Extraction methods and availability of micronutrients for wheat under a no-till system with a surface application of lime

Micronutrient availability can be affected by the increase of the soil pH due to surface liming. A field trial was carried out on a loamy, kaolinitic, thermic Typic Hapludox at Ponta Grossa, Paraná State, Brazil. The main objective was to evaluate the effects of surface liming and re-liming on the availability of micronutrients [copper (Cu), iron (Fe), manganese (Mn), and zinc (Zn)] for wheat (Triticum aestivum L.) cropped under a no-till system. A randomized complete block design was used in a split-plot arrangement. The main plots received surface lime applications (2, 4, and 6 Mg ha-1) in July 1993. In the subplots, surface lime (3 Mg ha-1) was applied again in June 2000. In 2003, before the wheat sowing, soil samples were taken at 0-5, 5-10, and 10-20 cm layers. Soil cationic micronutrients concentrations using different extractants (DTPA-TEA, Mehlich-1, HCl, and Mehlich-3) and solution/soil ratios were determined. Application of lime increased soil pH at 0-5, 5-10, and 10-20 cm. The increase in soil pH by liming did not affect soil organic carbon content. The Mehlich-3 solution had a greater capacity in extracting soil micronutrients. Increasing solution/soil ratio of the DTPA-TEA, Mehlich-1, and HCl solutions generally increased the extraction of Cu, Fe, Mn, and Zn. Liming and re-liming caused a decrease in Mn concentration in the wheat leaves. Leaf concentrations of Cu, Fe and Zn were not affected by liming treatments. The solutions of DTPA-TEA, Mehlich-1, HCl, and Mehlich-3 were ineffective to predict the soil cationic micronutrients availability for a wheat crop after surface application of lime.

A disponibilidade de micronutrientes pode ser alterada pelo aumento no pH do solo proporcionado pela calagem superficial. Os efeitos da calagem e da reaplicação de calcário na superfície sobre a disponibilidade de micronutrientes [cobre (Cu), ferro (Fe), manganês (Mn) e zinco (Zn)] para o trigo (Triticum aestivum L.) foram estudados em um Latossolo Vermelho textura média sob plantio direto, em Ponta Grossa (PR). O delineamento experimental empregado foi o de blocos completos ao acaso com parcelas subdivididas. As parcelas receberam calagem superficial (2, 4 e 6 Mg ha-1) em julho de 1993. O calcário (3 Mg ha-1) foi reaplicado nas subparcelas em junho de 2000. Antes da semeadura do trigo em 2003, retiraram-se amostras de solo nas camadas de 0-5, 5-10 e 10-20 cm e determinaram-se os micronutrientes catiônicos com diferentes extratores (DTPA-TEA, Mehlich-1, HCl e Mehlich-3) e relações solução/solo. A calagem aumentou o pH do solo nas camadas de 0-5, 5-10 e 10-20 cm, mas não alterou o carbono orgânico. O extrator Mehlich-3 apresentou maior capacidade de extração de micronutrientes catiônicos. O aumento da relação solução/solo dos extratores DTPA-TEA, Mehlich-1 e HCl geralmente aumentou a extração de Cu, Fe, Mn e Zn. A calagem e a reaplicação do calcário diminuíram a concentração de Mn nas folhas de trigo. Os teores foliares de Cu, Fe e Zn não foram alterados pela calagem. As soluções de DTPA-TEA, Mehlich-1, HCl e Mehlich-3 foram ineficientes para prever a disponibilidade de micronutrientes catiônicos para o trigo, após aplicação superficial de calcário.

Extraction methods and availability of micronutrients for wheat under a no-till system with a surface application of lime

Micronutrient availability can be affected by the increase of the soil pH due to surface liming. A field trial was carried out on a loamy, kaolinitic, thermic Typic Hapludox at Ponta Grossa, Paraná State, Brazil. The main objective was to evaluate the effects of surface liming and re-liming on the availability of micronutrients [copper (Cu), iron (Fe), manganese (Mn), and zinc (Zn)] for wheat (Triticum aestivum L.) cropped under a no-till system. A randomized complete block design was used in a split-plot arrangement. The main plots received surface lime applications (2, 4, and 6 Mg ha-1) in July 1993. In the subplots, surface lime (3 Mg ha-1) was applied again in June 2000. In 2003, before the wheat sowing, soil samples were taken at 0-5, 5-10, and 10-20 cm layers. Soil cationic micronutrients concentrations using different extractants (DTPA-TEA, Mehlich-1, HCl, and Mehlich-3) and solution/soil ratios were determined. Application of lime increased soil pH at 0-5, 5-10, and 10-20 cm. The increase in soil pH by liming did not affect soil organic carbon content. The Mehlich-3 solution had a greater capacity in extracting soil micronutrients. Increasing solution/soil ratio of the DTPA-TEA, Mehlich-1, and HCl solutions generally increased the extraction of Cu, Fe, Mn, and Zn. Liming and re-liming caused a decrease in Mn concentration in the wheat leaves. Leaf concentrations of Cu, Fe and Zn were not affected by liming treatments. The solutions of DTPA-TEA, Mehlich-1, HCl, and Mehlich-3 were ineffective to predict the soil cationic micronutrients availability for a wheat crop after surface application of lime.

A disponibilidade de micronutrientes pode ser alterada pelo aumento no pH do solo proporcionado pela calagem superficial. Os efeitos da calagem e da reaplicação de calcário na superfície sobre a disponibilidade de micronutrientes [cobre (Cu), ferro (Fe), manganês (Mn) e zinco (Zn)] para o trigo (Triticum aestivum L.) foram estudados em um Latossolo Vermelho textura média sob plantio direto, em Ponta Grossa (PR). O delineamento experimental empregado foi o de blocos completos ao acaso com parcelas subdivididas. As parcelas receberam calagem superficial (2, 4 e 6 Mg ha-1) em julho de 1993. O calcário (3 Mg ha-1) foi reaplicado nas subparcelas em junho de 2000. Antes da semeadura do trigo em 2003, retiraram-se amostras de solo nas camadas de 0-5, 5-10 e 10-20 cm e determinaram-se os micronutrientes catiônicos com diferentes extratores (DTPA-TEA, Mehlich-1, HCl e Mehlich-3) e relações solução/solo. A calagem aumentou o pH do solo nas camadas de 0-5, 5-10 e 10-20 cm, mas não alterou o carbono orgânico. O extrator Mehlich-3 apresentou maior capacidade de extração de micronutrientes catiônicos. O aumento da relação solução/solo dos extratores DTPA-TEA, Mehlich-1 e HCl geralmente aumentou a extração de Cu, Fe, Mn e Zn. A calagem e a reaplicação do calcário diminuíram a concentração de Mn nas folhas de trigo. Os teores foliares de Cu, Fe e Zn não foram alterados pela calagem. As soluções de DTPA-TEA, Mehlich-1, HCl e Mehlich-3 foram ineficientes para prever a disponibilidade de micronutrientes catiônicos para o trigo, após aplicação superficial de calcário.

Agricultural use of treated sewage effluents: agronomic and environmental implications and perspectives for Brazil

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.

Agricultural use of treated sewage effluents: agronomic and environmental implications and perspectives for Brazil

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.

Cation exchange capacity of an oxisol amended with an effluent from domestic sewage treatment

The addition of Na-rich anthropogenic residues to tropical soils has stimulated the scientific community to study the role of sodium in both the soil solution and the exchange complex. In this study, several different methods were used to calculate the concentration of exchangeable and soluble cations and this data was then used to establish correlations between the level of these cations and both the accumulation of various elements and the dry weight of maize grown in a greenhouse under different conditions. In the closed environments of the pots, the most suitable method for calculating the effective cation exchange capacity (ECEC) was the cation exchange capacity calculated by cations removed with barium chloride solution (CEC S). Then again, the actual cation exchange capacity (CEC A) should be measured by using Mg adsorption to prevent ionic force from influencing electric charges. A strong positive correlation was obtained between the concentrations of Na in the 1:2 soil:water extracts and the accumulation of Na in the maize plants, indicating saline or double acid extractors are not needed when monitoring the Na concentration only.

A disposição de resíduos antropogênicos ricos em sódio nos solos tropicais tem despertado o interesse da comunidade científica em estudar a participação deste elemento no complexo de troca, bem como na solução no solo. Objetivou-se neste trabalho estabelecer correlações entre as concentrações de cátions trocáveis e de cátions solúveis, obtidos por diferentes métodos, com o acúmulo de elementos e com a massa seca no milho. O experimento foi conduzido em casa de vegetação, sob diferentes condições. Para experimentos em ambiente fechado (vasos), o método mais indicado para o cálculo da capacidade de troca catiônica efetiva (CTCe) é a capacidade de troca catiônica calculada a partir dos cátions removidos com solução de cloreto de bário. Ainda, a capacidade de troca catiônica atual deve ser medida ao pH do solo pela adsorção de Mg, para evitar a influência da força iônica nas cargas elétricas. Obteve-se alta correlação positiva entre a concentração de Na no extrato aquoso 1:2 e o acúmulo deste elemento nas plantas, indicando que quando somente o monitoramento do Na for necessário, pode-se desprezar o uso dos extratores salino ou duplo ácido.

Cation exchange capacity of an oxisol amended with an effluent from domestic sewage treatment

The addition of Na-rich anthropogenic residues to tropical soils has stimulated the scientific community to study the role of sodium in both the soil solution and the exchange complex. In this study, several different methods were used to calculate the concentration of exchangeable and soluble cations and this data was then used to establish correlations between the level of these cations and both the accumulation of various elements and the dry weight of maize grown in a greenhouse under different conditions. In the closed environments of the pots, the most suitable method for calculating the effective cation exchange capacity (ECEC) was the cation exchange capacity calculated by cations removed with barium chloride solution (CEC S). Then again, the actual cation exchange capacity (CEC A) should be measured by using Mg adsorption to prevent ionic force from influencing electric charges. A strong positive correlation was obtained between the concentrations of Na in the 1:2 soil:water extracts and the accumulation of Na in the maize plants, indicating saline or double acid extractors are not needed when monitoring the Na concentration only.

A disposição de resíduos antropogênicos ricos em sódio nos solos tropicais tem despertado o interesse da comunidade científica em estudar a participação deste elemento no complexo de troca, bem como na solução no solo. Objetivou-se neste trabalho estabelecer correlações entre as concentrações de cátions trocáveis e de cátions solúveis, obtidos por diferentes métodos, com o acúmulo de elementos e com a massa seca no milho. O experimento foi conduzido em casa de vegetação, sob diferentes condições. Para experimentos em ambiente fechado (vasos), o método mais indicado para o cálculo da capacidade de troca catiônica efetiva (CTCe) é a capacidade de troca catiônica calculada a partir dos cátions removidos com solução de cloreto de bário. Ainda, a capacidade de troca catiônica atual deve ser medida ao pH do solo pela adsorção de Mg, para evitar a influência da força iônica nas cargas elétricas. Obteve-se alta correlação positiva entre a concentração de Na no extrato aquoso 1:2 e o acúmulo deste elemento nas plantas, indicando que quando somente o monitoramento do Na for necessário, pode-se desprezar o uso dos extratores salino ou duplo ácido.