Degradação da palhada de cana-de-açúcar

Sugarcane trash degradation

Degradação da palhada de cana-de-açúcar Mauro Wagner de Oliveira¹; Paulo Cesar Ocheuze Trivelin^2,5*; Glauber José de Castro Gava¹; Claudemir Pedro Penatti⁴

¹Pós-Graduandos do Centro de Energia Nuclear na Agricultura/USP.

²Centro de Energia Nuclear na Agricultura/USP, C.P. 96 - CEP: 13400-970 - Piracicaba, SP.

⁴Centro de Tecnologia Copersucar, C.P. 162 - CEP: 13400-970 - Piracicaba, SP.

⁵Bolsista do CNPq.

*e-mail: [e-mail]

RESUMO: Avaliou-se a influência da aplicação de uréia e vinhaça na degradação da lignocelulose e na liberação dos nutrientes da palhada de cana-de-açúcar. Os tratamentos foram: vinhaça (dose equivalente a 100 m³ ha^-1) aplicada sobre a palhada, combinada com uréia (dose equivalente a 100 kg ha^-1) aplicada sobre a palhada ou enterrada no solo; mistura de cloreto de potássio (dose equivalente a 120 kg ha^-1 de K₂O) com uréia (dose equivalente a 100 kg ha^-1) aplicada sobre a palhada ou enterrada no solo. Durante o período experimental, janeiro a novembro de 1997, a palhada recebeu uma lâmina de água de 1.839 mm, sendo 923 mm de precipitações e 916 mm de irrigações. As médias das temperaturas máximas e mínimas foram 28,4 e 15,5°C, respectivamente. Não houve efeito dos tratamentos na degradação da lignocelulose da palhada e na liberação de nutrientes, verificando-se diferenças estatisticamente significativas apenas entre os resultados da palhada da cana recém colhida e os das remanescentes. Ocorreu redução de massa de aproximadamente 80% para a hemicelulose e para o conteúdo celular, e de 30 e 50% para a lignina e celulose, respectivamente. A porcentagem média de liberação dos nutrientes N, P, K, Ca, Mg e S, em relação ao total contido na palhada da cana recém colhida, foi de 18, 67, 93, 57, 68 e 68%, respectivamente.

Palavras-chave: celulose, lignina, hemicelulose, conteúdo celular, nutrientes, cana-de-açúcar

Sugarcane trash degradation

ABSTRACT: The influence of urea and vinasse in the lignocellulose degradation and the release of nutrients from sugarcane trash were evaluated. The following treatments were tested: vinasse (100 m³ ha^-1 equivalent) over sugarcane trash with urea (100 kg ha^-1 of N equivalent) over trash or buried in the soil under the trash, mixture of potassium chloride (120 kg ha^-1 of K₂O equivalent) and urea (100 kg ha^-1 of N equivalent) over trash or buried in the soil below the trash. During the experimental period, January to November of 1997, the sugarcane trash received 1,839 mm of water, 923 and 916 mm by rainfall and irrigation, respectively. The average of the maximum and minimum temperatures were 28.4 and 15.5°C, respectively. No differences were observed between treatments for lignocellulose degradation of the trash and for the release of nutrients. However, significant differences were observed between the results of the fresh trash and the remainders over the soil surface after 11 months. There was a reduction of mass of approximately 80% for hemicellulose and for cellular content and of 30 and 50% for lignin and cellulose, respectively. The release of N, P, K, Ca, Mg and S, in relation to the total amount of nutrients in the fresh trash were of 18, 67, 93, 57, 68 and 68%, respectively.

Key words: cellulose, lignin, hemicellulose, celular contend, nutrients, sugarcane

INTRODUÇÃO

A queima dos canaviais, antecedendo à colheita, é prática adotada nas diversas regiões canavieiras do Brasil e do mundo com o objetivo de facilitar o corte e diminuir os acidentes de trabalho com os cortadores de cana. Entretanto, nos últimos anos, a área total de cana despalhada a fogo, para posterior colheita manual, diminuiu muito no Estado de São Paulo e em outras regiões de países produtores de cana, havendo, porém, aumento das áreas colhidas mecanicamente sem prévia despalha a fogo (Wood, 1991; Trivelin et al., 1997).

Nesse novo sistema de colheita de cana, as folhas secas, os ponteiros e as folhas verdes são cortados e lançados sobre a superfície do solo, formando uma cobertura morta denominada palhada. Essa camada de material vegetal aumenta a infiltração de água no solo, diminui a erosão e a evaporação, melhora a estrutura do solo e aumenta a sua CTC. É, também, fonte de nutrientes para a macro e a microflora do solo e para a própria cultura da cana-de-açúcar (Wood, 1991; Ceddia et al., 1996; Pinheiro et al., 1996). Em áreas cultivadas com cana-de-açúcar colhida sem a queima e ficando o solo coberto por palhada, Almeida Filho (1995) verificou redução do ataque da broca da cana (Diatraea saccharalis).

Durante a mineralização da palhada, a liberação do CO₂ ocorre de forma lenta, possibilitando que as plantas de cana-de-açúcar fixem esse gás carbônico durante o seu crescimento, o que contribui para que a cultura, nessas condições, seja considerada um dreno ainda mais efetivo do CO₂ atmosférico. Weier (1998) estimou para a cultura da cana-de-açúcar na Austrália, utilizando métodos micrometeorológicos, que no ano de 1994 o C-CO₂ liberado pela queima da cana, somado ao da mineralização da palhada e também ao do solo, totalizou 7,6 Mt, enquanto que no mesmo período a cultura fixou 13,4 Mt de C-CO₂, o que resultou em um índice de fixação de C-CO₂ de 1,76. Para o Havai, foi estimada a absorção líquida de 130 t ha^-1 de CO₂ e liberação de 98 t ha^-1 de O₂, em cada safra, para a cana-de-açúcar colhida sem uso do fogo previamente à colheita (Echavarria,1995).

No Estado de São Paulo, a massa de palhada de cana que permanece sobre o solo, após o corte da cana, varia de 13 a 20 t ha^-1 de matéria seca (MS), sendo que a mineralização dessa massa vegetal é dependente de fatores ambientais como a temperatura, disponibilidade hídrica e de oxigênio, da composição química da palhada, especialmente da relação C/N, teores de lignina, celulose, hemicelulose e polifenois (Herman et al., 1977; Ng Kee Kwong et al., 1987; Siqueira & Franco, 1988).

Os restos culturais que apresentam teor de nitrogênio menor que 18 g kg^-1 (Cantarutti et al., 1996) e relação C/N maior que 20, tem pequena taxa de mineralização (Smith & Douglas, 1971; White, 1984) e, como a palhada de cana possui, em média, 390 a 450 g kg^-1 de carbono e 4,6 a 6,5 g kg^-1 de N (Ng Kee Kwong et al., 1987; Ripoli et al., 1991 e Trivelin et al., 1995) ela deve apresentar pequena mineralização líquida do N, no período de um ano agrícola. Assim sendo, a adição de nitrogênio à palhada de cana deve aumentar sua decomposição, conforme relatado por Katterer et al. (1998) para palhada de outras gramíneas. Por outro lado, ocorre grande e rápida liberação dos nutrientes da palhada que estão presentes na forma iônica ou ligados a compostos de alta solubilidade (Christensen, 1985; Ng Kee Kwong et al., 1987; Janzen & Kucey, 1988 e Oliveira et al., 1999).

A liberação dos carboidratos solúveis (sacarose e amido) também é maior e mais rápida que a dos carboidratos estruturais (hemicelulose, celulose e lignina) e, além disso, estes são mais refratários ao ataque microbiológico, o que diminui suas taxas de decomposição (Jenkinson & Ayanaba, 1977; Siqueira & Franco, 1988 e Oliveira et al., 1999).

No presente trabalho, avaliou-se, pelo balanço de massas, a influência da aplicação de uréia e vinhaça sobre as perdas de carbono, decomposição da hemicelulose, celulose e lignina, e liberação do nitrogênio, fósforo, potássio, cálcio, magnésio e enxofre da palhada de cana-de-açúcar depositada sobre o solo.

MATERIAL E MÉTODOS

A variedade estudada foi a SP 80-1842. O experimento foi constituído de duas formas de aplicação da uréia (sobre a palhada da cana recém colhida ou no solo à profundidade de 15 cm) e duas fontes de potássio (KCl ou vinhaça). As doses de N e K₂O utilizadas foram equivalentes a 100 e 120 kg ha^-1 respectivamente. Nos tratamentos em que a vinhaça foi a fonte de potássio, ela foi aplicada sobre a palhada em volume equivalente a 100 m3 ha^-1. O delineamento experimental utilizado foi o de blocos ao acaso, com três repetições, e o experimento foi conduzido de janeiro a novembro de 1997. Durante esse período as médias das temperaturas máximas e mínimas foram 28,4 e 15,5°C, respectivamente, e a palhada recebeu uma lâmina de água de 1.839 mm, sendo 923 mm de precipitações e 916 mm de irrigações (TABELA 1).

Na palhada da cana recém colhida, que foi a seguir depositada sobre o solo dos lisímetros, e nas remanescentes ("decomposta") após 11 meses de permanência sobre esse solo, determinou-se a massa de material seco, e os teores de carbono total por combustão a seco em analisador LECO CR-412, nitrogênio total (Parkinson & Allen, 1975), fósforo, potássio, cálcio, magnésio e enxofre (Malavolta et al., 1989). Na determinação da massa de material seco da palhada decomposta, que em alguns lisímetros encontrava-se misturada ao solo, descontou-se a massa de cinzas de amostras, destas palhadas, incineradas a 550°C por 6 horas. A análise do conteúdo celular, hemicelulose, celulose e lignina foi realizada segundo método descrita por Silva (1990).

As quantidades médias de material seco, carbono total, conteúdo celular, hemicelulose, celulose, lignina, nitrogênio total, fósforo, potássio, cálcio, magnésio e enxofre da palhada da cana recém colhida e das remanescentes após 11 meses, foram submetidos à análise de variância e as médias comparadas pelo teste de Tukey ao 5%.

RESULTADOS E DISCUSSÃO

Fatores Climáticos

Devido à decomposição de restos culturais ser fortemente influenciada pela temperatura, pode-se inferir que mesmo nos meses mais quentes e de maior disponibilidade hídrica (janeiro a abril e setembro a novembro), a mineralização da palhada não foi limitada somente pela sua composição química; houve, ao menos, o efeito da temperatura na mineralização potencial dessa palhada, uma vez que foi constatado por Stanford et al. (1973) e Katterer et al.(1998) que no intervalo de 5 a 35°C a taxa de mineralização dobra a cada 10°C de aumento na temperatura.

A decomposição da palhada é também favorecida pelo aumento da disponibilidade hídrica até tensões de aproximadamente 0,0003 MPa, pois a tensões inferiores, o oxigênio pode vir a ser fator limitante à atividade microbiana. Cassman & Munns (1980) pesquisaram o efeito da incubação de solo, anteriormente cultivado com sorgo granífero, nas temperaturas de 20, 25 e 30°C, combinadas com potenciais hídricos de 0,0003 e 0,002 MPa. No solo submetido ao potencial hídrico de 0,0003 MPa e incubado nas temperaturas de 20 e 25°C, foi verificada mineralização de 65 e 82% de N, respectivamente, quando comparado à do solo incubado a 30°C. No solo com potencial hídrico de 0,002 MPa, a mineralização às temperaturas de 20 e 25°C foram, respectivamente, de 61 e 71% do N daquela verificada a 30°C. Quemada & Cabrera (1997), em trabalho no qual a matéria orgânica da parte aérea de Trifolium incarnatum L. (C/N = 28,7) foi colocada sobre a superfície do solo, também verificaram decréscimo na mineralização da ordem de 20%, quando a temperatura de incubação do solo diminuiu de 28 para 20°C.

Pode-se estimar, portanto, que de janeiro a abril e de setembro a novembro, quando a temperatura média foi superior a 20°C, a mineralização da palhada em condições de campo, deve ter-se situado entre 60 a 80% da mineralização potencial, decrescendo ainda mais nos meses seguintes, apesar das irrigações terem assegurado boa disponibilidade hídrica. Contudo, essa maior disponibilidade hídrica, certamente, contribuiu para o grande aumento ocorrido na liberação de nutrientes e na decomposição da palhada, comparativamente à verificada por Oliveira et al. (1999) em lavoura comercial de cana-de-açúcar.

Decomposição da Palhada

Os resultados das análises químicas da palhada da cana recém colhida ("palhada fresca"), que foi a seguir depositada sobre o solo dos lisímetros, e nas remanescentes ("decomposta") após 11 meses de permanência sobre esse solo estão na TABELA 2. Não houve nenhum efeito dos tratamentos na degradação do conteúdo celular e dos carboidratos estruturais, verificando-se diferenças estatisticamente significativas apenas entre a palhada da cana recém colhida e as remanescentes.

A ausência de efeito dos tratamentos, especialmente o da adubação nitrogenada sobre a palhada, deveu-se à grande perda de N, na forma de amônia (Oliveira et al., 1997), causada pela alta atividade ureolítica da palhada, associada à sua baixa capacidade de retenção de nitrogênio (Freney et al., 1991). Verificou-se, entretanto, tendência de maior decomposição nos tratamentos em que a uréia foi aplicada superficialmente sobre a palhada. A adubação nitrogenada com fontes nítricas ou amoniacais deve aumentar a taxa de decomposição da palhada, por reduzir sua relação C/N.

Quando a uréia foi aplicada a 15 cm de profundidade, apesar de não ocorrer perdas significativas de N por volatilização (Oliveira et al.,1997), a distância entre a palhada e esse nitrogênio não deve ter permitido que houvesse efeito da adubação nitrogenada na mineralização desse resto cultural.

A redução da massa de material seco foi de aproximadamente 70% (Figura 1), sendo originária, principalmente dos decréscimos ocorridos nas quantidades de hemicelulose e conteúdo celular, aproximadamente 80%, confirmando os relatos de Jenkinson & Ayanaba (1977), Siqueira & Franco (1988) e Oliveira et al. (1999). Dos carboidratos estruturais presentes na palhada da cana recém colhida, a hemicelulose e a celulose representavam, respectivamente, 42 e 51%. Entretanto, em média, nas palhadas remanescentes a hemicelulose reduziu-se para 21%, e a celulose elevou-se para cerca de 66%. Herman et al. (1977), estudando o efeito da composição química inicial sobre a taxa de decomposição de raízes de três gramíneas (C/N = 25) verificaram, após 11 meses de incubação a 28°C, que as perdas por descarboxilação foram de 22%. Dos 78% de carbono remanescente, 68% eram de resíduos insolúveis em água e 9% de hidrossolúveis e, em relação aos carboidratos estruturais, as perdas foram de 60%. Sampaio & Salcedo (1991) observaram redução que variou de 25 a 30% na massa de palhada de milho, um ano após a incorporação do resíduo em solo cultivado com cana-de-açúcar em Pernambuco. Estudando a adição, decomposição e acúmulo de matéria orgânica em floresta, Minderman (1968) também verificou, após um ano da queda das folhas, galhos e ramos, que as perdas de açúcares simples foram elevadas (99%), mas as de celulose foram menores (75%).

Liberação dos Nutrientes

A liberação dos nutrientes da palhada de cana também não foi influenciada pelos tratamentos, verificando-se diferenças estatisticamente significativas apenas entre a palhada da cana recém colhida, e depositada sobre o solo, e as remanescentes (TABELA 2). A ausência de efeito dos tratamentos deveu-se, provavelmente, às mesmas causas citadas anteriormente para a decomposição da palhada.

O potássio foi o elemento mais liberado pela palhada de cana: em média houve uma liberação de 93% do inicialmente existente na palhada (Figura 2). Essa grande liberação do K, também verificada por Oliveira et al. (1999), deveu-se ao fato de esse elemento não ser constituinte de nenhum composto existente na planta, estando presente na forma iônica (Malavolta et al., 1989), o que facilita a sua saída da célula após o rompimento da membrana plasmática. Yaday et al. (1987) verificaram que a palhada de cana, incubada a 28°C, liberou 35% do potássio nos 15 primeiros dias de incubação, sendo que ao final do período experimental (120 dias) 70% de todo o K existente neste resto cultural havia sido liberado. Christensen (1985) observou, para a palhada de cevada em campo, taxas de liberação de potássio ainda maiores: 92% do total em apenas um mês.

A liberação dos nutrientes P, Ca, Mg e S foi superior a 60% do total existente na palhada da cana recém colhida. Esses valores são bem maiores que os obtidos por Oliveira et al. (1999) e, certamente, houve grande influência da irrigação no aumento da lixiviação desses nutrientes da palhada de cana.

Em média, alta porcentagem do nitrogênio (80%) permaneceu nas palhadas remanescentes, sendo que resultado semelhante foi obtido por Ng Kee Kwong et al. (1987) em trabalho conduzido nas Ilhas Maurício. Utilizando-se a técnica isotópica com ¹⁵N, os autores verificaram que após 18 meses de permanência da palhada de cana-de-açúcar na lavoura, o nitrogênio remanescente no resto cultural foi superior a 73% do inicial, sendo que nesse período o N absorvido pela cultura e originário da palhada foi inferior a 10% do total acumulado pela planta. Observaram, também, que as maiores taxas de absorção ocorreram nos seis primeiros meses, o que pode ter sido resultado de fatores ligados à nutrição da planta e ao grau de recalcitrância dos compostos nitrogenados da palhada. No entanto, na Austrália, Chapman et al. (1992) verificaram que do nitrogênio total existente na palhada apenas 5,5% foram absorvidos pela cultura da cana em um ano. Para palhadas de trigo e sorgo marcadas com ¹⁵N, Fredrickson et al. (1982) e Wagger et al. (1985) quantificaram o nitrogênio remanescente nessas palhadas que foi de aproximadamente 90%, após um ano de permanência no campo.

A relação C/N da palhada diminuiu, em média, de 94 para 50 (TABELA 2); essa redução foi causada pela perda de carbono, principalmente do conteúdo celular e hemicelulose, e pela pequena liberação do nitrogênio.

CONCLUSÕES

Não houve efeito dos tratamentos sobre a degradação da lignocelulose e a liberação dos nutrientes da palhada de cana.

Após 11 meses de permanência no campo, a palhada apresentou redução média de massa de 70%.

As maiores perdas de carbono foram originárias da descarboxilação do conteúdo celular e da hemicelulose.

Ocorreu alta liberação do P, K, Ca, Mg e S contido na palhada.

A mineralização do nitrogênio da palhada foi pouco expressiva (20%), o que resultou em diferença estatisticamente não significativa entre o conteúdo de N da palhada da cana recém colhida e os das palhadas remanescentes.

AGRADECIMENTOS

Os autores agradecem o apoio financeiro da FAPESP (Processo 95/8911-2), do CNPq e da CAPES/PICDT.

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Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  11 Jan 2000
• Data do Fascículo
  Out 1999

Histórico

• Aceito
  12 Maio 1999
• Recebido
  27 Out 1998