Earthworm-produced calcite granules: a new terrestrial palaeothermometer?

In this paper we show for the first time that calcite granules, produced by the earthworm Lumbricus terrestris, and commonly recorded at sites of archaeological interest, accurately reflect temperature and soil water δ18O values. Earthworms were cultivated in an orthogonal combination of two different (granule-free) soils moistened by three types of mineral water and kept at three temperatures (10, 16 and 20 ºC) for an acclimatisation period of three weeks followed by transfer to identical treatments and cultivation for a further four weeks. Earthworm-secreted calcite granules were collected from the second set of soils. δ18O values were determined on individual calcite granules (δ18Oc) and the soil solution (δ18Ow). The δ18Oc values reflect soil solution δ18Ow values and temperature, but are consistently enriched by 1.51 (±0.12) ‰ in comparison to equilibrium in synthetic carbonates. The data fit the equation 1000 ln α = [20.21 ± 0.92] (103 T-1) - [38.58 ± 3.18] (R2 = 0.95; n = 96; p < 0.0005). As the granules are abundant in modern soils, buried soils and archaeological contexts, and can be dated using U-Th disequilibria, the developed palaeotemperature relationship has enormous potential for application to Holocene and Pleistocene time intervals.

Earthworm distribution and abundance predicted by a process-based model

Earthworms are significant ecosystem engineers and are an important component of the diet of many vertebrates and invertebrates, so the ability to predict their distribution and abundance would have wide application in ecology, conservation and land management. Earthworm viability is known to be affected by the availability and quality of food resources, soil water conditions and temperature, but has not yet been modelled mechanistically to link effects on individuals to field population responses. Here we present a novel model capable of predicting the effects of land management and environmental conditions on the distribution and abundance of Aporrectodea caliginosa, the dominant earthworm species in agroecosystems. Our process-based approach uses individual based modelling (IBM), in which each individual has its own energy budget. Individual earthworm energy budgets follow established principles of physiological ecology and are parameterised for A. caliginosa from experimental measurements under optimal conditions. Under suboptimal conditions (e.g. food limitation, low soil temperatures and water contents) reproduction is prioritised over growth. Good model agreement to independent laboratory data on individual cocoon production and growth of body mass, under variable feeding and temperature conditions support our representation of A. caliginosa physiology through energy budgets. Our mechanistic model is able to accurately predict A. caliginosa distribution and abundance in spatially heterogeneous soil profiles representative of field study conditions. Essential here is the explicit modelling of earthworm behaviour in the soil profile. Local earthworm movement responds to a trade-off between food availability and soil water conditions, and this determines the spatiotemporal distribution of the population in the soil profile. Importantly, multiple environmental variables can be manipulated simultaneously in the model to explore earthworm population exposure and effects to combinations of stressors. Potential applications include prediction of the population-level effects of pesticides and changes in soil management e.g. conservation tillage and climate change.

Contrasting responses to drought stress in herbaceous perennial legumes

Background and aims Medicago sativa L. is widely grown in southern Australia, but is poorly adapted to dry, hot summers. This study aimed to identify perennial herbaceous legumes with greater resistance to drought stress and explore their adaptive strategies. Methods Ten herbaceous perennial legume species/accessions were grown in deep pots in a sandy, low-phosphorus field soil in a glasshouse. Drought stress was imposed by ceasing to water. A companion M. sativa plant in each pot minimised differences in leaf area and water consumption among species. Plants were harvested when stomatal conductance of stressed plants decreased to around 10% of well watered plants. Results A range of responses to drought stress were identified, including: reduced shoot growth; leaf curling; thicker pubescence on leaves and stems; an increased root:shoot ratio; an increase, decrease or no change in root distribution with depth; reductions in specific leaf area or leaf water potential; and osmotic adjustment. The suite of changes differed substantially among species and, less so, among accessions. Conclusions The inter- and intra-specific variability of responses to drought-stress in the plants examined suggests a wide range of strategies are available in perennial legumes to cope with drying conditions, and these could be harnessed in breeding/selection programs.

Desenvolvimento da cultura do feijoeiro submetida a dois sistemas de manejo de irrigação e de cultivo

A cultura do feijoeiro apresenta elevada importância no contexto agrícola nacional. Além de ser uma cultura que atende às características da agricultura familiar, também é cultivada em áreas extensivas com alta tecnologia. Pesquisas relacionadas ao desenvolvimento do feijoeiro frente às variantes edafoclimáticas regionais vêm assumindo papel de destaque, principalmente por se tratar de uma planta sensível tanto ao déficit quanto ao excesso hídrico. O objetivo deste trabalho foi avaliar a cultura do feijoeiro de 'inverno' submetida a dois métodos de manejo de irrigação, em pivô central, um via solo por meio de tensiômetros, outro via clima por meio do tanque Classe 'A', em dois sistemas de plantio, convencional e direto, no primeiro ano. Foram avaliados o índice de área foliar (IAF), massa seca total (MS) de plantas e a variação do potencial mátrico de água no solo. Concluiu-se que os manejos de irrigação e os sistemas de plantio não resultaram em diferenças no IAF e nem no acúmulo de matéria seca total ao longo do ciclo da cultura; o manejo da irrigação por tensiometria acarretou maior variação no potencial mátrico de água no solo do que o método via clima por meio do tanque Classe 'A'.

Alteração da qualidade do solo em zona ripária sob diferentes usos: potencial de poluição para um manancial tropical

The demographic growth press environments that are more susceptible to perturbations, like riparian areas, without knowing about the effects of replacing these natural environments by different land uses on soil quality and, consequently, on watershed. The study of soil quality has evolved as an important tool for soil sustainable management of this component of the biosphere that affects aquatic and terrestrial ecosystems functions. Thus, physical and chemical soil proprieties were measured to assess soil quality under different land uses (agricultural, pasture, urban, industrial and natural vegetation,) in the riparian zone of Extremoz Lake, an important human water source, evaluating whether the soil offers potential risk to water pollution. Data were subjected to descriptive statistics and Principal Component Analysis (PCA). The results showed negative changes in soil quality such as alkalinization and increase in P, Pb, Mn and Zn contents in most anthropized areas. The sandy texture and low organic matter content in all soils showed the fragility of the soil to erosion and leaching of elements in excess to water bodies, evidencing that this soils has potential to diffuse contaminants. Conservative management of soil is necessary to provide an adequate ecological state in riparian zones of the Extremoz Lake, thus allowing controlling and buffering diffuse sources of pollution to this important water supply source

GPS receivers for georeferencing of spatial variability of soil attributes

A caracterização da variabilidade espacial dos atributos do solo é indispensável para subsidiar práticas agrícolas de maneira sustentável. A utilização da geoestatística para caracterizar a variabilidade espacial desses atributos, como a resistência mecânica do solo à penetração (RP) e a umidade gravimétrica do solo (UG), é, hoje, prática usual na agricultura de precisão. O resultado da análise geoestatística é dependente da densidade amostral e de outros fatores, como o método de georreferencimento utilizado. Desta forma, o presente trabalho teve como objetivo comparar dois métodos de georreferenciamento para a caracterização da variabilidade espacial da RP e da UG, bem como a correlação espacial dessas variáveis. Foi implantada uma malha amostral de 60 pontos, espaçados em 20 m. Para as medições da RP, utilizou-se de penetrógrafo eletrônico e, para a determinação da UG, utilizou-se de trado holandês (profundidade de 0,0-0,1 m). As amostras foram georreferenciadas, utilizando-se do método de Posicionamento por Ponto Simples (PPS), com de (retirar) receptor GPS de navegação, e Posicionamento Relativo Semicinemático, com receptor GPS geodésico L1. Os resultados indicaram que o georreferenciamento realizado pelo PPS não interferiu na caracterização da variabilidade espacial da RP e da UG, assim como na estrutura espacial da relação dos atributos.

Test of a microlysimeter for measurement of soil evaporation

A quantificação da evaporação do solo é requerida em estudos de balanço hídrico de culturas e em aplicações que visam a aumentar a eficiência do uso da água pelos cultivos. O objetivo deste trabalho foi testar um modelo de microlisímetro (ML) para medir a evaporação do solo em condições irrigada e não irrigada. Os MLs foram construídos utilizando tubos de PVC rígido, medindo 100 mm de diâmetro interno, 150 mm de profundidade e 2,5 mm de espessura da parede. Quatro MLs foram assentados sobre a superfície de dois lisímetros de pesagem de alta precisão conduzidos com solo nu, previamente instalados no Iapar, em Londrina-PR. Os lisímetros tinham dimensões de 1,4 m de largura, 1,9 m de comprimento e 1,3 m de profundidade, e estavam sendo conduzidos com e sem irrigação. A evaporação medida nos MLs (E ML) foi comparada com a medida nos lisímetros (E L), durante quatro períodos do ano. As diferenças entre E ML e E L foram mínimas para condições de baixa e elevada demanda atmosférica, e também para condições de solo irrigado ou não irrigado, indicado que o modelo de ML testado neste trabalho é adequado para medir a evaporação do solo.

Electrical conductivity and soybean seedling emergence

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Soil CO2 emission of sugarcane fields as affected by topography

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Carbohydrate Composition and Water-Stable Aggregation of an Oxisol as Affected by Crop Sequence under No-Till

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Spatial variability of soil penetration resistance influenced by season of sampling

O objetivo deste trabalho foi analizar a distribuição espacial da compactação do solo e a influência da umidade do solo na resistência à penetração. Esta última variável foi descrita pelo índice de cone. O solo estudado foi Nitossolo e os dados de índice de cone foram obtidos usando um penetrômetro. A resistência do solo foi avaliada a 5 profundidades diferentes, 0-10 cm, 10-20 cm, 20-30 cm, 30-40 cm e mais de 40 cm, porém o conteúdo de umidade do solo foi medido a 0-20 cm e 20-40 cm. As condições hídricas do solo variaram nas diferentes amostragems. Os coeficientes de variação para o índice de cone foram 16,5% a 45,8% e os do conteúdo de umidade do solo variaram entre 8,96% e 21,38%. Os resultados sugeriram elevada correlação entre a resistência do solo, estimada pelo índice de cone e a profundidade do solo. Sem embargo, a relação esperada com a umidade do solo não foi apreciada. Observou-se dependência espacial em 31 de 35 séries de dados de índice de cone e umidade do solo. Esta dependência foi ajustada por modelos exponenciais com efeito pepita variável de 0 a 90% o valor do patamar. em séries de dados o comportamento foi aleatório. Portanto, a técnica das distâncias inversas foi utilizada para cartografar a distribuição das variáveis que não tiveram estrutura espacial. Na krigagem constatou-se uma suavização dos mapas comparados com esses das distâncias inversas. A krigagem indicadora foi utilizada para cartografar a variabilidade espacial do índice de cone e recomendar melhor manejo do solo.

Efficacy of herbicides applied to Digitaria horizontalis plants under different water conditions

Este projeto objetivou relacionar a eficiência de controle de herbicidas inibidores da ACCase aplicados em pós-emergência em plantas de Digitaria horizontalis submetidas a diferentes teores de água no solo. Os experimentos foram conduzidos em casa de vegetação, com a aplicação de três diferentes herbicidas (fluazifop-p-butil, haloxyfop-methyl e sethoxydim + óleo mineral Assist). O delineamento experimental utilizado para cada herbicida foi inteiramente casualizado, com quatro repetições, constituído de um fatorial 3 x 4, sendo a combinação de três manejos hídricos (-0,03, 0,07 e -1,5 MPa) e quatro doses desses produtos (100, 50, 25 e 0% da dose recomendada). A aplicação dos herbicidas foi feita em dois estádios vegetativos: 4-6 folhas e 2-3 perfilhos. As avaliações visuais de fitotoxicidade foram realizadas aos 14 dias após a aplicação e avaliou-se a matéria seca das plantas ao final do estudo. A eficiência de controle não foi influenciada pelos manejos hídricos quando se aplicou a dose recomendada de todos os herbicidas na fase inicial de desenvolvimento das plantas (estádio de 4-6 folhas). em aplicações tardias (estádio de 2-3 perfilhos), as plantas mantidas sob estresse hídrico apresentaram menor fitotoxicidade.

Least limiting water range and crop yields as affected by crop rotations and tillage

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Infiltração de água no solo sob escarificação e rotação de culturas

Nos solos com restrições físicas e, ou, físico-hídricas ao crescimento de raízes, aumentar o potencial de armazenagem de água por meio de melhorias na infiltração pode ser uma estratégia viável para aumento da produtividade das culturas. Nesse sentido, este trabalho teve como objetivo avaliar a infiltração de água em um Nitossolo Vermelho distrófico, com três sistemas de rotação de culturas sob semeadura direta com e sem escarificação inicial. O sistema de rotação de culturas constou de: (1) milheto/soja/sorgo/milho/sorgo (M/S/So/Mi/So), (2) milheto/soja/Brachiaria ruziziensis/milho/Brachiaria ruziziensis (M/S/B/Mi/B) e (3) milheto/soja/Brachiaria ruziziensis + mamona/milho/Brachiaria ruziziensis + mamona (M/S/B+Ma/Mi/B+Ma). A infiltração de água no solo foi avaliada em campo com anéis concêntricos instalados na superfície, a 0,10 e 0,20 m de profundidade, em 2006 e 2007. Após o primeiro ano, o manejo com escarificação inicial do solo apresentou a maior infiltração de água. A rotação Brachiaria ruziziensis + mamona proporcionou maior infiltração da água no solo. A atividade do sistema radicular das espécies nas parcelas sem escarificação inicial aumentou a velocidade de infiltração da água no solo.

Avaliação do potencial fitorremediador da mamona (Ricinus communis L.) e girassol (Helianthus annuus L.) quanto à remoção de chumbo e tolueno em efluentes sintéticos.

The development of research that aim to reduce or even eliminate the environmental impacts provided by anthropogenic actions. One of these main action is the discard of industrial waste in the biotic compartments such as soil, water and air, gained more space in academic settings and in private. A technique of phytoremediation involving the use of plants (trees, shrubs, creepers and aquatic) and their associated microorganisms in order to remove, degrade or isolate toxic substances to the environment. This study aimed to evaluate the potential for phytoremediation of castor bean (Ricinus communis L.) and sunflower (Helianthus annuus L.), wild crops suitable region of Rio Grande do Norte, to reduce concentrations of lead and toluene present in synthetic wastewater that simulate the characteristics of treated water production originated in the petrochemical Guamaré. The experiment was accomplished in randomized blocks in four replicates. Seeds of BRS Energy for the development of seedlings of castor beans and sunflower for Catissol 01, both provided by EMPARN (Empresa de Pesquisa Agropecuária do Rio Grande do Norte) were used. Lead concentrations tested were 250, 500 and 1000 mg/L called T2, T3 and T4, respectively, for toluene the concentrations used were 125, 256 and 501 μg/L, called T5, T6 and T7, respectively. The data for removal of lead in relation to sewage systems applied in castor bean and sunflower were 43.89 and 51.85% (T2), 73.60 and 73.74% (T3) and 85.66 and 87.80 % (T4), respectively, and toluene were approximately 52.12 and 25.54% (T5), 55.10 and 58.05% (T6) and 79.77 and 74.76% (T7) for castor and sunflower seeds, respectively. From the data obtained, it can be deduce that mechanisms involved in reducing the contaminants were of phytoextraction, in relation to lead and phytodegradation for toluene. However, it can be concluded that the castor bean and sunflower crops can be used in exhaust after-treatment of industrial effluents that have this type of contaminant