Reliability of methods used for the risk assessment of mixture of micropollutants in aquatic enviromments : from theoretical concepts to field observations

Ces dernières années, de nombreuses recherches ont mis en évidence les effets toxiques des micropolluants organiques pour les espèces de nos lacs et rivières. Cependant, la plupart de ces études se sont focalisées sur la toxicité des substances individuelles, alors que les organismes sont exposés tous les jours à des milliers de substances en mélange. Or les effets de ces cocktails ne sont pas négligeables. Cette thèse de doctorat s'est ainsi intéressée aux modèles permettant de prédire le risque environnemental de ces cocktails pour le milieu aquatique. Le principal objectif a été d'évaluer le risque écologique des mélanges de substances chimiques mesurées dans le Léman, mais aussi d'apporter un regard critique sur les méthodologies utilisées afin de proposer certaines adaptations pour une meilleure estimation du risque. Dans la première partie de ce travail, le risque des mélanges de pesticides et médicaments pour le Rhône et pour le Léman a été établi en utilisant des approches envisagées notamment dans la législation européenne. Il s'agit d'approches de « screening », c'est-à-dire permettant une évaluation générale du risque des mélanges. Une telle approche permet de mettre en évidence les substances les plus problématiques, c'est-à-dire contribuant le plus à la toxicité du mélange. Dans notre cas, il s'agit essentiellement de 4 pesticides. L'étude met également en évidence que toutes les substances, même en trace infime, contribuent à l'effet du mélange. Cette constatation a des implications en terme de gestion de l'environnement. En effet, ceci implique qu'il faut réduire toutes les sources de polluants, et pas seulement les plus problématiques. Mais l'approche proposée présente également un biais important au niveau conceptuel, ce qui rend son utilisation discutable, en dehors d'un screening, et nécessiterait une adaptation au niveau des facteurs de sécurité employés. Dans une deuxième partie, l'étude s'est portée sur l'utilisation des modèles de mélanges dans le calcul de risque environnemental. En effet, les modèles de mélanges ont été développés et validés espèce par espèce, et non pour une évaluation sur l'écosystème en entier. Leur utilisation devrait donc passer par un calcul par espèce, ce qui est rarement fait dû au manque de données écotoxicologiques à disposition. Le but a été donc de comparer, avec des valeurs générées aléatoirement, le calcul de risque effectué selon une méthode rigoureuse, espèce par espèce, avec celui effectué classiquement où les modèles sont appliqués sur l'ensemble de la communauté sans tenir compte des variations inter-espèces. Les résultats sont dans la majorité des cas similaires, ce qui valide l'approche utilisée traditionnellement. En revanche, ce travail a permis de déterminer certains cas où l'application classique peut conduire à une sous- ou sur-estimation du risque. Enfin, une dernière partie de cette thèse s'est intéressée à l'influence que les cocktails de micropolluants ont pu avoir sur les communautés in situ. Pour ce faire, une approche en deux temps a été adoptée. Tout d'abord la toxicité de quatorze herbicides détectés dans le Léman a été déterminée. Sur la période étudiée, de 2004 à 2009, cette toxicité due aux herbicides a diminué, passant de 4% d'espèces affectées à moins de 1%. Ensuite, la question était de savoir si cette diminution de toxicité avait un impact sur le développement de certaines espèces au sein de la communauté des algues. Pour ce faire, l'utilisation statistique a permis d'isoler d'autres facteurs pouvant avoir une influence sur la flore, comme la température de l'eau ou la présence de phosphates, et ainsi de constater quelles espèces se sont révélées avoir été influencées, positivement ou négativement, par la diminution de la toxicité dans le lac au fil du temps. Fait intéressant, une partie d'entre-elles avait déjà montré des comportements similaires dans des études en mésocosmes. En conclusion, ce travail montre qu'il existe des modèles robustes pour prédire le risque des mélanges de micropolluants sur les espèces aquatiques, et qu'ils peuvent être utilisés pour expliquer le rôle des substances dans le fonctionnement des écosystèmes. Toutefois, ces modèles ont bien sûr des limites et des hypothèses sous-jacentes qu'il est important de considérer lors de leur application. - Depuis plusieurs années, les risques que posent les micropolluants organiques pour le milieu aquatique préoccupent grandement les scientifiques ainsi que notre société. En effet, de nombreuses recherches ont mis en évidence les effets toxiques que peuvent avoir ces substances chimiques sur les espèces de nos lacs et rivières, quand elles se retrouvent exposées à des concentrations aiguës ou chroniques. Cependant, la plupart de ces études se sont focalisées sur la toxicité des substances individuelles, c'est à dire considérées séparément. Actuellement, il en est de même dans les procédures de régulation européennes, concernant la partie évaluation du risque pour l'environnement d'une substance. Or, les organismes sont exposés tous les jours à des milliers de substances en mélange, et les effets de ces "cocktails" ne sont pas négligeables. L'évaluation du risque écologique que pose ces mélanges de substances doit donc être abordé par de la manière la plus appropriée et la plus fiable possible. Dans la première partie de cette thèse, nous nous sommes intéressés aux méthodes actuellement envisagées à être intégrées dans les législations européennes pour l'évaluation du risque des mélanges pour le milieu aquatique. Ces méthodes sont basées sur le modèle d'addition des concentrations, avec l'utilisation des valeurs de concentrations des substances estimées sans effet dans le milieu (PNEC), ou à partir des valeurs des concentrations d'effet (CE50) sur certaines espèces d'un niveau trophique avec la prise en compte de facteurs de sécurité. Nous avons appliqué ces méthodes à deux cas spécifiques, le lac Léman et le Rhône situés en Suisse, et discuté les résultats de ces applications. Ces premières étapes d'évaluation ont montré que le risque des mélanges pour ces cas d'étude atteint rapidement une valeur au dessus d'un seuil critique. Cette valeur atteinte est généralement due à deux ou trois substances principales. Les procédures proposées permettent donc d'identifier les substances les plus problématiques pour lesquelles des mesures de gestion, telles que la réduction de leur entrée dans le milieu aquatique, devraient être envisagées. Cependant, nous avons également constaté que le niveau de risque associé à ces mélanges de substances n'est pas négligeable, même sans tenir compte de ces substances principales. En effet, l'accumulation des substances, même en traces infimes, atteint un seuil critique, ce qui devient plus difficile en terme de gestion du risque. En outre, nous avons souligné un manque de fiabilité dans ces procédures, qui peuvent conduire à des résultats contradictoires en terme de risque. Ceci est lié à l'incompatibilité des facteurs de sécurité utilisés dans les différentes méthodes. Dans la deuxième partie de la thèse, nous avons étudié la fiabilité de méthodes plus avancées dans la prédiction de l'effet des mélanges pour les communautés évoluant dans le système aquatique. Ces méthodes reposent sur le modèle d'addition des concentrations (CA) ou d'addition des réponses (RA) appliqués sur les courbes de distribution de la sensibilité des espèces (SSD) aux substances. En effet, les modèles de mélanges ont été développés et validés pour être appliqués espèce par espèce, et non pas sur plusieurs espèces agrégées simultanément dans les courbes SSD. Nous avons ainsi proposé une procédure plus rigoureuse, pour l'évaluation du risque d'un mélange, qui serait d'appliquer d'abord les modèles CA ou RA à chaque espèce séparément, et, dans une deuxième étape, combiner les résultats afin d'établir une courbe SSD du mélange. Malheureusement, cette méthode n'est pas applicable dans la plupart des cas, car elle nécessite trop de données généralement indisponibles. Par conséquent, nous avons comparé, avec des valeurs générées aléatoirement, le calcul de risque effectué selon cette méthode plus rigoureuse, avec celle effectuée traditionnellement, afin de caractériser la robustesse de cette approche qui consiste à appliquer les modèles de mélange sur les courbes SSD. Nos résultats ont montré que l'utilisation de CA directement sur les SSDs peut conduire à une sous-estimation de la concentration du mélange affectant 5 % ou 50% des espèces, en particulier lorsque les substances présentent un grand écart- type dans leur distribution de la sensibilité des espèces. L'application du modèle RA peut quant à lui conduire à une sur- ou sous-estimations, principalement en fonction de la pente des courbes dose- réponse de chaque espèce composant les SSDs. La sous-estimation avec RA devient potentiellement importante lorsque le rapport entre la EC50 et la EC10 de la courbe dose-réponse des espèces est plus petit que 100. Toutefois, la plupart des substances, selon des cas réels, présentent des données d' écotoxicité qui font que le risque du mélange calculé par la méthode des modèles appliqués directement sur les SSDs reste cohérent et surestimerait plutôt légèrement le risque. Ces résultats valident ainsi l'approche utilisée traditionnellement. Néanmoins, il faut garder à l'esprit cette source d'erreur lorsqu'on procède à une évaluation du risque d'un mélange avec cette méthode traditionnelle, en particulier quand les SSD présentent une distribution des données en dehors des limites déterminées dans cette étude. Enfin, dans la dernière partie de cette thèse, nous avons confronté des prédictions de l'effet de mélange avec des changements biologiques observés dans l'environnement. Dans cette étude, nous avons utilisé des données venant d'un suivi à long terme d'un grand lac européen, le lac Léman, ce qui offrait la possibilité d'évaluer dans quelle mesure la prédiction de la toxicité des mélanges d'herbicide expliquait les changements dans la composition de la communauté phytoplanctonique. Ceci à côté d'autres paramètres classiques de limnologie tels que les nutriments. Pour atteindre cet objectif, nous avons déterminé la toxicité des mélanges sur plusieurs années de 14 herbicides régulièrement détectés dans le lac, en utilisant les modèles CA et RA avec les courbes de distribution de la sensibilité des espèces. Un gradient temporel de toxicité décroissant a pu être constaté de 2004 à 2009. Une analyse de redondance et de redondance partielle, a montré que ce gradient explique une partie significative de la variation de la composition de la communauté phytoplanctonique, même après avoir enlevé l'effet de toutes les autres co-variables. De plus, certaines espèces révélées pour avoir été influencées, positivement ou négativement, par la diminution de la toxicité dans le lac au fil du temps, ont montré des comportements similaires dans des études en mésocosmes. On peut en conclure que la toxicité du mélange herbicide est l'un des paramètres clés pour expliquer les changements de phytoplancton dans le lac Léman. En conclusion, il existe diverses méthodes pour prédire le risque des mélanges de micropolluants sur les espèces aquatiques et celui-ci peut jouer un rôle dans le fonctionnement des écosystèmes. Toutefois, ces modèles ont bien sûr des limites et des hypothèses sous-jacentes qu'il est important de considérer lors de leur application, avant d'utiliser leurs résultats pour la gestion des risques environnementaux. - For several years now, the scientists as well as the society is concerned by the aquatic risk organic micropollutants may pose. Indeed, several researches have shown the toxic effects these substances may induce on organisms living in our lakes or rivers, especially when they are exposed to acute or chronic concentrations. However, most of the studies focused on the toxicity of single compounds, i.e. considered individually. The same also goes in the current European regulations concerning the risk assessment procedures for the environment of these substances. But aquatic organisms are typically exposed every day simultaneously to thousands of organic compounds. The toxic effects resulting of these "cocktails" cannot be neglected. The ecological risk assessment of mixtures of such compounds has therefore to be addressed by scientists in the most reliable and appropriate way. In the first part of this thesis, the procedures currently envisioned for the aquatic mixture risk assessment in European legislations are described. These methodologies are based on the mixture model of concentration addition and the use of the predicted no effect concentrations (PNEC) or effect concentrations (EC50) with assessment factors. These principal approaches were applied to two specific case studies, Lake Geneva and the River Rhône in Switzerland, including a discussion of the outcomes of such applications. These first level assessments showed that the mixture risks for these studied cases exceeded rapidly the critical value. This exceeding is generally due to two or three main substances. The proposed procedures allow therefore the identification of the most problematic substances for which management measures, such as a reduction of the entrance to the aquatic environment, should be envisioned. However, it was also showed that the risk levels associated with mixtures of compounds are not negligible, even without considering these main substances. Indeed, it is the sum of the substances that is problematic, which is more challenging in term of risk management. Moreover, a lack of reliability in the procedures was highlighted, which can lead to contradictory results in terms of risk. This result is linked to the inconsistency in the assessment factors applied in the different methods. In the second part of the thesis, the reliability of the more advanced procedures to predict the mixture effect to communities in the aquatic system were investigated. These established methodologies combine the model of concentration addition (CA) or response addition (RA) with species sensitivity distribution curves (SSD). Indeed, the mixture effect predictions were shown to be consistent only when the mixture models are applied on a single species, and not on several species simultaneously aggregated to SSDs. Hence, A more stringent procedure for mixture risk assessment is proposed, that would be to apply first the CA or RA models to each species separately and, in a second step, to combine the results to build an SSD for a mixture. Unfortunately, this methodology is not applicable in most cases, because it requires large data sets usually not available. Therefore, the differences between the two methodologies were studied with datasets created artificially to characterize the robustness of the traditional approach applying models on species sensitivity distribution. The results showed that the use of CA on SSD directly might lead to underestimations of the mixture concentration affecting 5% or 50% of species, especially when substances present a large standard deviation of the distribution from the sensitivity of the species. The application of RA can lead to over- or underestimates, depending mainly on the slope of the dose-response curves of the individual species. The potential underestimation with RA becomes important when the ratio between the EC50 and the EC10 for the dose-response curve of the species composing the SSD are smaller than 100. However, considering common real cases of ecotoxicity data for substances, the mixture risk calculated by the methodology applying mixture models directly on SSDs remains consistent and would rather slightly overestimate the risk. These results can be used as a theoretical validation of the currently applied methodology. Nevertheless, when assessing the risk of mixtures, one has to keep in mind this source of error with this classical methodology, especially when SSDs present a distribution of the data outside the range determined in this study Finally, in the last part of this thesis, we confronted the mixture effect predictions with biological changes observed in the environment. In this study, long-term monitoring of a European great lake, Lake Geneva, provides the opportunity to assess to what extent the predicted toxicity of herbicide mixtures explains the changes in the composition of the phytoplankton community next to other classical limnology parameters such as nutrients. To reach this goal, the gradient of the mixture toxicity of 14 herbicides regularly detected in the lake was calculated, using concentration addition and response addition models. A decreasing temporal gradient of toxicity was observed from 2004 to 2009. Redundancy analysis and partial redundancy analysis showed that this gradient explains a significant portion of the variation in phytoplankton community composition, even when having removed the effect of all other co-variables. Moreover, some species that were revealed to be influenced positively or negatively, by the decrease of toxicity in the lake over time, showed similar behaviors in mesocosms studies. It could be concluded that the herbicide mixture toxicity is one of the key parameters to explain phytoplankton changes in Lake Geneva. To conclude, different methods exist to predict the risk of mixture in the ecosystems. But their reliability varies depending on the underlying hypotheses. One should therefore carefully consider these hypotheses, as well as the limits of the approaches, before using the results for environmental risk management

Structural description of humic substances from subtropical coastal environments using elemental analysis, FT-IR and C-13-solid state NMR data

Elemental composition and spectroscopic properties (FT-IR and CP/MAS C-13-NMR) of sedimentary humic substances (HS) from aquatic subtropical environments (a lake, an estuary and two marine sites) are investigated. Humic acids (HA) are relatively richer in nitrogen and in aliphatic chains than fulvic acids (FA) from the same sediments. Conversely, FA are richer in carboxylic groups and in ring polysaccharides than HA. Nitrogen is mostly present as amide groups and for lake and marine HS the FT-IR peaks around 1640 cm(-1) and 1540 cm(-1) identify polypeptides. Estuarine HS exhibit mixed continental-marine influences, these being highly influenced by site location. Overall, the data suggest that aquatic and mixed HS are more aliphatic than has been proposed in current models and also that amide linkages form an important part of their structural configuration.

Characterization of humic-rich hydrocolloids and their metal species by means of competing ligand and metal exchange - an on-site approach

An improved on-site characterization of humic-rich hydrocolloids and their metal species in aquatic environments was the goal of the present approach. Both ligand exchange with extreme chelators ( diethylenetetraaminepentaacetic acid ( DTPA), ethylendiaminetetraacetic acid ( EDTA)) and metal exchange with strongly competitive cations (Cu(II)) were used on-site to characterize the conditional stability and availability of colloidal metal species in a humic-rich German bogwater lake ( Venner Moor, Munsterland). A mobile time-controlled tangential-flow ultrafiltration technique (cut-off: 1 kDa) was applied to differentiate operationally between colloidal metal species and free metal ions, respectively. DOC ( dissolved organic carbon) and metal determinations were carried out off-site using a home-built carbon analyzer and conventional ICP-OES ( inductively-coupled plasma-optical emission spectrometry), respectively. From the metal exchange equilibria obtained on-site the kinetic and thermodynamic stability of the original metal species ( Fe, Mn, Zn) could be characterized. Conditional exchange constants K ex obtained from aquatic metal species and competitive Cu(II) ions follow the order Mn > Zn >> Fe. Obviously, Mn and Zn bound to humic-rich hydrocolloids are very strongly competed by Cu( II) ions, in contrast to Fe which is scarcely exchangeable. The exchange of aquatic metal species (e.g. Fe) by DTPA/EDTA exhibited relatively slow kinetics but rather high metal availabilities, in contrast to their Cu(II) exchange.

Verrucomicrobia in situ abundance and water chemistry in a humic lake during the year 2000

Members of the highly diverse bacterial phylum Verrucomicrobia are globally distributed in various terrestrial and aquatic habitats. They are key players in soils, but little is known about their role in aquatic systems. Thus, we applied newly designed 16S rRNA-targeted probe set for the identification of Verrucomicrobia and of clades within this phylum to a study concerning the seasonal abundance of Verrucomicrobia in waters of the humic lake Große Fuchskuhle (Germany) by catalyzed reporter deposition fluorescence in situ hybridization. The Lake Große Fuchskuhle is located in the large Mecklenburg-Brandenburg lake district near Berlin (53°10'N, 13°02'E). The lake was artificially divided into four basins (northwest, northeast, southwest, and southeast). We chose the two most contrasting basins, the acidotrophic humic southwestern (SW) basin with a high influx of allochthonous dissolved organic carbon (DOC) and the more mesotrophic northeastern (NE) basin, to study abundance and seasonality of Verrucomicrobia. Lake water was collected from depths of 0.5 m (oxic) and 4.5 m (seasonally anoxic) approximately trimonthly in 2000 (March, June, September and December). The lake hosted diverse Verrucomicrobia clades in all seasons. Either Spartobacteria (up to 19%) or Opitutus spp. (up to 7%) dominated the communities, whereas Prosthecobacter spp. were omnipresent in low numbers (<1%). Verrucomicrobial abundance and community composition varied between the seasons, and between more and less humic basins, but were rather stable in oxic and seasonally anoxic waters.

Photo-dissolution of flocculent, detrital material in aquatic environments: Contributions to the dissolved organic matter pool

This study shows that light exposure of flocculent material (floc) from the Florida Coastal Everglades (FCE) results in significant dissolved organic matter (DOM) generation through photo-dissolution processes. Floc was collected at two sites along the Shark River Slough (SRS) and irradiated with artificial sunlight. The DOM generated was characterized using elemental analysis and excitation emission matrix fluorescence coupled with parallel factor analysis. To investigate the seasonal variations of DOM photo-generation from floc, this experiment was performed in typical dry (April) and wet (October) seasons for the FCE. Our results show that the dissolved organic carbon (DOC) for samples incubated under dark conditions displayed a relatively small increase, suggesting that microbial processes and/or leaching might be minor processes in comparison to photo-dissolution for the generation of DOM from floc. On the other hand, DOC increased substantially (as much as 259 mgC gC−1) for samples exposed to artificial sunlight, indicating the release of DOM through photo-induced alterations of floc. The fluorescence intensity of both humic-like and protein-like components also increased with light exposure. Terrestrial humic-like components were found to be the main contributors (up to 70%) to the chromophoric DOM (CDOM) pool, while protein-like components comprised a relatively small percentage (up to 16%) of the total CDOM. Simultaneously to the generation of DOC, both total dissolved nitrogen and soluble reactive phosphorus also increased substantially during the photo-incubation period. Thus, the photo-dissolution of floc can be an important source of DOM to the FCE environment, with the potential to influence nutrient dynamics in this system.

Aquatic Toxicity Of Dyes Before And After Photo-fenton Treatment.

This study evaluated the ecotoxicity of five dyes to freshwater organisms before and during their photo-Fenton degradation. EC50 (48h) of the five tested dyes ranged from of 6.9 to >1000mgL(-1) for Daphnia similis. In the chronic tests IC50 (72h) varied from 65 to >100mgL(-1) for Pseudokirchneriella subcapitata and IC50 (8 days) from 0.5 to 410mgL(-1) for Ceriodaphnia dubia. Toxicity tests revealed that although the applied treatment was effective for decolorization of the dye, the partial mineralization may be responsible for the presence of degradation products which can be either more toxic than the original dye, as is the case of Vat Green 3 and Reactive Black 5, lead to initially toxic products which may be further degraded to non toxic products (acid Orange 7 and Food Red 17), or generate non toxic products as in the case of Food Yellow 3. The results highlighted the importance of assessing both acute and chronic toxicity tests of treated sample before effluent discharge.

Engineered Nanoparticles And Organic Matter: A Review Of The State-of-the-art.

Growth in the development and production of engineered nanoparticles (ENPs) in recent years has increased the potential for interactions of these nanomaterials with aquatic and terrestrial environments. Carefully designed studies are therefore required in order to understand the fate, transport, stability, and toxicity of nanoparticles. Natural organic matter (NOM), such as the humic substances found in water, sediment, and soil, is one of the substances capable of interacting with ENPs. This review presents the findings of studies of the interaction of ENPs and NOM, and the possible effects on nanoparticle stability and the toxicity of these materials in the environment. In addition, ENPs and NOM are utilized for many different purposes, including the removal of metals and organic compounds from effluents, and the development of new electronic sensors and other devices for the detection of active substances. Discussion is therefore provided of some of the ways in which NOM can be used in the production of nanoparticles. Although there has been an increase in the number of studies in this area, further progress is needed to improve understanding of the dynamic interactions between ENPs and NOM.

Capillary electrophoresis (CE): a powerful tool to characterize humic acid (HA)

The present study evaluates the possibility of eliminating the purification steps involved in the characterization of HA by capillary zone electrophoresis (CZE). The HAs of various sources were analyzed, showing different electropherograms by CZE, which depend on the charge and size of HA. The data suggest that the purification of the sample is not necessary to characterize HAs. Based on the results, CZE showed to be a promising tool to characterize HA of different origins without the purification step of the sample.

Environmental stresses inhibit splicing in the aquatic fungus Blastocladiella emersonii

Background: Exposure of cells to environmental stress conditions can lead to the interruption of several intracellular processes, in particular those performed by macromolecular complexes such as the spliceosome. Results: During nucleotide sequencing of cDNA libraries constructed using RNA isolated from B. emersonii cells submitted to heat shock and cadmium stress, a large number of ESTs with retained introns was observed. Among the 6,350 ESTs obtained through sequencing of stress cDNA libraries, 181 ESTs presented putative introns (2.9%), while sequencing of cDNA libraries from unstressed B. emersonii cells revealed only 0.2% of ESTs containing introns. These data indicate an enrichment of ESTs with introns in B. emersonii stress cDNA libraries. Among the 85 genes corresponding to the ESTs that retained introns, 19 showed more than one intron and three showed three introns, with intron length ranging from 55 to 333 nucleotides. Canonical splicing junctions were observed in most of these introns, junction sequences being very similar to those found in introns from genes previously characterized in B. emersonii, suggesting that inhibition of splicing during stress is apparently a random process. Confirming our observations, analyses of gpx3 and hsp70 mRNAs by Northern blot and S1 protection assays revealed a strong inhibition of intron splicing in cells submitted to cadmium stress. Conclusion: In conclusion, data indicate that environmental stresses, particularly cadmium treatment, inhibit intron processing in B. emersonii, revealing a new adaptive response to cellular exposure to this heavy metal.

Sensor arrays to detect humic substances and Cu(II) in waters

The interaction between poly(o-ethoxyaniline) (POEA) adsorbed onto solid substrates and humic substances (HS) and Cu(2+) ions has been investigated using UV-vis spectroscopy and atomic force microscopy (AFM). Both HS and Cu(2+) are able to dope POEA and change film morphology. This interaction was exploited in a sensor array made with nanostructured films of POEA, sulfonated lignin and HS, which could detect small concentrations of HS and Cu(2+) in water. (C) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.

Probing the hormonal activity of fractionated molecular humic components in tomato auxin mutants

We progressively reduced the complexity of humic matter by a mild sequential removal of unbound or free components, weakly, and strongly bound molecules. The auxin-like response of residues from each step was tested using tomato (cv. Micro-Tom) seedlings expressing DR5 auxin synthetic promoter fused to the beta-glucuronidase (GUS) reporter gene and the low auxin-sensitivity diageotropica (dgt) mutant. Both exogenous auxin and humic matter promoted lateral root emergence in the control, but failed to induce lateral roots in the dgt mutant. When strongly bound components were removed from humic matter by breaking the ester and ether bonds, the humic residues lost their ability to induce the DR5

Effects of sewage sludge amendment on the properties of two Brazilian oxisols and their humic acids

The effect of sewage sludge (SS) amendment on the general properties of the top layers of a sandy and a clayey oxisols and on the nature of their humic acid (HA) fractions was evaluated by chemical and physico-chemical techniques. The amended soils, especially the sandy soil, benefited of SS amendment by increasing their pH to above neutrality and enhancing the contents of C, N, P, and Ca and cation exchange capacity. The SS-HA-like sample showed larger H and N contents and a greater aliphatic character and humification degree than the HAs isolated from non-amerided soils. The composition and structure of amended soil HAs were affected by SS application as a function of soil type and layer. In particular, N-containing groups and aliphatic structures of SS-HA-like sample appears to be partially incorporated in the amended soil HAs, and these effects were more evident in the HAs from the sandy oxisol. (C) 2007 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Characterization of humic substances in salt marsh soils under sea rush (Juncus maritimus)

Humic substances (HS) from salt marsh soils were characterized and the relationships among HS composition and some geochemical factors were analysed. For this, three salt marshes with the same vegetation cover (Juncus maritimus), but with different geochemical characteristics, were selected. The qualitative characterization of the soil humic acids and fulvic acids was carried out by elemental analysis, FTIR spectroscopy, fluorescence spectroscopy and VACP/MAS (13)C NMR spectroscopy. HS from salt marsh soils under sea rush (Juncus maritimus) displayed some shared characteristics such as low degree of humification, low aromatic content and high proportion of labile compounds, mainly polysaccharides and proteins. However, although the three salt marsh soils under study were covered by the same type of vegetation, the HS showed some important differences. HS composition was found to be determined not only by the nature of the original organic material, but also by environmental factors such as soil texture, redox conditions and tidal influence. In general. an increase in the humification process appeared to be related to aerobic conditions and predominance of sand in the mineral fraction of the soil, while the preservation of labile organic compounds may be associated with low redox potential values and fine soil texture. (C) 2008 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Calcium: magnesium ratio in amendments of soil acidity: nutrition and initial development of corn plants in a Humic Alic Cambisol

The variation in the Ca:Mg ratio in amendments used to neutralize soil acidity is one way of altering the availability of those nutrients to the plants in acid soils. The objective of the work was to evaluate the effect of different proportions of calcium and magnesium in the form of CaCO(3) and MgCO(3) Oil the nutrient uptake, and initial production of dry matter by corn plants. The study was carried out in greenhouse conditions, in Lages, SC, with a completely randomized experimental design, with three replications. The treatments were the application of equivalent to 21.0 t ha(-1) of lime, using mixtures of CaCO(3) and MgCO(3) in several proportions to obtain different Ca:Mg ratios (1: 1, 2:1, 4:1, 8:1, 16:1 and 32:1), on a Humic Alic Cambisol, with 310 g kg(-1) of clay. The application of treatments caused the following Ca:Mg ratios in the CEC: 1. 1: 1, 2.1:1, 4.0:1, 8.1:1, 16.4:1 and 31.8:1. The high concentrations of exchangeable Ca in soil caused by addition of lime with high Ca content inhibited the uptake of Mg and K by the corn plants. The increase in the soil Ca:Mg ratio reduced the dry matter production and height of plants in the initial stage of development.