RESUMEN
ABSTRACT Portable X-ray fluorescence spectrometer (pXRF) has been recently adopted by the Soil Science community for uses in both field and laboratory, obtaining the total content of several chemical elements in a few seconds. Sulfuric acid digestion is an expensive and time-consuming laboratory analysis that provides contents of Fe2O3, Al2O3, SiO2, TiO2 and P2O5, important for soil studies. Due to few pXRF studies in tropical soils, this work aimed to compare contents of Fe2O3, Al2O3, SiO2, TiO2 and P2O5 obtained by pXRF with sulfuric acid digestion results, and to evaluate the effects of varying forms of preparing soil samples and scanning with pXRF on the resulting values in Brazilian soils. Soils were scanned in five conditions in-field (in situ) and in laboratory, evaluating varying sample preparation methods, particle sizes and soil moisture. Four pXRF scanning operational modes were tested. Linear regressions were adjusted between results of pXRF and sulfuric acid digestion. Equations were validated with an independent set of samples. Statistical analyses compared the methods of preparing the samples. Adequate linear models reached R2 of 0.99 and 0.89 for Fe2O3 and TiO2, respectively. Validation promoted R2 greater than 0.97 and RMSE and ME close to zero for both oxides. Statistical differences of pXRF results were found among the methods of preparing samples. pXRF spectrometer has great potential to obtain Fe2O3 and TiO2 content rapidly and economically with high correspondence with laboratory results of sulfuric acid digestion analysis. Varying methods of preparing the samples promote differences in the results of pXRF.
RESUMO O espectrômetro portátil de fluorescência de raios-X (pXRF) foi recentemente adotado pela Ciência do Solo, para uso em campo e laboratório, para obtenção do conteúdo total de vários elementos químicos em poucos segundos. A digestão com ácido sulfúrico é uma análise laboratorial cara e demorada que fornece teores de Fe2O3, Al2O3, SiO2, TiO2 e P2O5, importantes para estudos sobre solos. Devido aos poucos estudos sobre o pXRF em solos tropicais, este trabalho objetivou comparar os teores de Fe2O3, Al2O3, SiO2, TiO2 e P2O5 obtidos pelo pXRF com os resultados de digestão com ácido sulfúrico e avaliar os efeitos de diferentes formas de preparo de amostras de solo e leitura com o pXRF sobre seus resultados para solos brasileiros. Os solos foram submetidos a leituras com o pXRF em cinco condições, em campo (in situ) e em laboratório, avaliando variados métodos de preparo de amostras, tamanhos de partículas e umidade do solo. Quatro modos de operação do pXRF foram testados. Regressões lineares foram ajustadas entre os resultados do pXRF e digestão com ácido sulfúrico. As equações foram validadas com um conjunto independente de amostras. Análises estatísticas compararam os métodos de leitura de amostras. Modelos lineares adequados atingiram R2 de 0,99 e 0,89 para Fe2O3 e TiO2, respectivamente. A validação promoveu R2 maior que 0.97 e RMSE e ME próximos a zero para ambos os óxidos. Foram encontradas diferenças estatísticas dos resultados do pXRF entre os métodos de preparo de amostras. O pXRF possui um grande potencial para obter rápida e economicamente os teores de Fe2O3 e TiO2 com elevada correspondência com os resultados laboratoriais da análise da digestão com ácido sulfúrico. Métodos variáveis de preparo das amostras promovem diferenças nos resultados de pXRF.
RESUMEN
Rare earth elements, such as lanthanum (La), have been applied to agriculture via fertilizers, aiming to increase the productivity and crop quality, such results observed mainly in China. However, the knowledge about the effect of La on maize growth, as well as for other species, despite the growing interest it is still limited. The aim of this study was to evaluate the effects of La on maize growth, La content,photosynthetic rate and chlorophyll content in maize plants in response to La treatment (0, 25, 50, 100, 150, 300 and 600 μM) in nutrient solution for three weeks. The plants were placed in geminated pots using a split-root technique. One of the pots in the geminated set was filled with a complete nutrient solution without La, while another was filled with a nutrient solution without phosphorus but containing different concentrations of La. It was verified that roots of maize plants can accumulate approximately sixty percent more La than shoots. Moreover, low La concentrations stimulated an increase in chlorophyll index,resulting in a slight increase in shoot biomass. At higher levels, La didnt reduce growth but caused adecrease in both photosynthetic rate and chlorophyll index.
Elementos terra rara, como lantânio (La), são aplicados à agricultura via fertilizantes, com oobjetivo de aumentar a produtividade e a qualidade das culturas agrícolas, fato observado principalmente naChina. Entretanto, o conhecimento sobre o efeito de La no crescimento do milho, bem como para outrasculturas agrícolas, ainda é limitado apesar do interesse crescente. O presente estudo objetivou avaliar oefeito da aplicação de La sobre o crescimento, teor de La, fotossíntese e teor de clorofila em plantas demilho, expostas a concentrações crescentes de La (0, 25, 50, 100, 150, 300 e 600 μM) em solução nutritivapor três semanas. As plantas foram colocadas em vasos geminados usando uma técnica de raiz divisória.Um dos potes no conjunto geminado foi preenchido com solução nutritiva completa que não continha La,enquanto outra foi preenchida com solução nutritiva sem fósforo, mas contendo diferentes concentraçõesde La. Foi verificado que as raízes das plantas de milho podem acumular sessenta por cento mais La quandocomparado à parte aérea. Além disso, as baixas concentrações de La estimularam o aumento do teor declorofila, resultando em um aumento na biomassa da parte aérea. Em concentrações mais elevadas, aaplicação de La não reduziu o crescimento das plantas de milho, mas causou diminuição na taxafotossintética e no índice de clorofila.
Asunto(s)
Clorofila/análisis , Clorofila/biosíntesis , Lantano/análisis , Lantano/efectos adversos , Zea mays/citología , Zea mays/química , ClorofilaRESUMEN
ABSTRACT Selenium (Se) is an important element that was discovered in 1817, and since the 1960s, it has been regarded as an essential micronutrient for both animals and humans, playing among other functions a relevant role in the antioxidant system of mammals. Inadequate blood Se levels in the human body is a well-known concern in many parts of the world. This malnutrition problem is often due to Se-poor diet, probably as a result of the low Se availability in soils where crops are growing. Nowadays, it is known that not only the total content, but also the inorganic and organic forms of Se contained in foods are important for human nutrition. However, paradoxically some regions of the world present high Se levels in soils causing several functional disorders and diseases in people who live in seleniferous areas. As essential micronutrient, Se should be supplied in controlled amounts to avoid harmful effects. Therefore, taking into account the importance of the soils as a way to ensure the adequate Se supply for the population, this review has dealt with Se behavior in soil environment (e.g., Se forms and adsorption and desorption reactions) and its relevance for the human health. As a final message, the further understanding of Se behavior in soils to predict its availability for crops in different systems will be a significant approach in future studies to establish forms and safe doses of Se to be added in fertilizers. Agronomic and genetic biofortification of staple crops with Se has been suggested as an important tool to improve Se intake by population in Se-poor sites.
RESUMO O selênio (Se) é um elemento importante que foi descoberto em 1817 e reconhecido como elemento essencial para os humanos e animais desde os anos 60. Esse elemento apresenta, dentre outras funções, papel relevante no sistema antioxidante dos mamíferos. Níveis inadequados de Se no corpo humano tem sido uma preocupação bem conhecida em muitas regiões do mundo. Esse problema de desnutrição com Se ocorre frequentemente devido a dietas pobres nesse elemento, o que provavelmente tem relação com a baixa disponibilidade de Se nos solos onde as culturas agrícolas estão sendo cultivadas. Atualmente, sabe-se que, além da quantidade de Se contida nos alimentos, sua forma (e.g., inorgânica ou orgânica) é importante para a nutrição humana. Apesar da deficiência de Se ser um problema em alguns locais, algumas regiões do mundo apresentam níveis altos de Se nos solos, causando várias desordens e doenças nas pessoas que moram nestas áreas consideradas seleníferas. Sendo um elemento essencial, o Se deve ser suprido em quantidades adequadas para evitar efeitos prejudiciais. Assim, levando-se em consideração a importância dos solos como um meio para garantir o suprimento adequado de Se para a população, esta revisão tem abordado o comportamento do Se no ambiente do solo (e.g., formas de Se e reações de adsorção e dessorção) e sua relevância para a saúde humana. Como mensagem final, a compreensão do comportamento de Se em solos visando prever sua disponibilidade para as culturas agrícolas em diferentes sistemas será uma abordagem significativa em estudos futuros para estabelecer formas e doses seguras de Se para serem adicionadas em fertilizantes. A biofortificação agronômica, aliada a biofortificação genética, de culturas básicas com Se tem sido sugerida como importante ferramenta para melhorar a ingestão de Se pela população que vive em locais onde os solos são pobres em Se.
RESUMEN
ABSTRACT Determination of soil properties helps in the correct management of soil fertility. The portable X-ray fluorescence spectrometer (pXRF) has been recently adopted to determine total chemical element contents in soils, allowing soil property inferences. However, these studies are still scarce in Brazil and other countries. The objectives of this work were to predict soil properties using pXRF data, comparing stepwise multiple linear regression (SMLR) and random forest (RF) methods, as well as mapping and validating soil properties. 120 soil samples were collected at three depths and submitted to laboratory analyses. pXRF was used in the samples and total element contents were determined. From pXRF data, SMLR and RF were used to predict soil laboratory results, reflecting soil properties, and the models were validated. The best method was used to spatialize soil properties. Using SMLR, models had high values of R² (≥0.8), however the highest accuracy was obtained in RF modeling. Exchangeable Ca, Al, Mg, potential and effective cation exchange capacity, soil organic matter, pH, and base saturation had adequate adjustment and accurate predictions with RF. Eight out of the 10 soil properties predicted by RF using pXRF data had CaO as the most important variable helping predictions, followed by P2O5, Zn and Cr. Maps generated using RF from pXRF data had high accuracy for six soil properties, reaching R2 up to 0.83. pXRF in association with RF can be used to predict soil properties with high accuracy at low cost and time, besides providing variables aiding digital soil mapping.
RESUMO A determinação de atributos do solo auxilia no correto manejo da sua fertilidade. O equipamento portátil de fluorescência de raios-X (pXRF) foi recentemente adotado para determinar o teor total de elementos químicos em solos, permitindo inferências sobre atributos do solo. No entanto, esses estudos ainda são escassos no Brasil e em outros países. Os objetivos deste trabalho foram prever atributos do solo a partir de dados do pXRF, comparando-se os métodos de regressão linear múltipla stepwise (SMLR) e de random forest (RF), além de mapear e validar atributos do solo. 120 amostras de solo foram coletadas em três profundidades e submetidas a análises laboratoriais. Utilizou-se o pXRF para leitura das amostras e determinou-se o teor total de elementos. A partir dos dados do pXRF, foram utilizadas SMLR e RF para predizer resultados laboratoriais, que refletem atributos do solo, e os modelos foram validados. O melhor método foi utilizado para espacializar os atributos do solo. Utilizando SMLR, os modelos apresentaram valores elevados de R² (≥0,8), porém maior acurácia foi obtida na modelagem com RF. A capacidade de troca de cátions potencial e efetiva, matéria orgânica do solo, pH, saturação por bases e teores trocáveis de Ca, Al e Mg apresentaram ajustes adequados e predições acuradas com RF. Dos dez atributos do solo preditos por RF a partir de dados do pXRF, sete apresentavam CaO como a variável mais importante para auxiliar as predições, seguido por P2O5, Zn e Cr. Os mapas gerados a partir de dados do pXRF usando RF apresentaram adequados valores de R² para seis atributos do solo, atingindo R2 de até 0,83. O pXRF em associação com RF pode ser usado para prever atributos do solo com elevada acurácia, com rapidez e a baixo custo, além de proporcionar variáveis que auxiliam o mapeamento digital de solos.
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ABSTRACT The X-ray fluorescence (XRF) is an analytical technique for determination of elemental composition of different materials. In soils, the XRF has many pedological, environmental and agronomic applications, mainly after the emergence of portable equipments (pXRF). This technique has been recently adopted and successfully used for soil characterization worldwide, but very rare works have been carried out in soils of developing countries. The soil characterization includes the complete elemental composition determination (nutrients, trace and rare-earth elements) and allows estimating some soil physical and chemical properties. In Brazil, this technique is still incipient, mainly the use of pXRF, however, it can greatly contribute to soil characterization in-field or in-lab conditions and also replacing methods of soil analyses considered non-environmentally friendly. This review summarizes the XRF technique including principles and the main applications of pXRF in soils highlighting its potential for tropical Soil Science.
RESUMO Fluorescência de raios-X (FRX) é uma técnica analítica para determinação da composição elementar de diferentes materiais. Em solos, a FRX apresenta muitas aplicações pedológicas, ambientais e agronômicas, principalmente após a emergência de equipamentos portáteis (pXRF). Essa técnica tem sido utilizada com sucessso no mundo todo para caracterização do solo, entretanto, são raros os trabalhos em solos de países em desenvolvimento. A caracterização do solo inclui a determinação completa da composição elementar (nutrientes, elementos-traço e terras-raras) e permite a estimativa de atributos químicos e físicos do solo. No Brasil, a FRX é ainda incipiente, principalmente o uso do pXRF, entretanto, essa técnica pode contribuir grandemente para a caracterização do solo no campo, em condições laboratoriais e, também, substituindo alguns métodos de análise do solo considerados não prejudicial ao ambiente. Esta revisão sumariza a técnica de FRX incluindo princípios e as principais aplicações do pXRF, destacando seu potencial de uso na Ciência do Solo tropical.
RESUMEN
A alta toxicidade de As para homens e animais gera a necessidade de estudos do comportamento químico do arsenato nos solos que possam auxiliar na mitigação de áreas contaminadas com arsênio. Este trabalho teve por objetivo avaliar o teor total e a adsorção de As na ausência e presença dos ânions fosfato e sulfato em seis diferentes classes de solos do estado de Minas Gerais, Brasil. Os solos alvo deste estudo são: o Neossolo Flúvico (RU), Gleissolo Háplico (GX), Gleissolo Melânico (GM), Latossolo Vermelho Distrófico (LVd), coletados em Lavras; Neossolo Quartzarênico (RQ), coletado em Itutinga e o Latossolo Amarelo Distrófico (LAd), coletado em Rosário, no estado de Minas Gerais. As amostras de solo foram secas, moídas e peneiradas em peneira de 2,0mm para execução do teste de adsorção e peneiradas em peneira plástica com malha de 1,5mm para determinação do teor de As, o qual foi determinado pelo método 3051A. A adsorção de As foi avaliada na dose de1500µmol L-1 de As, 1500µmol L-1 de As + 1500µmol L-1 de P e 1500µmol L-1 de As + 750µmolL-1 de S, em relação solo:solução final de 1:100, a pH 5,5 e força iônica de 15mmol L-1. Os seis solos apresentaram teor médio de As entre 0,14 e 9,3mgkg-1. A porcentagem adsorvida de arsênio na ausência dos outros ânions seguiu a sequência GM>LVd=RU=LAd=GX=RQ. A adição de fosfato e sulfato reduziu a porcentagem de arsênio adsorvido e, por consequência, houve um aumentou na concentração de arsênio disponível na solução do solo.
The high toxicity of arsenic to humans and animals creates the need to study the chemical behavior of arsenate in soils that can help in the mitigation of areas contaminated with arsenic. This work aimed to evaluate the total content and adsorption in the absence and presence of phosphate and sulfate anions in six different soil classes in the state of Minas Gerais, Brazil. Soils aim of this study are: Fluvic Neosol (RU), Haplic Gleysol (GX), Melanic Gleysol (GM) and Typical Distrophic Red Latosol (LVd) collected in Lavras, MG; Quartzenic Neosol (RQ) collected in Itutinga, MG, and Typical Distrophic Yellow Latosol (Lad) collected in Rosário, MG. Soil samples were dried, ground and sieved through a sieve of 2mm for the test run of adsorption and sieved through a sieve with a mesh of plastic 1.5mm for the As determination. The As content was determined by the method 3051A. The rate 1500µmolL-1As, 1500µmol L-1 As + 1500µmol L-1 P, 1500µmol L-1 As + 750µmol L-1 As were used to evaluate As adsorption, soil solution rate of 1:100, pH 5,5 and ionic force of 15mmol.L-1. The mean As content in the six soils was between 0,14 and 9,3mgkg-1. The adsorpted percentage of As in absence of other anions followed the sequence GM>LVd=RU=LAd=GX=RQ. Phosphate and sulphate addition reduced the percentage of adsorpted arsenic, consequently there was an increase of disponible arsenic in the soil solution.
RESUMEN
Coffee, which is an important commodity for Brazil, is a highly K-demanding crop. Methods for recommending K fertilization to coffee crops in Brazil are based on the amount of exchangeable K. Mineralogical studies estimating K supply capacity from different soil fractions, from medium to long term, were performed in Brazilian soils, but very few studies have been carried out focusing on the use of successive chemical extractions. This study evaluated K release from whole soil, as well as clay, silt, and sand fractions of B-horizon samples of a basalt-derived Oxisol and a sienite-derived Ultisol, both representative soils from coffee regions of Minas Gerais State. Successive extractions (0 to 665 h) of K were performed with 10-3 mol L-1 of either citrate or oxalate at 1:10 solid:solution ratio. The cumulative results were compared with forms of K (exchangeable, non-exchangeable, and total) as measured by different extraction procedures. The results showed that exchangeable K was higher, and non-exchangeable as well as total K were lower in the whole soil fraction of the Oxisol, than the K forms extracted from the Ultisol. The clay fraction was the main source of K in the Oxisol whereas the silt fraction contributed most for K supply in the Ultisol. Citrate and oxalate extracted similar amounts of K from the Oxisol, which is probably related to the fact that most of its K supply came from the exchangeable form. Citrate caused a greater release of K (part of which being from the non-exchangeable form) from the Ultisol than did oxalate. This work showed that soil texture alone is not a good indicator of K supply capacity, since for the same particle size, the studied soils revealed different K extractability.
O café, importante mercadoria para o Brasil, é uma cultura que demanda grande quantidade de potássio (K). Os métodos de recomendação de fertilizantes potássicos para lavouras cafeeiras no Brasil são baseados na quantidade de K trocável no solo. Estudos mineralógicos que estimam a capacidade de suprimento de K em diferentes frações do solo, em médio e longo prazo, foram realizados em solos brasileiros, mas poucos foram realizados com foco em extrações sucessivas. No presente estudo, avaliou-se a liberação de K do solo e das frações argila, silte e areia de amostras do horizonte B de um Latossolo Vermelho distrófico e de um Nitossolo Háplico, ambos representativos de regiões cafeeiras de Minas Gerais. Extrações sucessivas de K , com tempos de agitação variando de 0 a 665 h, foram realizadas com 10-3 mol L-1 de citrato ou oxalato, na relação solo:solução de 1:10. Os resultados cumulativos foram comparados às formas de K (trocável, não-trocável e total) medidas por diferentes procedimentos de extração. Verificou-se que a concentração de K trocável foi maior e as concentrações de K não-trocável e total foram menores no Latossolo que as mesmas formas de K extraídas do Nitossolo. A fração argila foi a principal fonte de K do Latossolo, ao passo que a fração silte foi a que mais contribuiu para a liberação de K do Nitossolo. Citrato e oxalato extraíram quantidades similares de K do Latossolo, resultado este relacionado ao fato de que a maioria do suprimento de K foi extraída da forma trocável. O citrato extraiu mais K (parte na forma não-trocável) do Nitossolo que o oxalato. Observou-se, neste trabalho, que a textura do solo, isoladamente, não é uma boa indicação da capacidade do solo em suprir K para as plantas, visto que, para o mesmo tamanho de partículas, os solos estudados revelaram extratabilidade de K diferenciada.
Asunto(s)
Potasio , Suelo , Producción de Cultivos , Café , Fertilizantes , Características del SueloRESUMEN
Conduziu-se este trabalho, com o objetivo de avaliar o potencial fitoextrator de arsênio (As) da Brachiaria decumbens Stapf., cultivada em casa de vegetação, utilizando-se seis solos: Latossolo Amarelo Distrófico (LAd), Latossolo Vermelho Distrófico (LVd), Neossolo Flúvico (RU), Neossolo Quartzarênico (RQ), Gleissolo Háplico (GX) e Gleissolo Melânico (GM). O As foi adicionado aos solos na forma de arsenato de sódio heptahidratado nas doses 0, 25, 50, 200 e 800 mg kg-1. As plantas foram coletadas 55 dias após a semeadura, separadas em parte aérea e raiz e, após secagem do material em estufa, o mesmo foi digerido segundo o método 3051 da USEPA, sendo o teor de As determinado por espectrofotometria de absorção atômica (EEA) com forno de grafite. Observou-se redução no desenvolvimento da braquiária de forma diferenciada nas seis classes de solo. Houve baixa translocação do As, da raiz para a parte aérea, sendo essa espécie considerada tolerante ao elemento e não hiperacumuladora, podendo ser utilizada em programas de revegetação de áreas contaminadas pelo elemento.
This work evaluated the phytoextraction potential of arsenic (As) by Brachiaria decumbens growing under greenhouse conditions in six soils: a Dystrophic Yellow Latosol (LAd), a Dystrophic Red Latosol (LVd), a Fluvic Neosol (RU), a Quartzenic Neosol (RQ), a Haplic Gleysol (GX), and a Melanic Gleysol (GM). Arsenic was added to the soils as sodium arsenate heptahydrate (Na2HAsO4.7H2O) at the following doses: 0, 25, 50, 200, and 800 mg kg-1. The plants were collected 55 days after planting for determination of shoot and root dry matter production. Arsenic shoot and root contents were evaluated after digestion according to the USEPA 3051A method, following analysis by graphite furnace atomic absorption spectroscopy. Plant development was differently affected by As in the six different soil classes. There was low translocation of As and consequently most of the As was detected in the roots of Brachiaria decumbens. Therefore, this species could be considered tolerant but not an accumulator of arsenic, thus being indicated for revegetation programs in As-polluted soils and sediments.
RESUMEN
Objetivou-se com este estudo avaliar a suscetibilidade à oxidação pelo permanganato de potássio do carbono presente em Latossolo Vermelho distroférrico típico, cultivado com cafeeiro (Coffea arabica L.), em diferentes espaçamentos de plantio, em experimento localizado na Fazenda Experimental da EPAMIG, em Machado (MG). Os tratamentos avaliados, instalados a campo em 1992, consistiram na combinação de quatro espaçamentos entre linhas (2,0, 2,5, 3,0 e 3,5 m), com três espaçamentos entre plantas (0,5, 0,75 e 1,0 m). Uma área de mata próxima ao experimento foi amostrada e usada como referência. Para a avaliação do grau de oxidação do carbono orgânico (CO), as amostras de solo foram coletadas na entrelinha (EL) e na projeção da copa (PC) do cafeeiro, nas camadas de solo de 0-0,05 e 0-0,1 m. Na camada superficial do solo (0-0,05 m), os teores de C lábil na entrelinha são, em geral, maiores do que os observados nas amostras coletadas na projeção da copa do cafeeiro. A amplitude de variação dos teores de C nas frações orgânicas obedece à seguinte ordem decrescente: C lábil> C não lábil > C orgânico, o que indica o maior potencial do C lábil em avaliar o impacto de diferentes sistemas de adensamento e manejo do cafeeiro, sobre os compartimentos de matéria orgânica. Os teores de C lábil e C não lábil não são influenciados pelo número de plantas por área, mas são dependentes da largura de rua do cafeeiro, da profundidade e do local de coleta das amostras de solo.
The present work was carried out to evaluate soil carbon susceptibility to oxidation by potassium permanganate in adystroferric Red Latosol (Oxisol) cultivated with coffee (Coffea arabica L.) at different planting spacings. The experiment was installed in 1992 at the Experimental Farm of EPAMIG, in Machado (Minas Gerais State-Brazil). Treatments consisted of a combination of four row spacings (2.0, 2.5, 3.0, and 3.5 m) with three spacings within the row (0.5, 0.75, and 1.0 m). As a reference, soil samples were also collected in an area under native forest. For assessing the degree of oxidation of the organic carbon (OC), soil samples were collected at the inter-row and in the coffee canopy projection, at the 0-0.05 and 0-0.1 m soil depths. Labile C in inter-row samples located at the soil surface layer(0-0.05 m) is, in general, higher than that measured in samples collected in the coffee canopy projection. The amplitude of variation of C in different soil organic fractions follows the order: labile C > non labile C > Organic C.Thus, labile C could be used as a sensitive index to evaluate the impact of different coffee planting systems and management practices on soil organic matter pools. Labile and non labile C contents are not influenced by the number of coffee plants per area. However, these indexes are dependent on coffee plants inter-row spacings, soil depth and sampling location.