Disponibilidade de nutrientes no solo, qualidade de grãos e produtividade da soja em solo adubado com lodo de esgoto

Availability of soil nutrients, quality of grains and yield of soybean in soil treated with sewage sludge

SOLOS

Disponibilidade de nutrientes no solo, qualidade de grãos e produtividade da soja em solo adubado com lodo de esgoto

Availability of soil nutrients, quality of grains and yield of soybean in soil treated with sewage sludge

Rosana Faria Vieira^I; Roberto Tetsuo Tanaka^II; Siu Mui Tsai^III; Daniel Vidal Pérez^IV; Célia Maria Maganhotto de Sousa Silva^I

^IEmbrapa Meio Ambiente, Caixa Postal 69, CEP 18200-000 Jaguariúna, SP. E-mail: [e-mail]

^IIInstituto Agronômico de Campinas, Centro de Grãos e Fibras, Setor de Leguminosas, Av. Theodureto de Almeida Camargo, nº 1500, CEP 13075-630 Campinas, SP. E-mail: [e-mail]

^IIIUniversidade de São Paulo, Centro de Energia Nuclear na Agricultura, Caixa Postal 96, CEP 13400-970 Piracicaba, SP. E-mail: [e-mail]

^IVEmbrapa Solos, Rua Jardim Botânico, n º 1024, CEP 22460-000 Rio de Janeiro, RJ. E-mail: [e-mail]

RESUMO

O objetivo deste trabalho foi verificar o efeito direto e residual da adubação com lodo de esgoto, como fonte de P, na produtividade da soja, na qualidade dos grãos para consumo humano e no potencial de lixiviação do nitrato. O experimento foi realizado no campo e constituiu-se dos seguintes tratamentos: ausência de adubação química e de lodo; adubação química completa; soja com inoculação mais dose zero de lodo; soja com inoculação mais 1,5 t ha^-1 de lodo; soja com inoculação mais 3 t ha^-1 de lodo; soja com inoculação mais 6 t ha^-1 de lodo; e soja com inoculação mais adubação química, exceto a nitrogenada. As maiores produtividades de soja, tanto no primeiro como no segundo ano agrícola, foram obtidas nas duas maiores doses de lodo. Os teores de vários elementos nos grãos de soja, nos tratamentos com lodo, não diferiram, significativamente, daqueles obtidos nos tratamentos testemunha ou com adubação mineral. Perdas de NO₃^- para o ambiente podem ocorrer, principalmente no período inicial do ciclo da cultura.

Termos para indexação: biossólido, fósforo, mineralização de nitrogênio, metais pesados.

ABSTRACT

The objective of this work was to evaluate the direct and residual effects of sewage sludge soil application, as a source of phosphorus, on soybean yield, on grain quality for human consumption, and the potential of NO₃^- leaching. The experiment was carried out in the field, and the following treatments were compared: absence of chemical fertilization and sewage sludge; complete chemical fertilization; inoculated soybean plus dose 0 of sludge; inoculated soybean plus 1.5 t ha^-1 of sewage sludge; inoculated soybean plus 3 t ha^-1 of sewage sludge; inoculated soybean plus 6 t ha^-1 of sewage sludge; and inoculated soybean plus chemical fertilization, except nitrogen. The highest sewage sludge doses resulted in highest soybean yield, in the first and second year. Contents of several elements in soybean grains, under sewage sludge treatments, were not significantly different from those obtained in the control and chemical fertilization treatments. Losses of NO₃^- to the environment may occur, mainly in the beginning of crop growth cycle.

Index terms: biosolid, phosphorus, nitrogen mineralization, heavy metals.

Introdução

O lodo de esgoto, em conseqüência de sua riqueza em nutrientes, principalmente nitrogênio (N) e fósforo (P), tem sido utilizado em muitos países como fertilizante (Binder et al., 2002). O fósforo é considerado um dos nutrientes limitantes à produção agrícola, em decorrência dos processos de sua adsorção em colóides minerais, amorfos e orgânicos (Novais & Smith, 1999). Diversos trabalhos demonstraram os benefícios do lodo de esgoto para espécies cultivadas e para algumas características químicas e físicas do solo (Oliveira et al., 1995; Lindsay & Logan, 1998). No Brasil, esses trabalhos, porém, se restringem às culturas do sorgo granífero, milheto (Ros et al., 1993), feijão (Vieira et al., 2002) e milho (Berton et al., 1989; Vieira & Cardoso, 2003). Nenhum trabalho foi realizado com a cultura da soja.

A soja exporta cerca de 150 kg ha^-1 de N nos grãos, e essa quantidade e aquela contida nos restos culturais podem ser fornecidas, eficientemente, por meio da simbiose com bactérias do gênero Bradyrhizobium. A adição de adubos nitrogenados com a inoculação não traz benefícios à eficiência da fixação simbiótica do N₂, ao contrário de outros nutrientes como o fósforo e o molibdênio (Giller & Wilson, 1991). Trabalho realizado com soja, em casa de vegetação, demonstrou que a aplicação equivalente a 23 t ha^-1 de lodo de esgoto ao solo (base úmida) supriu as necessidades da planta em P, sem que o N oriundo do biossólido prejudicasse a fixação simbiótica do N₂ (Vieira, 2001). Nesse trabalho, como o lodo de esgoto foi aplicado em plantas com inoculação e sem inoculação, ficou evidente a importância do processo simbiótico na resposta da planta ao biossólido, ou seja, as maiores produtividades foram obtidas pelas plantas que receberam lodo de esgoto, mas que foram submetidas à inoculação.

Alguns elementos normalmente presentes no biossólido ainda são motivo de dúvida quanto aos riscos potenciais de contaminação do meio ambiente, que poderiam advir de sua utilização na agricultura. Em geral, os biossólidos são ricos em N, o que requer um acompanhamento do processo de mineralização desse elemento no solo, uma vez que quantidades excessivas de NO₃^- poderão, por meio dos processos de lixiviação e desnitrificação, respectivamente, contaminar águas subterrâneas ou provocar o desprendimento de óxido nitroso (Hernández et al., 2002). Ademais, por causa do elevado teor de metais pesados presentes nos lodos, ainda não são conhecidos os danos que poderiam advir do consumo de produtos agrícolas oriundos de locais onde esse insumo é utilizado.

O objetivo deste trabalho foi verificar o efeito direto e residual da adubação com lodo de esgoto, como fonte de P, na produtividade da soja, na qualidade dos grãos para consumo humano e no potencial de lixiviação do nitrato.

Material e Métodos

O experimento foi iniciado em novembro de 2000, no campo experimental da Embrapa Meio Ambiente, Município de Jaguariúna, SP, em solo classificado como Latossolo Vermelho distroférrico, textura areia/argilosa (Embrapa, 1999). A composição química inicial (0-20 cm) do solo foi: pH (CaCl₂), 4,4; P, 8 mg dm^-3 (método da resina); K⁺, 1,2 mmol_c dm^-3; Ca²⁺, 11 mmol_c dm^-3; Mg²⁺, 6 mmol_c dm^-3; H+Al, 58 mmol_c dm^-3; CTC, 76,2 mmol_c dm^-3; V, 24 (%) e MO, 28 g dm^-3 (Embrapa, 1997).

O delineamento experimental foi o de blocos ao acaso, com quatro repetições. Os tratamentos constituíram-se da ausência de adubação química ou lodo de esgoto (testemunha); adubação química completa (AQ); soja com inoculação mais dose zero de lodo de esgoto (I + L0); soja com inoculação mais 1,5 t ha^-1 de lodo de esgoto (I + L1); soja com inoculação mais 3 t ha^-1 de lodo de esgoto (I + L2); soja com inoculação mais 6 t ha^-1 de lodo de esgoto (I + L3) e soja com inoculação mais adubação química (I + AQ), exceto a nitrogenada. Foi aplicado calcário na área experimental, a fim de elevar a saturação por bases a 60%. Nas parcelas do tratamento AQ foram aplicados P e K, no sulco de semeadura, nas doses de 80 kg ha^-1 de P₂O₅ (superfosfato simples) e 60 kg ha^-1 de K₂O (cloreto de potássio). O N foi aplicado na dose de 120 kg ha^-1 de N (uréia), de forma parcelada, aos 20, 40 e 60 dias da semeadura. Exceto a adubação nitrogenada, as demais foram feitas de acordo com a análise de solo e as recomendações de Mascarenhas & Tanaka (1996).

As doses de lodo de esgoto foram calculadas com base no teor de P do biossólido e na necessidade da planta nesse nutriente. No cálculo das doses finais de lodo (base seca), foi utilizada a seguinte fórmula: dose de lodo (kg ha^-1) = P recomendado (kg ha^-1)/P contido no lodo de esgoto (kg kg^-1). A segunda dose, 3 t ha^-1, forneceria a quantidade de P recomendada por Mascarenhas & Tanaka (1996), ou seja, 80 kg ha^-1 de P₂O₅. Por causa do baixo teor de K do lodo, nas parcelas que receberam 1,5 e 3 t ha^-1 do biossólido, aplicou-se cloreto de potássio, para se atingir a dose recomendada de 60 kg ha^-1 de K₂O.

O lodo foi distribuído uniformemente na superfície e incorporado na camada de 0-20 cm do solo. O biossólido, anaerobicamente digerido, fornecido pela Estação de Tratamento de Lodo de Barueri, SP, que, além de esgotos domésticos recebe esgotos industriais, apresentava as seguintes características químicas: N, 40,7 g kg^-1; P, 11,5 g kg^-1; K, 8,3 g kg^-1; Ca, 17 g kg^-1; Mg, 2,5 g kg^-1; S, 11,7 g kg^-1; B, 9 mg kg^-1; Cu, 707 mg kg^-1; Fe, 22,9 g kg^-1; Mn, 168 mg kg^-1; Zn, 2.314 mg kg^-1; Al, 9,51 g kg^-1; Cd, 9,2 mg kg^-1; Pb, 151 mg kg^-1; Cr, 597 mg kg^-1; Ni, 268 mg kg^-1; Na, 4 g kg^-1; umidade, 767 g kg^-1.

A área experimental era de 2.610 m², formada de quatro blocos de 290 m². Cada parcela experimental (20 m²) foi constituída por oito sulcos de semeadura, de 5 m de comprimento, espaçados entre si de 0,5 m, nos quais foram semeadas 20 sementes por metro. As duas linhas externas foram utilizadas como bordaduras, e as duas centrais, para obtenção da produtividade. As outras linhas foram usadas nas colheitas periódicas de plantas.

Na primeira semeadura, foi usado inoculante oleoso nas sementes (cv. IAC 22), conforme a recomendação do fabricante.

No primeiro cultivo, para avaliação do potencial de lixiviação do NO₃^-, foram iniciadas as coletas mas camadas de solo aos 28 dias após a emergência das plantas (DAE), e repetidas a cada 21 dias, até o 146 º DAE. As amostras foram coletadas nas camadas de 0-20 cm (em todas as coletas), 20-40 e 40-60 cm (na primeira e última coletas), e analisadas imediatamente em laboratório, quanto aos teores de NH₄⁺ e de NO₃^- (Tedesco et al., 1985). Na determinação dos teores de P (método da resina), nas diferentes parcelas, as amostras de solo foram coletadas na camada de 0-20 cm aos 69 e 85 DAE.

Os teores de N total, acumulado na parte aérea das plantas de soja, foram avaliados aos 32 e 64 DAE, em quatro plantas de cada parcela (Tedesco et al., 1985). No final do ciclo, após a determinação da produtividade, os grãos foram armazenados a 5 ºC, para determinação posterior dos teores de Fe, Zn, Cu, Cd, Pb e Ni (Carmo et al., 2000).

No segundo ano de cultivo da soja, não foi aplicado lodo de esgoto ao solo, uma vez que se procurou avaliar o efeito residual daquele aplicado no ano anterior. Antes da semeadura foram coletadas amostras de solo na camada de 0-20 cm em todos os tratamentos, para análise dos seguintes atributos químicos: pH, P, K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, B, Cu, Fe, Mn, Zn, H+Al, SB (soma de bases), CTC (capacidade de troca de cátions) e V (saturação por bases). Em cada tratamento, para cada repetição, foram coletadas 4 subamostras de solo, que foram homogeneizadas, de modo a se obter uma amostra composta de 16 subamostras por tratamento.

As adubações químicas, referentes aos tratamentos AQ e I + AQ, utilizadas no primeiro cultivo, foram repetidas no segundo. O inoculante utilizado, à base de turfa, foi produzido no Centro de Energia Nuclear na Agricultura, USP, Piracicaba, SP.

As coletas das amostras, para as análises de N mineral no solo, iniciaram-se aos 18 DAE e foram repetidas a cada 15 dias até o 95 º DAE. A técnica dos tubos de PVC foi utilizada no segundo cultivo. Para tanto, as coletas das amostras de solo foram feitas conforme Dou et al. (1997), com modificações (Vieira & Cardoso, 2003). Em cada parcela, foram colocados quatro pares de colunas de PVC (5 cm de diâmetro, 22 cm de altura), distribuídas aleatoriamente nas entrelinhas da soja, na camada de 0-20 cm. Nas parcelas do tratamento AQ, as colunas foram colocadas o mais próximo possível da linha de aplicação da uréia. Um tubo de cada par foi coberto com tampa de PVC de 10 cm de diâmetro, com a finalidade de se evitar a lixiviação do NO₃^- em períodos de chuva. A quantidade de nitrato lixiviado foi quantificada pela diferença entre os teores desse ânion nos dois sistemas (aberto e fechado). Os solos das colunas foram coletados em períodos definidos, e novas colunas foram imediatamente recolocadas em locais escolhidos aleatoriamente, mas nunca a menos de 1 m das bordaduras. Em cada parcela, as porções do mesmo sistema (tampado e não tampado) foram misturadas e homogeneizadas, de modo a se obter quatro amostras compostas por tratamento, as quais foram analisadas e processadas conforme descrito para o primeiro cultivo.

Os teores de N total na parte aérea e os de P no solo foram quantificados aos 32 e 71 DAE, conforme métodos usados no primeiro cultivo. Após a colheita, os grãos foram submetidos às mesmas análises do primeiro cultivo.

Os dados de precipitação pluvial foram obtidos na estação meteorológica localizada na Embrapa Meio Ambiente, Município de Jaguariúna, SP.

O programa ANOVA foi utilizado na análise estatística dos dados e aplicação do teste F. O teste de Duncan foi utilizado na comparação das médias dos tratamentos a 5% de probabilidade.

Resultados e Discussão

Os teores de P no solo, no primeiro ano de cultivo, na primeira avaliação, foram maiores nos tratamentos com lodo; não houve, porém, diferença significativa entre as doses do composto (Tabela 1). Aos 85 DAE, verificou-se decréscimo desse nutriente no solo de todos os tratamentos, em relação à avaliação anterior; nessa época, verificou-se tendência à maior concentração de P no solo, com o aumento da dose de lodo. No segundo cultivo, aos 32 DAE não houve diferença significativa entre os teores de P no solo, entre os tratamentos. Aos 71 DAE, embora sem diferença significativa, verificou-se tendência à menor concentração de P no solo, no tratamento testemunha e no tratamento com inoculação que não recebeu adubação química nem lodo de esgoto.

A análise de solo realizada antes da semeadura da soja, em 2001 (segundo ano de cultivo), demonstrou que os teores de P nos solos suplementados com lodo foram em média 23% e 45% maiores, respectivamente, do que a média dos tratamentos AQ + (I + AQ) e a média dos tratamentos testemunha + (I + L0). Segundo Mazzarino et al. (1998), a liberação de P do biossólido depende, primeiramente, do tipo de solo e, em segundo lugar, da origem do composto, ao contrário do que ocorre com o nitrogênio. Houve, também, um aumento dos teores de Cu e Zn nos solos suplementados com lodo. Quanto ao Zn, seu aumento relacionou-se positivamente com as doses de lodo (Tabela 2), o que corrobora os dados de White et al. (1997).

Aos 28 DAE, no primeiro cultivo, os teores de N mineral foram maiores nos tratamentos AQ, I + L2 e I + L3, na camada de 0-20 cm de solo (Tabela 3). Nesses tratamentos, os teores de 39, 28 e 29,5 kg ha^-1 de N mineral foram 83%, 76% e 78% superiores, respectivamente, à média dos tratamentos que não receberam fertilizante nitrogenado (testemunha, I + L0 e I + AQ). O alto teor de N no tratamento AQ pode estar associado à presença de grânulos de adubo no solo coletado. Houve também acréscimo dos teores de N mineral, na maior dose de lodo, com o aumento da profundidade do solo. Nas camadas do solo de 20-40 cm e 40-60 cm, o tratamento I + L3 apresentou, respectivamente, 50% e 24% mais N mineral do que a média dos outros tratamentos. Aos 49, 70 e 91 DAE, os teores de N mineral diminuíram em alguns tratamentos, ou mantiveram-se semelhantes àqueles observados aos 28 DAE, na camada de 0-20 cm de solo. Aos 146 DAE, no tratamento I + L3, na maior profundidade de solo, o teor de N mineral foi 48% maior do que a média dos tratamentos que não receberam adubo nitrogenado por meio do lodo ou do fertilizante (testemunha, I + L0 e I + AQ). Os resultados individuais do NH₄⁺ e do NO₃^- demonstraram uma intensa nitrificação do solo.

Aos 18 e 33 DAE, no segundo cultivo, os teores de N no solo aumentaram com o aumento das doses de lodo. Nas avaliações realizadas após os 50 DAE, no segundo cultivo, os teores de N mineral no solo foram maiores do que os obtidos no primeiro cultivo, independentemente do tratamento (Tabela 4). A maior precipitação pluvial nesse ano agrícola, em relação à observada no ano agrícola de 2000/2001, pode ter sido responsável pela maior mineralização do N orgânico do solo. Em janeiro de 2002, a precipitação pluvial foi de 341 mm, enquanto nesse mesmo período, no ano de 2001, ela foi de 119 mm.

Nas duas primeiras avaliações, realizadas aos 18 DAE e aos 33 DAE, respectivamente, nos dias 3 e 18 de janeiro, os menores teores de N mineral total encontrados no solo podem ser conseqüência da escassez de chuvas, pois 67% delas ocorreram após 19 de janeiro. Como não houve diferença significativa entre os teores de N da testemunha e dos tratamentos com lodo, o N mineral encontrado foi, provavelmente, oriundo da mineralização do N orgânico do solo. Perdas de N por lixiviação não foram detectadas, nem mesmo nos períodos de intensa precipitação pluvial.

Os teores de N no solo, no primeiro cultivo da soja, demonstraram que, no tratamento I + L3, a quantidade aplicada do biossólido pode ter ocasionado perdas de N por lixiviação. Aos 28 DAE foram encontrados 34 kg ha^-1 de NO₃^- na camada de 40-60 cm. Vieira & Cardoso (2003), Mazzarino et al. (1998) e Hernández et al. (2002) constataram que, logo após a adição do lodo ao solo, ocorre intenso processo de mineralização do N orgânico do lodo. Como as medições no solo cultivado com soja tiveram início somente aos 28 DAE, as perdas potenciais de N nesse solo podem ter sido subestimadas.

No tratamento I + L2 ocorreu tendência à maior quantidade de nitrato na maior profundidade. Barbarick et al. (1996) também relataram perdas de NO₃^- por lixiviação, além da zona das raízes, em solo tratado com lodo de esgoto.

Aos 32 DAE do primeiro cultivo, a quantidade de N acumulada na parte aérea foi maior nos tratamentos que receberam lodo de esgoto, contrariamente ao ocorrido no ano agrícola seguinte (Tabela 5). Aos 64 DAE do primeiro cultivo, as maiores quantidades acumuladas de N na parte aérea foram obtidas nos tratamentos AQ e nos tratamentos com lodo. Aos 71 DAE do segundo cultivo, houve aumento da quantidade acumulada de N na planta com as doses de lodo; os maiores valores desse elemento na parte aérea foram obtidos nos tratamentos AQ, I + L2 e I + L3 (Tabela 5).

No segundo cultivo, apesar dos teores de N no solo não diferirem significativamente entre os tratamentos, as quantidades acumuladas de N na parte aérea foram maiores nos tratamentos com lodo. Tal fato pode estar associado à maior eficiência do processo de fixação do N atmosférico pelas plantas das parcelas suplementadas com o biossólido (Vieira, 2001).

O lodo de esgoto pode conter numerosos componentes requeridos para o crescimento microbiano, o que pode aumentar a atividade de microrganismos do solo, inclusive os rizóbios (Angle et al., 1992; Abd-Alla & Yan, 1999). É importante salientar que, no primeiro ano de cultivo, não ocorreu formação de nódulos nas raízes da soja. Após a semeadura da soja, que não foi irrigada, ocorreu período de estiagem com temperaturas elevadas que podem ter afetado a viabilidade dos rizóbios, tendo prejudicado o processo da nodulação. No segundo ano agrícola, porém, as raízes de todas as plantas dos tratamentos que receberam inoculante apresentaram nódulos.

A maior produtividade em 2000/2001 foi obtida com as duas maiores doses de lodo (Tabela 6). Em média, esses tratamentos produziram cerca de 547 e 163 kg ha^-1 de grãos a mais, respectivamente, do que os tratamentos testemunha e com adubação mineral. O teor de N no solo parece não ter sido um fator limitante da produtividade, uma vez que no tratamento com inoculação que recebeu apenas P e K, a produtividade foi semelhante à do tratamento AQ.

Nos tratamentos que não receberam adubação fosfatada (testemunha e I + L0), ou que a receberam em quantidades não suficientes (I + L1), a produtividade foi menor. No segundo ano de cultivo da soja, produtividade maior do que 3.000 kg ha^-1 foi obtida nos tratamentos I + AQ, I + L2 e I + L3 (Tabela 6). Esses dois últimos tratamentos superaram, respectivamente, em 141 e 423 kg ha^-1 de grãos, os tratamentos com adubação mineral e testemunha.

As produtividades da soja dos dois anos agrícolas demonstraram que tanto 3 quanto 6 t ha^-1 de lodo foram suficientes para suprir as demandas da cultura em P, quando comparados ao tratamento convencional (I + AQ). No segundo ano de cultivo, no tratamento I + L1, aos 32 e 71 DAE, a despeito de os teores de P encontrados no solo não terem sido significativamente menores do que os do tratamento I + AQ, a produtividade da soja foi menor. Isto pode estar relacionado à deficiência de algum outro nutriente, ocasionada pela menor aplicação do composto orgânico.

Não houve diferença significativa entre os tratamentos, nos teores de Fe e Cu nos grãos da soja, nos dois cultivos. Os teores de Zn nos grãos não apresentaram diferenças significativas entre os tratamentos, no primeiro cultivo; no segundo cultivo, ele foi menor no tratamento que recebeu a menor dose de lodo (Tabela 7). Os teores de Cd, Pb e Ni dos grãos não puderam ser determinados, porque suas concentrações estavam abaixo do limite de detecção, segundo o método usado por Carmo et al. (2000).

Conclusões

1. A necessidade de P da cultura da soja pode ser suprida pela adição de lodo de esgoto ao solo.

2. A aplicação de lodo de esgoto ao solo pode acarretar perdas de NO₃^- para o ambiente.

3. A adição de lodo de esgoto ao solo não ocasiona aumento nos teores de Fe, Zn, Cu, Cd, Pb e Ni nos grãos da soja.

Agradecimentos

À Fapesp (Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo), pelo apoio financeiro.

Recebido em 8 de abril de 2004 e aprovado em 7 de março de 2005

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Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  11 Nov 2005
• Data do Fascículo
  Set 2005

Histórico

• Aceito
  07 Mar 2005
• Recebido
  08 Abr 2004