Availability of heavy metals to corn plants and the leaching of chemical species in acid soil continuously amended with biosolids

A lixiviação de K+, Ca2+, Mg2+, metais pesados e nitratos, a capacidade de acumulação de metais pesados e sua disponibilidade para plantas de milho, em solos sucessivamente tratados com biossólido, foi avaliada em um experimento em vasos com capacidade para 0,500 m3 de terra, conduzido a céu aberto, segundo delineamento em blocos ao acaso, com quatro repetições. Os solos foram Latossolo Vermelho Amarelo distrófico textura média (LV) e Latossolo Roxo distrófico textura argilosa (LR), aos quais, a cada dois meses, foi feita aplicação de biossólido numa quantidade média de 78 Mg ha-1 base seca, totalizando, nas cinco aplicações feitas durante um período de 12 meses, 388 Mg ha-1 de biossólido. Os tratamentos testemunha, nessa etapa de estudos, eram constituídos unicamente pelo solo. As aplicações de biossólido foram sempre precedidas de amostragem de solo para análise e todo a água através dos vasos, durante o período, era monitorada e analisada. Ao final das aplicações de biossólido foi avaliada a disponibilidade de metais presentes no solo para plantas de milho (Zea mays) e feita a correlação entre teor nas plantas e teor disponível no solo avaliado pelos HC1 0,1 mol L-1, Mehlich 3, DPTA 0,005 mol L-1 pH 7,3. Os teores totais de metais presentes no solo foram determinados por extração com água régia em microondas. Durante o desenvolvimento das plantas foram feitas medidas semanais de altura e diâmetro do colmo. Quando as plantas apresentaram um pendoamento de 50% foi feita amostragem foliar. As plantas foram colhidas quando atingiram o ponto de maturidade fisiológica, sendo separadas em pendão, folhas, colmo, bainha, grãos, sabugo e palha que envolve a espiga. Todo o material vegetal obtido foi analisado. Os resultados obtidos permitiram concluir que a realização de frequentes aplicações do biossólido em taxas de 78 Mg ha-1, promoveu o aumento da condutividade elétrica dos solos, principalmente o LR, e maior lixiviação de N-NO3, K+, Mg2+ e Ca2+. As quantidades de metais pesados presentes no lixiviado estiveram abaixo do limite de determinação do método analítico utilizado. Apesar das sucessivas aplicações de biossólido terem promovido elevação na produção de matéria seca das plantas, esse aumento não se traduziu em elevação de produtividade, quando comparada ao tratamento testemunha que recebeu adubação convencional. As diferenças de produtividade observadas entre os solos tratados com biossólido provavelmente possa ser explicada pelo maior acúmulo de sais no LR. Os metais Cd, Cr, Ni e Pb não foram detectados nas várias partes analisadas das plantas de milho a adição de Cu e Zn via biossólido contribuiu para aumentar os teores desses elementos com exceção do grão e sabugo. Dentre os extratores utilizados, o Mehlich 3 foi o mais eficiente na previsão da disponibilidade de Cu e Zn para plantas de milho. A possibilidade de lixiviação de N-No3 para o lençol freático faz com que a taxa e a freqüência de aplicação de biossólidos em áreas agrícolas seja condicionada por esse elemento. Embora não tenha sido verificada a lixiviação dos metais Cd, Cr, Cu, Mn, Ni, Pb e Zn e a passagem para a cadeia alimentar de Cd, Cr, Ni e Pb, o manejo de biossólidos em regiões de clima tropical deve levar em consideração o poder diferenciado de acumulação de metais dos solos e a possibilidade de liberação dos mesmos em função de variações nas características químicas dos solos.In this paper data are presented from a pot experiment using biosolid- amended soil for evaluation: 1) the leaching of K+, Ca2+, Mg2+, heavy metals and nitrates: 2) the accumulation capacity of soils for heavy metals and 3) biovailability of these heavy metals to corn plants. Pots used in the experiment had a 0,5 m3 capacity and were filled with soils; Rhodic Hapludox (clayey) and Typic Hapludox (coarse loamy). The statistic design adopeted was a randomized block design with four replications and four treatments. Biosolids were applied to soils every two every two months in amounts corresponding to 78 Mg ha-1 (dry weight basis), during a 12 months period totalizing 5 additions for a total of 388 Mg ha-1. Control treatments consisted of soil only. Soil sampling was made before biosolid application. Leachate was collected, sample and analyzed. Rainfall during this period was measured. Heavy metal availability to corn plants was evaluated after then final addition of biosolids. Correlations between level of metal present in plant parts and available level in soil estimated using various extractants: 0.1 mol L-1 HCl; Mehlich 3; DTPA 5 mmol L-1 pH = 7.3 were made. Total metal level in soil was analyzed by acqua regia digestion in a microwave. During plant growth, measurements of plant high and stem diameter were made weekly. Leaf sampling was made when plants were at 50% flowering. At harvesting the plants parts were separated and analyzed. The results for flowers, leaves, stem, sheath, grain corn cob and straw were presented separately. From the results, we concluded that the rate and frequency of biosolid application (78 Mg ha-1 caused an increase in soil electric conductivity, but the values were not close to those for saline soil limits. There was also an increase in nitrate, K+, Mg2+ and Ca2+ leaching. Presence of heavy metals was not observed in the leachate. The possibility of N-NO3 leaching to groundwater makes the biosolids application to soil dependent of the biosolids content of N. Dry matter production was higher in treatments with biosolids, but this increase did not correspond to an increase in corn productivity compared to the control that was fertilized with a mineral formula. Differences between treatments with biosolids as a function of soil type was also observed. Probably this was due to the high salt concentration in the Typic Hapludox soil. Concentration of Cd, Cr, Ni, and Pb in plant parts were below detection, but Cu and Zn addition by biosolids increased the level in plant parts with the exception of grain and and cob. Mehlich 3 was the most effective extractant for the determination of Cu and Zn availability to corn plants. Althought no Cd, Cr, Cu, Ni, Pb and Zn leaching was observed nor the transfer of Cd, Cr, Ni and Pb to the food chain, care must be taken about changes in soil properties that could cause movement of those metals