Caracterização, decomposição e biodisponibilidade de nitrogênio e fósforo de materiais orgânicos de origem animal e vegetal

Abstract

Neste trabalho são apresentados resultados de experimentos realizados em laboratório, casa de vegetação e campo, visando a caracterização química e bioquímica de materiais orgânicos: estercos in natura, resíduos agroindustriais e urbanos, materiais vegetais e compostos elaborados com casca de café, com o objetivo de avaliar a sua decomposição, mineralização de formas orgânicas de N e P, bem como a sua recuperação por Brachiaria decumbens. Esta informação será base para elaborar programas de adubação orgânica. A caracterização química dos materiais consistiu da determinação de matéria orgânica, carbono orgânico, teores de macro e micronutrientes e elementos traços; e a caracterização bioquímica determinou carbono solúvel em água, carboidratos totais solúveis, polifenóis totais solúveis e a capacidade dos polifenóis em complexar proteína. Adicionalmente, para os materiais vegetais, foram determinados os teores de fibra insolúvel em detergente neutro e ácido, hemicelulose, celulose e lignina; e para os compostos foi realizado o fracionamento das substâncias húmicas, determinando nelas os teores de carbono e de nitrogênio. A decomposição foi avaliada por meio de experimentos de respirometria, e a mineralização de nitrogênio e fósforo, por ensaios de incubação em ambiente controlado: umidade a 80% da capacidade de campo e temperatura de 25 ± 1oC. Para os materiais vegetais foram determinadas as percentagens de perda de biomassa em termos de matéria seca e liberação de nitrogênio e fósforo total utilizando o método das sacolas de decomposição. A biodisponibilidade de nitrogênio e fósforo foi quantificada mediante experimentos que avaliaram o crescimento e a absorção por Brachiaria decumbens em Latossolo adubado com diferentes materiais orgânicos. Os resultados indicaram que os estercos e materiais vegetais forneceram principalmente nitrogênio, e as farinhas de carne e osso, fósforo. Para um período de incubação de 30 dias, os materiais que apresentaram maior decomposição foram Crotalaria juncea (439,80 mg CO2/100 g de solo) e Brachiaria decumbens (425,76 mg CO2/100 g de solo), seguidos do esterco de galinha (380,25 mg CO2/100 g de solo) e da farinha de carne e osso (363,48 mg CO2/100 g de solo). Os materiais com maior potencial de mineralização de nitrogênio para um período de 60 dias de incubação foram o vermicomposto (1.625 mg N kg 1), composto de mucilagem com chorume e casca de café (1.163 mg N kg 1), Crotalaria juncea (792 mg N kg-1), composto de lodo de esgoto (4.500 mg N kg-1) e lixo domiciliar (2.000 mg N kg-1). Os materiais que aportaram maiores teores de fósforo inorgânico ao solo durante um período de 45 dias de incubação foram a farinha de carne e osso (1.144 mg P kg-1), seguida dos estercos de suíno (579 mg P kg-1), e de galinha (484 mg P kg-1) e do composto de lodo de esgoto (206 mg P kg-1). No campo, a matéria seca remanescente dos materiais vegetais durante um período de decomposição de 150 dias na localidade Praia D Anta em Araponga, MG., permitiu identificar materiais de rápida decomposição Amaranthus spinosus e Stizolobium aterrimum, intermediária Calopogônium muconoides, Crotalaria juncea, Cajanus cajan e Leucaena leucocephala, e lenta Brachiaria decumbens e Inga edulis. O processo de decomposição e mineralização dos materiais vegetais foi governado pelas suas características bioquímicas, em especial a relação lignina+polifenóis/nitrogênio (r =-0,88**) e a capacidade dos polifenóis em complexar proteína (r = -0,86 **). No que se refere à liberação de nitrogênio, destacaram-se Amaranthus spinosus e Crotalaria juncea, e na liberação de fósforo, Cajanus cajan e Stizolobium aterrimum. Na localidade da Pedra Redonda em Araponga, MG., as percentagens de decomposição dos materiais foram, em média, 18% menores, devido ao efeito depressor de fatores edafoclimáticos (maior altitude, menor temperatura, evaporação e umidade do solo), o que, em média, reduziu a liberação de nitrogênio (8%) e fósforo (6%). A adubação orgânica de Brachiaria decumbens indicou que, quando houve correção de fósforo no solo, a produção de biomassa incrementou em todos os tratamentos, com exceção da farinha de carne e osso, que reduziu 50%. O fósforo foi limitante no aproveitamento do nitrogênio proveniente de esterco de galinha, Crotalaria juncea, Leucaena leucocephala e casca de café; e o nitrogênio, no aproveitamento do fósforo, proveniente de vermicomposto. Os materiais que apresentaram maior potencial agronômico, confirmado pela maior produção de biomassa e acúmulo de nitrogênio e fósforo por Brachiaria decumbens, foram os estercos de galinha e de suíno, vermicomposto e farinha de carne e ossos.

This work presents results of a set of experiments carried out under laboratory, green house and field conditions regarding to the chemical and biochemical characterization of organic materials: raw animal manures, industrial residues, green manures and composts elaborated with coffee husk. With the objective to evaluated their decomposition, mineralization of organic forms of N and P, and nutrient recovery by Brachiaria decumbens. This information will be the base to build up organic fertility programs. The chemical characterization of the organic materials included the determination of organic matter, total organic carbon, macro and micronutrients and trace elements; the biochemical characterization, included water soluble carbon, total soluble carbohydrates, total soluble polyphenols and polyphenol s capability to complex protein. Furthermore, for the green manures was determined the insoluble fiber in neutral and acid detergent, hemicellulose, cellulose, and lignin content; for the composts the humic fractionation was performed, and the carbon and nitrogen content were determined in those fractions. The decomposition was evaluated through respiration experiments and the organic nitrogen and phosphorus mineralization by incubation experiments under controlled environmental conditions: humidity at 80% of the field capacity and temperature of 25 ± 1oC. For the green manures the percentages of biomass, as a dry matter loss, and release of total nitrogen and phosphorous were evaluated using the litterbag method. The nutrient bioavailability was quantified through experiments that evaluated the growth and nutrient uptake of nitrogen and phosphorus by Brachiaria decumbens in an Oxisol fertilized with different organic materials. The results indicated that animal manures and green manures were good sources of nitrogen, and the meat and bone meal of phosphorus. For an incubation period of 30 days, the materials with greater decomposition were Crotalaria juncea (439,80 mg CO2/100 g of soil) and Brachiaria decumbens (425,76 mg CO2/100 g of soil); followed by chicken manure (380,25 mg CO2/100 g of soil) and meat and bone meal (363,48 mg CO2/100 g of soil). For an incubation period of 60 days, the materials with greater potential of nitrogen mineralization were earthworm compost (1625 mg N kg 1), compost of mucilagen with swine slurry and coffee husk (1163 mg kg 1), Crotalaria juncea (792mg N kg-1), composts of sewage sludge (4500 mg N kg-1) and town wastes (2000 mg N kg-1). The materials that release greater quantities of inorganic phosphorus to the soil for an incubation period of 45 days were the meat and bone meal (1144 mg P kg-1), followed by pig manure (579 mg P kg-1), chicken manure (484 mg P kg-1) and compost of sewage sludge (206 mg P kg-1). Under field conditions for a period of 150 days, the loss of dry matter allowed to identify in Praia D Anta, Araponga, MG., green manures of rapid decomposition Amaranthus spinosus and Stizolobium aterrimum, Calopogonium muconoides; intermediary Crotalaria juncea, Cajanus cajan and Leucaena leucocephala; and low Brachiaria decumbens and Inga edulis. The process of decomposition and mineralization of green manures was controlled by their biochemical characteristics, especially the lignin+polyphenols/nitrogen ratio (r = -0,88**), and the polyphenol s capability to complex protein (r = -0,86**). The materials with greater release of nitrogen were Amaranthus spinosus and Crotalaria juncea, and regarding to the release of phosphorus were Cajanus cajan and Stizolobium aterrimum. In Pedra Redonda, Araponga, MG., the percentages of decomposition of the different materials as an average were 18% lower due to the negative effect of soil and environmental conditions (higher altitude, lower temperature, evaporation and soil humidity). Such condition also reduced mean nitrogen (8%) and phosphorus (6%) mineralization. The organic fertilization of Brachiaria decumbens indicated that when the soil was amended with phosphorus, the biomass increased for all the treatments, except to the meat and bone meal that was reduced by 50%. The phosphorus was a limiting factor for the uptake of nitrogen from the chicken manure, Crotalaria juncea, Leucaena leucocephala, and coffee husk; and the nitrogen was limiting to the uptake of phosphorus from the earthworm compost. The organic material with greater agronomy potential as indicated by the biomass production and nitrogen and phosphorus uptake by Brachiaria decumbens were the chicken and pig manures, earthworm compost and meat and bone meal.