Growth of black pepper plantlets under different substrates and irrigation levels

Optimization of the use of water and the possibility of using residues as substrate in the black pepper production chain can yield economic and environmental benefits. The objective of this study was to evaluate the biometric and physiological traits of black pepper plantlets (Piper nigrum L.), cv. Bragantina, at different irrigation levels and soilless substrates. Plantlets were grown for 120 days on three substrates [biosolid + crushed coconut fiber (3:1, by volume); biosolid + granitic rock powder (3:1, by volume); and biosolid + crushed coconut fiber + granitic rock powder (2:1:1, by volume)] and at five irrigation levels [36 % (very low); 55 % (low); 85 % (moderate); 100 % (well-irrigated); and 126 % of the reference irrigation level (over-irrigated)]. The biometric traits evaluated increased as the irrigation levels increased, with the exception of root dry mass, which was not influenced by this factor, nor water use efficiency, which decreased as the irrigation levels increased. In general, plants grown with a mixture of the three wastes (biosolid + crushed coconut fiber + granitic rock powder) exhibited higher values for biometric variables and chlorophyll content when they were moderately, well or over-irrigated, in comparison with the other two substrates. It was possible to achieve the plantlet commercial standard using this three waste mixture and the moderate irrigation level.(AU)

Potential impacts of using sewage sludge biochar on the growth of plant forest seedlings / Potenciais impactos do uso de biocarvão de lodo de esgoto no crescimento de mudas de especies florestais

Sewage sludge has long been successfully used in the production of nursery plants; however, some restriction may apply due to its high pathogenic characteristics. The process of charring the organic waste significantly reduces that undesired component and may be as effective as the non-charred residue. The aim of this study was to evaluate the effect of sewage sludge biochar on the growth and morphological traits of eucalyptus (Eucalyptus grandis L.) seedlings, and compare results with those observed when using uncharred sewage sludge. Treatments were arranged in a completely randomized design, in a 2 x 2 factorial scheme, with four replications. Charred and non-charred sewage sludge were tested with and without NPK addition. A control treatment was also evaluated. Ten weeks old eucalyptus seedlings were transferred to the pots and grew for eight weeks. Chlorophyll content, plant height and stem diameter were measured at 0, 30 and 60 days after transplant. Shoot and root biomass were measured after plant harvest. Dickson Quality Index was calculated to evaluate the overall quality of seedlings. Biochar was effective in improving the seedlings quality, and had similar effects as the non-charred waste. Therefore, sewage sludge biochar has the potential to improve the process of production of forest species seedlings and further reduce the environmental risks associated with the use of non-charred sewage sludge.

O lodo de esgoto tem sido usado com sucesso há muito tempo na produção de mudas de espécies florestais em viveiro. Contudo, algumas restrições se aplicam devido às suas características patogênicas. O processo de carbonização desse resíduo orgânico reduz significativamente esse componente, resultando num material que pode ser tão efetivo quanto a matéria prima original. O objetivo do estudo foi avaliar o efeito do biocarvão de lodo de esgoto no crescimento e nos parâmetros morfológicos de mudas de eucalipto (Eucalyptus grandis L.), e comparar os resultados com aqueles observados para as mudas tratadas com lodo de esgoto. Os tratamentos foram distribuídos em delineamento inteiramente casualizado, em esquema fatorial 2 x 2, com quatro repetições. O lodo de esgoto, carbonizado e não carbonizado, foi testado com e sem a adição de adubação NPK. Um tratamento controle foi avaliado também. Mudas de eucalipto com 10 semanas foram transferidas para vasos contendo os tratamentos, onde cresceram por 60 dias. Teor de clorofila, altura da planta e diâmetro do coleto foram avaliados aos 0, 30 e 60 dias. A biomassa da parte aérea e da raiz foi avaliada após a colheita. O índice de qualidade de Dickson foi calculado para avaliar a qualidade geral das mudas. O biocarvão foi eficiente em melhorar a qualidade das mudas e seu efeito foi similar ao do lodo de esgoto. Portanto, esse biocarvão tem o potencial de melhorar o processo de produção de mudas de espécies florestais em viveiro, e pode ainda reduzir os riscos ambientais associados ao uso de lodo de esgoto.

Potential impacts of using sewage sludge biochar on the growth of plant forest seedlings / Potenciais impactos do uso de biocarvão de lodo de esgoto no crescimento de mudas de especies florestais

Sewage sludge has long been successfully used in the production of nursery plants; however, some restriction may apply due to its high pathogenic characteristics. The process of charring the organic waste significantly reduces that undesired component and may be as effective as the non-charred residue. The aim of this study was to evaluate the effect of sewage sludge biochar on the growth and morphological traits of eucalyptus (Eucalyptus grandis L.) seedlings, and compare results with those observed when using uncharred sewage sludge. Treatments were arranged in a completely randomized design, in a 2 x 2 factorial scheme, with four replications. Charred and non-charred sewage sludge were tested with and without NPK addition. A control treatment was also evaluated. Ten weeks old eucalyptus seedlings were transferred to the pots and grew for eight weeks. Chlorophyll content, plant height and stem diameter were measured at 0, 30 and 60 days after transplant. Shoot and root biomass were measured after plant harvest. Dickson Quality Index was calculated to evaluate the overall quality of seedlings. Biochar was effective in improving the seedlings quality, and had similar effects as the non-charred waste. Therefore, sewage sludge biochar has the potential to improve the process of production of forest species seedlings and further reduce the environmental risks associated with the use of non-charred sewage sludge.(AU)

O lodo de esgoto tem sido usado com sucesso há muito tempo na produção de mudas de espécies florestais em viveiro. Contudo, algumas restrições se aplicam devido às suas características patogênicas. O processo de carbonização desse resíduo orgânico reduz significativamente esse componente, resultando num material que pode ser tão efetivo quanto a matéria prima original. O objetivo do estudo foi avaliar o efeito do biocarvão de lodo de esgoto no crescimento e nos parâmetros morfológicos de mudas de eucalipto (Eucalyptus grandis L.), e comparar os resultados com aqueles observados para as mudas tratadas com lodo de esgoto. Os tratamentos foram distribuídos em delineamento inteiramente casualizado, em esquema fatorial 2 x 2, com quatro repetições. O lodo de esgoto, carbonizado e não carbonizado, foi testado com e sem a adição de adubação NPK. Um tratamento controle foi avaliado também. Mudas de eucalipto com 10 semanas foram transferidas para vasos contendo os tratamentos, onde cresceram por 60 dias. Teor de clorofila, altura da planta e diâmetro do coleto foram avaliados aos 0, 30 e 60 dias. A biomassa da parte aérea e da raiz foi avaliada após a colheita. O índice de qualidade de Dickson foi calculado para avaliar a qualidade geral das mudas. O biocarvão foi eficiente em melhorar a qualidade das mudas e seu efeito foi similar ao do lodo de esgoto. Portanto, esse biocarvão tem o potencial de melhorar o processo de produção de mudas de espécies florestais em viveiro, e pode ainda reduzir os riscos ambientais associados ao uso de lodo de esgoto.(AU)

Solid waste disposal in the soil: effects on the physical, chemical, and organic properties of soil / Disposição de resíduos sólidos no solo: efeito nos atributos físicos, químicos e na matéria orgânica

Currently, there is growing concern over the final destination of the solid waste generated by society. Landfills should not be considered the endpoint for substances contained or generated in solid waste. The sustainable use of natural resources, especially soil and water, has become relevant, given the increase in anthropogenic activities. Agricultural use is an alternative to solid waste (leachate, biosolid) disposal, considering the hypothesis that the agricultural use of waste is promising for reducing waste treatment costs, promoting nutrient reuse and improving the physical and chemical conditions of soil. Thus, this literature review, based on previously published data, seeks to confirm or disprove the hypothesis regarding the promising use of solid waste in agriculture to decrease the environmental liability that challenges public administrators in the development of efficient management. The text below addresses the following subtopics after the introduction: current solid waste disposal and environmental issues, the use of solid waste in agriculture, and the effect on the physical and chemical properties of soil and on organic matter, ending with final considerations.(AU)

Atualmente existe crescente preocupação com o destino final dos resíduos sólidos gerados pela sociedade. As áreas de despejos não podem ser consideradas ponto final para as substâncias contidas ou geradas nos resíduos sólidos. Atualmente, o uso sustentável dos recursos naturais, especialmente do solo e da água, tem-se constituído relevante devido ao aumento das atividades antrópicas. O uso agrícola é uma alternativa de disposição dos resíduos sólidos (lixiviado, biossólidos), considerando a hipótese que o uso destes seja promissor para a agricultura, o que resulta em redução dos custos de tratamento, reaproveitamento de nutrientes e a melhora das condições físicas e químicas dos solos. Assim, buscou-se com esta revisão de literatura confirmar ou não a hipótese, a partir de dados já obtidos, quanto ao uso promissor destes resíduos na agricultura para diminuição do passivo ambiental que desafia os administradores públicos no desenvolvimento de uma gestão eficiente. Os seguintes sub-itens serão apresentados após a introdução: disposição atual de resíduos sólidos e problemas ambientais; uso dos resíduos sólidos na agricultura; efeito nos atributos químicos, físicos e na matéria orgânica do solo e considerações finais.(AU)

HIGIENIZAÇÃO DE LODO DE ESGOTO POR SECAGEM EM ESTUFA E USO AGRÍCOLA: CARACTERIZAÇÃO DA QUALIDADE MICROBIOLÓGICA E DA EXPOSIÇÃO HUMANA

O presente estudo teve como objetivo avaliar o decaimento e a relação entre as concentrações de enterovírus cultiváveis e de colifagos somáticos em lodo de esgoto durante secagem em estufa de secagem, caracterizando a exposição humana a perigo microbiológico no tratamento e no uso agrícola do lodo. O tratamento em estufa consistiu na disposição do lodo de esgoto desaguado em leiras, que foram revolvidas manualmente uma vez por semana, quando também se realizava coleta de amostras para análise de umidade (U), sólidos totais (ST), pH, coliformes totais (CT), Escherichia coli (EC), vírus entéricos infecciosos (VEI) e colifagos somáticos (CS). A exposição de trabalhadores e de consumidores de hortaliças a perigo microbiológico (CT, EC, VEI e CS) foi avaliada por meio da coleta e análise: da água de lavagem das mãos da pesquisadora responsável, representante da figura do trabalhador do serviço de saneamento, após manejo semanal das leiras de lodo ao longo do tratamento; da água de lavagem das mãos de dois voluntários, representantes da figura do trabalhador rural, responsáveis pela montagem de cada canteiro de hortaliça (alface e cenoura), onde foi usado como adubo tanto lodo tratado quanto lodo tratado inoculado com VEI e CS de referência e de amostras da mistura solo+lodo no momento da colheita das hortaliças. A exposição do consumidor foi verificada através da análise de amostras das hortaliças após período de cultivo recomendado. Entre fevereiro e novembro de 2015, nove lotes de lodo de esgoto (L1 a L9) foram tratados em estufa de secagem, onde permaneceram em média por 13 semanas. As temperaturas médias estimadas do ar dentro da estufa variaram de 28,8 a 33,5°C. O pH se manteve estável na maioria dos lotes com valores entre 5,0-6,0. Após aproximadamente 60 dias de tratamento, todos os lotes apresentavam umidade abaixo de 10%, exceto L3 e L4 (10-25%). O tempo necessário para atingir 90% de xv sólidos totais variou entre 40-50 dias (L1 e L7), 55-65 dias (L5 e L6) e 85-100 dias (L2, L3 e L4). Durante a higienização dos lotes de lodo em estufa de secagem, observou-se que L2, L5, L7, L8 e L9 levaram até 20 dias para alcançarem qualidade classe B (coliformes termotolerantes < 106 NMP/g ST). O tempo de tratamento necessário para que cada lote passasse do tipo Classe B para Classe A (<1x103 NMP EC/g ST) foi em média de 50-60 dias para a maioria dos lotes (L2, L3 L6, L7 e L8). A detecção de vírus nas amostras de lodo analisadas durante a secagem do lodo em estufa foi muito baixa, impossibilitando inferir sobre níveis de contaminação e grau de decaimento. Mas colifagos somáticos foram detectados em amostras com menos de 10% de umidade. As amostras de água de lavagem das mãos, da mistura solo+lodo e de alface apresentaram baixas concentrações ou ausência de vírus entéricos infecciosos e colifagos somáticos. Sob as condições testadas no presente estudo, foi possível evidenciar que a secagem de lodo de esgoto em estufa de secagem se apresentou como técnica simples e eficiente na obtenção de produto granulado, seco e com níveis de redução da contaminação bacteriana que atendeu ao padrão de qualidade estabelecido como seguro para uso agrícola conforme a legislação brasileira. Colifagos somáticos persistiram na secagem do lodo em estufa de secagem e no plantio de hortaliças. Sugere-se que trabalhadores do serviço de saneamento, trabalhadores rurais e consumidores de hortaliças estariam expostos a baixos níveis de contaminação bacteriana e virológica.

The aim of the study was to evaluate the decay and the relationship between the concentrations of infectious enteric viruses (IEV) and somatic coliphages (SC) in sewage sludge dried in an agricultural greenhouse and characterize human exposure to microbiological hazard during treatment and agricultural use of the sludge. The greenhouse treatment consisted of disposing the dewatered sewage sludge in piles which were manually turned once a week, when samples were taken for analysis of: moisture (U) total solids (TS), pH, total coliforms (TC), Escherichia coli (EC), infectious enteric virus (IEV) and somatic coliphages (SC). Human exposure (workers and consumers) to microbiological hazard (TC, EC, IEV and SC) was evaluated through the collection and analysis of: handwashing water of the responsible researcher (sanitation service worker) after weekly management of piles of sludge during treatment; handwashing water of the two volunteers (rural workers) responsible for the production of each vegetable (lettuce and carrots), using as fertilizer either treated sludge as inoculated treated sludge with IEV as well as samples of the soil+sludge mixture at harvest time. Consumer exposure was verified by analyzing vegetables samples after the recommended cultivation period for crops. Between February and November 2015, nine batches of sewage sludge (B1 to B9) were treated in a greenhouse, where they remained on average for 13 weeks. The estimated average temperature of the air inside the greenhouse ranged from 28,8 to 33,5°C. In most batches sludge remained pH between 5.0-6.0. After about 60 days of treatment, all batches had less than 10% of the humidity, except B3 and B4 (10-25%). The time required to reach 10% of humidity ranged between 40-50 (B1 to B7), 55-65 (B5, B6) and 85-100 (B2, B3 and B4) days. During sanitation of the sludge batches in a greenhouse, it was observed that L2, L5, L7, L8 and L9 took 20 days to achieve quality Class B (EC <106 MPN/g TS). Batches took 50-60 days on average to catch E. coli levels <1x103 NMP/g TS. The xvii detection of somatic coliphages in sludge samples was low and sporadic. The detection of vírus in sludge samples during sludge drying in a greenhouse was low, which made it impossible to infer about contamination levels and degree of decay, although somatic coliphages were detected in samples with less than 10% moisture. Samples of handwashing water, soil+sludge mixture and lettuce showed low concentrations or absence of infectious enteric virus and somatic coliphages. Drying sewage sludge in an agricultural greenhouse is a simple and effective process for obtaining a dry and granular product and reducing bacterial contamination to levels established to be safe for agricultural use under Brazilian law. Somatic coliphages persisted during the sludge drying in an agricultural greenhouse and in biosolids-amended soil under vegetables cultivation. Also, its suggested that sanitation service workers, farm workers and consumers of vegetables would be exposed to low levels of bacterial and virological contamination.

Composting as alternative treatment of solid wastes from laboratory animal care facilities / Compostagem como alternativa de tratamento de resíduos sólidos de biotérios

This study evaluated composting as a means of treating wastes from rabbits, guinea pigs, mice and hamsters from animal care facilities and its subsequent use for agricultural purposes. We built six compost windrows with 500kg solid wastes mixed with 221.65kg of cotton waste each, which gave a C:N ratio of nearly 30:1. Chemical, microbiological and parasitological analyses of the wastes and the composts were performed before and after treatment. Temperature and pH were measured inside the windrows throughout the experiment. The initial temperature of 28°C increased to a peak of 60°C and decreased to stabilization within approximately 100 days. The pH values oscillated between 6.5 and 8.0, the range indicated to assure pathogen removal and compost quality. At the end of the experiment, over 90% of Escherichia coli, Salmonella sp, protozoan oocysts and helminth eggs were efficiently eliminated in most of the composts. Chemical analyses detected suitable contents of macro and micronutrients and acceptable levels of heavy metals in the composts. We conclude that composting is an efficient method to treat the solid wastes produced by the studied species held in animal care facilities. It eliminates or reduces microorganism content, producing class B biosolids that can be used with restriction in agricultural practices.

Análise da contaminação parasitária em compostos orgânicos produzidos com biossólidos de esgoto doméstico e resíduos agropecuários / Analysis of parasitological contamination in organic composts with sewage sludge and agricultural residues

Este estudo avaliou a contaminação por ovos de helmintos, cistos e oocistos de protozoários em compostos orgânicos utilizando lodo de esgoto doméstico e resíduos agropecuários. Foram realizadas análises parasitológicas em amostras de 25 diferentes compostos orgânicos, antes e após tratamento térmico a 60ºC durante 12 horas. Os resultados demonstraram elevada contaminação parasitária em todos os compostos analisados antes do tratamento e a não redução dessa contaminação após o tratamento térmico. A identificação das larvas obtidas em coproculturas antes e após o tratamento térmico dos compostos indicou que os gêneros mais freqüentemente observados foram Cooperia e Trichostrongylus, que são nematóides gastrintestinais de ruminantes. Estes resultados demonstram que ovos de helmintos podem permanecer viáveis mesmo após o processo de compostagem e o tratamento térmico. Os compostos produzidos com lodo de esgoto doméstico e resíduo agropecuários, utilizando esses processos de tratamentos, podem constituir riscos de contaminação para humanos e animais.(AU)

This research aimed at evaluating the cysts, oocysts and eggs contamination before and after thermal treatment of 60ºC for 12 hours, in 25 different organic composts produced with biosolids from domestic waste-water treatment and animal and agricultural residues. The results showed high parasitological contamination for all organic composts before the treatment and these contaminations were not reduced after thermic treatment. The larva identification in coprocultures before and after thermic treatment showed Cooperia spp. and Trichostrongylus spp. were the most prevalent nematodes. These results demonstrated that helmintus' eggs can remain viable even after the composing and thermic treatment. The obtained composition with sewage sludge and agricultural residues through these treatment processes can establish contamination risks for humans and animals.(AU)

Nitrogen fixation and growth response of Alnus Rubra following fertiliztion with urea or biosolids

Nitrogen fertilization of forests using biosolids offers a potentially environmentally friendly means to accelerate tree growth. This field study was designed to analyze the effects of nitrogen fertilization on the symbiotic, nitrogen (N)-fixing relationship between Alnus rubra Bong. (red alder) and Frankia. Anaerobically digested, class B biosolids and synthetic urea (46% N) were applied at rates of 140, 280 and 560 kg ha-1 available N to a well-drained, sandy, glacial outwash soil in the Indianola series (mixed, mesic Dystric Xeropsamments). Plots were planted with A. rubra seedlings. At the end of each of two growing seasons trees were harvested and analyzed for the rate of N fixation (as acetylene reduction activity), biomass and foliar N. At year 1, there was no N fixation for trees grown with urea amendments, but control (17 µmol C2H4 g-1 hr-1) and biosolids (26-45 µmol C2H4 g-1 hr-1) trees were fixing N. At the end of year 2, all trees in all treatments were fixing N (7 µmol C2H4 g-1 hr-1, 4-16 µmol C2H4 g-1 hr-1, and 20-29 µmol C2H4 g-1 hr-1 for control, urea and biosolids respectively). Trees grown with biosolids amendments were larger overall (year 1 shoot biomass 10 g, 5 g, and 23 g for control, urea, and biosolids respectively, year 2 shoot biomass 50 g, 51 g, and 190 g for control, urea, and biosolids respectively) with higher concentrations of foliar N for both years of the study (year 1 foliar N 26 g kg-1, 27 g kg-1, and 40 g kg-1 for control, urea, and biosolids respectively, year 2 foliar N 17 g kg-1, 19 g kg-1, and 23 g kg-1 for control, urea, and biosolids respectively). Trees grown with urea amendments appeared to use the urea N over Frankia supplied N, whereas the biosolids trees appeared to be able to use both N in biosolids and N from Frankia. The results from this study indicated that the greater growth of A. rubra may have been responsible for the observed higher N demand. Biosolids may have supplied other nutrients to the trees to support this accelerated growth.

A fertilização nitrogenada de florestas com biosólidos constitui um meio de aceleração do crescimento das plantas potencialmente não impactante ao meio. Os efeitos de fertilização de nitrogênio atmosférico na relação simbiôntica e de fixação de nitrogênio Alnus rubra Bong. (amieiro vermelho) e Frankia foram avaliados em um estudo de campo. Biosólidos classe B digeridos anaerobicamente e uréia sintética (46% N) foram aplicados a taxas de 140, 280 e 560 kg ha-1 de N disponível em um solo tipo Areia Quartzosa. Ao contrário das plantas do grupo controle (17 µmol C2H4 g-1 hr-1) ou fertilizadas com biosólidos (26-45 µmol C2H4 g-1 hr-1), plantas fertilizadas com uréia não apresentavam fixação de nitrogênio após um ano de cultivo. Ao final do segundo ano, todas as árvores em todos os tratamentos fixavam N (7 µmol C2H4 g-1 hr-1; 4-16 µmol C2H4 g-1 hr-1; e 20-29 µmol C2H4 g-1 hr-1 para controle, uréia e biosólidos, respectivamente). Plantas cultivadas sob remediação com biosólidos apresentaram maior biomassa na parte aérea ao final do ano 2 (50 g; 51 g; e 190 g para controle, uréia, e biosólidos, respectivamente), e também maiores concentrações de nitrogênio foliar em ambos os períodos analisados (N foliar no ano 1 26 g kg-1, 27 g kg-1, e 40 g kg-1; N foliar no ano 2 17 g kg-1, 19 g kg-1, and 23 g kg-1, respectivamente para controle, uréia e biosólidos). A maior taxa de crescimento de A. rubra pode ter resultado em maior exigência em N e os biosólidos supriram quantidades adicionais de nutrientes capazes de sustentar o crescimento acelerado.

Nitrogen fixation and growth response of Alnus Rubra following fertiliztion with urea or biosolids

Nitrogen fertilization of forests using biosolids offers a potentially environmentally friendly means to accelerate tree growth. This field study was designed to analyze the effects of nitrogen fertilization on the symbiotic, nitrogen (N)-fixing relationship between Alnus rubra Bong. (red alder) and Frankia. Anaerobically digested, class B biosolids and synthetic urea (46% N) were applied at rates of 140, 280 and 560 kg ha-1 available N to a well-drained, sandy, glacial outwash soil in the Indianola series (mixed, mesic Dystric Xeropsamments). Plots were planted with A. rubra seedlings. At the end of each of two growing seasons trees were harvested and analyzed for the rate of N fixation (as acetylene reduction activity), biomass and foliar N. At year 1, there was no N fixation for trees grown with urea amendments, but control (17 µmol C2H4 g-1 hr-1) and biosolids (26-45 µmol C2H4 g-1 hr-1) trees were fixing N. At the end of year 2, all trees in all treatments were fixing N (7 µmol C2H4 g-1 hr-1, 4-16 µmol C2H4 g-1 hr-1, and 20-29 µmol C2H4 g-1 hr-1 for control, urea and biosolids respectively). Trees grown with biosolids amendments were larger overall (year 1 shoot biomass 10 g, 5 g, and 23 g for control, urea, and biosolids respectively, year 2 shoot biomass 50 g, 51 g, and 190 g for control, urea, and biosolids respectively) with higher concentrations of foliar N for both years of the study (year 1 foliar N 26 g kg-1, 27 g kg-1, and 40 g kg-1 for control, urea, and biosolids respectively, year 2 foliar N 17 g kg-1, 19 g kg-1, and 23 g kg-1 for control, urea, and biosolids respectively). Trees grown with urea amendments appeared to use the urea N over Frankia supplied N, whereas the biosolids trees appeared to be able to use both N in biosolids and N from Frankia. The results from this study indicated that the greater growth of A. rubra may have been responsible for the observed higher N demand. Biosolids may have supplied other nutrients to the trees to support this accelerated growth.

A fertilização nitrogenada de florestas com biosólidos constitui um meio de aceleração do crescimento das plantas potencialmente não impactante ao meio. Os efeitos de fertilização de nitrogênio atmosférico na relação simbiôntica e de fixação de nitrogênio Alnus rubra Bong. (amieiro vermelho) e Frankia foram avaliados em um estudo de campo. Biosólidos classe B digeridos anaerobicamente e uréia sintética (46% N) foram aplicados a taxas de 140, 280 e 560 kg ha-1 de N disponível em um solo tipo Areia Quartzosa. Ao contrário das plantas do grupo controle (17 µmol C2H4 g-1 hr-1) ou fertilizadas com biosólidos (26-45 µmol C2H4 g-1 hr-1), plantas fertilizadas com uréia não apresentavam fixação de nitrogênio após um ano de cultivo. Ao final do segundo ano, todas as árvores em todos os tratamentos fixavam N (7 µmol C2H4 g-1 hr-1; 4-16 µmol C2H4 g-1 hr-1; e 20-29 µmol C2H4 g-1 hr-1 para controle, uréia e biosólidos, respectivamente). Plantas cultivadas sob remediação com biosólidos apresentaram maior biomassa na parte aérea ao final do ano 2 (50 g; 51 g; e 190 g para controle, uréia, e biosólidos, respectivamente), e também maiores concentrações de nitrogênio foliar em ambos os períodos analisados (N foliar no ano 1 26 g kg-1, 27 g kg-1, e 40 g kg-1; N foliar no ano 2 17 g kg-1, 19 g kg-1, and 23 g kg-1, respectivamente para controle, uréia e biosólidos). A maior taxa de crescimento de A. rubra pode ter resultado em maior exigência em N e os biosólidos supriram quantidades adicionais de nutrientes capazes de sustentar o crescimento acelerado.

Nitrogen fixation and growth response of Alnus rubra amended with low and high metal content biosolids

Forest application of biosolids offers a potential environmentally friendly alternative to landfilling. This two-year investigation was designed to analyze the effects of elevated soil metal concentration resulting from the land application of biosolids on the symbiotic, nitrogen (N) fixing relationship between Alnus rubra Bong. (red alder) and Frankia. High metal biosolids and a modern-day composted biosolid applied at high loading rates of 250, 500, and 1000 Mg ha-1, were used to represent a worst-case scenario for metal contamination. The high metal biosolids were obtained before the current regulations were formulated and had been lagooned prior to use in this study. Total cadmium (Cd), lead (Pb) and zinc (Zn) in the high metal biosolids were 45, 958, and 2623 mg kg-1 respectively. These metal concentrations are above current regulatory limits in the US. The compost was made using biosolids that are currently produced and had Cd, Pb and Zn of 0.8, 20 and 160 mg kg-1 respectively. Trees were harvested and analyzed for rate of N fixation (as measured by acetylene reduction activity), biomass, and foliar metals. Soils were analyzed for available N, total carbon and N, pH and total Cd, Pb and Zn. Rates of N fixation were not affected by soil amendment. In year 2, shoot biomass of trees grown in both the compost and high metal amendments were higher than the control. Shoot biomass increased with increasing amount of compost amendments, but decreased with increasing amount of high metal amendments. There was no relationship between soil metal concentration and plant biomass. Foliar Cd and Pb were below detection for all trees and foliar Zn increased with increasing amount of both compost and high metal amendment, with concentrations of 249 mg kg-1 for trees grown in the compost amendment and 279 mg kg-1 for the high metal amendment. The results from this study indicate that the growth of A. rubra benefited from both types of biosolids used in the study and that the Alnus/Frankia relationship was not negatively impacted by metal concentrations resulting from the high metal biosolids amendments.

A aplicação de biosólidos em florestas representa uma potencial alternativa ambientalmente correta para aterros sanitários. Os efeitos de fertilização de nitrogênio na relação simbiôntica e de fixação de nitrogênio Alnus rubra Bong. (amieiro vermelho) e Frankia foram avaliados em um estudo de campo conduzido por dois anos. Um biosólido com concentração de metais muito acima dos marcos regulatórios (45 mg kg-1 Cd; 958 mg kg-1 Pb; 2623 mg kg-1 Zn) produzido há mais de 25 anos e um biosólido composto recente foram aplicados nas doses de 250, 500 e 1000 Mg ha-1, representando um cenário pior possível de concentração de metais. Ao final do segundo ano, a biomassa da parte aérea das plantas cultivadas sob ambos os compostos era maior que a das plantas controle, mas não foi observada inter-relação entre a concentração de metais no solo e a biomassa das plantas. As concentrações de Cd e Pb foliares permaneceram abaixo do nível de detecção em todas as plantas, mas a concentração de Zn foliar aumentou proporcionalmente ao aumento da adição do bioremediador, atingindo concentrações de 249 mg kg-1 e 279 mg kg-1 para os tratamentos alto metal e composto, respectivamente. Embora não tenham sido registrados efeitos negativos do biosólido com altos teores de metais, outras rotas de exposição podem levar a possíveis impactos ecológicos.

Nitrogen fixation and growth response of Alnus rubra amended with low and high metal content biosolids

Forest application of biosolids offers a potential environmentally friendly alternative to landfilling. This two-year investigation was designed to analyze the effects of elevated soil metal concentration resulting from the land application of biosolids on the symbiotic, nitrogen (N) fixing relationship between Alnus rubra Bong. (red alder) and Frankia. High metal biosolids and a modern-day composted biosolid applied at high loading rates of 250, 500, and 1000 Mg ha-1, were used to represent a worst-case scenario for metal contamination. The high metal biosolids were obtained before the current regulations were formulated and had been lagooned prior to use in this study. Total cadmium (Cd), lead (Pb) and zinc (Zn) in the high metal biosolids were 45, 958, and 2623 mg kg-1 respectively. These metal concentrations are above current regulatory limits in the US. The compost was made using biosolids that are currently produced and had Cd, Pb and Zn of 0.8, 20 and 160 mg kg-1 respectively. Trees were harvested and analyzed for rate of N fixation (as measured by acetylene reduction activity), biomass, and foliar metals. Soils were analyzed for available N, total carbon and N, pH and total Cd, Pb and Zn. Rates of N fixation were not affected by soil amendment. In year 2, shoot biomass of trees grown in both the compost and high metal amendments were higher than the control. Shoot biomass increased with increasing amount of compost amendments, but decreased with increasing amount of high metal amendments. There was no relationship between soil metal concentration and plant biomass. Foliar Cd and Pb were below detection for all trees and foliar Zn increased with increasing amount of both compost and high metal amendment, with concentrations of 249 mg kg-1 for trees grown in the compost amendment and 279 mg kg-1 for the high metal amendment. The results from this study indicate that the growth of A. rubra benefited from both types of biosolids used in the study and that the Alnus/Frankia relationship was not negatively impacted by metal concentrations resulting from the high metal biosolids amendments.

A aplicação de biosólidos em florestas representa uma potencial alternativa ambientalmente correta para aterros sanitários. Os efeitos de fertilização de nitrogênio na relação simbiôntica e de fixação de nitrogênio Alnus rubra Bong. (amieiro vermelho) e Frankia foram avaliados em um estudo de campo conduzido por dois anos. Um biosólido com concentração de metais muito acima dos marcos regulatórios (45 mg kg-1 Cd; 958 mg kg-1 Pb; 2623 mg kg-1 Zn) produzido há mais de 25 anos e um biosólido composto recente foram aplicados nas doses de 250, 500 e 1000 Mg ha-1, representando um cenário pior possível de concentração de metais. Ao final do segundo ano, a biomassa da parte aérea das plantas cultivadas sob ambos os compostos era maior que a das plantas controle, mas não foi observada inter-relação entre a concentração de metais no solo e a biomassa das plantas. As concentrações de Cd e Pb foliares permaneceram abaixo do nível de detecção em todas as plantas, mas a concentração de Zn foliar aumentou proporcionalmente ao aumento da adição do bioremediador, atingindo concentrações de 249 mg kg-1 e 279 mg kg-1 para os tratamentos alto metal e composto, respectivamente. Embora não tenham sido registrados efeitos negativos do biosólido com altos teores de metais, outras rotas de exposição podem levar a possíveis impactos ecológicos.

Eficiência da compostagem sobre a qualidade do biossólido de esgoto doméstico e resíduos agrícolas, utilizado para cultivo do cogumelo do sol (Agaricus blazei Murril) / Efficiency of composting biosolids on the quality of domestic sewage and agricultural waste, used for cultivation of the mushroom of the sun (Agaricus blazei Murrill)

A eficácia da compostagem foi estudada para remoção de contaminantes presentes em substratos alternativos contendo lodo de esgoto a serem utilizados para cultivo do cogumelo do sol (Agaricus blazei Murril). Substratos contendo cinco relações de carbono/nitrogênio: 25, 30, 35,40 e 45 eram compostos por cinco combinações diferentes de resíduos agrícolas. O material foi preparado e submetido ao processo de compostagem. Para avaliar a eficiência da remoção de coliformes fecais e aeróbios mesófilos, realizaram-se análises microbiológicas de amostras de cada ingrediente a ser utilizado para preparo dos compostos, de amostras de cada biossólido referentes aos 5 tratamentos com as cinco diferentes relações C/N, antes e após da pasteurização. Amostras dos frutos cultivados nos diferentes substratos também foram analisadas. Ao serem analisados os resultados, observou- se que houve redução na presençade aeróbios mesófilos como de coliforme, em 80% das amostras analisadas. Essa ocorrência de microorganismos permitiu a classificação como lodo A, sendo de uso irrestrito. Não houve contaminação dos frutos cultivados em nenhum dos substratos avaliados. Concluiu-se que o tratamento adotado promoveu a higienização dos substratos tomando os aptos para aplicação no cultivo do cogumelo do sol e demais hortaliças. (AU)

The effectiveness of composting was studied in order to remove the contaminants in alternative substratescontaining sludge, used in the cultivation of Sun Mushroom (Agaricus blazei Murril).Substrates containing five relations of carbon/ nitrogen: 25, 30, 35, 40 and 45 were composed of five different agricultural waste combinations. The material was prepared and submitted to the composting process. With the purpose of evaluating the efficiency of the removal of fecal coliforms and aerobic mesophiles, were conducted microbiological analysis of samples of each ingredient used in the compost preparation and samples consisting of each biosolid relating to the five different relations C/N, before and after the pasteurization. Samples of fruit grown on different substrates were also analyzed. According to the results analyzed, it was observed the decrease of aerobic mesophiles and coliforms, in 80% of the samples. The sludge was classified as "A ", because of the occurrence of microorganisms. There was no contaminationof fruits grown in any of the substrates evaluated. It was concluded that the treatment promoted the substrates hygiene, making them suitable for application in the cultivation of Sun Mushroom and other vegetables. (AU)

Eficiência da compostagem sobre a qualidade do biossólido de esgoto doméstico e resíduos agrícolas, utilizado para cultivo do cogumelo do sol (Agaricus blazei Murril) / Efficiency of composting biosolids on the quality of domestic sewage and agricultural waste, used for cultivation of the mushroom of the sun (Agaricus blazei Murrill)

A eficácia da compostagem foi estudada para remoção de contaminantes presentes em substratos alternativos contendo lodo de esgoto a serem utilizados para cultivo do cogumelo do sol (Agaricus blazei Murril). Substratos contendo cinco relações de carbono/nitrogênio: 25, 30, 35,40 e 45 eram compostos por cinco combinações diferentes de resíduos agrícolas. O material foi preparado e submetido ao processo de compostagem. Para avaliar a eficiência da remoção de coliformes fecais e aeróbios mesófilos, realizaram-se análises microbiológicas de amostras de cada ingrediente a ser utilizado para preparo dos compostos, de amostras de cada biossólido referentes aos 5 tratamentos com as cinco diferentes relações C/N, antes e após da pasteurização. Amostras dos frutos cultivados nos diferentes substratos também foram analisadas. Ao serem analisados os resultados, observou- se que houve redução na presençade aeróbios mesófilos como de coliforme, em 80% das amostras analisadas. Essa ocorrência de microorganismos permitiu a classificação como lodo A, sendo de uso irrestrito. Não houve contaminação dos frutos cultivados em nenhum dos substratos avaliados. Concluiu-se que o tratamento adotado promoveu a higienização dos substratos tomando os aptos para aplicação no cultivo do cogumelo do sol e demais hortaliças.

The effectiveness of composting was studied in order to remove the contaminants in alternative substratescontaining sludge, used in the cultivation of Sun Mushroom (Agaricus blazei Murril).Substrates containing five relations of carbon/ nitrogen: 25, 30, 35, 40 and 45 were composed of five different agricultural waste combinations. The material was prepared and submitted to the composting process. With the purpose of evaluating the efficiency of the removal of fecal coliforms and aerobic mesophiles, were conducted microbiological analysis of samples of each ingredient used in the compost preparation and samples consisting of each biosolid relating to the five different relations C/N, before and after the pasteurization. Samples of fruit grown on different substrates were also analyzed. According to the results analyzed, it was observed the decrease of aerobic mesophiles and coliforms, in 80% of the samples. The sludge was classified as "A ", because of the occurrence of microorganisms. There was no contaminationof fruits grown in any of the substrates evaluated. It was concluded that the treatment promoted the substrates hygiene, making them suitable for application in the cultivation of Sun Mushroom and other vegetables.

Biosolids effectiveness to yield ryegrass based on their nitrogen content

Biosolids have been reported to increase yields and supply plant nutrients. However, complying with health and environmental standards is necessary before applying biosolids to land. Thus, sludge stabilization is required to make biosolids safe enough for their agricultural use. Side effects of stabilization processes on agronomic features of sewage sludge are not quite known, although their understanding is essential for biosolids management. Based on a model equivalent to the Mitscherlich equation, effects of the most common processes for sludge stabilization were evaluated (composting, liming, heat-drying and solar irradiation) in relation to the agronomic effectiveness of biosolids to yield Lolium perenne L. on two tropical soils, with NH4H2PO4 as a reference. Sewage stabilization processes have affected the ability of biosolids to promote plant growth. Their effectiveness was usually higher than fertilizer in a Spodosol and lower in an Oxisol. Solar-irradiated sludge presented the highest effectiveness among the biosolids and reached peak yields at the lowest application rate independent on soil type. Biosolids could efficiently substitute fertilizers and even yield more plant dry matter than the NH4H2PO4 reference, depending on the biosolid and soil type.

Biossólidos têm sido citados como capazes de aumentar a produção de culturas e suprir nutrientes para plantas. Questões sanitárias e ambientais demandam que eles sejam estabilizados para que sejam usados na agricultura. Os efeitos dos processos de estabilização sobre as propriedades agronômicas de biossólidos não são completamente conhecidos, apesar de essenciais para o seu manejo. Baseado em um modelo equivalente à equação de Mitscherlich, este trabalho avaliou os efeitos dos processos mais comuns para a estabilização de lodos de esgotos (compostagem, caleação, secagem térmica e irradiação solar) sobre a eficiência agronômica de biossólidos na produção de Lolium perenne L. em um Esposossolo Carbico órtico arenoso e um Latossolo Vermelho perférrico argiloso, usando NH4H2PO4 como referência. Os processos de estabilização afetaram a eficiência agronômica do lodo de esgoto, sendo freqüentemente mais alta que o tratamento com NH4H2PO4 em um solo arenoso, e mais baixa que a referência em um solo argiloso. O lodo irradiado por sol mostrou a mais alta eficiência agronômica entre os biossólidos testados nos dois solos, e o azevém alcançou a produção de pico com a menor dose de aplicação. Os biossólidos puderam substituir fertilizantes e produzir mais matéria seca que o NH4H2PO4, a depender do tipo de biossólido e do solo.

Biosolids effectiveness to yield ryegrass based on their nitrogen content

Biosolids have been reported to increase yields and supply plant nutrients. However, complying with health and environmental standards is necessary before applying biosolids to land. Thus, sludge stabilization is required to make biosolids safe enough for their agricultural use. Side effects of stabilization processes on agronomic features of sewage sludge are not quite known, although their understanding is essential for biosolids management. Based on a model equivalent to the Mitscherlich equation, effects of the most common processes for sludge stabilization were evaluated (composting, liming, heat-drying and solar irradiation) in relation to the agronomic effectiveness of biosolids to yield Lolium perenne L. on two tropical soils, with NH4H2PO4 as a reference. Sewage stabilization processes have affected the ability of biosolids to promote plant growth. Their effectiveness was usually higher than fertilizer in a Spodosol and lower in an Oxisol. Solar-irradiated sludge presented the highest effectiveness among the biosolids and reached peak yields at the lowest application rate independent on soil type. Biosolids could efficiently substitute fertilizers and even yield more plant dry matter than the NH4H2PO4 reference, depending on the biosolid and soil type.

Biossólidos têm sido citados como capazes de aumentar a produção de culturas e suprir nutrientes para plantas. Questões sanitárias e ambientais demandam que eles sejam estabilizados para que sejam usados na agricultura. Os efeitos dos processos de estabilização sobre as propriedades agronômicas de biossólidos não são completamente conhecidos, apesar de essenciais para o seu manejo. Baseado em um modelo equivalente à equação de Mitscherlich, este trabalho avaliou os efeitos dos processos mais comuns para a estabilização de lodos de esgotos (compostagem, caleação, secagem térmica e irradiação solar) sobre a eficiência agronômica de biossólidos na produção de Lolium perenne L. em um Esposossolo Carbico órtico arenoso e um Latossolo Vermelho perférrico argiloso, usando NH4H2PO4 como referência. Os processos de estabilização afetaram a eficiência agronômica do lodo de esgoto, sendo freqüentemente mais alta que o tratamento com NH4H2PO4 em um solo arenoso, e mais baixa que a referência em um solo argiloso. O lodo irradiado por sol mostrou a mais alta eficiência agronômica entre os biossólidos testados nos dois solos, e o azevém alcançou a produção de pico com a menor dose de aplicação. Os biossólidos puderam substituir fertilizantes e produzir mais matéria seca que o NH4H2PO4, a depender do tipo de biossólido e do solo.

Heavy metals in Oxisols amended with biosolids and cropped with maize in a long-term experiment

Biosolids comprise organic matter and plant nutrients, but are also a source of heavy metals hazardous to soils, plants and humans. The aim of this work was to evaluate accumulation, movement in the soil profile and availability to maize plants of heavy metals in two oxisols amended with biosolids for five years. The experiment was carried out in Jaboticabal, SP, Brazil, under field conditions, using a split-plot design. Biosolids were added to the soils at four different rates, 0.0 (control with mineral fertilization), 2.5; 5.0 and 10.0 t ha-1, dry weight basis, annualy for three years. In the fourth and fifth years, the 2.5 t ha-1 treatment rate was increased to 20.0 t ha-1. In the fifth year, soil samples were collected at 0-20 and 20-40 cm depths and analyzed for Cu, Ni, Mn, Pb and Zn total and extractable (Mehlich 1) contents. Biosolids increased the concentration of Ni and Zn in the Typic Eutrorthox, and of Ni, Pb, Zn and Cu in the Typic Haplorthox, but values did not exceed critical limits established by legislation. The elements generally accumulated in the 0-20 cm depth. Lead and Ni concentrations in grains were below detection limits. In general, heavy metals contents in maize plants were not affected by application of biosolids. Mehlich 1 extractant was not efficient in predicting the availability of Ni, Mn, and Pb to maize plants.

O biossólido contém em sua composição matéria orgânica e nutrientes das plantas, mas também metais pesados danosos para solos, plantas e a saúde humana. O objetivo deste trabalho foi avaliar o acúmulo de metais pesados e sua mobilidade no perfil do solo, assim como a disponibilidade para plantas de milho cultivadas em Latossolo Vermelho distrófico (LVd) e Latossolo Vermelho eutroférrico (LVef) tratados com doses crescentes de biossólido durante cinco anos. O experimento foi conduzido em Jaboticabal, SP, Brasil, em condições de campo, utilizando-se delineamento de parcelas subdivididas com cinco repetições. Foram testadas quatro doses de biossólido: 0,0; 2,5; 5,0 e 10,0 t ha-1 (base seca) nos três primeiros anos. A partir do quarto ano a dose 2,5 foi substituída por 20,0 t ha-1. No quinto ano de experimentação amostras de solo foram obtidas nas profundidades 0-20 e 20-40 cm e analisadas para totais e extraíveis (Mehlich 1) de Cu, Mn, Ni, Pb e Zn. O biossólido aumentou os teores de Ni e Zn no LVef e Ni, Pb, Zn e Cu no LVd, mas os valores não ultrapassaram os níveis críticos legais. Os elementos geralmente acumularam-se na profundidade 0-20 cm em ambos os solos. Os teores de Pb e Ni nos grãos ficaram abaixo do limite de detecção da metodologia empregada. As concentrações de metais pesados na planta geralmente não foram afetados pela adição de biossólido. O extrator Mehlich 1 não foi eficiente para avaliar a disponibilidade de Ni, Mn e Pb para planta de milho.

Heavy metals in Oxisols amended with biosolids and cropped with maize in a long-term experiment

Biosolids comprise organic matter and plant nutrients, but are also a source of heavy metals hazardous to soils, plants and humans. The aim of this work was to evaluate accumulation, movement in the soil profile and availability to maize plants of heavy metals in two oxisols amended with biosolids for five years. The experiment was carried out in Jaboticabal, SP, Brazil, under field conditions, using a split-plot design. Biosolids were added to the soils at four different rates, 0.0 (control with mineral fertilization), 2.5; 5.0 and 10.0 t ha-1, dry weight basis, annualy for three years. In the fourth and fifth years, the 2.5 t ha-1 treatment rate was increased to 20.0 t ha-1. In the fifth year, soil samples were collected at 0-20 and 20-40 cm depths and analyzed for Cu, Ni, Mn, Pb and Zn total and extractable (Mehlich 1) contents. Biosolids increased the concentration of Ni and Zn in the Typic Eutrorthox, and of Ni, Pb, Zn and Cu in the Typic Haplorthox, but values did not exceed critical limits established by legislation. The elements generally accumulated in the 0-20 cm depth. Lead and Ni concentrations in grains were below detection limits. In general, heavy metals contents in maize plants were not affected by application of biosolids. Mehlich 1 extractant was not efficient in predicting the availability of Ni, Mn, and Pb to maize plants.

O biossólido contém em sua composição matéria orgânica e nutrientes das plantas, mas também metais pesados danosos para solos, plantas e a saúde humana. O objetivo deste trabalho foi avaliar o acúmulo de metais pesados e sua mobilidade no perfil do solo, assim como a disponibilidade para plantas de milho cultivadas em Latossolo Vermelho distrófico (LVd) e Latossolo Vermelho eutroférrico (LVef) tratados com doses crescentes de biossólido durante cinco anos. O experimento foi conduzido em Jaboticabal, SP, Brasil, em condições de campo, utilizando-se delineamento de parcelas subdivididas com cinco repetições. Foram testadas quatro doses de biossólido: 0,0; 2,5; 5,0 e 10,0 t ha-1 (base seca) nos três primeiros anos. A partir do quarto ano a dose 2,5 foi substituída por 20,0 t ha-1. No quinto ano de experimentação amostras de solo foram obtidas nas profundidades 0-20 e 20-40 cm e analisadas para totais e extraíveis (Mehlich 1) de Cu, Mn, Ni, Pb e Zn. O biossólido aumentou os teores de Ni e Zn no LVef e Ni, Pb, Zn e Cu no LVd, mas os valores não ultrapassaram os níveis críticos legais. Os elementos geralmente acumularam-se na profundidade 0-20 cm em ambos os solos. Os teores de Pb e Ni nos grãos ficaram abaixo do limite de detecção da metodologia empregada. As concentrações de metais pesados na planta geralmente não foram afetados pela adição de biossólido. O extrator Mehlich 1 não foi eficiente para avaliar a disponibilidade de Ni, Mn e Pb para planta de milho.

Biosolids and heavy metals in soils

The application of sewage sludge or biosolids on soils has been widespread in agricultural areas. However, depending on their characteristics, they may cause increase in heavy metal concentration of treated soils. In general, domestic biosolids have lower heavy metal contents than industrial ones. Origin and treatment method of biosolids may markedly influence their characteristics. The legislation that controls the levels of heavy metal contents in biosolids and the maximum concentrations in soils is still controversial. In the long-term, heavy metal behavior after the and of biosolid application is still unknown. In soils, heavy metals may be adsorbed via specific or non-specific adsorption reactions. Iron oxides and organic matter are the most important soil constituents retaining heavy metals. The pH, CEC and the presence of competing ions also affect heavy metal adsorption and speciation in soils. In solution, heavy metals can be present either as free-ions or complexed with organic and inorganic ligands. Generally, free-ions are more relevant in environmental pollution studies since they are readily bioavailable. Some computer models can estimate heavy metal activity in solution and their ionic speciation. Thermodynamic data (thermodynamic stability constant), total metal and ligand concentrations are used by the GEOCHEM-PC program. This program allows studying heavy metal behavior in solution and the effect of changes in the conditions, such as pH and ionic strength and the application of organic and inorganic ligands caused by soil fertilization.

A aplicação agrícola de lodos de esgoto ou biossólidos tem se tornado prática comum, mas pode causar o acúmulo de metais pesados nos solos, dependendo das características desses resíduos. Em geral, biossólidos de origem doméstica apresentam teores de metais inferiores aos dos oriundos de descarga industrial. A origem e o processo de tratamento influenciam as características desses materiais. A legislação que controla os níveis de metais pesados presentes nos biossólidos e a concentração máxima nos solos é controversa. O comportamento dos metais pesados em longo prazo, após o término da aplicação de biossólidos, não é bem conhecido. Nos solos, os metais pesados podem ser adsorvidos por meio de reações de adsorção específica e/ou não específica. Dentre os componentes que retém metais pesados, destacam-se os óxidos de Fe e a matéria orgânica. O pH, a CTC e a presença de cátions afetam a adsorção e a especiação iônica de metais pesados nos solos. Em solução, os metais encontram-se como íons livres e/ou formam complexos com ligantes orgânicos e inorgânicos. As espécies-livres são mais importantes em estudos de poluição ambiental, pois correspondem às formas prontamente biodisponíveis. Alguns programas computacionais calculam a atividade dos metais em solução e sua especiação iônica. O programa GEOCHEM-PC utiliza uma base de dados termodinâmicos (constante de estabilidade termodinâmica), a concentração total do metal e dos ligantes em solução. Isso permite observar o comportamento dos metais em solução e a resposta dos mesmos às mudanças nas condições do meio, tais como a variação do pH e da força iônica e a adição de ligantes orgânicos e inorgânicos via adubação.

Biosolids and heavy metals in soils

The application of sewage sludge or biosolids on soils has been widespread in agricultural areas. However, depending on their characteristics, they may cause increase in heavy metal concentration of treated soils. In general, domestic biosolids have lower heavy metal contents than industrial ones. Origin and treatment method of biosolids may markedly influence their characteristics. The legislation that controls the levels of heavy metal contents in biosolids and the maximum concentrations in soils is still controversial. In the long-term, heavy metal behavior after the and of biosolid application is still unknown. In soils, heavy metals may be adsorbed via specific or non-specific adsorption reactions. Iron oxides and organic matter are the most important soil constituents retaining heavy metals. The pH, CEC and the presence of competing ions also affect heavy metal adsorption and speciation in soils. In solution, heavy metals can be present either as free-ions or complexed with organic and inorganic ligands. Generally, free-ions are more relevant in environmental pollution studies since they are readily bioavailable. Some computer models can estimate heavy metal activity in solution and their ionic speciation. Thermodynamic data (thermodynamic stability constant), total metal and ligand concentrations are used by the GEOCHEM-PC program. This program allows studying heavy metal behavior in solution and the effect of changes in the conditions, such as pH and ionic strength and the application of organic and inorganic ligands caused by soil fertilization.

A aplicação agrícola de lodos de esgoto ou biossólidos tem se tornado prática comum, mas pode causar o acúmulo de metais pesados nos solos, dependendo das características desses resíduos. Em geral, biossólidos de origem doméstica apresentam teores de metais inferiores aos dos oriundos de descarga industrial. A origem e o processo de tratamento influenciam as características desses materiais. A legislação que controla os níveis de metais pesados presentes nos biossólidos e a concentração máxima nos solos é controversa. O comportamento dos metais pesados em longo prazo, após o término da aplicação de biossólidos, não é bem conhecido. Nos solos, os metais pesados podem ser adsorvidos por meio de reações de adsorção específica e/ou não específica. Dentre os componentes que retém metais pesados, destacam-se os óxidos de Fe e a matéria orgânica. O pH, a CTC e a presença de cátions afetam a adsorção e a especiação iônica de metais pesados nos solos. Em solução, os metais encontram-se como íons livres e/ou formam complexos com ligantes orgânicos e inorgânicos. As espécies-livres são mais importantes em estudos de poluição ambiental, pois correspondem às formas prontamente biodisponíveis. Alguns programas computacionais calculam a atividade dos metais em solução e sua especiação iônica. O programa GEOCHEM-PC utiliza uma base de dados termodinâmicos (constante de estabilidade termodinâmica), a concentração total do metal e dos ligantes em solução. Isso permite observar o comportamento dos metais em solução e a resposta dos mesmos às mudanças nas condições do meio, tais como a variação do pH e da força iônica e a adição de ligantes orgânicos e inorgânicos via adubação.

Metais pesados em plantas de milho cultivadas em Latossolos repetidamente tratados com biossólido

The presence of heavy metals in sewage sludge amended soils can cause concern due to the possibility of the absorption of these metals by plants growing on these soils. The availability of Cd, Cr, Cu, Ni, Pb and Zn to corn plants in soils continuously treated with biosolids (sewage sludge) was evaluated by an experiment performed in 0.5 m³ pots with a dystrophic Typic Hapludox (LAd) and a dystrophic Rhodic Hapludox (LVd). The adopted statistical design was random blocks with four treatments (LAd+sludge, LAd, LVd+sludge and LVd) and four replications. Biosolids from SABESP-Barueri treatment plant (São Paulo/Brazil) were applied every two months to the soils until one year before planting corn, totallizing 388 Mg ha-1. Before sowing the corn the control treatments (without sludge addition) received lime and NPK fertilizers. During crop growth soils with biosolids were also fertilized with NPK. At harvest corn plantlets were divided into: diagnose leaf, old leaves, stem, sheath, grains, corn cob and straw. This material was submitted to nitro-percloric digestion, and metals were quantified by conventional flame atomic absorption spectrophotometry. The successive biosolid applications, at rates of 78 Mg ha-1 each, did not increase corn yield, however plant availability was observed for Cu and Zn. No plant availabilities for Cd, Cr, Mn, Ni and Pb were observed.

A presença de metais pesados em biossólidos é motivo de preocupação quando do uso agrícola desse resíduo em função da possibilidade de absorção desses metais pelas plantas crescendo nesse solo. A fitodisponibilidade de metais pesados, em solos repetidamente tratados com biossólido, foi avaliada num experimento em vasos de 0,5 m³, contendo LATOSSOLO AMARELO Distrófico (LAd) e LATOSSOLO VERMELHO Distrófico (LVd). O experimento foi montado no delineamento em blocos ao acaso, com quatro tratamentos (LAd+lodo, LAd, LVd+lodo e LVd) e quatro repetições utilizando milho como planta teste. Incorporou-se biossólido, proveniente da Estação de Tratamento de Esgotos ETE-SABESP-Barueri, São Paulo, na camada 0-0,2 m dos solos durante um período de até doze meses antes do plantio, numa quantidade total correspondente a 388 Mg ha-1, base seca. Antes da semeadura, os tratamentos testemunhas receberam calcário e adubação NPK, porém houve necessidade de adubação NPK nos tratamentos com biossólido, durante o desenvolvimento das plantas. As análises do tecido vegetal foram feitas por digestão nitro-perclórica, seguindo-se a quantificação dos metais por absorção atômica, nas seguintes partes da plantas: pendão, folha diagnose, folhas ao final do ciclo, colmo, bainha, grãos, sabugo e palha. As sucessivas aplicações do biossólido, em doses correspondentes a 78 Mg ha-1, não proporcionaram aumento de produtividade. Foi observado aumento dos teores de Cu e Zn nas plantas, evidenciando a disponibilidade desses metais adicionados via biossólido. Não foi observada disponibilidade de Cd, Cr, Mn, Ni e Pb para as plantas de milho.