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.

Commensalism in an agroecosystem: hydraulic redistribution by deep-rooted legumes improves survival of a droughted shallow-rooted legume companion

We investigated commensalism of water use among annual shallow-rooted and perennial deep-rooted pasture legumes by examining the effect of hydraulic lift by Cullen pallidum (N.T.Burb.) J.W.Grimes and Medicago sativa on growth, survival and nutrient uptake of Trifolium subterraneum L. A vertically split-root design allowed separate control of soil water in top and bottom soil. Thirty-five days after watering ceased in the top tube, but soil remained at field capacity in the bottom tube, an increase in shallow soil water content by hydraulic lift was 5.6 and 5.9 g kg−1 soil overnight for C. pallidum and M. sativa, respectively. Trifolium subterraneum in this treatment maintained higher leaf water potentials (with M. sativa) or exhibited a slower decline (with C. pallidum) than without companion perennial plants; and shoot biomass of T. subterraneum was 56% (with C. pallidum) and 67% (with M. sativa) of that when both top and bottom tubes were at field capacity. Uptake of rubidium (a potassium analog) and phosphorus by T. subterraneum was not facilitated by hydraulic lift. Interestingly, phosphorus content was threefold greater, and shoot biomass 1.5–3.3-fold greater when T. subterraneum was interplanted with C. pallidum compared with M. sativa, although dry weight of C. pallidum was much greater than that of M. sativa. This study showed that interplanting with deep-rooted perennial legumes has benefited the survival of T. subterraneum.

Understanding 2H/1H systematics of leaf wax n-alkanes in coastal plants at Stiffkey saltmarsh, Norfolk, UK

Interpretation of sedimentary n-alkyl lipid d2H data is complicated by a limited understanding of factors controlling interspecies variation in biomarker 2H/1H composition. To distinguish between the effects of interrelated environmental, physical and biochemical controls on the hydrogen isotope composition of n-alkyl lipids, we conducted linked d2H analyses of soil water, xylem water, leaf water and n-alkanes from a range of C3 and C4 plants growing at a UK saltmarsh (i) across multiple sampling sites, (ii) throughout the 2012 growing season, and (iii) at different times of the day. Soil waters varied isotopically by up to 35& depending on marsh sub-environment, and exhibited site-specific seasonal shifts in d2H up to a maximum of 31 per mil. Maximum interspecies variation in xylem water was 38 per mil, while leaf waters differed seasonally by a maximum of 29 per mil. Leaf wax n-alkane 2H/1H, however, consistently varied by over 100 per mil throughout the 2012 growing season, resulting in an interspecies range in the ewax/leaf water values of -79 per mil to –227 per mil. From the discrepancy in the magnitude of these isotopic differences, we conclude that mechanisms driving variation in the 2H/1H composition of leaf water, including (i) spatial changes in soil water 2H/1H, (ii) temporal changes in soil water 2H/1H, (iii) differences in xylem water 2H/1H, and (iv) differences in leaf water evaporative 2H-enrichment due to varied plant life forms, cannot explain the range of n-alkane d2H values we observed. Results from this study suggests that accurate reconstructions of palaeoclimate regimes from sedimentary n-alkane d2H require further research to constrain those biological mechanisms influencing species-specific differences in 2H/1H fractionation during lipid biosynthesis, in particular where plants have developed biochemical adaptations to water-stressed conditions. Understanding how these mechanisms interact with environmental conditions will be crucial to ensure accurate interpretation of hydrogen isotope signals from the geological record.

Sisal chemically modified with lignins: Correlation between fibers and phenolic composites properties

Sisal fibers have been chemically modified by reaction with lignins, extracted from sugarcane bagasse and Pinus-type wood and then hydroxymethylated, to increase adhesion in resol-type phenolic thermoset matrices. Inverse gas chromatography (IGC) results showed that acidic sites predominate for unmodified/modified sisal fibers and for phenolic thermoset, indicating that the phenolic matrix has properties that favor the interaction with sisal fibers. The IGC results also showed that the phenolic thermoset has a dispersive component closer to those of the modified fibers suggesting that thermoset interactions with the less polar modified fibers are favored. Surface SEM images of the modified fibers showed that the fiber bundle deaggregation increased after the treatment, making the interfibrillar structure less dense in comparison with that of unmodified fibers, which increased the contact area and encouraged microbial biodegradation in simulated soil. Water diffusion was observed to be faster for composites reinforced with modified fibers, since the phenolic resin penetrated better into modified fibers, thereby blocking water passage through their channels. Overall, composites` properties showed that modified fibers promote a significant reduction in the hydrophilic character, and consequently of the reinforced composite without a major effect on impact strength and with increased storage modulus. (c) 2008 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Mercury content of tobacco products

Mercury contamination of food products results from contact with soil, water, and air polluted with mercury from industrial sources, as well as from the use of mercury-containing pesticides and fungicides on plants. A method was developed for extracting mercury from tobacco products. The mercury content of various tobacco products was determined, using an atomic absorption spectrophotometer.

Dinâmica da água no solo em cultivos de milho sob plantio direto e preparo convencional

A dinâmica da água em sistema de plantio direto (PD) é alterada em relação ao preparo convencional (PC) devido a modificações na estrutura do solo e a presença de palha na superfície. Para avaliar estas diferenças foram conduzidos experimentos de campo, em 2001/02 e 2002/03, em Eldorado do Sul, RS. O objetivo geral foi quantificar alterações físico-hídricas no perfil e na superfície do solo em PD e PC, com ênfase na dinâmica da água e respostas das plantas de milho. Os sistemas de manejo do solo foram implantados na área em 1995. Foram avaliadas propriedades físicas, a movimentação e a armazenagem de água no solo. Mediu-se a infiltração e a capacidade de campo e monitorou-se a dinâmica da água durante o ciclo da cultura, enfocando a secagem do solo e a extração de água em períodos sem precipitação. Nestes períodos também foi determinada a evaporação da água na superfície e avaliadas respostas das plantas. Os efeitos do plantio direto se evidenciaram nas camadas de solo próximas à superfície. A mesoporosidade foi a propriedade física mais afetada, apresentando uma distribuição exponencial de mesoporos no plantio direto, enquanto no preparo convencional a mesma se aproximou de uma curva normal. Em geral, a condutividade hidráulica, a retenção e a disponibilidade de água foram mais elevadas em plantio direto, principalmente, próximo à superfície. O solo em PD também apresentou maior umidade volumétrica com menor energia de retenção, resultando em redução no avanço da frente de secagem do solo e extração de água. A evaporação também foi maior em PD, demonstrando que a maior umidade no solo em plantio direto se deve ao aumento na capacidade de armazenagem de água. O aprofundamento radicular foi sempre maior no preparo convencional. O plantio direto altera propriedades físicas ligadas à dinâmica da água, proporcionando maior disponibilidade hídrica no solo ao longo do tempo.

Sensibilidade de Metarhizium anisopliae à temperatura e umidade em três tipos de solos

Este trabalho teve como objetivo investigar o efeito da temperatura e do teor de umidade do solo na sobrevivência de Metarhizium anisopliae (Metsch.) Sorok. em três tipos de solos. Foram utilizados o Latossolo Vermelho textura argilosa, Latossolo Vermelho textura média e Argissolo Vermelho Amarelo textura arenosa média. As temperaturas empregadas foram 21,5; 26,8 e 31,5°C, e os teores de umidade foram 35, 65 e 100% de saturação. A sobrevivência do fungo foi avaliada após zero, 20, 40, 60, 80, 100 e 120 dias de incubação em cada temperatura estudada. Na análise do efeito do teor de umidade, a sobrevivência foi avaliada após zero, 14, 28, 42, 56, 70, 84, 98 e 112 dias de incubação à temperatura de 27,0±1,0°C. em ambos os ensaios, foi determinado o número de unidades formadores de colônias (UFC) em placa de Petri. Houve influência significativa da temperatura e do teor de umidade na sobrevivência do fungo. O maior crescimento e a maior sobrevivência ocorreram nas temperaturas de 21,5 e 26,8°C, enquanto que, no solo incubado a 31,5°C, o fungo cresceu pouco, e a população declinou rapidamente. No teor de 65% de umidade, houve rápido crescimento do fungo, mas no 112° dia foi observado um declínio da população nos três tipos de solos. Nos teores de 35 e 100% de umidade, o crescimento foi menor, mas obteve-se maior sobrevivência do fungo no solo.

Validation of the Deardorff model for estimating energy balance components for a sugarcane crop

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

Funções de pedotransferência para a curva de resistência do solo à penetração

Funções de pedotransferência são regressões utilizadas para estimar atributos edáficos dependentes a partir de atributos independentes e de fácil determinação. Nesse sentido, são propostas na literatura diversas funções de pedotransferência que visam predizer a resistência do solo à penetração. Objetivou-se, portanto, com este trabalho, desenvolver e comparar a eficiência de cinco funções de pedotransferência para a curva de resistência do solo à penetração, presentes na literatura, por meio do ajuste de dados obtidos tanto com o penetrômetro de impacto (campo) quanto com o penetrômetro eletrônico (laboratório), em um Latossolo manejado sob diferentes modos (convencional e plantio direto). Foram coletadas amostras indeformadas de solo na entrelinha das culturas, nas camadas de 0-0,10, 0,10-0,20 e 0,20-0,30 m, logo após a semeadura, no florescimento e na colheita, para determinação dos atributos físico-hídricos do solo e também da resistência do solo à penetração, com o uso do penetrômetro eletrônico. A resistência do solo à penetração, obtida com o penetrômetro de impacto, foi determinada conforme a variação do conteúdo de água no solo ao longo do ciclo das culturas. As curvas ajustadas de resistência do solo à penetração tiveram a precisão e a acurácia testadas por meio de parâmetros estatísticos e foram comparadas pelo teste F. Houve sobreposição dos valores estimados pelo ajuste das curvas, evidenciando que a maneira de obtenção da resistência do solo à penetração (campo ou laboratório) não influenciou a relação entre a resistência à penetração e os atributos do solo. As equações RP = aUg b; RP = a(1-Ug)b; RP = ae bUg e RP = a + be não diferiram e foram as mais precisas e acuradas na predição da resistência do solo à penetração.

Funções de pedotransferência para a curva de resistência do solo à penetração

A estimativa da curva de resistência do solo à penetração (CRP) a partir de variáveis de fácil obtenção, como o conteúdo de água, representa uma medida útil não só para a quantificação do estado de compactação, mas também para facilitar a interpretação da resistência do solo à penetração obtida em diferentes condições de campo. O objetivo deste trabalho foi estimar a CRP em solos de diferentes granulometrias e densidades, a partir de dados obtidos com o penetrômetro de impacto. O experimento foi realizado no laboratório de Pedologia da Faculdade de Ciências Agrárias e Veterinárias (UNESP), Jaboticabal, SP. Foram utilizadas quatro classes de solos: Neossolo Quartzarênico, Argissolo Vermelho-Amarelo, Latossolo Vermelho distrófico e Latossolo Vermelho acriférrico, os quais foram coletados na camada de 0-0,20 m. Colunas de PVC, com dimensões de 0,25 m de diâmetro e 0,6 m de altura, foram preenchidas de forma a obter duas condições de compactação: menor densidade e maior densidade do solo. O conteúdo de água nos solos, inicialmente elevado até o ponto de saturação, foi monitorado diariamente por meio de um medidor eletrônico tipo TDR (Profile Probe PR2 acoplado ao Moisture Meter HH2). A resistência do solo à penetração foi mensurada por meio de um penetrômetro de impacto adaptado para vaso. Os pares de dados entre a resistência do solo à penetração e o conteúdo de água foram ajustados, e as CRP foram submetidas ao teste de significância. A relação entre a resistência do solo à penetração e o conteúdo de água foi descrita pelo modelo exponencial decrescente: em que RP representa a resistência do solo à penetração (MPa); Ug é o conteúdo de água (kg kg-1); e A, B e C são os coeficientes da equação. Foram obtidos coeficientes de determinação que variaram de 0,79 a 0,96.

Influência do teor de água na superfície do solo sobre a eficácia e seletividade do flazasulfuron, na cultura de cana-de-açúcar

Objetivou-se avaliar a eficácia e a seletividade do herbicida flazasulfuron aplicado em pré-emergência de Panicum maximum, Brachiaria plantaginea e Digitaria horizontalis e das plantas de cana-de-açúcar, em solos argilosos com diferentes teores de água na superfície, após os primeiros cinco dias da aplicação. Foram testadas as seguintes doses de flazasulfuron isolado: 37,5; 50,0; e 75,0 g ha-1. O herbicida foi misturado, na menor dose (37,5 g ha-1), com ametrine e diuron, ambos a 1.000 g ha¹, e com acetochlor na dose de 1.536 g ha-1. Esses tratamentos foram comparados aos padrões comerciais: isoxaflutole (112,5 g ha-1), tebuthiuron (1.000 g ha-1), sulfentrazone (800 g ha-1) e diuron + hexazinone (1.500 g ha-1). Mantiveram-se as testemunhas capinada e infestada. Todos os herbicidas foram seletivos aos cultivares de cana-de-açúcar testados (RB 845257 e RB 855536). O herbicida flazasulfuron, bem como alguns padrões comerciais, proporcionou ótimos níveis de controle das plantas daninhas onde o solo se encontrava com bons teores de água nesse período. Os resultados foram insatisfatórios - sobretudo para o flazasulfuron isolado ou em misturas com ametrine, acetochlor e diuron - para o controle de P. maximum e B. plantaginea em solo com menor teor de água na superfície. Com a dose de 37,5 g ha-1 do flazasulfuron, o controle de B. plantaginea aos 90 dias após a aplicação, foi de 42,5% em função da redução do teor de água de 22% (CC) a 7,1%, na camada de 0 a 2,5 cm do solo. O controle aumentou para 97,5% quando a variação foi de 25% a 21%.

Effects of Silicon and Drought Stress on Tuber Yield and Leaf Biochemical Characteristics in Potato

Silicon has beneficial effects on many crops, mainly under biotic and abiotic stresses. Silicon can affect biochemical, physiological, and photosynthetic processes and, consequently, alleviates drought stress. However, the effects of Si on potato (Solanum tuberosum L.) plants under drought stress are still unknown. The objective of this study was to evaluate the effect of Si supply on some biochemical characteristics and yield of potato tubers, either exposed or not exposed to drought stress. The experiment was conducted in pots containing 50 dm(3) of a Typic Acrortox soil (33% clay, 4% silt, and 63% sand). The treatments consisted of the absence or presence of Si application (0 and 284.4 mg dm(-3)), through soil amelioration with dolomitic lime and Ca and Mg silicate, and in the absence or presence of water deficit (-0.020 MPa and -0.050 MPa soil water potential, respectively), with eight replications. Silicon application and water deficit resulted in the greatest Si concentration in potato leaves. Proline concentrations increased under lower water availability and higher Si availability in the soil, which indicates that Si may be associated with plant osmotic adjustment. Water deficit and Si application decreased total sugars and soluble proteins concentrations in the leaves. Silicon application reduced stalk lodging and increased mean tuber weight and, consequently, tuber yield, especially in the absence of water stress.

Influência de silicato e calcário na nutrição, produtividade e qualidade da batata sob deficiência hídrica

A aplicação de silicato de Ca e Mg pode diminuir a acidez do solo e aumentar a disponibilidade de Ca, Mg, P e Si às plantas. O Si, mesmo não sendo essencial do ponto de vista fisiológico, traz inúmeros benefícios para o crescimento e o desenvolvimento vegetal, especialmente sob estresse. Este trabalho teve por objetivo avaliar a nutrição, a produtividade e a qualidade de tubérculos e batata cultivada em solo corrigido com calcário ou silicato sob dois níveis de umidade no solo. Os tratamentos foram constituídos pela aplicação de calcário dolomítico ou silicato de Ca e Mg, visando elevar a saturação por bases do solo a 60 %, e por duas tensões de água no solo: 0,020 MPa (sem deficiência hídrica) e 0,050 MPa (com deficiência hídrica). O experimento foi conduzido em casa de vegetação, em vasos contendo 50 kg dm-3 de Latossolo Vermelho de textura média. O delineamento foi inteiramente ao acaso em fatorial 2 x 2, com oito repetições. A deficiência hídrica teve pouca influência na nutrição da batateira, porém reduziu a produção de tubérculos comercializáveis. O silicato de Ca e Mg proporcionou os mesmos níveis de correção do solo e de fornecimento desses nutrientes que o calcário dolomítico, além de maior disponibilidade de P e Si no solo e maior absorção desses elementos pelas plantas de batata, podendo ser utilizado em substituição ao calcário. O fornecimento de Si à cultura da batata, mediante a aplicação de silicato, proporcionou maior altura de plantas, menor acamamento das hastes e maior produção de tubérculos comercializáveis.

Resistência à penetração em latossolos: valor limitante à produtividade de arroz de sequeiro

Este trabalho objetivou avaliar o valor de resistência à penetração limitante à produtividade de arroz de sequeiro (Oryza sativa cv. IAC 165) no conteúdo de água retida, na tensão de 0,05 e 0,01 MPa. Foram utilizadas amostras de Latossolo Vermelho, textura média (LVd) e, Latossolo Vermelho, textura argilosa (LVef), coletadas na profundidade de 0,00-0,20m, passadas em peneira de 0,004m e compactados em camadas de 0,03m, em vasos de 0,20m de altura e 0,25m de diâmetro (0,00982m³). Os valores de resistência à penetração foram determinados com o penetrômetro de anel dinamométrico. Utilizou-se o delineamento inteiramente casualizado, em esquema fatorial 4 x 2, com três repetições. No conteúdo de água retida, na tensão de 0,01MPa, o valor de resistência do solo à penetração limitante à produtividade de grãos de arroz de sequeiro foi de 2,38 e 2,07MPa, respectivamente, para o LVd e LVef. No conteúdo de água retida na tensão de 0,05MPa foram obtidas maiores produções no menor valor de resistência à penetração. O arroz de sequeiro foi menos produtivo no conteúdo de água retida na tensão de 0,05MPa.