Land use and climate change impacts on soil organic carbon stocks in semi-arid Spain

Purpose The sensitivity of soil organic carbon to global change drivers, according to the depth profile, is receiving increasing attention because of its importance in the global carbon cycle and its potential feedback to climate change. A better knowledge of the vertical distribution of SOC and its controlling factors—the aim of this study—will help scientists predict the consequences of global change. Materials and methods The study area was the Murcia Province (S.E. Spain) under semiarid Mediterranean conditions. The database used consists of 312 soil profiles collected in a systematic grid, each 12 km2 covering a total area of 11,004 km2. Statistical analysis to study the relationships between SOC concentration and control factors in different soil use scenarios was conducted at fixed depths of 0–20, 20–40, 40–60, and 60–100 cm. Results and discussion SOC concentration in the top 40 cm ranged between 6.1 and 31.5 g kg−1, with significant differences according to land use, soil type and lithology, while below this depth, no differences were observed (SOC concentration 2.1–6.8 g kg−1). The ANOVA showed that land use was the most important factor controlling SOC concentration in the 0–40 cm depth. Significant differences were found in the relative importance of environmental and textural factors according to land use and soil depth. In forestland, mean annual precipitation and texture were the main predictors of SOC, while in cropland and shrubland, the main predictors were mean annual temperature and lithology. Total SOC stored in the top 1 m in the region was about 79 Tg with a low mean density of 7.18 kg Cm−3. The vertical distribution of SOC was shallower in forestland and deeper in cropland. A reduction in rainfall would lead to SOC decrease in forestland and shrubland, and an increase of mean annual temperature would adversely affect SOC in croplands and shrubland. With increasing depth, the relative importance of climatic factors decreases and texture becomes more important in controlling SOC in all land uses. Conclusions Due to climate change, impacts will be much greater in surface SOC, the strategies for C sequestration should be focused on subsoil sequestration, which was hindered in forestland due to bedrock limitations to soil depth. In these conditions, sequestration in cropland through appropriate management practices is recommended.

Hydrocarbon biodegradation and soil microbial community response to repeated oil exposure

Bioremediation strategies continue to be developed to mitigate the environmental impact of petroleum hydrocarbon contamination. This study investigated the ability of soil microbiota, adapted by prior exposure, to biodegrade petroleum. Soils from Barrow Is. (W. Australia), a class A nature reserve and home to Australia’s largest onshore oil field, were exposed to Barrow production oil (50 ml/kg soil) and incubated (25 °C) for successive phases of 61 and 100 days. Controls in which oil was not added at Phase I or II were concurrently studied and all treatments were amended with the same levels of additional nutrient and water to promote microbial activity. Prior exposure resulted in accelerated biodegradation of most, but not all, hydrocarbon constituents in the production oil. Molecular biodegradation parameters measured using gas chromatography–mass spectrometry (GC–MS) showed that several aromatic constituents were degraded more slowly with increased oil history. The unique structural response of the soil microbial community was reflected by the response of different phospholipid fatty acid (PLFA) sub-classes (e.g. branched saturated fatty acids of odd or even carbon number) measured using a ratio termed Barrow PLFA ratio (B-PLFAr). The corresponding values of a previously proposed hydrocarbon degrading alteration index showed a negative correlation with hydrocarbon exposure, highlighting the site specificity of PLFA-based ratios and microbial community dynamics. B-PLFAr values increased with each Phase I and II addition of production oil. The different hydrocarbon biodegradation rates and responses of PLFA subclasses to the Barrow production oil probably relate to the relative bioavailability of production oil hydrocarbons. These different effects suggest preferred structural and functional microbial responses to anticipated contaminants may potentially be engineered by controlled pre-exposure to the same or closely related substrates. The bioremediation of soils freshly contaminated with petroleum could benefit from the addition of exhaustively bioremediated soils rich in biota primed for the impacting hydrocarbons.

Soil phosphorus dynamics and phytoavailability from sewage sludge at different stages in a treatment stream

The effect of different stages of sewage sludge treatment on phosphorus (P) dynamics in amended soils was determined using samples of undigested liquid (UL), anaerobically digested liquid (AD) and dewatered anaerobically digested (DC) sludge. Sludges were taken from three points in the same treatment stream and applied to a sandy loam soil in field-based mesocosms at 4, 8 and 16t ha−1 dry solids. Mesocosms were sown with perennial ryegrass (Lolium perenne cv. Melle), and the sward was harvested after 35 and 70 days to determine yield and foliar P concentration. Soils were also sampled during this period to measure P transformations and the activities of acid phosphomonoesterase and phosphodiesterase. Data show that the AD amended soils had the greatest plant-available and foliar P content up to the second harvest, but the UL amended soils had the greatest enzyme activity. Characterisation of control and 16t ha−1 soils and sludge using solution 31P nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy after NaOH–EDTA extraction revealed that P was predominantly in the inorganic pool in all three sludge samples, with the highest proportion (of the total extracted P) as inorganic P in the anaerobically digested liquid sludge. After sludge incorporation, P was immobilised to organic species. The majority of organic P was in monoester-P forms, while the remainder of organic P (diester P and phosphonate P) was more susceptible to transformations through time and showed variation with sludge type. These results show that application of sewage sludge at rates as low as 4t ha−1 can have a significant nutritional benefit to ryegrass over an initial 35-day growth and subsequent 35-day re-growth periods. Differences in P transformation, and hence nutritional benefit, between sludge types were evident throughout the experiment. Thus, differences in sludge treatment process alter the edaphic mineralisation characteristics of biosolids derived from the same source material.

Potentially bioavailable metals in sediment from a tropical polymictic environment-Rio Grande Reservoir, Brazil

Background, aim and scope Although many recent studies have focused on sediment potential toxicity, few of them were performed in tropical shallow aquatic environments. Those places can suffer short-time variations, especially due to water column circulations generated by changes in temperature and wind. Rio Grande reservoir is such an example; aside from that, it suffers various anthropogenic impacts, despite its multiple uses. Materials and methods This work presents the first screening step for understanding sediment quality from Rio Grande reservoir by comparing metal content using three different sediment quality guidelines. We also aimed at verifying any possible spatial heterogeneity. Results and discussion We found spatial heterogeneity varying according to the specific metal. Results showed a tendency for metals to remain as insoluble as metal sulfide (potentially not bioavailable), since sulfide was in excess and sediment physical-chemical characteristics contribute to sulfide maintenance (low redox potential, neutral pH, low dissolved oxygen, and high organic matter content). On the other hand, metal concentrations were much higher than suggested by Canadian guidelines and regional background values, especially Cu, which raises the risk of metal remobilization in cases of water circulation. Further study steps include the temporal evaluation of AVS/SEM, a battery of bioassays and the characterization of organic compounds.

Mapeamento e caracterização geomecânica das unidades geotécnicas de solos oriundos dos granitos, gnaisses e migmatitos de Porto Alegre

O trabalho consta do estudo do meio físico geotécnico do município de Porto Alegre visando a identificação e caracterização de unidades geotécnias, formadas por associações de solos com características físico-morfológicas e origem semelhantes. As unidades geotécnicas são definidas por um estudo de escritório baseado em levantamentos geológicos, pedológicos, topográficos e geográficos e também com o auxílio de fotografias aéreas, acompanhado de uma investigação de campo com a amostragem de perfis das diferentes unidades estimadas. Uma carta com a ocorrência das unidades geotécnicas e com a representação das estruturas geológicas de maior importância geotécina é construída. Destaque é dado ás unidades geotécnicas de solos subtropicais oriundos dos granitos, gnaisses e migmatitos. E executada uma avaliação das características físicas (mineralogia, granulometria, plasticidade, e índices físicos) e propriedades geotécnicas (compressibilidade, colapsividade e resistência ao cisalhamento) dos solos dos principais horizontes de perfis típicos destas unidades. São utilizados ensaios de caracterização, análises mineralógicas de rochas por lâminas delgadas, análises mineralógicas de argilas por meio de difratograma de raio X, ensaios de compressão confinada e ensaios de cisalhamento direto. Os resultados são apresentados em função dos principais horizontes de solos das unidades geotécnicas , são eles horizontes saprolíticos, formados por solo residual que ainda apresentam minerais primários e vestígios estruturais da rocha de origem e horizontes superficiais muitas das vezes laterizados. A análise foi feita à luz dos processos de formação e dos decorrentes fatores que determinam o comportamento geotécnico destes solos de intemperismo subtropical.

Estudo geotécnico sobre a erodibilidade de solos residuais não saturados

A erodibilidade, particularizada como a susceptibilidade a erosão hídrica por fluxo superficial concentrado, é uma das propriedades de comportamento dos solos de maior complexidade pelo grande número de variáveis intervenientes. Estudada por diferentes áreas do conhecimento (Agronomia, Hidráulica, Geologia de Engenharia e Engenharia Geotécnica), tem no meio geotécnico a maior lacuna na sua quantificação e entendimento dos mecanismos envolvidos. O presente trabalho apresenta um estudo sobre a erodibilidade de solos residuais tropicais e subtropicais não saturados a partir de quatro perfis representativos dos processos erosivos e solos envolvidos na Região Metropolitana de Porto Alegre. Os solos dos principais horizontes de cada um destes perfis foram caracterizados física, química e mineralogicamente. As propriedades de resistência ao cisalhamento e colapsibilidade foram avaliadas por ensaios de cisalhamento direto convencionais e com controle de sucção e por ensaios de colapsibilidade em oedômetros, respectivamente. A erodibilidade foi avaliada em laboratório, diretamente por meio de ensaios de Inderbitzen e indiretamente por diferentes critérios e parâmetros baseados em outras características físicas e propriedades dos solos. A análise conjunta do comportamento dos solos em campo frente a erosão, da avaliação direta e indireta da erodibilidade e das propriedades geomecânicas investigadas conduziram à formulação de uma proposta de abordagem geotécnica para a erodibilidade dos solos residuais tropicais e subtropicais não saturados. Nesta proposta destaca–se a avaliação direta da erodibilidade por ensaios de Inderbitzen e a indicação de solos potencialmente erodíveis baseada no teor de finos, na plasticidade, no parâmetro K da USLE, na Razão de Dispersão de Middleton, na classificação e critério de erodibilidade MCT e na variação da coesão com a saturação pelo parâmetro variação de coesão (Δc) proposto. A proposta de abordagem geotécnica para a previsão da erodibilidade dos solos visa dotar o engenheiro geotécnico de uma ferramenta destinada à avaliação do potencial erosivo dos terrenos antes de uma iniciativa de ocupação urbana ou implantação de qualquer outra obra de engenharia. Esta avaliação é o passo inicial no direcionamento de medidas preventivas e que visem minimizar o impacto da obra ao meio físico natural, no que se refere a erosão hídrica por fluxo superficial concentrado.

Extração de boro de água produzida sintética por sistema microemulsionado

Boron is a semi-metal present in certain types of soils and natural waters. It is essential to the healthy development of plants and non-toxic to humans, depending on its concentration. It is used in various industries and it s present in water production coming from oil production. More specifically in Rio Grande do Norte, one of the largest oil producers on shore of Brazil, the relationship water/oil in some fields becomes more than 90%. The most common destination of this produced water is disposal in open sea after processing to meet the legal specification. In this context, this research proposes to study the extraction of boron in water produced by microemulsion systems for industrial utilization. It was taken into account the efficiency of extraction of boron related to surfactant (DDA and OCS, both characterized by FT-IR), cosurfactant (butanol and isoamyl alcohol), organic phase (kerosene and heptanes) and aqueous phase (solution of boron 3.6 ppm in alkaline pH). The ratio cosurfactant/ surfactant used was four and the percentage of organic phases for all points of study was set at 5%. It was chosen points with the highest percentage of aqueous phase. Each system was designed for three points of different compositions in relation to the constituents of a pseudoternary diagram. These points were chosen according to studies of phase behavior in pseudoternary diagrams made in previous studies. For this research, points were chosen in the Winsor II region. The excess aqueous solution obtained in these systems was separated and analyzed by ICP OES. For the data set obtained, the better efficiency in the extraction of boron was obtained using the system with DAC, isoamyl alcohol and heptanes, which extracted 49% in a single step. OCS was not viable to the extraction of boron by microemulsion system in the conditions defined in this study

Mobilidade do sulfentrazone em latossolo vermelho e em chernossolo

Este trabalho objetivou determinar a mobilidade do sulfentrazone em duas classes de solos em função de índices pluviométricos, bem como possíveis influências das propriedades químicas e físicas de Latossolo Vermelho e Chernossolo com diferentes teores de ferro na ação do herbicida. Foram utilizados como recipientes 36 tubos de PVC de 10 cm de diâmetro por 50 cm de comprimento. Os recipientes foram preenchidos com os solos e umedecidos a 65% (p/p) da capacidade de saturação, quando se fez a aplicação do sulfentrazone (800 g ha-1 de i.a.) na área exposta dos solos. Na seqüência, foram simuladas chuvas diárias de 10 mm até atingir o índice pluviométrico desejado (30, 60 e 90 mm), sendo, posteriormente, desmontados seis tubos de cada solo (com e sem aplicação). Foram semeadas cinco sementes de sorgo (Sorghum bicolor) nas profundidades de 2,5; 7,5; 12,5; 17,5; 22,5; e 30,0 cm, mantidas em casa de vegetação por 15 dias para avaliação da germinação e do crescimento inicial. Decorrido esse tempo, foi realizada avaliação de possíveis alterações morfofisiológicas que pudessem ser caracterizadas como efeitos tóxicos do produto e mediu-se o comprimento da parte aérea até a última lígula visível. As partes aéreas foram secas em estufa com circulação forçada de ar (70 ºC por 96 horas), para obtenção de matéria seca. No Chernossolo ocorreu uniformidade da distribuição do produto ao longo do tubo, proporcional à precipitação, e no Latossolo Vermelho o sulfentrazone foi pouco móvel, permanecendo na camada superficial, independentemente da precipitação.

Atividade e população microbiana envolvida nas transformações do enxofre em solos com diferentes vegetações

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

Eficiência relativa de diferentes frações granulometricas de calcários na neutralização da acidez dos solos, avaliada em laboratório

As frações granulométricas retidas nas peneiras n°s (ABNT) 5-10, 10-30, 30-50, e 50-60 de quatro calcários, sendo dois sedimentares e dois metamórficos, foram incubadas durante 160 dias com três tipos de solos, em condições de laboratório. A eficiência das frações na neutralização da acidez dos solos foi avaliada pela variação do pH. Os resultados permitiram concluir que a referida eficiência independe da natureza geológica do calcário mas depende do tipo de solo, sendo decrescente na seguinte ordem: LVd, LEd e LEm. Apesar da legislação atual normatizar as características físicas dos calcários, bem como os seus graus de eficiência, a presente pesquisa sugere novos valores para a eficiência relativa das diferentes frações granulometricas de calcários: fração maior do que 10:0%, de 30:35%; de 30-50:75% e menor que 50:100%.

Comportamento de atributos físicos de um Latossolo Amarelo sob agroecossistemas do Amazonas

O desmatamento da floresta tropical da Amazônia e a utilização do solo para fins agrícolas potencializam sua degradação física, química e biológica, quando realizados de forma inadequada. Este estudo teve o objetivo de avaliar o efeito de sistemas de uso e manejo de um Latossolo Amarelo, muito argiloso, mediante avaliações de atributos físicos determinados nas profundidades de 0,0-0,2 e 0,2-0,4 m, em área da Universidade do Amazonas, Manaus (AM). Os sistemas de uso e manejo foram: milho, laranja, pupunha, guaraná, pastagem, capoeira e floresta. Nos sistemas com milho, laranja, pupunha e pastagem, foram realizados o desmatamento, a queima e as operações de preparo e cultivo mecanizados. Foram avaliados a composição granulométrica, o grau de floculação da argila, o teor de matéria orgânica, a densidade de partículas, a densidade do solo, a porosidade total, a macro e microporosidade, e a infiltrações inicial e básica. Utilizou-se o delineamento experimental inteiramente casualizado, com três repetições. Os agroecossistemas, em ordem crescente: capoeira, guaraná, milho, laranja, pupunha e pastagem induziram uma degradação dos atributos físicos do solo cultivado em relação ao de floresta, quantificada pelos maiores valores de densidade do solo e menores de macroporosidade, infiltração de água e matéria orgânica.

Acúmulo e disponibilidade de cromo, cádmio e chumbo em solos tratados com lodo de esgoto por onze anos consecutivos

The sewage sludge used for agricultural purposes provides many benefits to soil, but it contain harmful elements to environment, that infers in a great attention on its use. The aim of this work was to evaluate the effects of successive applications of sewage sludge on heavy metals accumulation (cadmium, chromium and lead) in samples of soils and corn plants, as well as evaluate the chemicals extractants efficiency in estimate the phyto disponibility of those elements. The experiment was conducted in randomized blocks design in the 2007/08 season, with 4 treatments (0, 5, 10 and 20 Mg ha-1 of sewage sludge) and 5 replicates. It was evaluated: the quantities available of Cd, Cr and Pb in soil by Melich-1, Melich-3 and DTPA extractants; the quantities extracted by corn plants; and the correlation between the disposition and quantities of those metals on whole plants, diagnosis leaves and corn grains. The application of sewage sludge for eleven consecutive years has not showed increase in total quantity nor availability of Cr, Cd and Pb in the evaluated soils. The extractor Melich-1 was the only one that showed significant correlation for availability of Cd, Cr and Pb in soil and corn plants. The correlation of metal availability in soil x leaf diagnosis was significant only for Pb with the Melich-3 and DTPA extractants

Desenvolvimento de um equipamento para avaliação do desempenho de geomantas

O controle sobre os processos erosivos é uma necessidade constatada em vários segmentos da engenharia. A movimentação de terra necessária para a execução de taludes rodoviários, por exemplo, pode resultar em taludes de corte ou aterro vulneráveis à erosão superficial. Dentre as alternativas tecnológicas para controle de erosão a utilização de geossintéticos se apresenta como uma solução potencial. A referida aplicação encontra-se em amplo desenvolvimento em alguns países como, por exemplo, nos EUA. No Brasil, a especificação de geossintéticos para controle de erosão é limitada pela ausência de caracterização desses produtos e de normas nacionais, sendo a única fonte técnica de informação, os catálogos dos fabricantes. Neste contexto, o objetivo deste trabalho é construir um equipamento e desenvolver métodos de ensaio para caracterização e avaliação de geossintéticos utilizados no controle de erosão superficial, com base na ASTM D7101. Além de um simulador de chuvas, o equipamento é composto por uma bancada de testes formada por: rampa de escoamento, mesa de suporte e núcleos de solo. Utilizando a bancada construída, foram realizados ensaios para avaliar o funcionamento do equipamento e o desempenho de uma geomanta na redução da taxa de erosão superficial. Os ensaios foram realizados com intensidades de precipitação de 100 ± 4mm/h e 150 ± 4mm/h, durante 30 minutos, com intervalo de leitura de 5 minutos. Os resultados obtidos nos ensaios sem a presença da geomanta mostraram uma perda de solo acentuada durante as chuvas simuladas, com uma iv tendência de crescimento linear da perda de solo acumulada em função do tempo de ensaio. Nos ensaios realizados com a presença da geomanta observou-se a ação de proteção do geossintético com uma redução da ordem de 90% da perda de solo acumulada para todas as intensidades de chuvas utilizadas

Avaliação da compressibilidade de um Nitossolo Vermelho distroférrico sob sistema plantio direto, preparo convencional e mata nativa

Os efeitos do tráfego de máquinas nos atributos do solo de acordo com o tempo de adoção do sistema plantio direto são ainda pouco pesquisados em ambientes tropicais, e muitas dúvidas ainda persistem sobre a variação dinâmica da estrutura do solo e a sua interação com máquinas e equipamentos. Objetivou-se com este estudo avaliar o efeito do tempo de adoção do sistema plantio direto, comparativamente com área de mata nativa e de preparo convencional, usando os modelos de compressibilidade do solo. O estudo foi realizado em um Nitossolo Vermelho distroférrico, sob mata nativa (MN), preparo convencional (PC), plantio direto com um ano (PD1), plantio direto com quatro anos (PD4), plantio direto com cinco anos (PD5) e plantio direto com 12 anos (PD12). Amostras indeformadas e deformadas foram coletadas em duas profundidades (0-5 e 10-15 cm). O tempo de adoção do sistema plantio direto alterou o comportamento compressivo dos solos em ambas as profundidades, por meio das mudanças na pressão de preconsolidação. A profundidade de 0-5 cm apresentou menor capacidade de suporte de carga do que a profundidade de 10-15 cm. A profundidade de 0-5 cm, em todos os sistemas de manejo, mostrou-se mais susceptível à compactação em relação à profundidade de 10-15 cm. Os sistemas de plantio direto e convencional apresentaram a capacidade de suporte de carga crescente na seguinte ordem: PD5 < PD12 < PD1 < PD4 @ PC, para a profundidade de 0-5 cm e para a profundidade de 10-15 cm: MN @ PD12 < PC @ PD4 < PD5, enquanto o sistema PD1 apresentou comportamento diferenciado.

Avaliação do processo oxidativo avançado por permanganato de potássio no tratamento de solos contaminados com idrocarbonetos poliaromáticos

The soil contamination with petroleum is one of the major concern of industries operating in the field and also of environmental agencies. The petroleum consists mainly of alkanes and aromatic hydrocarbons. The most common examples of hydrocarbons polyaromatic are: naphthalene, anthracene, phenanthrene, benzopyrene and their various isomers. These substances cause adverse effects on human and the environment. Thus, the main objective of this work is to study the advanced oxidation process using the oxidant potassium permanganate (KMnO4) for remediation of soils contaminated with two polyaromatic hydrocarbons (PAHs): anthracene and phenanthrene. This study was conducted at bench scale, where the first stage was at batch experiment, using the variables: the time and oxidant dosage in the soil. The second stage was the remediation conducted in continous by a fix column, to this stage, the only variable was remediation time. The concentration of oxidant in this stage was based on the best result obtained in the tests at batch, 2,464 mg / L. The results of degradation these contaminants were satisfactory, at the following dosages and time: (a) 5g of oxidant per kg soil for 48 hours, it was obtained residual contaminants 28 mg phenanthrene and 1.25 mg anthracene per kg of soil and (b) for 7g of oxidant per kg soil in 48 hours remaining 24 mg phenanthrene and anthracene 0.77 mg per kg soil, and therefore below the intervention limit residential and industrial proposed by the State Company of Environmental Sao Paulo (CETESB)