ABSTRACT
In many studies worldwide the use of treated sewage effluents (TSE) as water and nutrient sources in agricultural irrigation have been introduced as a viable alternative for wastewater destination in the environment. Considering agronomic and environmental aspects the objectives of this review were: (i) to present an overview of TSE irrigation on different agro-systems (annual crops, orchards, forests and forages); and (ii) to show the principal changes on chemical, physical and microbiological soil characteristics after TSE application. Various studies have revealed that the nutrient supply only by TSE irrigation was not sufficient to meet plant nutrient requirements resulting in yield decreases. The problem could be solved by an adapted effluent/fertilizer management. Moreover, TSE could generally substitute efficiently freshwater for irrigation. Regarding soil quality conditions, TSE irrigation affected mainly: (i) total soil carbon and nitrogen, and mineral nitrogen in soil solution; (ii) microbial activity, composition of microbial communities and their function; (iii) exchangeable calcium and magnesium; (iv) salinity, sodicity, clay dispersion and hydraulic conductivity. Other soil parameters considered in this review (e.g. heavy metals) did not present significant changes over short and medium terms. Due to the often observed accumulation of sodium and nitrogen losses (leaching, volatilization and denitrification) after TSE irrigation, the monitoring of these components is of crucial importance for a sustainable use. Finally, further studies on the technical-economical-environmental viability of TSE irrigation are required to establish reliable recommendations for TSE use particularly in Brazilian agro-systems.
O uso dos efluentes de tratamento de esgoto (ETEs) como fonte d'água e nutrientes na agricultura (via irrigação) tem sido, em diversos locais, uma alternativa viável para a disposição das águas residuárias no ambiente. Os objetivos dessa revisão foram: (i) enfocar aspectos agronômicos e ambientais concernentes ao uso de ETEs em diferentes agrossistemas (culturas anuais, fruticultura, florestas e forragens); (ii) enfatizar as principais mudanças nas características químicas, físicas e microbiológicas dos solos irrigados com ETEs. Foram observados que, em diversos trabalhos, a irrigação com ETEs não foi suficiente para atender a demanda nutricional das plantas, resultando em diminuição no rendimento. Esse problema poderia ser resolvido mediante adequação do manejo da fertilização e irrigação. Além disso, os ETEs poderiam substituir eficientemente a água doce normalmente empregada na irrigação. Quanto a qualidade de solo, a irrigação com ETEs tem alterado principalmente os parâmetros: (i) carbono total e nitrogênio total no solo e nitrogênio mineral na solução no solo; (ii) atividade, composição e função da comunidade microbiana; (iii) cálcio e magnésio trocáveis; (iv) salinidade, sodicidade, dispersão de argilas e condutividade hidráulica. Outros parâmetros de qualidade de solo (por exemplo, metais pesados) não apresentaram mudanças significativas em curto e médio prazo. O monitoramento da acumulação de sódio e das perdas de nitrogênio (lixiviação, volatilização e denitrificação) é crucial para o uso sustentável dos ETEs na irrigação. Finalmente, mais estudos são necessários para mostrar a viabilidade técnico-econômico-ambiental, objetivando-se a recomendação segura dos ETEs na irrigação dos agrossistemas brasileiros.
ABSTRACT
In many studies worldwide the use of treated sewage effluents (TSE) as water and nutrient sources in agricultural irrigation have been introduced as a viable alternative for wastewater destination in the environment. Considering agronomic and environmental aspects the objectives of this review were: (i) to present an overview of TSE irrigation on different agro-systems (annual crops, orchards, forests and forages); and (ii) to show the principal changes on chemical, physical and microbiological soil characteristics after TSE application. Various studies have revealed that the nutrient supply only by TSE irrigation was not sufficient to meet plant nutrient requirements resulting in yield decreases. The problem could be solved by an adapted effluent/fertilizer management. Moreover, TSE could generally substitute efficiently freshwater for irrigation. Regarding soil quality conditions, TSE irrigation affected mainly: (i) total soil carbon and nitrogen, and mineral nitrogen in soil solution; (ii) microbial activity, composition of microbial communities and their function; (iii) exchangeable calcium and magnesium; (iv) salinity, sodicity, clay dispersion and hydraulic conductivity. Other soil parameters considered in this review (e.g. heavy metals) did not present significant changes over short and medium terms. Due to the often observed accumulation of sodium and nitrogen losses (leaching, volatilization and denitrification) after TSE irrigation, the monitoring of these components is of crucial importance for a sustainable use. Finally, further studies on the technical-economical-environmental viability of TSE irrigation are required to establish reliable recommendations for TSE use particularly in Brazilian agro-systems.
O uso dos efluentes de tratamento de esgoto (ETEs) como fonte d'água e nutrientes na agricultura (via irrigação) tem sido, em diversos locais, uma alternativa viável para a disposição das águas residuárias no ambiente. Os objetivos dessa revisão foram: (i) enfocar aspectos agronômicos e ambientais concernentes ao uso de ETEs em diferentes agrossistemas (culturas anuais, fruticultura, florestas e forragens); (ii) enfatizar as principais mudanças nas características químicas, físicas e microbiológicas dos solos irrigados com ETEs. Foram observados que, em diversos trabalhos, a irrigação com ETEs não foi suficiente para atender a demanda nutricional das plantas, resultando em diminuição no rendimento. Esse problema poderia ser resolvido mediante adequação do manejo da fertilização e irrigação. Além disso, os ETEs poderiam substituir eficientemente a água doce normalmente empregada na irrigação. Quanto a qualidade de solo, a irrigação com ETEs tem alterado principalmente os parâmetros: (i) carbono total e nitrogênio total no solo e nitrogênio mineral na solução no solo; (ii) atividade, composição e função da comunidade microbiana; (iii) cálcio e magnésio trocáveis; (iv) salinidade, sodicidade, dispersão de argilas e condutividade hidráulica. Outros parâmetros de qualidade de solo (por exemplo, metais pesados) não apresentaram mudanças significativas em curto e médio prazo. O monitoramento da acumulação de sódio e das perdas de nitrogênio (lixiviação, volatilização e denitrificação) é crucial para o uso sustentável dos ETEs na irrigação. Finalmente, mais estudos são necessários para mostrar a viabilidade técnico-econômico-ambiental, objetivando-se a recomendação segura dos ETEs na irrigação dos agrossistemas brasileiros.
ABSTRACT
In this article we present the results of the effects of land use change on the river biogeochemistry of the Ji-Paraná basin (Rondônia). In this region, the spatial distribution of deforestation and soil properties result in different biogeochemical signals, allowing the division of the fluvial systems into three groups: rivers with low ionic concentration and low impact; rivers with intermediate ionic content and medium impact; and rivers with high ionic content and anthropogenic impact. River biogeochemical characteristics present a significant correlation with pasture area, the best predictor for electric conductivity (r² = 0,87), sodium (r² = 0,75), chloride (r² = 0,69), potassium (r² = 0,63), phosphate (r² = 0,78), and dissolved inorganic nitrogen (r² = 0,52), inorganic carbon (r² = 0,81) and organic carbon (r² = 0,51). For calcium and magnesium, both soil properties and pasture explained most of the observed variability. Our results indicate that the changes observed at the micro-scale constitute "biogeochemical signals" generated by the material processing at the riparian zones. As the rivers evolve to higher orders, the persistent signals in the fluvial channels are very closely related to the drainage basin characteristics (soils and land use), which, in turn, become the determinant of these systems dynamics. While at the macro-scale (the whole basin) the effects of land use changes are not yet detectable in the Amazon, the disruption of the structure and functioning is occuring at the micro and meso scales, with significant alterations of nutrient cycling in fluvial ecosystems
Este trabalho discute os efeitos das mudanças do uso do solo na biogequímica dos rios da bacia de drenagem do rio Ji-Paraná (Rondônia). Nesta região, a distribuição espacial do desmatamento e das propriedades do solo resultam em sinais diferentes, possibilitando a divisão dos sistemas fluviais em três grupos: rios com águas pobres em íons e baixo impacto; rios com conteúdo iônico intermediário e impacto médio e rios com elevados conteúdo iônico e impacto antropogênico. As características biogeoquímicas dos rios têm relação significativa com a área de pasto, melhor parâmetro para prever a condutividade elétrica (r² = 0,87) e as concentrações de sódio (r² = 0,75), cloreto (r² = 0,69), potássio (r² = 0,63), fosfato (r² = 0.78), nitrogênio inorgânico (r² = 0.52), carbono inorgânico (r² = 0.81) e carbono orgânico (rain ² = 0.51) dissolvidos. Cálcio e magnésio tiveram sua variância explicada pelas características do solo e pastagem. Nossos resultados indicam que as mudanças observadas na micro-escala constituem "sinais biogeoquímicos" gerados pelo processamento do material nas margens dos rios. A medida em que os rios evoluem para ordens superiores, os sinais persistentes nos canais fluviais estão mais associdados às características da bacia de drenagem (solos e uso da terra). Apesar dos efeitos das mudanças observadas no uso do solo não serem ainda detectáveis na macro-escala (bacia amazônica), a disrupção da estrutura e funcionamento dos ecossistemas é detectável nas micro e meso escalas, com alterações significativas na ciclagem de nutrientes nos ecossistemas fluviais.
ABSTRACT
The study was conducted on a first-order catchment of about 3.5 km2 located on an experimental site 16 km west of the Manaus - Boa Vista highway, and 60 km north of Manaus. The main purpose was to quantify the balance of the nutrients Ca+2, Mg+2 Na+, K and NO3 through the comparison of the values of rainfall input versus streamflow output. Water sampling and nutrient flux determinations were carried out on a monthly basis for a one year period. Ionic concentrations showed low variation along the period. The highest concentrations in the rainfall were related to the accumulation of aerosols in the atmosphere, after a long rainless period. The vegetation exerted, apparently, more influence on nitrate, over the other nutrients. The nutrient flux varied, where their total input was attributed to individual storms of great magnitude. The balance, expressed in kg.ha-1,year1, was positive for all nutrients, with the following net gain values: Ca+2 (2,33); Mg+2 (1,66); Na+ (2,07); K+ (1,80) and NO3 (5,84).
O estudo foi conduzido em uma bacia hidrográfica experimental de primeira ordem de aproximadamente 3,5 km2 localizada próximo ao km 16 da estrada secundária ZF-02, do km 60 da rodovia BR-174 que liga Manaus - Boa Vista. O principal objetivo foi quantificar o balanço dos nutrientes Ca+2, Mg+2 Na+, K+e NO3 através da entrada via precipitação e saída via deflúvio. As coletas de água e os cálculos do fluxo de nutrientes foram feitos em base mensal por um período de um ano. Observou-se que as concentrações iônicas apresentaram pouca variação ao longo do tempo. As maiores concentrações na precipitação ocorreram em função do acúmulo de aerosóis na atmosfera, após um período longo sem chuva. Aparentemente a vegetação exerceu influência mais evidente sobre o nitrato em relação aos demais nutrientes. O fluxo dos nutrientes foi variável, onde principalmente a entrada total destes deu-se em função de eventos individuais de chuva de grande magnitude. O balanço em kg.ha-1.ano-1 foi positivo para todos os nutrientes com os seguintes ganhos líquidos: Ca+2 (2,33); Mg+2 (1,66); Na+ (2,07); K+ (l,80) e NO3 (5,84).
ABSTRACT
The study was conducted on a first-order catchment of about 3.5 km2 located on an experimental site 16 km west of the Manaus - Boa Vista highway, and 60 km north of Manaus. The main purpose was to quantify the balance of the nutrients Ca+2, Mg+2 Na+, K and NO3 through the comparison of the values of rainfall input versus streamflow output. Water sampling and nutrient flux determinations were carried out on a monthly basis for a one year period. Ionic concentrations showed low variation along the period. The highest concentrations in the rainfall were related to the accumulation of aerosols in the atmosphere, after a long rainless period. The vegetation exerted, apparently, more influence on nitrate, over the other nutrients. The nutrient flux varied, where their total input was attributed to individual storms of great magnitude. The balance, expressed in kg.ha-1,year1, was positive for all nutrients, with the following net gain values: Ca+2 (2,33); Mg+2 (1,66); Na+ (2,07); K+ (1,80) and NO3 (5,84).
O estudo foi conduzido em uma bacia hidrográfica experimental de primeira ordem de aproximadamente 3,5 km2 localizada próximo ao km 16 da estrada secundária ZF-02, do km 60 da rodovia BR-174 que liga Manaus - Boa Vista. O principal objetivo foi quantificar o balanço dos nutrientes Ca+2, Mg+2 Na+, K+e NO3 através da entrada via precipitação e saída via deflúvio. As coletas de água e os cálculos do fluxo de nutrientes foram feitos em base mensal por um período de um ano. Observou-se que as concentrações iônicas apresentaram pouca variação ao longo do tempo. As maiores concentrações na precipitação ocorreram em função do acúmulo de aerosóis na atmosfera, após um período longo sem chuva. Aparentemente a vegetação exerceu influência mais evidente sobre o nitrato em relação aos demais nutrientes. O fluxo dos nutrientes foi variável, onde principalmente a entrada total destes deu-se em função de eventos individuais de chuva de grande magnitude. O balanço em kg.ha-1.ano-1 foi positivo para todos os nutrientes com os seguintes ganhos líquidos: Ca+2 (2,33); Mg+2 (1,66); Na+ (2,07); K+ (l,80) e NO3 (5,84).