The effect of organic materials on the mobility and toxicity of metals in contaminated soils

Organic materials such as compost are often proposed as suitable materials for the remediation of contaminated brownfield sites intended for soft end-use. In addition to vitalising the soil, they are also believed to immobilise metals thereby breaking contaminant-receptor pathways and reducing the ecotoxicity of the contaminants. However, some research has demonstrated contradictory effects between composts on metal immobilisation. In the present study, four different composts and a liming product containing organic matter (LimeX70) were tested to examine both their metal retention and toxicity reduction capabilities on three different metal contaminated soils. Leaching tests, a plant growth test with Greek cress (Lepidium sativum), an earthworm (Eisenia fetida) survival and condition test and a bacterial toxicity test using Vibrio fischeri were carried out. The leaching test results showed that spent mushroom compost caused an increase in metal concentration in the leachates, while LimeX70 caused a decrease. The variation in behaviour between different amendments for each soil was high, so a generic conclusion could not be drawn. Toxicity tests showed significant reduction of metal bioavailability and toxicity for Greek cress, earthworms and bacteria. The results also suggest that more research should be undertaken to understand the mechanisms involved in metal complexation using different types of organic matter, in order to optimise the use of organic materials like compost for soil remediation. Crown Copyright (C) 2007 Published by Elsevier Ltd. All rights reserved.

Cultural techniques for improvement in biocontrol potential of fungal antagonists for biological control of Armillaria root rot of strawberry plants under glasshouse conditions

Several in vitro and in vivo experiments were conducted to develop an effective technique for culturing potential fungal antagonists (isolates of Trichoderma harzianum, Dactylium dendroides, Chaetomium olivaceum and one unidentified fungus) selected for activity against Armillaria mellea. The antagonists were inoculated onto (1) live spawn of the oyster mu shroom (Pleurotus ostreatus), (2) extra-moistened or sucrose-enriched mushroom composts containing living or autoclaved mycelia of P. ostreatus or Agaricus bisporus (button mushroom), (3) pasteurized compost with or without A. bisporus mycelium, wheat bran, wheat germ and (4) spent mushroom composts with living mycelia of A. bisporus, P. ostreatus or Lentinus edodes (the Shiitake mushroom). In one experiment, a representative antagonist (isolate Th2 of T. harzianum) was grown together with the A. bisporus mycelium, while in another one, the antagonist was first grown on wheat germ or wheat bran and then on mushroom compost with living mycelium of A. bisporus. Some of the carrier substrates were then added to the roots of potted strawberry plants in the glasshouse to evaluate their effectiveness against the disease. The antagonists failed to grow on the spawn of P. ostreatus even after reinoculations and prolonged incubation. Providing extra moisture or sucrose enrichment also did not improve the growth of Th2 on mushroom composts in the presence of living mycelia of A. bisporus or P. ostreatus. The antagonist, however, grew rapidly and extensively on mushroom compost with autoclaved mycelia, and also on wheat germ and wheat bran. Colonization of the substrates by the antagonist was positively correlated with its effectiveness in the glasshouse studies. Whereas only 33.3% of the inoculated control plants survived in one experiment monitored for 560 days, 100% survival was achieved when Th2 was applied on wheat germ or wheat bran. Growth of the antagonist alone on pasteurized or sterilized compost (without A. bisporus mycelia) and simultaneous growth of the antagonist and mushroom on pasteurized compost did not improve survival over the inoculated controls, but growth over mushroom compost with the living mycelium resulted in 50% survival rate. C. olivaceum isolate Co was the most effective, resulting in overall survival rate of 83.3% compared with only 8.3% for the inoculated and 100% for the uninoculated (healthy) controls. This antagonist gave the highest survival rate of 100% on spent mushroom compost with L. edodes. T harzianum isolate Th23, with 75% survival rate, was the most effective on spent mushroom compost with P. ostreatus, while D. dendroides isolate SP resulted in equal survival rates of 50% on all the three mushroom composts.

Comparisons between the in vitro and in vivo efficacies of potential fungal antagonists of Armillaria mellea

Seventeen fungal isolates were tested in vitro as potential antagonists of two isolates of the root rot pathogen, Armillaria mellea. Some of the isolates were also added on mushroom composts with living mycelia to the roots of Armillaria-inoculated potted strawberry plants in the glasshouse to find out if they had the same degree of efficacy against the disease. Dactylium dendroides isolate SP was the most effective in reducing mycelial growth of A. mellea isolate 1 (Am1), followed by Trichoderma harzianum isolate Th2 and T. viride isolate Tv4. Th2, Th22, Tv3 and SP grew extensively over Am1 colonies, disintegrating the rhizomorphs. Isolate Tham1 of T hamatum was the most effective in reducing mycelial growth of A. mellea isolate 2 (Am2), followed by Tv3. Th12, Th22, Tv1, Tv3 and SP inhibited the initiation and growth of rhizomorphs of Am2. Regeneration tests showed that both Am1 and Am2 attacked by Trichoderma isolates and SP were no longer viable. Th23 and SP were almost as effective in vivo as in vitro. But isolate Co of Chaetomium olivaceum, which was ineffective in vitro, was found effective in vivo. Conversely, Th2, which exhibited good antagonistic activity in vitro, performed poorly in vivo. These results show that the in vitro and in vivo efficacies of potential antagonists may not necessarily be closely correlated. Hence, there is a danger that potentially effective isolates may be discarded if decisions are made only on the basis of preliminary screening tests carried out under laboratory conditions.

The effect of farming system and fertilisers on pests and natural enemies: A synthesis of current research

Organic agriculture is becoming widespread due to increased consumer demand and regulatory and political support. Organic agriculture can increase arthropod diversity but the response of pests and their natural enemies is variable. Fertiliser is an important component of agricultural systems and its effects on pests and natural enemies will influence agroecosystems. In this study, meta-analysis and vote-counting techniques were used to compare farming system (organic and conventional) and fertiliser effects on arthropod pests and their natural enemies. The meta-analyses indicated that pests generally benefitted from organic techniques, this is particularly evident when experiments were carried out on a smaller scale. Pest responses to organic and conventional fertiliser types were divergent, plant composts benefitted pest arthropods while the opposite was true for manures, this has implications for pest management. Most natural enemy groups responded positively to organic farming although this was not true for Coleopterans. Experimental scale had a prominent impact on natural enemy responses with farm scale studies showing particularly positive effects of organic agriculture on natural enemies. This suggests that it is large scale features of organic agriculture such as landscape heterogeneity that are beneficial to natural enemies. Natural enemy responses to organic fertilisers were positive indicating that field scale management practices including fertiliser can also be important in pest management.

A review of biochars’ potential role in the remediation, revegetation and restoration of contaminated soils

Biochars are biological residues combusted under low oxygen conditions, resulting in a porous, low density carbon rich material. Their large surface areas and cation exchange capacities, determined to a large extent by source materials and pyrolysis temperatures, enables enhanced sorption of both organic and inorganic contaminants to their surfaces, reducing pollutant mobility when amending contaminated soils. Liming effects or release of carbon into soil solution may increase arsenic mobility, whilst low capital but enhanced retention of plant nutrients can restrict revegetation on degraded soils amended only with biochars; the combination of composts, manures and other amendments with biochars could be their most effective deployment to soils requiring stabilisation by revegetation. Specific mechanisms of contaminant-biochar retention and release over time and the environmental impact of biochar amendments on soil organisms remain somewhat unclear but must be investigated to ensure that the management of environmental pollution coincides with ecological sustainability.

Organic contaminant content and physico-chemical characteristics of waste materials recycled in agriculture

A range of wastes representative of materials currently applied, or with future potential to be applied, to agricultural land in the UK as fertilisers and soil improvers or used as animal bedding in livestock production, were investigated. In addition to full physico-chemical characterization, the materials were analysed for a suite of priority organic contaminants. In general, contaminants were present at relatively low concentrations. For example, polychlorinated dibenzo-p-dioxins/dibenzofurans and polychlorinated biphenyls in biosolids and compost-like-outputs (CLOs) were, in most cases, between 5-50 times lower than proposed and implemented European limit values for biosolids or composts applied to agricultural land. However, the technical basis for these limits may need to be re-evaluated. Polybrominated, and mixed halogenated, dibenzo-p-dioxins/dibenzofurans are not currently considered in risk assessments of dioxins and dioxin-like chemicals, but were detected in the biosolids and compost-like-outputs and their potential contribution to the overall toxic equivalency will be assessed. Other, ‘emerging’ contaminants such as perfluoralkyl compounds (PFCs) and organophosphate flame retardants were detected in several of the waste materials, and their potential significance is discussed. The study is part of a wider research programme that will provide evidence to improve confidence in the use of waste-derived materials in agriculture and establish guidelines to protect the food chain where necessary.

Characterization of organic matter from composting of different residues by physicochemical and spectroscopic methods

Chemical and spectroscopic methods were used to characterize organic matter transformations during the composting process. Four different residue mixtures were studied: P1 - garden trimmings (GT) only, P2 - GT plus fresh cattle manure, P3 - GT plus orange pomace and P4 - GT plus filter cake. The thermophilic phase was not reached in PI compost, but the P2, P3 and P4 composts showed all three typical process phases. The thermophilic phase and CEC/C ratio stabilized after 90 days, while C/N ratio and the ash content stabilized after 60 days. The increasing E(4)/E(6) ratio indicated oxidation reactions occurring during the process in the material from P2, P3 and P4. The (13)C NMR and FTIR results suggested extraction of both pectin and lignin in the HA-like fraction. The CEC/C ratio, temperature and E(4)/E(6) ratio showed that within 90 days P2, P3 and P4 composts were humified. However, material from P1 did not show characteristics of humified compost. From these data, it is apparent that C/N ratio and ash content are not reliable methods for monitoring the composting process. (C) 2009 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Avaliação do processo de compostagem de resíduos sólidos urbanos

A crescente produção de resíduos sólidos urbanos e a escassez de áreas para uma destinação final tecnicamente adequada, via implantação de aterros sanitários, faz com que tome importância a técnica de tratamento de resíduos sólidos orgânicos através das compostagem/vermicompostagem. Nesta pesquisa, foi realizada a avaliação destes processos, tendo sido observadas principalmente a influência da aeração e da umidade no desempenho destas técnicas de tratamento, em leiras de pequenos e grandes volumes. Nos experimentos, com leiras de pequenos volumes, realizados no IPH (Instituto de Pesquisas Hidráulicas) da UFRGS, utilizou-se resíduos sólidos de poda (resíduos verdes, com alta concentração de carbono) codispostos (misturados em peso) com resíduos vegetais da CEASA (Companhia Estadual de Abastecimento Sociedade Anônima) e lodos provenientes de estações de tratamento de esgotos sanitários. Nos experimentos, com leiras de grandes volumes, realizados na UTC – Unidade de Triagem e Compostagem de Porto Alegre, utilizou-se resíduos orgânicos domiciliares codispostos com os mesmos resíduos utilizados nos primeiros experimentos. Paralelamente aos experimentos de compostagem, avaliou-se os lixiviados produzidos nos sistemas. Na compostagem de grandes volumes, também foi observado o desempenho de banhados construídos de fluxo subsuperficial para o tratamento desses efluentes líquidos. com teores de resíduos verdes menores que 35 %, o que se justifica pela maior concentração de resíduos de característica facilmente biodegradável e de maior palatabilidade para os vermes. Em todos os experimentos de compostagem, verificou-se que o controle efetivo do processo pode ser realizado através da avaliação sistemática das temperatura e umidade das leiras. Evidenciou-se também que para regiões de clima similar ao de Porto Alegre, com elevadas precipitações principalmente no inverno, é necessário adotar dimensões adequadas ao sistema de compostagem “windrow” para áreas descobertas. Comprovou-se também a necessidade de manutenção da umidade na faixa entre 50% e 70 %, inclusive com reposição desta, mesmo na situação de inverno. A avaliação dos lixiviados da compostagem demonstrou que, com os substratos utilizados nos experimentos, as concentrações de DBO5, DQO e de outras variáveis são elevadas ao início do processo de decomposição, devido à solubilização dos compostos orgânicos e inorgânicos presentes na matéria orgânica. Os lixiviados da compostagem possuem baixas concentrações de condutividade, DBO5, NH4 +, entre outros, quando comparados aos lixiviados de aterros sanitários. tratamento destes efluentes. Os resultados obtidos nos banhados construídos para baixas cargas hidráulicas (1cm/d) e concentrações de DBO5 do afluente abaixo de 150 mg/L apontaram uma eficiência média de remoção de 52,02%. No que se refere a nitrogênio (todas as formas), fósforo, metais, potencial redox e sólidos totais, as eficiências foram variáveis, com melhores resultados para nitrogênio amoniacal e fósforo. A compostagem pode ser considerada uma alternativa viável de tratamento de resíduos orgânicos, utilizando-se o processo “windrow” com revolvimento mecânico, mesmo em pátios descobertos em climas subtropicais. Neste caso, sugere-se que os lixiviados gerados nos primeiros dias de compostagem (30 dias aproximandamente) sejam recirculados e o excedente tratado em ETE. Pode-se, também, utilizar o sistema de banhados construídos como complementação, principalmente para a remoção de nitrogênio e fósforo.

Production of Agaricus blazei ss. Heinemann (A. brasiliensis) on different casing layers and environments

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Productivity, biological efficiency, and number of Agaricus blazei mushrooms grown in compost in the presence of Trichoderma sp. and Chaetomium olivacearum contaminants

Foi avaliado o efeito dos fungos contaminantes Trichoderma sp. e C. olivacearum na produtividade, eficiência biológica e número de cogumelos da produção do A. blazei em composto (mistura de cana-de-açúcar, palha de capim coast-cross, farelo de soja, gesso e calcário calcítico). O delineanamento foi inteiramente casualizado com três tratamentos (Trichoderma sp., C. olivacearum e testemunha) e oito repetições (caixa com 12 kg de composto colonizado com A. blazei). Após a colonização do composto pelo A. blazei, adicionou-se 150g de inóculo à base de triticale de cada um dos fungos contaminantes na superfície do composto seguido da camada de cobertura. O experimento foi conduzido em estufa com cobertura plástica, umidade relativa entre 60-90% e temperatura de 20-34ºC. A produtividade foi determinada pela relação entre a massa fresca de basidiomas e a massa úmida do composto. A eficiência biológica foi determinada pela relação entre a massa fresca de basidiomas e a massa seca do composto ao final do período de colheita. de acordo com os resultados obtidos, os fungos contaminantes C. olivacearum e Trichoderma sp. não afetaram a produtividade, eficiência biológica e número de cogumelos da produção do A. blazei em compostos previamente colonizados.

Resposta da alface à adubação nitrogenada com diferentes compostos orgânicos em dois ciclos sucessivos

Os objetivos deste trabalho foram avaliar a produção de alface em ambiente protegido, utilizando diferentes compostos orgânicos como fonte de nitrogênio, e seu efeito residual em dois ciclos sucessivos. O experimento foi conduzido entre os meses de fevereiro e maio de 2005, em casa-de-vegetação com ventilação e temperatura controlados, utilizando vasos de 3,5 L e solo classificado como Latossolo Vermelho Escuro. Foram utilizados compostos orgânicos produzidos a partir da mistura de resíduos do processamento de quatro plantas medicinais e esterco bovino. Os compostos C1, C2, C3 e C4 nas doses 30, 60, 90 e 120 t ha-1 constituíram os tratamentos dispostos em delineamento inteiramente casualizado, com quatro repetições e uma testemunha (adicional). Foram determinados: matéria fresca da parte aérea (MFPA); massa de matéria seca da parte aérea (MSPA). Os compostos aplicados supriram satisfatoriamente as necessidades de nitrogênio da cultura, no primeiro ciclo, dispensando o uso de fertilizante mineral. A composição dos materiais aplicados influenciou significativamente a produção de alface no primeiro ciclo, promovendo efeito residual no segundo ciclo, porém em menores proporções.

Efeito de doses e tipos de compostos orgânicos na produção de alface em dois solos sob ambiente protegido

Avaliou-se o efeito de três doses de composto orgânico de três composições distintas, aplicados em dois solos [Latossolo Vermelho Escuro, textura arenosa (LE) e Areia Quartzoza (AQ)], na produção e absorção de nutrientes pela planta de alface. Conduziu-se de 02/07 a 27/08/1997 um experimento dentro de túnel plástico, pertencente à UNESP, em Botucatu, em vaso plástico, contendo quatro quilos de solo. Os solos foram corrigidos para atingirem saturação por base de 80% e todos os vasos receberam adubação fosfatada (150 mg de P kg-1 de solo), potássica (100 mg de K kg-1 de solo) e micronutrientes. Os compostos foram misturados aos solos nas quantidades de 60; 120 e 240 g de composto por vaso. Os três compostos foram originados a partir de casca de eucalipto, serragem de madeira e palhada de feijão, misturados com esterco de aves. O experimento foi realizado em delineamento inteiramente casualizado, em três repetições, com vinte tratamentos em esquema fatorial (3 doses x 3 compostos x 2 solos) mais um tratamento testemunha para cada solo (ausência de composto orgânico). O composto de palhada de feijão aumentou a biomassa fresca da parte aérea e a quantidade de N, K, Ca, Mg, B, Cu, Fe e Zn nas plantas de alface. Para o P e Mn o composto de palhada de feijão diferiu significativamente apenas em relação ao composto de casca de eucalipto. em todas as características avaliadas no LE houve melhores respostas da cultura em relação ao AQ. Quanto às dosagens utilizadas, as diferenças foram observadas somente nos tratamentos com palhada de feijão, onde as maiores dosagens propiciaram o aumento de biomassa fresca e seca da parte aérea, e nas quantidades de macro e micronutrientes.

CULTIVATION of THE EDIBLE MUSHROOM OUDEMANSIELLA CANARII (JUNGH.) HÖHN. IN LIGNOCELLULOSIC SUBSTRATES

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

Compostagem de resíduos da indústria de desfibrilação de algodão

O processo de compostagem foi avaliado por meio do monitoramento diário da temperatura em leiras confeccionadas com o resíduo da indústria de desfibrilação de algodão e tipos de inóculo. Foram avaliadas seis leiras, divididas em dois sistemas: com aeração e sem aeração, sendo estudados, em cada sistema, três tipos de inóculo: esterco bovino diluído em água; esterco bovino, e conteúdo ruminal. Avaliou-se, também, a porcentagem de redução de volume nas leiras quando se intensificaram os revolvimentos, visando a obter informações para fins de dimensionamento do pátio de compostagem. Os compostos produzidos foram transferidos para minhocário e amostras do produto após a compostagem e após a vermicompostagem foram analisadas quimicamente com o objetivo de avaliar os teores de nutrientes. Os resultados obtidos demonstraram que o conteúdo ruminal utilizado como inóculo tende a apresentar valores mais altos de temperatura na fase inicial (fase ativa) e menores na fase final (maturação), embora, independentemente do tipo de inóculo utilizado, a estabilização praticamente tenha ocorrido no mesmo período; o sistema com aeração possibilitou, em todos os tratamentos, estabilização mais rápida do material, quando comparado ao sistema sem aeração; a intensificação dos revolvimentos possibilitou diminuição do tempo de retenção com redução de 46% no volume final, e a composição química dos vermicompostos apresentou-se enriquecida quando comparada aos compostos produzidos.

Effect of different tannery sludge compost amendment rates on growth, biomass accumulation and yield responses of Capsicum plants

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)