Ammonia volatilization in no-till system in the south-central region of the State of Paraná, Brazil

Ammonia (NH3) volatilization can reduce the efficiency of urea applied to the surface of no-till (NT) soils. Thus, the objectives of this study were to evaluate the magnitude of NH3 losses from surface-applied urea and to determine if this loss justifies the urea incorporation in soil or its substitution for other N sources under the subtropical climatic conditions of South-Central region of Paraná State, Brazil. The experiment, performed over four harvesting seasons in a clayey Hapludox followed a randomized block design with four replicates. A single dose of N (150 kg ha-1) to V5 growth stage of corn cultivated under NT system was applied and seven treatments were evaluated, including surface-applied urea, ammonium sulfate, ammonium nitrate, urea with urease inhibitor, controlled-release N source, a liquid N source, incorporated urea, and a control treatment with no N application. Ammonia volatilization was evaluated for 20 days after N application using a semi-open static system. The average cumulative NH3 loss due to the superficial application of urea was low (12.5 % of the applied N) compared to the losses observed in warmer regions of Southeastern Brazil (greater than 50 %). The greatest NH3 losses were observed in dry years (up to 25.4 % of the applied N), and losses decreased exponentially as the amount of rainfall after N application increased. Incorporated urea and alternative N sources, with the exception of controlled-release N source, decreased NH3 volatilization in comparison with surface-applied urea. Urea incorporation is advantageous for the reduction of NH3 volatilization; however, other aspects as its low operating efficiency should be considered before this practice is adopted. In the South-Central region of Paraná, the low NH3 losses from the surface-applied urea in NT system due to wet springs and mild temperatures do not justify its replacement for other N sources.

Enzymatic activity measured by microcalorimetry in soil amended with organic residues

Enzymatic activity is an important property for soil quality evaluation. Two sequences of experiments were carried out in order to evaluate the enzymatic activity in a soil (Rhodic Eutrudox) amended with cattle manure, earthworm casts, or sewage sludges from the municipalities of Barueri and Franca. The activity of commercial enzymes was measured by microcalorimetry in the same soil samples after sterilization. In the first experiment, the enzyme activities of cellulase, protease, and urease were determined in the soil samples during a three month period. In the second sequence of experiments, the thermal effect of the commercial enzymes cellulase, protease, and urease on sterilized soil samples under the same tretaments was monitored for a period of 46 days. The experimental design was randomized and arranged as factorial scheme in five treatments x seven samplings with five replications. The treatment effects were statistically evaluated by one-way analysis of variance. Tukey´s test was used to compare means at p < 0.05. The presence of different sources of organic residues increased the enzymatic activity in the sampling period. Cattle manure induced the highest enzymatic activity, followed by municipal sewage sludge, whereas earthworm casts induced the lowest activity, but differed from control treatment. The thermal effect on the enzyme activity of commercial cellulase, protease, and urease showed a variety of time peaks. These values probably oscillated due to soil physical-chemical factors affecting the enzyme activity on the residues.

Indicadores microbianos de qualidade do solo em diferentes sistemas de manejo

A atividade agrícola, mediante diferentes práticas de manejo, pode alterar a capacidade produtiva do solo. Assim, há necessidade de se avaliar o impacto de uma determinada prática sobre o solo. Este trabalho analisou diversos atributos microbianos para avaliar a qualidade do solo submetido a diferentes sistemas de preparo e de culturas, em relação a um sistema referência. Os atributos analisados foram a atividade das enzimas β-glicosidase, urease, fosfatase ácida e arilsulfatase, juntamente com a determinação da atividade respiratória e da biomassa da microbiota do solo. Os sistemas de manejo avaliados foram os preparos de solo direto (PD) e convencional (PC), e os sistemas de culturas foram duas rotações e pousio no inverno. Além desses sistemas, foi avaliado também o campo natural (CN) - este considerado como condição original do solo para a realização de comparações entre os diferentes manejos. As análises foram realizadas em quatro períodos distintos, ao longo de dois anos agrícolas. Os resultados, nas quatro avaliações, indicaram que a atividade das enzimas, assim como a biomassa e a respiração microbianas, foi menor no PC em relação aos demais sistemas, enquanto o CN e o PD tenderam a apresentar resultados semelhantes, indicando a capacidade do PD em manter a qualidade original do solo. Por sua vez, os sistemas de culturas avaliados não influenciaram significativamente os atributos avaliados.

Volatilização de amônia da ureia alterada por sistemas de preparo de solo e plantas de cobertura invernais no Centro-Sul do Paraná

O sistema plantio direto (PD) intensifica as perdas de N da ureia por volatilização, em comparação ao preparo convencional (PC). O objetivo deste estudo foi avaliar a magnitude desse efeito nas condições de temperatura amena e primavera chuvosa da região Centro-Sul do Paraná, bem como avaliar a influência de diferentes plantas de cobertura invernais (aveia-branca e ervilhaca comum) nas perdas de amônia (NH3) em PD. O estudo sobre o efeito dos preparos de solo foi realizado em experimento de longa duração (28 anos), e a avaliação das plantas de cobertura foi feita em experimento implantado especificamente com esse fim em área em PD por longo período (> 15 anos). Em ambos os experimentos cultivou-se milho. A ureia foi aplicada nas doses de 0, 80 e 160 kg ha-1 de N em apenas uma aplicação no experimento de preparos, e nas doses de 0, 100 e 200 kg ha-1 de N, divididas em duas aplicações, no experimento de plantas de cobertura. A volatilização de amônia foi avaliada durante 20 dias após a aplicação da ureia, utilizando coletores semiabertos estáticos. A atividade da urease no solo foi avaliada em ambos os experimentos. As maiores taxas de perda de NH3 ocorreram nos cinco dias que sucederam à aplicação de ureia. As perdas acumuladas atingiram 18 % da dose aplicada no PD e 3 % no PC, e as maiores perdas no PD podem ser parcialmente relacionadas à maior atividade da urease na camada superficial do solo. A volatilização de amônia não foi alterada pelo tipo de planta de cobertura. O parcelamento da adubação nitrogenada em cobertura por si só não garante a diminuição das perdas de N por volatilização, a qual é relacionada à ocorrência de chuva no período imediatamente posterior à aplicação da ureia.

Chemical and biochemical properties of Araucaria angustifolia (Bert.) Ktze. forest soils in the state of São Paulo

Araucaria angustifolia, commonly named Araucaria, is a Brazilian native species that is intensively exploited due to its timber quality. Therefore, Araucaria is on the list of species threatened by extinction. Despite the importance of soil for forest production, little is known about the soil properties of the highly fragmented Araucaria forests. This study was designed to investigate the use of chemical and biological properties as indicators of conservation and anthropogenic disturbance of Araucaria forests in different sampling periods. The research was carried out in two State parks of São Paulo: Parque Estadual Turístico do Alto do Ribeira and Parque Estadual de Campos de Jordão. The biochemical properties carbon and nitrogen in microbial biomass (MB-C and MB-N), basal respiration (BR), the metabolic quotient (qCO2) and the following enzyme activities: β-glucosidase, urease, and fluorescein diacetate hydrolysis (FDA) were evaluated. The sampling period (dry or rainy season) influenced the results of mainly MB-C, MB-N, BR, and qCO2. The chemical and biochemical properties, except K content, were sensitive indicators of differences in the conservation and anthropogenic disturbance stages of Araucaria forests. Although these forests differ in biochemical and chemical properties, they are efficient in energy use and conservation, which is shown by their low qCO2, suggesting an advanced stage of succession.

Urea coated with oxidized charcoal reduces ammonia volatilization

Urea is the most consumed nitrogen fertilizer in the world. However, its agronomic and economic efficiency is reduced by the volatilization of NH3, which can reach 78 % of the applied nitrogen. The coating of urea granules with acidic compounds obtained by charcoal oxidation has the potential to reduce the volatilization, due to the acidic character, the high buffering capacity and CEC. This work aimed to evaluate the effect of HNO3-oxidized carbon on the control of NH3 volatilization. These compounds were obtained by oxidation of Eucalyptus grandis charcoal, produced at charring temperatures of 350 and 450 ºC, with 4.5 mol L-1 HNO3. The charcoal was oxidized by solubilization in acidic or alkaline medium, similar to the procedure of soil organic matter fractionation (CHox350 and CHox450). CHox was characterized by C, H, O, N contents and their respective atomic relations, by the ratio E4 (absorbance 465 nm) by E6 (absorbance 665 nm), and by active acidity and total acidity (CEC). The inhibitory effect of CHox on the urease activity of Canavalia ensiformis was assessed in vitro. The NH3 volatilization from urea was evaluated with and without coating of oxidized charcoal (U-CHox350 or U-CHox450) in a closed system with continuous air flow. The pH of both CHox was near 2.0, but the total acidity of CHox350 was higher, 72 % of which was attributed to carboxylic groups. The variation in the ionization constants of CHox350 was also greater. The low E4/E6 ratios characterize the high stability of the compounds in CHox. CHox did not inhibit the urease activity in vitro, although the maximum volatilization peak from U-CHox450 and U-CHox350 occurred 24 h after that observed for uncoated urea. The lowest volatilization rate was observed for U-CHox350 as well as a 43 % lower total amount of NH3 volatilized than from uncoated urea.

Microbiological and biochemical properties of an agricultural Mexican soil amended with sewage sludge

The application of sewage sludge is a concern because it may affect the quality of organic matter and microbiological and biochemical soil properties. The effects of surface application of sewage sludge to an agricultural soil (at 18 and 36 t ha-1 dry basis) were assessed in one maize (Zea mays L.) growing season. The study evaluated microbial biomass, basal respiration and selected enzymatic activities (catalase, urease, acid and alkaline phosphatase, and β-glucosidase) 230 days after sewage sludge application and infrared spectroscopy was used to assess the quality of dissolved organic matter and humic acids. Sewage sludge applications increased the band intensity assigned to polysaccharides, carboxylic acids, amides and lignin groups in the soil. The organic matter from the sewage sludge had a significant influence on the soil microbial biomass; nevertheless, at the end of the experiment the equilibrium of the soil microbial biomass (defined as microbial metabolic quotient, qCO2) was recovered. Soil urease, acid and alkaline phosphatase activity were strongly influenced by sewage sludge applications.

Atributos bioquímicos e químicos do solo rizosférico e não rizosférico de culturas em rotação no sistema de semeadura direta

Sistemas autossustentáveis favorecem as populações microbianas devido à conservação e ao aumento da matéria orgânica no solo. Além disso, as plantas que fazem parte desses sistemas promovem o efeito rizosférico, por meio da zona de influência das raízes, que resulta no aumento da atividade e na modificação da população microbiana. O objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito da rotação de culturas de inverno sobre sequências de verão, em sistema de semeadura direta, nos atributos bioquímicos (amilase, urease, celulase e protease) e químicos (carbono orgânico total - COT, carboidratos totais e proteínas totais) em solo rizosférico (SR) e não rizosférico (SNR). Este estudo foi constituído de três culturas de inverno: milho (Zea mays L.), girassol (Helianthus anuus L.) e guandu (Cajanus cajan (L.) Millsp), que estavam em rotação sobre três sequências de verão: soja/soja (Glycine max L.), milho/milho e soja/milho, e duas posições no solo: solo aderido às raízes das plantas (SR) e solo da entrelinha de plantio (SNR). As atividades da amilase, celulase, protease e urease no SR foram 16, 85, 62 e 100 % maiores do que no SNR; para COT e proteínas totais a diferença foi de 21 %. Das culturas de inverno, o milho foi a que mais estimulou as atividades das enzimas amilase, celulase, urease e protease no SR, bem como a atividade das enzimas amilase, urease e protease no SNR. De modo geral, os teores de proteínas totais não foram influenciados pelas culturas de inverno e pelas sequências de verão; os carboidratos totais foram influenciados pelas culturas de inverno milho e girassol. Para o COT houve influência apenas da sequência de verão milho/milho. Os atributos bioquímicos e químicos avaliados neste estudo podem ser utilizados como indicadores das alterações no solo promovidas pelas culturas de inverno e pelas sequências de verão.

Volatilização de amônia oriunda de ureia pastilhada com micronutrientes em ambiente controlado

Novas tecnologias com o intuito de minimizar as perdas de N-NH3 por volatilização devem ser desenvolvidas para aumentar a eficiência de uso do N-ureia. A incorporação de boro e cobre na ureia pode reduzir esses efeitos por meio da inibição da atividade da urease. O experimento foi conduzido em casa de vegetação, onde foram aplicados diferentes fertilizantes nitrogenados (ureia pastilhada com e sem boro e cobre, sulfato de amônio, ureia com inibidor da urease NBPT, ureia granulada e ureia revestida com boro e cobre) na superfície de um Planossolo Háplico contido em bandejas (0,1 m² de área e 10 cm de profundidade), em dose equivalente a 200 kg ha-1 de N. Foram avaliadas as perdas de N-NH3 por volatilização durante 18 dias, com o auxílio de um coletor semiaberto. A adição de cobre e boro no processo de pastilhamento da ureia reduziu as perdas de amônia por volatilização em até 54 %, quando comparado com a ureia granulada comercial, comprovando ser eficiente contra as perdas de N-NH3 por volatilização.

Nitrogênio, carbono e compactação do solo como fatores limitantes do processo de recuperação de matas ciliares

A recuperação de áreas de floresta, principalmente de matas ciliares, tornou-se fator-chave para a adequação ambiental da agricultura, com o propósito de proteger os recursos hídricos e a biota. Entretanto, o cultivo agrícola tradicional, além de ter alterado a ciclagem de nutrientes com a perda de matéria orgânica, biomassa e atividade microbiana, causou também a compactação do solo, o que influencia a posterior implantação de reflorestamentos. O objetivo deste trabalho foi identificar quais atributos do solo (físicos, químicos e microbiológicos) mais influenciam o teor de C, N, P e umidade da serapilheira em áreas de mata ciliar com diferentes idades de recuperação (20, 10 e cinco anos), em comparação com uma área nativa (NT). A partir da ANOVA e dos testes de médias (Duncan) e correlação (Pearson), foram verificados quais atributos acompanham o tempo de recuperação e qual a relação entre eles. A análise multivariada de partição da inércia a partir da análise de redundância (pRDA) foi feita a fim de identificar quais atributos do solo foram mais importantes para discriminar entre as áreas, com base nos teores de C, N, P e umidade da serapilheira encontrados nessas áreas. Maior relação C/N da serapilheira foi encontrada nas áreas de 20 (26,8) e de cinco (29,9) anos. Entre os atributos microbiológicos avaliados, observou-se que a respiração basal do solo (C-CO2), o carbono da biomassa microbiana (CBM) e a atividade das enzimas desidrogenase e urease foram diretamente proporcionais ao aumento da idade das áreas. O C e N totais do solo, o N-NO3, o nitrogênio da biomassa microbiana (NBM), a atividade das enzimas desidrogenase e urease, bem como a macroporosidade correlacionaram-se positivamente e a microporosidade, negativamente, com o C e N da serapilheira. A partir da pRDA, o NBM e o carbono total do solo foram os atributos mais importantes para explicar o teor de N e C da serapilheira; a explicação compartilhada foi mais da metade de toda a explicação observada ou 28,2 %. A melhoria das condições físicas do solo e a adição de matéria orgânica que resultam na formação de uma serapilheira mais rica em N pode ser uma forma de melhorar as condições microbiológicas e químicas do solo e de acelerar o processo de recuperação.

Evaluation of ammonia volatilization losses by adjusted parameters of a logistic function

The dynamics of N losses in fertilizer by ammonia volatilization is affected by several factors, making investigation of these dynamics more complex. Moreover, some features of the behavior of the variable can lead to deviation from normal distribution, making the main commonly adopted statistical strategies inadequate for data analysis. Thus, the purpose of this study was to evaluate the patterns of cumulative N losses from urea through ammonia volatilization in order to find a more adequate and detailed way of assessing the behavior of the variable. For that reason, changes in patterns of ammonia volatilization losses as a result of applying different combinations of two soil classes [Planossolo and Chernossolo (Typic Albaqualf and Vertic Argiaquolls)] and different rates of urea (50, 100 and 150 kg ha-1 N), in the presence or absence of a urease inhibitor, were evaluated, adopting a 2 × 3 × 2 factorial design with four replications. Univariate and multivariate analysis of variance were performed using the adjusted parameter values of a logistic function as a response variable. The results obtained from multivariate analysis indicated a prominent effect of the soil class factor on the set of parameters, indicating greater relevance of soil adsorption potential on ammonia volatilization losses. Univariate analysis showed that the parameters related to total N losses and rate of volatilization were more affected by soil class and the rate of urea applied. The urease inhibitor affected only the rate and inflection point parameters, decreasing the rate of losses and delaying the beginning of the process, but had no effect on total ammonia losses. Patterns of ammonia volatilization losses provide details on behavior of the variable, details which can be used to develop and adopt more accurate techniques for more efficient use of urea.

Hygroscopicity and ammonia volatilization losses from nitrogen sources in coated urea

Hygroscopic fertilizers tend to absorb moisture from the air and may have undesirable characteristics such as moistness, clumping and lower fluidity, hampering the application. The increasing use of urea is due to its numerous advantages, although this nitrogen (N) source is highly susceptible to volatilization losses, particularly when applied to the soil surface of management systems with conservation of crop residues. The volatilization losses can be minimized by slow or controlled-release fertilizers, with controlled water solubility of the urea-coating materials; and by stabilized fertilizers, which prolong the period during which N remains in the amide or ammonia forms by urease inhibitors. This study evaluated the hygroscopicity of and ammonia volatilization from urea coated with boric acid and copper sulfate or with sulfur. The hygroscopicity of the sources was evaluated over time after exposure to five levels of relative humidity (RH) and volatilization evaluated after application to the soil surface covered with sugarcane trash. Ammonium nitrate has a low potential for volatilization losses, but is highly hygroscopic. Although coating with boric acid and copper sulfate or elemental sulfur reduced the critical humidity level of urea, the delay in the volatilization process is a potential positive factor.

Ammonia volatilization from nitrogen fertilizers in no-till wheat and maize in southern Brazil

Crop residues on the soil surface of no-till systems can intensify ammonia volatilization from N fertilizers applied to cereal crops. This study assessed the magnitude of N losses through ammonia volatilization from urea applied to no-till winter (wheat) and summer crops (maize) on a Typic Hapludox in the south-central region of Paraná, southern Brazil. In addition, the potential of alternative N sources (urea with urease inhibitor, liquid fertilizer, ammonium nitrate and ammonium sulfate) and different urea managements (fertilizer applied in the morning or afternoon) were evaluated. Two experiments with maize and wheat were carried out for two years, arranged in a randomized block design with four replications. Nitrogen volatilization losses were assessed with a semi-open static collector until 21 days after fertilization. In winter, the losses were low (<5.5 % of applied N) for all N sources, which were not distinguishable, due to the low temperatures. In the summer, volatilization rates from urea were higher than in the winter, but did not exceed 15 % of applied N. The main factor decreasing N losses in the summer was the occurrence of rainfall in the first five days after fertilization. Urea with urease inhibitor, nitrate and ammonium sulfate were efficient to decrease ammonia volatilization in maize, whereas the application time (morning or afternoon) had no influence.

PAR2 Promotes Vaccine-Induced Protection Against Helicobacter Infection in Mice.

BACKGROUND & AIMS: Protective immunization limits Helicobacter infection of mice by undetermined mechanisms. Protease-activated receptor 2 (PAR2) signaling is believed to regulate immune and inflammatory responses. We investigated the role of PAR2 in vaccine-induced immunity against Helicobacter infection. METHODS: Immune responses against Helicobacter infection were compared between vaccinated PAR2(-/-) and wild-type (WT) mice. Bacterial persistence, gastric pathology, and inflammatory and cellular responses were assessed using the rapid urease test (RUT), histologic analyses, quantitative polymerase chain reaction, and flow cytometry, respectively. RESULTS: Following vaccination, PAR2(-/-) mice did not have reductions in Helicobacter felis infection (RUT values were 0.01 ± 0.01 for WT mice and 0.11 ± 0.13 for PAR2(-/-) mice; P < .05). The vaccinated PAR2(-/-) mice had reduced inflammation-induced stomach tissue damage (tissue damage scores were 8.83 ± 1.47 for WT mice and 4.86 ± 1.35 for PAR2(-/-) mice; P < .002) and reduced T-helper (Th)17 responses, based on reduced urease-induced interleukin (IL)-17 secretion by stomach mononuclear cells (5182 ± 1265 pg/mL for WT mice and 350 ± 436 pg/mL for PAR2(-/-) mice; P < .03) and reduced recruitment of CD4(+) IL-17(+) T cells into the gastric mucosa of PAR2(-/-) mice following bacterial challenge (3.7% ± 1.5% for WT mice and 2.6% ± 1.1% for PAR2(-/-) mice; P < .05). In vitro, H felis-stimulated dendritic cells (DCs) from WT mice induced greater secretion of IL-17 by ovalbumin-stimulated OT-II transgenic CD4(+) T cells compared with DCs from PAR2(-/-) mice (4298 ± 347 and 3230 ± 779; P < .04), indicating that PAR2(-/-) DCs are impaired in priming of Th17 cells. Adoptive transfer of PAR2(+/+) DCs into vaccinated PAR2(-/-) mice increased vaccine-induced protection (RUT values were 0.11 ± 0.10 and 0.26 ± 0.15 for injected and noninjected mice, respectively; P < .03). CONCLUSIONS: PAR2 activates DCs to mediate vaccine-induced protection against Helicobacter infection in mice.

FONTES ESTABILIZADAS DE NITROGÊNIO COMO ALTERNATIVA PARA AUMENTAR O RENDIMENTO DE GRÃOS E A EFICIÊNCIA DE USO DO NITROGÊNIO PELO MILHO

A utilização de fontes estabilizadas de N, a partir dos mecanismos de inibição da enzima urease e de inibidores da nitrificação do amônio, pode auxiliar na obtenção de maiores tetos produtivos, contribuindo para a sustentabilidade da atividade agrícola. Este trabalho foi conduzido com o objetivo de avaliar o efeito de diferentes fontes e doses de fertilizantes nitrogenados minerais sobre o rendimento de grãos e a eficiência de uso do N pelo milho. Fez-se o experimento no campo, no município de Lages, SC, onde foi implantado no delineamento de blocos casualizados, dispostos em parcelas subdivididas. Na parcela principal, foram avaliadas quatro doses de N em cobertura: 0, 70, 140 e 280 kg ha-1, equivalentes a 0, 25, 50 e 100 % da dose recomendada para obter 18.000 kg ha-1 de grãos. Para cada dose, foram testadas, nas subparcelas, quatro fontes de N mineral: nitrato de amônio, ureia comum, ureia com inibidor da enzima urease e ureia com inibidor da nitrificação do amônio. O experimento foi implantado nos dias 31/10/2011 e 28/10/2012, no sistema de semeadura direta. O híbrido utilizado foi o P30R50H, semeado na densidade de 90.000 plantas ha-1 e espaçamento entrelinhas de 70 cm. As características agronômicas como teor percentual de N foliar, índice do teor relativo de clorofila e rendimento de grãos aumentaram linearmente com a elevação das doses de N em cobertura; porém, não foram influenciadas pelas fontes de adubação nitrogenada. A eficiência de uso do N diminuiu com o incremento das doses de N em cobertura no primeiro ano de execução do trabalho. Não houve diferenças entre as quatro fontes, quanto à eficiência de uso do N. A utilização da ureia contendo inibidor da enzima urease e da nitrificação de amônio não aumentou o rendimento de grãos do milho e nem melhorou a eficiência de uso do N, em relação aos fertilizantes nitrogenados convencionais (ureia comum e nitrato de amônio).