Nanoparticles generated during volcanic rock exploitation: an overview

Nanoparticles (NPs) from the mining of volcanic rocks have been a matter of concern around the world because they can pose environmental and human health risks. The nanoparticles are pointed as opportunities of application in a large field of knowledge. The aim of this study is to provide an overview of scientific publications on the success rates of mineral nanoparticles, the use of soil remineralizers as an alternative for replacing highly soluble fertilizers and their potential risk to human health and the environment. Nanoparticles were successful used as a filter agent and may act as carrier agent of metals and molecules through the environment compartments; rock powder was used as a litho-fertilizer in nature or enriched with nutrients and pesticides for plant disease control. However, nanoparticles were also identified as particle promoting of human diseases. Finally, this work addresses nanoparticles derived from volcanic rock mining and highlights the relevance of developing cleaner procedures to minimize exposure to these materials and is therefore of direct relevance to both the volcanic rock mining and agriculture sector and health

Agronomic performance of strawberry cultivated in substrate with rock powder / Desempenho agronômico de morangueiro cultivado em substrato com pó-de-rocha

Although different studies have shown beneficial effects of using rock powder on plants, no research has been done to determine the influence of adding this input to the strawberry growing substrate (Fragaria X ananassa Duch.). Thus, we investigated whether proportions of rock powder added to the cultivation substrate interfere in the agronomic performance of strawberry. The treatments tested were five proportions of rock powder (0%, 15%, 30%, 45% and 60% of the volume of the container). The experiment was designed in randomized blocks, with four replications. The supply of fertigation was reduced by half in order to verify whether the rock powder would be able to supply part of the nutrient demand required by the strawberry. The determination coefficient obtained was 0.83, indicating that the total production of fruits (TP) was explained in 83% by the proportions of rock powder added. We also observed that TP decreased linearly with the increase in the proportion of rock powder added to the cultivation substrate. TP was also negatively associated with the increase in the density of the culture media. In conclusion, increasing amounts of rock powder added to the cultivation substrate create a denser environment, not providing the necessary quantities for the development of the strawberry and this reduces its productive potential

Critères minéralogiques, chimiques et physiques de l'utilisation agronomique de poudre de basalte hydrothermalisé au sud du Brésil

The exploration of amethyst geodes in the region of Ametista do Sul, state of Rio Grande do Sul, southern Brazil, generates a large amount of hydrothermal basalt tailings, which accumulate near the mines. This material has a considerable amount of smectite and celadonite clay, making it promising as a remineralizer for agricultural soils. In order to prospect the use of this material in agriculture, the following objectives were established: i) to evaluate the mineralogical and geochemical variability of the hydrothermal basalt along the horizontal profile of the main geode exploration flow in the region of Ametista do Sul, from collections carried out in different geode exploration mines; ii) to determine the solubility of chemical elements of agricultural interest from the basalt powder, using different extraction methods; iii) to evaluate the chemical and mineralogical characteristics of an Argisol under native pasture after application of hydrothermalized basalt powder, as well as to verify the effects on the pasture production and nutrient uptake by plants. Hydrothermal basalt consists of plagioclase, pyroxenes, opaque minerals and apatite as an accessory mineral, and is greatly altered for clay minerals in the matrix or filling vacuoles. The material collected in different mines has mineralogical assembly and geochemical composition similar. However, the basalt located near the geodes is slightly more altered for clay minerals than the basalt composing the rest of the mass. The identified clay minerals are predominantly of saponite, interstratified chlorite/saponite and celadonite types. As for the solubility of elements contained in the minerals of the hydrothermal basalt powder (fraction < 0.3 mm), the extraction using citric acid 2% proved to be efficient for calcium, magnesium and phosphorus. For these elements, with average contents in the hydrothermal basalt powder of 58, 33 and 3.8 g kg-1, respectively, were solubilized 23, 47 and 56% of the total contents. Potassium and sodium elements, with average contents of 14 and 26 g kg-1, were solubilized at rates below 3%, even under acidification conditions of the medium. Regarding field tests, where proportional doses of 0, 1000, 2000, 4000 and 8000 kg ha-1 of hydrothermal basalt powder were applied in an Argisol cultivated with native pasture, the chemical characteristics of the soil appear to have been slight influenced. However, nutrient uptake by native pasture was higher than the potentially solubilizable amounts estimated by 2% citric acid. In conclusion, hydrothermal basalt has potential for remineralization of soils, and its importance is based on mineralogical characteristics, mainly due to the presence soluble minerals and of 2:1 clay minerals, important for the fertility of agricultural soils.L'exploitation des géodes d'améthyste dans la région d'Ametista do Sul, État du Rio Grande do Sul, dans le sud du Brésil, génère une grande quantité de déchets de basalte hydrotermalisé qui s'accumulent à côté des mines. Ce matériau contient une quantité considérable de minéraux argileux comme la smectite et la céladonite, ce qui le rend prometteur pour l'utilisation comme reminéralisant des sols agricoles. Afin de prospecter l'utilisation de ce matériel dans l'agriculture, les objectifs suivants ont été établis: i) évaluer la variabilité minéralogique et géochimique du basalte hydrothermalisé le long du profil horizontal du principale coulée d'exploitation des géodes dans la région d'Ametista do Sul; ii) déterminer la solubilité des éléments chimiques d'intérêt agricole à partir de la poudre de basalte hydrothermalisé, en utilisant différentes méthodes d'extraction; iii) évaluer les caractéristiques chimiques et minéralogiques d'un Argisol sous pâturages naturels après l'application de poudre de basalte hydrothermalisée, ainsi que la production de pâturage et l’exportation de nutriments par les plantes. Le basalte hydrothermalisé se compose de plagioclase, de pyroxènes, de minéraux opaques et d'apatite en tant que minéral accessoire, et il est fortement altéré et comporte des minéraux argileux dans la matrice ou en remplissage des vésicules. Le matériel recueilli dans les différentes mines a un assemblage minéralogique et une composition géochimique similaires. Cependant, le basalte situé près des géodes est légèrement plus altéré que le basalte qui compose le reste de la coulée. Les minéraux argileux identifiés sont principalement de type saponite, interstratifiés chlorite/saponite et céladonite. Parmi les différents réactifs employés pour estimer la solubilité des éléments contenus dans les minéraux de la poudre de basalte (fraction < 0,3 mm), l'acide citrique à 2% est le plus efficace pour le calcium, le magnésium et le phosphore. Pour ces éléments, avec des teneurs moyennes dans la poudre de basalte de 58, 33 et 3,8 g kg-1, respectivement 23, 47 et 56% de la teneur totale ont été solubilisés. Le potassium et le sodium, avec des teneurs moyennes de 14 et 26 g kg-1, ont été solubilisés à des taux inférieurs à 3%, même dans des conditions d'acidification du milieu. Pour les essais de fertilisation sur le terrain des doses correspondant à 0, 1 000, 2 000, 4 000 et 8 000 kg ha-1 de basalte hydrothermalisé ont été appliquées sur un Argisol cultivé avec des pâturages naturels. Les caractéristiques chimiques du sol semblent avoir été peu influencées par les apports de poudre de basalte. Cependant, l’exportation de nutriments par les pâturages naturels était plus élevée que les quantités potentiellement solubilisables estimées avec l'acide citrique à 2%. En conclusion, le basalte hydrothermalisé présente un potentiel de reminéralisation des sols, et son importance repose sur des caractéristiques minéralogiques, principalement en raison de la présence de minéraux solubilisables dans les sols et de minéraux argileux 2:1 qui peuvent retenir les nutriments, importants pour la fertilité des sols agricoles

Use of tailings of amethys mines in agrculturere : mineralogical, chemical and physical criteria for agronomic use of hydrothermally

L'exploitation des géodes d'améthyste dans la région d'Ametista do Sul, État du Rio Grande do Sul, dans le sud du Brésil, génère une grande quantité de déchets de basalte hydrotermalisé qui s'accumulent à côté des mines. Ce matériau contient une quantité considérable de minéraux argileux comme la smectite et la céladonite, ce qui le rend prometteur pour l'utilisation comme reminéralisant des sols agricoles. Afin de prospecter l'utilisation de ce matériel dans l'agriculture, les objectifs suivants ont été établis: i) évaluer la variabilité minéralogique et géochimique du basalte hydrothermalisé le long du profil horizontal du principale coulée d'exploitation des géodes dans la région d'Ametista do Sul; ii) déterminer la solubilité des éléments chimiques d'intérêt agricole à partir de la poudre de basalte hydrothermalisé, en utilisant différentes méthodes d'extraction; iii) évaluer les caractéristiques chimiques et minéralogiques d'un Argisol sous pâturages naturels après l'application de poudre de basalte hydrothermalisée, ainsi que la production de pâturage et l’exportation de nutriments par les plantes. Le basalte hydrothermalisé se compose de plagioclase, de pyroxènes, de minéraux opaques et d'apatite en tant que minéral accessoire, et il est fortement altéré et comporte des minéraux argileux dans la matrice ou en remplissage des vésicules. Le matériel recueilli dans les différentes mines a un assemblage minéralogique et une composition géochimique similaires. Cependant, le basalte situé près des géodes est légèrement plus altéré que le basalte qui compose le reste de la coulée. Les minéraux argileux identifiés sont principalement de type saponite, interstratifiés chlorite/saponite et céladonite. Parmi les différents réactifs employés pour estimer la solubilité des éléments contenus dans les minéraux de la poudre de basalte (fraction < 0,3 mm), l'acide citrique à 2% est le plus efficace pour le calcium, le magnésium et le phosphore. Pour ces éléments, avec des teneurs moyennes dans la poudre de basalte de 58, 33 et 3,8 g kg-1, respectivement 23, 47 et 56% de la teneur totale ont été solubilisés. Le potassium et le sodium, avec des teneurs moyennes de 14 et 26 g kg-1, ont été solubilisés à des taux inférieurs à 3%, même dans des conditions d'acidification du milieu. Pour les essais de fertilisation sur le terrain des doses correspondant à 0, 1 000, 2 000, 4 000 et 8 000 kg ha-1 de basalte hydrothermalisé ont été appliquées sur un Argisol cultivé avec des pâturages naturels. Les caractéristiques chimiques du sol semblent avoir été peu influencées par les apports de poudre de basalte. Cependant, l’exportation de nutriments par les pâturages naturels était plus élevée que les quantités potentiellement solubilisables estimées avec l'acide citrique à 2%. En conclusion, le basalte hydrothermalisé présente un potentiel de reminéralisation des sols, et son importance repose sur des caractéristiques minéralogiques, principalement en raison de la présence de minéraux solubilisables dans les sols et de minéraux argileux 2:1 qui peuvent retenir les nutriments, importants pour la fertilité des sols agricoles.The exploration of amethyst geodes in the region of Ametista do Sul, state of Rio Grande do Sul, southern Brazil, generates a large amount of hydrothermal basalt tailings, which accumulate near the mines. This material has a considerable amount of smectite and celadonite clay, making it promising as a remineralizer for agricultural soils. In order to prospect the use of this material in agriculture, the following objectives were established: i) to evaluate the mineralogical and geochemical variability of the hydrothermal basalt along the horizontal profile of the main geode exploration flow in the region of Ametista do Sul, from collections carried out in different geode exploration mines; ii) to determine the solubility of chemical elements of agricultural interest from the basalt powder, using different extraction methods; iii) to evaluate the chemical and mineralogical characteristics of an Argisol under native pasture after application of hydrothermalized basalt powder, as well as to verify the effects on the pasture production and nutrient uptake by plants. Hydrothermal basalt consists of plagioclase, pyroxenes, opaque minerals and apatite as an accessory mineral, and is greatly altered for clay minerals in the matrix or filling vacuoles. The material collected in different mines has mineralogical assembly and geochemical composition similar. However, the basalt located near the geodes is slightly more altered for clay minerals than the basalt composing the rest of the mass. The identified clay minerals are predominantly of saponite, interstratified chlorite/saponite and celadonite types. As for the solubility of elements contained in the minerals of the hydrothermal basalt powder (fraction < 0.3 mm), the extraction using citric acid 2% proved to be efficient for calcium, magnesium and phosphorus. For these elements, with average contents in the hydrothermal basalt powder of 58, 33 and 3.8 g kg-1, respectively, were solubilized 23, 47 and 56% of the total contents. Potassium and sodium elements, with average contents of 14 and 26 g kg-1, were solubilized at rates below 3%, even under acidification conditions of the medium. Regarding field tests, where proportional doses of 0, 1000, 2000, 4000 and 8000 kg ha-1 of hydrothermal basalt powder were applied in an Argisol cultivated with native pasture, the chemical characteristics of the soil appear to have been slight influenced. However, nutrient uptake by native pasture was higher than the potentially solubilizable amounts estimated by 2% citric acid. In conclusion, hydrothermal basalt has potential for remineralization of soils, and its importance is based on mineralogical characteristics, mainly due to the presence soluble minerals and of 2:1 clay minerals, important for the fertility of agricultural soils

Soybean root growth and crop yield in reponse to liming at the beginning of a no-tillage system

Analyzing the soil near crop roots may reveal limitations to growth and yield even in a no-tillage system. The purpose of the present study was to relate the chemical and physical properties of soil under a no-tillage system to soybean root growth and plant yield after five years of use of different types of limestone and forms of application. A clayey Oxisol received application of dolomitic and calcitic limestones and their 1:1 combination in two forms: surface application, maintained on the soil surface; and incorporated, applied on the surface and incorporated mechanically. Soil physical properties (resistance to mechanical penetration, soil bulk density and soil aggregation), soil chemical properties (pH, exchangeable cations, H+Al, and cation exchange capacity) and plant parameters (root growth system, soybean grain yield, and oat dry matter production) were evaluated five years after setting up the experiment. Incorporation of lime neutralized exchangeable Al up to a depth of 20 cm without affecting the soil physical properties. The soybean root system reached depths of 40 cm or more with incorporated limestone, increasing grain yield an average of 31 % in relation to surface application, which limited the effect of lime up to a depth of 5 cm and root growth up to 20 cm. It was concluded that incorporation of limestone at the beginning of a no-tillage system ensures a favorable environment for root growth and soybean yield, while this intervention does not show long-term effects on soil physical properties under no-tillage. This suggests that there is resilience in the physical properties evaluated