Nitrogen and phosphorus uptake efficiency in Indian mustard cultivated during three growth cycles in a copper contaminated soil treated with biochar / Eficiência de absorção de nitrogênio e fósforo em mostarda indiana cultivada por três ciclos sucessivos em um solo contaminado com cobre e tratado com biocarvão

ABSTRACT: Biochar has been used worldwide as an efficient soil amendment due to its beneficial interaction with soil particles and nutrients; however, studies on the effect of biochar on the availability of nutrients such as N and P in tropical soils are still missing. The objective of the study was to evaluate the effect of different types and doses of biochars on the concentration and uptake of N and P in Indian mustard plants (Brassica juncea L.) grown in a Cu contaminated soil during three successive growth cycles. The greenhouse experiment was set up as randomized block design in a 3x3 factorial scheme, with 3 types of biochars (coconut shell, orange bagasse and sewage sludge) and three rates of application (0, 30 and 60t ha-1), and 4 replicates. Biochar increased plant growth by approximately 30 to 224%; however, the orange bagasse biochar was the most effective. Biochar reduced plant N concentration in approximately 15-43%, regardless of the rate of application, indicating the need to carefully adjust N fertilization. In the last growth cycle, biochar from coconut shell and orange bagasse improved the N uptake efficiency suggesting a better amelioration effect with ageing in soil. Biochar did not affect P nutrition in Indian mustard to a great extent; however, it significantly decreased the N:P ratio in the plant.

RESUMO: O biocarvão tem sido usado mundialmente como um eficiente insumo agrícola devido à sua interação benéfica com as partículas e os nutrientes do solo. Contudo, seu efeito na disponibilidade de nutrientes como N e P em solos tropicais tem sido pouco investigado. O objetivo do estudo foi avaliar o efeito de diferentes tipos e doses de biocarvão na concentração e na eficiência de absorção de N e P em plantas de mostarda indiana (Brassica juncea L.) cultivadas em solo contaminado com cobre, em três ciclos sucessivos de cultivo. O estudo foi desenvolvido em delineamento de blocos casualizados, em esquema fatorial 3x3, em casa de vegetação, com três tipos de biocarvão (casca de coco, bagaço de laranja e lodo de esgoto) e três doses (0, 30 e 60t ha-1). Todos os biocarvões aumentaram o crescimento das plantas, com variação de 30 a 224%. No entanto, o biocarvão de bagaço de laranja foi o mais eficiente. A presença de biocarvão reduziu a concentração de N nas plantas em torno de 14 a 43%, independente da dose aplicada, indicando a necessidade de monitoramento mais cuidadoso da fertilização nitrogenada. Os biocarvões de casca de coco e bagaço de laranja melhoraram a eficiência da planta na absorção de N no terceiro ciclo de cultivo, indicando melhor efeito com o tempo de contato como o solo. O uso de biocarvão teve pouca influência na nutrição fosfatada na mostarda indiana, mas diminuiu significativamente a relação N:P.

Growth of tropical tree species and absorption of copper in soil artificially contaminated

Abstract Reclamation of copper contaminated sites using forest species may be an efficient alternative to reduce the negative impact. The aim of this study was to quantify the growth and evaluate the quality of seedlings of native species at different doses of copper in the soil. The experimental design was completely randomized, with seven replications in a factorial arrangement (3×9), using three indigenous species of plants (Anadenanthera macrocarpa, Mimosa scabrella and Apuleia leiocarpa) and nine doses of copper in the soil (0, 60, 120, 180, 240, 300, 360, 420 and 480 mg kg1).The experiment was carried out in a greenhouse which the seedlings were grown for 180 days. The experimental units were plastic pots of 125 cm3 filled with Oxisol. The results indicated that the levels of copper applied to the soil decreased the quality of seedlings and growth of Apuleia leiocarpato a lesser extent compared with Mimosa scabrella and Anadenanthera macrocarpa. Anadenanthera macrocarpa was the forest species that resulted in the lowest copper translocation from roots to shoots. In addition, the Apuleia leiocarpa exhibited high resistance and tolerance for copper in the soil and also, it is highlighted an ability for copper phytoremediation.

Resumo A recuperação de áreas contaminadas com cobre utilizando espécies florestais pode ser uma alternativa eficiente para reduzir o impacto negativo deste elemento nestas áreas. O objetivo deste estudo foi quantificar o crescimento e avaliar a qualidade de mudas de espécies nativas em diferentes doses de cobre no solo. O delineamento experimental foi inteiramente casualizado, com sete repetições, em um esquema fatorial (3×9), utilizando-se três espécies nativas de plantas (Anadenanthera macrocarpa, Mimosa scabrella e Apuleia leiocarpa) e nove doses de cobre no solo (0, 60, 120, 180, 240, 300, 360, 420 e 480 mg kg1). O experimento foi realizado em casa de vegetação, onde as plantas foram cultivadas por 180 dias. As unidades experimentais foram vasos de plástico de 125 cm3, preenchidos com Latossolo Vermelho distrófico. Os resultados indicaram que o nível de cobre aplicado ao solo reduziu a qualidade de plântulas e crescimento de Apuleia leiocarpa para um menor grau comparado com bracatinga e angico. Anadenanthera macrocarpa foi a espécie florestal que apresentou menor translocação de cobre a parte aérea das mudas. Além disso, a Apuleia leiocarpa exibiu elevada tolerância para o cobre no solo e também destaca-se mostrando uma capacidade para fitoremediação de áreas contaminadas com cobre.

Growth of tropical tree species and absorption of copper in soil artificially contaminated / Crescimento de espécies arbóreas tropicais e absorção de cobre em solo artificialmente contaminado

Abstract Reclamation of copper contaminated sites using forest species may be an efficient alternative to reduce the negative impact. The aim of this study was to quantify the growth and evaluate the quality of seedlings of native species at different doses of copper in the soil. The experimental design was completely randomized, with seven replications in a factorial arrangement (3×9), using three indigenous species of plants (Anadenanthera macrocarpa, Mimosa scabrella and Apuleia leiocarpa) and nine doses of copper in the soil (0, 60, 120, 180, 240, 300, 360, 420 and 480 mg kg–1).The experiment was carried out in a greenhouse which the seedlings were grown for 180 days. The experimental units were plastic pots of 125 cm3 filled with Oxisol. The results indicated that the levels of copper applied to the soil decreased the quality of seedlings and growth of Apuleia leiocarpato a lesser extent compared with Mimosa scabrella and Anadenanthera macrocarpa. Anadenanthera macrocarpa was the forest species that resulted in the lowest copper translocation from roots to shoots. In addition, the Apuleia leiocarpa exhibited high resistance and tolerance for copper in the soil and also, it is highlighted an ability for copper phytoremediation.

Resumo A recuperação de áreas contaminadas com cobre utilizando espécies florestais pode ser uma alternativa eficiente para reduzir o impacto negativo deste elemento nestas áreas. O objetivo deste estudo foi quantificar o crescimento e avaliar a qualidade de mudas de espécies nativas em diferentes doses de cobre no solo. O delineamento experimental foi inteiramente casualizado, com sete repetições, em um esquema fatorial (3×9), utilizando-se três espécies nativas de plantas (Anadenanthera macrocarpa, Mimosa scabrella e Apuleia leiocarpa) e nove doses de cobre no solo (0, 60, 120, 180, 240, 300, 360, 420 e 480 mg kg–1). O experimento foi realizado em casa de vegetação, onde as plantas foram cultivadas por 180 dias. As unidades experimentais foram vasos de plástico de 125 cm3, preenchidos com Latossolo Vermelho distrófico. Os resultados indicaram que o nível de cobre aplicado ao solo reduziu a qualidade de plântulas e crescimento de Apuleia leiocarpa para um menor grau comparado com bracatinga e angico. Anadenanthera macrocarpa foi a espécie florestal que apresentou menor translocação de cobre a parte aérea das mudas. Além disso, a Apuleia leiocarpa exibiu elevada tolerância para o cobre no solo e também destaca-se mostrando uma capacidade para fitoremediação de áreas contaminadas com cobre.

Evaluation of copper resistant bacteria from vineyard soils and mining waste for copper biosorption

Vineyard soils are frequently polluted with high concentrations of copper due application of copper sulfate in order to control fungal diseases. Bioremediation is an efficient process for the treatment of contaminated sites. Efficient copper sorption bacteria can be used for bioremoval of copper from contaminated sites. In this study, a total of 106 copper resistant bacteria were examined for resistance to copper toxicity and biosorption of copper. Eighty isolates (45 from vineyard Mollisol, 35 from Inceptisol) were obtained from EMBRAPA (Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária) experimental station, Bento Gonçalves, RS, Brazil (29º09'53.92''S and 51º31'39.40''W) and 26 were obtained from copper mining waste from Caçapava do Sul, RS, Brazil (30º29'43.48''S and 53'32'37.87W). Based on resistance to copper toxicity and biosorption, 15 isolates were identified by 16S rRNA gene sequencing. Maximal copper resistance and biosorption at high copper concentration were observed with isolate N2 which removed 80 mg L-1 in 24 h. Contrarily isolate N11 (Bacillus pumilus) displayed the highest specific copper biosorption (121.82 mg/L/OD unit in 24 h). GenBank MEGABLAST analysis revealed that isolate N2 is 99 percent similar to Staphylococcus pasteuri. Results indicate that several of our isolates have potential use for bioremediation treatment of vineyards soils and mining waste contaminated with high copper concentration.