lixiviado por coluna. A determinação do N-inorgânico (N-NH4 + e N-NO3 -) no lixiviado foi feita por meio de destilação da amostra e titulação com solução de H2SO4 padronizada, conforme procedimentos descritos em CANTARELLA & TRIVELIN (2001). O Na+ no lixiviado de solo foi quantificado por meio de leitura direta em fotômetro de chama. 2a 2b Figura 2. Vista geral do experimento de produção de matéria seca de milho e lixiviação de nitrato e sódio em Argissolos tratados com lodo biológico de indústria de gelatina, aos 12 (2a) e 45 dias (2b) da emergência das plantas de milho. A recuperação aparente (RA) do nitrogênio e do sódio pelas plantas de milho foi calculada de acordo com MUÑOZ et al. (2004): ,100 Dose QAQA RA x testemunhaxdose × − = Em que: RA = recuperação aparente de nitrogênio ou de sódio por plantas de milho, em %; QA dose x = quantidade acumulada de nitrogênio ou de sódio na parte aérea de plantas de milho, na dose x de nitrogênio ou de sódio, em mg por coluna; QA testemunha = quantidade acumulada de nitrogênio ou de sódio na parte aérea de plantas de milho, no tratamento-testemunha, em mg por coluna, e Dose x = quantidade aplicada de nitrogênio ou de sódio, em mg por coluna. 34 A produção de matéria seca, a quantidade acumulada e a recuperação aparente de nitrogênio e de sódio por plantas do milho e a quantidade de N-NH4 +, de N-NO3 - e de Na+ no lixiviado de solo foram submetidos à análise de variância. Os solos foram comparados pelo teste de Tukey, a 5% de probabilidade, e as doses de lodo biológico, por meio de ajustes aos modelos de regressão polinomial. 3.4 Experimentos a campo 3.4.1 Combinação de fontes de nitrogênio na produtividade de milho safrinha Foi conduzido experimento a campo para avaliar o efeito de fontes de N, combinadas ou isoladas, na produtividade de milho safrinha. As fontes de N utilizadas foram o lodo biológico de indústria de gelatina (6,7 % de N, base seca) e nitrato de amônio (31,0% de N). O experimento foi instalado em área anteriormente cultivada com cana-de-açúcar (Saccharum spp.), localizada no município de Mococa-SP (latitude 21º 24’ S e longitude 47º 01’ W, altitude de 595 m). O clima da região, de acordo com a classificação climática de Köppen-Geiger é o Aw (ROLIM et al., 2007), ou seja, apresenta clima tropical e inverno seco. Os dados de precipitação e de temperatura mínima e máxima observados durante a condução do experimento (29-03 a 30-08-10) estão apresentados na Figura 3. O solo da área experimental, classificado como Argissolo Vermelho, foi amostrado na profundidade de 0 a 20 cm para a caracterização química, analisado conforme métodos descritos em RAIJ et al. (2001) e apresentava: pH em CaCl2 0,01 mol L-1 = 4,2; P resina = 5 mg dm-3; MO = 19 g dm-3; K+, Ca2+, Mg2+, H+Al, SB e CTC iguais a 1,3; 5; 2; 42; 8 e 50 mmolc dm-3, respectivamente, e V = 17%. Após a colheita da cana-de-açúcar, em julho de 2009, a área foi preparada para a instalação dos experimentos com a retirada das soqueiras por meio de escarificador e uso de grade niveladora. Com base no resultado da análise de solo de rotina, foi feita a 35 calagem da área, visando ao aumento da saturação por bases a 70%, conforme recomendado por CANTARELLA et al. (1996) para a cultura do milho. Figura 3. Precipitação e temperaturas mínimas e máximas observadas no período de 29-03 a 30-08-10 em Mococa, SP, durante a condução do experimento de campo. O delineamento experimental foi o de blocos casualizados, com sete tratamentos e quatro repetições, totalizando 28 parcelas (Figura 4a). Os tratamentos avaliados foram: • Testemunha; • 100% do N na forma de NH4NO3; • 75% do N na forma de NH4NO3 e 25% na forma de lodo biológico (0,25 vez a taxa de aplicação); • 50% do N na forma de NH4NO3 e 50% na forma de lodo biológico (0,50 vez a taxa de aplicação); • 25% do N na forma de NH4NO3 e 75% na forma de lodo biológico (0,75 vez a taxa de aplicação); • 100% do N na forma de lodo biológico (1,0 vez a taxa de aplicação), e 36 • 125% do N na forma de lodo biológico (1,25 vez a taxa de aplicação). 4a 4b 4c 4d Figura 4. Vista do experimento de combinação de fontes de N na produtividade de milho safrinha (4a); aplicação do lodo biológico de indústria de gelatina com o auxílio de regadores de plástico (4b); vista da parcela após a aplicação dos tratamentos (4c) e vista do experimento no dia da colheita das espigas, quando as plantas se apresentavam na maturidade fisiológica (4d). A semeadura do milho híbrido AG9040 foi feita em 29-03-10, com espaçamento nas entrelinhas de 0,8 m e cinco sementes por metro linear. A adubação com P e K foi feita na ocasião da semeadura e em todas as parcelas. A dose de 400 kg ha-1 da fórmula 00-20-10 foi calculada com base nos teores de P-resina e de K no solo, e na 37 produtividade esperada de 3 a 4 t ha-1 de grãos de milho safrinha (CANTARELLA et al., 1996). Cada unidade experimental foi composta por sete linhas de plantas de milho de cinco metros de comprimento, totalizando 28 m2 de área total. Para a área útil, foram consideradas as plantas das cinco linhas centrais e desprezou-se um metro de cada extremidade da parcela, totalizando 12 m2. A dose de 50 kg ha-1 de N (na forma de NH4NO3, com 31% de N) foi baseada na produtividade esperada de 3 a 4 t ha-1 de grãos de milho safrinha (CANTARELLA et al., 1996). A dose do lodo biológico, calculada com base na taxa de aplicação estabelecida pela CETESB (1999a) e nos resultados do LB2 (Tabela 3), foi equivalente a 85,5 m3 ha-1 (APÊNDICE 2). O NH4NO3 foi aplicado manualmente, no dia 22-04-10, e nas linhas de plantas de milho. O lodo biológico, na forma líquida, também foi aplicado nas linhas de plantas de milho com o auxílio de regadores de plástico (Figuras 4b e 4c). Devido ao alto teor de água no lodo biológico (98,51% de umidade), após sua aplicação, foi feita complementação com água em quantidade suficiente para garantir o mesmo volume de líquidos em todas as parcelas. O lodo biológico de indústria de gelatina (LB) foi fornecido pela Gelita do Brasil, unidade de Mococa-SP. A aplicação do lodo biológico foi dividida em dois dias seguidos (22 e 23-04-10), de modo a facilitar a infiltração do resíduo e da água no solo. Em cada dia de aplicação, foi coletada amostra do lodo biológico para sua caracterização química. Os resultados médios obtidos foram: pH = 8,0; CE = 4,36 mS cm-1; umidade = 98,95%; teores de N-total; N-NH4 +; N-NO3 - e C-orgânico, expressos na base seca, iguais a 67,04; 12,70; 0,34 e 100,21 g kg-1; relação C/N = 1,49 e teores totais de P; K; Ca; Mg; S e Na, expressos na base seca, iguais a 2,53; 1,26; 58,85; 1,17; 1,35 e 44,04 g kg-1 . Todas as análises foram feitas na amostra de lodo biológico in natura. A determinação do valor de pH e da condutividade elétrica foi feita por meio de leitura direta no sobrenadante do lodo biológico. Os teores de N-NH4 + e N-NO3 - foram determinados conforme procedimentos descritos em CANTARELLA & TRIVELIN (2001). As demais avaliações foram feitas após digestão da amostra, segundo os 38 métodos descritos em TEDESCO et al. (1985) para N-total, CARMO et al. (2000) para os teores totais de P, K, Ca, Mg, S e Na, e BRASIL (2007) para C-orgânico. Para a determinação da umidade, aproximadamente 100 mL do lodo biológico foram colocados em cápsulas de porcelana, anotado o peso e evaporado em banho-maria a ± 65°C até a secagem e a obtenção de peso constante. Durante a condução dos experimentos, foram feitas seis aplicações de água por meio de sistema de irrigação por aspersão do tipo autopropelido, sendo que em cada vez foi aplicada lâmina de aproximadamente 20 mm. Quando cerca de 50% das plantas de milho estavam pendoadas, foi feita amostragem de folhas, tendo-se coletado o terço central da folha da base da espiga de 20 plantas (CANTARELLA et al., 1996). As folhas foram lavadas, enxugadas com papel toalha e colocadas em estufa de circulação forçada de ar a ± 65°C, até peso constante. Em seguida, as folhas foram moídas e foram submetidas às digestões sulfúrica e nitroperclórica, para a determinação da concentração de N-total e dos demais macronutrientes, respectivamente, conforme procedimentos descritos em TEDESCO et al. (1985) e CARMO et al. (2000). A colheita das espigas da área útil foi feita no dia 30-08-10, quando as plantas se apresentavam na maturidade fisiológica (Figura 4d). As espigas foram levadas ao Laboratório de Fertilidade do Solo da FCAV/UNESP, despalhadas manualmente, debulhadas e, em seguida, os grãos foram homogeneizados e amostrados para a determinação da umidade, segundo procedimento descrito em BRASIL (2009), e correção da produtividade de grãos à umidade de 13%. Em razão da desuniformidade do estande de plantas em algumas parcelas, a produtividade de grãos de milho safrinha foi estimada por meio da fórmula de Zuber (SCHIMILDT et al., 2001). A concentração de macronutrientes nas folhas e a produtividade de grãos de milho safrinha foram submetidas à análise de variância, e as médias foram comparadas pelo teste de Tukey, a 5% de probabilidade. 39 3.4.2 Produtividade de milho safrinha em função de doses de lodo biológico de indústria de gelatina O experimento de produtividade de milho safrinha, em função de doses de lodo biológico, foi instalado no município de Mococa-SP, em área adjacente ao experimento descrito no item 3.4.1. Informações referentes ao clima, tipo de solo, histórico e preparo da área para a instalação do experimento estão descritas no item 3.4.1. O experimento foi conduzido em delineamento experimental, em blocos casualizados, com seis tratamentos e quatro repetições, totalizando 24 parcelas (Figura 5a). Os tratamentos avaliados foram: • Testemunha; • 0,5 x TA: 0,5 vez a taxa de aplicação; • 1,0 x TA: 1,0 vez a taxa de aplicação; • 1,5 x TA: 1,5 vez a taxa de aplicação; • 2,0 x TA: 2,0 vezes a taxa de aplicação, e • AM: Adubação com N mineral recomendada (NH4NO3). A dose do lodo biológico, calculada com base na taxa de aplicação estabelecida pela CETESB (1999a), foi equivalente a 85,5 m3 ha-1 (APÊNDICE 2). A adubação com N mineral recomendada de 50 kg ha-1 de N (na forma de NH4NO3, com 31% de N), foi baseada na produtividade esperada de 3 a 4 t ha-1 de grãos de milho safrinha (CANTARELLA et al., 1996). Utilizou-se o híbrido de milho AG9040, com espaçamento nas entrelinhas de 0,8 m e cinco sementes por metro linear. Na ocasião da semeadura (29-03-10), foram aplicados em todas as parcelas 400 kg ha-1 da fórmula 00-20-10, calculada com base nos teores de P-resina e de K no solo e na produtividade esperada de 3 a 4 t ha-1 de grãos de milho safrinha (CANTARELLA et al., 1996). Cada unidade experimental foi composta por sete linhas de plantas de milho de cinco metros de comprimento, totalizando 28 m2 de área total. Para a área útil, foram consideradas as plantas das cinco linhas centrais e desprezou-se um metro de cada extremidade da parcela, totalizando 12 m2. 40 5a 5b 5c Figura 5. Vista geral do experimento de produtividade de milho safrinha em função de doses de lodo biológico de indústria de gelatina (5a); aplicação do lodo biológico de indústria de gelatina com o auxílio de regadores de plástico (5b) e vista da parcela após a aplicação dos tratamentos (5c). O NH4NO3 foi aplicado manualmente no dia 22-04-10, nas linhas de plantas de milho. O lodo biológico, na forma líquida, também foi aplicado nas linhas de plantas de milho com o auxílio de regadores de plástico (Figuras 5b e 5c). Devido ao alto teor de água no lodo biológico (98,51% de umidade), após a sua aplicação, foi feita complementação com água em quantidade suficiente para garantir o mesmo volume de líquidos em todas as parcelas. A aplicação do lodo biológico foi dividida em dois dias seguidos (22 e 23-04-10), de modo a facilitar a infiltração do resíduo e da água no solo. Em cada dia de aplicação, 41 foi coletada amostra de lodo biológico para sua caracterização química. Os resultados médios obtidos foram: pH = 8,0; CE = 4,36 mS cm-1; umidade = 98,51%; teores de N-total; N-NH4 +; N-NO3 -, e C-orgânico, expressos na base seca, iguais a 67,04; 12,70; 0,34 e 100,21 g kg-1; relação C/N = 1,49 e teores totais de P, K, Ca, Mg, S e Na, expressos na base seca, iguais a 2,53; 1,26; 58,85; 1,17; 1,35 e 44,04 g kg-1. A aplicação de água durante o experimento e a amostragem e análise química das folhas de milho foram feitas como descritas no item 3.4.1. A colheita das espigas da área útil foi feita no dia 30-08-10, quando as plantas se apresentavam na maturidade fisiológica. As espigas foram levadas ao Laboratório de Fertilidade do Solo da FCAV/UNESP, despalhadas manualmente e feitas as contagens do número de grãos por fileira e do número de fileiras por espiga, para a estimativa do número de grãos por espiga. As espigas foram debulhadas, e os grãos foram homogeneizados e amostrados para a determinação da umidade, segundo procedimento descrito em BRASIL (2009) e correção da produtividade de grãos à umidade de 13%. Em razão da desuniformidade do estande de plantas em algumas parcelas, a produtividade de grãos de milho foi estimada por meio da fórmula de Zuber (SCHIMILDT et al., 2001). O solo foi amostrado após a colheita do milho, parcela por parcela, nas linhas de plantas da área útil. Foram coletadas, com o auxílio de sonda, 20 amostras simples para a formação de amostra composta, nas profundidades de 0 a 20; 20 a 40; 40 a 60; 60 a 80 e 80 a 100 cm. Cada amostra de solo foi dividida em duas porções, uma foi acondicionada em gelo e posteriormente congelada, e a outra foi seca, destorroada, homogeneizada e passada em peneira com 2 mm de abertura de malha. As amostras de solo foram colocadas em saquinhos de plástico e levadas ao Laboratório de Fertilidade do Solo da FCAV/UNESP. A amostra de solo congelada foi utilizada para a determinação do N-inorgânico (N-NH4 + e N-NO3 -), conforme procedimentos descritos em CANTARELLA & TRIVELIN (2001), e os resultados foram corrigidos para mg kg-1 de solo seco. Na amostra seca de solo, foi feita a determinação do pH em solução de CaCl2 0,01 mol L-1 (QUAGGIO & RAIJ, 2001), e a determinação de cátions (K+, Ca2+ e Mg2+), em solução de NH4Cl 1 mol L-1 (COSCIONE et al., 2001). 42 A concentração de macronutrientes nas folhas de milho, o número médio de grãos por espiga e a produtividade de grãos de milho safrinha foram submetidos à análise de variância, e as doses de lodo biológico foram comparadas por meio de regressão polinomial. A média do tratamento que recebeu a adubação mineral recomendada foi comparada com as doses de lodo biológico por meio do teste de Dunnett, a 5% de probabilidade (BANZATTO & KRONKA, 2008). Os atributos químicos de solo foram analisados em parcelas subdivididas, sendo as doses de lodo biológico e a adubação mineral como tratamentos principais, e as profundidades de 0 a 20; 20 a 40; 40 a 60; 60 a 80 e 80 a 100 cm como tratamentos secundários. 4 RESULTADOS E DISCUSSÃO Em condições de laboratório, inicialmente, estudou-se a dinâmica do carbono e do nitrogênio orgânico do lodo biológico de indústria de gelatina aplicado em Argissolo Vermelho de textura média (item 4.1.1). Com base no estudo de mineralização do nitrogênio orgânico, obteve-se a fração de mineralização do nitrogênio orgânico do lodo biológico, que permitiu o cálculo da dose a ser aplicada em condições de campo. Ainda em laboratório, foram avaliados métodos para a determinação do nitrogênio potencialmente mineralizável do lodo biológico (item 4.1.2). O potencial do lodo biológico no fornecimento de nitrogênio às plantas de milho foi comparado ao do NH4NO3 (itens 4.2.1. e 4.3.1.) e avaliou-se também o impacto ambiental da sua aplicação (itens 4.2.2. e 4.3.2.). 4.1 Experimentos em laboratório 4.1.1 Mineralização do carbono e do nitrogênio orgânico do lodo biológico de indústria de gelatina A maior liberação de C-CO2 foi quantificada na avaliação feita 24 horas após o início da incubação do solo (Figura 6a). Nas avaliações subseqüentes, houve diminuição na quantidade de C-CO2 liberada até a avaliação feita no 7º dia de incubação. Em seguida, houve aumento da quantidade de C-CO2 liberada do solo até a avaliação feita no 14º dia de incubação, e novamente de decréscimo até o final do período de avaliação. Essa tendência indica a presença de compostos de carbono facilmente degradáveis, em ambiente sem limitações à atividade microbiana, e com alta 44 disponibilidade de nitrogênio dada pela relação C/N baixa do resíduo (2,2, Tabela 3). A presença de compostos nitrogenados facilmente decomponíveis promove maior atividade microbiana no solo. Em experimento com lodo de esgoto e composto de lixo urbano, PEDRA et al. (2007) atribuíram a esses compostos a maior quantidade de carbono mineralizada em solos que receberam lodo de esgoto. Em condições de campo, ROCHETTE et al. (2000) observaram a decomposição rápida e exponencial da fração lábil de dejetos de suínos, com a máxima liberação de C-CO2 nas primeiras 48 horas após a aplicação do resíduo, mineralização de cerca de 50% do carbono adicionado já na primeira semana, seguida de mineralização linear e lenta das frações mais recalcitrantes de carbono. 6a 6b Tempo, dias 0 21 42 63 84 105 126 147 168 189 C -C O 2, m g k g -1 d ia -1 0 50 100 150 200 250 550 600 650 LB0 LB500 Tempo, dias 0 21 42 63 84 105 126 147 168