ABSTRACT Vermicomposted vegetal and animal residues are rich in nutrients and humic substances and thus can be applied to the soil as a source of functionalized organic matter (OM) and as an alternative to chemical fertilizers. In Southern Brazil, many animal and vegetal residues are easily accessible. Therefore, this study aimed to evaluate alterations in soil chemical properties and OM chemical composition in response to the application of local vermicomposted residues. The vermicomposts of: cattle manure (CM), sheep manure (SM), rice parboiling sludge (PS), CM+PS; SM+PS; CM+food waste (FW); SM+FW; CM+fruit waste (FRW); and SM+FRW were mixed with Acrisol (Argissolo) samples collected at 0.00-0.20 m layer, and the samples were incubated in plastic bags for 182 days. Soil samples without vermicomposts were also incubated (control). Overall, vermicomposts increased soil pH(H2O), exchangeable Ca and available P and K contents. The treatments with CM or SM with FW promoted carbon accumulation in the soil compared to the control, especially as humin. The humic acids of SM and PS were more oxygenated than the others, and oxygenation was apparently associated with aromatic structures. Fulvic acids of CM+PS showed the greatest oxygenation and aliphatic character. The relationship between vermicompost origin (animal or vegetal) and soil properties or OM composition was not clear. Aromaticity degree (H/C) and C/N ratio were similar in fulvic and humic acids, and oxygenation degree (O/C) as well as polarity index [(O+N)/C] were more efficient parameters to distinguish these humic fractions. We concluded that vermicomposts derived from cheap and easily available vegetal and animal residues in Southern Brazil have great potential as alternative fertilizers as well as sources of functionalized OM when applied to the soil, especially vermicomposts of rice parboiling sludge and cattle or sheep manure mixed with food waste.

A utilização de vermicompostos de diferentes resíduos agroindustriais na produção de mudas de acácia-negra pode ser uma alternativa de reutilização de resíduos e aumentar a produção de mudas. Assim, os objetivos deste trabalho foram avaliar o crescimento e a concentração de nutrientes em mudas de acácia-negra, cultivadas em substratos com diferentes vermicompostos de resíduos orgânicos agroindustriais. Instalou-se em casa de vegetação 11 diferentes tratamentos: T1) vermicomposto de esterco bovino (EB); T2) vermicomposto de esterco ovino (EO); T3) vermicomposto de lodo de parbolização de arroz (LP); T4) tratamento controle (sem adubação); T5) tratamento controle com adução mineral (NPK); T6) mistura de EB e LP; T7) mistura de EO e LP; T8) mistura de EB e vermicomposto de resíduos de alimentos (RA); T9) mistura de EO e RA; T10) mistura de EB e vermicomposto de resíduos de frutas (RF); T11) mistura de EO e RF. Após 180 dias de cultivo em recipiente com capacidade de cinco litros, foram analisadas a massa seca e a concentração de nutrientes na parte aérea da acácia-negra, e a concentração de nutrientes no solo, após o cultivo. A adição do esterco bovino, bem como a mistura de esterco bovino e resíduos alimentícios favoreceram o incremento de matéria seca das plantas de acácia-negra. Os resultados mostraram que as concentrações de nutrientes nas plantas, com exceção de Fe e Mn, variaram com adição de vermicompostos no solo. Os tratamentos T3 e T6 elevaram as concentrações em P, N, Zn de Cu nas folhas de acácia-negra. Além disso, a adição dos vermicompostos ao solo aumentou a disponibilidade de nutrientes para as plantas, mesmo após o cultivo, especialmente com relação ao fósforo, potássio e magnésio, sendo uma alternativa viável e eficaz na produção de mudas, podendo substituir a utilização de adubação mineral.

The use of vermicompost as organic compounds of different agro-industrial wastes in the production of Acacia mearnsii seedlings can be an alternative of reusing waste and increase of seedlings production. The aim of this study was to evaluate the growth and nutrient concentration in Acacia mearnsii seedlings grown in different soils and vermicomposts of different organic wastes. Also, the effects on soil chemical properties were evaluated. So, different treatments were applied: T1) vermicompost of bovine manure (EB); T2) vermicompost of ovine manure (EO); T3) vermicompost of rice parboiled waste (LP); T4) Control (without amendment); T5) Control with mineral amendment; T6) mixture of EB and LP; T7) mixture of EO and LP; T8) mixture of EB and vermicompost of food wastes (RA); T9) mixture of EO and RA; T10) mixture of EB and vermicompost of fruits wastes (RF); T11) mixture of EO and RF. After 180 days of growth, it was analyzed the dry mass and nutrient concentration in shoots and the concentration of nutrients in the soil after cultivation. The addition of EB, as well as the mixture of EB and RA promoted the increase on dry matter. The results showed that the concentrations of nutrients in plants, with the exception of Fe, Mn varied with the addition of vermicompost in the soil. Treatments T3 and T6 increased the concentrations of P, N, Zn, Cu in leaves of Acacia mearnsii. Furthermore, the addition of vermicompost to soil increased the availability of nutrients to plants, even after cultivation, especially the phosphorus, potassium and magnesium, and it is a viable and effective in producing Acacia mearnsii seedlings and might replace the use of mineral fertilizers.

ABSTRACT Revegetation is essential to improve the quality of constructed soils. This study investigated effects of perennial grasses on total organic carbon (TOC) stock, organic matter (OM) fractions and on quality of a recently constructed soil, after coal mining. Soil samples were collected from the 0.00-0.03 m layer two years after the beginning of the experiment. The treatments consisted of Cynodon dactylon cv vaquero (T1); Urochloa brizantha (T2); Panicum maximun (T3); Urochloa humidicola (T4); Hemarthria altissima (T5); Cynodon dactylon cv tifton (T6); bare constructed soil (T8); and natural soil (T9). The treatments with grass species increased the TOC stock by 57 % and increased the OM lability in comparison with T8. Higher C accumulation in the coarse and free light fractions and a higher C management index were observed in T2 and T3, indicating greater suitability of these species for the initial recovery of OM of the constructed soil.

RESUMO A produção de resíduos orgânicos durante os processos agroindustriais é um problema tanto ambiental quanto econômico devido às características químicas desses resíduos. Geralmente, resíduos orgânicos estabilizados servem como condicionadores de solos. Esses resíduos podem afetar tanto na composição química quanto nas características das cargas trocáveis dos solos. O objetivo deste trabalho foi avaliar a formação de substâncias húmicas (SH) durante a vermicompostagem em diferentes resíduos agroindustriais, bem como caracterizar a composição química e molecular. Assim, diferentes resíduos - esterco bovino (EB), esterco ovino (EO), restos de alimentos de restaurantes (RA), lodo de arroz parboilizado (LP), restos de frutas e vegetais (RF) - foram submetidos à vermicompostagem. Amostras desses materiais foram secas, trituradas e caracterizadas quimicamente quanto a pH, carbono (C) orgânico, N total, Ca, Mg, K, P, relação C/N, e condutividade elétrica (CE) antes, durante e depois do processo de vermicompostagem. Além disso, foi analisado o fracionamento da matéria orgânica como as SH, análise elementar e espectroscopia de infravermelho. De acordo com o processo de vermicompostagem dos resíduos agroindustriais, o carbono orgânico total (COT) e os ácidos fúlvicos (AF) foram reduzidos; contudo, os ácidos húmicos (AH) aumentaram proporcionalmente. Dentre os vermicompostos estudados diferiram quanto à proporção final de SH formadas decrescendo na sequência: EB>RF>EO>RA>LP. Isso demonstra uma estabilização dos compostos orgânicos por meio da vermicompostagem, podendo, consequentemente, ser utilizados com uma maior segurança na agricultura.

ABSTRACT The production of organic waste during the agro-industrial processes is a problem for both environmental and economical issues due to the chemical characteristics of these wastes. Generally, stabilized organic residues are used as soil conditioners. These residues can affect both the chemical composition and the characteristics of exchangeable charges of the soils. The aim of this study was to evaluate the formation of humic substances during the vermicomposting of different agro-industrial solid residues, as well as characterize the chemical and molecular composition. So, different residues (bovine manure (EB), sheep manure (EO); food waste from restaurants (RA); mud of parboiled rice (LP); waste of fruits and vegetables (RF)) were subjected to vermicomposted. Samples of these materials were dried, smashed and chemically characterized as pH, organic carbon, total nitrogen, Ca, Mg, K, P, C/N ratio, and electrical conductivity (EC) before, during and after the vermicomposting process. In addition, it was analyzed the fractionation of organic matter such as humic substances, elemental analysis and infrared spectroscopy. According to the vermicomposting process of agro-industrial wastes, the total organic carbon and fulvic acids were reduced; however, humic acids increased proportionately. Among the studied vermicomposts, they differ in the final ratio of humic substances formed decreasing following: EB>RF>AND>RA>LP. This demonstrates a stabilization of organic compounds through the vermicompost process, and therefore can be used with greater safety in agriculture.

Solos construídos após mineração frequentemente apresentam baixos estoques de carbono (C) e baixa qualidade de matéria orgânica (MO). As plantas de cobertura são cruciais para o processo de recuperação desses estoques, melhorando a qualidade do solo construído. Este trabalho objetivou avaliar o efeito de coberturas vegetais sobre o estoque de C orgânico total (COT), a distribuição do C em frações físicas da MO e o índice de manejo de C (IMC) de um solo construído após mineração de carvão. O experimento foi instalado em 2003 e seis tratamentos foram implementados: Hemarthria altissima (T1), Paspalum notatum (T2), Cynodon dactilon (T3), Urochloa brizantha (T4), solo construído descoberto (T5) e solo natural (T6). Amostras de solo foram coletadas em 2009, na camada de 0,00-0,03 m, onde foram determinados o estoque de COT e o de C nas frações físicas granulométricas (carbono da fração grosseira - CFG; e carbono associado aos minerais - CAM) e densimétricas (fração leve livre - FLL; fração leve oclusa - FLO; e fração pesada - FP) da MO do solo. Os componentes do IMC: índice de estoque de carbono (IEC), labilidade (L) e índice de labilidade (IL) foram estimados a partir de ambos os métodos de fracionamento. Não foram observadas diferenças nos estoques de COT, CFG e CAM, e os menores estoques de C nas frações FLL (0,86 Mg ha-1) e FLO (0,61 Mg ha-1) foram apresentados pelo T2. Todos os tratamentos apresentaram valores intermediários de estoque de COT, C nas frações físicas e IMC, maiores que T5 e menores que T6, indicando a recuperação parcial da qualidade do solo. Em decorrência da maior adaptação das espécies Hemártria e Brizanta, resultando em maior acúmulo de material orgânico lábil, esses tratamentos apresentaram maior IEC, L, IL e IMC, sugerindo maior potencial dessas espécies para recuperação do solo construído.

Soils constructed after mining often have low carbon (C) stocks and low quality of organic matter (OM). Cover crops are decisive for the recovery process of these stocks, improving the quality of constructed soils. Therefore, the goal of this study was to evaluate the effect of cover crops on total organic C (TOC) stocks, C distribution in physical fractions of OM and the C management index (CMI) of a soil constructed after coal mining. The experiment was initiated in 2003 with six treatments: Hemarthria altissima (T1), Paspalum notatum (T2), Cynodon dactylon (T3), Urochloa brizantha (T4), bare constructed soil (T5), and natural soil (T6). Soil samples were collected in 2009 from the 0.00-0.03 m layer, and the TOC and C stocks in the physical particle size fractions (carbon in the coarse fraction - CCF, and mineral-associated carbon - MAC) and density fractions (free light fraction - FLF; occluded light fraction - OLF, and heavy fraction - HF) of OM were determined. The CMI components: carbon pool index (CPI), lability (L) and lability index (LI) were estimated by both fractionation methods. No differences were observed between TOC, CCF and MAC stocks. The lowest C stocks in FLF and OLF fractions were presented by T2, 0.86 and 0.61 Mg ha-1, respectively. The values of TOC stock, C stock in physical fractions and CMI were intermediate, greater than T5 and lower than T6 in all treatments, indicating the partial recovery of soil quality. As a result of the better adaptation of the species Hemarthria and Brizantha, resulting in greater accumulation of labile organic material, the CPI, L, LI and CMI values were higher in these treatments, suggesting a greater potential of these species for recovery of constructed soils.

Após a mineração do carvão a céu aberto, os solos são construídos e normalmente apresentam baixos estoques e baixa qualidade de matéria orgânica (MO), sendo importante usar espécies para revegetação e recuperação da área degradada. Este trabalho objetivou avaliar a distribuição do carbono (C) em frações químicas, bem como as características químicas e o grau de humificação da MO em um solo construído após a mineração de carvão e sob cultivo de gramíneas perenes. O experimento foi instalado em 2003, com os seguintes tratamentos: Hemarthria altissima (T1), Paspalum notatum (T2), Cynodon dactilon (T3), Urochloa brizantha (T4), solo construído descoberto (T5) e solo natural (T6). Em 2009, amostras de solo foram coletadas na camada de 0,00-0,03 m e determinados os estoques de C orgânico total (COT) e de C nas frações químicas: extrato ácido (CHCl), ácido fúlvico (CAF), ácido húmico (CAH) e humina (CHU). A fração ácido húmico (AH) foi caracterizada por espectroscopia de infravermelho, e calculou-se o índice de fluorescência induzida a laser (IFIL) da MO. Após seis anos, somente foram encontradas diferenças nos estoques de C da fração AH, sendo os maiores estoques observados em T1 (0,89 Mg ha-1) e T4 (1,06 Mg ha-1). Os espectros de infravermelho do AH de T1, T2 e T4 foram semelhantes ao do T6, com maior contribuição de compostos orgânicos alifáticos, em comparação ao AH dos demais tratamentos. Nesse sentido, o IFIL decresceu na sequência T5>T3>T4>T1>T2>T6, o que indica maior humificação da MO em T3 e T5 e MO mais lábil nos demais tratamentos. Sendo assim, os tratamentos T1 e T4 evidenciaram maior potencial para recuperação da qualidade da MO do solo construído.

After open coal mining, soils are “constructed”, which usually contain low levels and quality of organic matter (OM). Therefore, the use of plant species for revegetation and reclamation of degraded areas is essential. This study evaluated the distribution of carbon (C) in the chemical fractions as well as the chemical characteristics and humification degree of OM in a soil constructed after coal mining under cultivation of perennial grasses. The experiment was established in 2003 with the following treatments: Hemarthria altissima (T1), Paspalum notatum (T2), Cynodon dactilon (T3), Urochloa brizantha (T4), bare constructed soil (T5), and natural soil (T6). In 2009, soil samples were collected from the 0.00-0.03 m layer and the total organic carbon stock (TOC) and C stock in the chemical fractions: acid extract (CHCl), fulvic acid (CFA), humic acid (CHA), and humin (CHU) were determined. The humic acid (HA) fraction was characterized by infrared spectroscopy and the laser-induced fluorescence index (ILIF) of OM was also calculated. After six years, differences were only observed in the CHA stocks, which were highest in T1 (0.89 Mg ha-1) and T4 (1.06 Mg ha-1). The infrared spectra of HA in T1, T2 and T4 were similar to T6, with greater contribution of aliphatic organic compounds than in the other treatments. In this way, ILIF decreased in the sequence T5>T3>T4>T1>T2>T6, indicating higher OM humification in T3 and T5 and more labile OM in the other treatments. Consequently, the potential of OM quality recovery in the constructed soil was greatest in treatments T1 and T4.

Nos solos de várzea da região Sul do Rio Grande do Sul, onde um milhão de hectares são cultivados com arroz irrigado por alagamento em diferentes sistemas de manejo, a influência da condição de má drenagem e alternância entre ciclos de oxidação e redução sobre o conteúdo de C orgânico do solo (COS) é pouco conhecida. Este estudo foi realizado em um experimento de longa duração (21 anos), localizado no município do Capão do Leão, RS, com o objetivo de avaliar o efeito de sistemas de manejo do arroz irrigado sobre os estoques de COS e das frações físicas da matéria orgânica em um Planossolo Háplico. O fracionamento físico da matéria orgânica do solo foi realizado pelo método densimétrico, em amostras de solo coletadas das camadas de 0-0,025; 0,025-0,05; 0,05-0,10; e 0,10-0,20 m, nos tratamentos: ST- Sistema tradicional de cultivo um ano com arroz (preparo convencional) e dois anos com pousio; APC- Sistema de cultivo contínuo de arroz (preparo convencional) e controle de invasoras com herbicida; APD- Sucessão azevém/arroz (plantio direto); e SN- Solo mantido com vegetação natural (campo nativo). O sistema com arroz/azevém em plantio direto APD foi mais eficiente em manter os estoques de COS e da fração leve livre até 0,05 m de profundidade, em comparação com o ST e APC. A fração leve oclusa não se mostrou sensível aos efeitos dos diferentes sistemas de manejo, sugerindo para o solo de várzea baixa eficiência da proteção física da MOS por oclusão em agregados, o que pode estar relacionado aos efeitos da condição de má drenagem no processo de agregação. A umidade excessiva no inverno e o alagamento durante os cultivos de arroz estariam proporcionando agregação transitória entre cultivos. A quantidade de CO nesse Planossolo, tanto entre os sistemas de cultivo quanto em profundidade, deve-se principalmente à fração pesada, que é a fração mais estável e mais difícil de ser degradada.

On paddy soils in the southern region of the State of Rio Grande do Sul, Brazil, irrigated (flooded) rice is grown on 1´000´000 ha, under different soil management systems. The influence of poor drainage and alternating oxidation and reduction cycles on the content of soil organic carbon is still poorly understood. This long-term study (21 years) was conducted in Capão do Leão, RS, Brazil, to evaluate the effect of irrigated rice management systems on soil organic carbon stocks and physical fractions of the organic matter (OM) of an Albaqualf soil. OM in soil samples from the layers 0-0.025; 0.025-0.05; 0.05-0.10 and 0.10-0.20 m was physically fractionated by densimetry in the treatments: TC- traditional cultivation system: one year rice (conventional tillage) and two years fallow; RCV- continuous cultivation of rice (conventional tillage) and herbicide weed control; RNT-succession ryegrass/rice in no tillage and SN- native pasture. In the system of rice in no tillage (RNT), after 21 years, the values of total organic carbon and the free light fraction stock were better preserved, to a depth of 0.05 m, compared to the systems with rice under conventional tillage TC and RCV. The occluded light fraction was not sensitive to detect the effects of different tillage systems, indicating soil a low efficiency of physical protection of OM by aggregate occlusion in the lowland soil, which may be related to the poor soil drainage in the aggregation process. Excessive moisture in the winter and flooding of the rice crops may induce a transitory aggregation between crops. The amount of organic carbon in this Albaqualf soil, between cultivation systems as well as in depth, consisted mainly of the more stable heavy fraction that is more resistant to degradation.

As substâncias húmicas podem influenciar direta ou indiretamente o metabolismo das plantas, alterando assim o seu crescimento. O objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito de substâncias húmicas (SH) no crescimento e na concentração de nutrientes em plantas de feijão (Phaseolus vulgaris, L.) e nos parâmetros cinéticos de absorção de K. O experimento foi realizado em bancada de laboratório, com luz artificial. As plantas cresceram em vasos contendo solução nutritiva completa acrescida de cinco doses (0; 2,5; 5; 10; e 20 mg L-1 de C) de SH solúveis em meio alcalino (ácido húmico + ácido fúlvico), extraídos de amostra de carvão mineral da mina de Candiota, RS, da Companhia Riograndense de Mineração, num delineamento completamente ao acaso, com três repetições. Aos 28 dias de cultivo, foram avaliados parâmetros cinéticos de absorção de K, massa da parte aérea e da raiz seca, teores de N, P, K, Ca e Mg no tecido da parte área e as características morfológicas de raízes (comprimento, área e raio). Os resultados evidenciaram que a adição de SH extraída de carvão mineral estimulou o crescimento do feijão e afetou a cinética de absorção de K. A produção de massa da parte aérea seca das plantas mostrou resposta quadrática à adição de substâncias húmicas, atingindo valor máximo na dose equivalente a 11 mg L-1 de C, enquanto a massa das raízes secas aumentou linearmente em até 41 %, com as doses testadas. As características morfológicas de raiz e o estado nutricional das plantas não foram significativamente afetados pelas SH. Os parâmetros cinéticos de absorção de K, Imáx, Cmín e Km, decresceram linearmente com o aumento das doses de SH, causando redução na taxa de absorção de K nas concentrações deste nutriente na solução superiores a 10 μmol L-1.

Humic substances can influence plant metabolism direct or indirectly, thus modifying its growth. The objective of this study was to evaluate the effect of humic-like substances (HS) on kinetics of K uptake, nutrient concentration and growth of common bean (Phaseolus vulgaris, L.). The experiment was performed on a laboratory bench with controlled light conditions. Plants were grown in pots with complete nutrient solution enriched with five levels (0; 2.5; 5; 10 and 20 mg L-1 of C) of alkaline soluble humic-like substances (fulvic and humic acids), extracted from mineral charcoal samples from the Candiota mine (Companhia Riograndense de Mineração), in the State of Rio Grande do Sul, Brazil. The experiment was set up in a randomized design, with three replications. After 28 days of plant growth, kinetics parameters of K uptake, shoot and root dry weight, shoot tissue concentration of nutrients (N, P, K, Ca and Mg) and root morphological parameters (length, area and radius) were evaluated. The results showed that the application of charcoal-extracted humic substances stimulated common bean growth and influenced the kinetics parameters of K uptake. A quadratic response to HS was observed in shoot dry weight, which reached the highest values at 11 mg L-1 of C, whereas root dry mass increased linearly up to 41 % along the increasing HS concentration in solution. Root morphological parameters and nutritional conditions of plants were not significantly affected by HS. The kinetic parameters of K uptake, Imax, Cmin and Km, decreased with increasing HS concentration, causing reduction in K influx when the K concentration in solution exceeded 10 μmol L-1.