Link between DOC in near surface peat and stream water in an upland catchment

Hydrologic transport of dissolved organic carbon (DOC) from peat soils may differ to organo-mineral soils in how they responded to changes in flow, because of differences in soil profile and hydrology. In well-drained organo-mineral soils, low flow is through the lower mineral layer where DOC is absorbed and high flow is through the upper organic layer where DOC is produced. DOC concentrations in streams draining organo-mineral soils typically increase with flow. In saturated peat soils, both high and low flows are through an organic layer where DOC is produced. Therefore, DOC in stream water draining peat may not increase in response to changes in flow as there is no switch in flow path between a mineral and organic layer. To verify this, we conducted a high-resolution monitoring study of soil and stream water at an upland peat catchment in northern England. Our data showed a strong positive correlation between DOC concentrations at − 1 and − 5 cm depth and stream water, and weaker correlations between concentrations at − 20 to − 50 cm depth and stream water. Although near surface organic material appears to be the key source of stream water DOC in both peat and organo-mineral soils, we observed a negative correlation between stream flow and DOC concentrations instead of a positive correlation as DOC released from organic layers during low and high flow was diluted by rainfall. The differences in DOC transport processes between peat and organo-mineral soils have different implications for our understanding of long-term changes in DOC exports. While increased rainfall may cause an increase in DOC flux from peat due to an increase in water volume, it may cause a decrease in concentrations. This response is contrary to expected changes in DOC exports from organo-mineral soils, where increase rainfall is likely to result in an increase in flux and concentration.

Export of dissolved organic carbon from an upland peatland during storm events: implications for flux estimates

Most of the dissolved organic carbon (DOC) exported from catchments is transported during storm events. Accurate assessments of DOC fluxes are essential to understand long-term trends in the transport of DOC from terrestrial to aquatic systems, and also the loss of carbon from peatlands to determine changes in the source/sink status of peatland carbon stores. However, many long-term monitoring programmes collect water samples at a frequency (e.g. weekly/monthly) less than the time period of a typical storm event (typically <1–2 days). As widespread observations in catchments dominated by organo-mineral soils have shown that both concentration and flux of DOC increases during storm events, lower frequency monitoring could result in substantial underestimation of DOC flux as the most dynamic periods of transport are missed. However, our intensive monitoring study in a UK upland peatland catchment showed a contrasting response to these previous studies. Our results showed that (i) DOC concentrations decreased during autumn storm events and showed a poor relationship with flow during other seasons; and that (ii) this decrease in concentrations during autumn storms caused DOC flux estimates based on weekly monitoring data to be over-estimated, rather than under-estimated, because of over rather than under estimation of the flow-weighted mean concentration used in flux calculations. However, as DOC flux is ultimately controlled by discharge volume, and therefore rainfall, and the magnitude of change in discharge was greater than the magnitude of decline in concentrations, DOC flux increased during individual storm events. The implications for long-term DOC trends are therefore contradictory, as increased rainfall could increase flux but cause an overall decrease in DOC concentrations from peatland streams. Care needs to be taken when interpreting long-term trends in DOC flux rather than concentration; as flux is calculated from discharge estimates, and discharge is controlled by rainfall, DOC flux and rainfall/discharge will always be well correlated.

Variation in the sensitivity of DOC release between different organic soils following H2SO4 and sea-salt additions

Long-term monitoring data from eastern North America and Europe indicate a link between increased dissolved organic carbon (DOC) concentrations in surface waters over the last two decades and decreased atmospheric pollutant and marine sulphur (S) deposition. The hypothesis is that decreased acidity and ionic strength associated with declining S deposition has increased the solubility of DOC. However, the sign and magnitude of DOC trends have varied between sites, and in some cases at sites where S deposition has declined, no significant increase in DOC has been observed, creating uncertainty about the causal mechanisms driving the observed trends. In this paper, we demonstrate chemical regulation of DOC release from organic soils in batch experiments caused by changes in acidity and conductivity (measured as a proxy for ionic strength) associated with controlled SO42− additions. DOC release from the top 10 cm of the O-horizon of organo-mineral soils and peats decreased by 21–60% in response to additions of 0–437 µeq SO42− l−1 sulphuric acid (H2SO4) and neutral sea-salt solutions (containing Na+, Mg2+, Cl−, SO42−) over a 20-hour extraction period. A significant decrease in the proportion of the acid-sensitive coloured aromatic humic acids (measured by specific ultra-violet absorbance (SUVA) at 254 nm) was also found with increasing acidity (P < 0.05) in most, but not all, soils, confirming that DOC quality, as well as quantity, changed with SO42− additions. DOC release appeared to be more sensitive to increased acidity than to increased conductivity. By comparing the change in DOC release with bulk soil properties, we found that DOC release from the O-horizon of organo-mineral soils and semi-confined peats, which contained greater exchangeable aluminium (Al) and had lower base saturation (BS), were more sensitive to SO42− additions than DOC release from blanket peats with low concentrations of exchangeable Al and greater BS. Therefore, variation in soil type and acid/base status between sites may partly explain the difference in the magnitude of DOC changes seen at different sites where declines in S deposition have been similar.

Acidity controls on dissolved organic carbon mobility in organic soils

Dissolved organic carbon (DOC) concentrations in surface waters have increased across much of Europe and North America, with implications for the terrestrial carbon balance, aquatic ecosystem functioning, water treatment costs and human health. Over the past decade, many hypotheses have been put forward to explain this phenomenon, from changing climate and land-management to eutrophication and acid deposition. Resolution of this debate has been hindered by a reliance on correlative analyses of time-series data, and a lack of robust experimental testing of proposed mechanisms. In a four-year, four-site replicated field experiment involving both acidifying and de-acidifying treatments, we tested the hypothesis that DOC leaching was previously suppressed by high levels of soil acidity in peat and organo-mineral soils, and therefore that observed DOC increases a consequence of decreasing soil acidity. We observed a consistent, positive relationship between DOC and acidity change at all sites. Responses were described by similar hyperbolic relationships between standardised changes in DOC and hydrogen ion concentrations at all sites, suggesting potentially general applicability. These relationships explained a substantial proportion of observed changes in peak DOC concentrations in nearby monitoring streams, and application to a UK-wide upland soil pH dataset suggests that recovery from acidification alone could have led to soil solution DOC increases in the range 46-126% by habitat type since 1978. Our findings raise the possibility that changing soil acidity may have wider impacts on ecosystem carbon balances. Decreasing sulphur deposition may be accelerating terrestrial carbon loss, and returning surface waters to a natural, high-DOC condition.

Effect of air-drying pre-treatment on the characterization of forest soil carbon pools

Archived soils could represent a valuable resource for the spatio-temporal inventory of soil carbon stability. However, archived soils are usually air-dried before storage and the impact of a drying pretreatment on physically and chemically-defined C fractions has not yet been fully assessed. Through the comparison of field-moist and corresponding air-dried (at 25oC for 2 weeks) forest soil samples, we examined the effect of air-drying on: a) the quantity and the quality of cold- (CWEC) and hot-water (HWEC) extractable C and b) the concentration of C in physically isolated fractions (free- and intra-aggregate light and organo-mineral). Soil samples were collected from the organic (O) and mineral (A and B) horizons of three different forest soils from southeastern England: (i) Cambisol under Pine (Pinus nigra); (ii) Cambisol under Beech (Fagus sylvatica) and (iii) Gleysol under oak (Quercus robur). CWEC concentrations for dry samples were up to 2 times greater than for corresponding field moist samples and had significantly (p < 0.001) higher phenolic content. However, the effect of drying pretreatment on HWEC, its phenolic content was not significant (p > 0.05) for most samples. Dried soils had significantly (p < 0.001) higher concentrations of free light-C while having lower concentrations of intra-aggregate-C when compared to moist samples (p < 0.001). However, fine silt and clay fractions were not significantly affected by the drying pretreatment (p=0.789). Therefore, based on the results obtained from gleysol and cambisol forest soils studied here, C contents in hot-water extractions and fine particle size physical fractions (< 25µm) seem to be robust measurements for evaluating C fractions in dried stored forest soils. Further soil types should be tested to evaluate the wider generality of these findings.

Estudos das frações obtidas no processo de extração alcalina de substâncias húmicas da turfa

No presente trabalho foram caracterizadas as frações de substâncias húmicas resultantes do processo de extração alcalina da turfa, utilizando hidróxido de potássio, tendo em vista sua utilização na composição de um fertilizante organo-mineral. As substâncias húmicas foram fracionadas em humina, substância húmica (humato e fulvato de potássio), ácido fúlvico, ácido húmico e ácido húmico purificado, não sendo possível realizar a purificação do ácido fúlvico. Foram avaliadas a presença e distribuição do potássio nestas frações, verificando-se que após a extração, 78% do potássio ficou agregado na fração substância húmica e 22% na fração humina. Após a separação da fração substância húmica em ácido húmico e ácido fúlvico observou-se que 7% e 93% do potássio, respectivamente, ficaram distribuídos nessas frações. Comparando-se a diferença de teores de potássio entre as frações de ácido húmico purificado e não purificado, e a quantidade de potássio encontrado na água da diálise verificou-se a eficiência da utilização do processo de diálise para a purificação das substâncias húmicas, bem como a adequabilidade da metodologia para a análise de potássio. Também foram determinadas nas frações a análise elementar; razão E4/E6, a qual confirmou a maior condensação aromática da fração ácido húmico; presença de grupos funcionais na estrutura das substâncias húmicas, verificado qualitativamente através de espectroscopia no infravermelho, e quantitativamente grupos carboxílicos, OH-fenólico e carbonila, responsáveis pela acidez dessas substâncias. Os resultados obtidos quanto à presença de grupos funcionais e razão E4/E6, confirmaram a existência do ácido húmico no extrato da turfa, porém ficou evidenciada ausência de ácido fúlvico ou sua presença em pequena quantidade no material extraído.

Bovine Biofertilizer and Water Regime Effects on Growth and Bulb Quality of Garlic

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

Chemical attributes of a degraded soil after application of water treatment sludges

Mining is an activity that tends to degrade the environment. The restoration of mining areas, aims to accelerate and improve the succession process according to its future use. The objective of this work was to rehabilitate a soil degraded by tin mining activities in the Amazon Basin (Jamari National Forest, State of Rondonia) with the application of water treatment sludge (WTS), and verify the effect of Sludge on Values of pH (CaCl2 0.01 mol L-1), organic matter, P, Ca, Mg, K, H+Al, and soil micronutrient contents when Cultivated with native plants, legumes, and grass species. A factorial (3 x 5) experimental design was used to optimize the rehabilitation of these areas including three N rates (100, 200, and 300 mg N ka(-1) soil supplied by WTS), five plant species (grasses, legumes, and native plants), and two controls (degraded soil with no fertilizer and degraded soil fertilized with mineral fertilizers), with four replications. WTS increased pH values. The chemical products used to treat the water contributed, in greater extension, to increase soil Ca and Fe contents. The use of WTS as fertilizer proved viable, since it contains nutrients for plants; however, nitrogen Should not be used as a criterion to define the rate of Sludge application, because it is present at small amounts in the WTS.

Fertilidade do solo, estado nutricional e produtividade de girassol, em função da aplicação de lodo de esgoto

O lodo de esgoto é um resíduo urbano-industrial que tem causado preocupação, quanto ao uso agrícola. Sua utilização pode ser viável, após a devida suplementação potássica, em substituição a fertilizantes minerais, especialmente em culturas como a do girassol. O presente trabalho objetivou avaliar a produtividade e nutrição mineral do girassol cv. CATISSOL 01, além da fertilidade de um Latossolo Vermelho eutroférrico adubado com lodo de esgoto, em comparação à adubação mineral, por dois anos consecutivos. O experimento utilizou delineamento em blocos casualizados, com 4 tratamentos (fertilização mineral, 5 t ha-1 ano-1, 10 t ha-1 ano-1 e 20 t ha-1 ano-1 de lodo de esgoto) e 5 repetições. Foram analisadas a produtividade de grãos de girassol, a concentração de macro e micronutrientes na folha diagnóstico e a fertilidade do solo. A produtividade de sementes do girassol adubado com o resíduo, em todas as doses, foi equivalente à adubação mineral, e os teores foliares situaram-se na faixa adequada, tanto para macro quanto para micronutrientes. O uso de lodo de esgoto, com suplementação potássica, mostrou-se eficiente na substituição total ou parcial da adubação mineral, sem prejudicar a produtividade da cultura do girassol.

Cádmio, cromo, chumbo e zinco em plantas de milho e em latossolo após nove aplicações anuais de lodo de esgoto

As maiores limitações para o uso do lodo de esgoto em áreas agrícolas são os riscos de contaminação do solo com metais pesados e sua possível transferência para a cadeia alimentar. Objetivou-se, com este estudo, avaliar os teores de Cd, Cr, Pb e Zn no solo, utilizando-se dois métodos de extração (HNO3 + H2O2 + HCl e HClO4 + HF), o acúmulo destes elementos em plantas de milho cultivadas em Latossolo Vermelho eutroférrico no nono ano de aplicação de lodo de esgoto, bem como seus efeitos na produção de matéria seca e na produtividade de grãos. O experimento foi instalado em condições de campo em Jaboticabal-SP, no delineamento em blocos casualizados, com quatro tratamentos e cinco repetições. Os tratamentos corresponderam a doses acumuladas por nove anos consecutivos de lodo de esgoto (45,0; 90,0 e 127,5 t ha-1, base seca) e um tratamento testemunha que recebeu fertilização mineral com base na análise de solo. O lodo de esgoto foi aplicado manualmente e incorporado ao solo com grade a 0,1 m de profundidade antes da semeadura do milho. Os teores médios de Cd no solo não variaram em função das doses de lodo e dos métodos de extração. Por outro lado, os teores médios de Cr, Pb e Zn no solo obtidos pela digestão com HClO4 + HF foram de 72,4; 31,8 e 62,3 %, respectivamente, superiores àqueles encontrados pela digestão que empregou HNO3 + H2O2 + HCl. Contudo, quando se avaliou apenas o efeito das doses de lodo no solo, em ambos os métodos de extração, verificou-se diferença entre os tratamentos apenas para a concentração de Zn no solo. Exceto o Cd, que não foi detectado, de modo geral, os teores e os acúmulos de Cr, Pb e Zn nas partes das plantas de milho aumentaram com as aplicações de lodo de esgoto. Os teores de Cr, Pb e Zn nos grãos, quando detectados, permaneceram abaixo dos limites máximos estabelecidos para o consumo humano conforme a legislação brasileira. A adição de lodo de esgoto e a fertilização mineral, por longo período, apresentaram efeitos semelhantes na produção de matéria seca e na produtividade de grãos de milho.

Utilização de esgotos domésticos tratados através de um sistema biológico na produção de mudas de Croton floribundus Spreng. (Capixingui) E Copaifera langsdorffii Desf. (Copaíba)

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

Fontes e períodos de contato de fertilizantes e germinação de sementes de Brachiaria brizantha

A mistura de sementes forrageiras com fertilizantes pode viabilizar o cultivo consorciado, por diminuir a competição com a cultura produtora de grãos. No entanto, se realizada muito antes da semeadura, pode prejudicar a emergência e o estabelecimento das forrageiras. Realizou-se trabalho em condições de laboratório e casa de vegetação, em Botucatu (SP), com o objetivo de avaliar a germinação de sementes de Brachiaria brizantha em razão do tempo de mistura com fertilizantes químicos. O delineamento experimental empregado foi o inteiramente casualizado, com quatro repetições. Os tratamentos constaram de um fatorial 6 x 8, constituído de diferentes períodos de contato das sementes de Brachiaria brizantha cultivar Marandu (0, 6, 12, 24, 48 e 96 h) com os fertilizantes uréia, sulfato de amônio, cloreto de potássio, sulfato de potássio, superfosfato simples, superfosfato triplo e formulado N-P-K (8-28-16) nas formas de mistura de grânulos e farelado. Não houve relação entre os testes de germinação em laboratório e a emergência a campo. No solo, a emergência das plântulas de Brachiaria brizantha não é afetada se realizada a mistura com fertilizantes minerais fosfatados, cloreto de potássio e formulado farelado até 96 h antes da semeadura.

Utilização de águas residuárias provenientes do tratamento biológico de esgotos domésticos na produção de mudas de Eucalyptus grandis Hill. ex. maiden

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

Utilização do nitrogênio (15N) residual de coberturas de solo e da uréia pela cultura do milho

Geralmente, grande parte do N de fertilizantes minerais e de plantas de cobertura de solo não é aproveitada pelo milho no cultivo imediato à aplicação, o qual pode ser absorvido pelas culturas cultivadas subseqüentemente. O objetivo deste trabalho foi avaliar o aproveitamento pelo milho do N residual da uréia, da crotalária (Crotalaria juncea) e do milheto (Pennisetum americanum) marcados com 15N, aplicados ao milho cultivado em sistema plantio direto, no ano agrícola anterior, num Latossolo Vermelho distroférrico no Cerrado. O estudo foi desenvolvido na fazenda experimental da Faculdade de Engenharia de Ilha Solteira-UNESP, Selvíria (MS), em áreas distintas. O delineamento experimental foi de blocos ao acaso com 15 tratamentos e quatro repetições, aplicados ao milho em 2001/02 e 2002/03. Os tratamentos foram dispostos em esquema fatorial 3 x 5, compreendendo a combinação de três coberturas de solo: crotalária juncea, milheto e vegetação espontânea (pousio), e cinco doses de N-uréia: 0, 30, 80, 130 e 180 kg ha-1. Após a colheita do milho, as duas áreas permaneceram em pousio nas entressafras e, em seguida, cultivadas novamente com milho, safras 2002/03 (experimento 1) e 2003/04 (experimento 2), utilizando adubação similar em todas as parcelas, para distinguir o efeito do N residual. O aproveitamento médio do N residual da parte aérea do milheto e da crotalária pelo milho foi inferior a 3,5 e 3 %, respectivamente, da quantidade inicial. A quantidade de N residual da uréia absorvida pelo milho aumentou de forma quadrática, no experimento 1, e linear, no experimento 2, em relação à dose de N aplicada, sendo o aproveitamento desta inferior a 3 %. As coberturas de solo não influenciaram o aproveitamento pelo milho do N residual da uréia, e vice-versa.

Qualidade tecnológica da cana-de-açúcar sob adubação com torta de filtro enriquecida com fosfato solúvel

The study had the objective to evaluate the effect of the fertilization with filter cake enriched with soluble phosphate on the sugar yield. The experiment carried at Presidente Prudente-SP, used a randomized complete block design, in the factorial scheme 5 x 4, where the first factor consisted of doses of filter cake (0; 0.5; 1.0; 2.0 and 4.0 t ha(-1)) and the second, doses of phosphorus fertilizer (0, 50, 100, 200 kg ha(-1) of P2O5), with 4 replicates, totaling 80 plots. The results indicated that phosphorus applied in planting furrows improves the quality of sugarcane raw matter by increasing the levels of soluble solids, total reducing sugars and sucrose in the stalks. The phosphorus also increases the productivity of sugar. The filter cake applied in planting furrow has the potential to partially replace the chemical fertilization with phosphate aiming to improve the quality and the productivity of sugar. The best combination was filter cake at dose between 2.6 and 2.7 t ha(-1) combined with dose between 160 and 190 kg P2O5 ha(-1) for obtaining best response of soluble solids and productivity of sugar.