ABSTRACT Sulfuric acid digestion analyses (SAD) provide useful information to environmental studies, in terms of the geochemical balance of nutrients, parent material uniformity, nutrient reserves for perennial crops, and mineralogical composition of the soil clay fraction. Yet, these analyses are costly, time consuming, and generate chemical waste. This work aimed at predicting SAD results from portable X-ray fluorescence (pXRF) spectrometry, which is proposed as a “green chemistry” alternative to the current SAD method. Soil samples developed from different parent materials were analyzed for soil texture and SAD, and scanned with pXRF. The SAD results were predicted from pXRF elemental analyses through simple linear regressions, stepwise multiple linear regressions, and random forest algorithm, with and without incorporation of soil texture data. The modeling was developed with 70 % of the data, while the remaining 30 % was used for validation through calculation of R2, adjusted R2, root mean square error, and mean error. Simple linear regression can accurately predict SAD results of Fe2O3 (R2 0.89), TiO2 (R2 0.96), and P2O5 (R2 0.89). Stepwise regressions provided accurate predictions for Al2O3 (R2 0.87) and Ki - molar weathering index (SiO2/Al2O3) (R2 0.74) by incorporating soil texture data, as well as for SiO2 (R2 0.61). Random forest also provided adequate predictions, especially for Fe2O3 (R2 0.95), and improved results of Kr - molar weathering index (SiO2/(Al2O3 + Fe2O3)) (R2 0.66), by incorporation of soil texture data. Our findings showed that the SAD results could be accurately predicted from pXRF data, decreasing costs, time and the production of laboratory waste.

RESUMO O espectrômetro portátil de fluorescência de raios-X (pXRF) foi recentemente adotado pela Ciência do Solo, para uso em campo e laboratório, para obtenção do conteúdo total de vários elementos químicos em poucos segundos. A digestão com ácido sulfúrico é uma análise laboratorial cara e demorada que fornece teores de Fe2O3, Al2O3, SiO2, TiO2 e P2O5, importantes para estudos sobre solos. Devido aos poucos estudos sobre o pXRF em solos tropicais, este trabalho objetivou comparar os teores de Fe2O3, Al2O3, SiO2, TiO2 e P2O5 obtidos pelo pXRF com os resultados de digestão com ácido sulfúrico e avaliar os efeitos de diferentes formas de preparo de amostras de solo e leitura com o pXRF sobre seus resultados para solos brasileiros. Os solos foram submetidos a leituras com o pXRF em cinco condições, em campo (in situ) e em laboratório, avaliando variados métodos de preparo de amostras, tamanhos de partículas e umidade do solo. Quatro modos de operação do pXRF foram testados. Regressões lineares foram ajustadas entre os resultados do pXRF e digestão com ácido sulfúrico. As equações foram validadas com um conjunto independente de amostras. Análises estatísticas compararam os métodos de leitura de amostras. Modelos lineares adequados atingiram R2 de 0,99 e 0,89 para Fe2O3 e TiO2, respectivamente. A validação promoveu R2 maior que 0.97 e RMSE e ME próximos a zero para ambos os óxidos. Foram encontradas diferenças estatísticas dos resultados do pXRF entre os métodos de preparo de amostras. O pXRF possui um grande potencial para obter rápida e economicamente os teores de Fe2O3 e TiO2 com elevada correspondência com os resultados laboratoriais da análise da digestão com ácido sulfúrico. Métodos variáveis de preparo das amostras promovem diferenças nos resultados de pXRF.

ABSTRACT Portable X-ray fluorescence spectrometer (pXRF) has been recently adopted by the Soil Science community for uses in both field and laboratory, obtaining the total content of several chemical elements in a few seconds. Sulfuric acid digestion is an expensive and time-consuming laboratory analysis that provides contents of Fe2O3, Al2O3, SiO2, TiO2 and P2O5, important for soil studies. Due to few pXRF studies in tropical soils, this work aimed to compare contents of Fe2O3, Al2O3, SiO2, TiO2 and P2O5 obtained by pXRF with sulfuric acid digestion results, and to evaluate the effects of varying forms of preparing soil samples and scanning with pXRF on the resulting values in Brazilian soils. Soils were scanned in five conditions in-field (in situ) and in laboratory, evaluating varying sample preparation methods, particle sizes and soil moisture. Four pXRF scanning operational modes were tested. Linear regressions were adjusted between results of pXRF and sulfuric acid digestion. Equations were validated with an independent set of samples. Statistical analyses compared the methods of preparing the samples. Adequate linear models reached R2 of 0.99 and 0.89 for Fe2O3 and TiO2, respectively. Validation promoted R2 greater than 0.97 and RMSE and ME close to zero for both oxides. Statistical differences of pXRF results were found among the methods of preparing samples. pXRF spectrometer has great potential to obtain Fe2O3 and TiO2 content rapidly and economically with high correspondence with laboratory results of sulfuric acid digestion analysis. Varying methods of preparing the samples promote differences in the results of pXRF.

ABSTRACT: The Mantiqueira Range region is one of the most important headwaters in southeastern Brazil. In this context, the relationship between pedology and hydrology has been debated and analyzed in recent years, contributing to the creation of a multidisciplinary science call hydropedology. Therefore, the aim of this study was to evaluate the hydropedological properties of a mountainous Clayey Humic Dystrudept in the Mantiqueira Range region, in the state of Minas Gerais, Brazil, comparing two land-uses, native forest and pasture. The hydraulic conductivity results demonstrated that native forest (MFO) has a strong influence on this parameter, offering conditions for movement of water in the soil that are more adequate in this profile than in pasture. These results were supported by pore size distribution analyses which showed that soil from native forest has a greater amount of macropores than soil from pasture as well as greater connectivity between the macropores. In general, the MFO site had greater S index values than the micro-catchment taken from pasture, offering favorable physical conditions for the formation of preferential flowpaths in the soil profile and, therefore, better conditions for groundwater recharge. Soil erosion and water quality results confirmed the importance of native forest areas in the interaction between interception of the direct impact of intense precipitation on the soil surface, and hydropedological attributes, such as saturated hydraulic conductivity and porosity.

RESUMO Embora seja conhecido a capacidade do lodo de esgoto alcalinizado em elevar o pH de solos ácidos, tem-se um limitado conhecimento sobre o efeito em outros indicadores da fertilidade do solo, como disponibilidade de P e K e, teor de C orgânico no solo. Assim, o objetivo do estudo foi avaliar como a aplicação de lodo de esgoto alcalinizado afeta a fertilidade de solos ácidos. Foram selecionadas vinte estações de tratamento de esgoto ao longo do Paraná (Brasil), onde foram coletadas amostras de lodo de esgoto alcalinizado e amostras do solo agrícola mais representativo da região (abrangendo solos com textura média, argilosa ou muito argilosa). Cada solo foi incubado por 60 dias com doses de lodo de esgoto (0, 10, 20, 40, e 80 Mg ha-1) da sua região e com doses equivalentes de calcário. O lodo de esgoto alcalinizado foi superior ao calcário na correção da acidez do solo (pH, Al3+ e H+Al3+) e na elevação da disponibilidade P e Ca2+. O lodo também aumentou a disponibilidade de Mg2+ em todos os solos, K+ em sete solos e C orgânico em três solos. Os solos muito argilosos (alta poder tampão) suportam maior dose de lodo em comparação aos solos de textura argilosa e média. A aplicação de lodo de esgoto alcalinizado em solos ácidos demonstrou ser uma interessante alternativa para reciclar esse tipo de resíduo, pois melhorou a fertilidade dos solos e pode vir a reduzir custos com manejo do solo e adubação das culturas.

ABSTRACT Although it is known that alkalinized sewage sludge raises the pH of acid soils, there is limited knowledge regarding its effects on other soil fertility indicators, such as P and K availability and soil organic C content. Thus, the goal of this study was to evaluate how the application of alkalinized sewage sludge affects the fertility of acid soil. Twenty sewage treatment plants were selected throughout Paraná State (Brazil), and samples of alkalinized sewage sludge and samples of the most representative agricultural soil of the region were collected (covering soils with medium, clayey or very clayey texture). Each soil was incubated for 60 days with doses of sewage sludge (0, 10, 20, 40, and 80 Mg ha-1) from its region and equivalent doses of limestone. The alkalinized sewage sludge was superior to limestone in the correction of soil acidity (pH, Al3+, and H + Al3+) and P and Ca2+ availability. The sludge also increased Mg2+ availability in all soils, K+ in seven soils and organic C in three soils. The very clayey soils (higher buffering capacity) supported higher sludge doses than did clayey and medium texture soils. The alkalinized sewage sludge application in acid soils proved to be an interesting alternative to recycling this type of waste, because it improved soil fertility and could reduce costs associated with soil management and crop fertilization.

RESUMO No manejo da fertilidade de Latossolos brasileiros altamente intemperizados e lixiviados, o P é o macronutriente mais limitante. Assim, conduziu-se um experimento em casa de vegetação, objetivando-se avaliar a influência da interação entre doses de P, inoculação micorrízica e histórico de uso do solo no crescimento de Urochloa decumbens e absorção de P, em quatro Latossolos com atributos químicos, físicos e mineralógicos contrastantes. As plantas foram cultivadas em vasos contendo 4 kg de solo, dispostos em um delineamento inteiramente casualizado, com quatro repetições e esquema fatorial 2x2x2: duas doses de P; com e sem inoculação micorrízica; solos cultivados por longos períodos e não cultivados (sob vegetação nativa). Realizaram-se dois cultivos com duração de 10 semanas cada. Após cada cultivo avaliaram-se a matéria seca da parte aérea, teor e acúmulo de P na parte aérea. No primeiro cultivo, maior resposta ao P aconteceu nos solos sob vegetação nativa em associação à inoculação e adição de P. No segundo cultivo, a inoculação teve maior efeito em todos os solos, associada à menor dose de P. O aumento do P no solo aumenta a concentração desse nutriente na parte aérea. A inoculação não teve efeito na concentração e no acúmulo de P na parte aérea de Urochloa. O crescimento de Urochloa decumbens foi fortemente influenciado pela interação entre classe de solo x histórico de uso da terra x dose de P x inoculação.

ABSTRACT In the fertility management of highly weathered-leached Brazilian Oxisols, P is the most limiting macronutrient. A greenhouse experiment was conducted with the objective to evaluate the influence of the interaction between P doses, mycorrhizal inoculation and historical land use on Urochloa decumbens growth and P uptake in four Oxisols with contrasting chemical, physical and mineralogical properties. The plants were cultivated in plastic pots containing 4 kg of soil in a completely randomized design, four replications and 2x2x2 factorial scheme: with two P doses; with and without mycorrhizal inoculation; soils cultivated for long periods and non-cultivated (under native vegetation). There were two plantings of ten weeks each. Shoot dry mater, concentration and accumulation of P in the shoot were evaluated. In the first planting, the Urochloa response was greater in non-cultivated soils associated with inoculation and P addition. However, in the second planting, the inoculation had a greater effect in all soils compared to the first planting associated with the lowest P dose. As the P concentration in the soil increased, P in the shoot dry matter increases. The inoculation did not affect the P concentration and accumulation in the shoot of Urochloa. The growth of Urochloa decumbens was strongly influenced by the interaction among soil class x history of land use x dose of P x inoculation.

RESUMO Objetivou-se determinar a capacidade máxima de adsorção de As(V) na forma de HAsO42- (CMAAs) pela fração argila de solos em diferentes ambientes nas Penínsulas Keller e Barton, Ilha Rei George, Antártica Marítima. Foram realizadas análises química e granulométrica na terra fina seca ao ar, e na fração argila quantificou-se o material amorfo e a CMAAs. Os dados das análises químicas, granulometrica e da fração argila foram correlacionados com a CMAAs. A CMAAs foi baixa (3.554 mg kg-1), sendo o perfil com influência ornitogênica de pinguins o que apresentou os maiores valores. O pH básico das soluções de saturação não favoreceu a adsorção da espécie desprotonada HAsO42-. A quantidade de argila dos solos foi menos importante que a composição mineralógica na dinâmica de retenção de HAsO42-, sendo que os óxidos de Al e Fe amorfos foram os principais responsáveis pela adsorção desse poluente.

ABSTRACT The aim of this study was to determine the maximum capacity for the adsorption of As(V) in the form of HAsO42- (MACAs) by the clay fraction of soils in different environments of the Keller and Barton Peninsulas, King George Island, Maritime Antarctic. Chemical and particle size analyses were carried out on air-dried fine earth. The amorphous material and MACAs in the clay fraction were quantified. Data from the chemical analysis, particle size analysis and clay fraction were correlated with the MACAs. The MACAs was low (3,554 mg kg-1), with the profile under the ornithological influence of penguins displaying the highest values. The basic pH of the saturated solutions did not favour the adsorption of the deprotonated HAsO42- species. The amount of clay in the soil was less important than the mineralogical composition in the dynamics of HAsO42- retention, with the amorphous oxides of Al and Fe being mainly responsible for the adsorption of the pollutant.

RESUMO No Paraná, a maioria do lodo de esgoto gerado em estações de tratamento é submetida ao processo de estabilização alcalina prolongada. Embora seja conhecido que o lodo de esgoto alcalinizado contém micronutrientes como Zn, Cu e Mn, pouco se conhece sobre a disponibilidade desses elementos em solos tratados com esse tipo de lodo de esgoto. Assim, o objetivo do estudo foi avaliar a influência de lodos de esgoto alcalinizados do estado do Paraná sobre a disponibilidade de Zn, Cu e Mn no solo. Foram selecionadas vinte estações de tratamento de esgoto ao longo do Paraná, onde foram coletadas amostras de lodo de esgoto alcalinizado e amostras do solo agrícola mais representativo da região. Cada solo foi incubado por 60 dias com doses de lodo de esgoto (0, 10, 20, 40, e 80 Mg ha-1) da sua região. Posteriormente, foi determinada a disponibilidade de Zn, Cu e Mn no solo usando o extrator Mehlich-1. A aplicação de lodo de esgoto alcalinizado ao solo aumentou a disponibilidade de Zn e diminuiu a disponibilidade de Mn na maioria dos solos. Já o Cu apresentou resultados intermediários, com aumento de disponibilidade basicamente em solos de textura média e com diminuição para a maioria dos solos muito argilosos. Em solos com pH próximo ao ideal para o cultivo agrícola, a dose de lodo de esgoto alcalinizado deve ser cuidadosamente calculada para que não ocorra o aumento excessivo do pH e desbalanço nos teores de Zn, Cu e Mn.

ABSTRACT In Paraná, most of the sludge generated in sewage treatment plants is subjected to the prolonged alkaline stabilization process. Although it is known that the alkaline sewage sludge contains micronutrients such as Zn, Cu and Mn, little is known about the availability of these elements in soils treated with this type of sewage sludge. Thus, the objective of the study was to evaluate the influence of alkaline sewage sludge from Paraná on Zn, Cu and Mn availability in soils. Twenty sewage treatment plants were selected throughout Paraná, where alkaline sewage sludge and the most representative agricultural soil of the each region were collected. Each soil was incubated for 60 days with alkaline sewage sludge rates (0, 10, 20, 40, and 80 Mg ha-1) from their region. Subsequently, Zn, Cu and Mn availability was determined using the Mehlich-1 extractant. The alkaline sewage sludge increased Zn availability and decreased Mn availability in most soils. Cu showed intermediate results, with increased availability, primarily in medium texture soils and decrease in most of the clayey soils. In soils with pH close to ideal for the plant growth, the alkaline sewage sludge rate should be carefully calculated so that there is no excessive increase in the pH and Zn, Cu and Mn imbalance.

RESUMO A drenagem interna desempenha um importante papel na gênese de solos e é principalmente dependente da topografia. Contudo, a existência de estratos de rochas sedimentares e meta-sedimentares com ângulo de inclinação variável permite forte diferença na drenagem interna em locais de topografia semelhante, o que resulta em marcante diferenciação de propriedades dos solos acima. Este trabalho teve como objetivo investigar a micromorfologia do solo com estratos de rochas com diferentes ângulos de inclinação e suas relações com a drenagem interna dos solos, em Minas Gerais, Brasil. Sobre estratos horizontalizados, formou-se um Latossolo Amarelo ácrico típico sem hematita e de fraca estrutura média em blocos subangulares. Sobre estratos com ângulo de inclinação de 45°, a drenagem forte resultou em intensa dessilicatização, formando um Latossolo Vermelho ácrico contendo hematita e de estrutura forte muito pequena granular. As análises micromorfológicas mostraram que ambos os solos contêm nódulos reliquiais que estão provavelmente sendo dissolvidos no ambiente atual, enquanto somente o Latossolo Amarelo possui nódulos em processo de formação, devido à drenagem mais lenta. Os horizontes Cr de ambos os solos, mas principalmente do Latossolo Amarelo, apresentaram condutividade hidráulica saturada muito menor do que os horizontes sobrejacentes, em associação ao padrão de poros fissurais pouco conectados. O horizonte Cr do Latossolo Vermelho apresentou uma matriz impregnada por óxidos de Mn e Fe em padrão microlaminado incomum e hipocoberturas, aparentemente instáveis, dissolvendo-se no ambiente atual excessivamente drenado. A cor do solo é um indicador confiável destes diferentes sistemas pedológicos.

ABSTRACT Soil internal drainage plays a major role in soil genesis, and it is mostly dependent on topography. However, the existence of sedimentary and meta-sedimentary rock strata with variable dip angle allows for strong differences in internal drainage for identical topographies, which result in a marked differentiation in the properties of overlain soils. This work aimed to investigate the micromorphology of soils formed from different dip angles of rock strata and their relationships to internal drainage, in Minas Gerais, Brazil. Over horizontal strata, a Xanthic Acrudox lacking hematite and with blocky structure has developed. Over strata with 45° dip angle, strong drainage has resulted in intense desilication, forming a Rhodic Acrudox having hematite and with strong fine granular structure. Micromorphological analyses showed that both soils contain relict nodules which are probably being dissolved in the current environment, whereas only the Xanthic Acrudox has nodules in current processes of formation due to slower drainage. The Cr horizon of both soils, but mainly the Xanthic Acrudox, presented a much slower saturated hydraulic conductivity than the respective overlying horizons, which was associated with a pattern of poorly connected fissural pores as seen in thin sections. The Cr horizon of the Rhodic Acrudox showed a matrix impregnated by Mn and Fe oxides in an unusual pattern of microlamination and hypocoatings that appear to be unstable, dissolving in the current, strongly drained environment. The soil color is a reliable indicator of such differential pedogenesis in these conditions.

Para o uso agrícola do lodo de esgoto higienizado por processo de estabilização alcalina prolongada (lodo EAP), além de estabelecer limites de aplicação máxima conforme a legislação, é necessário estudar atributos dos lodos e dos solos que favoreçam as metodologias de sua recomendação. Objetivou-se determinar a taxa de aplicação máxima anual (TAMA) de lodo EAP pelo critério de elevação do pH para 20 lodos e solos do estado do Paraná; determinar a influência dos atributos desses solos nos valores da TAMA de lodo EAP; avaliar o uso dos métodos de saturação por bases (V%) e pH referência (SMP), utilizando como padrão o método da incubação. Empregou-se o ensaio de incubação para lodo EAP aplicado ao solo, conforme metodologia oficial. Os resultados indicam que as TAMA de lodo EAP variaram de 10 a >80 Mg.ha-1 para as 20 regionais estudadas; Os atributos químicos (capacidade de troca de cátions, H+Al e carbono) e físico (argila) são os que melhor definem a determinação da TAMA, apresentando relação diretamente proporcional. Os métodos do V% e do pH referência (SMP) para pH H2O 5,5 mostraram-se seguros quanto à recomendação agrícola.

For agricultural use of alkalinized sludge (AS), beyond to establish the maximum application limits to comply with the legislation, it is necessary to study the attributes of sludges and soils that favor the methodologies of its recommendation. The objectives of this study were to determine the maximum annual application rate (MAAR) of alkalinized sludge (AS) according to the pH elevation criterion for 20 sludge origins and soils of the Paraná state; to determine the influence of soil attributes over the MAAR of AS; to evaluate two methods rate calculation for AS, the base saturation (V%) and pH reference (SMP) by comparing with the standard incubation methodology for AS sludge application. It was used incubation test for AS applied to soil, following official methodology. The results indicated that the MAAR were ranged 10 to >80 Mg.ha-1, for the 20 regions; the chemical properties (cation exchange capacity, H+Al and carbon) and physical properties (clay) were the best parameters to the determination of the MAAR, showing direct relationship; the V% and SMP (pH H2O 5,5) methods were safe to the agricultural recommendation.