Soil phosphorus fractions and their relation to leaf litterfall in a central Amazonian terra firme rainforest / Frações de fósforo no solo e sua relação com a serrapilheira em uma floresta de terra firme na Amazônia central

Phosphorus (P) cycling is an important yet poorly studied aspect of the macronutrient balance in tropical rainforest ecosystems. As soil P occurs in different organic and inorganic forms (fractions) with varying degrees of lability, we hypothesized that these fractions will vary between soil types, and temporally within soil types. Additionally, we hypothesized a direct influence of leaf litterfall P input on soil total P and soil P fractions. We collected soil and leaf litter samples from three soil types in a central Amazonian lowland rainforest in Brazil over five months, and used a modified Hedleys fractionation method to determine six organic and inorganic soil P fractions, and also total, labile and residual P. Leaf litterfall P concentrations were determined colorimetrically. Soil inorganic and organic P fractions varied between soil types and across months, but soil type and month interactions were mostly non-significant. Some inorganic P fractions (Pi -NaOH) peaked while the organic fractions (Po -NaOH) fell and vice versa. Leaf litterfall production and leaf litterfall P input peaked around two months following the wettest month. Leaf litterfall P input was a significant predictor of Po -NaHCO3 , a bioavailable P fraction. Future studies on P cycling in terrestrial ecosystems should examine the roles played by individual soil P fractions as they cycle asynchronistically and differently across soil types.(AU)

A ciclagem de fósforo (P), mesmo sendo pouco estudada, é importante para o equilíbrio de macronutrientes em ecossistemas de floresta tropical úmida. Como P no solo ocorre em diferentes formas orgânicas e inorgânicas (frações), com diferentes graus de labilidade, supomos que essas frações variam temporalmente entre os diferentes tipos de solo. Além disso, hipotetizamos uma influência direta da serrapilheira no aporte de P no solo. Coletamos amostras de solo e folhas em três tipos de solo em uma floresta tropical na Amazônia central no Brasil durante cinco meses e usamos o método de fracionamento modificado de Hedley para determinar seis frações orgânicas e inorgânicas de P no solo, bem como P total, lábil e residual. As concentrações de P na serrapilheira foram determinadas pelo método de colorimetria. As frações de P inorgânico e orgânico do solo variaram entre os tipos de solo e ao longo dos meses, mas as interações entre tipo de solo e meses foram majoritariamente não significativas. Algumas frações de P inorgânicas (Pi -NaOH) atingiram o pico enquanto as frações orgânicas (Po -NaOH) caíram e vice-versa. A produção de serrapilheira e a entrada de P atingiram o pico por volta de dois meses após o mês mais chuvoso. A entrada de P da serrapilheira foi um preditor significativo de Po -NaHCO3, uma fração de P biodisponível. Futuros estudos sobre a ciclagem de P nos ecossistemas devem examinar o papel desempenhado pelas frações individuais de P no solo, à medida que circulam de forma assíncrona e diferente entre tipos de solo.(AU)

Lipid abundance and composition of a humic Oxisol as a function of land use

Soil organic matter of a humic Oxisol has been characterized by analyzing litter and soil lipid composition under vegetal covers (coffee, pasture and fragment of native forest). Soil and litter samples were collected from each site at two depths (0-10 and 60-100 cm). Lipid composition was determined by gas chromatography-mass spectrometry (CG-MS). In the solvent extracts of the soil lipids, even-numbered n-alkanoic acids in the range of C16-C32 indicate a soil organic matter input from higher plant waxes. The major compound classes in both the soil and the litter included saturated n-alkanoic acids, with average values in the total spectrum of 58 and 53%, respectively Clear differences in lipid composition were found between the topsoil and subsurface. Long chain alkylic compounds (alkanoic acids and alkanes) accumulated preferably at depths of 60-100 cm. On the surface, the soil from natural vegetation had a total lipid value higher than those cultivated soils, and showed a predominance of unsaturated alkanoic acids at 60-100 cm. Preservation of alkylic moieties with depth was observed under forest and pasture, indicating that these systems of land use are prone to lipid accumulation. Lipids, especially the long-chain (> C20) ones, may be important with regard to C stabilization and humification processes in subsoil of humic Oxisols, highlighting the importance of lipids compounds in the bulk structure of organic matter these soils.

A matéria orgânica de um Latossolo Húmico foi caracterizada por meio da análise da composição lipídica do solo e da serapilheira sob coberturas vegetais (café, pastagem e fragmento de mata nativa). Em cada área foram coletadas amostras de solo em duas profundidades (0-10 e 60-100 cm), assim como amostras da serapilheira. A composição lipídica foi determinada por cromatografia gasosa-espectroscopia de massa. No extrato lipídico do solo a ocorrência de ácidos alcanóicos com número par de carbonos (C16-C32) indicou presença de cera de plantas superiores na composição da matéria orgânica do solo. Tanto no solo quanto na serapilheira a principal classe de compostos incluiu n-alcanóicos saturados, com valores médios de 58 e 53% do total do cromatograma, respectivamente. Clara diferença foi encontrada entre os extratos lipídicos obtidos na superfície e subsuperfície do solo. Compostos alquílicos de cadeia longa (ácidos alcanóicos e alcanos) acumularam-se preferencialmente entre 60-100 cm. Superficialmente, o solo sob vegetação natural apresentou maiores teores de lipídios totais que os solos cultivados, mostrando também predominância de ácidos alcanóicos insaturados entre 60-100 cm. Nas áreas sob mata e pastagem houve, em profundidade, preservação de alcanos de cadeia curta; evidenciando maior conservação dos mesmos nestes sistemas de uso da terra. Os lipídios, especialmente os de cadeia longa (>20), podem ser muito importantes nos processos de estabilização e humificação do C em camadas subsuperficiais de Latossolos Húmicos, ressaltando a importância dos compostos lipídicos na composição da matéria orgânica destes solos.

Lipid abundance and composition of a humic Oxisol as a function of land use

Soil organic matter of a humic Oxisol has been characterized by analyzing litter and soil lipid composition under vegetal covers (coffee, pasture and fragment of native forest). Soil and litter samples were collected from each site at two depths (0-10 and 60-100 cm). Lipid composition was determined by gas chromatography-mass spectrometry (CG-MS). In the solvent extracts of the soil lipids, even-numbered n-alkanoic acids in the range of C16-C32 indicate a soil organic matter input from higher plant waxes. The major compound classes in both the soil and the litter included saturated n-alkanoic acids, with average values in the total spectrum of 58 and 53%, respectively Clear differences in lipid composition were found between the topsoil and subsurface. Long chain alkylic compounds (alkanoic acids and alkanes) accumulated preferably at depths of 60-100 cm. On the surface, the soil from natural vegetation had a total lipid value higher than those cultivated soils, and showed a predominance of unsaturated alkanoic acids at 60-100 cm. Preservation of alkylic moieties with depth was observed under forest and pasture, indicating that these systems of land use are prone to lipid accumulation. Lipids, especially the long-chain (> C20) ones, may be important with regard to C stabilization and humification processes in subsoil of humic Oxisols, highlighting the importance of lipids compounds in the bulk structure of organic matter these soils.

A matéria orgânica de um Latossolo Húmico foi caracterizada por meio da análise da composição lipídica do solo e da serapilheira sob coberturas vegetais (café, pastagem e fragmento de mata nativa). Em cada área foram coletadas amostras de solo em duas profundidades (0-10 e 60-100 cm), assim como amostras da serapilheira. A composição lipídica foi determinada por cromatografia gasosa-espectroscopia de massa. No extrato lipídico do solo a ocorrência de ácidos alcanóicos com número par de carbonos (C16-C32) indicou presença de cera de plantas superiores na composição da matéria orgânica do solo. Tanto no solo quanto na serapilheira a principal classe de compostos incluiu n-alcanóicos saturados, com valores médios de 58 e 53% do total do cromatograma, respectivamente. Clara diferença foi encontrada entre os extratos lipídicos obtidos na superfície e subsuperfície do solo. Compostos alquílicos de cadeia longa (ácidos alcanóicos e alcanos) acumularam-se preferencialmente entre 60-100 cm. Superficialmente, o solo sob vegetação natural apresentou maiores teores de lipídios totais que os solos cultivados, mostrando também predominância de ácidos alcanóicos insaturados entre 60-100 cm. Nas áreas sob mata e pastagem houve, em profundidade, preservação de alcanos de cadeia curta; evidenciando maior conservação dos mesmos nestes sistemas de uso da terra. Os lipídios, especialmente os de cadeia longa (>20), podem ser muito importantes nos processos de estabilização e humificação do C em camadas subsuperficiais de Latossolos Húmicos, ressaltando a importância dos compostos lipídicos na composição da matéria orgânica destes solos.

Adsorption of Cd, Cu, Ni and Zn in tropical soils under competitive and non-competitive systems

The adsorption of heavy metals in soils affects their behavior in the environment and their bioavailability to plants. The knowledge of the adsorption mechanisms in competitive systems allows a more realistic evaluation of the metals' behavior in the soil than the single metal adsorption. The objectives of this study were (i) to evaluate Cd, Cu, Ni, and Zn adsorption in 14 surface samples (0-0.2 m) of representative soils of the Brazilian humid-tropical region, in competitive and non-competitive systems, and (ii) to establish metal affinity sequences for each soil, based in the maximum adsorption capacity (MAC) estimated by the Langmuir model. The Rhodic Eutrudox, the Kandiudalf Eutrudox, the Arenic Hapludalf, the Arenic Hapludult and the Typic Argiudoll had the highest metals' adsorption capacity, whereas the Typic Quartzipsamment and the sandy-textured Arenic Hapludult had the lowest values. In general, the MAC values for metals were lower in the competitive than in the non-competitive system. In the non-competitive system, the most common affinity sequence was Cu > Zn > Ni > Cd, whereas the most common sequence was Cu > Cd > Zn > Ni in the competitive system. In general, the Langmuir model fitted well the adsorption data of metals on the studied soils.

A adsorção de metais pesados em solos afeta seu comportamento e biodisponibilidade às plantas. O conhecimento dos mecanismos de adsorção em sistemas competitivos permite uma avaliação mais realista do comportamento dos metais no solo do que estudos com adsorção de cada metal, isoladamente. Os objetivos desse trabalho foram: (i) avaliar a adsorção de Cd, Cu, Ni e Zn em amostras superficiais (0-0,2 m) de 14 solos representativos da região tropical úmida, em sistema competitivo e não-competitivo, e (ii) estabelecer sequências de afinidade metálica para cada solo, com base nos valores de capacidade máxima de adsorção (CMA) dos metais estimados por meio do modelo de Langmuir. O Rhodic Eutrudox, o Kandiudalfic Eutrudox, o Arenic Hapludalf (Alf2), o Arenic Hapludult (Ult2) e o Typic Argiudoll apresentaram elevadas capacidades de adsorção dos metais, ocorrendo o inverso para o Typic Quartzipsamment e para o Arenic Hapludult textura arenosa. No geral, a CMA dos metais aos solos foi menor no sistema competitivo. A sequência de afinidade mais comumente encontrada no sistema não-competitivo foi Cu > Zn > Ni > Cd. No sistema competitivo, a sequência foi Cu > Cd > Zn > Ni. Em geral, o modelo de Langmuir simulou de maneira satisfatória a adsorção dos metais nas amostras de solo.

Vegetable species for phytoextraction of boron, copper, lead, manganese and zinc from contaminated soil

Phytoremediation is an attractive option to remove metal from contaminated soil since it is a simple, low-cost, and environmentally friendly procedure. To better examine the phytoremediation potential of kenaf (Hybiscus canabinnus), mustard (Brassica juncea), turnip (Raphunus sativus) and amaranth (Amaranthus crentus) plants, a greenhouse experiment was performed in which these species were grown on a soil contaminated with Zn, Cu, Mn, Pb and B. The translocation, the bioconcentration and the removal index, the transference factor and the time to reach 50% of element removal from soil, among other indicators, were used in order to identify a hyperaccumulator. Kenaf plants were more tolerant to the conditions tested, with the highest dry matter production and no visual toxicity symptoms. Amaranth would be the species chosen to remediate the soil under field conditions as it presented the higher indexes for decontamination of Zn and Mn and was also able to remove B. Turnip showed the best results for Pb removal. All species tested were able to remove B from soil. In spite, none of the plant species tested could be characterized as a hyperaccumulator.

A fitorremediação é uma opção atraente na remoção de solos contaminados com metais por ser uma técnica simples, de baixo custo e ambientalmente aceitável. O potencial de fitorremediação da kenaf (Hybiscus canabinnus), mostarda (Brassica juncea), rabanete (Raphunus sativus) and amaranto (Amaranthus crentus) foram examinadas num experimento usando solo contaminado por Zn, Cu, Mn, Pb e B. O experimento foi conduzido em vasos, cultivando as quatro espécies até o florescimento. Os índices de translocação, bioconcentração e remoção, o fator de transferência e o tempo necessário para atingir a remoção de 50% do elemento do solo, entre outros indicadores, foram empregados na tentativa de identificar uma espécie hiperacumuladora. A kenaf foi a espécie mais tolerante nas condições empregadas, com a maior produção de matéria seca e ausência de sintomas visuais de toxidez. O amaranto foi a espécie mais indicada na remediação do solo testado em condições de campo por apresentar os melhores índices de descontaminação para Zn e Mn entre as espécies testadas, além de também apresentar valores satisfatórios para remoção do B. Todas as espécies testadas foram capazes de remover B do solo. Apesar destes resultados, não foi possível identificar uma espécie hiperacumuladora.

Vegetable species for phytoextraction of boron, copper, lead, manganese and zinc from contaminated soil

Phytoremediation is an attractive option to remove metal from contaminated soil since it is a simple, low-cost, and environmentally friendly procedure. To better examine the phytoremediation potential of kenaf (Hybiscus canabinnus), mustard (Brassica juncea), turnip (Raphunus sativus) and amaranth (Amaranthus crentus) plants, a greenhouse experiment was performed in which these species were grown on a soil contaminated with Zn, Cu, Mn, Pb and B. The translocation, the bioconcentration and the removal index, the transference factor and the time to reach 50% of element removal from soil, among other indicators, were used in order to identify a hyperaccumulator. Kenaf plants were more tolerant to the conditions tested, with the highest dry matter production and no visual toxicity symptoms. Amaranth would be the species chosen to remediate the soil under field conditions as it presented the higher indexes for decontamination of Zn and Mn and was also able to remove B. Turnip showed the best results for Pb removal. All species tested were able to remove B from soil. In spite, none of the plant species tested could be characterized as a hyperaccumulator.

A fitorremediação é uma opção atraente na remoção de solos contaminados com metais por ser uma técnica simples, de baixo custo e ambientalmente aceitável. O potencial de fitorremediação da kenaf (Hybiscus canabinnus), mostarda (Brassica juncea), rabanete (Raphunus sativus) and amaranto (Amaranthus crentus) foram examinadas num experimento usando solo contaminado por Zn, Cu, Mn, Pb e B. O experimento foi conduzido em vasos, cultivando as quatro espécies até o florescimento. Os índices de translocação, bioconcentração e remoção, o fator de transferência e o tempo necessário para atingir a remoção de 50% do elemento do solo, entre outros indicadores, foram empregados na tentativa de identificar uma espécie hiperacumuladora. A kenaf foi a espécie mais tolerante nas condições empregadas, com a maior produção de matéria seca e ausência de sintomas visuais de toxidez. O amaranto foi a espécie mais indicada na remediação do solo testado em condições de campo por apresentar os melhores índices de descontaminação para Zn e Mn entre as espécies testadas, além de também apresentar valores satisfatórios para remoção do B. Todas as espécies testadas foram capazes de remover B do solo. Apesar destes resultados, não foi possível identificar uma espécie hiperacumuladora.

Adsorption of Cd, Cu, Ni and Zn in tropical soils under competitive and non-competitive systems

The adsorption of heavy metals in soils affects their behavior in the environment and their bioavailability to plants. The knowledge of the adsorption mechanisms in competitive systems allows a more realistic evaluation of the metals' behavior in the soil than the single metal adsorption. The objectives of this study were (i) to evaluate Cd, Cu, Ni, and Zn adsorption in 14 surface samples (0-0.2 m) of representative soils of the Brazilian humid-tropical region, in competitive and non-competitive systems, and (ii) to establish metal affinity sequences for each soil, based in the maximum adsorption capacity (MAC) estimated by the Langmuir model. The Rhodic Eutrudox, the Kandiudalf Eutrudox, the Arenic Hapludalf, the Arenic Hapludult and the Typic Argiudoll had the highest metals' adsorption capacity, whereas the Typic Quartzipsamment and the sandy-textured Arenic Hapludult had the lowest values. In general, the MAC values for metals were lower in the competitive than in the non-competitive system. In the non-competitive system, the most common affinity sequence was Cu > Zn > Ni > Cd, whereas the most common sequence was Cu > Cd > Zn > Ni in the competitive system. In general, the Langmuir model fitted well the adsorption data of metals on the studied soils.

A adsorção de metais pesados em solos afeta seu comportamento e biodisponibilidade às plantas. O conhecimento dos mecanismos de adsorção em sistemas competitivos permite uma avaliação mais realista do comportamento dos metais no solo do que estudos com adsorção de cada metal, isoladamente. Os objetivos desse trabalho foram: (i) avaliar a adsorção de Cd, Cu, Ni e Zn em amostras superficiais (0-0,2 m) de 14 solos representativos da região tropical úmida, em sistema competitivo e não-competitivo, e (ii) estabelecer sequências de afinidade metálica para cada solo, com base nos valores de capacidade máxima de adsorção (CMA) dos metais estimados por meio do modelo de Langmuir. O Rhodic Eutrudox, o Kandiudalfic Eutrudox, o Arenic Hapludalf (Alf2), o Arenic Hapludult (Ult2) e o Typic Argiudoll apresentaram elevadas capacidades de adsorção dos metais, ocorrendo o inverso para o Typic Quartzipsamment e para o Arenic Hapludult textura arenosa. No geral, a CMA dos metais aos solos foi menor no sistema competitivo. A sequência de afinidade mais comumente encontrada no sistema não-competitivo foi Cu > Zn > Ni > Cd. No sistema competitivo, a sequência foi Cu > Cd > Zn > Ni. Em geral, o modelo de Langmuir simulou de maneira satisfatória a adsorção dos metais nas amostras de solo.

Atrazine movement in a dark red latosol of the tropics

Atrazine displacement was studied in a soil profile as a function of water movement and time after herbicide application, taking into account possible influence of preferential flow on leaching. The experiment consisted of two 7 x 7m plots of a dark red latosol (Kanduidalfic Eutrudox), located at Piracicaba, SP, Brazil (22º 43'S and 47º 25'W), 250km inside continent, at an altitude of 580m. One plot was previously treated with 1,000 kg/ha of lime, in order to increase base saturation to 88%, and 500kg/ha of gypsum. Each plot was instrumented with tensiometers, neutron probe access tubes and soil solution extractors, in order to monitor water and atrazine flows. Atrazine was applied at the high rate of 6 kg/ha of active principle. Results showed intensive leaching of atrazine in the whole soil profile, up to the instrumented depth of 150cm, already ate the first sampling, seven days after herbicide application. The limed plot showed much higher atrazine leaching losses than the other plot. The atrazine adsorption capacity of the soil is very low, its maximum value being of the order of 10%, for the 0-15cm surface layer.

O presente trabalho teve como objetivo verificar o deslocamento de atrazina no perfil do solo, em função do movimento da água e do tempo de aplicação, e possíveis influências de fluxos preferenciais sobre a lixiviação. O trabalho foi conduzido em uma Terra Roxa Estruturada eutrófica de textura argilosa, em Piracicaba (SP), no período de junho de 1992 a fevereiro de 1993. Foram instalados dois experimentos, sendo um com a cultura do milho irrigado (experimento 1) e o outro em solo nu (experimento 2). O experimento 1 foi instalado em uma área de 1000m² sobre a qual se demarcou duas parcelas de 12m x 12m separadas uma da outra por 18m. Uma parcela foi irrigada e a outra fertirrigada. O experimento 2 foi instalado em duas parcelas de 7m x 7m, separadas uma da outra por 5m. Em uma das parcelas do experimento 2 aplicou-se previamente 1.000kg de calcário/ha para elevar a saturação de bases para 88%, além de 500kg de gesso/ha. Cada parcela do experimento 2 foi constituída de três Unhas de instrumentos e os resultados obtidos para cada Unha foram comparados entre si para verificação de fluxo preferencial A atrazina foi aplicada na dosagem de 6,31/ha no experimento 1 e 6kg do principio ativo/ha no expeimento 2. Os resultados mostraram intensa lixiviação da atrazina em todo o perfil do solo até 150cm de profundidade já na primeira coleta efetuada 7 dias após a aplicação. A parcela 2 do experimento 2, apesar de não ter recebido calcário, mostrou perdas de atrazina por lixiviação muito maiores que a parcela 1. O solo apresentou pequena capacidade de adsorção de atrazia (máximo em torno de 10% na camada de 0-30cm).

Atrazine movement in a dark red latosol of the tropics

Atrazine displacement was studied in a soil profile as a function of water movement and time after herbicide application, taking into account possible influence of preferential flow on leaching. The experiment consisted of two 7 x 7m plots of a dark red latosol (Kanduidalfic Eutrudox), located at Piracicaba, SP, Brazil (22º 43'S and 47º 25'W), 250km inside continent, at an altitude of 580m. One plot was previously treated with 1,000 kg/ha of lime, in order to increase base saturation to 88%, and 500kg/ha of gypsum. Each plot was instrumented with tensiometers, neutron probe access tubes and soil solution extractors, in order to monitor water and atrazine flows. Atrazine was applied at the high rate of 6 kg/ha of active principle. Results showed intensive leaching of atrazine in the whole soil profile, up to the instrumented depth of 150cm, already ate the first sampling, seven days after herbicide application. The limed plot showed much higher atrazine leaching losses than the other plot. The atrazine adsorption capacity of the soil is very low, its maximum value being of the order of 10%, for the 0-15cm surface layer.

O presente trabalho teve como objetivo verificar o deslocamento de atrazina no perfil do solo, em função do movimento da água e do tempo de aplicação, e possíveis influências de fluxos preferenciais sobre a lixiviação. O trabalho foi conduzido em uma Terra Roxa Estruturada eutrófica de textura argilosa, em Piracicaba (SP), no período de junho de 1992 a fevereiro de 1993. Foram instalados dois experimentos, sendo um com a cultura do milho irrigado (experimento 1) e o outro em solo nu (experimento 2). O experimento 1 foi instalado em uma área de 1000m² sobre a qual se demarcou duas parcelas de 12m x 12m separadas uma da outra por 18m. Uma parcela foi irrigada e a outra fertirrigada. O experimento 2 foi instalado em duas parcelas de 7m x 7m, separadas uma da outra por 5m. Em uma das parcelas do experimento 2 aplicou-se previamente 1.000kg de calcário/ha para elevar a saturação de bases para 88%, além de 500kg de gesso/ha. Cada parcela do experimento 2 foi constituída de três Unhas de instrumentos e os resultados obtidos para cada Unha foram comparados entre si para verificação de fluxo preferencial A atrazina foi aplicada na dosagem de 6,31/ha no experimento 1 e 6kg do principio ativo/ha no expeimento 2. Os resultados mostraram intensa lixiviação da atrazina em todo o perfil do solo até 150cm de profundidade já na primeira coleta efetuada 7 dias após a aplicação. A parcela 2 do experimento 2, apesar de não ter recebido calcário, mostrou perdas de atrazina por lixiviação muito maiores que a parcela 1. O solo apresentou pequena capacidade de adsorção de atrazia (máximo em torno de 10% na camada de 0-30cm).