Compostagem da fracção sólida do chorume com palha de azevém (Lolium multiflorum Lam.) ou tojo (Ulex europaeus L.)

 

L. M. Brito¹, A.L. Amaro¹, I. Mourão¹ & J. Coutinho²

¹ Escola Superior Agrária de Ponte de Lima, IPVC, Refóios, 4990-706 Ponte de Lima – Tel: (+351) 258 909 740 – Fax: (+351) 258 909 779 – E-mail: miguelbrito@esa.ipvc.pt;

²Centro de Química. Dep Biologia e Ambiente, Univ. Trás-os-Montes e Alto Douro, ap 1013, 5000-911 Vila Real -E-mail: j_coutin@utad.pt

 

RESUMO

A fracção sólida do chorume (FSC) de uma exploração de pecuária leiteira intensi­va foi compostada com adição de doses crescentes de palha de azevém ou de tojo, em pilhas estáticas com três revolvimentos. A temperatura aumentou na FSC até 65 ºC após o primeiro revolvimento mas as tempe­raturas máximas registaram-se mais cedo e foram mais elevadas nas pilhas com adição de palha ou de tojo. Estes materiais aumen­taram as taxas de mineralização da matéria orgânica (MO) em todas as pilhas. No entanto, a MO potencialmente mineralizável e o teor de N orgânico nos compostos finais foram inferiores. A razão C/N diminuiu de forma semelhante para todas as pilhas de 32–38 no início do processo para 13–17 no final da compostagem. A baixa temperatura, a baixa razão C/N e a baixa concentração de NH4⁺, em combinação com o aumento da concentração de NO 3^-dos compostos finais, indicaram que estes estavam estabilizados. O elevado teor de MO (784-832 g kg^-1 MS) e de N total (28-35 g kg^-1 MS) e a baixa condutividade eléctrica (0,72-1,16 dS m^-1) sugerem que os compostados da FSC podem ser utilizados como correctivos orgânicos do solo. A utilização de palha ou de tojo contribuiu para melhor garantir a higienização do composto.

Palavras-chave: Azoto, composto, matéria orgânica, mineralização, temperatura

 

Composting cattle slurry solid fraction with Italian ryegrass straw (Lo­lium multiflorum Lam.) or gorse (Ulex europaeus L.)

ABSTRACT

Cattle slurry solid fraction (SF) was col­lected from a dairy farm (SF) and com­posted with increasing rates of Italian rye-grass straw or gorse, in static piles turned only three times. Temperatures increased to a maximum of 65 ºC after the first turn in the pile only with SF. In contrast, higher temperatures were registered much sooner in piles mixed with straw or gorse. The ad­dition of these bulking agents to SF in­creased temperatures and also the initial rates of organic matter (OM) mineralisation. In contrast, potential OM mineralisation and organic N content decreased.

The C/N ratio declined following a similar pattern for all compost treatments, from 32–38 at the beginning of the proc­ess, to a value of 13–17 towards the end of composting. Stabilized compost was obtained from raw SF feedstock as indi­cated by the low compost temperature, low C/N ratio and the small content of NH4⁺ combined with increased concentra­tions of NO3^-. The high concentration of OM (784-832 g kg^-1) and total N (28-35 g kg^-1) in final composts in addition to a low electrical conductivity (0.72-1.16 dS m^-1) suggests that SF composts may be ef­fective as soil amendments. The use of straw or gorse contributed to guarantee compost sanitation.

Key-words: Compost, mineralisation, ni­trogen, organic matter, temperature

 

INTRODUÇÃO

A separação entre a fracção sólida do cho­rume (FSC) e a fracção líquida tornou-se numa tecnologia com crescente utilização na gestão deste efluente da pecuária leiteira intensiva (Ford & Fleming, 2002) devido à melhoria que introduz nas suas propriedades de manuseamento, enquanto a FSC pode ser compostada para produzir um fertilizante rico em matéria orgânica e nutrientes. A FSC é constituída por um material fibroso, com porosidade que, dentro de certos limi­tes, permite a entrada de ar na pilha em compostagem, a qual aumenta pela acção do fluxo ascendente de ar provocado pela pro­dução de calor durante o processo de com­postagem (Oenema et al., 2001).

A utilização de resíduos vegetais grossei­ros pode aumentar o arejamento e o forne­cimento do oxigénio no interior da mistura em compostagem. O revolvimento das pilhas de compostagem também fornece oxigénio para o processo de decomposição. No entanto, se realizado com demasiada frequência, pode aumentar as emissões de NH3 e reduzir o valor agronómico do produ­to final, porque diminui a concentração de N. Eghball et al. (1997) e Tiquia & Tam (2000) encontraram na literatura referências a perdas de N entre 21% e 77%. Perdas semelhantes (16% -74%) foram referidas por Raviv et al. (2004), sendo a maioria dessas perdas causada pela volatilização de NH3.

Existem diversos estudos que foram con­duzidos com FSC de suínos (Tiquia et al., 1997; Møller et al., 2000; Fukumoto et al., 2003; Huang et al., 2006; Ross et al., 2006). No entanto, as transformações da matéria orgânica e do azoto durante a compostagem da FCS de bovinos leiteiros não são bem conhecidas. Neste estudo, compara-se a evolução de características físicas e quími­cas no processo de compostagem da FSC, misturada com doses crescentes de palha de azevém ou de tojo, com o objectivo de obter um produto final higienizado, estabilizado, de elevada qualidade, rico em azoto e em matéria orgânica.

 

MATERIAIS E MÉTODOS

Construíram-se 7 pilhas de composta­gem de 1,5 m de altura, com FSC recolhi­da de uma exploração leiteira de Vila do Conde. A máquina separadora utilizada na extracção da FSC baseava-se na pressão provocada por um sem-fim que impulsio­na os sólidos para a extremidade frontal da máquina, enquanto a fracção líquida atravessa um crivo que rodeia o sem-fim. Uma pilha foi construída exclusivamente com FSC, três com FSC misturada com doses crescentes de palha de azevém (Lolium multiflorum Lam.) e três com doses crescentes de tojo (Ulex europaeus L.). As doses crescentes (25%, 33% e 50% v/v) corresponderam em peso seco (p/p) a 14%, 20% e 34% para o azevém e a 10%, 14% e 24% para o tojo, respecti­vamente.

O revolvimento realizou-se manual­mente com pás e ancinhos, aos 28, 56 e 112 dias de compostagem. As pilhas foram colocadas sobre uma tela de cober­tura do solo de polietileno, para impedir a entrada de terra durante o revolvimento, e no interior de uma estufa de polietileno para impedir a entrada da água da chuva, mas possibilitando as trocas gasosas com o exterior. As temperaturas no centro das pilhas e do ambiente na estufa foram medidas em cada minuto com termístores (tipo ST1, Delta-T Devices).

Realizaram-se colheitas de quatro amos­tras por cada pilha nos seguintes dias de compostagem: 0, 14, 28, 56, 84, 112, 140 e 168, e recorreram-se às normas europeias (CEN, 1999) para a determinação das seguintes características: humidade, com base em 50 g de material original (EN 13040); pH utilizando extractos de 60 cm³ de amostra por 300 ml de água (EN 13037); condutividade eléctrica dos extractos aquo­sos (1:5, v/v), após filtragem (EN 13038); matéria orgânica (MO) por calcinação numa mufla a 550°C durante 4 horas (EN 13039); e azoto (N) Kjeldahl modificado (EN 13654; com um digestor Gerhardt-KT12S e uma unidade de destilação Vadopest-3). As características seleccionadas da FSC, da palha de azevém e do tojo, encontram-se no Quadro 1.

 

Quadro 1 -Características da FSC, da palha e do tojo. (média ± desvio padrão)

 

A concentração de carbono total, destina­do ao cálculo da relação C/N, foi determi­nada pela fracção entre a concentração da matéria orgânica e a constante 1,8 (Gonçal­ves & Baptista, 2001). As perdas de MO (g kg^-1) foram estimadas pela fórmula:

1000 – 1000 [X1 (1000 – X2)] / [X2 (1000 – X1)] em que X1 e X2 representam a percentagem de cinzas (g kg^-1), respectivamente, no início e no fim de cada período de compostagem (Paredes et al., 2000).

Parte das amostras foram congeladas imediatamente após a colheita, para a determinação do azoto mineral, após extrac­ção com KCl 2M (1:5), por espectrofotome­tria de absorção molecular (Houba et al., 1995), em autoanalisador de fluxo segmen­tado, sendo a concentração de N amoniacal determinada pela reacção de Berthelot e a de N nítrico através do reagente de Griess-Ilosvay, após redução em coluna de cádmio. Utilizou-se o método de Levenberg-Marquardt na análise de regressão não­linear da mineralização da MO e o método da menor diferença significativa para com­parar as médias dos parâmetros químicos analisados, recorrendo-se ao programa SPSS versão 15.0. (SPSS Inc.).

 

RESULTADOS E DISCUSSÃO

A fase termófila (> 50ºC) da composta­gem iniciou-se pouco tempo depois da construção das pilhas com FSC, alcan­çando temperaturas superiores a 60 °C mais rapidamente nas pilhas que incluí­ram palha ou tojo (Figura 1).

 

Figura 1 -Evolução da temperatura média diária (ºC) do ambiente exterior e do interior das pilhas de compostagem da fracção sólida do chorume (FSC), e com doses crescentes (25%, 33%, 50%, v/v) de palha (P) e tojo (T). As pilhas foram reviradas aos 28, 56 e 112 dias de compostagem

 

A temperatura aumentou no tratamento só com FSC até à temperatura máxima diária de 65 ºC após o primeiro revolvimento. No entanto, as temperaturas máximas foram registadas mais cedo e foram mais elevadas nas pilhas com mistura de palha ou de tojo, alcançando-se, respectivamente, 68 ºC numa pilha com palha (25% v/v) ao 7º dia e 74 ºC numa pilha com tojo (33% v/v) ao 3º dia de compostagem. Após 70 dias de com­postagem as temperaturas diminuíram rapi­damente até um valor próximo da tempera­tura ambiente, que foi alcançado em menos de três meses de compostagem. A tempera­tura da FSC durante a compostagem evoluiu como previsível (Inbar et al., 1993 e Ross et al., 2006), aumentando inicialmente, em consequência da degradação da MO facil­mente disponível e diminuindo, posterior­mente, à medida que a MO ficou menos disponível, indicando que o calor produzido pelas reacções exotérmicas associadas ao metabolismo microbiano diminuiu.

A compostagem da FSC poderá ter garanti­do a higienização do compostado e a elimi­nação das sementes viáveis de infestantes. Tchobanoglous et al. (1993) indicaram que a Salmonella sp. e a Escherichia coli podem ser destruídas em 15 a 20 minutos quando expostas a temperaturas de 60ºC, ou durante uma hora a 55ºC. Com temperaturas supe­riores a 60ºC, o processo de compostagem pode eliminar todos os organismos patogéni­cos e as sementes viáveis de infestantes, o que é uma preocupação fundamental na apli­cação directa do chorume ao solo. O aumento da temperatura nas pilhas da FSC misturada com as doses mais elevadas de tojo poderá ser explicado pelo maior arejamento que esteve associado ao aumento da porosidade da pilha e que terá facilitado a entrada de oxigénio para o seu interior.

A compostagem da FSC processou-se ini­cialmente com um teor de humidade de 74,6% apesar de ser recomendado, frequen­temente, um valor máximo de 60% (Tcho­banoglous et al., 1993). O teor de humidade diminuiu com a adição das doses crescentes de tojo ou palha de azevém durante o pro­cesso de compostagem, mas foi sempre superior a 52% na pilha com FSC sem mis­tura (durante os 168 dias de compostagem) e a 42% nas restantes pilhas na fase mais activa da compostagem (até 84 dias de compostagem), donde se conclui que a compostagem da FSC pode processar-se sem recurso à rega.

O pH foi sempre alcalino, variando para o conjunto das 7 modalidades de tratamento, entre o máximo de 9 e o mínimo de 7,6. A condutividade eléctrica (CE) dos extractos aquosos variou entre 0,47 e 1,22 dS m^-1 para o conjunto das pilhas, sem diferenças consis­tentes entre pilhas ou datas de compostagem, e variou entre 0,72-1,16 dS m^-1 nos compos­tos finais. De acordo com Tchobanoglous et al. (1993), o valor de pH não deveria ser superior a 8,5, de modo a minimizar as per­das de NH3, valor que foi excedido em diver­sas ocasiões. No final da compostagem, o valor de pH variou entre 7,6 e 8,1 limitando o uso do compostado como substrato de pro­pagação (Cáceres et al., 2006). Em contraste com o pH, a reduzida CE dos compostos da FSC, bem como a sua porosidade, tornam o composto atractivo para ser utilizado como substituto parcial da turfa na composição de substratos para viveiros.

O teor MO no início da experiência foi, respectivamente: 909, 895 e 962 (g kg^-1 MS) para a FSC, a palha e o tojo, diminuin­do em todas as pilhas até um valor mínimo de 784 g kg^-1 MS, alcançado 168 dias após o início da compostagem na pilha exclusiva­mente de FSC e máximo de 832 g kg^-1MS na pilha com 50% (v/v) de tojo.

A mineralização da MO foi estimada pelas perdas de MO e obedeceu a uma cinética decrescente de 1ª ordem, que pode ser expressa pela seguinte equação:

MO_m = MO₀ (1 -e^-kt)

em que MO_m representa o teor de matéria orgânica (g kg^-1) mineralizada no tempo t (dias), MO₀ representa o teor de MO poten­cialmente mineralizável (g kg^-1) e k repre­senta a taxa de mineralização.

As perdas de MO (Figura 2) foram inicial­mente elevadas, devido à rápida mineraliza­ção dos constituintes mais facilmente minera­lizáveis, que ocorreu nos primeiros dois meses de compostagem. Posteriormente, o teor de MO estabilizou em todas as pilhas, indicando uma forte redução nos materiais orgânicos facilmente biodegradáveis.

 

Figura 2 – Perdas de matéria orgânica (g kg^-1MS) das pilhas de compostagem da fracção sólida do chorume (FSC), com doses crescentes (25%, 33%, 50%, v/v) de palha (P) e tojo (T). MOm representa o teor de MO (g kg^-1) mineralizada no tempo t (dias). ^***P <0,001

 

A figura 2 indica que mais de metade da MO das pilhas com revolvimento foi perdi­da em consequência da mineralização num período de 2 meses de compostagem, mais rapidamente nas pilhas com tojo, nas quais cerca de 400 g kg^-1 MS foram perdidas em menos de 1 mês. No final da compostagem, a mineralização ultrapassou 600 g kg^-1 MS na pilha com FSC sem mistura, mas este valor foi inferior nas pilhas com palha. As taxas de mineralização, estimadas com base nas perdas de MO, foram sempre superiores com adição de tojo, em comparação com a palha de azevém.

O facto de a MO ter sido mineralizada a uma taxa superior nas pilhas com tojo pode ser explicado pelo aumento do arejamento, causado pela estrutura do tojo, o que terá permitido o aumento da pressão parcial de oxigénio no interior das pilhas, aumentando assim a actividade metabólica dos micror­ganismos e a velocidade do processo de compostagem. As perdas de MO durante a compostagem da FSC foram semelhantes às perdas de 46% a 62%, referidas por Eghball et al. (1997) durante a compostagem de estrume bovino. Durante a compostagem, o teor de N orgânico na matéria seca aumen­tou com a diminuição da MO, de forma curvilínea (Figura 3), entre o mínimo de 13 g kg^-1 MS na pilha com FSC sem mistura, até ao valor máximo de 35 g kg^-1 MS no final da compostagem, registado no mesmo tratamento, e mínimo de 28 g kg^-1 MS nas pilhas com os teores mais elevados (50 % v/v) de palha e de tojo.

 

Figura 3 – Relação entre o teor de azoto orgâ­nico e o teor de matéria orgânica na matéria seca (MS) das pilhas de compostagem da frac­ção sólida do chorume (FSC) incluindo com palha (P) ou tojo (T). ^***P <0,001

 

A razão C/N diminuiu entre 38 na pilha com FSC sem mistura ou 32-36 nas pilhas com palha e 37-38 nas pilhas com tojo, no início da compostagem, até um valor mínimo de 13 no final da compostagem na pilha com FSC sem mistura, e valores variáveis entre 15 e 16 nas pilhas com palha e entre 14 e 17 nas pilhas com tojo (Quadro 2). A acentuada decomposição da MO na fase inicial da compostagem foi responsável pela rápida concentração de N nesta fase e pela diminuição da razão C/N, a qual decaiu para valores geralmen­te inferiores a 20 em menos de um mês.

 

Quadro 2 – Razão C/N das pilhas de compostagem da fracção sólida do chorume (FSC) com doses crescentes (25%, 33%, 50%, v/v) de palha (P) e tojo (T)

 

A razão C/N tem sido utilizada como indicador do grau de decomposição dos materiais orgânicos (Larney & Hao, 2007), excepto para materiais de baixa razão C/N. Diversos autores apontaram valores da razão C/N inferiores a 20 como indicado­res de uma maturação aceitável (Cardenas & Wang, 1980; Larney & Hao, 2007). Nestes ensaios, a razão C/N pouco variou entre as sete modalidades de compostagem consideradas e diminuiu até valores de 13 a 17, parecendo indicar um elevado grau de estabilização do composto final (Zucconi & Bertoldi, 1987; Bernal et al., 1998). No final da compostagem, o teor de N total no composto foi, em todas as pilhas, muito superior à concentração de N da maioria dos compostos comerciais produzidos em climas quentes (15g kg^-1 MS) referido por Hadas & Portnoy (1997).

No início da compostagem da FSC, o teor de N-NO3 foi muito baixo, 22 mg kg^-1 MF nas pilhas sem mistura e nas pilhas com tojo, e foi um pouco mais elevado (45-85 mg kg^-1 MF) nas pilhas com palha de azevém. Pelo contrário, o teor de N­NH₄⁺ foi muito elevado no inicio da com­postagem na FSC (1104 mg kg^-1 MF), e mais elevado nas pilhas com palha (1145­1224 mg kg^-1 MF) do que nas pilhas com tojo (1057-976 mg kg^-1), como se verifica pela Figura 4. Duas semanas após o início da compostagem, o teor de N-NH₄⁺ dimi­nuiu acentuadamente em todas as pilhas, sendo muito baixo no final da fase mais activa da compostagem (Figura 4).

 

Figura 4 – Evolução do N mineral, na matéria fresca, durante a compostagem da fracção sólida do chorume (FSC) com doses crescentes (25%, 33%, 50%, v/v) de palha (P) e tojo (T)

 

Entre dois e três meses após o início da compostagem, o teor de N-NO₃^- ultrapassou o teor de N-NH₄⁺ em todas as pilhas. No final da compostagem, o teor de N-NO₃^­ variou entre 500 e 1000 mg kg^-1 MF, com a excepção da pilha com a dose mais elevada de tojo. Os riscos de lixiviação foram muito reduzidos, quer durante a fase termófila da compostagem, porque o teor de nitratos era muito baixo, quer durante a maturação, por­que apesar da concentração de NO₃^-ter aumentado, não se verificou um teor de humidade que provocasse a sua lixiviação por água de escorrência.

O elevado valor pH e a temperatura ele­vada durante o processo de compostagem da FSC podem ter condicionado o balanço NH₄⁺:NH₃ e a emissão de NH₃. No entanto, a volatilização de NH₃ pode ter sido limita­da pela imobilização de N mineral nos microrganismos decompositores e pelo reduzido número de revolvimentos das pilhas. Outro factor que aponta para perdas de N reduzidas, deve-se ao facto do teor de N orgânico durante a compostagem da FSC ter aumentado entre um factor de 2 e 2,7 e a quantidade de MO ter sido reduzida, respec­tivamente, para 0,48 a 0,37 da inicial.

Assim, a principal vantagem do revolvimen­to será o seu contributo para a homogenei­zação da pilha, transportando os materiais que estavam no exterior, para o seu interior, o que pode ser realizado quando o teor de N amoniacal é mais baixo. A baixa concentra­ção de N-NH₄⁺ e o aumento de concentra­ção de N-NO₃^- no final do período de com­postagem, em combinação com a baixa razão C/N e a descida de temperatura, suge­rem que o compostado estava bem estabili­zado aos 168 dias de processo.

 

CONCLUSÕES

A temperatura que se verificou na genera­lidade das pilhas de compostagem terá garantido a higienização dos compostados finais e sugere que um número reduzido de revolvimentos poderá ser suficiente no pro­cesso de compostagem da FSC. Conside­rando que o teor de N aumentou na mesma proporção que a redução da MO, conclui-se que a FSC pode ser compostada com perdas mínimas de N. A redução do número de revolvimentos na fase termófila da compos­tagem diminui, ainda, o custo da composta­gem e o risco de dissecação excessiva das pilhas. A utilização de palha e tojo aumen­tou a temperatura, facto que poderá ter con­tribuído para uma mais efectiva higieniza­ção dos compostos da FSC.

A concentração de nitratos foi baixa na fase inicial da compostagem. Por isso, os riscos de perdas de N por lixiviação foram praticamente inexistentes nos primeiros meses de compostagem, mas também poste­riormente porque o teor de humidade não foi suficientemente elevado para ocorrer a lixiviação de nitratos.

As características físicas e químicas da FSC durante a compostagem evidenciaram que é possível estabilizar a MO e garantir a higienização do compostado final, o qual pode ter utilização como correctivo orgâni­co do solo como sugerem o seu pH ligeira­mente alcalino, baixa condutividade eléctri­ca e elevados teores em N orgânico e MO.

 

AGRADECIMENTOS

Este projecto foi apoiado pelo projecto AGRO 794, financiado pela União Europeia e pelo Instituto Nacional de Investigação Agrária de Portugal (INIAP).

 

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