Assessment of heavy metals in soils of a vineyard region with the use of principal component analysis

Agricultural management with chemicals may contaminate the soil with heavy metals. The objective of this study was to apply Principal Component Analysis and geoprocessing techniques to identify the origin of the metals Cu, Fe, Mn, Zn, Ni, Pb, Cr and Cd as potential contaminants of agricultural soils. The study was developed in an area of vineyard cultivation in the State of São Paulo, Brazil. Soil samples were collected and GPS located under different uses and coverings. The metal concentrations in the soils were determined using the DTPA method. The Cu and Zn content was considered high in most of the samples, and was larger in the areas cultivated with vineyards that had been under the application of fungicides for several decades. The concentrations of Cu and Zn were correlated. The geoprocessing techniques and the Principal Component Analysis confirmed the enrichment of the soil with Cu and Zn because of the use and management of the vineyards with chemicals in the preceding decades.

O manejo agrícola com agroquímicos pode levar a contaminação dos solos por metais pesados. O objetivo deste trabalho foi aplicar a Análise dos Componentes Principais e técnicas de geoprocessamento para identificar a origem dos metais pesados Cu, Fe, Mn, Zn, Ni, Pb, Cr e Cd como contaminantes potenciais em solos agrícolas. O estudo foi desenvolvido em uma área cultivada com vinhedos no Estado de São Paulo, Brazil. Amostras de solos foram coletadas e georeferenciadas por GPS sob diferentes usos e coberturas. As concentrações dos metais nos solos foram obtidas pelo método de extração com DTPA. As concentrações de Cu e Zn foram consideradas altas na maioria das amostras pesquisadas, sendo maiores nas áreas cultivadas com vinhedos sob aplicações de fungicidas por décadas. As concentrações de Cu e Zn apresentaram correlação. As técnicas de geoprocessamento e a Análise dos Componentes Principais indicaram enriquecimento do solo com Cu e Zn devido ao uso e manejo dos vinhedos com agroquímicos nas décadas anteriores.

Sewage sludge application on cultivated soils: effects on runoff and trace metal load

The use of sewage sludge in agricultural soils as a macro and micronutrient source and as a soil conditioner has been one of the alternatives for its disposal. However, sewage sludge contains trace metals, which are potential sources of pollution. The goal of this study was to evaluate the effect of sewage sludge application on surface water contamination through runoff when it was applied in a soil cultivated with corn. The effect of sludge application on the concentration and load of copper, nickel and zinc and the volume of runoff water and sediment were evaluated. The experiment was set up in plots used to study erosion losses in Campinas, Sao Paulo State, Brazil. The soil is a clayey Rhodic Hapludox. Three treatments were studied: no sewage sludge, sewage sludge to supply the N required by the crop and twice that amount, with four replications. The water and sediment lost by runoff were measured after each rainfall, and sampled for chemical analysis. The volumes of water and sediment lost by runoff decreased after sewage sludge application. The waste application increased trace metal concentration in the runoff water and sediment, especially zinc, which was present in high concentration in the sewage sludge used. Nevertheless, the load of trace metals transported from the plot was mostly dependent on the total runoff volume. Most of the Cu, Zn and Ni losses were via sediment, and occurred in a few highly erosive rainfall events in the period studied.

O uso de lodo de esgoto em solos agrícolas como fonte de macro e micronutrientes e como condicionador de solos tem sido uma das alternativas para sua disposição final. O lodo de esgoto, entretanto, contém metais que são potencialmente fonte de poluição. Estudou-se o efeito da aplicação de lodo de esgoto na contaminação de águas superficiais por meio da enxurrada proveniente de solo agrícola cultivado com milho. O efeito da aplicação do lodo na concentração e no carreamento de cobre, níquel e zinco e no volume de enxurrada e sedimentos foi avaliado. Os tratamentos foram aplicados em parcelas utilizadas para estudos de perdas por erosão em Campinas, São Paulo, Brasil. O solo era um Latossolo Vermelho férrico argiloso. Os três tratamentos foram: sem lodo, com lodo para suprir o N requerido pela cultura e duas vezes essa quantidade, com quatro repetições. A água e o sedimento perdidos pela enxurrada eram medidos na manhã seguinte de cada chuva e amostrados para análise química. Os volumes de água e de sedimentos perdidos por enxurrada diminuíram com a aplicação do lodo. A aplicação do resíduo aumentou a concentração de metais na água e no sedimento, especialmente do zinco que estava presente em alta concentração do lodo de esgoto utilizado. Entretanto, a carga de metais transportados das parcelas foi dependente principalmente do volume total de enxurrada. A maior parte das perdas de Cu, Ni e Zn foi via sedimento e ocorreu em alguns poucos eventos de alta erosividade no período de estudo.

Sewage sludge application on cultivated soils: effects on runoff and trace metal load

The use of sewage sludge in agricultural soils as a macro and micronutrient source and as a soil conditioner has been one of the alternatives for its disposal. However, sewage sludge contains trace metals, which are potential sources of pollution. The goal of this study was to evaluate the effect of sewage sludge application on surface water contamination through runoff when it was applied in a soil cultivated with corn. The effect of sludge application on the concentration and load of copper, nickel and zinc and the volume of runoff water and sediment were evaluated. The experiment was set up in plots used to study erosion losses in Campinas, Sao Paulo State, Brazil. The soil is a clayey Rhodic Hapludox. Three treatments were studied: no sewage sludge, sewage sludge to supply the N required by the crop and twice that amount, with four replications. The water and sediment lost by runoff were measured after each rainfall, and sampled for chemical analysis. The volumes of water and sediment lost by runoff decreased after sewage sludge application. The waste application increased trace metal concentration in the runoff water and sediment, especially zinc, which was present in high concentration in the sewage sludge used. Nevertheless, the load of trace metals transported from the plot was mostly dependent on the total runoff volume. Most of the Cu, Zn and Ni losses were via sediment, and occurred in a few highly erosive rainfall events in the period studied.

O uso de lodo de esgoto em solos agrícolas como fonte de macro e micronutrientes e como condicionador de solos tem sido uma das alternativas para sua disposição final. O lodo de esgoto, entretanto, contém metais que são potencialmente fonte de poluição. Estudou-se o efeito da aplicação de lodo de esgoto na contaminação de águas superficiais por meio da enxurrada proveniente de solo agrícola cultivado com milho. O efeito da aplicação do lodo na concentração e no carreamento de cobre, níquel e zinco e no volume de enxurrada e sedimentos foi avaliado. Os tratamentos foram aplicados em parcelas utilizadas para estudos de perdas por erosão em Campinas, São Paulo, Brasil. O solo era um Latossolo Vermelho férrico argiloso. Os três tratamentos foram: sem lodo, com lodo para suprir o N requerido pela cultura e duas vezes essa quantidade, com quatro repetições. A água e o sedimento perdidos pela enxurrada eram medidos na manhã seguinte de cada chuva e amostrados para análise química. Os volumes de água e de sedimentos perdidos por enxurrada diminuíram com a aplicação do lodo. A aplicação do resíduo aumentou a concentração de metais na água e no sedimento, especialmente do zinco que estava presente em alta concentração do lodo de esgoto utilizado. Entretanto, a carga de metais transportados das parcelas foi dependente principalmente do volume total de enxurrada. A maior parte das perdas de Cu, Ni e Zn foi via sedimento e ocorreu em alguns poucos eventos de alta erosividade no período de estudo.

Assessment of heavy metals in soils of a vineyard region with the use of principal component analysis

Agricultural management with chemicals may contaminate the soil with heavy metals. The objective of this study was to apply Principal Component Analysis and geoprocessing techniques to identify the origin of the metals Cu, Fe, Mn, Zn, Ni, Pb, Cr and Cd as potential contaminants of agricultural soils. The study was developed in an area of vineyard cultivation in the State of São Paulo, Brazil. Soil samples were collected and GPS located under different uses and coverings. The metal concentrations in the soils were determined using the DTPA method. The Cu and Zn content was considered high in most of the samples, and was larger in the areas cultivated with vineyards that had been under the application of fungicides for several decades. The concentrations of Cu and Zn were correlated. The geoprocessing techniques and the Principal Component Analysis confirmed the enrichment of the soil with Cu and Zn because of the use and management of the vineyards with chemicals in the preceding decades.

O manejo agrícola com agroquímicos pode levar a contaminação dos solos por metais pesados. O objetivo deste trabalho foi aplicar a Análise dos Componentes Principais e técnicas de geoprocessamento para identificar a origem dos metais pesados Cu, Fe, Mn, Zn, Ni, Pb, Cr e Cd como contaminantes potenciais em solos agrícolas. O estudo foi desenvolvido em uma área cultivada com vinhedos no Estado de São Paulo, Brazil. Amostras de solos foram coletadas e georeferenciadas por GPS sob diferentes usos e coberturas. As concentrações dos metais nos solos foram obtidas pelo método de extração com DTPA. As concentrações de Cu e Zn foram consideradas altas na maioria das amostras pesquisadas, sendo maiores nas áreas cultivadas com vinhedos sob aplicações de fungicidas por décadas. As concentrações de Cu e Zn apresentaram correlação. As técnicas de geoprocessamento e a Análise dos Componentes Principais indicaram enriquecimento do solo com Cu e Zn devido ao uso e manejo dos vinhedos com agroquímicos nas décadas anteriores.

Laser-induced fluorescence of organic matter from a Brazilian Oxisol under sewage-sludge applications

Sludge applications have been used to maintain fertility of agricultural soils without damaging the natural ecosystem. The aim of this study was evaluating the influence of sewage-sludge addition on the quality of organic matter (OM) of a Brazilian Oxisol by Laser Induced Fluorescence (LIF). LIF was used to analyze OM of whole soil and different soil fractions separated by chemical and physical methods. The high fluorescence contribution of humin fraction to the fluorescence of whole soils was shown, stressing the importance of studying OM associated to mineral matrix of soil. Spectra with different shapes were obtained for every particle size fraction, indicating differences in organic compounds bounded to them. The fraction with the higher carbon content was the 2-20 µm, that contains ~5% C and represents only 10% in soil, but stores 34-39 % of total C and shows the highest fluorescence intensity. The spectrum of this fraction shows its heterogeneity and a higher concentration of compounds which fluorescence is centered at 510 nm. This indicates a higher concentration of unsaturated bond systems capable of high degree of resonance, increased conjugation of the electron pi system, and higher aromaticity comparing with other fractions. No differences were detected for treatments of sewage-sludge applications. LIF spectroscopy is a promising technique for OM studies in whole soils, allowing to study spatial distribution of OM within the soil's mineral matrix, including Oxisols.

A aplicação do lodo de esgoto é utilizada como alternativa de conservação e manutenção da fertilidade dos solos sem prejudicar o ecossistema. O objetivo do presente trabalho foi avaliar a influência da aplicação de lodo de esgoto sobre a matéria orgânica (MO) de um Latossolo vermelho amarelo brasileiro, através da fluorescência induzida por laser (LIF). A LIF foi utilizada para analisar a fluorescência do solo intacto e suas frações químicas e físicas. Houve grande contribuição da fração humina à fluorescência do solo intacto, remarcando a importância de estudar a matéria orgânica (MO) associada à matriz mineral do solo. Para cada fração granulométrica foram obtidos espectros com diferentes perfis, indicando diferenças nos compostos orgânicos a elas ligados. A fração 2-20 µm, que apresentou maior conteúdo de carbono (~5%), representa somente 10% do solo mas acumula 34-39 % do conteúdo total de carbono do mesmo e mostrou a maior intensidade de fluorescência. O espectro desta fração mostra sua heterogeneidade e alta concentração de compostos cuja fluorescência é centrada nos 510 nm, o que indica alta concentração de sistemas com ligações insaturadas, com alto grau de ressonância e maior conjugação do sistema de eletrons pi, indicando maior aromaticidade quando comparado as outras frações. Não foram observadas diferenças significativas entre os tratamentos de lodo de esgoto. A LIF é uma técnica promissora para caraterizar a MO de solos intatos, permitindo estudar sua distribuição na matriz mineral do solo, inclusive nos Latossolos.

Zinc availability for corn grown on an oxisol amended with flue dust

The costs related to the construction and maintenance of industrial landfills, and the environmental risks that they may represent, have increased the interest of several types of industries in studying the possibility of applying residues to agricultural soils. This study evaluates the efficiency of flue dust as a zinc source for corn, and the zinc availability for corn evaluated by four methods. A greenhouse experiment carried out at Campinas, SP, Brazil, evaluated the effect of two zinc sources (flue dust and zinc sulphate), at three rates (5, 50 and 150 mg dm-3), in one soil (Rhodic Hapludox) under two pH conditions (5.0 and 6.0). The treatments were arranged in a randomized factorial scheme design with three replications. Zinc availability indexes were determined by the pH 7.3 DTPA, Mehlich-1, and Mehlich-3 methods. The free Zn2+ activity in soil solution was calculated by the MINTEQ computer model. The extraction methods and the activity of the free ion Zn2+ were equally reliable to evaluate zinc availability in the soil amended with flue dust. More than 70% of the total Zn present in the saturation extract was in the free ion form, and the remainder was mainly complexed to SO4(2-) and OH-, independent of soil pH. Flue dust is a zinc supplier to plants. All tested methods were efficient in evaluating Zn availability for corn, independently of soil pH.

Os custos com a construção e manutenção de aterros industriais e os riscos ambientais que podem representar têm aumentado o interesse de vários tipos de indústrias em estudar a viabilidade de aplicação de resíduos no solo agrícola. Este trabalho avalia a eficiência do pó de aciaria quanto ao suprimento de zinco para o milho e a disponibilidade desse metal comparada por quatro métodos de extração. O experimento foi conduzido em casa de vegetação em Campinas, SP, Brasil, avaliando o efeito de duas fontes de zinco (pó de aciaria e sulfato de zinco), em três doses (5, 50 e 150 mg dm-3) e um solo (Latossolo Vermelho) com dois valores de pH (5,0 e 6,0). Os tratamentos foram distribuídos em esquema fatorial com três repetições. A disponibilidade de zinco foi determinada por DTPA pH 7.3, Mehlich-1 e Mehlich-3 e a atividade do Zn2+ livre na solução do solo foi calculada pelo modelo MINTEQ. Nos dois valores de pH estudados, tanto a atividade do Zn2+ como os três métodos de extração foram igualmente eficientes em avaliar a disponibilidade de zinco para as plantas em solos tratados com pó de aciaria. Mais que 70% do Zn total presente no extrato de saturação estava como íon livre e o restante complexado com SO4(2-) e OH-, independente do pH do solo. O pó de aciaria é uma fonte de zinco para as plantas. Todos os métodos testados foram eficientes em estimar a disponibilidade de Zn para o milho, independente do pH

Zinc availability for corn grown on an oxisol amended with flue dust

The costs related to the construction and maintenance of industrial landfills, and the environmental risks that they may represent, have increased the interest of several types of industries in studying the possibility of applying residues to agricultural soils. This study evaluates the efficiency of flue dust as a zinc source for corn, and the zinc availability for corn evaluated by four methods. A greenhouse experiment carried out at Campinas, SP, Brazil, evaluated the effect of two zinc sources (flue dust and zinc sulphate), at three rates (5, 50 and 150 mg dm-3), in one soil (Rhodic Hapludox) under two pH conditions (5.0 and 6.0). The treatments were arranged in a randomized factorial scheme design with three replications. Zinc availability indexes were determined by the pH 7.3 DTPA, Mehlich-1, and Mehlich-3 methods. The free Zn2+ activity in soil solution was calculated by the MINTEQ computer model. The extraction methods and the activity of the free ion Zn2+ were equally reliable to evaluate zinc availability in the soil amended with flue dust. More than 70% of the total Zn present in the saturation extract was in the free ion form, and the remainder was mainly complexed to SO4(2-) and OH-, independent of soil pH. Flue dust is a zinc supplier to plants. All tested methods were efficient in evaluating Zn availability for corn, independently of soil pH.

Os custos com a construção e manutenção de aterros industriais e os riscos ambientais que podem representar têm aumentado o interesse de vários tipos de indústrias em estudar a viabilidade de aplicação de resíduos no solo agrícola. Este trabalho avalia a eficiência do pó de aciaria quanto ao suprimento de zinco para o milho e a disponibilidade desse metal comparada por quatro métodos de extração. O experimento foi conduzido em casa de vegetação em Campinas, SP, Brasil, avaliando o efeito de duas fontes de zinco (pó de aciaria e sulfato de zinco), em três doses (5, 50 e 150 mg dm-3) e um solo (Latossolo Vermelho) com dois valores de pH (5,0 e 6,0). Os tratamentos foram distribuídos em esquema fatorial com três repetições. A disponibilidade de zinco foi determinada por DTPA pH 7.3, Mehlich-1 e Mehlich-3 e a atividade do Zn2+ livre na solução do solo foi calculada pelo modelo MINTEQ. Nos dois valores de pH estudados, tanto a atividade do Zn2+ como os três métodos de extração foram igualmente eficientes em avaliar a disponibilidade de zinco para as plantas em solos tratados com pó de aciaria. Mais que 70% do Zn total presente no extrato de saturação estava como íon livre e o restante complexado com SO4(2-) e OH-, independente do pH do solo. O pó de aciaria é uma fonte de zinco para as plantas. Todos os métodos testados foram eficientes em estimar a disponibilidade de Zn para o milho, independente do pH

Laser-induced fluorescence of organic matter from a Brazilian Oxisol under sewage-sludge applications

Sludge applications have been used to maintain fertility of agricultural soils without damaging the natural ecosystem. The aim of this study was evaluating the influence of sewage-sludge addition on the quality of organic matter (OM) of a Brazilian Oxisol by Laser Induced Fluorescence (LIF). LIF was used to analyze OM of whole soil and different soil fractions separated by chemical and physical methods. The high fluorescence contribution of humin fraction to the fluorescence of whole soils was shown, stressing the importance of studying OM associated to mineral matrix of soil. Spectra with different shapes were obtained for every particle size fraction, indicating differences in organic compounds bounded to them. The fraction with the higher carbon content was the 2-20 µm, that contains ~5% C and represents only 10% in soil, but stores 34-39 % of total C and shows the highest fluorescence intensity. The spectrum of this fraction shows its heterogeneity and a higher concentration of compounds which fluorescence is centered at 510 nm. This indicates a higher concentration of unsaturated bond systems capable of high degree of resonance, increased conjugation of the electron pi system, and higher aromaticity comparing with other fractions. No differences were detected for treatments of sewage-sludge applications. LIF spectroscopy is a promising technique for OM studies in whole soils, allowing to study spatial distribution of OM within the soil's mineral matrix, including Oxisols.

A aplicação do lodo de esgoto é utilizada como alternativa de conservação e manutenção da fertilidade dos solos sem prejudicar o ecossistema. O objetivo do presente trabalho foi avaliar a influência da aplicação de lodo de esgoto sobre a matéria orgânica (MO) de um Latossolo vermelho amarelo brasileiro, através da fluorescência induzida por laser (LIF). A LIF foi utilizada para analisar a fluorescência do solo intacto e suas frações químicas e físicas. Houve grande contribuição da fração humina à fluorescência do solo intacto, remarcando a importância de estudar a matéria orgânica (MO) associada à matriz mineral do solo. Para cada fração granulométrica foram obtidos espectros com diferentes perfis, indicando diferenças nos compostos orgânicos a elas ligados. A fração 2-20 µm, que apresentou maior conteúdo de carbono (~5%), representa somente 10% do solo mas acumula 34-39 % do conteúdo total de carbono do mesmo e mostrou a maior intensidade de fluorescência. O espectro desta fração mostra sua heterogeneidade e alta concentração de compostos cuja fluorescência é centrada nos 510 nm, o que indica alta concentração de sistemas com ligações insaturadas, com alto grau de ressonância e maior conjugação do sistema de eletrons pi, indicando maior aromaticidade quando comparado as outras frações. Não foram observadas diferenças significativas entre os tratamentos de lodo de esgoto. A LIF é uma técnica promissora para caraterizar a MO de solos intatos, permitindo estudar sua distribuição na matriz mineral do solo, inclusive nos Latossolos.

Copper desorption in a soil with variable charge

Adsorption processes of heavy metals in soils have been more extensively studied than desorption, in spite of this latter process being related to nutrient bioavailability in the soil solution. Copper desorption from surface (0-0.2 m) and subsurface (1.0 - 1.2 m) samples of an Anionic Acrudox was studied at two pH values (4.5 and 7.5). Soil samples were incubated with Cu rates varying from 0 to 400 mg kg-1, during 4 and 12 weeks, in the presence of CaCl2 as support electrolyte at concentrations of 0.01 and 0.001 mol L-1. Complete soil adsorption of added Cu was observed at pH 7.5 in all incubation periods, indicating that a 24h-shaking period was enough to reach equilibrium and maximum adsorption. Copper adsorption varied with the incubation period and was much lower at pH 4.5 than at pH 7.5, after the 24 hour-incubation period. After 4 and 12 weeks, Cu adsorption values were higher and similar for all soil samples, irrespective of pH or depth of sampling. The effect of the incubation period on soil Cu adsorption surpassed the pH effect for all Cu rates. The hysteresis was expressive, suggesting that Cu enhances high-energy bonds with the soil colloids. Calcium chloride was not efficient in promoting native soil Cu desorption in the studied concentrations.

A adsorção de metais pesados aos solos é mais estudada do que sua dessorção. No entanto, o processo de dessorção está diretamente relacionado à disponibilidade dos elementos às plantas. A dessorção de cobre em amostras superficiais (0-0,2 m) e subsuperficiais (1,0-1,2 m) de um Latossolo Vermelho acriférrico foi estudada em dois valores de pH (4,5 e 7,5). Foram adicionados até 400 mg kg-1 de Cu em amostras incubadas por 4 e 12 semanas, tendo o CaCl2 como eletrólito suporte nas concentrações de 0,01 e 0,001 mol L-1. No pH mais elevado (7,5), em todos os períodos de incubação, as amostras adsorveram praticamente todo o cobre adicionado, indicando que o tempo de 24 h de agitação para se atingir o equilíbrio foi suficiente para atingir a adsorção máxima. A adsorção de Cu variou com o tempo de incubação do elemento com o solo. No pH mais baixo (4,5), a adsorção foi bem menor após 24 h de incubação. Após 4 e 12 semanas, as adsorções foram elevadas e semelhantes para todas as amostras, independentemente da profundidade e do pH. Para todas as doses estudadas, o efeito do tempo de incubação na adsorção de cobre pelo solo sobrepujou o efeito do pH. O fenômeno de histerese foi expressivo, sugerindo que o Cu forma ligações de alta energia com os colóides do solo. O cloreto de cálcio não foi eficiente para dessorver cobre nativo do solo.

Copper desorption in a soil with variable charge

Adsorption processes of heavy metals in soils have been more extensively studied than desorption, in spite of this latter process being related to nutrient bioavailability in the soil solution. Copper desorption from surface (0-0.2 m) and subsurface (1.0 - 1.2 m) samples of an Anionic Acrudox was studied at two pH values (4.5 and 7.5). Soil samples were incubated with Cu rates varying from 0 to 400 mg kg-1, during 4 and 12 weeks, in the presence of CaCl2 as support electrolyte at concentrations of 0.01 and 0.001 mol L-1. Complete soil adsorption of added Cu was observed at pH 7.5 in all incubation periods, indicating that a 24h-shaking period was enough to reach equilibrium and maximum adsorption. Copper adsorption varied with the incubation period and was much lower at pH 4.5 than at pH 7.5, after the 24 hour-incubation period. After 4 and 12 weeks, Cu adsorption values were higher and similar for all soil samples, irrespective of pH or depth of sampling. The effect of the incubation period on soil Cu adsorption surpassed the pH effect for all Cu rates. The hysteresis was expressive, suggesting that Cu enhances high-energy bonds with the soil colloids. Calcium chloride was not efficient in promoting native soil Cu desorption in the studied concentrations.

A adsorção de metais pesados aos solos é mais estudada do que sua dessorção. No entanto, o processo de dessorção está diretamente relacionado à disponibilidade dos elementos às plantas. A dessorção de cobre em amostras superficiais (0-0,2 m) e subsuperficiais (1,0-1,2 m) de um Latossolo Vermelho acriférrico foi estudada em dois valores de pH (4,5 e 7,5). Foram adicionados até 400 mg kg-1 de Cu em amostras incubadas por 4 e 12 semanas, tendo o CaCl2 como eletrólito suporte nas concentrações de 0,01 e 0,001 mol L-1. No pH mais elevado (7,5), em todos os períodos de incubação, as amostras adsorveram praticamente todo o cobre adicionado, indicando que o tempo de 24 h de agitação para se atingir o equilíbrio foi suficiente para atingir a adsorção máxima. A adsorção de Cu variou com o tempo de incubação do elemento com o solo. No pH mais baixo (4,5), a adsorção foi bem menor após 24 h de incubação. Após 4 e 12 semanas, as adsorções foram elevadas e semelhantes para todas as amostras, independentemente da profundidade e do pH. Para todas as doses estudadas, o efeito do tempo de incubação na adsorção de cobre pelo solo sobrepujou o efeito do pH. O fenômeno de histerese foi expressivo, sugerindo que o Cu forma ligações de alta energia com os colóides do solo. O cloreto de cálcio não foi eficiente para dessorver cobre nativo do solo.

Copper, nickel and zinc phytoavailability in an oxisol amended with sewage sludge and liming

Contents of heavy metal on agricultural soils have been raised by land applications of sewage sludge and may constitute a hazard to plants, animals and humans. A field experiment was carried out from 1983 to 1987, to evaluate the long-term effect of sewage sludge application, with and without liming, on heavy metal accumulation and availability in a Rhodic Hapludox soil grown with maize (HMD 7974 hybrid). Trials were set up in a completely randomized blocks design with four replications. Each block was split in two bands, one with and another without liming. The sludge was applied in each band at rates: 0, 20, 40, 60 and 80 Mg ha-1 (dry basis) in a single application; and 40, 60 and 80 Mg ha-1 split in two, three and four equal yearly applications, respectively. The soil was sampled for chemical analysis each year after harvest. Soil samples were analysed for Cu, Ni and Zn in extracts obtained with DTPA and Mehlich-3 solutions, and in extracts obtained by digestion with nitric-perchloric acid (total metal contents), using an inductively coupled plasma (ICP) spectrometer. In general, Zn, Cu and Ni concentrations in DTPA and Mehlich-3 extracts increased linearly with sludge application. Total Cu and Zn concentrations increased when sludge was applied, whereas total Ni concentrations were not affected. Both extractants were suitable to evaluate Cu and Zn availability to corn in the soil treated with sewage sludge. Liming reduced the DTPA extractability of Zn. DTPA-extractable Cu concentrations were not significantly affected by liming. Mehlich-3-extractable Cu and Zn concentrations increased with liming. Only DTPA extractant indicated reduction of Ni concentrations in the soil after liming.

A reciclagem agrícola do lodo de esgoto tem provocado o acúmulo de metais pesados no solo e na água, podendo atingir níveis tóxicos e causar danos às plantas cultivadas, aos animais e ao homem, por meio da cadeia trófica. Foi desenvolvido um experimento, em condições de campo entre 1983 e 1987, onde foram avaliados os efeitos da aplicação de lodo de esgoto por quatro anos, com e sem calagem, sobre a acumulação e disponibilidade de metais pesados em um Latossolo Vermelho distrófico típico cultivado com milho (HMD 7974). O delineamento utilizado foi o de blocos completos ao acaso, com quatro repetições. Cada bloco foi dividido em duas faixas nas quais foram aplicados os tratamentos com e sem calcário, e em cada faixa foi aplicado o lodo nas seguintes doses: 0, 20, 40, 60 e 80 Mg ha-1 (material seco) de lodo de esgoto, em aplicação única; e as doses de 40, 60 e 80 Mg ha-1, parceladas em dois, três e quatro anos, respectivamente. A fitodisponibilidade dos metais foi avaliada pelos extratores DTPA e Mehlich-3. Os teores extraíveis de Cu, Ni e Zn no solo aumentaram linearmente com as doses de lodo de esgoto, para os dois extratores usados. A adição de lodo de esgoto elevou os teores totais de Cu e Zn, mas não afetou os teores de Ni no solo. Os extratores DTPA e Mehlich-3 foram igualmente eficientes na predição da fitodisponibilidade de Cu e Zn. A adição de calcário reduziu a extratabilidade de Zn-DTPA, não alterou a de Cu-DTPA e aumentou os teores de Cu e Zn extraíveis do solo por Mehlich-3. Somente o extrator DTPA mostrou a redução do teor de Ni extraível do solo com a adição de calcário.

Copper, nickel and zinc phytoavailability in an oxisol amended with sewage sludge and liming

Contents of heavy metal on agricultural soils have been raised by land applications of sewage sludge and may constitute a hazard to plants, animals and humans. A field experiment was carried out from 1983 to 1987, to evaluate the long-term effect of sewage sludge application, with and without liming, on heavy metal accumulation and availability in a Rhodic Hapludox soil grown with maize (HMD 7974 hybrid). Trials were set up in a completely randomized blocks design with four replications. Each block was split in two bands, one with and another without liming. The sludge was applied in each band at rates: 0, 20, 40, 60 and 80 Mg ha-1 (dry basis) in a single application; and 40, 60 and 80 Mg ha-1 split in two, three and four equal yearly applications, respectively. The soil was sampled for chemical analysis each year after harvest. Soil samples were analysed for Cu, Ni and Zn in extracts obtained with DTPA and Mehlich-3 solutions, and in extracts obtained by digestion with nitric-perchloric acid (total metal contents), using an inductively coupled plasma (ICP) spectrometer. In general, Zn, Cu and Ni concentrations in DTPA and Mehlich-3 extracts increased linearly with sludge application. Total Cu and Zn concentrations increased when sludge was applied, whereas total Ni concentrations were not affected. Both extractants were suitable to evaluate Cu and Zn availability to corn in the soil treated with sewage sludge. Liming reduced the DTPA extractability of Zn. DTPA-extractable Cu concentrations were not significantly affected by liming. Mehlich-3-extractable Cu and Zn concentrations increased with liming. Only DTPA extractant indicated reduction of Ni concentrations in the soil after liming.

A reciclagem agrícola do lodo de esgoto tem provocado o acúmulo de metais pesados no solo e na água, podendo atingir níveis tóxicos e causar danos às plantas cultivadas, aos animais e ao homem, por meio da cadeia trófica. Foi desenvolvido um experimento, em condições de campo entre 1983 e 1987, onde foram avaliados os efeitos da aplicação de lodo de esgoto por quatro anos, com e sem calagem, sobre a acumulação e disponibilidade de metais pesados em um Latossolo Vermelho distrófico típico cultivado com milho (HMD 7974). O delineamento utilizado foi o de blocos completos ao acaso, com quatro repetições. Cada bloco foi dividido em duas faixas nas quais foram aplicados os tratamentos com e sem calcário, e em cada faixa foi aplicado o lodo nas seguintes doses: 0, 20, 40, 60 e 80 Mg ha-1 (material seco) de lodo de esgoto, em aplicação única; e as doses de 40, 60 e 80 Mg ha-1, parceladas em dois, três e quatro anos, respectivamente. A fitodisponibilidade dos metais foi avaliada pelos extratores DTPA e Mehlich-3. Os teores extraíveis de Cu, Ni e Zn no solo aumentaram linearmente com as doses de lodo de esgoto, para os dois extratores usados. A adição de lodo de esgoto elevou os teores totais de Cu e Zn, mas não afetou os teores de Ni no solo. Os extratores DTPA e Mehlich-3 foram igualmente eficientes na predição da fitodisponibilidade de Cu e Zn. A adição de calcário reduziu a extratabilidade de Zn-DTPA, não alterou a de Cu-DTPA e aumentou os teores de Cu e Zn extraíveis do solo por Mehlich-3. Somente o extrator DTPA mostrou a redução do teor de Ni extraível do solo com a adição de calcário.

Isotermas de adsorção de Freundlich para o crômio (III) em Latossolos

Environmental impacts caused by tannery waste application to agricultural soils must be studied to avoid biota and groundwater contamination. Soil chromium adsorption is very important, when the soil adsorptive capacity is exceeded and, potentially, the metals become available for leaching. The objectives of this study were to verify if the isotherm of Freundlich describes adequately the chromium adsorption by Oxisols, to study chromium adsorption considering different soils and horizons, as well as some chemical and physical attributes, and to evaluate the influence of the pH level on chromium adsorption. Samples of the A and B horizons of two soils were collected in the São Paulo State - Brazil: a) Typic Eutrorthox (LVe) and b) Typic Haplorthox (LVd). The pH alteration of the surface horizons was performed with the addition of calcium carbonate to reach 70% base saturation. Samples were shaken with CrCl3 solutions (prepared in Ca(NO3)2 5 mmol L-1 as the support electrolyte) of different initial chromium concentrations Co: 0; 0.5; 1.0; 2.5; 5.0; 10.0 and 50.0 mg L-1, using two replicates for each treatment. Freundlich isotherms were adjusted to describe the chromium adsorption by the soil. This isoterm fitted well to the experimental data. Chromium adsorption was higher in the Typic Eutrorthox than in the Typic Haplorthox. The adsorption was also favored by liming in both soils. There was no difference between chromium adsorption by the two horizons of the soils.

Os impactos causados no ambiente pela aplicação de resíduos de curtume contendo crômio em solos agrícolas devem ser estudados detalhadamente para que se evite a contaminação da biota e das águas subterrâneas. A adsorção do crômio ao solo reveste-se de especial importância em estudos de movimentação de solutos, uma vez que, se a capacidade adsortiva de um solo for ultrapassada, o metal fica potencialmente disponível para ser lixiviado. Os objetivos deste trabalho foram verificar a adequação da Isoterma de Freundlich em descrever a adsorção do crômio em Latossolos; analisar o comportamento da adsorção do crômio considerando-se os diferentes solos e horizontes, bem como de alguns de seus atributos químicos e físicos, como teores de óxidos e textura, e analisar a influência do nível de pH dos horizontes A. Utilizaram-se amostras dos horizontes A e B de dois solos coletados no Estado de São Paulo, Brasil: a) LATOSSOLO VERMELHO ESCURO Eutroférrico (LVe) e b) LATOSSOLO VERMELHO AMARELO Distrófico (LVd). O pH das amostras do horizonte superficial foi alterado com adição de carbonato de cálcio para elevar a saturação por bases a 70%. Duas repetições de cada amostra foram agitadas com soluções contendo diferentes concentrações iniciais Co de crômio na forma de CrCl3: 0; 0,5; 1,0; 2,5; 5,0; 10,0 e 50,0 mg L-1. Ajustaram-se isotermas de Freundlich (exponencial) para descrever a adsorção do crômio ao solo. O modelo de Freundlich conseguiu descrever satisfatoriamente o comportamento do crômio na maioria dos tratamentos utilizados. A adsorção do crômio foi maior no LVe em relação ao LVd e foi favorecida pela calagem. Não foi possível evidenciar diferença na adsorção de crômio entre os horizontes dos dois solos estudados.

Eletroquímica das partículas coloidais e sua relação com a mineralogia de solos altamente intemperizados

The knowledge of the electrochemical properties of the mineral particles of highly weathered soils is indispensable for the advance of the studies in different Soil Science areas, like as, Soils Physics, Conservation and Management, Fertility and Pollution. In this context, the surface charge behavior and its relationship with the mineralogy of variable charge soils is of fundamental importance to the understanding and the improvement of the predictive capability of several phenomena, such as, floculation and dispersion of colloids, cations exchange, anion adsorption, specially phosphates, heavy metals adsorption, etc. Therefore, this literature review aims at to make a scientific approach of the topic "Electrochemistry of colloidal particles and its relationship with the mineralogy of highly weathered soils", in which, the historical evolution of the knowledge in this field is covered and the challenges to the development of the research in this area are raised. Different tendencies and views existing in the literature about Zero Points of Charge (ZPC), Charge Characterization and Measurement, ZPCs Terminology and Simbology and Relationship between Charge and Minerals of the highly weathered soils are also presented. Basic concepts are revisited and new or seldom used concepts in Soil Science are presented and discussed with the objective of improving the understanding and refining the interpretation of such important branch of the Soil Chemistry and Mineralogy field.

O conhecimento das propriedades eletroquímicas das partículas minerais dos solos altamente intemperizados é imprescindível para o avanço dos estudos em diferente áreas da Ciência do Solo, como, Física, Manejo e Conservação, Fertilidade e Poluição do Solo. Nesse contexto, o comportamento das cargas superficiais e seu relacionamento com a mineralogia dos solos de carga variável é de importância fundamental para o entendimento e a melhoria da capacidade preditiva de diversos fenômenos, tais como dispersão e floculação de colóides, troca catiônica, adsorção de ânions, especialmente os fosfatos, adsorção de metais pesados, etc. Assim, essa revisão de literatura faz uma abordagem científica do tema "Eletroquímica das partículas coloidais e sua relação com a mineralogia de solos altamente intemperizados", na qual é contemplado o histórico da evolução do conhecimento nesse campo e os desafios para o aprofundamento das pesquisas futuras na área. As diferentes tendências e posicionamentos existentes na literatura sobre Pontos de Carga Zero (PCZs), Caracterização e Medição de Cargas, Nomenclatura e Simbologia de PCZs e Relacionamento entre Cargas e Minerais de solos altamente intemperizados são também apresentados. Conceituações básicas são revisitadas e conceitos novos ou pouco utilizados na Ciência do Solo são apresentados e discutidos, com o intuito de se melhorar o entendimento e aprimorar a interpretação de tão importante ramo da Química, Mineralogia e Poluição de Solos.

Eletroquímica das partículas coloidais e sua relação com a mineralogia de solos altamente intemperizados

The knowledge of the electrochemical properties of the mineral particles of highly weathered soils is indispensable for the advance of the studies in different Soil Science areas, like as, Soils Physics, Conservation and Management, Fertility and Pollution. In this context, the surface charge behavior and its relationship with the mineralogy of variable charge soils is of fundamental importance to the understanding and the improvement of the predictive capability of several phenomena, such as, floculation and dispersion of colloids, cations exchange, anion adsorption, specially phosphates, heavy metals adsorption, etc. Therefore, this literature review aims at to make a scientific approach of the topic "Electrochemistry of colloidal particles and its relationship with the mineralogy of highly weathered soils", in which, the historical evolution of the knowledge in this field is covered and the challenges to the development of the research in this area are raised. Different tendencies and views existing in the literature about Zero Points of Charge (ZPC), Charge Characterization and Measurement, ZPCs Terminology and Simbology and Relationship between Charge and Minerals of the highly weathered soils are also presented. Basic concepts are revisited and new or seldom used concepts in Soil Science are presented and discussed with the objective of improving the understanding and refining the interpretation of such important branch of the Soil Chemistry and Mineralogy field.

O conhecimento das propriedades eletroquímicas das partículas minerais dos solos altamente intemperizados é imprescindível para o avanço dos estudos em diferente áreas da Ciência do Solo, como, Física, Manejo e Conservação, Fertilidade e Poluição do Solo. Nesse contexto, o comportamento das cargas superficiais e seu relacionamento com a mineralogia dos solos de carga variável é de importância fundamental para o entendimento e a melhoria da capacidade preditiva de diversos fenômenos, tais como dispersão e floculação de colóides, troca catiônica, adsorção de ânions, especialmente os fosfatos, adsorção de metais pesados, etc. Assim, essa revisão de literatura faz uma abordagem científica do tema "Eletroquímica das partículas coloidais e sua relação com a mineralogia de solos altamente intemperizados", na qual é contemplado o histórico da evolução do conhecimento nesse campo e os desafios para o aprofundamento das pesquisas futuras na área. As diferentes tendências e posicionamentos existentes na literatura sobre Pontos de Carga Zero (PCZs), Caracterização e Medição de Cargas, Nomenclatura e Simbologia de PCZs e Relacionamento entre Cargas e Minerais de solos altamente intemperizados são também apresentados. Conceituações básicas são revisitadas e conceitos novos ou pouco utilizados na Ciência do Solo são apresentados e discutidos, com o intuito de se melhorar o entendimento e aprimorar a interpretação de tão importante ramo da Química, Mineralogia e Poluição de Solos.

Isotermas de adsorção de Freundlich para o crômio (III) em Latossolos

Environmental impacts caused by tannery waste application to agricultural soils must be studied to avoid biota and groundwater contamination. Soil chromium adsorption is very important, when the soil adsorptive capacity is exceeded and, potentially, the metals become available for leaching. The objectives of this study were to verify if the isotherm of Freundlich describes adequately the chromium adsorption by Oxisols, to study chromium adsorption considering different soils and horizons, as well as some chemical and physical attributes, and to evaluate the influence of the pH level on chromium adsorption. Samples of the A and B horizons of two soils were collected in the São Paulo State - Brazil: a) Typic Eutrorthox (LVe) and b) Typic Haplorthox (LVd). The pH alteration of the surface horizons was performed with the addition of calcium carbonate to reach 70% base saturation. Samples were shaken with CrCl3 solutions (prepared in Ca(NO3)2 5 mmol L-1 as the support electrolyte) of different initial chromium concentrations Co: 0; 0.5; 1.0; 2.5; 5.0; 10.0 and 50.0 mg L-1, using two replicates for each treatment. Freundlich isotherms were adjusted to describe the chromium adsorption by the soil. This isoterm fitted well to the experimental data. Chromium adsorption was higher in the Typic Eutrorthox than in the Typic Haplorthox. The adsorption was also favored by liming in both soils. There was no difference between chromium adsorption by the two horizons of the soils.

Os impactos causados no ambiente pela aplicação de resíduos de curtume contendo crômio em solos agrícolas devem ser estudados detalhadamente para que se evite a contaminação da biota e das águas subterrâneas. A adsorção do crômio ao solo reveste-se de especial importância em estudos de movimentação de solutos, uma vez que, se a capacidade adsortiva de um solo for ultrapassada, o metal fica potencialmente disponível para ser lixiviado. Os objetivos deste trabalho foram verificar a adequação da Isoterma de Freundlich em descrever a adsorção do crômio em Latossolos; analisar o comportamento da adsorção do crômio considerando-se os diferentes solos e horizontes, bem como de alguns de seus atributos químicos e físicos, como teores de óxidos e textura, e analisar a influência do nível de pH dos horizontes A. Utilizaram-se amostras dos horizontes A e B de dois solos coletados no Estado de São Paulo, Brasil: a) LATOSSOLO VERMELHO ESCURO Eutroférrico (LVe) e b) LATOSSOLO VERMELHO AMARELO Distrófico (LVd). O pH das amostras do horizonte superficial foi alterado com adição de carbonato de cálcio para elevar a saturação por bases a 70%. Duas repetições de cada amostra foram agitadas com soluções contendo diferentes concentrações iniciais Co de crômio na forma de CrCl3: 0; 0,5; 1,0; 2,5; 5,0; 10,0 e 50,0 mg L-1. Ajustaram-se isotermas de Freundlich (exponencial) para descrever a adsorção do crômio ao solo. O modelo de Freundlich conseguiu descrever satisfatoriamente o comportamento do crômio na maioria dos tratamentos utilizados. A adsorção do crômio foi maior no LVe em relação ao LVd e foi favorecida pela calagem. Não foi possível evidenciar diferença na adsorção de crômio entre os horizontes dos dois solos estudados.

Correlations between hot calcium chloride-extracted boron and chemical and physical attributes of some brazilian soils

Relationship between soluble boron extracted with a hot CaCl2 0.01 mol L-1 solution and pH; organic carbon; exchangeable cations; cation exchange capacity (CEC); base saturation; total, free and amorphous iron and aluminum oxide contents; clay content; and specific surface area were performed for surface and subsurface samples of five soils. The soils were a Rhodic Hapludox, an Arenic Paleudalf and three Typic Hapludox, all representative soils of the State of São Paulo, Brazil. To quantify the relations between soluble boron and the different soil characteristics, simple linear correlations and multiple regressions, using a stepwise regression program, were performed. Hot-CaCl2 extractable boron (HCB) was significantly correlated with clay content (r = 0.69*), specific surface area (r = 0.68*), CEC (r = 0.63*) and total aluminum oxides (r = 0.70*) in all five soils. In addition, there was a correlation between HCB and organic carbon (r = 0.75*) in the four Oxisols. The correlation coefficient between the product (carbon x clay) and soluble boron contents was also highly significant (r = 0.78**). Multiple regression analysis showed that total aluminum oxide, as well as exchangeable calcium and aluminum, were correlated with HCB, explaining 85% of the variation. The product (carbon x clay) took into account the effect of textural gradient and showed high positive correlation with hot-CaCl2 0.01 mol L-1extractable boron.

Teores de boro solúveis em CaCl2 0,01 mol L-1 a quente, de amostras superficiais e subsuperficiais de dois Latossolos argilosos, dois Latossolos de textura média e um Podzólico Vermelho-Amarelo do Estado de São Paulo, Brasil, foram correlacionados com alguns de seus atributos químicos e físicos. As correlações entre boro solúvel e superfície específica (r = 0,68*), argila (r = 0,69*), CTC (r = 0,63*) e alumínio total (r = 0,70*) dos cinco solos e com o teor de carbono orgânico dos quatro Latossolos (r = 0,75*) foram estatisticamente significativas. O coeficiente de correlação entre o produto (carbono x argila) e os teores de boro solúvel também foi altamente significativo (r = 0,78**). Na análise conjunta, alumínio total, cálcio trocável e alumínio trocável foram as variáveis que se correlacionaram significativamente com boro solúvel, explicando 85% da variação. O produto (carbono x argila) levou em conta o efeito do gradiente textural dos solos e apresentou alta correlação positiva com os teores de boro solúvel em CaCl2 (0,01mol L-1) a quente.

CORRELATIONS BETWEEN HOT CALCIUM CHLORIDE-EXTRACTED BORON AND CHEMICAL AND PHYSICAL ATTRIBUTES OF SOME BRAZILIAN SOILS

Relationship between soluble boron extracted with a hot CaCl2 0.01 mol L-1 solution and pH; organic carbon; exchangeable cations; cation exchange capacity (CEC); base saturation; total, free and amorphous iron and aluminum oxide contents; clay content; and specific surface area were performed for surface and subsurface samples of five soils. The soils were a Rhodic Hapludox, an Arenic Paleudalf and three Typic Hapludox, all representative soils of the State of São Paulo, Brazil. To quantify the relations between soluble boron and the different soil characteristics, simple linear correlations and multiple regressions, using a stepwise regression program, were performed. Hot-CaCl2 extractable boron (HCB) was significantly correlated with clay content (r = 0.69*), specific surface area (r = 0.68*), CEC (r = 0.63*) and total aluminum oxides (r = 0.70*) in all five soils. In addition, there was a correlation between HCB and organic carbon (r = 0.75*) in the four Oxisols. The correlation coefficient between the product (carbon x clay) and soluble boron contents was also highly significant (r = 0.78**). Multiple regression analysis showed that total aluminum oxide, as well as exchangeable calcium and aluminum, were correlated with HCB, explaining 85% of the variation. The product (carbon x clay) took into account the effect of textural gradient and showed high positive correlation with hot-CaCl2 0.01 mol L-1extractable boron.

Teores de boro solúveis em CaCl2 0,01 mol L-1 a quente, de amostras superficiais e subsuperficiais de dois Latossolos argilosos, dois Latossolos de textura média e um Podzólico Vermelho-Amarelo do Estado de São Paulo, Brasil, foram correlacionados com alguns de seus atributos químicos e físicos. As correlações entre boro solúvel e superfície específica (r = 0,68*), argila (r = 0,69*), CTC (r = 0,63*) e alumínio total (r = 0,70*) dos cinco solos e com o teor de carbono orgânico dos quatro Latossolos (r = 0,75*) foram estatisticamente significativas. O coeficiente de correlação entre o produto (carbono x argila) e os teores de boro solúvel também foi altamente significativo (r = 0,78**). Na análise conjunta, alumínio total, cálcio trocável e alumínio trocável foram as variáveis que se correlacionaram significativamente com boro solúvel, explicando 85% da variação. O produto (carbono x argila) levou em conta o efeito do gradiente textural dos solos e apresentou alta correlação positiva com os teores de boro solúvel em CaCl2 (0,01mol L-1) a quente.