ESTRATÉGIAS DE USO AGRÍCOLA E TRATAMENTO DOS DEJETOS DE
ANIMAIS PARA MITIGAR O SEU POTENCIAL POLUIDOR
Celso Aita, Alexandre Doneda, Diego Antônio Giacomini, Ezequiel Cezar
Carvalho Miola, Rogério Gonzatto, Sandro José Giacomini, Stefen Barbosa
Pujol
Introdução
O elevado nível tecnológico da bovinocultura de leite e, principalmente, da suinocultura, aliado aos avanços na área de nutrição animal, tem garantido aumentos expressivos na produção de carne e leite por estas duas atividades no Brasil. Todavia, o predomínio do sistema de confinamento parcial ou total dos animais resulta na geração de volumes elevados de dejetos. Uma característica importante destes dejetos é o seu baixo teor de matéria seca, uma vez que, além das fezes e urina, eles contêm sobras de ração e de água dos bebedouros, água de lavagem das instalações e, muitas vezes, água das chuvas, principalmente nos locais em que os dejetos são armazenados sem a existência de cobertura. Apesar dessa diluição, o que encarece o transporte a longas distâncias, o uso dos dejetos produzidos na suinocultura e bovinocultura de leite como fertilizante agrícola, constitui o principal destino dado atualmente aos mesmos em nível mundial. Isso porque os dejetos constituem fontes importantes de macro e micronutrientes à produção vegetal.
Outro aspecto importante a destacar é que, nas duas últimas décadas, os dejetos líquidos produzidos na suinocultura e na bovinocultura de leite da região Sul do Brasil são aplicados, principalmente, na superfície do solo, em lavouras conduzidas no sistema de plantio direto (SPD). A aplicação de doses elevadas de dejetos, nessa modalidade de uso, pode resultar na perda de nutrientes por escoamento superficial, o que reduz o potencial fertilizante dos dejetos às plantas, além da poluição da água e do ar, através de outras vias. A volatilização de amônia (NH3) e a
emissão de gases de efeito estufa (GEE), principalmente de óxido nitroso (N2O), cujo potencial de
aquecimento global é cerca de 300 vezes superior ao do dióxido de carbono (CO2) (IPCC, 2006),
merecem destaque. A injeção dos dejetos líquidos no solo, em SPD, começou a ser avaliada recentemente no Brasil (Aita et al., 2014) e, apesar dos resultados promissores, os estudos nessa área precisam ser intensificados. Diante desse cenário, a busca por estratégias de uso agrícola que visem preservar o potencial fertilizante dos dejetos líquidos de animais e, ao mesmo tempo, reduzir o seu potencial poluidor do ambiente, constitui um dos principais desafios da pesquisa. Isso é fundamental para que a suinocultura e a bovinocultura de leite possam se expandir no Brasil de modo competitivo e sustentável.
Uma alternativa que vem sendo difundida nos últimos anos no Sul do Brasil para mitigar os problemas ambientais relacionados ao manejo dos dejetos líquidos de animais consiste no tratamento dos dejetos através do processo de compostagem automatizada. Contrariamente ao processo tradicional de compostagem, onde é realizada apenas uma aplicação inicial de dejetos sobre o substrato, na compostagem automatizada as aplicações de dejetos são frequentes (uma a duas vezes por semana) e são realizadas através de um equipamento que, a cada aplicação, realiza simultaneamente o revolvimento das leiras de compostagem. É preciso conhecer melhor o impacto desse processo de compostagem sobre as emissões gasosas de NH3 e de GEE para a atmosfera,
bem como buscar estratégias para mitigá-las.
A seguir serão discutidos alguns aspectos relativos ao uso agrícola dos dejetos líquidos de animais e a sua compostagem, com foco principal no potencial poluidor do ambiente, decorrente desses dois destinos que poderão ser dados aos dejetos, bom como nas medidas para a sua mitigação.
Uso agrícola dos dejetos de animais
A presença de macro e micronutrientes nos dejetos de animais, o custo elevado dos fertilizantes sintéticos e a pressão exercida pela sociedade em geral e pelos orgãos de controle e fiscalização ambiental têm contribuído ao aumento no uso agrícola dos dejetos para a fertilização, tanto para a produção de forragem (Rees et al., 1993) como para a produção de grãos, principalmente de cereais como o milho (Cassol et al., 2013; Schirmann et al., 2013) e o trigo (Meade et al., 2011; Nikièma et al., 2013).
Na sua maioria, os resultados de pesquisa, tanto no Brasil (Giacomini et al., 2009; Cassol et al., 2013), como em outros países (Daudén & Quílez, 2004; Berenguer et al., 2008) indicam que os dejetos de animais, com destaque para os dejetos líquidos oriundos da suinocultura e da bovinocultura de leite, apresentam elevado potencial fertilizante, podendo substituir parcial ou totalmente a adubação mineral das culturas. Todavia, dependo da situação, o uso agrícola dos dejetos de animais também pode impactar negativamente a qualidade do ambiente.
Na região Sul do Brasil, onde a suinocultura e a bovinocultura de leite estão concentradas em pequenas propriedades e desempenham um papel de grande relevância social e econômica, pois estão entre as principais regiões produtoras no País (IBGE, 2010), a maioria das lavouras são conduzidas atualmente em sistema de plantio direto (SPD), determinando que a aplicação dos dejetos seja realizada sobre os resíduos culturais presentes na superfície do solo. Com isso, podem ocorrer perdas importantes de carbono e de nutrientes, juntamente com a água das chuvas que escoa na superfície do solo, sendo que tais perdas são diretamente proporcionais à intensidade das chuvas e ao período de tempo decorrido entre a aplicação dos dejetos e a ocorrência destas (Allen & Malarino, 2008). Além de reduzir o potencial fertilizante dos dejetos, os nutrientes contidos na água de escoamento superficial, principalmente o nitrogênio (N) e o fósforo (P), também podem provocar a eutrofização dos mananciais de superfície, onde o desenvolvimento excessivo de algas poderá resultar no desequilíbrio do ecossistema, com o comprometimento de diversas formas de vida (Feder & Findeling, 2007).
Outra perda importante que poderá ocorrer nos primeiros dias após a aplicação dos dejetos líquidos na superfície do solo é aquela resultante da volatilização de NH3, que pode chegar a 75 % do
N total aplicado (Jackson et al., 2000; Thompson & Meisinger, 2002). A magnitude dessas perdas irá variar de acordo com as características dos dejetos e das condições ambientais no momento da aplicação dos mesmos no solo. Teores elevados de matéria seca dos dejetos dificultam a infiltração da fração líquida no solo, favorecendo a perda de N por volatilização de NH3 (Sommer & Hutchings,
2001) na superfície do solo. Também há uma relação direta entre o valor do pH dos dejetos e as perdas de N por volatilização de NH3 (Zaman et al., 2009). Quanto às variáveis ambientais, diversos
estudos tem evidenciado que a volatilização de NH3 é proporcional à temperatura e à velocidade dos
ventos, principalmente nas primeiras horas após a aplicação dos dejetos (Dell et al., 2012).
Embora a incorporação dos dejetos ao solo reduza drasticamente as perdas de N por volatilização de NH3 (Rochete et al., 2001; Sommer et al., 2004), essa prática é incompatível com o
SPD. Outra prática, ainda não utilizada no Brasil e que pode reduzir a perda de N por volatilização de NH3, consiste na aplicação dos dejetos líquidos em faixas estreitas ou bandas (Dell et al., 2012), na
superfície do solo. O fato dessa modalidade de aplicação concentar maior quantidade de dejetos nas bandas facilita a sua infiltração no solo e diminui a área de exposição dos dejetos ao vento e à radiação solar. No trabalho de Dell et al. (2012) a aplicação em bandas de dejetos líquidos de vacas em lactação reduziu a volatilização de NH3 em 36 %, quando comparada à aplicação dos dejetos em
toda a superfície do solo.
Além de favorecer a eutrofização e a volatilização de NH3, a aplicação dos dejetos líquidos de
animais na superfície do solo apresenta ainda como problemas ambientais importantes a emissão de maus odores (Parker et al., 2013) e a transferência de microrganismos fecais potencialmente patogêncios aos mananciais de superfície (Ball Coelho et al., 2007).
Uma estratégia que vem sendo utilizada, principalmente em outros países, para mitigar os problemas ambientais resultantes da aplicação dos dejetos líquidos de animais na superfíe do solo consiste na injeção subsuperficial dos dejetos no solo (Webb et al., 2010). A eficiência dessa prática foi avaliada recentemente no sul do Brasil por Aita et al. (2014), utilizando um equipamento que foi especialmente desenvolvido para injetar os dejetos a uma profundidade de 7 a 11 cm, sob condições de plantio direto (Figura 1). Esses autores trabalharam em dois tipos de solo e constataram que a injeção dos dejetos no solo, no momento da semeadura do milho, reduziu a volatilização de NH3 para
valores próximos a zero, em relação à aplicação dos dejetos na superfície do solo, sobre a palha de aveia.
Figura 1. Máquina de injeção de dejetos no solo (a) e linhas/sulcos de injeção dos dejetos no solo sobre a palha
(b).
Apesar da injeção dos dejetos reduzir significativamente as perdas de N por volatilização de NH3 (Aita et al., 2014), na maioria das situações essa prática aumenta as emissões de N2O para a
atmosfera (Vallejo et al., 2005; Velthof & Mosquera, 2011; Aita et al., 2014). No trabalho de Aita et al. (2014), realizado durante quatro anos em um Argissolo, a injeção anual de dejetos líquidos de suínos no milho, provocou um aumento médio de 3,6 kg de N-N2O ha
-1
(136 %) na emissão de N2O, em
relação à aplicação superficial. Esse aumento na produção e emissão de N2O, principalmente nas
primeiras duas a três semanas após a injeção dos dejetos, é explicado pelo fato de que a injeção concentra, no interior dos sulcos, carbono solúvel, água e nitrogênio dos dejetos, aumentando a população e a atividade das bactérias desnitrificadoras (Dosch & Gutser, 1996). O elevado teor de N amoniacal dos dejetos e a disponibilidade reduzida de O2 no interior dos sulcos também pode
favorecer a emissão de N2O durante a nitrificação (Rochette et al., 2000; Jarecki et al., 2008).
Um das alternativas para reduzir a emissão de N2O provocada pela injeção dos dejetos
consiste no uso de inibidores de nitrificação, com destaque para a dicianodiamida (DCD) (Vallejo et al., 2005; Aita et al., 2014). Ao inibir a ação da enzima amônia monooxigenase (AMOA) nas bactérias responsáveis pela primeira etapa da nitrificação, a DCD retarda o aparecimento de nitrato (NO3
-), usado como receptor de elétrons pelas bactérias desnitrificadoras na ausência de O2, além de reduzir
a produção de N2O durante a própria nitrificação (Singh et al., 2008). Ao adicionarem DCD aos
dejetos líquidos de suínos, no momento da sua aplicação no campo em plantio direto de milho, Aita et al. (2014), constataram que houve uma redução na emissão de N-N2O em 0,7 kg ha
-1
(28 %) quando os dejetos foram aplicados na superfície do solo e em 4,1 kg ha-1 (66 %) quando os dejetos foram injetados.
Embora a injeção dos dejetos líquidos no solo favoreça as emissões de N2O, em relação à
aplicação superficial, a magnitude desse efeito está relacionada a diversos fatores ligados ao ambiente, com destaque para o nível de O2 no solo, o qual depende da porosidade, da umidade e da
atividade microbiana. As múltiplas interações entre os fatores que controlam a produção e a emissão de N2O determinam a importância e a necessidade de que o efeito de estratégias para mitigar as
emissões desse gás de efeito estufa após o uso agrícola dos dejetos de animais seja avaliado sob diferentes condições de solo e clima.
Compostagem dos dejetos líquidos de animais
A compostagem automatizada vem sendo difundida nos últimos anos no Sul do Brasil como uma estratégia para converter os dejetos líquidos de animais, especialmente os dejetos de suínos, em uma matriz sólida, concentrada em nutrtientes e que pode ser facilmente transportada para o uso como fertilizante (Kunz et al., 2009). Contrariamente à compostagem tradicional, onde é realizada apenas uma adição inicial de dejetos a um substrato com elevada relação C/N, o processo difundido atualmente e denominado de compostagem automatizada, prevê adições periódicas de dejetos sobre o mesmo substrato (Oliveira & Higarashi, 2006).
A compostagem automatizada é conduzida em galpões denominados de plataforma de compostagem (Figura 2a), os quais são construídos de modo a potencializar a evaporação d'água. A automação desse processo é dada por uma bomba de recalque dos dejetos e uma máquina (revolvedor vertical de compostagem) que percorre toda a extensão da leira (Figura 2b), adicionando os dejetos líquidos sobre o substrato e, ao mesmo, efetuando o revolvimento das leiras de compostagem. Embora a compostagem automatizada reduza a mão-de-obra, em relação à compostagem tradicional, além de permitir o tratamento de volumes maiores de dejetos, ainda existem diversas lacunas técnicas relativas ao processo. É preciso conhecer melhor o impacto dessa prática sobre aspectos como a sobrevivência de microrganismos fecais potencialmente patogênicos, a emissão de NH3 e GEE e o potencial fertilizante do composto produzido.
Figura 2. Vista geral da plataforma de compostagem (a) e revolvedor vertical de compostagem (b).
Como na compostagem automatizada os dejetos são adicionados uma a duas vezes por semana, com o revolvimento simultâneo das leiras, isso pode favorecer as emissões de NH3,
juntamente com a liberação de calor e de vapor d´água. Em contrapartida, as emissões de metano (CH4) devem ser minimizadas, já que o revolvimento frequente introduz O2 no ambiente, reduzindo o
nível de anoxia (Jiang et al., 2013). Como o processo de compostagem automatizada é recente, esses aspectos precisam ser melhor avaliados através da pesquisa.
Nosso grupo de pesquisa, do setor de Microbiologia e Bioquímica do Solo da UFSM vem estudando nos últimos anos o processo de compostagem automatizada, com ênfase na busca de estratégias que reduzam as perdas de N por volatilização de NH3 e também as emissões de GEE. No
trabalho de Doneda (2014) a redução do pH dos dejetos líquidos de suínos, através da adição de ácido fosfórico (H3PO4) antes da aplicação dos dejetos nas leiras de compostagem, reduziu as
emissões de NH3 em 70 % e as de CH4 em 65 %. Quando Giacomini et al. (2014) adicionaram as
zeólitas clinoptilolita e estilbita aos dejetos de suínos a redução na emissão de NH3 durante a
compostagem foi de 76 e 37 %, respectivamente, sendo este efeito atribuído à retenção do NH4 +
dos dejetos, pela capacidade de troca de cátions (CTC) (Bernal et al., 1993) e de NH3 em microcavidades
presentes na estrutura das zeólitas (Bautista et al., 2011). Em um experimento conduzido atualmente, em plataforma de compostagem (Figura 2a), está sendo avaliado o impacto, sobre as emissões de NH3 e de GEE, da adição de xisto retortado (folhelho pirobetuminoso), associado ou não ao inibidor
de nitrificação DCD, em compostagem de dejetos líquidos de suínos, com resultados preliminares
b
promissores. Está prevista também a avaliação do valor agronômico dos diferentes compostos em estudo, além do efeito dos mesmos sobre as emissões de GEE no campo.
Considerações finais e perspectivas futuras
Quando os dejetos de animais forem manejados e estocados na forma líquida, o seu uso agrícola como fertilizante em condições de plantio direto, com aplicação na superfície do solo, pode resultar em perdas gasosas de N, principalmente por volatilização de NH3, e também em perdas por
escoamento superficial, ambas impactando negativamente o potencial fertilizante dos dejetos e a qualidade do ambiente. Uma estratégia para reduzir esses problemas consiste na injeção subsuperficial dos dejetos, embora essa prática possa aumentar as emissões de N2O, através dos
processos microbianos de nitrificação e, principalmente, de desnitrificação. Resultados de pesquisa indicam que, quando a injeção é associada à adição do inbidor de nitrificação dicianodiamida (DCD) aos dejetos, é possível reduzir significativamente, tanto a volatilização de NH3 quanto a emissão de
N2O. Todavia, em função das múltiplas interações entre os fatores envolvidos na produção e emissão
de N2O, a obtenção de conclusões robustas envolvendo o efeito da injeção de dejetos líquidos em
condições de plantio direto nas emissões desse GEE, bem como sobre a necessidade de associar ou não essa prática ao uso da DCD, depende da ampliação dos estudos para diferentes condições de solo e de clima.
Quanto à compostagem automatizada dos dejetos líquidos de animais, o processo parece ser viável do ponto de vista técnico, permitindo o tratamento de volumes elevados de dejetos, convertendo-os em uma matriz sólida, rica em nutrientes. Todavia, essa tecnologia, de uso recente no Brasil, ainda carece de informações de pesquisa em diversos aspectos, com destaque para as emissões gasosas de N e de GEE, bem como na busca de estratégias para mitigá-las.
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