Carvão vegetal em compostagem de dejetos líquidos de suínos : emissão de gases de efeito estufa, formas e disponibilidade de N para as plantas

Abstract

A preocupação com o aquecimento global tem despertado o interesse de pesquisadores quanto à busca por alternativas que diminuam tal processo. O biochar quando aplicado ao solo possui propriedades que aumentam a capacidade mesmo emreter o íon amônio influenciando diretamente a dinâmica de N. Os finos de carvão (FC) oriundos da produção do carvão vegetal apresentam-se como uma forma estável de matéria orgânica e, quando adicionados ao solo, podem promover a adsorção de íons e compostos orgânicos solúveis. Em virtude de sua similaridade com o biochar sua adição à compostagem poderia reduzir perdas de N intrínsecas ao processo. Visando investigar o papel de finos de carvão na compostagem de dejetos líquidos de suínos (DLS) foram realizados quatro estudos. O estudo 1 investigou o efeito da presença de FC na compostagem de DLS em relação a volatilização de amônia e emissão de gases de efeito estufa, na dinâmica do N, enquanto o estudo 2 avaliou o potencial do composto formado na presença de FC (FC9), como fonte de N de liberação controlada para plantas de azevém (Lolium perene). Os estudos 3 e 4 investigaram o potencial de adsorção e liberação do N (N- mineral) em FC, solo e em composto de DLS formado na presença de FC. A presença de FC na compostagem de DLS altera a distribuição do N em diferentes compartimentos químicos, diminuindo a emissão de N2O e a concentração de N mineral disponível ao longo do processo. O efeito “delay” na concentração de N-NH4 + extraível observada na presença de FC provavelmente foi devido à sua adsorção e de compostos orgânicos de N no mesmo, diminuindo as formas precursoras de N2O. A aplicação de FC9 favoreceu o crescimento das plantas de azevém com maior produção de parte aérea e de raiz em relação à aplicação do fertilizante NPK. O melhor aproveitamento do 15N aplicado via 15NFC9 pelas plantas de azevém indicam que o N foi disponibilizado mais eficientemente, provavelmente pela liberação controlada de N para o meio mantendo durante todo o período os níveis de N necessários para as plantas. A presença de FC estimulou a retenção de N, e o principal mecanismo atuante na adsorção do íon NH4 + parece ser do tipo físico, tais como ligações de van der Waal, seguidos de interações eletrostáticas. As reações de adsorção do íon NH4 + em FC e FC9 são reversíveis e de baixa energia de ligação. A cinética de liberação dos íons NH4 + e NO3 - em solo e FC, indica que o mecanismo de retenção desses íons é mediado por interação eletrostática (NH4 + ) e por oclusão dos íons NH4 + e NO3 - na estrutura porosa de FC. O tempo de extração do método padrão para determinação de formas de N-mineral utilizado para solos (60 min) é insuficiente para extrair essas formas de substratos contendo FC. Para esses casos, recomenda-se um tempo de extração entre 90 a 120 minutos para obtenção de 95% do N mineral.

Concern about global warming has aroused the interest of researchers in the search for alternatives that diminish this process. Biochar, when applied to the soil, due to its properties, enhances soil retention capacity of ammonium ion, thus influencing directly N dynamics. Coal fines (CF) from charcoal production are a stable form of organic matter and, when added to the soil, can promote the adsorption of soluble organic compounds and ions. Due to its similarity to biochar, CF addition to composting could reduce N losses that are intrinsic to the process. Aiming to investigate the role of coal fines in the composting of liquid pig slurry (LPS), four studies were carried out. Study 1 investigated the effect of CF on LPS composting in relation to ammonia volatilization and greenhouse gases emission and N dynamics, while study 2 evaluated the potential of the produced compost in the presence of CF (CF9) as a source of controlled release N for ryegrass (Lolium perene) plants. Studies 3 and 4 investigated adsorption and release potential of N (N-mineral) in CF, soil and in LPS compost formed in the presence of CF. The addition of CF in LPS composting alters the distribution of N in different chemical compartments, decreasing N2O emissions and concentration of available N throughout the process. The delay effect on the extractable N-NH4 + concentration observed in the presence of CF was probably due to adsorption of this inorganic ion and of organic N compounds on CF, thus decreasing N2O precursor forms. The application of CF9 favored the growth of ryegrass plants with greater above ground biomass and root yield in relation to NPK fertilizer application. A greater absorption of 15N applied via 15NCF9 by ryegrass plants indicates that N was more efficiently made available, probably by the controlled release of N to the medium, maintaining throughout the period adequate N levels required for the plants. The presence of CF stimulated N retention, and the main mechanism acting on NH4 + ion adsorption appears to be of physical type, such as van der Waal bonds, followed by electrostatic interactions. The adsorption reactions of NH4 + ion in CF and CF9, are reversible and of low energy binding. The release kinetics of NH4 + and NO3 - ions in soil and CF indicate that the retention mechanism of these ions is mediated by electrostatic interactions (NH4 + ) as well by occlusion of NH4 + and NO3 - ions in the porous structure of CF. The time employed in the standard method for N-mineral forms determination used for soils (60 min) is insufficient to extract these N forms of CF-containing substrates. It is recommended an extraction time between 90 and 120 minutes to obtain 95% of the mineral N.