Esta tesis doctoral se centra en la dinámica de la inhibición y la recuperación del proceso de digestión anaerobia de purines de cerdo para encontrar indicadores, predecir fallos del proceso, minimizar las pérdidas de metano (CH4) y evaluar las mejores prácticas de gestión a nivel de la planta de biogás. Para cumplir con este objetivo, cinco ensayos fueron diseñados y ejecutados. En primer lugar, se diseñó un experimento para controlar los cambios físico-químicos y de emisión de gas de dos tipos de purines envejecidos durante 15 semanas de almacenamiento en condiciones de verano. En segundo lugar, diferentes concentraciones de sulfato (SO42-) fueron evaluadas en digestión anaerobia termofílica de purines de cerdo y vacuno controlando la producción de CH4 y los cambios fisicoquímicos en un ensayo en discontinuo. Así mismo, la degradación anaeróbica de la materia orgánica (MO) y el límite de inhibición de SO42- fueron investigados. En tercer lugar, los efectos de incluir purines de cerdo acidificados con SO42- en un codigestión anaerobia con purines de cerdo convencionales se estudió a dos escalas (a escala laboratorio y a gran escala), donde se evaluó el rendimiento del proceso. Así mismo, los indicadores clave del proceso fueron identificados. En cuarto lugar, una combinación de dos métodos, reacción en cadena de la polimerasa cuantitativa en tiempo real (qPCR) y microscopía electrónica de barrido cualitativa (SEM) fueron utilizados para evaluar los cambios en la población microbiana de los digestores anaerobios durante la adición de los purines. Finalmente, el rendimiento de CH4, la composición físico-química y la estructura y dinámica de la comunidad microbiológica fueron evaluadas durante la puesta en marcha de la digestión anaerobia de purines de cerdo a escala de laboratorio. Se evaluaron cuatro estrategias de puesta en marcha: inanición y no inanición, seguida de una adición gradual o brusca de los purines. Los resultados presentados en esta tesis doctoral per / Moset Hernández, V. (2012). Monitoring anaerobic digestion of animal slurry during inhibition and recovery phases [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/18069 / Palancia

In no-tillage system the application of animal wastes is made on the soil surface, without incorporation. As such, a common practice is the application of the wastes on oat residues which vary in their C/N ratio, depending on which stage the crop is managed. Few studies have been carried out to assess the effect of applying ammonia-rich pig slurry over the decomposition of crop residues differing in their C/N ratio. The evaluation of this aspect, varying the location of the carbon (oat residue) and nitrogen (pig slurry) sources in soil was the objective of this study, which was conducted during 123 days under laboratory conditions at 25 °C. We evaluated twelve treatments with four replications in a completely randomized design. One treatment (control) contained only the soil while the other eleven treatments contained the soil plus pig slurry and oats straw, either alone or together, varying the soil location (with or without incorporation) of both organic residues and the C/N ratio of the oats straw (31/1 and 61/1). The pig slurry and straw decomposition were measured by the C-CO2 release. The incorporation into the soil not favored the C straw mineralization, regardless the C/N ratio of straw. The cumulated C straw mineralization at the end of the experiment was not affected by the pig slurry addition, regardless the location of straw and slurry in soil and the C/N ratio of straw. The incorporation of the mixture of straw and slurry into the soil promoted a reduction of C straw mineralization, and the magnitude of this reduction was similar between the straw with C/N of 31/1 and 61/1. The application of pig slurry on the soil surface favored the C-CO2 emission in relation to the incorporation of slurry into the soil. / No sistema de plantio direto a aplicação dos dejetos de animais é feita na superfície do solo, sem incorporação. Nessa condição, é comum aplicar os dejetos sobre resíduos culturais de aveia, os quais variam quanto a sua relação C/N, em função do estádio em que a cultura é manejada. Poucos estudos foram conduzidos até o momento para avaliar o efeito da aplicação dos dejetos líquidos de suínos, ricos em N amoniacal, sobre a decomposição de resíduos culturais com diferenças na sua relação C/N. A avaliação desse aspecto, variando-se a localização no solo das fontes de carbono (resíduos culturais de aveia) e de nitrogênio (dejetos de suínos) constituiu o objetivo do presente trabalho, o qual foi conduzido durante 123 dias, em condições de laboratório, a uma temperatura de 25ºC. Foram avaliados doze tratamentos com quatro repetições. Um tratamento (testemunha) continha apenas o solo enquanto os outros onze tratamentos eram constituídos pela aplicação ao solo dos dejetos líquidos de suínos e da palha de aveia, isoladamente ou em conjunto, variando a localização no solo (com e sem incorporação) dos dois resíduos orgânicos e a relação C/N da palha (31/1 e 61/1). A decomposição dos dejetos e da palha foi avaliada através da liberação de C-CO2. A incorporação ao solo não favoreceu a mineralização do C da palha de aveia, independentemente da sua relação C/N. A mineralização acumulada do C da palha ao final do experimento não foi afetada pela aplicação dos dejetos líquidos de suínos, independentemente da localização da palha e dos dejetos no solo e da relação C/N da palha. Com a incorporação conjunta dos dejetos e da palha no solo houve redução na mineralização do C da palha, em relação à manutenção de ambos na superfície, sendo que a magnitude da redução foi semelhante entre as palhas com C/N de 31/1 e 61/1. A aplicação dos dejetos na superfície do solo favoreceu a emissão de C-CO2 em relação à incorporação dos dejetos no solo.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / The increase in the availability of nutrients to soil microorganisms, especially carbon (C) and nitrogen (N), through crop residues and animal slurries can increase dioxide carbon (CO2) and nitrous oxide (N2O) emissions to the atmosphere. In order, to evaluate this hypothesis, two studies in field conditions were conducted in a typic Hapludalf at experimental area of Soils Department of UFSM-RS. The evaluated treatments were: T1-crop residues (CR) of oat; T2-CR of oat + pig slurry (PS); T3-CR oat + dairy cattle slurry (DCS); T4- CR of oat + N (urea); T5-CR common vetch, T6- CR of mixture between oat+vetch; and T7-fallow. The assessments started soon after the management of cover crops and application of animal slurries. The first study, evaluated the CO2 emission continuously for a period of 99 days. In the second study, it was evaluated the N2O emissions during 322 days. The inclusion of oat in mixture with vetch reduced the C mineralization rate of the CR, which was inversely proportional to the C/N ratio of CR, and followed this order: vetch> oat+vetch> oat. The addition of mineral N with DCS, did not increase the C mineralization of oat straw. The DCS application on the oat straw decreased C mineralization of slurry in relation to their application on the bare soil. The largest N2O fluxes occurred in the first days after the management of cover crops and application of animal slurries. The DCS were organic residue wich promoted greatest cumulative N2O emissions. In favorable conditions for the N2O emission in the soil, the production of this gas seems to be dependent on the C availability in soluble form. / O aumento na disponibilidade de nutrientes aos microrganismos do solo, especialmente de carbono (C) e nitrogênio (N), por meio de resíduos culturais e dejetos de animais pode aumentar as emissões de dióxido de carbono (CO2) e óxido nitroso (N2O) à atmosfera. Com o objetivo de avaliar essa hipótese foram realizados dois estudos em condições de campo, em um Argissolo Vermelho Distrófico arênico, na área experimental do Departamento de Solos da UFSM-RS. Os tratamentos avaliados foram os seguintes: T1- Resíduos culturais (RC) de aveia preta; T2- RC de aveia preta + dejetos líquidos de suínos (DLS); T3- RC de aveia preta + dejetos líquidos de bovinos (DLB); T4- RC de aveia preta + N (uréia); T5- RC de ervilhaca comum; T6- RC do consórcio entre aveia+ervilhaca; e T7- Pousio. As avaliações iniciaram logo após o manejo das plantas de cobertura e da aplicação dos dejetos de animais. No primeiro estudo foi avaliada a emissão de CO2 continuamente por um período de 99 dias. No segundo estudo avaliaram-se as emissões de N2O durante 322 dias. A inclusão da aveia no consórcio com a ervilhaca reduziu a taxa de mineralização do C dos RC, a qual foi inversamente proporcional à relação C/N dos RC, e acompanhou a seguinte ordem: ervilhaca > aveia+ervilhaca > aveia. A adição de N mineral, via DLB, não aumentou a mineralização do C da palha de aveia. A aplicação dos DLB sobre a palha de aveia diminuiu a mineralização do C dos dejetos em relação a sua aplicação em solo descoberto. Os maiores fluxos de N2O ocorreram nos primeiros dias após o manejo das plantas de cobertura e da aplicação dos dejetos de animais. Os DLB foram os resíduos orgânicos que promoveram a maior emissão acumulada de N2O. Em condições favoráveis à emissão de N2O no solo, a produção desse gás parece ser dependente da disponibilidade de C na forma solúvel.