RECICLAGEM E DISPONIBILIDADE DE NITROGÊNIO - Fundagres

UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA
DEPARTAMENTO DE SOLOS
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA
DO SOLO
RECICLAGEM E
DISPONIBILIDADE DE
NITROGÊNIO
Prof. Celso Aita
celsoaita@gmail.com
Prof. Sandro J. Giacomini
sjgiacomini@gmail.com
Guarapari, setembro de 2010.

ESTRUTURA DA APRESENTAÇÃO
Introdução
Fontes orgânicas de N
Dejetos de animais (suinocultura) e resíduos
culturais (leguminosas)
Estratégias para aumentar a reciclagem e a
disponibilidade de N
Desafios e necessidades de pesquisa

Resíduos culturais
N 2
Perdas Gasosas
(NH 3
, N 2
O, N 2
)
R ?
Dejetos animais
N
disponível
Biodigestores
Escoamento
superficial
(ETEs)
N orgânico
N mineral
NO 3
-

Ciclo do N
N 2
O, NO, N 2
NH 3
Urina
esterco
Volatilização
Fixação
simbiótica
de N
Matéria
Orgânica do
Solo
Amonificação
Amônio
Absorção
pela planta
Absorção
pela planta
Imobilização
Desnitrificação
Nitrato
Nitrificação
Lixiviação
Nitrito
Singh et al. (2008)

NH 3
N 2
V
Anamox
Colheita
NCo
Fertilizantes
Atmosfera
NH 4 - / HNO 3 / NH 3 /
NO x / N 2 / NO 3
-
De
FBN
N 2
N 2
O
Consumo
animal
Fm
Planta
Resíduos
Culturais
NO
min
org
Mo
Nd
NH 4
+
Ni
NO 2
-
Ni
NO 3
-
Des
NO 2
-
Dejetos
Fi
NH 3
Im
DNRA
Im
Partículas
do solo
Mo
Am
Re Ri
Ativa
Matéria Orgânica do Solo
Lx
Adaptado de Stark & Richards (2008)
Passiva
LxO

Porque tanto $ e esforço para estudar N?
Nitrogênio – elevada complexidade;
Dificuldade na previsão do N disponível;
Nutriente com implicações econômicas
e ambientais;

Caracterização das fontes (orgânicas) de N
Manejo das fontes - Controle de
(bio)processos.

DEJETOS DE ANIMAIS CRIADOS
EM REGIME
DE (SEMI) CONFINAMENTO

Dejetos Líquidos Suínos

Produção de dejetos na região sul
Dejetos de Suínos
nos: Fezes, urina, sobra ração, água
bebedouros, pêlos, água chuva
Em média 1 suíno gera em torno de 7 L de dejetos dia -1
13 milhões cabeças x 7L dia -1 = 91 milhões de L dia -1
91.000 m 3 de dejetos dia -1 x 2,92 kg N total m -3 = 266 Mg N total
dia -1

Estruturas de armazenamento
Bioesterqueira (maioria descoberta)

Lagoas anaeróbicas

Biodigestores

Dejetos líquidos de bovinos

Bovinos : Fezes, urina, sobra de alimentos, água.
Bovinos de corte (confinamento): 60 a 80% do N
excretado está na urina, onde 97% encontra-se como N-
uréia (VAREL, 2002)
Vacas em lactação: 70% do N excretado (75-90% do N
ingerido) está na urina, onde 80% encontra-se na forma
de N-uréia (ZAMAN et al., 2007)

Nitrogênio em dejetos líquidos de suínos
5,0
N orgânico
N amoniacal
4,0
N total (kg m -3 )
3,0
2,0
2.60
(60,5%)
1.75
(60,0%)
1,0
0,0
1.70
(39,5%)
1.17
(40,0%)
1 2
1
Bertrand & Arroyo (1984) 108 amostras
2
Scherer et al. (1996) 98 amostras

NH 3
N 2
V
Anamox
Colheita
NCo
Fertilizantes
Atmosfera
NH 4 - / HNO 3 / NH 3 /
NO x / N 2 / NO 3
-
De
FBN
N 2
N 2
O
Consumo
animal
Fm
Planta
Resíduos
Culturais
NO
min
org
Mo
Nd
NH 4
-
Ni
NO 2
-
Ni
NO 3
-
Des
NO 2
-
Dejetos
Fi
NH 3
Im
DNRA
Im
Partículas
do solo
Mo
Am
Re Ri
Ativa
Matéria Orgânica do Solo
Lx
Stark & Richards (2008)
Passiva
LxO

Volatilização de amônia
N-NH 3 volatilizado (kg ha -1 )
35
30
25
20
15
10
5
0 m 3
20 m 3
40 m 3
80 m 3
0
0 6 12 18 24 30
Tempo após aplicação dos dejetos (horas)

ESTRATÉGIAS DE USO E MANEJO
DOS DEJETOS PARA MELHORAR
A DISPONIBILIDADE/RECICLAGEM
DE NITROGÊNIO

ESTRATÉGIAS
DE
USO DOS DEJETOS

1. INJEÇÃO DOS DEJETOS LÍQUIDOS NO SOLO
Fotos Google

Equipamento UPF-MEPEL

Equipamento para injeção de dejetos líquidos em SPD

Equipamento para injeção de dejetos líquidos em SPD

10
Injeção no solo e volatilização de N-NH 3
N-NH 3 volatilizado (kg ha -1 )
8
6
4
2
Dejeto em superfície
Dejeto injetado
Sem dejeto
0
0 3 6 9 12 15 18 21
Tempo (Dias)

Limitações atuais quanto à injeção dos
dejetos
Máquina necessita de melhorias
Custo energético da injeção
Custo da máquina (R$ 21.000,00)
Uso apenas em área próprias
Avaliar o impacto sobre biotransformações do N

Transferências acumuladas de N mineral nas soluções transferidas
no solo durante 7 anos.
N mineral, kg ha -1
120
100
80
60
40
20
Percolado
Escoamento
0
0 20 40 80
Dose de dejeto, m 3 ha -1
Fonte: Ceretta (2008), dados não publicados.

Evolução da proporção entre as formas amoniacal e nítrica na camada 0-60 cm.
DS/UFSM, 1999
100
Proporção entre NH 4
+ e NO3
-
(%)
80
60
40
80 m 3 Aveia - NH
+
4
Aveia - NO
-
3
20
0
0 15 30 45
Aita et al. (2007)
TEMPO (DIAS)

Nitrato no perfil do solo com a aplicação de dejetos líquidos de suínos
0
N-NO 3- (kg ha -1 )
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
15
Profundidade (cm)
30
45
32 dias
0 m 3
40 m 3
80 m 3
60

2. ESTÍMULO À IMOBILIZAÇÃO MICROBIANA DE
NITROGÊNIO
N-mineral na camada de 0-60cm com uso de dejetos de suínos em plantio direto.
N-mineral NH 4
+ + NO3
-
(kg ha -1 )
Pousio 0 m 3
Pousio 40 m 3
120 0 - 60 cm
Aveia 0 m 3
100
80
Aveia 40 m 3
N-uréia
60
40
20
0
0 15 30 45 60 75 90 105
Port et al. (2000)
Tempo (dias)

3. APLICAÇÃO PARCELADA DOS DEJETOS
N acumulado pelo milho com a aplicação única e parcelada de
dejetos líquidos de suínos
N acumulado (kg ha -1 )
180
160
140
120
100
80
60
0 m 3
40 m 3
20 m 3 + 20 m 3
80 m 3
40 m 3 + 40 m 3
40
20
0
0 15 30 45 60 75 90 105 120 135
Dias após a semeadura

N mineral no solo com a aplicação única e parcelada de dejetos líquidos de
suínos
0
N-NO 3- (kg ha -1 )
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
15
Profundidade (cm)
30
45
32 dias
0 m 3
20 m 3 + 20 m 3
40 m 3 + 40 m 3
40 m 3
80 m 3
60

4. USO DE INIBIDORES DE BIOTRANSFORMAÇÕES DO
NITROGÊNIO
INIBIDORES DE UREASE
N – (n-butil) tiofosfórico triamida (NBPT)

N 2
O, NO, N 2
Inibidores de urease
IU
NH 3
Urina
esterco
Volatilização
Fixação
simbiótica
de N
Absorção
pela planta
Matéria
Orgânica do
Solo
Imobilização
Amonificação
Amônio
Desnitrificação
Nitrato
Lixiviação
Nitrificação
Nitrito
Adaptado de
Singh et al. (2008)

10
N-uréia, g kg -1 de matéria seca
8
6
4
2
Testemunha
Adição de NBPT a cada 7 dias *
0
* * * * * *
0 7 14 21 28 35 42 49 56 63
Tempo (dias)
Varvel (2002)

INIBIDORES DE NITRIFICAÇÃO
INIBIDORES SINTÉTICOS:
2-cloro-6 (triclorometil) piridina (Nitrapirina)
Dicianodiamida (DCD)
3,4-dimetilpirazol fosfato (DMPP)
INIBIDORES BIOLÓGICOS:
Brachiaria humidicola*
Leymus racemosus

N 2
O, NO, N 2
Inibidores de nitrificação
NH 3
Volatilização
Fixação
simbiótica
de N
Absorção
pela planta
Matéria
Orgânica do
Solo
Imobilização
Amonificação
Amônio
IN
Desnitrificação
Nitrato
Nitrificação
Nitrito
Adaptado de
Singh et al. (2008)
Lixiviação

DCD x nitrificação
160
140
S
S + DLS
S + DLS + 7,0 AP
S + DLS + 14,0 AP
120
N-NO 3
- (mg kg
-1 )
100
80
60
40
20
0
0 10 20 30 40 50 60 70 80
Dias após a incubação
Stuker (2010)

DCD x emissão de N 2 O
2400
2100
Dejetos em Superfície
20
Fluxo de N-N 2 O (µg m -2 h -1 )
1800
1500
1200
900
600
Dejetos em Sup.+Agrotain
Testemunha
40
60
80
Precipitação (mm)
300
0
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55
100
Tempo (dias)
Damasceno (2010)

N-N 2
O acumulado (g ha -1 )
6000
5000
4000
3000
2000
1000
DCD x emissão de N 2 O
Dejetos em Superfície
Dejetos em Superfície+Agrotain Plus
Testemunha
0
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55
Damasceno (2010)
Tempo (dias)

DCD x emissão de amônia
16
14
N-NH 3
volatilizado (kg ha -1 )
12
10
8
6
4
2
Dejetos Injetados
Dejetos em Superfície
Dejetos em Superfície + Agrotain Plus
0
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550
Tempo (Horas)
Damasceno (2010)

Uso de inibidores de urease e nitrificação
Volatilização
de amônia
Absorção pela planta
Desnitrificação
(N 2
O, NO, N 2
)
Amonificação
Nitrificação
R-NH 2
NH 4
+
NO 2
-
NO 3
-
Inibidor da
urease
Inibidor de
nitrificação
Lixiviação

ESTRATÉGIAS DE MANEJO DOS
DEJETOS
CAMA SOBREPOSTA COMPOSTAGEM “IN SITU”

COMPOSTAGEM COM ADIÇÃO DE DEJETOS E
REVOLVIMENTO SIMULTÂNEO DAS PILHAS
Plataforma de compostagem

Máquina para revolver as pilhas de compostagem

Máquina para revolver as pilhas de compostagem

Revolvedor de compostagem vertical

Máquina para revolver as pilhas de compostagem

Mineralização do N dos dejetos líquidos e da cama sobreposta
N mineral (mg de N kg -1 solo -1)
60
50
40
30
20
10
Cama sobreposta incorporada
Cama sobreposta superficie
17%
29-49%
Dejetos liquidos incorporados
Dejetos liquidos superficie
0
0 10 20 30 40 50 60 70 80
Tempo ( dias ) UFSM (2003)

RESÍDUOS CULTURAIS

Consórcio aveia + ervilhaca

CROTALARIA JUNCEA (Crotalaria juncea)

MUCUNA CINZA (Stizolobium niveum)

Setembro/feijão Fev/plantas de cobertura
N
Zn
K
Ca
Cu
Ciclagem
Nutrientes
P
Mg
Co
Fe
B Mn
S
Abril/cereais de inverno

Liberação de nitrogênio
N remanescente (%)
100
90
80
70
60
50
40
100% Aveia
100% Ervilhaca
100% Nabo
15% Aveia + 85% Ervilhaca
45% Aveia + 55% Ervilhaca
30
20
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
Tempo (dias)
Aita & Giacomini (2003)

Qualidade resíduo x Mineralização do N.
Resíduos culturais de culturas comerciais de verão.
N mineralizado (mg N kg -1 de solo)
60 Folhas
Talos
50
Folhas + talos
Raízes
40
30
20
10
0
-10
-20
-30
-40
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130
Tempo (dias)
Redin et al. (2010)

Qualidade resíduo x Mineralização do N.
Resíduos culturais de plantas de cobertura do solo de verão.
N mineralizado (mg N kg -1 de solo)
140 Folhas
Talos
Folhas + talos
120
Raízes
100
80
60
40
20
0
-20
-40
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130
Tempo (dias)
Redin et al. (2010)

Teor de N x mineralização de N.
Nitrogênio mineralizado (mg kg -1 )
140
120
100
80
60
40
20
0
-20
-40
Y = 3,4360x - 51,9440
R 2 = 0,944
C/N 28,71
15,1
10 20 30 40 50
-60
Teor de N resíduo (g kg -1 )
Redin et al. (2010)

Desafio!!!!
É preciso pesquisar (encontrar) estratégias
adequadas de uso e manejo dos dejetos de suínos
e dos resíduos culturais.

NH 3
N 2
V
Anamox
Colheita
NCo
Fertilizantes
Atmosfera
NH 4 - / HNO 3 / NH 3 /
NO x / N 2 / NO 3
-
De
FBN
N 2
N 2
O
Consumo
animal
Fm
Planta
Resíduos
Culturais
NO
min
org
Mo
Nd
NH 4
-
Ni
NO 2
-
Ni
NO 3
-
Des
NO 2
-
Dejetos
Fi
NH 3
Im
DNRA
Im
Partículas
do solo
Mo
Am
Re Ri
Ativa
Matéria Orgânica do Solo
Lx
Stark & Richards (2008)
Passiva
LxO

NECESSIDADES DE PESQUISA
Efeito, a médio e longo prazo, do uso de inibidores sobre bioprocessos.
Desenvolver máquinas adequadas à injeção de dejetos líquidos no solo.
Avaliar e desenvolver modelos que permitam compreender melhor a
dinâmica do N no solo, com vistas à previsão da sua disponibilidade

NECESSIDADES DE PESQUISA
Intensificar (retomar) trabalhos de pesquisas com adubos verdes
(consórcios)
Programar experimentos envolvendo estratégias de uso e manejo dos
dejetos que possibilitem ampliar o número de processos avaliados
Ampliar o número de trabalhos de laboratório e de campo com materiais
orgânicos, avaliando simultaneamente a dinâmica do C e do N
Avaliar resultados (econômicos/ambientais) da injeção dos dejetos no
solo e do uso de inibidores
Uso de isótopos do C (13C) e do N (15N)

OBRIGADO
PELA
ATENÇÃO!