Agricultural use of organic wastes as source of nitrogen and phosphorus: risks and opportunities

El nitrógeno (N) y el fósforo (P) son nutrientes esenciales en la producción de cultivos. El desarrollo de los fertilizantes de síntesis durante el siglo XX permitió una intensificación de la agricultura y un aumento de las producciones pero a su vez el gran input de nutrientes ha resultado en algunos casos en sistemas poco eficientes incrementando las pérdidas de estos nutrientes al medio ambiente. En el caso del P, este problema se agrava debido a la escasez de reservas de roca fosfórica necesaria para la fabricación de fertilizantes fosfatados. La utilización de residuos orgánicos en agricultura como fuente de N y P es una buena opción de manejo que permite valorizar la gran cantidad de residuos que se generan. Sin embargo, es importante conocer los procesos que se producen en el suelo tras la aplicación de los mismos, ya que influyen en la disponibilidad de nutrientes que pueden ser utilizados por el cultivo así como en las pérdidas de nutrientes de los agrosistemas que pueden ocasionar problemas de contaminación. Aunque la dinámica del N en el suelo ha sido más estudiada que la del P, los problemas importantes de contaminación por nitratos en zonas vulnerables hacen necesaria la evaluación de aquellas prácticas de manejo que pudieran agravar esta situación, y en el caso de los residuos orgánicos, la evaluación de la respuesta agronómica y medioambiental de la aplicación de materiales con un alto contenido en N (como los residuos procedentes de la industria vinícola y alcoholera). En cuanto al P, debido a la mayor complejidad de su ciclo y de las reacciones que ocurren en el suelo, hay un mayor desconocimiento de los factores que influyen en su dinámica en los sistemas suelo-planta, lo que supone nuevas oportunidades de estudio en la evaluación del uso agrícola de los residuos orgánicos. Teniendo en cuenta los conocimientos previos sobre cada nutriente así como las necesidades específicas en el estudio de los mismos, en esta Tesis se han evaluado: (1) el efecto de la aplicación de residuos procedentes de la industria vinícola y alcoholera en la dinámica del N desde el punto de vista agronómico y medioambiental en una zona vulnerable a la contaminación por nitratos; y (2) los factores que influyen en la disponibilidad de P en el suelo tras la aplicación de residuos orgánicos. Para ello se han llevado a cabo incubaciones de laboratorio así como ensayos de campo que permitieran evaluar la dinámica de estos nutrientes en condiciones reales. Las incubaciones de suelo en condiciones controladas de humedad y temperatura para determinar el N mineralizado se utilizan habitualmente para estimar la disponibilidad de N para el cultivo así como el riesgo medioambiental. Por ello se llevó a cabo una incubación en laboratorio para conocer la velocidad de mineralización de N de un compost obtenido a partir de residuos de la industria vinícola y alcoholera, ampliamente distribuida en Castilla-La Mancha, región con problemas importantes de contaminación de acuíferos por nitratos. Se probaron tres dosis crecientes de compost correspondientes a 230, 460 y 690 kg de N total por hectárea que se mezclaron con un suelo franco arcillo arenoso de la zona. La evolución del N mineral en el suelo a lo largo del tiempo se ajustó a un modelo de regresión no lineal, obteniendo valores bajos de N potencialmente mineralizable y bajas contantes de mineralización, lo que indica que se trata de un material resistente a la mineralización y con una lenta liberación de N en el suelo, mineralizándose tan solo 1.61, 1.33 y 1.21% del N total aplicado con cada dosis creciente de compost (para un periodo de seis meses). Por otra parte, la mineralización de N tras la aplicación de este material también se evaluó en condiciones de campo, mediante la elaboración de un balance de N durante dos ciclos de cultivo (2011 y 2012) de melón bajo riego por goteo, cultivo y manejo agrícola muy característicos de la zona de estudio. Las constantes de mineralización obtenidas en el laboratorio se ajustaron a las temperaturas reales en campo para predecir el N mineralizado en campo durante el ciclo de cultivo del melón, sin embargo este modelo generalmente sobreestimaba el N mineralizado observado en campo, por la influencia de otros factores no tenidos en cuenta para obtener esta predicción, como el N acumulado en el suelo, el efecto de la planta o las fluctuaciones de temperatura y humedad. Tanto el ajuste de los datos del laboratorio al modelo de mineralización como las predicciones del mismo fueron mejores cuando se consideraba el efecto de la mezcla suelo-compost que cuando se aislaba el N mineralizado del compost, mostrando la importancia del efecto del suelo en la mineralización del N procedente de residuos orgánicos. Dado que esta zona de estudio ha sido declarada vulnerable a la contaminación por nitratos y cuenta con diferentes unidades hidrológicas protegidas, en el mismo ensayo de campo con melón bajo riego por goteo se evaluó el riesgo de contaminación por nitratos tras la aplicación de diferentes dosis de compost bajo dos regímenes de riego, riego ajustado a las necesidades del cultivo (90 ó 100% de la evapotranspiración del cultivo (ETc)) o riego excedentario (120% ETc). A lo largo del ciclo de cultivo se estimó semanalmente el drenaje mediante la realización de un balance hídrico, así como se tomaron muestras de la solución de suelo y se determinó su concentración de nitratos. Para evaluar el riesgo de contaminación de las aguas subterráneas asociado con estas prácticas, se utilizaron algunos índices medioambientales para determinar la variación en la calidad del agua potable (Índice de Impacto (II)) y en la concentración de nitratos del acuífero (Índice de Impacto Ambiental (EII)). Para combinar parámetros medioambientales con parámetros de producción, se calculó la eficiencia de manejo. Se observó que la aplicación de compost bajo un régimen de riego ajustado no aumentaba el riesgo de contaminación de las aguas subterráneas incluso con la aplicación de la dosis más alta. Sin embargo, la aplicación de grandes cantidades de compost combinada con un riego excedentario supuso un incremento en el N lixiviado a lo largo del ciclo de cultivo, mientras que no se obtuvieron mayores producciones con respecto al riego ajustado. La aplicación de residuos de la industria vinícola y alcoholera como fuente de P fue evaluada en suelos calizos caracterizados por una alta capacidad de retención de P, lo cual en algunos casos limita la disponibilidad de este nutriente. Para ello se llevó a cabo otro ensayo de incubación con dos suelos de diferente textura, con diferente contenido de carbonato cálcico, hierro y con dos niveles de P disponible; a los que se aplicaron diferentes materiales procedentes de estas industrias (con y sin compostaje previo) aportando diferentes cantidades de P. A lo largo del tiempo se analizó el P disponible del suelo (P Olsen) así como el pH y el carbono orgánico disuelto. Al final de la incubación, con el fin de estudiar los cambios producidos por los diferentes residuos en el estado del P del suelo se llevó a cabo un fraccionamiento del P inorgánico del suelo, el cual se separó en P soluble y débilmente enlazado (NaOH-NaCl-P), P soluble en reductores u ocluido en los óxidos de Fe (CBD-P) y P poco soluble precipitado como Ca-P (HCl-P); y se determinó la capacidad de retención de P así como el grado de saturación de este elemento en el suelo. En este ensayo se observó que, dada la naturaleza caliza de los suelos, la influencia de la cantidad de P aplicado con los residuos en el P disponible sólo se producía al comienzo del periodo de incubación, mientras que al final del ensayo el incremento en el P disponible del suelo se igualaba independientemente del P aplicado con cada residuo, aumentando el P retenido en la fracción menos soluble con el aumento del P aplicado. Por el contrario, la aplicación de materiales orgánicos menos estabilizados y con un menor contenido en P, produjo un aumento en las formas de P más lábiles debido a una disolución del P retenido en la fracción menos lábil, lo cual demostró la influencia de la materia orgánica en los procesos que controlan el P disponible en el suelo. La aplicación de residuos aumentó el grado de saturación de P de los suelos, sin embargo los valores obtenidos no superaron los límites establecidos que indican un riesgo de contaminación de las aguas. La influencia de la aplicación de residuos orgánicos en las formas de P inorgánico y orgánico del suelo se estudió además en un suelo ácido de textura areno francosa tras la aplicación en campo a largo plazo de estiércol vacuno y de compost obtenido a partir de biorresiduos, así como la aplicación combinada de compost y un fertilizante mineral (superfosfato tripe), en una rotación de cultivos. En muestras de suelo recogidas 14 años después del establecimiento del experimento en campo, se determinó el P soluble y disponible, la capacidad de adsorción de P, el grado de saturación de P así como diferentes actividades enzimáticas (actividad deshidrogenasa, fosfatasa ácida y fosfatasa alcalina). Las diferentes formas de P orgánico en el suelo se estudiaron mediante una técnica de adición de enzimas con diferentes substratos específicos a extractos de suelo de NaOH-EDTA, midiendo el P hidrolizado durante un periodo de incubación por colorimetría. Las enzimas utilizadas fueron la fosfatasa ácida, la nucleasa y la fitasa las cuales permitieron identificar monoésteres hidrolizables (monoester-like P), diésteres (DNA-like P) e inositol hexaquifosfato (Ins6P-like P). La aplicación a largo plazo de residuos orgánicos aumentó el P disponible del suelo proporcionalmente al P aplicado con cada tipo de fertilización, suponiendo un mayor riesgo de pérdidas de P dado el alto grado de saturación de este suelo. La aplicación de residuos orgánicos aumentó el P orgánico del suelo resistente a la hidrólisis enzimática, sin embargo no influyó en las diferentes formas de P hidrolizable por las enzimas en comparación con las observadas en el suelo sin enmendar. Además, las diferentes formas de P orgánico aplicadas con los residuos orgánicos no se correspondieron con las analizadas en el suelo lo cual demostró que éstas son el resultado de diferentes procesos en el suelo mediados por las plantas, los microorganismos u otros procesos abióticos. En este estudio se encontró una correlación entre el Ins6P-like P y la actividad microbiana (actividad deshidrogenasa) del suelo, lo cual refuerza esta afirmación. Por último, la aplicación de residuos orgánicos como fuente de N y P en la agricultura se evaluó agronómicamente en un escenario real. Se estableció un experimento de campo para evaluar el compost procedente de residuos de bodegas y alcoholeras en el mismo cultivo de melón utilizado en el estudio de la mineralización y lixiviación de N. En este experimento se estudió la aplicación de tres dosis de compost: 1, 2 y 3 kg de compost por metro lineal de plantación correspondientes a 7, 13 y 20 t de compost por hectárea respectivamente; y se estudió el efecto sobre el crecimiento de las plantas, la acumulación de N y P en la planta, así como la producción y calidad del cultivo. La aplicación del compost produjo un ligero incremento en la biomasa vegetal acompañado por una mejora significativa de la producción con respecto a las parcelas no enmendadas, obteniéndose la máxima producción con la aplicación de 2 kg de compost por metro lineal. Aunque los efectos potenciales del N y P fueron parcialmente enmascarados por otras entradas de estos nutrientes en el sistema (alta concentración de nitratos en el agua de riego y ácido fosfórico suministrado por fertirrigación), se observó una mayor acumulación de P uno de los años de estudio que resultó en un aumento en el número de frutos en las parcelas enmendadas. Además, la mayor acumulación de N y P disponible en el suelo al final del ciclo de cultivo indicó el potencial uso de estos materiales como fuente de estos nutrientes. ABSTRACT Nitrogen (N) and phosphorus (P) are essential nutrients in crop production. The development of synthetic fertilizers during the 20th century allowed an intensification of the agriculture increasing crop yields but in turn the great input of nutrients has resulted in some cases in inefficient systems with higher losses to the environment. Regarding P, the scarcity of phosphate rock reserves necessary for the production of phosphate fertilizers aggravates this problem. The use of organic wastes in agriculture as a source of N and P is a good option of management that allows to value the large amount of wastes generated. However, it is important to understand the processes occurring in the soil after application of these materials, as they affect the availability of nutrients that can be used by the crop and the nutrient losses from agricultural systems that can cause problems of contamination. Although soil N dynamic has been more studied than P, the important concern of nitrate pollution in Nitrate Vulnerable Zones requires the evaluation of those management practices that could aggravate this situation, and in the case of organic wastes, the evaluation of the agronomic and environmental response after application of materials with a high N content (such as wastes from winery and distillery industries). On the other hand, due to the complexity of soil P cycle and the reactions that occur in soil, there is less knowledge about the factors that can influence its dynamics in the soil-plant system, which means new opportunities of study regarding the evaluation of the agricultural use of organic wastes. Taking into account the previous knowledge of each nutrient and the specific needs of study, in this Thesis we have evaluated: (1) the effect of the application of wastes from the winery and distillery industries on N dynamics from the agronomic and environmental viewpoint in a vulnerable zone; and (2) the factors that influence P availability in soils after the application of organic wastes. With this purposes, incubations were carried out in laboratory conditions as well as field trials that allow to assess the dynamic of these nutrients in real conditions. Soil incubations under controlled moisture and temperature conditions to determine N mineralization are commonly used to estimate N availability for crops together with the environmental risk. Therefore, a laboratory incubation was conducted in order to determine the N mineralization rate of a compost made from wastes generated in the winery and distillery industries, widely distributed in Castilla-La Mancha, a region with significant problems of aquifers contamination by nitrates. Three increasing doses of compost corresponding to 230, 460 and 690 kg of total N per hectare were mixed with a sandy clay loam soil collected in this area. The evolution of mineral N in soil over time was adjusted to a nonlinear regression model, obtaining low values of potentially mineralizable N and low constants of mineralization, indicating that it is a material resistant to mineralization with a slow release of N, with only 1.61, 1.33 and 1.21% of total N applied being mineralized with each increasing dose of compost (for a period of six months). Furthermore, N mineralization after the application of this material was also evaluated in field conditions by carrying out a N balance during two growing seasons (2011 and 2012) of a melon crop under drip irrigation, a crop and management very characteristic of the area of study. The mineralization constants obtained in the laboratory were adjusted to the actual temperatures observed in the field to predict N mineralized during each growing season, however, this model generally overestimated the N mineralization observed in the field, because of the influence of other factors not taken into account for this prediction, as N accumulated in soil, the plant effect or the fluctuations of temperature and moisture. The fitting of the laboratory data to the model as well as the predictions of N mineralized in the field were better when considering N mineralized from the soil-compost mixture rather than when N mineralized from compost was isolated, underlining the important role of the soil on N mineralization from organic wastes. Since the area of study was declared vulnerable to nitrate pollution and is situated between different protected hydrological units, the risk of nitrate pollution after application of different doses compost was evaluated in the same field trial with melon under two irrigation regimes, irrigation adjusted to the crop needs (90 or 100% of the crop evapotranspiration (ETc)) or excedentary irrigation (120% ETc). Drainage was estimated weekly throughout the growing season by conducting a water balance, samples of the soil solution were taken and the concentration of nitrates was determined. To assess the risk of groundwater contamination associated with these practices, some environmental indices were used to determine the variation in the quality of drinking water (Impact Index (II)) and the nitrates concentration in the groundwater (Environmental Impact Index (EII)). To combine environmental parameters together with yield parameters, the Management Efficiency was calculated. It was observed that the application of compost under irrigation adjusted to the plant needs did not represent a higher risk of groundwater contamination even with the application of the highest doses. However, the application of large amounts of compost combined with an irrigation surplus represented an increase of N leaching during the growing season compared with the unamended plots, while no additional yield with respect to the adjusted irrigation strategy is obtained. The application of wastes derived from the winery and distillery industry as source of P was evaluated in calcareous soils characterized by a high P retention capacity, which in some cases limits the availability of this nutrient. Another incubation experiment was carried out using two soils with different texture, different calcium carbonate and iron contents and two levels of available P; to which different materials from these industries (with and without composting) were applied providing different amounts of P. Soil available P (Olsen P), pH and dissolved organic carbon were analyzed along time. At the end of the incubation, in order to study the changes in soil P status caused by the different residues, a fractionation of soil inorganic P was carried out, which was separated into soluble and weakly bound P (NaOH-NaCl- P), reductant soluble P or occluded in Fe oxides (CBD-P) and P precipitated as poorly soluble Ca-P (HCl-P); and the P retention capacity and degree of P saturation were determined as well. Given the calcareous nature of the soils, the influence of the amount of P applied with the organic wastes in soil available P only occurred at the beginning of the incubation period, while at the end of the trial the increase in soil available P equalled independently of the amount of P applied with each residue, increasing the P retained in the least soluble fraction when increasing P applied. Conversely, the application of less stabilized materials with a lower content of P resulted in an increase in the most labile P forms due to dissolution of P retained in the less labile fraction, demonstrating the influence of organic matter addition on soil P processes that control P availability in soil. As expected, the application of organic wastes increased the degree of P saturation in the soils, however the values obtained did not exceed the limits considered to pose a risk of water pollution. The influence of the application of organic wastes on inorganic and organic soil P forms was also studied in an acid loamy sand soil after long-term field application of cattle manure and biowaste compost and the combined application of compost and mineral fertilizer (triple superphosphate) in a crop rotation. Soil samples were collected 14 years after the establishment of the field experiment, and analyzed for soluble and available P, P sorption capacity, degree of P saturation and enzymatic activities (dehydrogenase, acid phosphatase and alkaline phosphatase). The different forms of organic P in soil were determined by using an enzyme addition technique, based on adding enzymes with different substrate specificities to NaOH-EDTA soil extracts, measuring the hydrolyzed P colorimetrically after an incubation period. The enzymes used were acid phosphatase, nuclease and phytase which allowed to identify hydrolyzable monoesters (monoester-like P) diesters (DNA-like P) and inositol hexakisphosphate (Ins6P-like P). The long-term application of organic wastes increased soil available P proportionally to the P applied with each type of fertilizer, assuming a higher risk of P losses given the high degree of P saturation of this soil. The application of organic wastes increased soil organic P resistant to enzymatic hydrolysis, but no influence was observed regarding the different forms of enzyme hydrolyzable organic P compared to those observed in the non-amended soil. Furthermore, the different forms of organic P applied with the organic wastes did not correspond to those analyzed in the soil which showed that these forms in soil are a result of multifaceted P turnover processes in soil affected by plants, microorganisms and abiotic factors. In this study, a correlation between Ins6P-like P and the microbial activity (dehydrogenase activity) of soil was found, which reinforces this claim. Finally, the application of organic wastes as a source of N and P in agriculture was evaluated agronomically in a real field scenario. A field experiment was established to evaluate the application of compost made from wine-distillery wastes in the same melon crop used in the experiments of N mineralization and leaching. In this experiment the application of three doses of compost were studied: 1 , 2 and 3 kg of compost per linear meter of plantation corresponding to 7, 13 and 20 tonnes of compost per hectare respectively; and the effect on plant growth, N and P accumulation in the plant as well as crop yield and quality was studied. The application of compost produced a slight increase in plant biomass accompanied by a significant improvement in crop yield with respect to the unamended plots, obtaining the maximum yield with the application of 2 kg of compost per linear meter. Although the potential effects of N and P were partially masked by other inputs of these nutrients in the system (high concentration of nitrates in the irrigation water and phosphoric acid supplied by fertigation), an effect of P was observed the first year of study resulting in a greater plant P accumulation and in an increase in the number of fruits in the amended plots. In addition, the higher accumulation of available N and P in the topsoil at the end of the growing season indicated the potential use of this material as source of these nutrients.

Síntese e caracterização de pigmentos nanométricos encapsulados pelos métodos dos precursores poliméricos, hidrotermal de microondas e co-precipitação associado à química sol-gel convencional

The demand for materials with high consistency obtained at relatively low temperatures has been leveraging the search for chemical processes substituents of the conventional ceramic method. This paper aims to obtain nanosized pigments encapsulated (core-shell) the basis of TiO2 doped with transition metals (Fe, Co, Ni, Al) through three (3) methods of synthesis: polymeric precursors (Pechini); hydrothermal microwave, and co-precipitation associated with the sol-gel chemistry. The study was motivated by the simplicity, speed and low power consumption characteristic of these methods. Systems costs are affordable because they allow achieving good control of microstructure, combined with high purity, controlled stoichiometric phases and allowing to obtain particles of nanometer size. The physical, chemical, morphological, structural and optical properties of the materials obtained were analyzed using different techniques for materials characterization. The powder pigments were tested in discoloration and degradation using a photoreactor through the solution of Remazol yellow dye gold (NNI), such as filtration, resulting in a separation of solution and the filter pigments available for further UV-Vis measurements . Different calcination temperatures taken after obtaining the post, the different methods were: 400 º C and 1000 º C. Using a fixed concentration of 10% (Fe, Al, Ni, Co) mass relative to the mass of titanium technologically and economically enabling the study. By transmission electron microscopy (TEM) technique was possible to analyze and confirm the structural formation nanosized particles of encapsulated pigment, TiO2 having the diameter of 20 nm to 100 nm, and thickness of coated layer of Fe, Ni and Co between 2 nm and 10 nm. The method of synthesis more efficient has been studied in the work co-precipitation associated with sol-gel chemistry, in which the best results were achieved without the need for the obtainment of powders the calcination process

Fósforo remanescente em argila e silte retirados de Latossolos após pré-tratamentos na análise textural.

Alguns Latossolos podem apresentar problemas de dispersão, devido a grupamentos de microagregados de alta estabilidade. Esses grupamentos, muito argilosos, são parcialmente desagregados pela dispersão química e mecânica, contribuindo, pelo seu tamanho, para superestimar a proporção de silte do solo analisado. Para reduzir a proporção de pseudo-componentes aplicam-se pré-tratamentos, cuja eficiência pode ser testada pela capacidade de retenção de fosfatos. Assim, realizou-se um ensaio em laboratório com objetivo de verificar o uso da determinação do fósforo remanescente (Prem) como medida da eficiência de pré-tratamentos na análise textural de Latossolos. Os tratamentos corresponderam a um arranjo fatorial 7 x 22, num delineamento em blocos casualizados, com quatro repetições. Os fatores em estudo foram as amostras de sete Latossolos dispersos com NaOH 0,1 mol L-1, sem e com (22) pré-tratamentos para a remoção da matéria orgânica (-MO) e dos óxidos de Fe e Al mal cristalizados (-Ox). Determinou-se o Prem em amostras da fração argila e silte dispersas uma vez e da fração silte dispersa uma segunda vez. A determinação do Prem é eficiente em mostrar diferenças entre os tratamentos aplicados, evidenciando alterações na capacidade de retenção de fosfatos, que foi incrementada no tratamento -MO, por maior exposição de componentes inorgânicos, e reduzida no tratamento ?Ox, por diminuir a proporção de óxidos mal cristalizados.

Geoquímica de solos da Ilha da Trindade, ES.

O trabalho apresenta a geoquímica dos elementos traços em solos de origem vulcânica da Ilha da Trindade, Atlântico Sul, Brasil, e sua relação com a posição geomorfológica e altimétrica.Foi realizada a amostragem sequencial de solos por altitudes nas encostas da Ilha de Trindade em 10 perfis representativos para cada tipo topográfico, para fins de determinar as fases específicas para cada elemento presente no solo. O vertente sul da ilha é mais frio e úmido e coberto por vegetação exuberante de samambaias gigantes. Devido ao acúmulo de material orgânico ocorrem Organossolos ou Cambissolos nas partes mais protegidas. Em altitudes superiores a 400 m, os solos são mais ácidos e lixiviados, com a predominância de Cambissolos, já nas cotas mais baixas encontram-se solos mais jovens, os Neossolos. Os dados analíticos apresentaram que Cu, K, Mn, Ni e Zn são altos na fração ligada a Matéria Orgânica e na fração ligada a óxidos de Fe amorfos. De forma geral, os teores disponíveis de cada metal na fração solúvel e trocável dos solos são muito baixos em comparação com àqueles em solos totais. Os elementos metálicos estão presentes nos solos na forma insolúvel, tanto nas estruturas dos minerais quanto nos complexos de Matéria Orgânica e de Al e Fe, sejam amorfos ou cristalinos denotando ser os solos mais intemperizados conhecidos no território brasileiro.

Neoformation of micas in soils surrounding an alkaline-saline lake of Pantanal wetland, Brazil

The mineralogy and origin of micas were investigated in incipient soils surrounding a modem alkaline-saline lake of Nhecolandia, a sub-region of Pantanal wetland. Soils were sampled along a toposequence and analyzed by XRD, TEM-EDS, and ICP-MS. The studied micas, mainly concentrated in a green horizon, are dioctahedral, strongly associated with Fe(3+) and Al, and interstratified with smectite layers. Classification of individual crystals shows that glauconite and Fe-illite are the dominant micas, but one crystal of illite was recognized. Si-rich amorphous materials are associated with small crystallites in the mica-enriched horizon. A recent study shows that water samples from the studied lake and the surrounding water table have high pH, negative Eh, temperatures up to 40 C. high concentration of K. and low concentration of Si(OH)(4). Experimental studies of micas synthesis reported in the literature show that similar water conditions allow for dioctahedral mica crystallization from initial precipitation of amorphous hydroxides. Therefore, water characteristics combined with presence of Si-rich amorphous materials in the mica-enriched horizon suggest that the micas of the study area are neoformed. The alternated origin of illite, glauconite, and Fe-illite mixed-layer minerals probably occurs due to seasonal variations of pH. temperature, and chemical composition of waters in microenvironments, since the changes at this scale are possibly faster and more extreme. (C) 2010 Elsevier B.V. All rights reserved.

Topossequência de solos na transição campos naturais-floresta na região de Humaitá, Amazonas

O objetivo deste trabalho foi estudar as relações solo-relevo em uma topossequência de transição campo/floresta na região de Humaitá, AM. A área do estudo foi selecionada com base na representatividade regional e no grau de preservação do ambiente. O estudo foi realizado ao longo de um caminhamento que atravessou os diferentes pedoambientes, partindo do ambiente de campo natural até o ambiente de floresta. Esses pedoambientes foram identificados e delimitados conforme a curvatura do terreno, expressão dos padrões vegetacionais e características pedológicas. Foram abertas trincheiras nos diversos segmentos e os perfis foram caracterizados morfologicamente e coletados por horizonte. Foram realizadas análises físicas e químicas para caracterização e determinados SiO2, Al2O3 e Fe2O3 por ataque sulfúrico, óxidos de Fe "livres" com ditionito-citrato-bicarbonato e o ferro mal cristalizado com oxalato de amônio. Análises mineralógicas foram realizadas por difratometria de raios X. Os resultados sugerem que a variação dos solos na topossequência tem relação direta com a variação do relevo, que condiciona a drenagem e o nível do lençol freático.

Fixação de fósforo por um latossolo vermelho escuro-orto

Este trabalho relata os resultados de um ensaio realizado com o objetivo de estudar a fixação de P por um Latossolo Vermelho Escuro-Orto, serie Iracema, de Piracicaba, Estado de São Paulo. O ensaio foi realizado em vasos de plástico, cada um recebendo 500 g de terra e os tratamentos, correspondentes a 0, 100, 200, 400, 600 e 1.200 kg/ha de P2O5 na forma de Ca (H2PO4)2. H2O. Houve 4 repetições de cada tratamento. Seguiu-se um período de incubação de 3 semanas, durante o qual as parcelas permaneceram umidecidas, entre 40 e 70% do poder de retenção de umidade. Depois foram feitos trabalhos necessários do que se concluiu que: a) grande proporção do P fixado permaneceu solúvel em H2SO4 0,05 N; b) o Fe e o Al foram importantes na fixação do P; c) o pré-tratamento do solo com Ca (H2P0(4))2· H2O reduziu-lhe a capacidade de fixação de fosfato.

Calagem e adubação fosfatada para o arroz em solos inundados: II. disponibilidade de fósforo

A dinâmica do P e sua disponibilidade para as plantas em solos inundados envolve processos complexos que diferem substancialmente daqueles observados em solos bem drenados. Com o objetivo de estudar a disponibilidade de P para o arroz em solos inundados, foi realizado um experimento, em casa de vegetação, com amostras de nove solos de várzea de Minas Gerais. Os tratamentos constaram de combinações de seis doses de P e duas doses de calcário. As plantas foram cultivadas por 60 dias , sendo avaliados a produção de matéria seca e os teores de P na parte aérea. Os resultados revelaram efeitos divergentes da calagem sobre a disponibilidade de P, dependendo das características dos solos: (a) Em solos de baixa capacidade de retenção de P e com óxidos de Fe instáveis frente a condições de inundação, a calagem limitou a disponibilidade de P. (b) Em solos de alta capacidade de retenção de P e com óxidos de Fe mais estáveis, verificou-se o contrário. Além dos fatores quantidade e capacidade tampão, os teores de Fe ativo (extraível por acetato de amônio) nos solos parecem influenciar a disponibilidade de P para o arroz em solos inundados.

Mineralogia das frações areia, silte e argila de sedimentos do grupo barreiras no município de Aracruz, estado do Espírito Santo

Dada a extensa área ocupada pelos sedimentos do Grupo Barreiras, é importante conhecer detalhadamente a mineralogia de suas frações. Com este propósito, coletaram-se 11amostras, até 14m de profundidade, em um pacote de sedimentos do Grupo Barreiras no município de Aracruz, estado do Espírito Santo, exposto pela construção de um canal adutor de água. As frações areia, silte e argila foram estudadas por difração de raios-X, análise termodiferencial, análise termogravimétrica diferencial e microscopia eletrônica. Os teores totais de Fe das frações argila e silte e Ti e Zr da fração silte foram determinados por espectrometria por emissão por plasma, após digestão da amostra com ácido fluorídrico concentrado. Para caracterizar e quantificar os minerais, amostras das frações argila e silte foram submetidas a extrações seqüenciais e seletivas dos minerais. A fração areia apresentou mineralogia uniforme, composta quase que exclusivamente por quartzo, com pequena presença de mica, anatásio e agregados de caulinita e ferro. Nas profundidades de 2,1; 4,2 e 7,7m, verificou-se a ocorrência de concreções ferruginosas de coloração vermelho-escura. Na fração silte, também com predomínio de quartzo, verificou-se a presença de caulinita, na forma de agregados estáveis e hematita. A caulinita é o principal mineral da fração argila, atingindo 953gkg-1 a 14m de profundidade. Os baixos teores de Fe dos sedimentos e as condições úmidas dos Tabuleiros Costeiros favoreceram a concentração de caulinita e a remoção de minerais, principalmente óxidos de Fe. Os teores de goethita, principal óxido de ferro dos sedimentos, diminuíram consistentemente em profundidade. Em decorrência do elevado grau de alteração dos sedimentos, a quantidade de material de baixa cristalinidade na fração argila foi pequena, variando de 3,2 a 24,0gkg-1, para extração com oxalato de amônio, e de 0,6 a 3,5gkg-1, para extração com NaOH 0,5molL-1 fervente. Pelo mesmo motivo, os teores de mica nas frações argila e silte foram inferiores a 5,0gkg-1. Como observado para a caulinita, os teores de mica na fração argila aumentaram em profundidade.

Efeito da solarização sobre propriedades físicas, químicas e biológicas de solos

A solarização é um método de desinfestação que consiste na cobertura do solo com um filme de polietileno transparente, durante o período de intensa radiação solar, e atua por meio do aumento da temperatura do solo. Quatro ensaios foram realizados no estado de São Paulo, nos municípios de Mogi das Cruzes, Jarinu, Piracicaba e Itatiba, nos anos de 2000 e 2001, com o objetivo de avaliar os efeitos da solarização nas propriedades físicas, químicas e biológicas dos solos. A solarização reduziu significativamente a resistência à penetração dos solos nos ensaios de Jarinu, Piracicaba e Itatiba. Em Jarinu, oito meses após a retirada do plástico, as diferenças entre os tratamentos permaneceram. Por outro lado, em Mogi das Cruzes, onde o ensaio foi instalado em solo turfoso, a solarização causou aumento na resistência na camada de 2,5 a 5 cm de profundidade. Nos ensaios de Piracicaba e Jarinu, foram feitas avaliações de macro, microporosidade, porosidade total e densidade, não tendo os tratamentos diferido entre si, porém houve uma tendência de redução na densidade dos solos solarizados. A atividade microbiana, avaliada pela hidrólise de diacetato de fluoresceína, foi reduzida pela solarização. A supressividade a Fusarium oxysporum f. sp. phaseoli foi avaliada in vitro, pela colonização de amostras de solo usando um isolado marcado com resistência a benomyl, no ensaio de Mogi das Cruzes. A solarização reduziu a recuperação do patógeno, evidenciando um aumento da supressividade. Nos solos solarizados, houve aumento significativo dos teores de N-NH4+ em todos os experimentos, Mn em três, N-NO3-, Mg2+ e saturação por bases em dois e K+ em um experimento. Ocorreu redução dos teores de Cu, Fe e H + Al em dois experimentos e Zn em um ensaio. Segundo os resultados, a solarização promoveu alterações nas propriedades físicas, químicas e biológicas dos solos, melhorando a estrutura, liberando nutrientes e aumentando a supressividade.

Frações de zinco em solo arenoso e suas relações com disponibilidade para Cynodon spp cv. Tifton-85

Para avaliar um esquema de fracionamento de zinco em Argissolo arenoso e suas relações com a disponibilidade de Zn para Cynodon spp cv. Tifton-85, realizou-se um experimento em casa de vegetação, em esquema fatorial 5 x 2 x 2 (5 doses de Zn, 2 doses de calcário e 2 épocas de amostragem), em delineamento inteiramente casualizado, com três repetições. As doses de Zn foram de 0; 2,5; 5,0; 7,5 e 10 mg dm-3; metade dos vasos não recebeu calagem (V = 42 %) e metade recebeu a calagem com vistas em elevar o índice de saturação por bases a 70 %. As épocas de amostragem foram 30 e 150 dias após aplicação de Zn, respectivamente, antes do plantio e depois do 3º corte de Tifton-85. A aplicação de Zn resultou em aumento significativo do elemento nas frações: trocável, óxidos de Mn, matéria orgânica e óxidos de Fe. O Zn ligado aos óxidos de Mn aumentou significativamente com a calagem. Após 150 dias de experimentação, houve diminuição do Zn trocável, ligado aos óxidos de Mn, à matéria orgânica e aos óxidos de Fe, e aumento na fração residual. A distribuição de Zn nas frações do solo foi: residual > óxidos de Fe > óxidos de Mn > trocável > matéria orgânica. As relações entre as características estudadas mostraram que tanto o Zn-DTPA quanto o Zn trocável, ligado à M.O. e aos óxidos de Mn, foram eficientes para representar o Zn absorvido pela planta.

Superfícies geomórficas e atributos de Latossolos em uma seqüência Arenítico-Basáltica da região de Jaboticabal (SP)

Em um segmento de vertente com substrato de arenito em contato com basalto, regionalmente muito freqüente, pretendeu-se não só relacionar as superfícies geomórficas com os atributos físicos, químicos e mineralógicos dos Latossolos nelas encontrados, mas também testar métodos geoestatísticos para localização de limites dessas superfícies. Usando critérios geomorfológicos, três superfícies foram identificadas e topograficamente caracterizadas. Os solos foram amostrados, a intervalos regulares de 25 m, na profundidade de 0,6 a 0,8 m (topo do horizonte B), em uma transeção de 1.700 m perfazendo 109 pontos. Nas amostras, foram analisados: densidade de partículas, granulometria, CTC do solo, CTC da argila, Fe total da argila (ataque por H2SO4) e óxidos de Fe "livres" (por dissolução seletiva). A fração argila desferrificada foi analisada por difração de raios X. Com base na estratigrafia e variações do relevo local, foram identificadas e diferenciadas, no campo, três superfícies geomórficas. Analisaram-se também o perfil altimétrico e o modelo de elevação digital do terreno. Observou-se que as três diferentes superfícies estão bem relacionadas com os atributos físicos, químicos e mineralógicos dos seus respectivos solos. Na parte inferior desta vertente, superfície mais recente e sobre basalto, em Latossolo Vermelho eutroférrico típico, foram encontradas as maiores variabilidades da declividade, da argila e de Fe. As variações da inclinação do terreno, quando analisadas sistematicamente pelo "split moving windows dissimilarity analysis" (análise estatística de dissimilaridade, em segmentos móveis), mostraram que este método estatístico pode ser usado para ajudar a localizar os limites entre superfícies geomórficas. As variações dos solos da transeção, e arredores, mostraram-se relacionadas com idade, inclinação do terreno e litologia. O trabalho geomórfico detalhado forneceu importantes informações para subsidiar os trabalhos de levantamento de solos e de pedogênese.

Gênese de horizonte coeso, fragipã e duripã em solos do tabuleiro costeiro do sul da Bahia

A gênese de horizontes coesos em solos tem explicações não consistentes e, em muitos casos, contraditórias. Objetivou-se avaliar, em solos dos tabuleiros costeiros, os possíveis mecanismos físicos, químicos e mineralógicos que ocasionam o endurecimento em horizonte coeso, fragipã e duripã. Para isso, coletaram-se amostras de solos em duas toposseqüências. Na primeira, foram reconhecidas as classes Latossolo Vermelho eutrófico argissólico e Argissolo Amarelo distrófico latossólico e, na segunda, Argissolos Amarelo abrúptico e típico, e Espodossolo Cárbico órtico dúrico. As análises químicas consistiram da extração de Fe, Si e Al com ditionito-citrato-bicarbonato de sódio e oxalato ácido de amônio. A mineralogia da fração argila foi avaliada por difratometria de raios-X. Os teores de Fe, Si e Al recuperados com o ditionito e com o oxalato foram bastante baixos nos solos com presença de horizonte coeso. Por outro lado, no solo com fragipã e duripã, os teores de Si e Al do oxalato foram elevados, indicando a participação desses elementos como agentes cimentantes. A fração argila dos Argissolos é predominantemente caulinítica, sendo registrada a gibbsita apenas nos horizontes Bt1, Bt2 e Bw do Argissolo Amarelo latossólico. Para o solo com fragipã e duripã (Espodossolo Cárbico órtico dúrico), identificou-se a presença de gibbsita, e, apesar de ser a gibbsita considerada como desorganizadora do ajuste entre as lâminas de caulinita, a manifestação de endurecimento foi mantida. Assim, os mecanismos de endurecimento parecem distintos para horizonte coeso, fragipã e duripã.

Solubilidade, fracionamento e fitoextração de metais pesados após aplicação de agentes quelantes

A baixa biodegrabilidade de quelantes sintéticos usados para induzir a fitoextração resulta em alto risco ambiental pela possibilidade de lixiviação de metais pesados. Agentes quelantes naturais, mais rapidamente degradados no solo, podem ser uma alternativa para os quelantes sintéticos. O objetivo deste trabalho foi comparar a performance de ácidos orgânicos naturais (gálico, cítrico e oxálico) com ácidos sintéticos (EDTA, DTPA e NTA) na fitoextração induzida de metais. O solo foi contaminado com 500, 300 e 200 mg kg-1 de Pb, Zn e Cu, respectivamente, e cultivado com milho (Zea mays) e mucuna preta (Stizolobium aterrimum). Os agentes quelantes, na dose de 10 mmol kg-1, foram aplicados no solo sete dias antes da coleta das plantas. Amostras do solo foram submetidas à extração com CaCl2 e fracionamento. Os teores dos metais na solução do solo foram também determinados. Os quelantes sintéticos EDTA, DTPA e NTA foram eficientes na solubilização dos metais pesados no solo. Dentre os ácidos orgânicos naturais, apenas o ácido cítrico foi eficiente na solubilização dos metais nas primeiras vinte e quatro horas após a sua aplicação. A distribuição dos metais entre as frações apresentou a seguinte ordem: Pb: matéria orgânica (MO) > óxido de Fe amorfo (OxFeA) > trocável (Tr) > óxido de Fe cristalino (OxFeC); Cu: MO > Tr > OxFeC > OxFeA; e Zn: MO > Tr > OxFeC > OxFeA. De modo geral, a adição dos quelantes sintéticos provocou aumento nos teores trocáveis de Pb e Cu e redução nos teores de Pb, Cu e Zn nas frações óxidos de Fe amorfo e cristalino. O extrator CaCl2 0,01 mol L-1 pode ser utilizado para predição da concentração de Pb, Cu e Zn na solução do solo.

Capacidade de adsorção de fósforo em solos de várzea do Estado do Rio Grande do Sul

Os solos de várzea, sazonalmente alagados para o cultivo do arroz, apresentam alternância nas condições de oxidação e redução, a qual determina modificações intensas na fase sólida mineral do solo e na dinâmica de elementos altamente reativos, como o P. Assim, formas de óxidos e hidróxidos de Fe de baixa cristalinidade tornam-se predominantes com o passar do tempo e poderão ser os componentes mais importantes na adsorção de P durante o período em que o solo permanece drenado; além disso, elas controlariam a liberação de P provocada pelo posterior alagamento para cultivo do arroz. Os objetivos do presente trabalho foram avaliar a capacidade máxima de adsorção de P (CMAP) de amostras de 16 solos de várzea do Estado do Rio Grande do Sul (RS) e buscar características químicas ou físicas de solo que melhor se correlacionam com a CMAP. Foram coletadas 16 amostras da camada de 0 a 20 cm de solos de várzea, com ampla faixa de variação de características químicas e físicas. Logo em seguida, elas foram secas ao ar, moídas e peneiradas a 2 mm. A determinação da CMAP foi feita por meio do ajuste de isotermas de adsorção, em que subamostras foram colocadas em contato com concentrações crescentes de P (0, 50, 100, 200, 300, 600, 900 e 1.800 mg kg-1 de P no solo) durante 16 h. Após esse período, determinou-se o P em equilíbrio na solução, sendo a equação de Langmuir ajustada aos dados. Houve grande diversidade na CMAP entre os solos (71 a 933 mg kg-1 de P no solo), a qual foi correlacionada significativamente com os teores de argila, matéria orgânica e óxidos de Fe extraído por ditionito e oxalato de amônio. A diferente CMAP se refletiu na quantidade de P necessária para alterar o P disponível dos solos estimado pelo método Mehlich-1.