UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA “JULIO DE MESQUITA FILHO” FACULDADE DE CIÊNCIAS AGRONÔMICAS CAMPUS DE BOTUCATU QUALIDADE DE COMPOSTOS ORGÂNICOS PRODUZIDOS COM RESÍDUOS DO PROCESSAMENTO DE PLANTAS MEDICINAIS FRANCISCA ALCIVANIA DE MELO SILVA Engenheira Agrônoma Tese apresentada à Faculdade de Ciências Agronômicas da UNESP - Campus de Botucatu, para a obtenção do título de Doutor Agronomia – Energia na Agricultura BOTUCATU-SP Dezembro – 2005 UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA “JULIO DE MESQUITA FILHO” FACULDADE DE CIÊNCIAS AGRONÔMICAS CÂMPUS DE BOTUCATU QUALIDADE DE COMPOSTOS ORGÂNICOS PRODUZIDOS COM RESÍDUOS DO PROCESSAMENTO DE PLANTAS MEDICINAIS FRANCISCA ALCIVANIA DE MELO SILVA Engenheira Agrônoma Orientador: Prof. Dr. Roberto Lyra Villas Bôas Tese apresentada à Faculdade de Ciências Agronômicas da Unesp - Campus de Botucatu, para a obtenção do título de Doutor Agronomia – Energia na Agricultura BOTUCATU- SP Dezembro – 2005 III Aos Meus Pais Antonia e Aldemir Meus irmãos Alcione e Angelo Minha sobrinha Lizandra, Pelo incentivo, amor e apoio incondicionais. Dedico Para Reginaldo e nosso filho que está por vir, Pela força para seguir em frente e concluir mais essa etapa, Ofereço IV AGRADECIMENTOS À Faculdade de Ciências Agronômicas da UNESP, Campus de Botucatu, à coordenação do curso de Pós-Graduação em Agronomia, Área de Concentração em Energia na Agricultura pela oportunidade de realização do curso. À CAPES, pelo bolsa de Doutorado. À Centroflora Anidro do Brasil, pela concessão dos resíduos do processamento de plantas medicinais. Ao Prof. Dr. Roberto Lyra Villas Bôas, pela orientação, confiança e amizade. Aos Professores Dr. Dirceu Maximino Fernandes e Dr. Iraê Amaral Guerrini pela amizade e atenção sempre dispensadas. Aos funcionários do Departamento de Recursos Naturais-Ciência do Solo, especialmente a Jair, Noel e José Carlos DePieri pela indispensável ajuda nas atividades de laboratório, campo e casa de vegetação. À Universidade Politécnica de Madrid-Espanha, Departamento de Edafologia, especialmente aos Professores Drª. Francisca Guerrero e Dr. José Maria Gascó, pela confiança e valiosos ensinamentos. Ao Prof. Dr. Kleber Pereira Lanças, pelo incentivo e amizade. Aos funcionários do Departamento de Engenharia Rural, especialmente à Gilberto Winckler, Silvio Sabatini, Ailton e Rosangela Moreci, pela amizade e auxílio nas diversas etapas da tese. Aos integrantes do GEMFER (Grupo Estudos e Pesquisas em Manejo de Fertilizantes e Resíduos). À Erval Rafael Damatto Junior e Isabele Sarzi, pelo exemplo de companheirismo e amizade. À Denise Mahl, pela amizade e por todos os bons momentos compartilhados. Aos colegas de curso Idelina, Luciana Manuel, André, Elcio, Poliana, Lucia Raquel, Lauter, Rodrigo e Vicente Rodolfo pela agradável convivência. V Aos amigos Rogério e Eliane, que mesmo distantes sempre me incentivaram. À Eufran Ferreira do Amaral e Irving Foster Brown, pelas lições de vida e de ciência que guardarei para sempre. À todos que contribuíram direta ou indiretamente para realização desse trabalho. VI SUMÁRIO Página 1. RESUMO.............................................................................................................. 01 2. SUMMARY........................................................................................................... 03 3. INTRODUÇÃO ..................................................................................................... 05 4. REVISÃO DE LITERATURA .............................................................................. 07 4.1. Situação da produção de resíduos ................................................................... 07 4.2. Compostagem como destino alternativo de resíduos orgânicos...................... 08 4.3. Avaliação da maturação na compostagem ...................................................... 09 4.3.1 Determinações Químicas.............................................................................. 10 4.3.1.1 Relação carbono-nitrogênio(C/N)..................................................... 11 4.3.1.2 Ìndice pH.......................................................................................... 12 4.3.1.3 Condutividade elétrica ..................................................................... 12 4.3.1.4 Teores de amônio e nitrato ............................................................... 13 4.3.2 Determinações Físicas.................................................................................. 15 4.3.2.1 Temperatura ........................................................................................ 15 4.3.2.2 Umidade ............................................................................................ 16 4.3.3 Testes biológicos ......................................................................................... 16 4.3.3.1 Germinação de sementes..................................................................... 16 4.4. Efeitos da aplicação de um composto imaturo no solo .................................... 18 4.5 Humificação na compostagem ......................................................................... 19 4.6 Importância da matéria orgânica no solo ......................................................... 21 4.7 Efeitos do uso de composto orgânico no cultivo de alface (Lactuca sativa) .... 22 5. MATERIAL E MÉTODOS.................................................................................... 24 5.1 Descrição geral dos experimentos................................................................... 24 5.2. Caracterização da área de estudo...................................................................... 24 5.3. Caracterização dos resíduos ............................................................................. 25 5.4. Processo de compostagem................................................................................ 26 5.4.1 Avaliações.................................................................................................. 27 VII 5.5. Uso dos composto orgânicos na produção de alface (Lactuca sativa L) ..... 29 5.5.1 Caracterização do solo............................................................................... 29 5.5.2 Tratamentos................................................................................................ 30 5.5.3 Caracterização dos compostos orgânicos................................................... 31 5.5.4 Plantio das mudas e condução................................................................... 31 5.5.5 Avaliações.................................................................................................. 33 5.5.5.1 Produção de matéria seca e análise química de plantas.................... 33 5.5.5.2 Análise Química do solo................................................................... 33 5.5.5.3 Clorofilômetro.................................................................................. 33 5.6 Delineamento experimental e análise dos dados obtidos .................................. 34 6.RESULTADOS E DISCUSSÃO........................................................................... 35 6.1 Compostagem................................................................................................... 35 6.1.1 Temperatura............................................................................................... 35 6.1.2 Cabono Total, nitrogênio total e relação C/N........................................... 36 6.1.3 pH............................................................................................................... 39 6.1.4 Condutividade Elétrica............................................................................... 41 6.1.5. Amônio e Nitrato...................................................................................... 42 6.1.6 Índice de Germinação............................................................................... 45 6.1.7 Humificação............................................................................................... 47 6.1.8. Correlações entre os parâmetros químicos................................................ 49 6.1.9 Balanço de massa seca ao final do processo de compostagem................. 51 6.2 Uso dos compostos orgânicos na produção de alface (Lactuca sativa L.)...... 51 6.2.1. Produção de matéria fresca e matéria seca da parte aérea........................ 51 6.2.2 Teores de macronutrientes na parte aérea da planta de alface.................... 58 6.2.3 Macronutrientes acumulados na parte aérea de alface.......................... 61 6.2.3. Intensidade da cor verde das folhas........................................................... 69 6.2.4 Características químicas do solo após primeiro e segundo cultivo.............. 71 7.CONCLUSÕES...................................................................................................... 78 8.REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS................................................................... 80 ANEXOS............................................................................................................... 89 VIII LISTA DE TABELAS Página 1. Caracterização dos materiais utilizados para compostagem............................ 25 2. Peso dos materiais utilizados nas misturas para composição das pilhas......... 27 3. Características químicas do solo utilizado no experimento............................. 29 4. Composição granulométrica do solo................................................................ 29 5. Características químicas do solo após calagem e adubação............................ 30 6. Caracterização dos compostos orgânicos produzidos...................................... 31 7. Evolução do Carbono total, Matéria orgânica e relação C/N para 4 compostos ao longo de 120 dias....................................................................... 38 8. Valores médios de pH para as 4 pilhas de compostagem ao longo de 120 dias. .................................................................................................................. 40 9. Valores médios de condutividade elétrica para as 4 pilhas de compostagem ao longo de 120 dias......................................................................................... 41 10. Concentrações de nitrato e amônio para as 4 pilhas de compostagem ao longo de 120 dias.............................................................................................. 44 11. Valores médios do Índice de germinação para as 4 pilhas de compostagem ao longo de 120 dias......................................................................................... 47 12. Composição da matéria orgânica (Carbono orgânico total (COT), Carbono nos ácidos húmicos e fúlvicos (AH e AF), e índice de polimerização para 4 materiais compostados ao longo de 120 dias................................................... 48 13. Matriz de correlação entre parâmetros de maturação para quatro compostos orgânicos........................................................................................................... 50 14. Balanço de massa seca dos materiais ao final do processo de compostagem.................................................................................................... 51 15. Matéria fresca da parte aérea (MFPA) da alface em função de doses de quatro compostos orgânicos em 2 ciclos.......................................................... 56 16. Matéria seca da parte aérea (MFSPA) da alface em função de doses de quatro compostos orgânicos em 2 ciclos......................................................... 57 17. Teores de macronutrientes (N, P, CA, Mg e S) em plantas de alface cultivadas com doses de quatro compostos orgânicos em dois ciclos consecutivos..................................................................................................... 59 18. Nitrogênio acumulado na parte aérea da alface em função de diferentes doses e compostos orgânicos em dois ciclos sucessivos.................................. 64 19. Fósforo acumulado na parte aérea da alface em função de diferentes doses e compostos orgânicos em dois ciclos sucessivos............................................... 65 20. Potássio acumulado na parte aérea da alface em função de diferentes doses e compostos orgânicos em dois ciclos sucessivos............................................... 66 21. Cálcio acumulado na parte aérea da alface em função de diferentes doses e compostos orgânicos em dois ciclos sucessivos............................................... 67 IX 22. Magnésio acumulado na parte aérea da alface em função de diferentes doses e compostos orgânicos em dois ciclos sucessivos............................................ 68 23. Enxofre acumulado na parte aérea da alface em função de diferentes doses e compostos orgânicos em dois ciclos sucessivos............................................... 68 24. Intensidade da cor verde da alface (ICV) em função de doses de quatro compostos orgânicos........................................................................................ 70 25. Teores de P, K, Ca e Mg em solo do adubado com quatro compostos orgânicos em diferentes doses em dois ciclos sucessivos................................ 76 26. pH, MO, CTC e H+Al em solo do adubado com quatro compostos orgânicos em diferentes doses em dois ciclos sucessivos................................ 77 X LISTA DE FIGURAS Página 1. Representação esquemática do processo de compostagem............................ 08 2. Mudanças químicas que ocorrem durante o processo de compostagem........ 20 3. Aspecto visual do material usado na composição das pilhas......................... 26 4. Fases do primeiro ciclo da alface................................................................... 32 5. Fases do segundo ciclo da alface.................................................................... 32 6. Temperatura para as cinco pilhas de compostagem medida durante 90 dias.................................................................................................................. 36 7. Evolução das concentrações de carbono total (C) e relação C/N para 4 compostos durante 120 dias........................................................................... 37 8. Valores de pH ao longo dos 120 dias de compostagem................................. 39 9. Concentrações de amônio e nitrato analisados em 4 compostos ao longo de 120 dias........................................................................................................... 44 10. Índices de germinação para 4 compostos ao longo de 120 dias..................... 46 11. Produções de matéria fresca da parte aérea (MFPA) e matéria seca da parte aérea (MSPA) de plantas de alface em função de doses de quatro compostos orgânicos...................................................................................... 52 12. Plantas de alface antes da colheita do primeiro ciclo (doses em t ha-1) para quatro compostos orgânicos........................................................................... 53 13. Plantas de alface antes da colheita do segundo ciclo (doses em t ha-1) para quatro compostos orgânicos........................................................................... 54 14. Acúmulo de N, P, K, Ca, Mg e S na parte aérea da alface em função de doses e tipos de compostos orgânicos no final do primeiro ciclo.................. 61 15. Acúmulo de N, P, K, Ca, Mg e S na parte aérea da alface em função de doses e tipos de compostos orgânicos no final do segundo ciclo................... 63 16. Intensidade da cor verde da alface (ICV) em função de doses de quatro compostos orgânicos...................................................................................... 69 17. Variação da coloração de folhas no tratamento com 30 t ha-1(a) e 120 t ha -1 (b)............................................................................................................. 70 18. Matéria orgânica (MO), fósforo (P), potássio (K), cálcio (Ca), magnésio (Mg) e CTC no solo em função de doses de quatro compostos orgânicos após o primeiro cultivo................................................................................... 72 19. Matéria orgânica (MO), fósforo (P), magnésio (Mg) e CTC no solo em função de doses de quatro compostos orgânicos após o segundo cultivo...... 73 1 1 RESUMO A compostagem é uma alternativa reconhecidamente viável para o aproveitamento racional de resíduos. Todavia, ainda são necessárias pesquisas mais aprofundadas para a melhoria da eficiência deste processo, o que levaria à produção de compostos de maior qualidade, assim como o fornecimento de nutrientes como condicionadores de solo. Sendo assim, este trabalho teve como objetivos avaliar a qualidade de compostos produzidos a partir de combinações de resíduos do processamento de plantas medicinais com esterco bovino e verificar o potencial agronômico dos materiais resultantes na produção da alface. Em uma primeira etapa foram utilizados quatro resíduos do processamento de plantas medicinais: 1) Unha-de-gato (Uncaria tomentosa); 2) Cascara Sagrada (Rhamnus Purshianus); 3) Ipê roxo (Tabebuia impetiginosa) e 4) Boldo (Phaemus boldus), a partir dos quais produziram-se quatro compostos de composição distinta. A amostragem para determinação de parâmetros de maturação (pH, condutividade elétrica, teores de amônio e nitrato, fracionamento da matéria orgânica, macronutrientes, carbono total. relação C/N e testes de germinação) foi feita aos 0, 30, 60, 90 e 120 dias de compostagem. A temperatura, entretanto, foi medida diariamente apenas até aos 90 dias. Na segunda etapa, buscando avaliar o potencial agronômico dos compostos sobre a produção da alface (Lactuca sativa), cultivar crespa Verônica, bem como o efeito residual dos materiais compostados instalaram-se experimentos em vasos com dois cultivos consecutivos. Nestes experimentos, constaram os seguintes tratamentos: composto 1 (C1) (Unha-de-gato), 2 composto 2 (C2) (Cascara Sagrada), composto 3 (C3) (Ipê roxo), composto (4) (C4) mistura dos materiais nas doses 30, 60, 90 e 120t/ha. O delineamento experimental utilizado foi o DIC em esquema fatorial (4 compostos x 4 doses) com 4 repetições e um tratamento testemunha (sem mineral). Dos materiais testados, Unha de Gato, Cáscara Sagrada, Ipê Roxo e a mistura destes, todos apresentaram condições que favoreceram o processo de compostagem produzindo compostos orgânicos considerados “de boa qualidade” dentro das normas exigidas pela legislação brasileira; Os compostos produzidos a partir de diferentes materiais apresentaram características distintas no final do processo. Os parâmetros indicados para predição do grau de maturação de compostos orgânicos foram: relação C/N, índices de germinação e teores de nitrato e amônio. Os compostos C3 e C4, que foram os mais humificados, reduziram a produção de alface na dose de 120 t ha-1. A dose de composto orgânico que produziu maior massa fresca de alface variou com o tipo de composto, sendo de 78 t ha-1 para o C3 e 86 t ha-1 para o C1 e C2, a maior produção ocorreu com a maior dose dos compostos aplicados (120 t ha-1). Os compostos orgânicos avaliados não foram capazes de suprir as necessidades de N das plantas no segundo ciclo, havendo assim redução na produção, em relação ao primeiro ciclo. A aplicação de doses crescentes dos compostos C1, C2, C3 e C4 aumentaram no solo os teores de matéria orgânica, fósforo e potássio, resultados que permaneceram ao final de dois ciclos. Palavras-Chave: compostagem, parâmetros de maturação, matéria orgânica, Lactuca sativa L. 3 ORGANIC COMPOSTS QUALITY PRODUCED OF MEDICINAL PLANTS PROCESSING INDUSTRIAL. Botucatu, 2005, 92p. Tese (Doutorado em Agronomia/Energia na Agricultura)- Faculdade de Ciências Agronômicas. Universidade Estadual Paulista. Author: FRANCISCA ALCIVANIA DE MELO SILVA Adviser: Prof.Dr. ROBERTO LYRA VILLAS BÔAS 2 SUMMARY Composting is a recognized viable alternative to make good use of residues. However, more accurate studies are required to improve the efficiency of the composting process, producing composts with better quality, supplying nutrients to soil and acting as a soil conditioning. This work aimed to evaluate composts quality produced by combination of residues obtained from medicinal plants industrial processing and bovine manure, verifying the agronomic potential of these obtained composts in lettuce production. In a first step, it was used four residues from medicinal plants industrial processing: 1) Unha- de-gato (Uncaria tomentosa); 2) Cascara Sagrada (Rhamnus Purshianus); 3) Ipê roxo (Tabebuia impetiginosa) e 4) Boldo (Phaemus boldus), which produced four organic composts with distinct composition. The sampling to determine maturation parameters (pH, electric conductivity, ammonium and nitrate, organic matter fractionation, macronutrients, total carbon, C/N relation and germination tests) was made at zero, 30, 60, 90 and 120 days after composting beggining. Temperature was daily verified until 90 days. In a second step, aiming to evaluate the agronomic potential of the composts in lettuce (Lactuca sativa) production,as well the residual effect of these composts in soil. In these cultivation, it was followed the treatments: compost 1 (C1) (Unha-de-gato), compost 2 (C2) (Cascara Sagrada), compost 3 (C3) (Ipê roxo), compost (4) (Boldo) and compost 5 (C5) (mix of residues) in doses of 30, 60, 90 e 120 t ha-1. The experiment was laid out in a complete randomized design, ordered in factorial arrangement (4 composts x 4 doses) with 4 replication and a without N mineral. From the tested residues, Unha de Gato, Cáscara Sagrada, Ipê Roxo and 4 the mix of residues, all of them showed favoring conditions to the composting process, producing organic composts of “good quality”, as Brazilian legislation requires. The produced composts obtained from different residues showed distinct characteristics in the end of the composting process. From the parameters evaluated to predict organic compost maturation degree, the promissory were: C/N relation, germination index and ammonium and nitrate. The composts C3 and C4, which were more humificatted, reduced the lettuce production when it was applied dose of 120 t ha-1. The level of organic compost which produced more fresh material in lettuce varied with the compost used (78 t ha-1 to C3 and 86 t ha-1 to C1 and C2), and the biggest production was obtained with the biggest dose of compost applied (120 t ha-1). The organic composts evaluated were not able to supply the plants nitrogen requires in the second cultivation, so the production was smaller than the first. The application of increasing doses from the composts C1, C2, C3 and C4 increased in soil organic matter, phosphorus and potassium , which remained in the end of both cultivations. Keywords: composting, maturation parameters, organic matter, Lactuca sativa L. 5 3 INTRODUÇÃO No Brasil, a agricultura vem apresentando crescimento significativo ao longo dos anos, sendo que uma limitação ao uso do solo é a conhecida baixa disponibilidade em elementos essenciais às plantas. Uma das soluções para esse problema tem sido o uso racional de fertilizantes, tanto químicos quanto orgânicos, que são essenciais para aumentar a produtividade nos nossos solos. A partir da década de 50 foi observado um aumento do uso da adubação mineral. o que fez da tradicional adubação orgânica uma técnica praticamente esquecida em grandes propriedades. Essa tendência também foi seguida em pequenas e médias propriedades, que não conseguiram implementar o uso desses adubos devido ao elevado custo, que acabava por inviabilizar a produção. As altas produtividades obtidas com o uso intensivo de fertilizantes inorgânicos e de agrotóxicos têm sido questionadas por aspectos econômicos e ecológicos. Nesse contexto, valorizou-se uma prática utilizada pelos agricultores há muitos séculos, ou seja, o aproveitamento dos resíduos animais e vegetais encontrados nas fazendas, como adubo orgânico. Tal fato ocorre porque a agricultura e a pecuária produzem grandes quantidades de resíduos, como dejetos de animais, restos de culturas, palhas e resíduos agroindustriais, os quais, em alguns casos, provocam problemas de poluição ambiental. Normalmente, parte desses resíduos é perdida, por não ser coletada e reciclada. 6 Uma alternativa viável para o aproveitamento racional de resíduos é a compostagem, um método antigo de reciclagem, durante o qual a matéria orgânica é transformada em material humificado. Além de ser uma solução para problemas dos resíduos sólidos, o processo de compostagem proporciona o retorno de matéria orgânica e nutrientes ao solo. No entanto, apesar dos estudos existentes sobre o assunto, fazem-se necessárias pesquisas mais aprofundadas sobre a melhoraria da eficiência do processo de compostagem, o que levaria à produção de compostos com maior qualidade quanto ao fornecimento de nutrientes e como condicionadores de solo. A melhoria da eficiência dos processos de compostagem atenderia ainda a demanda do mercado de produtos orgânicos, que vem crescendo no Brasil e no mundo a uma taxa de até 50% ao ano. No caso do cultivo de hortaliças, que respondem bem ao uso desses fertilizantes orgânicos, os benefícios vão desde a redução de custos de produção, melhorias das propriedades físico-químicas dos solos intensamente cultivados com métodos convencionais, até o consumo de produtos mais saudáveis, elemento cada vez mais exigido pelos consumidores. Através da análise dos trabalhos acima citados, percebe-se que a adubação orgânica no cultivo de hortaliças, especialmente o alface (Lactuca sativa) é uma realidade, com seus benefícios comprovados. No entanto, são necessárias mais pesquisas em campo sobre os efeitos desses materiais sobre solo e planta para definir doses, freqüências e épocas de aplicação, bem como conhecer a atuação sobre características do produto final obtido. Os objetivos deste trabalho foram avaliar a eficiência do processo de compostagem resultante de combinações de resíduos do processamento de plantas medicinais com esterco bovino, através do monitoramento de transformações físicas e químicas em função do tempo, bem como verificar o efeito dos compostos orgânicos produzidos sobre a nutrição e produção de alface (Lactuca sativa L.) em 2 ciclos sucessivos. 7 4 REVISÃO DE LITERATURA 4.1 Situação da produção de resíduos Os resíduos sólidos são conceituados pela ABNT-NBR 10.004/1987 como resíduos descartáveis ou inúteis resultantes das atividades humanas, em estado sólido, semi-sólido ou semi-líquido (com conteúdo líquido insuficiente para que este fluido possa se movimentar livremente). Resíduos sólidos orgânicos de origem animal e vegetal constituem fonte de elevados impactos ambientais sobre o meio físico, particularmente sobre os mananciais hídricos, superficiais e subterrâneas e sobre os meios biológico e sócio-econômico (NAIME et al., 2004). Uma atividade geradora de grandes quantidades de resíduos é a criação de bovinos em confinamento. Estima-se que sejam produzidos diariamente cerca de 50 kg de resíduos semi-sólidos por animal (VITKO, 1999), citado por Pohlmann (2000). A disposição dos resíduos nas instalações dos animais tem se constituído ultimamente em dificuldades para os criadores e especialistas, pois envolve aspectos técnicos, sanitários e econômicos. Caso estes resíduos não sejam adequadamente manejados e distribuídos, podem causar prejuízos ao meio ambiente, comprometendo a sobrevivência do homem e dos animais. Uma outra atividade geradora de consideráveis volumes de resíduos sólidos é o processo de extração dos princípios ativos de plantas medicinais, sendo que a estimativa anual de produção de resíduos é de 300 toneladas. 8 A alternativa técnica para uso sustentável desses dois resíduos é a compostagem, que pode proporcionar um aproveitamento racional desses resíduos na agricultura, auxiliando na recuperação de alguns solos e a conseqüente manutenção da sua capacidade de produção. 4.2 Compostagem como destino alternativo de resíduos orgânicos A compostagem de resíduos orgânicos é um dos métodos mais antigos de reciclagem, durante o qual a matéria orgânica é transformada em fertilizante orgânico. Além de ser uma solução para os problemas dos resíduos sólidos, o processo de compostagem proporciona o retorno de matéria orgânica e nutrientes ao solo. Este processo é resultado da decomposição biológica aeróbica do substrato orgânico, sob condições que permitam o desenvolvimento natural de altas temperaturas, com formação de um produto suficientemente estável para armazenamento e aplicação ao solo, sem efeitos ambientais indesejáveis (HAUG, 1980; KIEHL,1985). Um resumo do processo de compostagem pode ser observado na Figura 1. h Figura 1. Representação esquemática do processo de compostagem (VALLINI, 1995). Para Carvalho et al. (1999), a compostagem é um processo biológico de transformação da matéria orgânica crua em substâncias húmicas, estabilizadas, com propriedades e características diferentes do material que lhe deu origem. Em linhas gerais, 9 consiste no aproveitamento de matérias-primas que contenham um balanço de relação carbono/nitrogênio favorável ao metabolismo dos organismos que vão efetuar sua biodigestão. Segundo Bley (1998), a compostagem atualmente é entendida como um processo biotecnológico de decomposição da matéria orgânica que possibilita destino adequado para os resíduos. 4.3 Avaliação da maturação e qualidade na compostagem A qualidade é um fator importante na produção de compostos e envolve fatores como maturação, quantidade de nutrientes, textura, etc. Esses fatores, se bem manipulados, podem proporcionar ao produtor desde uma importante fonte de nutrientes para várias culturas, como a geração de recursos através da venda desse produto ecologicamente viável. De acordo com Kiehl (2002), a lesgislação brasileira exige que um fertilizante composto deve apresentar as seguintes garantias mínimas para ser comercializado: matéria orgânica total (mínimo de 40%), nitrogênio total (mínimo de 1%), umidade (máximo de 40%), relação C/N (máximo de 18/1) e índice pH (mínimo de 6,0). Nos últimos anos desenvolveram-se diferentes métodos para conhecer ou mensurar o grau de maturação de um composto. Os parâmetros que se utilizam para avaliação de maturação de um composto devem representar o processo de maneira adequada e os valores devem mudar em padrões preditíveis. Na literatura são encontrados frequentemente dois termos: “estabilidade” e “maturação”, os quais são comumente confundidos. Estabilidade representa uma fase durante a decomposição da matéria orgânica e é função da atividade biológica do material. Por outro lado, a maturação na compostagem pode ser definida como o grau no qual o produto final está livre de substâncias fitotóxicas que podem retardar ou reduzir a germinação de sementes ou causar danos às plantas ou organismos presentes no solo (FROST et al. 1992; RIFFALDI et al. 1992; BREWER E SULLIVAN, 2001). Cabe mencionar que o termo estabilização tem sido utilizado em vários contextos, podendo indicar uma fase em que há redução de odores e sólidos voláteis. Entretanto, a estabilidade do composto está muito associada à utilização de nitrogênio e oxigênio em quantidades suficientes ou significativas 10 para propiciar uma atividade biológica adequada, gerar calor, dióxido de carbono e vapor de água, o que pode causar condições de estresse para plantas e organismos presentes no solo (RIVERA-ROSARIO, 2003). A avaliação da maturidade de compostos orgânicos tem sido reconhecida como um dos mais importantes problemas relacionados ao processo de compostagem e utilização agrícola segura do produto final. Um desafio tem sido a utilização de métodos precisos para avaliar a maturidade desses compostos (CHANYASAK et al., 1983a; GARCIA et al.,1991). Para Negro et al (2000), é difícil avaliar a maturação de um composto a partir de um único parâmetro químico, bioquímico e toxicológico, já que o processo de compostagem é microbiológico e muito complexo. Pelos relatos encontrados na literatura, até o momento, não existe consenso sobre um método único, aceito de forma generalizada para determinar o grau de maturação de um composto. Há trabalhos usando diversos parâmetros que informam, de maneira relativa, a evolução da matéria orgânica durante o processo, ou como indicativo da qualidade do produto para a venda. Em todos os casos podem existir problemas, já que um parâmetro poderia ser um bom indicador do grau de maturação do ponto de vista teórico, mas inaplicável por sua perda de significância ao ignorar a procedência da amostra, ou por não ser aplicável em análises de rotina. Os testes que têm sido utilizados por vários anos para predizer maturação podem ser classificados em três grupos: testes químicos, físicos e biológicos. 4.3.1 Determinações Químicas Grande parte dos estudos para determinar o grau de maturação no processo de compostagem foi realizada utilizando-se os métodos químicos e, muito pouco, os métodos biológicos ou físicos. A preferência pelos métodos químicos sobre os outros se deve ao fato de que sua análise é mais rápida. Alguns dos parâmetros químicos utilizados para medir grau de maturação de um composto são: a relação carbono-nitrogênio (C/N), o pH, a capacidade de troca catiônica (CTC), a condutividade elétrica e a evolução dos teores de amônio e nitrato ao longo do tempo. 11 4.3.1.1 Relação carbono-nitrogênio (C/N) O conhecimento da relação C/N indica o grau de decomposição da matéria orgânica, pois os microrganismos necessitam de uma fonte de energia que obtém do carbono para seu crescimento e nitrogênio para síntese de proteínas. O carbono e o nitrogênio são os constituintes fundamentais nas células animais e vegetais, e a relação entre eles afeta a atividade microbiana. Quando se utiliza um composto imaturo, a conseqüência é o dano ao crescimento das plantas, por isso, a razão entre carbono e nitrogênio do composto sólido tem sido utilizada como indicador de maturação (CHANYASAK e KUBOTA, 1981). No entanto, há materiais suficientemente maduros que têm sido compostados, mostrando variações de 5:1 a 20:1, dependendo do tipo de material. o que faz com que esse parâmetro não seja considerado como um indicador absoluto de maturação (RIVERA-ROSÁRIO, 2003). Contrariando os autores acima citados, Chanyasak e Kubota (1981), realizaram estudos das mudanças nos componentes em extratos de água e estes revelaram que a relação C/N de vários compostos maduros mostraram valores constantes entre 5 e 6, sem importar o tipo de material que se utiliza na compostagem. Utilizando materiais com relação C/N menor que 20:1, o nitrogênio volatiliza em forma de amônia e com relações maiores que 50:1, o processo de compostagem diminui devido a um rápido crescimento celular e a limitação do nitrogênio disponível e crescimento reduzido de microrganismos (EPSTEIN,1997). Namkoong et al. (1999) utilizaram a relação carbono orgânico/nitrogênio orgânico como parâmetro de maturação para composto preparado com resíduos da indústria de alimentos e, ao final do processo de compostagem, a relação C/N chegou a valores entre 5 e 6, sem levar em consideração os valores no início do processo. Inbar et al. (1990) observaram que a relação C/N diminuiu rapidamente de 27 para 10 durante os primeiros 60 dias de compostagem. A relação C/N e o tempo de compostagem tiveram uma alta correlação (r2=0,99). Neste mesmo trabalho, a relação C/N não foi bem correlacionada com nenhum outro parâmetro, o que torna difícil estimar o tempo preciso ou ideal que assegure a estabilidade ou maturação de um composto. Para Kiehl (2002), a relação C/N constitui um parâmetro confiável para o acompanhamento da compostagem até chegar ao produto final humificado, no qual a 12 relação deve estar entre 8/1 a 12/1. Ainda segundo esse autor, mesmo sendo a relação C/N um parâmetro confiável, é aconselhável recorrer a dois ou mais parâmetros para confirmação da fase final de decomposição do composto. 4.3.1.2 Indice pH A determinação do pH pode ser considerada um bom indicador da marcha do processo, já que, em geral. durante a compostagem o pH diminui ligeiramente, para subir posteriormente à medida que o material vai se estabilizando, chegando ao final do processo a valores entre 7,0 e 8,0. O pH indica a acidez ou alcalinidade de um meio em específico. Esse valor é importante, já que o crescimento de muitos microrganismos é controlado pelo pH do substrato em que se encontram. Jiménes e Garcia (1989) demonstraram que valores baixos de pH indicam pouca maturação no composto, seja devido ao pouco tempo de compostagem ou a possíveis condições anaeróbias na pilha. Na compostagem, o valor final do índice pH abaixo de 6,0 não é aceitável como fertilizante maturado, segundo a legislação brasileira (KIEHL, 2002). O pH também afeta a temperatura a qual o processo pode chegar durante sua estabilização. Em uma pilha de compostagem, o pH inicial é ligeiramente ácido (em torno de 6,0), alcançando ao final do processo valores próximos da neutralidade (CRAWFORD,1985). 4.3.1.3 Condutividade Elétrica A condutividade elétrica (CE) é um indicativo da concentração de sais ionizados na solução (WILSON, 1984) e fornece um parâmetro para a estimativa da salinidade de um resíduo, fertilizante orgânico ou substrato. Especialmente na utilização de materiais alternativos, em misturas não-industrializadas, é importante conhecer o nível de salinidade do material. a fim de evitar perdas na produção (KAMPF, 2000). A salinidade de um composto não deve exceder a 4,0 mohms/cm, ou dS/m (decisiemens/metro), ou ainda 2560 ppm de sais (CRAUL e SWITZENBAUN, 1996). 13 Kiehl (2002) alerta que a condutividade deve diminuir com a compostagem, estabilizando em um valor próximo a 50% da leitura inicial. Essa queda não é devido à lixiviação de sais do composto, mas pela decomposição dos ácidos orgânicos produzidos pela decomposição do material (AVENIMELECH et al., 1996). Negro et al. (2000) consideram a medida de condutividade elétrica como um parâmetro importante de se conhecer, principalmente os valores medidos no final da compostagem. A condutividade do composto pode afetar os testes de germinação, podendo oscilar entre 0,4 (turfa) e 6,60 dS m -1 (composto à base de esterco de frangos). Levi Minze et al. (1992), em determinações feitas de 0 a 120 dias, observaram reduções nos valores de condutividade elétrica para 50% do valor inicial já aos 58 dias de compostagem. Wang et al. (2004), avaliando índices de maturação para compostos orgânicos produzidos a partir de resíduos de confinamentos de vacas leiteiras, criação de suínos e serragem, encontraram resultados discordantes dos demais autores. Nos compostos produzidos a partir de esterco de bovino (puro) e esterco de bovino + serragem, a condutividade elevou-se com o tempo (de 7,0 para 21dS m-1), enquanto para o composto produzido com esterco de suínos, os valores decresceram com o tempo ( de 12,0 para 6,0 dS m-1). 4.3.1.4 Teores de Amônio e Nitrato (NH4 + e NO3 -) Segundo Sanchez-Monedero et al. (2001), a maior parte do nitrogênio contido em uma pilha de compostagem é orgânico, principalmente como parte da estrutura de proteínas. Uma pequena parte do N orgânico é mineralizada à amônia por reações de amonificação resultantes da atividade microbiana. A amônia pode ser transformada através de diferentes processos dependendo das condições nas quais o material foi compostado. Uma das rotas leva à nitrificação por bactérias quando a temperatura da mistura está acima dos 40ºC e há condições favoráveis de aeração. Durante a nitrificação, as bactérias abaixam o pH do meio pela liberação de íons hidrogênio. As transformações do nitrogênio (de amônio para nitrato) 14 em processos de compostagem têm especial importância do ponto de vista agronômico, já que esta forma pode ser assimilada diretamente pelas raízes. Kiehl (2002) afirma que sabendo-se que em determinada fase da compostagem o composto apresenta apreciáveis teores de nitrogênio amoniacal. espera-se que o processo esteja na fase de semicura ou bioestabilização. Quando a análise mostrar que o composto apresenta nitrogênio nítrico e quase não houver nitrogênio amoniacal. pode-se assegurar que o processo está na sua fase final de maturação. Wang et al. (2004) testando índices de maturação para compostos elaborados à base de esterco bovino puro, esterco de bovinos + serragem de madeira e estercos de suínos + cascas de árvores, observaram teores de amônio decrescentes (238 para 116 mg kg-1, 1980 para 89 mg kg-1 e 8510 para 96 mg kg-1, respectivamente) ao longo de 112 dias. Foi observado comportamento inverso para os teores de nitrato, onde os valores aumentaram ao longo do tempo para os dois primeiros materiais (1,0 para 128 mg kg-1 e 1,0 para 90,6 mg kg-1). Benito et al. (2003) estudando diferentes parâmetros químicos como indicadores de maturidade na compostagem durante 190 dias, observaram acréscimos significativos nos teores de nitrato (1,90 para 8,27 mg kg-1) e decréscimos nos teores de amônio (70,3 para 16,1 mg kg-1) no final do processo. Comportamento semelhante foi encontrado por Brinton e Evans (2001), avaliando compostos orgânicos em vários estágios de maturação. Sanchez-Monedero et al. (2001) avaliando mudanças nos teores de nitrato e amônio na compostagem de misturas de materiais como lodo de esgoto, palhada de sorgo e casca de pinus em diferentes proporções, encontraram valores decrescentes de NH4 + (0,5 para 0,2%) e crescentes de NO3 - (0,1 para 1,5%), ao longo de 20 semanas de compostagem. De modo geral. observa-se através dos vários trabalhos consultados, que os valores são muito distintos e dependem do tipo de material utilizado, sendo que é consenso que o mais importante a ser observado é a tendência de comportamento inverso para os dois parâmetros. 15 4.3.2 Determinações Físicas Consideram-se como mais importantes no processo de compostagem a temperatura, a umidade, a cor e o odor da mistura. A utilização do odor e cor do composto é vista como parâmetro subjetivo para predizer a maturação e qualidade do produto final. isto porque ambos estão sujeitos à variedade de materiais utilizados na preparação do composto. 4.3.2.1 Temperatura Durante o processo de compostagem, a temperatura varia dependendo da atividade metabólica dos microorganismos. De acordo com esse parâmetro, o processo de compostagem pode ser dividido em quatro etapas: mesófila, termófila, resfriamento e maturação. Inicialmente, os resíduos se encontram à temperatura ambiente; em seguida, a temperatura eleva-se consideravelmente, alcançando 40ºC (fase mesófila), subindo até alcançar 60-70ºC (fase termófila). Por último, ocorre uma fase de resfriamento e a temperatura volta a valores próximos ao ambiente. Quanto maior o calor, mais rápido se processa a decomposição, sendo considerada uma faixa ótima para a compostagem a que vai de 50 a 70ºC, sendo 60ºC a mais indicada (EPSTEIN, 1997). A temperatura influi no crescimento e atividade dos microorganismos. Este fator afeta tanto o número, quanto o tipo de microrganismos presentes na pilha de compostagem, assim como a atividade microbiológica durante o processo. Quando o crescimento dos microorganismos no processo se acelera, a temperatura aumenta, bem como a razão de decomposição do material. A proliferação de microrganismos mesofílicos dentro do material gera calor a uma razão maior que a perda deste através da superfície da pilha e seus arredores, resultando em um aumento da temperatura. A parte externa da pilha funciona como uma massa protetora que permite a retenção de calor (JOSHUA et al., 1998). A perda de calor é proporcional à área superficial da massa de composto e a geração de calor é proporcional ao volume de composto. As perdas de calor podem ocorrer por radiação e condução, mas a maioria do calor é perdido devido à evaporação da umidade da pilha, que é estimulada pelo método de aeração, passiva ou forçada, utilizada. Quando a temperatura do composto se aproxima da temperatura do ambiente, pode-se considerar que o produto se encontra estável, mas ainda não alcançou o 16 grau de maturação adequado para sua utilização (EPSTEIN, 1997). Durante estas mudanças de temperatura, o volume da pilha da massa diminui consideravelmente como resultado da degradação do material inicial. A curva de temperatura com relação ao tempo de compostagem dependerá da natureza da matéria orgânica que seja utilizada no processo, disponibilidade de nutrientes, conteúdo de umidade, isolamento, tamanho da partícula e grau de aeração da pilha (DELGADO,1989). 4.3.2.2 Umidade É uma das variáveis mais importantes no processo de compostagem. O grau de umidade da mistura afeta outras variáveis do processo como a temperatura, atividade microbiana e a taxa de decomposição de um composto. Para assegurar uma decomposição eficiente do material. recomenda-se uma taxa inicial de 55-65% de umidade da mistura. Quando a umidade se encontra abaixo de 40%, a atividade microbiana diminui. Se o valor é maior que 65%, a água pode expulsar o ar dos poros vazios e promover condições anaeróbicas no composto, gerando assim, odores indesejáveis e um retardamento do processo de degradação (EPSTEIN, 1997). 4.3.3 Testes biológicos 4.3.3.1 Germinação de sementes Ensaios e investigações têm sido realizados utilizando plantas e germinação de sementes como parâmetros de avaliação do grau de maturação na compostagem e não como parâmetro de estabilidade. Keller (1961) utilizou plantas para determinar o grau de maturação e fitotoxicidade em aplicações de compostos em testes de campo, recomendando que se utilizem esses testes em conjunto com outras análises. As causas dos baixos índices de germinação (fitotoxicidade) podem ser associadas à presença de metais pesados, elementos inorgânicos, sais solúveis e compostos orgânicos. Estes compostos fitotóxicos podem ser produzidos durante o processo de compostagem como resultado de condições anaeróbicas. Se essas características estão presentes no composto, a germinação de sementes diminuirá dependendo do grau de 17 fitotoxicidade que possua a mistura. Ensaios realizados utilizando o método de germinação de sementes têm avaliado o grau de maturação em que se encontra o composto. Sementes que são colocadas em um composto imaturo não germinam, ou, se germinam, morrem rapidamente logo após a germinação (WARMANN, 1999; ZUCCONI et al., 1988; OZORES-HAMPTON et al., 1999). Para ser considerado maduro, um composto precisa atender a alguns requisitos. Zucconi et al (1981) afirmam que índices de germinação acima de 50% sugerem que um composto está livre de fitotoxinas e sua aplicação não causará injúrias ás plantas. Para Saviozzi et al. (1992), pode-se assumir que as condições de fitotoxicidade desaparecem quando os índices de germinação atingem valores acima dos 80%. Já para o Conselho de Qualidade de Compostos da Califórnia (CCQC), índices de germinação entre 80 e 90 % indicam que um composto está maduro e índices acima de 90% classificam o material como muito maduro. Um dos testes para determinar maturação de compostos orgânicos incluídos no Guia do Conselho Canadense de Ministérios do Ambiente (CCME) para qualidade de compostos orgânicos (CCME, 1996) preconiza que “a germinação de Lepidium sativum L. em extratos aquosos de compostos orgânicos deve atingir valores acima de 90% de germinação em relação ao controle”. Diante do exposto, verifica-se a elasticidade dos valores dos índices de germinação, sendo que os dados encontrados em trabalhos mais recentes tendem a adotar valores maiores, aumentando a segurança dos resultados no uso de compostos orgânicos. Em estudo realizado por Ozores-Hampton et al. (1999), foram utilizados extratos de um composto imaturo (3° dia, 4 semanas e 6 semanas) para averiguar se esse material retardava ou inibia o crescimento de 14 diferentes espécies. Esse trabalho demonstrou que um composto imaturo inibiu a germinação da maioria das espécies utilizadas. Em outros estudos, foram utilizadas sementes de pepino, rabanete e trigo para predizer qualidade e maturação. Em um trabalho realizado por De Vleeschauerwer et al. (1981), encontraram-se numerosos ácidos orgânicos em um composto fresco e só uma pequena fração quando o composto tinha 5 meses, propiciando assim uma germinação de sementes na mistura madura. Respostas similares foram reportadas por Keeling et al. (1994) quando a percentagem de germinação de sete espécies vegetais diminuiu em um composto imaturo, comparado com combinações de composto maduro. 18 Nos testes de germinação (testes biológicos), o grau de maturação de um composto pode ser determinado por meio de plantas indicadoras ou plantas testes. Kiehl (1985) aponta como plantas indicadoras o agrião e a cevada. 4.4 Efeitos da aplicação de um composto imaturo no solo A aplicação de um composto orgânico “imaturo” no solo pode provocar bloqueio biológico do N assimilável, o que posteriormente, levaria a um decréscimo no conteúdo desse nutriente na planta e, consequentemente, uma queda na produção. Com a aplicação de um composto imaturo no solo, produz-se um decréscimo do conteúdo de oxigênio, favorecendo a criação de zonas anaeróbias e fortemente redutoras, o que, aliado a um aumento da temperatura, pode inibir a germinação ou produzir um baixo desenvolvimento das plantas (NEGRO et al., 2000). A presença de substâncias fitotóxicas é um fenômeno observado quando da utilização de compostos produzidos a partir de resíduos vegetais, assim como estercos que podem inibir a germinação e crescimento das plantas. Esse efeito fitotóxico é devido à formação de amônia, produzida como conseqüência da degradação da matéria orgânica residual e cuja presença, inclusive em quantidades pequenas, é tóxica para as raízes e germinação de sementes. Outro tipo de substância fitotóxica é o óxido de etileno e alguns ácidos orgânicos, como o acético, propiônico e butírico (NEGRO et al. 2000; WARMAN et al. 1999). Sendo o baixo índice de germinação de plântulas um dos maiores problemas relacionados à aplicação de compostos imaturos no solo, alguns autores (LEE et al., 2002; GARCIA et al., 1991; MARAMBE et al., 1991; MANIOS et al., 1989; CHANYASAK et al., 1983b) estudaram fatores relacionados a esses processos de inibição de germinação. Para Lee et al. (2002), um dos maiores determinantes de baixos índices de germinação é a elevada quantidade de ácidos orgânicos nos compostos nas fases iniciais da maturação. Garcia et al. (1991) observaram que as concentrações de ácidos orgânicos como butírico, isobutírico, acético e propiônico decresceram conforme aumentou o grau de maturação dos compostos analisados. 19 Chanyasak et al. (1983b) avaliaram as concentrações de ácidos orgânicos, usualmente presentes em elevadas concentrações em compostos imaturos, como possíveis causadores de toxidez em plântulas, e os resultados evidenciaram que ácidos como o propiônico e o n-butírico foram os principais responsáveis pelo efeito inibitório do crescimento. Em outros estudos, Marambe et al. (1991) apontaram como possíveis causadores de inibição de crescimento, mudanças fisiológicas relacionada à absorção de água no período da germinação. 4.5 Humificação na compostagem O húmus pode ser considerado um subproduto das transformações bioquímicas dos materiais orgânicos no solo. O conceito estrutural mais aceito considera que as substâncias húmicas são polifenóis remanescentes da lignina, a unidade base destas combinadas com aquelas sintetizadas pelos microrganismos que, em função da sua solubilidade relativa em álcali ou ácidos, são grosseiramente separados em ácidos fúlvicos, ácidos húmicos e humina (CARDOSO, 1992). O termo “humificação” tem sido amplamente usado para denominar os processos químicos e biológicos pelos quais materiais orgânicos são convertidos em substâncias húmicas, sendo que a lignina e outros produtos de degradação são considerados os maiores precursores dos compostos aromáticos que formam essas substâncias (STEVENSON, 1994). A lignina não é totalmente mineralizada durante a compostagem, pois é mais resistente pela complexidade de sua estrutura. Por outro lado, polissacarídeos como a celulose e a hemicelulose são degradados mais facilmente por bactérias e fungos. Os ácidos húmicos (HA), fúlvicos (AF) e demais componentes do húmus são formados pelo ataque dos microorganismos especializados que transformam os restos orgânicos em material humificado. Como resultado dessa transformação biológica, a lignina e as proteínas dos restos orgânicos se associam e formam uma substância complexa, denominada “ácido húmico”. Os ácidos húmicos são coloidais, isto é, partículas extremamente pequenas que podem se combinar, por exemplo, com o cálcio, o magnésio, o potássio, dando os chamados humatos alcalinos de cálcio, de magnésio e de potássio, respectivamente, compostos que liberam facilmente esses elementos para as plantas (KIEHL,1985) . 20 + Atividade microbiana Lignina Carboidratos Celulose Hemicelulose Açúcares Nitrogênio orgânico e inorgânico Proteínas Aminoácidos Nitrato, amônio Produtos intermediários do metabolismo NH4 + e NO3 - CO2 H2O Energia Complexos Húmicos Lignina Carboidratos Residuais Biomassa microbiana Assimilação de N Compostos fenolicos Quinonas Polifenóis Ácidos Húmicos e Fúlvicos Material Compostado Figura 2. Mudanças químicas que ocorrem durante o processo de compostagem (Adaptado de SMITH, 1990). Chen et al. (1996) relatam que a fração ácidos húmicos (AH), extraída em compostos maduros, se comparada àquela extraída de compostos imaturos, contém mais estruturas aromáticas e grupos carboxílicos. Estes autores observaram um aumento significativo em compostos fenólicos e grupos carboxílicos nos ácidos húmicos durante a compostagem de diferentes materiais. Diferenças na composição dos ácidos húmicos podem ser dependentes do tipo de material usado na compostagem. Por exemplo, os ácidos húmicos extraídos durante 21 a compostagem de lodo de esgoto contém altas percentagens de carbonos alifáticos, associados às estruturas de polissacarídeos e proteínas, enquanto que ácidos húmicos de compostos produzidos com estercos têm composição similar aos ácidos húmicos encontrados no solo (DEIANA et al. 1990). O grau de humificação tem sido usado como referência para saber se um processo de compostagem foi completado, ou seja, se o material está maduro (CHEN et al. 1996; BERNAL et al. 1996). Na literatura há trabalhos que relacionam o grau de maturação de um composto com as características dos compostos húmicos presentes, associando esse parâmetro ao grau de polimerização. Tem sido usada como índice de maturação a relação carbono dos ácidos fúlvicos/carbono dos ácidos húmicos (RIFFALDI et al. 1992). No entanto, há controvérsias sobre os parâmetros que podem ser usados na composição desse índice. O índice de polimerização, expresso pela relação AH/AF, apresenta valores crescentes ao longo do tempo, o que confere aos compostos produzidos um caráter húmico, indicando uma melhoria na qualidade do composto orgânico (ORLOY,1998). Saviozzi et al. (2004) e Namkoong et al. (1999) calcularam o índice de humificação (IH) dividindo-se a fração não humificada (NH) pela soma dos valores de ácidos húmicos (AH) + ácidos fúlvicos (AF). Benito et al. (2003) usam os valores de C nos ácidos húmicos divididos pelo C orgânico total. multiplicado por 100. Em geral. ácidos fúlvicos (AF) predominam sobre ácidos húmicos (AH) em compostos imaturos. Como resultado da decomposição, a fração ácidos fúlvicos decresce, enquanto os ácidos húmicos aumentam. 4.6 Importância da Matéria Orgânica no Solo De acordo com Kiehl (1985), a incorporação de matéria orgânica na forma de esterco animal ou de compostos orgânicos, fornece nutrientes ao solo, promovendo a melhoria da nutrição de macro e micronutrientes. A matéria orgânica ajuda na retenção de nutrientes fornecidos através de adubos químicos, melhorando o aproveitamento dos mesmos pelas plantas, amenizando, assim, os efeitos de suas perdas para as camadas mais profundas do solo. Seus efeitos incluem 22 ainda, a solubilização de nutrientes em solos minerais, o que ocorre devido à ação dos ácidos orgânicos húmicos contidos nos húmus (vegetais ou animais decompostos), bem como o aumento da capacidade de troca de cátions do solo (melhoria da capacidade tampão). Os efeitos nas propriedades físicas envolvem melhoria da estrutura (granulação) do solo, conferindo maior capacidade de absorção e armazenamento de água, possibilitando, ainda, uma boa aeração e um melhor desenvolvimento do sistema radicular. 4.7 Efeitos do uso de compostos orgânicos no cultivo de alface A adubação orgânica tem grande importância no cultivo de hortaliças, principalmente em solos de clima tropical. onde a mineralização da matéria orgânica se realiza intensamente, e onde seu efeito é bastante conhecido nas propriedades químicas e biológicas do solo (SENESI, 1989; SWIFT e WOOMER,1993). A alface (Lactuca sativa L.) é a hortaliça folhosa mais consumida, sendo de grande importância no país e no mundo inteiro do ponto de vista econômico (SONNEMBERG, 1985). É uma planta herbácea, delicada, com pequeno caule no qual se prendem as folhas, que crescem em forma de roseta. Apresenta ciclo curto, grande área foliar e sistema radicular pouco profundo, exigindo solos areno-argilosos, ricos em matéria orgânica e com boa quantidade de nutrientes prontamente disponíveis (FILGUEIRAS, 2000). Vidigal et al. (1995) também mencionam que o solo ideal para o cultivo dessa hortaliça é o areno-argiloso, rico em matéria orgânica e com boa disponibilidade de nutrientes e, para maior produtividade, é necessário o uso de insumos que melhorem as condições físicas, químicas e biológicas do solo. Apesar do uso de matéria orgânica ser uma prática bastante antiga, existem poucas informações sobre os efeitos no rendimento e qualidade da alface quando submetidos à aplicação de diferentes materiais orgânicos (CASTRO e FERRAZ JUNIOR, 1984). A cultura apresenta grande resposta à adubação nitrogenada (KIEHL, 1985), possuindo, ainda, um elevado potencial de produção com adubos orgânicos (SANTOS et al. 2001). Rodrigues (1990), avaliando a aplicação de adubos orgânicos em alface, observou aumentos na produção e nos teores de nutrientes nas plantas. Asano (1984) 23 estudou o efeito da aplicação de fertilizantes orgânicos e minerais e relata que plantas de alface com menores teores de N-total apresentaram maiores teores de açúcares solúveis totais na matéria fresca. Santos et al. (1994), avaliando cinco doses de composto orgânico (0, 22,8, 45,6, 68,4 e 91,2 t/ha) observaram que com o aumento das doses de composto orgânico, os teores de matéria seca e açúcares solúveis decresceram enquanto a produção de matéria fresca foi aumentada. Vidigal et al. (1997), estudando o efeito de diferentes compostos orgânicos, atribuíram as menores produtividades de alface, cv. Carolina, a compostos orgânicos que não haviam mineralizado o suficiente para nutrir as plantas, como por exemplo, o bagaço de cana-de-açúcar, quando comparado à palha de café. Nakagawa et al. (1992), cultivando alface cultivar Brasil-48 concluíram que a utilização de 150 g de composto orgânico por vaso de diferentes resíduos agrícolas não produziu diferença significativa para biomassa fresca de folhas e caules. Villas Boas et al. (2004) avaliando o efeito de três doses (30, 60 e 120 t/ha) de composto orgânico de três composições distintas, observaram que o composto de palhada de feijão aumentou a biomassa fresca da parte aérea e a quantidade de N, K, Ca, Mg, B, Cu, Fe e Zn nas plantas de alface. 24 5 MATERIAL E MÉTODOS 5.1 Descrição geral dos experimentos A primeira etapa do experimento (compostagem) foi desenvolvida no Pátio de Compostagem (instalação coberta) do Departamento de Recursos Naturais da Faculdade de Ciências Agronômicas “Campus” UNESP-Botucatu-SP. A segunda etapa consistiu de dois experimentos com cultivo de alface (Lactuca sativa L), conduzidos em casa de vegetação com ventilação e ambiente controlados do Departamento de Recursos Naturais - Ciência do Solo, da Faculdade de Ciências Agronômicas - UNESP, Campus de Botucatu - São Paulo. 5.2 Caracterização da área de estudo A localização da área dos experimentos se dá aos 22°51’ de latitude Sul, 48°27’ de longitude Oeste e altitude média de 786 m. Segundo classificação de Koppen, o clima do município de Botucatu é considerado como sendo Cwa, clima temperado quente (mesotérmico) com chuvas no verão, seca no inverno e a temperatura média mais quente superior a 22°C (CUNHA et al. 1999). 25 5.3 Caracterização dos resíduos Para obtenção dos compostos foram utilizados resíduos do processamento de plantas medicinais, fornecidos pela Centroflora Anidro do Brasil, e esterco de bovino gerado no confinamento dos novilhos precoces, projeto temático intitulado “Crescimento de bovinos de corte no modelo biológico super precoce”, (processo n° 99/05195-5, financiado pela FAPESP) coletado nas baias, contendo fezes, urina e restos de ração. Na extração do princípio ativo das plantas, foram utilizadas as seguintes partes: Unha de gato (galhos), Cáscara sagrada (cascas), Ipê Roxo (cascas) e Boldo (folhas). A razão da escolha dos referidos materiais foi a diferença entre características químicas dos mesmos e a disponibilidade na época da coleta. A caracterização dos materiais utilizados é apresentada na Tabela 1 e Figura 3. Tabela 1. Caracterização dos materiais utilizados para compostagem. Esterco Unha de Gato Cáscara Sagrada Ipê Roxo Boldo pH 4,9 5,2 5,4 5,1 4,5 CE (dSm.m-1) 6,5 2,6 2,8 2,1 1,3 Umidade (%) 50,0 10,0 40,0 12,0 30,0 Relação C/N 13/1 154/1 42/1 56/1 12/1 Holocelulose (%) - 35,3 52,2 28,0 25,0 Lignina (%) - 55,8 37,9 53,1 31,0 ------------------------------- g kg -1------------------------------ N (total)1 23,5 3,9 11,9 9,2 34,1 P2O5 (total) 1 16,0 1,4 5,3 1,0 1,0 K2O (total) 1 13,3 2,6 8,3 1,0 3,0 Mat.Orgânica (total) 1 532,4 940,0 900,0 930,0 728,0 Carbono (total) 1 295,8 522,2 500,0 516,7 410,0 Cálcio1 22,8 37,4 29,1 44,8 25,2 Magnésio1 5,0 4,1 4,7 3,0 3,1 ------------------------------- mg kg-1 ------------------------------ Ferro1 3250 208,6 468,3 206,5 105,2 Cobre1 82 25,0 32,5 3,1 25,6 Manganês1 124 303,3 154,6 106,0 99,0 Zinco1 142 38 78,0 28,6 33,0 1 Determinado de acordo Lanarv (1988); 26 Unha de Gato Cáscara Sagrada Ipê Roxo Boldo Figura 3. Aspecto visual do material usado na composição das pilhas. 5.4 O Processo de Compostagem A condução do processo de compostagem cocorreu no período de 06 de setembro de 2003 à 06 de janeiro de 2004. As pilhas de compostagem foram montadas com aproximadamente 1 m3 de volume, em forma trapezoidal. utilizando resíduos oriundos do processamento das quatro plantas medicinais, sendo: 1. Unha-de-gato (Uncaria tomentosa); 2. Cáscara Sagrada (Rhamnus Purshianus), 3. Ipê roxo (Tabebuia impetiginosa) e 4. Boldo (Phaemus boldus). Para a construção de cada pilha foi adicionado esterco bovino na proporção que equilibrasse a relação C/N em 30:1, considerada adequada para o bom desempenho do processo de compostagem (KIEHL, 2002). Combinações das pilhas de compostagem (Tratamentos): a) Pilha 1. Resíduos de unha de gato + esterco bovino; b) Pilha 2.Resíduos de cascara sagrada + esterco bovino; c) Pilha 3. Resíduos de ipê roxo + esterco bovino; 27 d) Pilha 4. Resíduos de boldo + esterco bovino; e) Pilha 5 . Todos os anteriores + esterco bovino. Tabela 2. Peso dos materiais utilizados nas misturas para composição das pilhas. Esterco Unha de Gato Cáscara Sagrada Ipê Roxo Boldo Mistura (Peso Seco) ----------------------------------------------- kg ---------------------------------------------- Pilha 1 100,0 54,0 - - - 154,0 Pilha 2 40,0 114,0 - - 154,0 Pilha 3 80,0 - - 74,0 - 154,0 Pilha 4 Calda1 - - - 100,0 100,0 Pilha 5 35,0 30,0 30,0 30,0 30,0 155,0 1. O resíduo de boldo apresentava relação C/N baixa (12/1), razão pela qual utilizou-se esterco bovino apenas como fonte de inoculo (mistura de esterco com água). Os resíduos foram misturados em uma betoneira. A partir da montagem das pilhas, a temperatura foi medida 2 vezes por dia em quatro pontos e duas profundidades (superfície e meio da pilha). Semanalmente foram coletadas amostras para determinação da umidade, sendo esta determinada em laboratório de acordo com Kiehl (1985). Aos 8, 22, 33, 45 e 60 dias, as pilhas foram reviradas para proporcionar aeração à mistura. 5.4.1 Avaliações Aos 0, 30, 60, 90 e 120 dias do início do processo de compostagem foram coletadas amostras para testes químicos e biológicos. Cada uma das análises foi feita com 4 repetições: 1. pH e condutividade elétrica, determinados em água, respectivamente, de acordo com metodologia proposta por Kiehl (2002); 2. Determinações de amônio, nitrato, substâncias húmicas e carbono orgânico total, realizadas no Departamento de Edafologia da Universidade Politecnica de Madrid - Espanha. Sendo: Amônio (extraído com 2 M de KCl) e Nitrato (extraído em água), quantificados através de um ionômetro de eletrodos seletivos marca Orion modelo 920 (KEENEY E NELSON, 1982); Substâncias húmicas (ácidos húmicos (AH) e ácidos fúlvicos (AF) : extraídas de acordo com Dabin (1971), pesando-se 3g do material em tubos de centrífuga, adiconando-se 100ml de Na4P2O7 (0,1N) e agitando por 10 min, seguido por 28 centrifugação por 10min a 3500rpm. Foram adicionados então 100ml de NaOH 0,1N, seguidos de agitação e centrífugação como descrito anteriormente. O sobrenadante foi coletado e o processo repetido até o ponto em que o extrato tornava-se transparente. Os extratos AH e AF foram obtidos e o carbono contido nesse material foi determinado com dicromato de potássio em meio sulfúrico (BLACK, 1965). A partir da quantificação do carbono dos ácidos húmicos e fúlvicos, foi calculado o índice de polimerização (IP) através da expressão: IP = AH/HF. 3. Macronutrientes e carbono total. determinados de acordo com (LANARV, 1988); 4. Teste de germinação, determinado segundo Zucconi et al. (1988), utilizando o extrato aquoso das amostras através da mistura de 5g de amostra moída e seca ao ar com 50 ml de água destilada a 60ºC, agitando-se em seguida durante 30 minutos e filtrando- se até obter um extrato transparente. Foram utilizadas placas de Petri forradas com papel de filtro (Whatman nº3), umedecidas com 6 ml do extrato obtido na etapa anterior, sendo então colocadas 20 sementes de agrião (Lepidium sativum), que permaneceram durante 72 horas em câmara escura a 26ºC. Utilizou-se como testemunha placas irrigadas com água destilada e os índices de germinação foram calculados em relação a essa testemunha. O índice de germinação foi calculado através da seguinte fórmula: IG= %G*Lm/Lc, onde: IG= Indice de germinação %G= Porcentagem de germinação em relação ao controle; Lm= Longitude média das raízes da amostra (cm) e Lc= Longitude média das raízes do controle (cm). O material da pilha 4 não apresentou aumento na temperatura ao longo do tempo, o que caracteriza que esse material não “compostou” e, por isso, foi excluído desse estudo. Por questões de praticidade, passou-se a denominar os compostos produzidos com os materiais da Pilha 1 como (C1), Pilha 2 (C2), Pilha 3 (C3) e Pilha 5 (C4). 29 5.5 Uso dos compostos orgânicos na produção de alface (Lactuca sativa L.) Conforme já citado anteriormente, foram instalados em casa de vegetação, dois experimentos consecutivamente, utilizando-se vasos plásticos com capacidade de 3,5 litros, que foram preenchidos com 3,5 litros da camada superficial de um Latossolo Vermelho, que foi seco e peneirado em etapa anterior. 5.5.1 Caracterização do solo O solo foi classificado como Latossolo Vermelho Escuro (CARVALHO et al. 1983), podendo ser denominado pela nova nomenclatura como Latossolo Vermelho (EMBRAPA, 1999). A composição química e granulométrica do solo utilizado no experimento pode ser vista nas Tabelas 3 e 4, respectivamente. Tabela 3. Características químicas do solo utilizado no experimento. pH M.O. P H+Al K Ca Mg SB CTC V CaCl2 g kg-1 mg dm-3 -------------------------- mmolcdm-3 ---------------------- (%) 4,1 19 2,0 64 0,6 1,0 0,4 2,0 66 15 Micronutrientes Boro Cobre Ferro Manganês Zinco ----------------------------------------------- mg dm-3 ---------------------------------------------- 0,26 1,0 57,0 0,3 0,1 Tabela 4.Composição granulométrica do solo. Areia Total Argila Silte >0,05mm <0,002mm 0,5-0,002mm ------------------------------------------ g kg-1 ---------------------------------------------- 730 160 110 A calagem foi feita com a aplicação de calcário dolomítico (PRNT=91%) para elevar a saturação por bases do solo a 80%, segundo recomendação de Raij et al. (1997) para a cultura da alface. Após a mistura, o solo foi incubado a uma umidade próxima a 80% durante 20 dias. No final desse período, foram retiradas amostras de solo para medir saturação por bases. Posteriormente, foram efetuadas adubações com 100mg K L -1 de solo (cloreto de potássio), 150mg P L-1 de solo (superfosfato triplo) e 1g de FTE por vaso (7% 30 de Zn; 2,5% de B; 1% de Cu; 5% de Fe; 10% de Mn e 0,1% de Mo). O nitrogênio foi fornecido via composto. Os resultados da análise de solo pós-incubação podem ser vistos na Tabela 5. No segundo ciclo, cujo objetivo foi avaliar o efeito residual do composto orgânico no fornecimento de nitrogênio, foi incorporada apenas a adubação a base de fósforo e potássio. Tabela 5. Características químicas do solo após calagem e adubação. pH M.O. P H+Al K Ca Mg SB CTC V CaCl2 g kg-1 mg dm-3 -------------------------- mmolcdm-3 ---------------------- (%) 6,5 22 76 14,0 2,0 44,0 15,0 61,0 75,0 81,0 5.5.2 Tratamentos Os tratamentos utilizados foram: T- Testemunha ( Sem N mineral), adubado com P e K; C1 30-Composto orgânico proveniente da Pilha 1 (30 t ha-1); C1 60-Composto orgânico proveniente da Pilha 1 (60 t ha-1); C1 90- Composto orgânico proveniente da Pilha1 (90 t ha-1); C1 120- Composto orgânico proveniente da Pilha 1 (120 t ha-1); C2 30-Composto orgânico proveniente da Pilha 2 (30 t ha-1); C2 60-Composto orgânico proveniente da Pilha 2 (60 t ha-1); C2 90- Composto orgânico proveniente da Pilha 2 (90 t ha-1); C2 120- Composto orgânico proveniente da Pilha 2 (120 t ha-1); C3 30-Composto orgânico proveniente da Pilha 3 (30 t ha-1); C3 60-Composto orgânico proveniente da Pilha 3 (60 t ha-1); C3 90- Composto orgânico proveniente da Pilha 3 (90 t ha-1); C3 120- Composto orgânico proveniente da Pilha 3 (120 t ha-1); C4 30-Composto orgânico proveniente da Pilha 5 (30 t ha-1); C4 60-Composto orgânico proveniente da Pilha 5 (60 t ha-1); C4 90- Composto orgânico proveniente da Pilha 5 (90 t ha-1); C4 120- Composto orgânico proveniente da Pilha 5 (120 t ha-1); 31 5.5.3 Caracterização dos compostos orgânicos O composto orgânico utilizado encontrava-se curtido e com as seguintes características (Tabela 6). Tabela 6. Caracterização dos compostos orgânicos produzidos (teores totais). C 1* C 2* C 3* C 4* pH 7,11 7,59 7,82 7,51 CE (dScm-1) 6,51 6,55 6,57 6,92 Relação C/N 12/1 11/1 9/1 13/1 ------------------------------------------ g kg-1 ---------------------------------------- N (total) 11,9 19,3 25,2 21,5 P2O5 44,8 47,9 41,3 37,7 K2O 13,1 12,6 11,2 11,0 C (total) 222,5 224,3 226,2 287,5 MO (total) 400,5 403,8 406,8 517,6 Cálcio 29,3 35,8 27,4 13,2 Magnésio 11,49 15,0 14,2 13,6 ------------------------------------ mg kg-1 ---------------------------------------- Cobre 176,3 162,6 138,0 110,0 Ferro 2305,3 2050,0 1456,6 1253,3 Manganês 202,1 255,3 180,6 229,3 Zinco 285,6 317,3 252,0 90,0 *1- Composto produzido a partir de esterco + resíduos de unha de gato; C2- Composto produzido a partir de esterco + resíduos de cáscara sagrada; C3- Composto produzido a partir de esterco + ipê roxo; C4- Composto produzido a partir de esterco + mistura de resíduos de unha de gato, cáscara sagrada, ipê roxo e boldo, respectivamente. 5.5.4 Plantio das mudas e condução O primeiro experimento foi conduzido de 01 de fevereiro a 17 de março de 2005 (45 dias de ciclo). O segundo experimento foi conduzido de 4 de abril a 19 de maio de 2005 (45 dias de ciclo). Foram utilizadas mudas da cultivar de alface crespa Verônica, sendo transplantada uma planta por vaso. Durante a condução do experimento, a temperatura média foi mantida em torno de 27ºC e a umidade do solo a 70% da capacidade de campo (através de pesagens diárias). Na Figura 4 são apresentadas as várias fases do ciclo da alface. 32 (a) (d) (c) (a) Figura 4. Fases do primeiro ciclo da alface (a) 3 dias após o transplantio, ( dias e (d) 45 dias após o transplantio. ( (c) (a) Figura 5. Fases do segundo ciclo da alface (a) 3 dias após o transplantio, ( dias e (d) 45 dias após o transplantio. (b) b) 15 dias, (c) 30 (b) d) b) 15 dias, (c) 30 33 5.5.5 Avaliações 5.5.5.1 Produção de matéria seca e análise química de plantas Em ambos os casos (primeiro e segundo ciclo da alface), aos 45 dias após o transplante, as plantas foram cortadas rentes ao solo, pesadas para determinação da massa fresca e contados números de folhas. Em seguida, foram levadas para secar em estufa com ventilação forçada a 65°C, até atingirem peso constante, sendo então pesadas (constituindo matéria seca da parte aérea), moídas e enviadas ao Laboratório de Análise Química de Planta do Departamento de Recursos Naturais - Ciência do Solo de acordo com metodologia modificada de Malavolta et al. (1997). O acúmulo de macronutrientes foi calculado multiplicando a matéria seca pela concentração de nutriente da parte aérea de cada planta. 5.5.5.2 Análise Química do solo Foram também coletadas amostras de solo no início e final do primeiro ciclo, bem como ao final do segundo ciclo, que foram secas ao ar, peneiradas e enviadas ao Laboratório de Fertilidade de Solos do Departamento de Recursos Naturais - Ciência do Solo para determinação de pH, matéria orgânica, fósforo, potássio, hidrogênio + alumínio, cálcio e magnésio, seguindo metodologia de Raij e Quaggio (1983). 5.5.5.3 Clorofilômetro A intensidade da coloração verde da folha (ICV) foi determinada pelo medidor portátil Chlorophyl Meter, modelo SPAD-502 (Soil and Plant Analysis Development) da Minolta Co., Osaka, Japão. A precisão do aparelho é de uma unidade SPAD para valores entre 0 e 50 unidades SPAD. A coleta de dados foi realizada no 45º dia de condução do experimento nas primeiras horas da manhã. A medida de ICV foi tomada posicionando a folha na área de medida do clorofilômetro, totalizando 4 medidas por folha. 34 5.6 Delineamento experimental e análise dos dados obtidos O delineamento experimental utilizado foi o inteiramente casualizado (DIC), em esquema fatorial (4 x 4) com um tratamento adicional (testemunha). Os fatores foram: testemunha (sem N), compostos orgânicos (1, 2, 3 e 4), quatro níveis (30, 60, 90 e 120 t ha -1) e quatro repetições, totalizando 68 unidades experimentais. Os resultados foram submetidos à análise estatística, de acordo com Gomes (2000), utilizando o software “SISVAR”, versão 4.2 (FERREIRA, 2003). 35 6 RESULTADOS E DISCUSSÃO 6.1 Compostagem 6.1.1 Temperatura Na Figura 6 pode ser observada a variação de temperatura medida diariamente durante os primeiros 90 dias de compostagem. Verificou-se, para todas as pilhas, que a temperatura aumentou rapidamente nos primeiros dias, indicando que o processo de compostagem estava se desenvolvendo adequadamente, sendo que já na primeira semana todos os materiais alcançaram temperaturas entre 50 e 60ºC (ideais para o início da fase de estabilização e cura) e esses índices foram mantidos até os 40 dias, quando a temperatura começou a cair, voltando à fase mesófila. Isto indica que o composto estava na fase de semicura ou estabilização. Comportamento semelhante foi observado por Cezar (2005), durante a compostagem de esterco de bovinos + serragem de madeira. A pilha 5 apresentou os maiores valores de temperatura (em torno de 60ºC) durante a fase termófila. Tal fenômeno pode ser atribuído à composição dos materiais usados nas pilhas, ou seja, sendo esta pilha composta por uma diversidade maior de materiais, houve influência positiva no desenvolvimento dos microrganismos e, conseqüentemente na temperatura, que é função direta da atividade biológica dos materiais. Segundo Kiehl (2002), temperaturas prolongadas acima de 70ºC reduzem a atividade benéfica dos microrganismos e aumentam a possibilidade de perdas de N por volatilização da amônia. 36 Tempo, dias 0 15 30 45 60 75 9 T em pe ra tu ra , o C 0 20 30 40 50 60 70 Pilha 1 (C1) Pilha 2 (C2) Pilha 3 (C3) Pilha 5 (C4) Ambiente R R R R R Fi qu tem be ca co se R= Revolvimento das pilhas gura 6. Temperatura para as cinco pilhas de compostagem medida durante 90 dias. As variações bruscas de temperatura do composto ocorreram apenas ando as leiras foram reviradas para homogeneizar o material e permitir aeração da mistura. De modo geral observou-se que, durante o processo, a evolução da peratura seguiu o padrão de comportamento esperado em um processo de compostagem m conduzido. 6.1.2 Carbono total, nitrogênio total e relação C/N A Figura 7 mostra as mudanças ocorridas nas concentrações de rbono total e relação C/N durante o período de decomposição ao longo de 120 dias de mpostagem. Tendências similares podem ser observadas para os compostos C1, C2 e C3, ndo que o comportamento dos dados foi explicado através de equações quadráticas. Os 37 dados referentes ao composto C4 não permitiram ajustes de equações. As equações quadráticas indicam tendências de queda de valores no início do processo, seguidas de estabilização ao final. Este comportamento era esperado, uma vez que quando o composto se estabiliza e matura, o conteúdo de carbono e nitrogênio disponível para os microrganismos é utilizado, reduzindo a relação C/N inicial. De acordo com Kiehl (2002), rápidas alterações da matéria prima ocorrem nos primeiros 40 a 60 dias de compostagem. Em relação ao teor inicial. cerca de 50% da matéria orgânica são metabolizados e convertidos, principalmente, em gás carbônico e vapor d’água. Tempo (Dias) 0 30 60 90 120 C (g k g-1 ) 150 200 250 300 350 400 450 500 C1- Y = 446,5 - 4,68x + 0,02x2 R2=0,91** C2- Y = 413,5 - 3,75x + 0,01x2 R2=0,96** C3- Y = 392,6 - 4,23x + 0,02x2 R2=0,95** Tempo (Dias) 0 30 60 90 120 R el aç ão C /N 5 10 15 20 25 30 35 C1 - Y = 31,6 - 0,41x + 0,002x2 R2=0,97** C2 - Y = 29,5 - 0,15x + 0,0001x2 R2=0,96** C3 - Y = 32,3 - 0,44x + 0,002x2 R2=0,96** (b) (a) ● C1 ○ C2▼C3 ∆ C4 ● C1 ○ C2▼C3 ∆ C4 Figura 7. Evolução das concentrações de carbono total (C) (a) e relação C/N (b) para 4 compostos durante 120 dias. Na Tabela 7 podem ser observados os dados referentes às médias dos valores de carbono total. matéria orgânica e relação C/N. Os valores de C total e matéria orgânica refletem a grande proporção de material decomposto durante a compostagem, o que pode ser verificado pelas reduções significativas nos primeiros 30 dias para os compostos C2, C3 e C4. A exceção foi o C1, que apresentou a menor proporção de redução no carbono e na matéria orgânica até os 30 dias. Tal fato pode ser explicado pela observação da Tabela 1 (caracterização dos materiais), onde se verifica que a unha de gato é o componente que tem maior percentagem de lignina entre os demais. Sabe-se que materiais ricos em lignina tendem a apresentar decomposição mais lenta que aqueles com menor concentração desse componente. As diferenças significativas observadas entre os compostos avaliados nas diferentes fases de amostragem sugerem que a composição dos materiais que constituem uma mistura tem influência marcante na evolução do processo de compostagem. Todos os 38 compostos apresentaram, no final do processo, valores de matéria orgânica igual ou acima de 40%, recomendados como mínimos para comercialização de acordo com a legislação brasileira. Tabela 7. Evolução do Carbono total. Matéria orgânica e relação C/N para 4 compostos ao longo de 120 dias. Tempo (dias) Trat 0 30 60 90 120 -------------------------------------- C (g kg-1) --------------------------------- C1 420 a 400 a 185 c 223 c 222 b C2 419 a 304 c 255 b 239 b 224 b C3 409 b 256 d 225 b 249 b 226 b C4 438 a 362 b 456 a 321 a 287 a ------------------------------------ MO (g kg-1) --------------------------------- C1 756 b 721 a 333 d 401 c 400 b C2 755 b 548 b 459 b 430 b 403 b C3 736 b 460 c 405 c 449 b 406 b C4 788 a 652 b 820 a 579 a 517 a --------------------------------------Relação C/N -------------------------------- C1 32/1 a 20/1 a 14/1 b 13/1 a 12/1 a C2 33/1 a 20/1 a 13/1 c 13/1 a 11/1 a C3 32/1 a 20/1 a 11/1 c 9/1 b 9/1 b C4 30/1 a 23/1 a 23/1 a 15/1 a 13/1 a * Médias seguidas da mesma letra nas colunas não diferem pelo teste de Tukey a 5%. Ainda na Tabela 7, verifica-se que a relação C/N decresceu durante a chamada fase bioxidativa (fase de maior atividade microbiana), resultando na decomposição da matéria orgânica. Não houve diferença significativa entre os compostos nos tempos 0 e 30 dias. Aos 60 dias, o C4 apresentava a maior relação C/N entre os demais, fato que se seguiu até o final do processo, que pode ser explicado pela diversidade de materiais na composição dessa pilha. Rivera-Rosário (2003) afirma que o tipo e a composição do material compostado influenciam na relação C/N do produto final. podendo mostrar variações de 5:1 a 20:1. Contrariando os autores acima citados, Chanyasak e Kubota (1981) realizaram estudos sobre as mudanças na relação C/N de diferentes resíduos e estes revelaram que a relação C/N de vários compostos maduros mostraram valores constantes entre 5 e 6, sem importar o tipo de material que se utiliza na compostagem. 39 A relação C/N tem sido usada como parâmetro de maturação por vários autores (KIEHL, 1985; BERNAL et al. 1998; NAMKOONG et al. 1999; RIVERA- ROSARIO, 2003; BENITO et al. 2003; HUANG et al. 2004). É consenso entre esses autores que quando a relação C/N está em torno de 18/1, o composto atingiu a fase de semi-cura ou bioestabilização e a relação C/N em torno de 10/1 configura um composto humificado. De acordo com essa classificação, os compostos avaliados podem ser considerados humificados. 6.1.3 pH O pH foi medido durante o processo de compostagem em todas as pilhas objetivando avaliar a utilidade de tal parâmetro como ferramenta para medir o grau de maturação do composto produzido. As mudanças durante a compostagem podem ser observadas na Figura 8, onde está representado um comportamento típico, havendo uma ligeira acidificação no início, seguida de uma elevação no pH, atingindo valores próximos da alcalinidade ao final do processo. Tal variação também foi verificada por outros autores, que avaliaram materiais orgânicos (EPSTEIN, 1997, JIMENEZ e GARCIA, 1989, RIVERA- ROSARIO, 2002). Os dados referentes ao composto C4 não permitiram ajuste de modelo estatístico. Tempo (Dias) 0 30 60 90 120 pH 5,5 6,0 6,5 7,0 7,5 8,0 C 1 - Y = 7,12 - 0,01x + 0,0002x2 R2 = 0,97** C 2 - Y = 6,87 - 0,01x + 0,0002x2 R2 = 0,96** C 3 - Y = 7,39 - 0,009x + 0,0001x2 R2 = 0,92** ● C1 ○ C2▼C3 ∆ C4 Figura 8. Valores de pH ao longo dos 120 dias de compostagem. Para Peixoto (1988), o pH dos resíduos orgânicos no início da compostagem é em geral levemente ácido, ou seja, com valores entre 5,0 e 6,0. A produção de ácidos orgânicos nos estádios iniciais da decomposição pode provocar um rápido decréscimo 40 do pH. Em poucos dias, entretanto, ocorre uma recuperação rápida atingindo valores entre 7,0 e 8,0, aí permanecendo até o final do processo, com possibilidade de pequena queda. A faixa de variação ótima do pH para o desenvolvimento da maioria dos microrganismos está entre 6,5 e 8,0. Pela Tabela 8 pode-se verificar, através das diferenças significativas entre os valores de pH para as pilhas em cada um dos tempos avaliados, que a composição e as características do material compostado, bem como o pH inicial da mistura têm influência no desenvolvimento do processo de compostagem. Tabela 8. Valores médios de pH para as 4 pilhas de compostagem ao longo de 120 dias. Tempo (dias) Trat 0 30 60 90 120 ------------------------------------------- pH ------------------------------------------ C1 7,1 ab 6,5 c 6,6 b 6,7 b 7,1 b C2 7,3 a 6,9 b 7,1 a 5,9 c 7,5 a C3 6,9 b 6,6 bc 6,7 b 7,2 a 7,8 a C4 7,2 ab 7,5 a 6,6 b 7,5 a 7,5 a *Médias seguidas da mesma letra nas colunas não diferem pelo teste de Tukey a 5%. Os valores de pH obtidos ao longo do processo situaram-se dentro da faixa considerada adequada (6,0 e 8,0) para um processo de compostagem bem conduzido. A exceção foi o valor para o C 2, que aos 90 dias apresentou decréscimo (5,9), o que também é considerado normal. Segundo Peixoto (1998), admite-se a possibilidade de pequenas quedas ao final do processo, sem prejuízo da qualidade do material. No presente trabalho, os valores aumentaram no final do período avaliado. Teixeira et al. (2002), avaliando características químicas de compostos orgânicos produzidos com lixo urbano, cama de frango e esterco bovino, encontraram valores de pH que variaram entre 6,0 e 7,5 ao final da compostagem. Manhães (1993), utilizando bagaço de cana, torta de filtro e cama de curral como mistura, também obteve valores semelhantes. O comportamento do pH em todos os compostos sugere que este índice poderia ser utilizado como um parâmetro de fácil avaliação para medir o grau de maturação de um composto. Entretanto, a amplitude de valores de um material para outro pode ser um fator limitante para o uso desse parâmetro. 41 6.1.4 Condutividade Elétrica As médias encontradas não permitiram ajustes de equações de regressão, razão pela qual os dados são apresentados apenas em tabela. Para o composto C1, ocorreu aumento dos valores aos 60 dias (Tabela 9). Tal comportamento é contrário ao que preconizam relatos encontrados na literatura sobre o tema, onde os valores tendem a decrescer ao longo do tempo. Kiehl (2002) alerta que a condutividade deve diminuir com a compostagem, estabilizando em um valor próximo a 50% da leitura inicial. Tabela 9. Valores médios de condutividade elétrica para as 4 pilhas de compostagem ao longo de 120 dias. Tempo (dias) Trat 0 30 60 90 120 ---------------------------------- d S m-1 ---------------------------------------- C1 8,49 a 7,24 b 8,59 a 6,38 ab 6,51 a C2 7,38 b 9,80 a 6,45 b 6,14 ab 6,55 a C3 7,84 bc 6,34 c 6,37 b 6,91 a 6,57 a C4 6,54 c 5,57 c 5,69 b 5,85 b 6,92 a * Médias seguidas da mesma letra nas colunas não diferem pelo teste de Tukey a 5%. Para os compostos C3 e C4 a tendência foi inversa, havendo redução nos valores até os 60 dias, seguida por aumento nas avaliações finais. Levi-Minze et al. (1992) determinaram a CE em amostras de composto de 0 aos 120 dias de maturação e descreveram valores que variaram entre 7,5 (início) e 2,4 d Sm-1 (final do processo). Os testes de médias mostrados na Tabela 9 evidenciaram que houve diferença significativa na CE medida nas diferentes fases da compostagem. De 0 a 90 dias, as amostras apresentaram valores de CE bastante variáveis, sendo que aos 120 dias não foi verificada diferença significativa entre os valores de CE medidos nos compostos C1, C2, C3 e C4. Esses resultados evidenciam uma tendência de estabilização de valores ao final do processo, independente do material utilizado na composição das pilhas. Os elevados valores de CE foram diferentes dos relatados na literatura. De acordo com Craul e Switzenbaun (1996) e Garcia et al. (1992), a salinidade de um composto orgânico não deve exceder a 4,0 mohms cm-1 (ou dS m-1) ou 2560 ppm de sais, sob pena de causar perdas de produção. No presente trabalho, para os compostos avaliados, a 42 CE apresentou valores elevados, variando entre 6,92 e 8,49 dSm-1. Esses resultados, contrariando conceitos postulados na literatura, podem ser explicados através da verificação da Tabela 1 (caracterização dos materiais utilizados na composição das pilhas). Os valores de CE do esterco bovino (usado como fonte de N) são altos (6,5 dSm-1) e foram responsáveis pelos altos valores de CE já no início do processo. Wang et al. (2004) avaliando índices de maturação para compostos orgânicos produzidos a partir de resíduos de confinamentos de vacas leiteiras, criação de suínos e serragem, encontraram valores altos, portanto, discordantes dos demais autores. Nos compostos produzidos a partir de esterco de bovino (puro) e esterco de bovino + serragem, a condutividade elevou-se com o tempo (de 7,0 para 21dS m-1), enquanto que para o composto produzido com esterco de suínos os valores decresceram com o tempo (de 12,0 para 6,0 dS m-1). Francou et al. (2005), avaliando parâmetros de maturação em compostos produzidos a partir de combinações de lodo de esgoto e resíduos vegetais, também observaram valores de CE crescentes (0,61 a 3,6 dS m-1) e explicaram que esse fato ocorre devido ao aumento da concentração de cátions devido a redução da massa do composto. Ainda segundo os mesmos autores, persistindo a dúvida, faz-se necessário o uso de um teste de germinação, que poderá indicar se o substrato apresenta condições de fitotoxicidade. Baseado no exposto torna-se difícil o uso da CE como teste para avaliação da maturação de um composto, já que seus resultados apresentam variações pouco preditivas. 6.1.5. Amônio e Nitrato Como pode ser observado na Figura 9, as concentrações de NH4 + decresceram ao longo dos 120 dias de compostagem, comportamento contrário ao das concentrações de NO3 -. Paré et al. (1997), afirmam que o comportamento inverso desses dois parâmetros sugere que um intensivo processo de decomposição biológica foi completado e o composto alcançou um estado de maturidade. Sánchez-Monedero et al. (2001), avaliando mudanças nos teores de nitrato e amônio na compostagem de misturas de materiais como lodo de esgoto, palhada de sorgo e casca de pinus em diferentes proporções, encontraram valores 43 decrescentes de NH4 + (0,5 para 0,2%) e crescentes de NO3 - (0,1 para 1,5%), ao longo de 20 semanas de compostagem. Tempo (Dias) 0 30 60 90 120 N H 4+ (m g kg -1 ) 0 200 400 600 800 C 1 - Y= 465,04 - 6,31x + 0,03x2 R2 = 0,94** C 2 - Y= 609,22 - 4,86x R2 = 0,92** C 3 - Y= 275,06 - 1,91x R2 = 0,85* C 4 - Y= 448,74 - 3,74x R2 = 0,94** Tempo (Dias) 0 30 60 90 120 N O 3- ( m g .k g-1 ) 0 100 200 300 400 500 600 C 1 - Y= 100,229 + 2,00x - 0,008x2 R2 = 0,93** C 2 - Y= 113,11 + 1,28x - 0,006x2 R2 = 0,94** C 3 - Y= 175,58 - 0,56x R2 = 0,96** C 4 - Y= 216,90 - 1,57x R2 = 0,97** ● C1 ○ C2▼C3 ∆ C4 ● C1 ○ C2▼C3 ∆ C4 Figura 9. Concentrações de amônio e nitrato analisados em 4 compostos ao longo de 120 dias . *, ** Significativos a 5 e 1% (P>0,05 ) pelo teste de F. Na Tabela 10 estão apresentados os valores referentes as concentrações de N total. nitrato e amônio no decorrer do tempo. No início do processo não houve diferença significativa entre os valores de N total para os quatro compostos, mas aos 30 dias, houve aumentos nos teores desse elemento, sobressaindo-se o C1. Ao longo do tempo, foram observadas diferenças significativas entre os compostos avaliados. Ao final. houve aumento nas concentrações para todos os compostos, o que está de acordo com Kiehl, 2002), que afirma que comparando-se o teor de nitrogênio total encontrado em um substrato a ser compostado como o conteúdo no final do processo, verifica-se que o valor é sempre maior no final. Acredita-se que o nitrogênio fixado na estrutura dos microorganismos também possa contribuir nesse aumento. O composto C2 apresentou as maiores concentrações de NH4 + (Tabela 10) no início da compostagem e as diferenças significativas são explicadas pela constituição dos materiais que entraram na composição das pilhas (Tabela 1). Para os Compostos C1 e C2, as concentrações de NH4 + apresentaram redução de cerca de 50 % já aos 30 dias. A exceção foi o C3, onde as concentrações aumentaram aos 30 dias, mas decresceram drasticamente aos 60 dias, estabilizando ao longo do tempo. Segundo Sanches-Monedero et al. (2001), o aumento das concentrações de NH4 + nos primeiros 30 dias de compostagem indica que houve uma rápida mineralização do N orgânico, resultando na produção de amônio. Zucconi e De 44 Bertoldi (1987) assumem como limite para compostos imaturos valores acima de 400 mg kg- 1 de NH4 +. Tabela 10. Concentrações de nitrato e amônio para as 4 pilhas de compostagem ao longo de 120 dias. Tempo (dias) Trat 0 30 60 90 120 -------------------------------N (g kg-1) ------------------------------- C1 13,0 a 20,2a 13,6 b 16,4 c 11,0 c C2 12,7a 15,6b 19,2 a 18,2 c 19,2 b C3 12,9a 12,9c 19,7 a 27,0 a 25,1 a C4 14,5a 15,7 b 19,6 a 21,4 b 21,5b ------------------------------- N-NH4 +( mg kg-1) --------------------------- C1 489,0 b 256,0 c 251,3 b 227,1 a 214,2 a C2 726,2 a 329,9 ab 283,1 a 179,1 b 71,4 b C3 247,5 d 308,0 a 88,7 c 85,7 c 71,9b C4 439,0 c 348,0 a 256,7 b 50,4 d 26,0c --------------------------- N-NO3 - (mg kg -1) ---------------------------------- C1 105,1 c 145,6 ab 183,0 c 230,2 b 213,1 bc C2 115,0 c 135,1 b 185,0c 157,0 c 172,7 c C3 174,5 b 181,0 a 233,4 b 218,5 b 241,0 b C4 265,0a 179,2 a 337,2 a 369,2 a 406,1 a * Médias seguidas da mesma letra nas colunas não diferem pelo teste de Tukey a 5%. Os valores mais baixos de NH4 +, observados aos 120 dias no C4, associados aos altos valores de NO3 - no mesmo período, sugerem que para esta mistura o processo de nitrificação foi intenso, o que está de acordo com o proposto por Kiehl (2002). O autor afirma que os resíduos orgânicos têm quase todo o seu nitrogênio na forma orgânica e, no decurso da compostagem, o nitrogênio orgânico da matéria orgânica se transforma em nitrogênio amoniacal que, em seguida, passa para a forma nítrica. Observando os valores de NO3 -, nota-se que há diferenças significativas entre os compostos nos diferentes tempos de amostragem. Tal fato permite inferir que a composição dos materiais usados nas misturas influencia diretamente os processos que levam a produção de nitrato na compostagem. Os valores encontrados ora assemelham-se, ora distinguem-se dos encontrados na literatura, o que pode ser explicado pela diversidade de materiais usados nos estudos. Wang et al. (2004) testando índices de maturação para compostos elaborados a base de esterco bovino puro, esterco de bovinos + serragem de madeira e estercos de suínos + cascas de árvores, observaram teores de amônio decrescentes 45 (238 para 116 mg kg-1, 1980 para 89 mg kg-1 e 8510 para 96 mg kg-1, respectivamente) ao longo de 112 dias. Foi observado comportamento inverso para os teores de nitrato, onde os valores aumentaram ao longo do tempo para os dois primeiros materiais (1,0 para 128 mg kg-1 e 1,0 para 90,6 mg kg-1). Benito et al. (2003) avaliando diferentes parâmetros químicos como indicadores de maturidade na compostagem durante 190 dias, observaram acréscimos significativos nos teores de nitrato (1,90 para 8,27 mg kg-1) e decréscimos nos teores de amônio (70,3 para 16,1 mg kg-1) no final do processo. Comportamento semelhante foi encontrado por Brinton e Evans (2001), avaliando compostos orgânicos em vários estágios de maturação. De modo geral. observa-se através dos dados encontrados nesse estudo, bem como dos vários trabalhos consultados, que os valores das concentrações de nitrato e amônio são distintos e dependem do tipo de material utilizado, sendo que é consenso que o mais importante a