Clístenes Williams Araújo do Nascimento

Phytoextraction: a review on enhanced metal availability and plant accumulation

A fitoextracao e uma tecnologia emergente para despoluicao de solos contaminados por metais pesados que usa plantas para transferir metais do solo para a parte aerea, a qual pode ser removida da area poluida. Esta revisao apresenta uma sintese do atual conhecimento sobre fitoextracao de metais pesados do solo e sua acumulacao em plantas. O objetivo e integrar em uma mesma discussao os avancos relacionados a quimica do solo (exsudacao radicular e adicao de agentes quelantes para aumentar a absorcao) e a biologia (tolerância a metais e melhoramento genetico) visando sugerir futuras pesquisas na area. Embora promissor, o atual estado de desenvolvimento da fitoextracao ainda nao permite estabelece-la como uma tecnologia comercial. A pesquisa ainda nao encontrou agentes quelantes facilmente biodegradaveis que possam substituir o EDTA na solubilizacao de metais pouco disponiveis em solos. Entretanto, significativos progressos tem sido feitos no entendimento dos mecanismos fisiologicos e moleculares de tolerância e acumulacao de metais em plantas. Uma abordagem multidisciplinar dos varios aspectos que envolvem a fitoextracao podera tornar essa tecnologia economica e ambientalmente viavel a medio prazo.

Bioavailability of cadmium and lead in a soil amended with phosphorus fertilizers

Fertilizantes fosfatados sao essenciais para obtencao de altas produtividades, entretanto, eles podem conter metais pesados que podem contaminar o solo e ameacar a saude humana e animal. Este trabalho objetivou a determinacao da concentracao de Cd e Pb em diferentes fertilizantes fosfatados, bem como a absorcao desses metais por plantas de mucuna preta cultivadas em casa-de-vegetacao em solo submetido a diferentes doses desses fertilizantes. Os tratamentos foram arranjados em esquema fatorial 4 x 5, dispostos em delineamento experimental inteiramente casualizado, com tres repeticoes, sendo os fatores quatro fontes de P (superfosfato triplo-ST, termofosfato de Yorin-TY, fosfato de Araxa-FA e fosfato de Gafsa-FG) e cinco doses de P2O5 (0, 92, 183, 275 e 366 kg ha-1). Os dados foram submetidos a analise de variância e equacoes de regressao foram ajustadas. A disponibilidade de Pb para mucuna preta nos solos nao foi alterada pela aplicacao de nenhum dos fertilizantes testados. No entanto, a absorcao de Cd pelas plantas foi significativamente aumentada pela aplicacao de qualquer um dos fertilizantes, sendo esta absorcao proporcional as doses aplicadas. O TY e o ST foram responsaveis pelas maiores concentracoes de Cd na parte aerea das plantas, enquanto as menores foram observadas com a aplicacao dos fosfatos naturais. Todas as fontes de fosforo disponibilizaram Cd para as plantas no primeiro cultivo. Entretanto, a absorcao de Cd so foi detectada no segundo cultivo para os fertilizantes ST e FG.

Organic acids effects on desorption of heavy metals from a contaminated soil

Fitoremediacao de metais pesados e uma biotecnologia que usa plantas para extrair metais pesados de solos e transferi-los para a parte aerea. Como especies naturalmente hiperacumuladoras de metais tem demonstrado baixo potencial para fitoextracao comercial, agentes quelantes sinteticos sao utilizados para induzir acumulacao de metais em plantas de alta producao de biomassa. Esses quelantes, entretanto, apresentam a limitacao ambiental de solubilizarem quantidades excessivamente altas de metais. Em busca de alternativas para o uso de quelantes sinteticos, o trabalho avaliou a capacidade de seis quelantes (DTPA, EDTA, acido citrico, acido oxalico, acido vanilico e acido galico) na dessorcao de Cd, Pb, Zn, Cu e Ni de um solo contaminado. DTPA e EDTA foram eficientes na dessorcao de Cd, Pb, Zn, Cu e Ni. No entanto, a alta solubilizacao de metais provocada por esses acidos limita sua aplicacao em condicoes de campo. Os acidos citrico e oxalico desorveram quantidades substanciais de Zn, Cu e Ni quando aplicados nas doses de 10 e 20 mmol kg-1. Os acidos vanilico e galico na dose de 20 mmol kg-1 desorveram significantes quantidades de Zn, Ni e Cd do solo. Nenhum dos acidos naturais estudados foi eficiente na dessorcao de Pb do solo.

Teores de Fe, Mn, Zn, Cu, Ni E Co em solos de referência de Pernambuco

Heavy metals are a group of elements with specific features and natural occurrence in the environment, representing an accessory in the formation of rocks. These elements, although associated with toxicity, must be treated different from xenobiotics, since many metals are evidentially essentials (Fe, Mn, Cu, Zn, and Ni) and beneficial (Co) for plants. In this context, the objective was to determine the natural contents of the metals iron (Fe), manganese (Mn), zinc (Zn), nickel (Ni), copper (Cu) and cobalt (Co) in benchmark soils of Pernambuco. Soil samples were collected in the three physiographic regions of the state (Zona da Mata, Agreste and Sertao), in the first two horizons of the 35 benchmark soils of the state of Pernambuco. Sample digestion was based on the method 3051A (USEPA, 1998) and determined by ICP-OES. Significant correlations were found between these metals and those with the clay soil fraction in both horizons, indicating the general association of most metals to the most clayey soils. The Fe, Mn, Zn, Cu, Ni, and Co contents of most soils were lower than in soils from other regions of the country and more mafic lithology, which confirms that the contents of these elements are more directly related to iron-magnesium minerals. The results indicate a low capacity of the soils of Pernambuco to release Cu, Co and Ni to plants, while deficiencies of Zn, Fe and Mn are less likely. The natural contents of Fe, Mn, Zn, Cu, Ni, and Co determined here can be used as a basis for defining the Quality Reference Values for soils of Pernambuco, as stipulated by the Brazilian legislation.

Phytoextraction and fractionation of heavy metals in soil after multiple applications of natural chelants

Fitoextracao de metais induzida por quelantes e uma tecnica promissora para despoluicao de solos. Entretanto, os quelantes mais eficientes sao sinteticos e apresentam baixa taxa de biodegradacao, o que aumenta o risco de lixiviacao de metais. Acidos orgânicos tem sido propostos para auxiliar na fitoextracao, mas a sua rapida degradacao pode ser limitante para a eficiencia desta tecnica. O objetivo do trabalho foi comparar a eficiencia de aplicacoes sucessivas dos acidos citrico e galico, na disponibilidade, absorcao e acumulacao de Cd, Pb, Cu e Zn pela mucuna preta (Stizolobium aterrimum). O solo foi contaminado com Cd, Pb, Cu e Zn nas doses 20, 150, 100 e 150 mg kg-1, respectivamente, e cultivados por 35 dias. Os acidos foram aplicados de tres formas: uma aplicacao de 5 mmol kg-1 no 28° dia de cultivo da mucuna; duas aplicacoes de 5 mmol kg-1 no 28° e 31° dia; e tres aplicacoes de 5 mmol kg-1 no 28°, 31° e 34° dia de cultivo. As amostras de solo foram submetidas a extracao e fracionamento quimicos. Os acidos orgânicos testados nao foram eficientes na inducao da fitoextracao. Em geral, a aplicacao dos acidos aumentou as concentracoes de metais tanto nas fracoes soluveis como em agua e tambem na trocavel. Zinco e cobre ficaram retidos principalmente na fracao materia orgânica. O Zn, apos aplicacao dos acidos, foi remobilizado da fracao materia orgânica para as fracoes soluvel em agua e trocavel. Os acidos orgânicos mobilizaram Pb e Cu dos oxidos de ferro, mas este aumento na solubilidade nao foi suficiente para favorecer a fitoextracao.

The use of NTA for lead phytoextraction from soil from a battery recycling site

The application of synthetic aminopolycarboxylic acids to soil increases metal solubility, and therefore enhances phytoextraction. However, synthetic chelants degrade poorly in soil, and metal leaching threatens human and animal health. The aim of this study is to assess the use of a biodegradable chelant (NTA) for Pb phytoextraction from a soil contaminated by battery-casing disposal. EDTA was also included in the experiment to assess the behavior of a non-degradable chelant. Each synthetic chelant was applied to soil pots cultivated with maize plants at rates of 0, 2, 5, 10, and 20 mmol kg(-1). Soil samples were extracted with CaCl(2) and by sequential extraction for Pb. In addition, a soil column experiment was set up to study the leaching of Pb from the chelant-amended soil. The results showed that both NTA and EDTA were highly effective in solubilizing Pb from soil. The Pb distribution into soil fractions after chelant addition followed the sequence: Ex (exchangeable)>OM (organic matter)>AFeOx (amorphous iron oxides)>CFeOx (crystalline iron oxides). The 5 mmol kg(-1) dose of EDTA increased the Pb concentration in maize shoots to 1.1%, but it promoted unacceptable Pb leaching rates. On the other hand, the results showed that phytoremediating the site using 5 mmol kg(-1) NTA could be feasible with no environmental effects due to Pb leaching over a five-year period.

Disponibilidade, acúmulo e toxidez de cádmio e zinco em milho cultivado em solo contaminado

A greenhouse experiment was carried out to evaluate: (a) the soil Cd and Zn availability to maize plants with and without liming, using the DTPA, EDTA, Mehlich-1, and Mehlich-3 extractants; (b) The effect of Cd and Zn doses on plant growth and metal accumulation in maize; and (c) toxicity symptoms and anatomical changes in leaves and roots exposed to Cd and zinc. Maize was grown for 30 days in soil contaminated with either Cd (0, 1, 3, 5, 10, 20 mg kg-1) or Zn (0, 10, 30, 50, 100, 150 mg kg-1). Highly significant correlations were found between all extractants tested and metal plant contents. The metal addition to soil reduced biomass production and increased Cd and Zn plant contents. The critical toxicity value for Cd in soil varied from 8.7 to 13.1 mg kg-1, whereas for Zn this value lied between 74.1 to 110.7 mg kg-1, depending on liming and extractant type. Interveinal and marginal chlorosis together with necrosis in the leaf apex and along the margins were observed for Zn treatments. On the other hand, leaf chlorosis, shriveling and curling were the most common symptoms in cadmium-damaged plants. Increased cell wall lignification in vascular tissues, epidermis, collenchyma, and endoderm cells were associated to critical toxicity values of Cd and Zn in soil.

Gafsa rock phosphate and triple superphosphate for dry matter production and P uptake by corn

Crops in general make poor use of phosphorous fertilizer and, as a result, recommended rates and production costs are very high. Phosphorus can be made more readily available to plants by proper management of phosphate fertilization, selecting both, type of fertilizer and application method. This study was carried out to evaluate the efficiency of the natural Gafsa rock phosphate and the triple superphosphate on dry matter production and P uptake by corn plants cultivated in a greenhouse. Fertilizers were applied localized and broadcast/incorporated on to two soils with contrasting phosphorus capacity factors (PCF). Rock phosphate broadcast application was as efficient as triple superphosphate in increasing corn plant dry matter in the Tropudult, with lower PCF. This effect was not observed on the Haplustox, owing to the lower P solubility due to the higher Ca concentration in this soil. Triple superphosphate rates increased plant P uptake in both soils and for both application forms. Rock phosphate resulted in higher P-content in plants, but only for broadcast application on the Ultisol.

Cellular localization of cadmium and structural changes in maize plants grown on a cadmium contaminated soil with and without liming

The effects of different concentrations of soil cadmium (0, 1, 3, 5, 10, and 20mgkg(-1)) on growth, structural changes and cadmium cellular localization in leaves of maize plants (Zea mays L.) were investigated in a pot experiment. The results showed that the structural changes observed in maize leaves were not only a response to the Cd-induced stress but also a cellular mechanism to reduce the free Cd(+2) in the cytoplasm. However, this mechanism seems to be efficient only up to a Cd concentration in leaves between 27 and 35mgkg(-1) for soils without and with liming, respectively. The cellular response varied with both the Cd concentration in soil and liming. For limed soil, Cd was preferentially accumulated in the apoplast while for unlimed soils Cd was more evenly distributed into the cells. The ability of Cd accumulation depended on the leaf tissue considered. The apoplast collenchyma presented the highest Cd concentration followed by the endodermis, perycicle, xylem, and epidermis. On the other hand, symplast Cd accumulated mainly in the endodermis, bundle sheath cells, parenchyma, and phloem. Based on the structural changes and growth reduction, the critical toxic concentration of soil Cd to maize plants is between 5 and 10mgkg(-1).

Fertilidade do solo e absorção de nutrientes em cana-de-açúcar fertilizada com torta de filtro

A utilizacao dos residuos orgânicos assume relevante importância nos dias atuais, devido a sua potencialidade de reduzir custos de producao e minimizar impactos ambientais. O trabalho foi desenvolvido objetivando-se avaliar o efeito de diferentes doses de fertilizantes orgânico e mineral na cultura da cana-de-acucar e nos atributos quimicos do solo. O experimento foi conduzido em casa de vegetacao em delineamento de blocos casualizados e tratamentos distribuidos em esquema fatorial (5 x 3), sendo cinco doses de torta de filtro (0; 9,25; 18,5; 27,75 e 35 g vaso-1) e tres niveis de fertilizante mineral (0; 50 e 100% da dose recomendada), com tres repeticoes, com uma planta por parcela. A aplicacao de torta de filtro promoveu melhoria na fertilidade do solo em virtude de aumentar os teores de macro e micronutrientes no solo e reduzir os teores de Al. A torta de filtro promove correcao da acidez do solo enquanto os fertilizantes minerais promoveram sua acidificacao. A cana-de-acucar respondeu a adubacao com torta de filtro, a qual aumentou o acumulo de fosforo, potassio e cobre na parte aerea. Recomenda-se o uso de 9,25 g de torta de filtro associada a 50% da adubacao mineral, como maneira de maximizar o efeito sobre a produtividade e reduzir custos com fertilizantes minerais.