Spectroscopic characterization of the reduction and removal of chromium (VI) by tropical peat and humin

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Adsorption and release of micronutrients by humin extracted from peat samples

The objective of this work was to investigate the adsorption of micronutrients in humin and to verify the ability to release these elements in water. The first step was to determine the adsorption capacity of humin for several essential plant micronutrients and check the kinetic parameters. The order of adsorption was Zn < Ni < Co < Mn < Mo < Cu < Fe, whereas Zn showed maximum values of ca. 2.5 mg g-1 and Fe values of ca. 0.5 mg g-1 for systems containing 1 g of humin. Iron presented higher percentages of release (ca. 100%) and Co the lowest percentages (0.14%). The findings suggested that the use of humin enriched with micronutrients can be a promising alternative for the fertilization of agricultural soils, with the additional benefit of incorporating organic matter present in the form of humic substances into the soil and improving the agricultural productivity. © 2013 Sociedade Brasileira de Química.

Sequential exhaustive extraction of a Mollisol soil, and characterizations of humic components, including humin, by solid and solution state NMR.

A comprehensive sequential extraction procedure was applied to isolate soil organic components using aqueous solvents at different pH values, base plus urea (base-urea), and finally dimethylsulfoxide (DMSO) plus concentrated H2SO4 (DMSO-acid) for the humin-enriched clay separates. The extracts from base-urea and DMSO-acid would be regarded as 'humin' in the classical definitions. The fractions isolated from aqueous base, base-urea and DMSO-acid were characterized by solid and solution state NMR spectroscopy. The base-urea solvent system isolated ca. 10% (by mass) additional humic substances. The combined base-urea and DMSO-acid solvents isolated ca. 93% of total organic carbon from the humin-enriched fine clay fraction (<2 ?m). Characterization of the humic fractions by solid-state NMR spectroscopy showed that oxidized char materials were concentrated in humic acids isolated at pH 7, and in the base-urea extract. Lignin-derived materials were in considerable abundance in the humic acids isolated at pH 12.6. Only very small amounts of char-derived structures were contained in the fulvic acids and fulvic acids-like material isolated from the base-urea solvent. After extraction with base-urea, the 0.5 m NaOH extract from the humin-enriched clay was predominantly composed of aliphatic hydrocarbon groups, and with lesser amounts of aromatic carbon (probably including some char material), and carbohydrates and peptides. From the combination of solid and solution-state NMR spectroscopy, it is clear that the major components of humin materials, from the DMSO-acid solvent, after the exhaustive extraction sequence, were composed of microbial and plant derived components, mainly long-chain aliphatic species (including fatty acids/ester, waxes, lipids and cuticular material), carbohydrate, peptides/proteins, lignin derivatives, lipoprotein and peptidoglycan (major structural components in bacteria cell walls). Black carbon or char materials were enriched in humic acids isolated at pH 7 and humic acids-like material isolated in the base-urea medium, indicating that urea can liberate char-derived material hydrogen bonded or trapped within the humin matrix.

天然溶解有机质和环境污染物的相互作用--以铜、汞离子和卡马西平为例

天然溶解有机质（natural dissolved organic matter，DOM）是由动植物残体经过复杂的物理、化学和生物过程形成的高分子有机混合物，它广泛分布于水体、土壤和沉积物中。DOM的结构十分复杂，分子量从几百到几十万不等，元素组成和化学结构随时空和来源不同而变化。腐殖物质是DOM的主要组成部分，以溶解有机碳计约占DOM总量的50%~80%。腐殖物质可以分为：富里酸（fulvic acid， FA任何pH值条件下都溶于水），腐殖酸（humic acid，HA在pH 1时不溶于水）和胡敏素（humin，任何pH条件下都不溶于水）。 DOM能影响许多生物地球化学过程。例如DOM是一个重要的碳汇，它能影响微生物的食物链和全球碳循环；DOM和营养元素含量、食物链结构等一起决定水生生态系统的属性和发展动态；它还能吸收自然光，从而影响紫外线在水中的穿透能力和浮游植物的光合作用；DOM含有多种弱酸和弱碱官能团，是天然水体pH的调节剂和控制因素；DOM和痕量金属离子或有机污染物发生作用，从而影响它们的形态、毒性、迁移转化和生物有效性；在饮用水消毒过程中，DOM能生成致癌物三卤甲烷和其它消毒副产物。 天然水体中的痕量金属离子（如Cu2+和Hg2+）主要以DOM络合态存在。在海水中DOM控制铜的主要存在形态；在淡水中 90%以上的铜离子与DOM发生配位。通过配位作用DOM能抑制浮游生物对Hg的吸收，增加鱼类对Hg的蓄积。目前，人们对金属离子在环境中的迁移转化机理的理解还不够深入，尤其是对有机质参与下的有毒重金属循环还缺乏必要地认识。条件稳定常数是描述重金属离子与DOM配位能力的基本参数。前人运用多种手段对DOM与金属离子的结合能力进行了研究，主要包括：离子选择性电极法、溶出伏安法、超滤及荧光淬灭滴定法等。紫外吸收滴定法可用于研究单一有机化合物和金属离子的相互作用，在这一领域的应用尚未报道。本文首次将紫外吸收滴定法应用于测定DOM与Cu2+和Hg2+的条件稳定常数。实验表明紫外吸收滴定法迅速、简便、可望成为研究DOM和痕量金属离子相互作用的有力工具。 药品和个人护理品（pharmaceuticals and personal care products，PPCPs）在环境中普遍存在。有证据表明，环境中的有些PPCPs能对生物体产生影响，如改变生物体的性别比例，影响植物生长，动物幼虫的孵化，甚至具有明显的致畸效应。卡马西平（Carbamazepine，CBZ）是一种常用的抗癫痫、止痛药物和抗抑郁药。毒理学实验表明，环境中的CBZ能严重影响鱼、蚌等水生生物的免疫和循环系统。CBZ使用量大，在环境中含量高，在地下水渗透过程和常规污水处理中保持稳定，因此CBZ成为衡量人类活动和污水处理工艺效率的标志物。但是目前人们对CBZ的环境地球化学循环知之甚少。DOM能与许多有机污染物发生相互作用，从而影响它们的生物环境地球化学行为，但DOM对CBZ的影响尚未见报道。本论文利用三维荧光光谱技术和同步荧光光谱技术，研究了DOM与CBZ的结合强度、结合类型、影响因素，并且初步总结了DOM对CBZ环境地球化学循环的影响。为理解其它PPCPs的生物地球化学循环，预测它们的迁移转化、归宿和环境毒性提供参考。 本文运用紫外吸收滴定法和荧光淬灭滴定法研究了不同来源的DOM和金属离子（Cu2+和Hg2+）的相互作用，运用三维荧光光谱法和同步扫描荧光光谱法研究了DOM和卡马西平的相互作用。主要成果简述如下： 1、本文首次将紫外吸收滴定法应用于测定金属离子和DOM的条件稳定常数，结果表明紫外吸收滴定法操作更简便、测定迅速、仪器普及率高，可在DOM含量很低（约10-5 ~ 10-7 mol/L）的情况下也可以直接进行测定，不必进行复杂的预富集。可望成为DOM和痕量有毒重金属离子相互作用的有力工具。 2、重金属离子（Hg2+和Cu2+）与DOM的羧基和酚羟基等基团配位。配位后电子的离域性增加，导致紫外吸收增加。与此同时配位后分子极性的改变和铜离子顺磁性作用，引起DOM荧光淬灭。在Cu2+和Hg2+的滴定过程中，紫外吸光度和荧光强度之间呈极显著线性负相关关系（R2=0.99，P<0.001）。这说明荧光和紫外从不同侧面揭示了DOM和金属离子的配位作用。 3、紫外吸收滴定法和荧光淬灭滴定法测定其条件稳定常数（log K）一致，介于3.5 ~ 5.5之间。强配位作用是DOM影响有毒重金属离子环境地球化学行为的根源。研究还表明配位作用的强弱受DOM来源和体系pH的影响。 4、 CBZ和DOM能发生强烈的相互作用，结合常数（log K）介于3.41 ~ 5.04之间。DOM能明显减少游离态CBZ的浓度，提高CBZ溶解度和迁移转化能力。这对认识CBZ和其它PPCPs的环境地球化学循环及其影响因素具有指导意义。 5、荧光光谱研究表明CBZ对DOM发射的荧光具有明显的猝灭作用，其猝灭机理为静态猝灭。疏水作用是CBZ和DOM之间的主要作用力。DOM-CBZ受pH值的影响不大， Cu2+对CBZ和DOM的结合有一定的影响。

Organic matter fractions and soil fertility under the influence of liming, vermicompost and cattle manure

Os efeitos do vermicomposto de esterco de curral associado à calagem em atributos da fertilidade do solo foram avaliados através de experimento em vasos empregando um Latossolo Vermelho, distrófico, textura média. Cinco doses do vermicomposto (equivalentes a 0; 28; 42; 56 e 70 t ha-1, peso seco) e cinco doses de calcário (visando elevar a saturação por bases a: 20; 30; 40; 50 e 60%) foram combinadas em esquema fatorial, sendo as amostras de solo incubadas por 180 dias. Para comparação entre o vermicomposto e o esterco de curral, amostras do mesmo solo receberam o equivalente a 70 t ha-1 do esterco de curral que originou o vermicomposto e as cinco doses de calcário listadas anteriormente. Através do cálculo do Índice de Eficiência Agronômica, foi verificado que o potencial de fornecimento de K e de Mg pelo esterco é maior do que o do vermicomposto, e que o de P, é semelhante. O vermicomposto aumentou os teores de Ca2+ e de matéria orgânica (MO), os valores de pH em CaCl2 e a CTC a pH 7. Com o aumento das doses de vermicomposto houve diminuição do C-ácidos húmicos e aumento do C-humina e com a calagem o C-total não aumentou mas houve diminuição do C-ácidos húmicos.

Soil organic matter as a function of nitrogen fertilization in crop successions

A interdependência dos ciclos de C e N reflete-se nos teores de matéria orgânica do solo (MOS). em um delineamento experimental em blocos casualizados, com parcelas sub-subdivididas, tendo como tratamento principal cinco doses de nitrogênio de cobertura na cultura do milho (0; 60; 120; 180 e 240 kg ha-1 de N), como tratamento secundário, as sucessões milho-milho e soja-milho, e como sub-subtratamento, duas profundidades de amostragem (0 a 0.2 e 0.2 a 0.4 cm), avaliaram-se os teores de MOS e de C orgânico nas frações solúvel em água (C-SA), ácidos húmicos (C-AH), ácidos fúlvicos (C-AF) e humina (C-H), por meio do método clássico de fracionamento químico, em um Latossolo Vermelho eutrófico, de textura argilosa. A adubação nitrogenada não afetou os teores de MOS, mas favoreceu a síntese de compostos da fração C-AH. Houve efeito quadrático das doses de N nos teores de C-SA e de C-AF na sucessão milho-milho. A sucessão soja-milho resultou em maiores teores de MOS e de C orgânico na fração humina.

Fractionation of Zn, Cd and Pb in a Tropical Soil After Nine-Year Sewage Sludge Applications

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

Alterações na matéria orgânica e na biomassa microbiana em solo de mata natural submetido a diferentes manejos

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

Influence of alkaline extraction on the characteristics of humic substances in Brazilian soils

An investigation was made of the influence of alkaline extraction on the characteristics of humic substances extracted from Brazilian soil samples. Humic substances (HS) from seven different soils samples collected in Brazil were extracted using the procedure recommended by the International Humic Substances Society (IHSS). Soils, HS and humins were characterized by thermogravimetry and differential thermal analysis. About 8 mg of each material (soil, HS and humin) were placed in a platinum crucible and heated continuously from 20 to 750 degrees C at a heating rate of 10 degrees C min(-1) in an atmosphere of synthetic air (100 ml min(-1)). A thermal analysis revealed a difference between the content and structural characteristics of organic matter present in HS and humin fractions in relation to their soils. The results indicated that alkaline extraction alters the characteristics of humic substances during the extraction process, underlining the importance of developing methodologies and analytical procedures that allow organic matter in soils to be studied without extracting it. (c) 2005 Elsevier B.V. All rights reserved.

Matéria orgânica em um Latossolo submetido a diferentes sistemas de produção de milho

Com objetivo de avaliar o efeito de sistemas de produção sobre a dinâmica do carbono no solo e nas frações da matéria orgânica, durante seis anos, em Jaboticabal (SP), foram testados diferentes tratamentos, a saber: semeadura convencional de milho com pousio no inverno (C-Mi-P), plantio direto de milho e pousio no inverno (D-Mi-P), convencional de milho em rotação com soja e pousio no inverno (C-Mi-P-So), plantio direto de milho em rotação com soja e pousio no inverno (D-Mi-P-So) e plantio direto de milho com uso de Mucuna aterrina (mucuna preta), Cajanus cajan (feijão guandu) e Crotalaria juncea no inverno (D-Mi-Mu, D-Mi-Gu e D-Mi-Cr) em delineamento de blocos ao acaso e parcelas subdivididas. Após 60 dias da emergência das plântulas, coletaram-se amostras de solo a diferentes profundidades (0-0,05, 0,05-0,10 e 0,10-0,20 m). Avaliaram-se nas amostras os teores de C orgânico (CO) e C total nas frações: matérias húmicas (MH), solúvel em água (SA), ácido fúlvico (AF), ácido húmico (AH) e humina (HN) com dados expressos em base de terra seca em estufa (TSE). O uso do sistema plantio direto com pousio e o cultivo de leguminosas no inverno (mucuna preta e feijão guandu) foram os que apresentaram maiores valores de CO e C-HN na camada de 0-0,05 m. O tratamento C-Mi-P-So mostrou o maior valor de C-SA na camada de 0,05-0,10 m. Quanto aos teores de C-MH, os tratamentos C-Mi-P-So e D-Mi-P-So foram os que apresentaram os maiores valores nas camadas superficiais. O plantio direto de milho em monocultura e sucessão com leguminosas (mucuna preta e feijão guandu) parecem ter favorecido dois processos: migração de AF para as camadas mais profundas, reduzindo os valores de MH nas camadas superficiais do solo, e interconversões de AF em AH mais rápidas.

Caracterização e classificação de solos em uma topossequência sobre calcário na serra da Bodoquena, MS

A serra da Bodoquena, localizada no Estado do Mato Grosso do Sul, apresenta particularidades nos seus solos, que diferem de outras regiões do bioma cerrado-pantanal. Este trabalho teve como objetivo ampliar o conhecimento dos solos formados sobre calcário, por meio da caracterização dos seus atributos físicos, químicos, mineralógicos e da matéria orgânica. Foi selecionada uma topossequência sobre calcário, onde foram abertas trincheiras no topo (P1), terço inferior (P2), sopé (P3) e baixada (P4 e P5). Os perfis foram descritos morfologicamente e analisados os atributos físicos, químicos e mineralógicos dos horizontes. de acordo com o Sistema Brasileiro de Classificação de Solos, os solos estudados foram classificados como: (P1) Organossolo Fólico Sáprico lítico - OOs; (P2) Chernossolo Háplico Órtico típico - MXo; (P3) Chernossolo Argilúvico Órtico típico - MTo; (P4) Gleissolo Melânico Carbonático chernossólico - GMk1; e (P5) Gleissolo Melânico Carbonático organossólico - GMk2. Todos os perfis estudados apresentaram cores escuras nos horizontes superficiais e mais avermelhadas ou acinzentadas em profundidade, em razão da drenagem, sempre associados com elevados valores de saturação por bases e tendo o cálcio como cátion predominante no complexo sortivo. Das frações húmicas, a humina representou a maior fração do carbono orgânico em todos os solos. A análise mineralógica constatou a presença de calcita na fração areia nos perfis GMk1 e GMk2 e caulinita, illita e montmorilonita, na fração argila de todos os solos. A ocorrência do Organossolo Fólico em ambiente não altimontano, diferente do relatado pelo Sistema Brasileiro de Classificação de Solos, sugere maior amplitude das condições ambientais para a ocorrência dessa subordem.

EVOLUTION PATTERNS OF THE SOIL ORGANIC-MATTER IN SOME AGRICULTURAL SYSTEMS IN THE BRAZILIAN CERRADO REGION

Several changes in the soil humus characteristics were observed after clearing the Central Brazil virgin forest. When compared with the original ''Cerrado'' forest, the soils from the agricultural systems showed increased values for cation exchange capacity, total organic matter and non-extractable humin. The humic acid fraction underwent some changes suggesting increased oxidation and decreased aliphatic content. The soil organic N tends to accumulate in the insoluble humus fractions.The above changes were much less intense when the virgin forest was transformed into pastures. Under these conditions, the most significant changes were the reduction of readily biodegradable soil organic matter fractions.In view of the intensity of the lixiviation processes in the area studied, the above changes may be connected with the reduction in aggregate stability observed in the cleared sites.In general, the characteristics of the humus formations in the ''Cerrado'' region suggested high resistance to external factors, which is in part attributed to the active insolubilization of humic colloids by the Al and Fe oxides. In the absence of erosive processes in the cleared sites, additional humus stability may conform both to selective biodegradation and/or lixiviation of the humic colloids, or to the effects of the fire used in soil management.

Substâncias húmicas e agregação de um latossolo vermelho eutroférrico sob diferentes usos e manejos

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Zinco, cádmio e chumbo em plantas de milho e em latossolo tratado com lodo de esgoto por nove anos consecutivos

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Efeito de adubos orgânicos provenientes de dejetos de bovinos confinados nos atributos físicos e químicos do solo e na produtividade do milho

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)