Acidity controls on dissolved organic carbon mobility in organic soils

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

Earthworm-produced calcite granules: a new terrestrial palaeothermometer?

In this paper we show for the first time that calcite granules, produced by the earthworm Lumbricus terrestris, and commonly recorded at sites of archaeological interest, accurately reflect temperature and soil water δ18O values. Earthworms were cultivated in an orthogonal combination of two different (granule-free) soils moistened by three types of mineral water and kept at three temperatures (10, 16 and 20 ºC) for an acclimatisation period of three weeks followed by transfer to identical treatments and cultivation for a further four weeks. Earthworm-secreted calcite granules were collected from the second set of soils. δ18O values were determined on individual calcite granules (δ18Oc) and the soil solution (δ18Ow). The δ18Oc values reflect soil solution δ18Ow values and temperature, but are consistently enriched by 1.51 (±0.12) ‰ in comparison to equilibrium in synthetic carbonates. The data fit the equation 1000 ln α = [20.21 ± 0.92] (103 T-1) - [38.58 ± 3.18] (R2 = 0.95; n = 96; p < 0.0005). As the granules are abundant in modern soils, buried soils and archaeological contexts, and can be dated using U-Th disequilibria, the developed palaeotemperature relationship has enormous potential for application to Holocene and Pleistocene time intervals.

Genetic responses to phosphorus deficiency

Background: Phosphorus (P) is an essential macronutrient for plants. Plants take up P as phosphate (Pi) from the soil solution. Since little Pi is available in most soils, P fertilizers are applied to crops. However, the use of P fertilizers is unsustainable and may cause pollution. Consequently, there is a need to develop more P-use-efficient (PUE) crops and precise methods to monitor crop P-status. Scope: Manipulating the expression of genes to improve the PUE of crops could reduce their P fertilizer requirement. This has stimulated research towards the identification of genes and signalling cascades involved in plant responses to P deficiency. Genes that respond to P deficiency can be grouped into 'early' genes that respond rapidly and often non-specifically to P deficiency, or 'late' genes that impact on the morphology, physiology or metabolism of plants upon Prolonged P deficiency. Summary: The use of micro-array technology has allowed researchers to catalogue the genetic responses of plants to P deficiency. Genes whose expression is altered by P deficiency include various transcription factors, which are thought to coordinate plant responses to P deficiency, and other genes involved in P acquisition and tissue P economy. Several common cis-regulatory elements have been identified in the promoters of these genes, suggesting that their expression might be coordinated. It is suggested that knowledge of the genes whose expression changes in response to P deficiency might allow the development of crops with improved PUE, and could be used in diagnostic techniques to monitor P deficiency in crops either directly using 'smart' indicator plants or indirectly through transcript profiling. The development of crops with improved PUE and the adoption of diagnostic technology could reduce production costs, minimize the use of a non-renewable resource, reduce pollution and enhance biodiversity.

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

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

Carbon trading for phosphorus gain: the balance between rhizosphere carboxylates and arbuscular mycorrhizal symbiosis in plant phosphorus acquisition

Two key plant adaptations for phosphorus (P) acquisition are carboxylate exudation into the rhizosphere and mycorrhizal symbioses. These target different soil P resources, presumably with different plant carbon costs. We examined the effect of inoculation with arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) on amount of rhizosphere carboxylates and plant P uptake for 10 species of low-P adapted Kennedia grown for 23 weeks in low-P sand. Inoculation decreased carboxylates in some species (up to 50%), decreased plant dry weight (21%) and increased plant P content (23%). There was a positive logarithmic relationship between plant P content and the amount of rhizosphere citric acid for inoculated and uninoculated plants. Causality was indicated by experiments using sand where little citric acid was lost from the soil solution over 2 h and citric acid at low concentrations desorbed P into the soil solution. Senesced leaf P concentration was often low and P-resorption efficiencies reached >90%. In conclusion, we propose that mycorrhizally mediated resource partitioning occurred because inoculation reduced rhizosphere carboxylates, but increased plant P uptake. Hence, presumably, the proportion of plant P acquired from strongly sorbed sources decreased with inoculation, while the proportion from labile inorganic P increased. Implications for plant fitness under field conditions now require investigation.

Estádios de desenvolvimento e vias de contato e absorção dos herbicidas na inviabilização de tubérculos de Cyperus rotundus

Herbicidas que inviabilizam tubérculos de tiririca (Cyperus rotundus) quando absorvidos nas folhas ou na solução do solo, garantem melhor desempenho para a desinfestação gradativa da área. O objetivo do presente trabalho foi avaliar os estádios de crescimento mais adequados para a aplicação de herbicidas em pós-emergência, além da possibilidade de ação dos principais herbicidas na parte subterrânea da tiririca após aplicação localizada na parte aérea, no solo e sobre ambos os meios. Foram conduzidos dois experimentos em casa de vegetação do Departamento de Fitossanidade da Universidade Estadual Paulista, campus de Jaboticabal-SP. Os resultados do primeiro experimento mostraram que todos os herbicidas estudados (trifloxysulfuron-sodium + ametrine, halosulfuron, sulfentrazone e imazapic) proporcionaram reduções significativas no número de tubérculos viáveis, de forma coerente com suas características de atuação e pela via em que são recomendados. No segundo experimento, as maiores porcentagens de tubérculos afetados na seqüência das cadeias, a partir das manifestações epígeas originais e derivadas, foram obtidas nas aplicações de trifloxysulfuron-sodium + ametrine nos estádios jovem e de pré-florescimento das plantas de tiririca, de halosulfuron no estádio jovem e de glyphosate no de pré-florescimento.

Potássio nas frações texturais de um Latossolo

The aim of this work was to study the distribution of non-exchangeable forms of potassium in different size fractions of an Oxisol, cultivated with banana for two years in plots with and without irrigation (main plot) and varying potassium levels (0, 300, 600 and 900 kg ha(-1) of K(2)O) (sub-plots), in a randomized split-plot block design. It was verified that the highest K levels (exchangeable and non-exchangeable forms) derived from the finest particle size fractions: clay and silt. The K moving trough soil layers was associated with the presence and action of percolating water in the soil profile. The role of irrigation was significant in the distribution of the different K forms in the soil. Irrigated plots showed the best distribution of K from the surface down to 60 cm of depth. Statistical significant effects of the doses of K on the non-exchangeable K Forms could be explained by the translocation of K from Soil solution to Soil exchange complex, and from that to strongly retained forms. Amounts of K absorbed by the plants were greater than the variation of exchangeable K content, suggesting that non-exchangeable forms are being taken up.

Importância do fluxo de massa e difusão no suprimento de potássio ao algodoeiro como variável de água e potássio no solo

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Efeito da calagem e sulfato de amônio no algodão: II - Concentração de cátions e ânions na solução do solo e absorção de nutrientes pelas plantas

No sistema de semeadura direta, o calcário tem sido aplicado superficialmente para evitar o revolvimento do solo. Os ânions adicionados via adubação nitrogenada podem aumentar a solubilização de sais de cátions básicos do solo graças à formação de pares iônicos. O objetivo deste trabalho foi estudar a dinâmica dos ânions NO3- e SO4(2-) e dos cátions NH4+, Ca2+, Mg2+ e K+ da solução do solo, bem como a absorção de nutrientes pelo algodoeiro submetido a distintas formas de aplicação de calcário e diferentes doses de sulfato de amônio em cobertura, cultivado com a presença de palha na superfície do solo. Utilizou-se um Latossolo Vermelho distroférrico de textura média que foi acomodado em vasos com 15,71 dm³. Plantas de algodão (Gossypium hirsutum) foram cultivadas por 60 dias nas condições de calagem superficial sobre a palha, calagem incorporada a 0-20 cm de profundidade e ausência de correção do solo, com a aplicação de doses de sulfato de amônio equivalentes a 0, 50, 100 e 150 kg ha-1 de N em cobertura. Cápsulas porosas foram instaladas para amostragem e quantificação de nutrientes da solução do solo. A concentração de SO4(2-) da solução do solo foi incrementada pela adubação nitrogenada, independentemente da forma de aplicação do calcário. A curto prazo, a nitrificação do NH4+ aplicado foi favorecida somente com a calagem incorporada, apesar de o N nítrico da solução do solo ter aumentado no final do cultivo do algodão até mesmo no solo não corrigido. As concentrações de Ca, Mg e K da solução do solo foram incrementadas pela adubação de cobertura. O ânion SO4(2-) apresentou maior afinidade do que o NO3- na formação de pares iônicos com os cátions básicos da solução do solo. A adubação nitrogenada proporcionou maior eficiência na absorção de Ca e Mg pelo algodoeiro na condição de calagem incorporada.

Liberação de cálcio e magnésio por cápsulas porosas de porcelana usadas na extração de solução do solo

O uso de cápsulas porosas para extração de solução do solo é interessante por ser um ensaio não-destrutivo. Entretanto, persistem dúvidas sobre a liberação de íons da própria cápsula, que podem contaminar a solução extraída. Foram realizados testes na Faculdade de Ciências Agronômicas/UNESP, Botucatu (SP), com o objetivo de verificar a liberação de Ca e de Mg por cápsulas porosas de porcelana. No primeiro, foram empregados quatro tratamentos: T1 - lavagem das cápsulas com água destilada, forçando sua passagem pelas cápsulas, utilizando uma bomba a vácuo; T2 - lavagem das cápsulas com HCl 0,1 mol L-1, forçando sua passagem pelas cápsulas, utilizando uma bomba a vácuo; T3 - lavagem das cápsulas com água destilada, sem vácuo, e T4 - lavagem das cápsulas com HCl 0,1 mol L-1, sem vácuo, em um tempo de imersão de 24 h (para T3 e T4). No segundo teste, as cápsulas tratadas com HCl 0,1 mol L-1 no primeiro teste foram lavadas com água destilada novamente e deixadas de molho em água destilada e deionizada durante 45 min. Após estes procedimentos, as cápsulas foram imersas em água destilada, tomando-se alícotas desta solução para determinação de pH e dos teores de Ca e Mg após contato com as cápsulas por 0; 0,5; 1,0; 2,0; 4,0 e 24 h. Cada tratamento teve quatro repetições. Não se observou liberação significativa de Ca e Mg das cápsulas porosas para a solução, quando foram preparadas utilizando-se da passagem de HCl 0,1 mol L-1 a vácuo e água destilada, e deixadas, a seguir, em água destilada e deionizada durante 4 h.

Possíveis efeitos alelopaticos de Brachiaria decumbens sobre o crescimento inicial de limão cravo (Citrus limonia)

Foram estudados os possíveis efeitos alelopáticos da incorporação da matéria seca da parte aérea de Brachiaria decumbens, ao substrato, nas concentrações de 0, 1,5 e 3,0% (p/p) sobre o crescimento inicial de limão cravo (Citrus limonia Osbeck), em casa-de-vegetação. Foram determinados os parâmetros biométrico s e algumas propriedades físico-químicas da solução do solo. A maior quantidade de matéria seca incorporada causou redução de 44, 42, 57 e 55% das médias da altura, teor de clorofila, área foliar e acúmulo de matéria seca total, respectivamente. O potencial osmótico, pH, condutividade elétrica e os teores de nutrientes da solução do solo foram alterados. Provavelmente, a redução do crescimento observada seja devida a deficiência de N causada por alterações na dinâmica do N-solo em função da incorporação de B. decumbens.

Potencial alelopático de soluções de solo cultivado com Brachiaria brizantha: efeitos sobre a germinação de gramíneas forrageiras e plantas daninhas de pastagens

O objetivo desta pesquisa foi obter informações que possam favorecer o entendimento da atuação dos compostos alelopáticos sobre o banco de sementes do solo e sobre a seleção de plantas invasoras e indicar espécies que favoreçam a renovação dos pastos. Assim, soluções de solo de uma área de pastagem de Brachiaria brizantha cv. Marandu formada há mais de cinco anos foram extraídas para avaliar os efeitos alelopáticos dessa espécie sobre a germinação, a dormência de sementes e o vigor de plântulas de B. brizantha cv. Marandu, Panicum maximum cv. Tanzânia, Sida rhombifolia e Peschiera fuchsiaefolia. O experimento foi instalado e conduzido no Laboratório de Matologia do Departamento de Produção Vegetal da FCA/UNESP - campus de Botucatu-SP. O substrato de germinação foi umedecido com 12 mL dos seguintes tratamentos: solução do solo de uma área cultivada com B. brizantha; solução do solo de uma área sem B. brizantha (mata nativa); água destilada; solução de polietilenoglicol com potencial osmótico idêntico ao da solução do solo sob B. brizantha; e solução de polietilenoglicol com potencial osmótico idêntico ao da solução de solo de uma mata nativa. A porcentagem de sementes normais, mortas, anormais e dormentes de B. brizantha não foi influenciada por nenhuma das soluções testadas, o que evidencia a não-ocorrência de efeito auto-alelopático. Foram verificados possíveis efeitos alelopáticos negativos sobre a porcentagem e velocidade de germinação de P. maximum cv. Tanzânia e sobre o crescimento radicular de S. rhombifolia. Esta última também se mostrou sensível ao efeito alelopático da solução de solo de mata, que promoveu redução no crescimento radicular. P. fuchsiaefolia não foi afetada por nenhuma das soluções testadas.

Dinâmica de nutrientes na solução do solo em pomar fertirrigado de citros

O objetivo deste trabalho foi avaliar a dinâmica de nutrientes na solução do solo após a aplicação, via fertirrigação, de nitrogênio, fósforo e potássio a laranjeiras. O experimento foi realizado entre setembro de 2007 e outubro de 2009, em pomares de laranjeiras 'Valência' e 'Hamlin', enxertadas sobre citrumeleiro 'Swingle'. Foram avaliadas cinco doses de N, P2O5 e K2O (0, 25, 50, 100 e 200% da dose recomendada). A solução do solo foi extraída a 30 e 60 cm de profundidade, com o auxílio de extratores com cápsulas porosas. Foram realizadas 11 avaliações durante o período experimental, com as extrações iniciadas após 12 horas das fertirrigações. O aumento das doses reduziu o pH (pH~3,5, na maior dose), e aumentou a condutividade elétrica (CE~1,5 dS m-1, na maior dose) e os teores de NH4, NO3, P, K, Mn e Zn na solução do solo, nas duas profundidades amostradas. Nos meses com maior precipitação pluvial, houve perda potencial de nutrientes por lixiviação, pois maiores concentrações de NO3, K e B foram observadas à profundidade de 60 cm. A análise da solução do solo, obtida por extratores com cápsula de cerâmica porosa, pode ser considerada ferramenta auxiliar para monitorar e avaliar a disponibilidade de nutrientes às plantas.

Variações no balanço catiônico do solo induzidas pela adubação potássica e efeitos na cultura do alho vernalizado

Avaliaram-se os efeitos das relações (Ca+Mg)/K do solo sobre o desenvolvimento, absorção de nutrientes e produção de bulbos na cultura do alho cv. Roxo Pérola de Caçador conduzindo experimento no período de maio a outubro de 1990 em vasos de cimento amianto contendo 50 kg de terra, em casa de vegetação telada. Os tratamentos consistiram de aplicações de doses de potássio visando atingir relações (Ca+Mg)/K no complexo de troca do solo próximas a 170; 50; 35; 20; 12,5; 7,5; 5,0; 3,5 e 2,0. Verificaram-se aumentos na concentração de K, Ca e Mg na solução do solo proporcionais à elevação do teor de K trocável. As concentrações foliares de K e Mn diminuiram proporcionalmente às relações (Ca+Mg)/K do solo, ocorrendo o inverso com as concentrações de Ca e Mg. A absorção dos demais nutrientes não foi influenciada pelos tratamentos. A relação (Ca+Mg)/K influenciou a produção de bulbos e a altura das plantas durante todo o ciclo, sendo que os menores valores desta relação, caracterizados por excesso de K, inibiram mais o desenvolvimento e a produção de bulbos. A porcentagem de K no complexo de troca, seguida da relação K/(Ca+Mg)1/2 e do K trocável do solo foram os índices que melhor correlacionaram com a produção de bulbos.

Impactos do estresse salino e da cobertura morta nas características químicas do solo e no desenvolvimento do amaranto

Availability of good quality water has been reduced vertiginously, over the last decade, in the world. In some regions, the water resources have high concentration of the dissolved salts, these characteristics of the water make it s use impossible. Water quality can be a limitation for irrigated agriculture, principally in regions of arid or semiarid climate where the water resources are generally saline and are exposed at high evaporation ratio. For that reason, precipitation of the salts occurs near the soil surface and those salts themselves cumulate in the vegetal tissue, reducing the soil fertility and crop production. The adoption of tolerant crop to the water salinity and soil salinity, adaptable to the climatic conditions is other emergent necessity. This work had the goal of studying the effects of four salinity levels of the irrigation water salinity and use of mulch, dried leaves of Forest mangrove (Acacia mangiumWilld), in cultivated soil with amaranth (Amaranthus cruentus, BRS Alegria variety), in greenhouse. It was utilized the transplant of plants to PVC columns, containing 30 kg of silty loam soil, 10 days after emerging, with space of 50 x 50 cm between lines. Treatments were composed by combination of four levels of salinity (0.147; 1.500; 3.000 e 4.500 dS m-1), obtained by addition NaCl (commercial) to irrigation water and soil with and without protection, by mulch. A factorial system 4 x 2 was used with four repetitions, totalizing 32 parcels. The concentrations of nutrients in soil solution have been evaluated, in the dry matter of the vegetal tissue (roots, stem, leaves and raceme residue), at the end of the vegetative cycle. The use of soil protection reduced time for the beginning inflorescence of plants, at the same time, the increase of the salinity delayed this phase of amaranth development. The use of the mulch effectively increased the height, stem diameter, area of the larger leaf, humidity and dry matter content and amaranth grain production. The vegetal species showed salinity tolerance to experimented levels. The adopted treatments did not affect the pH values, exchangeable cation contents, electrical conductivity of soil solution (EC1:5) and saturated extract (ECSE), and Ca+2, Mg+, Fe+2 and Mn+2 contents, in the soil solution. The increase of the salinity concentration in the irrigation water inhibited the mineralization process of the organic matter (OM) and, consequently, the efficiency in the it´s utilization by plants, at the same time, produced increase in the values of the exchangeable sodium percentage (ESP), sodium adsorption ratio (SAR) and potassium adsorption ratio (PAR), in the soil solution. Therefore, the use of the mulch did not affect the first three parameters. The protein and nutrient contents: K+, Ca+2, P, Mg+2 e Cu+2, in amaranth grains, were improved by tillage condition. The raceme residues showed chemical/nutritional composition that makes advantageous its application in animal ration. In this context, it follows that amaranth tolerate the saline stress, of the irrigation water, until 4.500 dS m-1, temperature and relative humidity of the air predominant in the experimental environment