Evaluation of a single extraction test to estimate the human oral bioaccessibility of potentially toxic elements in soils: Towards more robust risk assessment.

Intake of soil by children and adults is a major exposure pathway to contaminants including potentially toxic elements (PTEs). However, only the fraction of PTEs released in stomach and intestine are considered as bioaccessible and results from routine analyses of the total PTE content in soils, therefore, are not necessarily related to the degree of bioaccessibility. Experimental methods to determine bioaccessibility usually are time-consuming and relatively complicated in terms of analytical procedures which limits application in first tier assessments. In this study we evaluated the potential suitability of a recently developed single extract method (ISO-17586:2016) using dilute (0.43M) nitric acid (HNO3) to mimic the bioaccessible fraction of PTEs in soils. Results from 204 soils from Portugal, Brazil and the Netherlands including all major soil types and a wide range of PTEs' concentrations showed that the extraction efficiency using 0.43M HNO3 of Ba, Cd, Cu, Ni, Pb and Zn in soils is related to that of in vitro methods including the Simple Bioaccessibility Extraction Test (SBET) and Unified BARGE Method (UBM). Also, differences in the degree of bioaccessibility resulting from differences in parent material, geology and climate conditions did not affect the response of the 0.43M HNO3 extraction which is a prerequisite to be able to compare results from different soils. The use of 0.43M HNO3 as a first screening of bioaccessibility therefore offers a robust and representative way to be included in first tier standard soil tests to estimate the oral bioaccessibility. CAPSULE: The single dilute (0.43M) nitric acid extraction can be used in first tier soil risk assessment to assess both geochemical reactivity and oral bioaccessibility of PTEs.

Isotermas de langmuir e de freundlich na descrição da adsorção de boro em solos altamente intemperizados

The objective of this study was to evaluate Langmuir and Freundlich isotherms applied to boron adsorption in highly weathered Brazilian soils. Surface (0-0.2 m) and subsurface (B horizon) samples were taken from a Rhodic Hapludox (Dusky red latosol = LR); Typic Hapludox (Dark-red latosol = LE), and one Arenic Paleudalf (Red-yellow podzolic _ PV). In order to quantify the adsorbed boron, 4 g of oven-dried soil were stired in polyethylene tubes, for 24 h, with 20 mL of a CaCl2 (0.01 mol.L-1) solution containing different quantities of boron (0, 1, 2, 4, 8 and 16 FONT FACE="Symbol">m /font>g.mL-1). Langmuir and Freundlich constants were estimated by nonlinear regressions. Boron adsorption was well described by both Langmuir and Freundlich models over the studied range of boron concentrations (0 to 16 FONT FACE="Symbol">m /font>g.mL-1) for all three soils. Adsorption maximum decreased from the LR samples (around 14 FONT FACE="Symbol">m /font>g.g-1) to the PV subsurface sample (7 FONT FACE="Symbol">m /font>g.g-1) and then to the surface PV horizon and LE samples (less than 6 FONT FACE="Symbol">m /font>g.g-1). The Langmuir model exhibited lower sum of deviations in relation to the PV and the LE. The opposite occurred for the LR, where the sum of deviations was high for the Freundlich model.

O objetivo deste trabalho foi estudar a adequação dos modelos de Langmuir e de Freundlich para descrever a adsorção do boro em amostras superficiais (0-0,2 m) e subsuperficiais (na maior expressão do horizonte B) de três solos altamente intemperizados: latossolo roxo distrófico textura muito argilosa (LR), podzólico vermelho-amarelo eutrófico textura arenosa/média (PV) e latossolo vermelho-escuro álico textura média (LE). Para a determinação da quantidade de boro adsorvido, 20 mL de soluções de CaCl2 0,01 mol.L-1 com diferentes quantidades de boro (0; 1; 2; 4; 8 e 16 FONT FACE="Symbol">m /font>g.mL-1) foram adicionados a 4 g de terra fina seca em estufa e agitados por 24 h. Tanto o modelo de Langmuir como o de Freundlich adequaram-se bem aos valores de boro adsorvido pelos solos, em toda faixa estudada. As adsorções máximas de maior valor estimadas pelo modelo de Langmuir foram encontradas para as amostras do LR (em torno de 14 FONT FACE="Symbol">m /font>g.g-1), seguidas daquela do horizonte B do PV (7 FONT FACE="Symbol">m /font>g.g-1). Valores menores foram encontrados nas amostras do LE e no horizonte superficial do PV, com menos de 6 FONT FACE="Symbol">m /font>g.g-1 de boro adsorvido. O somatório dos desvios no PV e no LE foram maiores para o modelo de Freundlich, enquanto que, no LR, o somatório foi maior para os valores estimados pelo modelo de Langmuir.

Isotermas de langmuir e de freundlich na descrição da adsorção de boro em solos altamente intemperizados

The objective of this study was to evaluate Langmuir and Freundlich isotherms applied to boron adsorption in highly weathered Brazilian soils. Surface (0-0.2 m) and subsurface (B horizon) samples were taken from a Rhodic Hapludox (Dusky red latosol = LR); Typic Hapludox (Dark-red latosol = LE), and one Arenic Paleudalf (Red-yellow podzolic _ PV). In order to quantify the adsorbed boron, 4 g of oven-dried soil were stired in polyethylene tubes, for 24 h, with 20 mL of a CaCl2 (0.01 mol.L-1) solution containing different quantities of boron (0, 1, 2, 4, 8 and 16 FONT FACE="Symbol">m /font>g.mL-1). Langmuir and Freundlich constants were estimated by nonlinear regressions. Boron adsorption was well described by both Langmuir and Freundlich models over the studied range of boron concentrations (0 to 16 FONT FACE="Symbol">m /font>g.mL-1) for all three soils. Adsorption maximum decreased from the LR samples (around 14 FONT FACE="Symbol">m /font>g.g-1) to the PV subsurface sample (7 FONT FACE="Symbol">m /font>g.g-1) and then to the surface PV horizon and LE samples (less than 6 FONT FACE="Symbol">m /font>g.g-1). The Langmuir model exhibited lower sum of deviations in relation to the PV and the LE. The opposite occurred for the LR, where the sum of deviations was high for the Freundlich model.

O objetivo deste trabalho foi estudar a adequação dos modelos de Langmuir e de Freundlich para descrever a adsorção do boro em amostras superficiais (0-0,2 m) e subsuperficiais (na maior expressão do horizonte B) de três solos altamente intemperizados: latossolo roxo distrófico textura muito argilosa (LR), podzólico vermelho-amarelo eutrófico textura arenosa/média (PV) e latossolo vermelho-escuro álico textura média (LE). Para a determinação da quantidade de boro adsorvido, 20 mL de soluções de CaCl2 0,01 mol.L-1 com diferentes quantidades de boro (0; 1; 2; 4; 8 e 16 FONT FACE="Symbol">m /font>g.mL-1) foram adicionados a 4 g de terra fina seca em estufa e agitados por 24 h. Tanto o modelo de Langmuir como o de Freundlich adequaram-se bem aos valores de boro adsorvido pelos solos, em toda faixa estudada. As adsorções máximas de maior valor estimadas pelo modelo de Langmuir foram encontradas para as amostras do LR (em torno de 14 FONT FACE="Symbol">m /font>g.g-1), seguidas daquela do horizonte B do PV (7 FONT FACE="Symbol">m /font>g.g-1). Valores menores foram encontrados nas amostras do LE e no horizonte superficial do PV, com menos de 6 FONT FACE="Symbol">m /font>g.g-1 de boro adsorvido. O somatório dos desvios no PV e no LE foram maiores para o modelo de Freundlich, enquanto que, no LR, o somatório foi maior para os valores estimados pelo modelo de Langmuir.

Óxidos de ferro e de alumínio e a mineralogia da fração argila deferrificada de latossolos ácricos

Total, free and amorphous iron and aluminium oxides were obtained from three acric Oxisols (two dusky-red latosol - LR and one Una variant latosol - LU) from the State of São Paulo, Brazil. These soils are in an advanced stage of weathering, having an effective CEC lower than 15 mmolc/kg clay. For all soils, the clay mineralogy was dominated by kaolinite and gibbsite, showing also some peaks of hidroxy-interlayered vermiculite. The LR had total, free and amorphous iron and aluminium contents higher than in the LU. In those soils, gibbsite represented more than 50% of iron free clay fraction of the Bw horizon, while in the LU the participation of kaolinite was higher (54% x 46%). In the Una variant latosol, with more intense yellow color, free aluminium represented 25% of the total, while in the LR it was 13%. The ratio specific surface area/free Fe-oxide was higher in the LU than in the dusky-red ones.

Foram obtidos os teores totais e também os livres e amorfos de óxidos de ferro e alumínio de dois latossolos roxos (LR) e de um latossolo variação Una (LU) ácricos do norte do Estado de São Paulo, que se caracterizam por avançado estado de intemperismo, exibindo CTC efetiva menor que 15 mmolc/kg de argila. Para os três solos, a mineralogia da fração argila foi dominada por caulinita e gibbsita, aparecendo também vermiculita com hidroxila entrecamadas em pequena quantidade. Nos latossolos roxos ácricos, os teores de ferro e alumínio totais, livres e amorfos foram maiores do que no LU. Nesses solos, a gibbsita respondeu por mais da metade da fração argila deferriflcada, enquanto que no LU a participação da caulinita foi mais significativa (54 x 46%). No latossolo variação Una, que apresenta coloração amarelada, as formas de alumínio extraídas com ditionito responderam por uma porcentagem maior do alumínio total (25%) do que nos LRs (13%, em média), sendo que a relação superfície específica/ Fe livre foi maior do que nos latossolos roxos.

Cana-de-açúcar cultivada após milho e amendoim, com diferentes doses de adubo

In an alie quartzipsamment located of Piracicaba, SP, an experiment was carried out in order to evaluate the effect of corn and peanut, cultivated in rotation with sugarcane, variety SP 70-1143, in a 0,9 m inter-row spacing. Independent of the level of fertilizer applied to plant cane (500 kg/ha - 45 g/m or 778 kg/ha - 70 g/m of 05-25-25), sugarcane yield at harvest was higher after peanut than after corn. In rotation with peanut, no effect of fertilizer level was found in any evaluated parameter (number of tillers/10 m, height, weight of 30 stalks and kilometers of cane/ha). On the other hand, in areas where corn was grown before the cane, the number of stalks, at harvest, of the treatment with the highest level of fertilizer was equivalent to that of the areas after peanut, and the height of the cane was higher than the cane grown with the lower fertilizer level.

Numa areia quartzosa álica de Piracicaba,SP foram avaliados diversos parâmetros de crescimento e a produtividade da cana-de-açúcar, variedade SP 70-1143, cultivada no espaçamento 0,9 m entrelinhas, em rotação com milho e com amendoim. Independentemente da dose de adubo utilizada no plantio (500 kg/ha - 45 g/m ou 778 kg/ha - 70 g/m de 05-25-25), a produtividade da cana aos 18 meses, após o cultivo do amendoim, foi superior à produtividade após milho. Na rotação com amendoim não houve efeito da dose de adubo em nenhum dos parâmetros avaliados (número de perfilhos/10 m, altura da cana, peso de 30 colmos e quilômetros de cana/ ha). Entretanto, nas áreas após o cultivo do milho, o número de perfilhos do tratamento com a dose maior de adubo foi igual ao dos tratamentos após amendoim, enquanto sua altura foi superior à da cana com menor dose de adubo.

Cana-de-açúcar cultivada após milho e amendoim, com diferentes doses de adubo

In an alie quartzipsamment located of Piracicaba, SP, an experiment was carried out in order to evaluate the effect of corn and peanut, cultivated in rotation with sugarcane, variety SP 70-1143, in a 0,9 m inter-row spacing. Independent of the level of fertilizer applied to plant cane (500 kg/ha - 45 g/m or 778 kg/ha - 70 g/m of 05-25-25), sugarcane yield at harvest was higher after peanut than after corn. In rotation with peanut, no effect of fertilizer level was found in any evaluated parameter (number of tillers/10 m, height, weight of 30 stalks and kilometers of cane/ha). On the other hand, in areas where corn was grown before the cane, the number of stalks, at harvest, of the treatment with the highest level of fertilizer was equivalent to that of the areas after peanut, and the height of the cane was higher than the cane grown with the lower fertilizer level.

Numa areia quartzosa álica de Piracicaba,SP foram avaliados diversos parâmetros de crescimento e a produtividade da cana-de-açúcar, variedade SP 70-1143, cultivada no espaçamento 0,9 m entrelinhas, em rotação com milho e com amendoim. Independentemente da dose de adubo utilizada no plantio (500 kg/ha - 45 g/m ou 778 kg/ha - 70 g/m de 05-25-25), a produtividade da cana aos 18 meses, após o cultivo do amendoim, foi superior à produtividade após milho. Na rotação com amendoim não houve efeito da dose de adubo em nenhum dos parâmetros avaliados (número de perfilhos/10 m, altura da cana, peso de 30 colmos e quilômetros de cana/ ha). Entretanto, nas áreas após o cultivo do milho, o número de perfilhos do tratamento com a dose maior de adubo foi igual ao dos tratamentos após amendoim, enquanto sua altura foi superior à da cana com menor dose de adubo.

Óxidos de ferro e de alumínio e a mineralogia da fração argila deferrificada de latossolos ácricos

Total, free and amorphous iron and aluminium oxides were obtained from three acric Oxisols (two dusky-red latosol - LR and one Una variant latosol - LU) from the State of São Paulo, Brazil. These soils are in an advanced stage of weathering, having an effective CEC lower than 15 mmolc/kg clay. For all soils, the clay mineralogy was dominated by kaolinite and gibbsite, showing also some peaks of hidroxy-interlayered vermiculite. The LR had total, free and amorphous iron and aluminium contents higher than in the LU. In those soils, gibbsite represented more than 50% of iron free clay fraction of the Bw horizon, while in the LU the participation of kaolinite was higher (54% x 46%). In the Una variant latosol, with more intense yellow color, free aluminium represented 25% of the total, while in the LR it was 13%. The ratio specific surface area/free Fe-oxide was higher in the LU than in the dusky-red ones.

Foram obtidos os teores totais e também os livres e amorfos de óxidos de ferro e alumínio de dois latossolos roxos (LR) e de um latossolo variação Una (LU) ácricos do norte do Estado de São Paulo, que se caracterizam por avançado estado de intemperismo, exibindo CTC efetiva menor que 15 mmolc/kg de argila. Para os três solos, a mineralogia da fração argila foi dominada por caulinita e gibbsita, aparecendo também vermiculita com hidroxila entrecamadas em pequena quantidade. Nos latossolos roxos ácricos, os teores de ferro e alumínio totais, livres e amorfos foram maiores do que no LU. Nesses solos, a gibbsita respondeu por mais da metade da fração argila deferriflcada, enquanto que no LU a participação da caulinita foi mais significativa (54 x 46%). No latossolo variação Una, que apresenta coloração amarelada, as formas de alumínio extraídas com ditionito responderam por uma porcentagem maior do alumínio total (25%) do que nos LRs (13%, em média), sendo que a relação superfície específica/ Fe livre foi maior do que nos latossolos roxos.

Atributos físicos de latossolos ácricos do norte paulista

Physical attributes, i.e, water dispersible clay (WDC), available water (AW) and specific surface area (SSA) of surface and subsurface samples of three acne Oxisols from the São Paulo State - Brazil (two dusky red and one Una variant latosol) were studied. WDC decreased markedly with depth and their values were 0 and 2% for the B horizon. In that layer, electric charge density, surface potential and deltapH were close to zero, promoting colloid flocullation. Amounts of AW were low ( 6%) in all samples, with exception of the surface layer from one of the dusky red latosols, for which available water was medium (6-12%). Those low values reflected strong microagreggationof the acric Oxisols, whose water retention and movement are similar to sandy soils. SSA had small values, varying from 42 to 104nrVg, as a result of a predominance of kaolinite and oxides in the soil clay fraction. A positive correlation was obtained between SSA and the amounts of organic carbon and iron oxides.

Neste trabalho foram quantificadas a argila dispersa em água (ADA), a água disponível (AD) e a superfície específica (SE) de amostras superficiais e subsuperficiais de três latossolos ácricos paulistas. Estes atributos foram relacionados com a carga elétrica líquida, o ponto de efeito salino nulo e o potencial elétrico superficial. As quantidades de argila dispersa em água diminuíram bastante em profundidade, tendo seus valores variado de 0 a 2% no horizonte B. Nestas camadas, a densidade de carga elétrica, o potencial elétrico superficial e o deltapH estiveram próximos da neutralidade, favorecendo a floculação dos colóides. Os teores de água disponível foram baixos em todas as amostras ( 6%), com exceção da camada superficial de um dos latossolos, onde o teor foi médio (6-12%). Os baixos valores refletiram a forte microagregação destes solos, cujo movimento e retenção de água são similares aos de solos arenosos. Os valores de superfície específica de todas as amostras foram baixos (variando de 42 a 104m²/g), resultado da predominância de minerais cauliníticos e oxídicos na fração argila dos solos. Foi observado efeito positivo da matéria orgânica e dos óxidos de ferro nos valores de SE ao longo dos perfis.

Modelos de dupla camada difusa de Gouy-Chapman e Stern aplicados a latossolos ácricos paulistas

Theoretical models of Gouy-Chapman and Stern, referred to diffuse double layer, were applied to three acric Oxisols, two named dusky red latosol and one Una variant latosol, from the São Paulo State - Brazil. Samples were collected in Ribeirão Preto and Guaira, regions of large occurrence of these soils, supporting many economic crops. In the highest concentration of the electrolyte (KC1 0.1N), the obtained values were better related to the Stern model. On the other hand, in more dilluted solutions (KC1 0.01 and 0.001N), corresponding to more usual ionic strenght of highly weathered soils, the variation of surface charge density of the samples with electric potential was in better agreement with the Gouy-Chapman theory.

Modelos teóricos da dupla camada difusa de Gouy-Chapman e de Stern foram aplicados a um latossolo variação Una ácrico, de Guaira e a dois latossolos roxos ácricos, localizados em Ribeirão Preto e Guaíra, cidades ao norte do Estado de São Paulo, onde solos com caráter ácrico ocupam vasta área nas quais são cultivadas várias culturas de interesse econômico. Na concentração mais elevada do eletrólito suporte (KCl 0,1N), os dados obtidos em laboratório adaptaram-se melhor ao modelo de Stern. Entretanto, nas menores concentrações (KCl 0,01 e 0,001N), correspondentes a valores mais comuns encontrados em solos altamente intemperizados, o modelo de Gouy-Chapman representou melhor a variação da densidade superficial de carga com o potencial elétrico das amostras estudadas.

Modelos de dupla camada difusa de Gouy-Chapman e Stern aplicados a latossolos ácricos paulistas

Theoretical models of Gouy-Chapman and Stern, referred to diffuse double layer, were applied to three acric Oxisols, two named dusky red latosol and one Una variant latosol, from the São Paulo State - Brazil. Samples were collected in Ribeirão Preto and Guaira, regions of large occurrence of these soils, supporting many economic crops. In the highest concentration of the electrolyte (KC1 0.1N), the obtained values were better related to the Stern model. On the other hand, in more dilluted solutions (KC1 0.01 and 0.001N), corresponding to more usual ionic strenght of highly weathered soils, the variation of surface charge density of the samples with electric potential was in better agreement with the Gouy-Chapman theory.

Modelos teóricos da dupla camada difusa de Gouy-Chapman e de Stern foram aplicados a um latossolo variação Una ácrico, de Guaira e a dois latossolos roxos ácricos, localizados em Ribeirão Preto e Guaíra, cidades ao norte do Estado de São Paulo, onde solos com caráter ácrico ocupam vasta área nas quais são cultivadas várias culturas de interesse econômico. Na concentração mais elevada do eletrólito suporte (KCl 0,1N), os dados obtidos em laboratório adaptaram-se melhor ao modelo de Stern. Entretanto, nas menores concentrações (KCl 0,01 e 0,001N), correspondentes a valores mais comuns encontrados em solos altamente intemperizados, o modelo de Gouy-Chapman representou melhor a variação da densidade superficial de carga com o potencial elétrico das amostras estudadas.

Atributos físicos de latossolos ácricos do norte paulista

Physical attributes, i.e, water dispersible clay (WDC), available water (AW) and specific surface area (SSA) of surface and subsurface samples of three acne Oxisols from the São Paulo State - Brazil (two dusky red and one Una variant latosol) were studied. WDC decreased markedly with depth and their values were 0 and 2% for the B horizon. In that layer, electric charge density, surface potential and deltapH were close to zero, promoting colloid flocullation. Amounts of AW were low ( 6%) in all samples, with exception of the surface layer from one of the dusky red latosols, for which available water was medium (6-12%). Those low values reflected strong microagreggationof the acric Oxisols, whose water retention and movement are similar to sandy soils. SSA had small values, varying from 42 to 104nrVg, as a result of a predominance of kaolinite and oxides in the soil clay fraction. A positive correlation was obtained between SSA and the amounts of organic carbon and iron oxides.

Neste trabalho foram quantificadas a argila dispersa em água (ADA), a água disponível (AD) e a superfície específica (SE) de amostras superficiais e subsuperficiais de três latossolos ácricos paulistas. Estes atributos foram relacionados com a carga elétrica líquida, o ponto de efeito salino nulo e o potencial elétrico superficial. As quantidades de argila dispersa em água diminuíram bastante em profundidade, tendo seus valores variado de 0 a 2% no horizonte B. Nestas camadas, a densidade de carga elétrica, o potencial elétrico superficial e o deltapH estiveram próximos da neutralidade, favorecendo a floculação dos colóides. Os teores de água disponível foram baixos em todas as amostras ( 6%), com exceção da camada superficial de um dos latossolos, onde o teor foi médio (6-12%). Os baixos valores refletiram a forte microagregação destes solos, cujo movimento e retenção de água são similares aos de solos arenosos. Os valores de superfície específica de todas as amostras foram baixos (variando de 42 a 104m²/g), resultado da predominância de minerais cauliníticos e oxídicos na fração argila dos solos. Foi observado efeito positivo da matéria orgânica e dos óxidos de ferro nos valores de SE ao longo dos perfis.