Background concentrations of heavy metals in benchmark soils of Pernambuco State, Brazil

Para considerar que um determinado solo está livre de contaminação, faz-se necessário conhecer os teores do metal neste solo em condição natural, sem introdução antrópica. Este valor de referência é a base para a definição de Valores Orientadores de Qualidade do solo. Portanto, a determinação de teores naturais de metais em solos é essencial para a construção de uma legislação que sirva de base ao monitoramento e remediação de áreas contaminadas e que seja adequada a realidade pedológica local. Neste contexto, o objetivo desta pesquisa foi determinar os teores naturais de (Cr), chumbo (Pb), bário (Ba), cádmio (Cd), arsênio (As), mercúrio (Hg), ferro (Fe), manganês (Mn), zinco (Zn), níquel (Ni), cobre (Cu) e cobalto (Co), como base de referência de qualidade para os solos do Estado de Pernambuco. De acordo com os resultados, os teores de metal nos solos de referência de Pernambuco seguiram a seguinte ordem: Fe, Mn, Ba, Cr, Zn, Pb, Cu, Ni, Co, Cd, As e Hg. Em geral, o teor natural de metais pesados não pode ser inferido diretamente do material de origem dos solos, visto que os processos pedogenéticos parecem ser um fator decisivo no teor de Fe, Mn, Ba, Cr, Zn, Pb, Cd, As e Hg. Apenas Cu, Ni e Co puderam ser diretamente relacionados ao material de origem. A maioria dos solos apresentou teores de Cu, Co, Ni e Zn menores que solos de outras regiões do país, com litologia mais máfica, o que corrobora que os teores destes elementos são mais diretamente relacionados aos minerais presentes no material de origem dos solos. Observou-se teores de Cr, Ba e Hg superiores aos Valores de Prevenção e de Intervenção estabelecidos pelo CONAMA (2009), corroborando a necessidade de um maior conhecimento das diversidades regionais para a elaboração de normas nacionais. Foram observados teores de Cd elevados em alguns horizontes superficiais da Zona da Mata, havendo uma provável contribuição de atividades humanas, especialmente pelo fato de que os valores nos horizontes subsuperficiais são baixos e não relacionados aos teores em superfície. Teores naturais de metais determinados nos solos podem ser utilizados como base para definição dos Valores de Referência de Qualidade para os solos de Pernambuco, de acordo com o preconizado pela legislação nacional.Knowing the natural background concentration of heavy metals in soil is a fundamental step to estimate its contamination level. Such reference value supports the establishment of soil screening levels for contaminants in soil that may be used to identify areas needing further investigation. Thus to determine the natural background of metals in soils is essential not only to trigger the need for response actions but also to define soil guidelines adequate for monitoring and remediation. These guidelines must take in account the local pedological conditions. In this scenario, the work was carried out to determine the natural concentrations of chromium (Cr), lead (Pb), barium (Ba), cadmium (Cd), arsenic (As), mercury (Hg), iron (Fe), manganese (Mn), zinc (Zn), nickel (Ni), copper (Cu), and e cobalt (Co) in order to define soil screening levels of metals for benchmark soils of Pernambuco State. The results showed that the metals concentrations followed the order: Fe, Mn, Ba, Cr, Zn, Pb, Cu, Ni, Co, Cd, As, and Hg. In general, such sequence was independent of the horizon analyzed. Natural concentration could not be directly related to the parent material since pedogenetical processes seem to influence the concentrations of Fe, Mn, Ba, Cr, Zn, Pb, Cd, As, and Hg. Such an association was found only to Cu, Ni, and Co. Most soils presented Cu, Co, Ni, and Zn at lower concentration than that in soils mainly derived from mafic rocks from other Brazilian regions. This corroborates that these metals are more directly related to iron magnesium minerals. According to Brazilian soil guidelines (CONAMA, 2009), Ba, Cr and Hg concentrations were higher than the Levels of Prevention and Intervention which justifies the need for determining local backgrounds concentrations aiming at building national guidelines. The Cd concentration in some surface horizons from Zona da Mata region suggests anthropogenic inputs. The natural concentrations determined for benchmark soils of Pernambuco can be used to define the screening level (natural concentration) for the State’s soils as settled by the national legislation.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESConselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNP

Organic fractions and availability of nitrogen in soils under different agricultural land uses

Para subsidiar modelagens que possibilitem a predição da mineralização e a disponibilidade de N do solo é necessário um conhecimento mais amplo a respeito dos conteúdos e distribuição das formas orgânicas de N, que constituem cerca de 98% do N do solo, e suas alterações em resposta aos sistemas de manejo e qualidade dos resíduos adicionados. Com este propósito, o objetivo deste trabalho foi caracterizar a distribuição das frações orgânicas de N e suas relações com a disponibilidade do N para plantas em solos com diferentes históricos de uso agrícola. Para tal, foram utilizadas amostras de solos cultivados com milho, por 20 anos, com integração agricultura-pecuária e com uso contínuo com pastagem. Um Argissolo Vermelho-Amarelo câmbico cultivado com milho foi coletado em área experimental, no município de Coimbra, MG, onde se tem avaliado a produção sem adubação e com adubação anual de 250 e 500 kg ha-1 de 4-14-8 ou de 10 t ha-1 de composto orgânico. Um Argissolo Vermelho-Amarelo fase terraço utilizado com integração agricultura-pastagem foi amostrado na Fazenda Barra Mansa, município de Rio Casca, MG. As amostras foram coletadas em pastagem de Brachiaria decumbens estabelecida há mais de dez anos; em pastagem de B. brizantha estabelecida em consórcio com milho em sistema de plantio direto (SPD) há quatro anos; em pastagem de B. brizantha, ainda em fase de estabelecimento, em consórcio com milho em SPD, após um cultivo com soja; em uma área com cultivo contínuo de milho em SPD após longo período com pastagem; em uma área com cultivo contínuo com milho para produção de grãos; em uma área cultivada com sorgo para silagem há, pelo menos, quatro anos, e em uma área de mata de eucalipto e espécies nativas regeneradas. Esses dois solos localizam-se em região típica do Bioma Mata Atlântica. Um Latossolo Vermelho-Amarelo textura média com pastagens de B. brizantha foi amostrado na Unidade de Bovinocultura da Companhia de Desenvolvimento dos Vales do São Francisco e Parnaíba-CODEVASF, em Brasilândia de Minas, MG, sob influência do Bioma Cerrado. Nessa área, amostrou-se solo de uma pastagem de 15 anos caracterizada como produtiva; de uma pastagem de 18 anos, caracterizada como degradada, e de uma pastagem reformada há um ano com revolvimento do solo e ressemeio da forrageira. As amostras foram coletadas nas profundidades de 0-5, 5-10 e 10- 20 cm. Fez-se a caracterização das formas orgânicas de N mediante dois processos de hidrólise ácida, utilizando-se 10g de solo (<0,149mm) e 20 mL de solução sendo realizadas a 110 oC sob refluxo. Em um dos processos de hidrólise utilizou-se HCl 6 mol L-1, ficando sob refluxo durante 24 h. No outro utilizou-se HCl 1mol L-1 sob refluxo durante 3 h. Em seguida, os hidrolisados foram obtidos por filtração a vácuo e o pH corrigido para 6,5 com NaOH. Procedeu-se também à extração do amônio com KCl 2 mol L-1 (relação 1:10). Determinaram-se as frações orgânicas de N-não hidrolisado e o total do N orgânico hidrolisado, quantificando-se as frações N-α amino, N-hexosamina, N- amida e o N-não identificado. Vasos contendo 500 g de TFSA (dos cinco centímetros superficiais) de nove dos solos utilizados na caracterização das formas orgânicas foram utilizados para avaliação da disponibilidade de N para plantas. Foram realizados quatro cultivos com milheto e, um quinto cultivo, com milho, com duração média de 20 dias cada um. Após o quinto cultivo computou-se o N absorvido. As amostras dos solos foram submetidas aos mesmos processos de hidrólise ácida para determinar as formas orgânicas de N, como descrito anteriormente. Em termos gerais, observou-se redução nos teores médios das formas menos recalcitrantes, e aumento das formas de mais difícil degradação nas camadas de 5-10 e 10-20cm. Na área com cultivo de milho constatou-se que a adubação orgânica incrementou, na camada de 0-5 cm, o teor de N total, N-não hidrolisado, N total hidrolisado, contudo, esse incremento foi significativo apenas na fração N-não identificado. O teor de N no solo sob pastagem produtiva foi maior que os valores encontrados sob pastagem degradada ou recuperada, na profundidade de 5-10 cm, não sendo constatada esta diferença nas demais profundidades. O N α-amino e o N- hexosamina foram as formas de N orgânico predominantes em todos os solos submetidos à hidrólise ácida, independente do tipo de manejo e da profundidade de amostragem. Os teores de N total e nas frações orgânicas de N foram maiores nos dois Argissolos do que no Latossolo Vermelho-Amarelo, devido aos baixos teores de argila deste solo, resultando em uma menor formação de complexos argilo-húmicos responsáveis pelo aumento da estabilidade de matéria orgânica nos solos. Todavia, as condições de uso agrícola não exerceram influência marcante sobre os teores de N das formas orgânicas hidrolisadas. Perdas paralelas de N durante o cultivo, principalmente pelo processo de desnitrificação, inviabilizaram a determinação da contribuição das frações a disponibilidade de N para plantas.There is a need for better knowledge on the contents and distribution of N organic fractions in order to predict the mineralization and availability of such element in soil. Taking into account that organic N comprises 98% of soil total N, it is also important to study the N organic fractions changes related to soil management and wastes quality. The work was carried out to characterize the distribution of the N organic fractions and their relationship with N availability to plants in soils under different agricultural land use. Soil samples from 20-year- long cultivated areas of corn under either integrated agriculture-pasture system or pasture were used. An Oxisol cultivated with corn was collected from a previous experiment located in Coimbra, Minas Gerais State (MG). This experiment had been used to study corn yield without fertilization or fertilizated with either mineral fertilizer (250 and 500 kg ha-1 of 04-14-08) or compost (10 t ha-1). An Ultisol under integrated agriculture-pasture system was sampled at Barra Mansa farm, Rio Casaca town, MG. Such samples were collected from the following agricultural land use: a) an over 10-year-old Brachiaria decumbens pasture; b) a consortium of B. brizhanta pasture-corn under no- tillage (NT) for 4 years; c) a B. brizhanta-corn consortium under NT after soybean cultivation; d) a continually cultivated area of corn under NT followed by pasture; e) an area of cultivated corn; f) an field cultivated with sorghum for at least 4 years; and g) an eucalyptus and native species regenerated stand. Both the Oxysol and Ultisol lie in the Green Forest bioma. Another Oxysol under B. brizantha cultivation was sampled from CODEVASF (São Francisco and Parnaíba Valleys Development Company) in Brasilândia, MG. This soil is under the Cerrado bioma influence. Samples were taken from three areas: a 15-year-old productive pasture; an 18-year-old degraded pasture; and a 1-year- old reformed pasture. Such samples were taken from three soil layers (0-5, 5- 10, and 10-20 cm). The N organic fractionation was performed through two acid hydrolysis procedures using 10 g of soil (<0.149 mm) and 20 mL of solution under heated reflux (100 0C). The first procedure was carried out utilizing a 24- hour reflux with HCl 6 mol L-1 while the second one used a 3-hour reflux with HCl 1mol L-1. Then the hydrolysates were obtained by vacuum filtration and the pH adjusted to 6.5 using NaOH. Ammonium was also extracted with KCl 2 mol L-1 (1:10 ratio). The organic fractions of non-hydrolysated N and hydrolysated total organic N were determinated as well as the fractions of N-α amino, N- hexosamine, N-amide, and non-identified N. Samples of nine soils were used to evaluate N availability to plants. Pots contained 500 g of sieved soil (2 mm) from the 0-5cm layer. Four pearl millet croppings followed by one corn cropping, 20 days long each, were used to calculate the N uptake. Soil samples from this experiment were also submitted to the acid hydrolysis procedures as previously described. Overall, regarding the 5-10 and 10-20 cm layers, the results showed a decrease in the mean concentrations of the least recalcitrant fractions as well as an increase in the fractions most resistant to degradation. For the cultivated area of corn, organic fertilization increased the concentrations of total N, non- hydrolysated N, and total hydrolysated N in the 0-5 cm layer. However, such an increase was significative only for the non-identified N. The N concentration for the soil (5-10 cm layer) under productive pasture was higher than for both the degraded and reformed pastures. There was no difference for the other soil layers. N α-amino and N-hexosamine were the N forms mostly found in the soils submitted to acid hydrolisis regardless management and soil layer. Both total N and N organic fractions were higher in the Ultisols than in the Oxysol. This was due to the low clay content in the Oxysol what results in decreased clay-humic complexes formation that estabilizes soil organic matter. On the other hand, different agricultural land uses did not influence the concentrations of the hydrolysated organic N fractions. N losses during cropping by denitrification impaired the evaluation of the fractions contribution to N availability to plants.Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológic

Ultramafic soils and nickel phytomining opportunities: A review

Ultramafic soils are originated from ultramafic rocks such as peridotite and serpentinite and are highly enriched in metals (e.g., Ni, Cr, and Co) and depleted in plant nutrients (e.g., P, K, and Ca). Such characteristics make these soils unfavorable for agriculture and have raised environmental concerns on metal release to the environment. From another perspective, ultramafic soils host a diverse flora with higher endemism than surrounding non-ultramafic areas, which has provided scientists with an opportunity to investigate the evolutionary genetics of plant adaptation. Some plant species adapted to these stressful edaphic conditions developing the ability to accumulate uncommonly high metal concentrations in the harvestable biomass. Such species, called metal hyperaccumulators, can extract metals from ultramafic soils, especially Ni, in a circular economy approach in which the metal-rich biomass is incinerated to generate valuable bio-ores. Phytomining promises to turn ultramafic soils and low-grade ore bodies into economically viable alternatives to metal extraction. Here, we review the current knowledge on ultramafic soils and the most promising hyperaccumulators used to exploit them in temperate and tropical climates. In the tropics, including Brazil, the search for new hyperaccumulator candidates for phytomining and the knowledge to crop these species is incipient and holds untapped opportunities. Despite the feasibility of the phytomining chain has been proven, large-scale demonstrations of profitability are needed to establish the technology

Potencial de fertilizantes e corretivos no aporte de micronutrientes ao solo

Fertilizantes e corretivos, ao serem aplicados nos solos, fornecem micronutrientes como impurezas residuais da sua fabricação, os quais podem ser importantes fontes para as culturas. Em decorrência disso, o objetivo deste trabalho foi quantificar os teores dos micronutrientes Zn, Cu, Fe, Mn e Ni em fertilizantes e corretivos comercializados no Nordeste brasileiro, visando avaliar o potencial desses insumos no fornecimento indireto de micronutrientes às culturas agrícolas. Os insumos analisados neste estudo (24 amostras de fertilizantes e 26 de corretivos) foram coletados nos Estados da Bahia e Pernambuco pelo Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento (MAPA) e digeridos pelo método 3051A (USEPA, 1998). As determinações dos micronutrientes foram feitas por espectrofotometria de absorção atômica. Amostras de fertilizante SRM 695 (National Institute of Standards and Technology - NIST) e spikes foram adicionadas para controle de qualidade das análises. Os fertilizantes fosfatados, em geral, apresentaram maiores teores de micronutrientes do que os demais produtos testados. Os fertilizantes e corretivos avaliados representam uma fonte de micronutrientes ao solo que não pode ser desprezada. No entanto, a real disponibilidade desses elementos aportados ao solo necessita ser avaliada em estudos com plantas, pois fatores como solubilidade dos insumos, absorção pelas culturas, reações com o solo e perdas por precipitação e lixiviação devem ser considerados