Chemical compositiom of copper contaminated soils: forms sorption and growth effect on plant species

A mistura sulfato de cobre e óxido de cálcio (calda bordalesa) é utilizada na cultura da videira (Vitis vinifera) para o controle de doenças fúngicas desde o final do século IX e em muitos casos tem proporcionado aumentos significativos no teor de cobre no solo, o que pode influenciar no crescimento vegetal, nos microorganismos e nas propriedades químicas do solo. Para avaliar a relação cobre-solo-planta, foram conduzidos cinco estudos em laboratório e casa-devegetação, utilizando solos da região vitivinícola da Encosta Superior do Nordeste do Rio Grande do Sul (RS) com e sem a aplicação de calda bordalesa. No primeiro, avaliou-se a distribuição do cobre, tanto em concentração quanto nas formas, em diferentes camadas de solos com e sem a aplicação de cobre. No segundo, avaliou-se a capacidade de cinco espécies vegetais (videira (Vitis vinifera), aveia (Avena strigosa), milho (Zea mays), cenoura (Daucus carota) e nabo (Brassica rapa)) de se desenvolverem em dois solos contaminados com cobre e um sob mata nativa e a possibilidade de se utilizar cama-de-aviário para diminuir a disponibilidade e absorção do cobre por plantas de aveia. No terceiro, avaliou-se a capacidade máxima de adsorção de alguns solos representativos do cultivo de videira no RS, através do modelo matemático descrito pela equação de Langmuir. No quarto estudo, avaliou-se o efeito do cobre, aplicado em doses crescentes num solo arenoso, sobre a cultura de milho e a possibilidade de eliminação da toxicidade pela aplicação de manganês e ferro via foliar. No quinto estudo, avaliou-se o teor de cobre na região apoplástica e simplástica das raízes de maior atividade da videira cultivada em solo calcário e o teor total nas raízes, ramos e folhas. Avaliou-se também o efeito desse na absorção dos outros nutrientes e a atividade das enzimas catalase e superóxido dismutase nas raízes de maior atividade. O cobre aplicado nas folhas e ramos de videira para o combate de doenças fúngicas, com o passar do tempo, se acumula no solo, principalmente na camada superficial. A capacidade máxima de adsorção de cobre foi proporcional ao teor de matéria orgânica e varia com o valor de pH e de CTC do solo. A resposta das plantas às diferentes concentrações de cobre no solo depende da espécie utilizada e do tipo de solo. Em gramíneas (milho e aveia) e na videira, o cobre se acumulou em maior quantidade nas raízes; na cenoura e no nabo houve maior translocação para a parte aérea. A aplicação de Fe e de Mn via foliar não eliminou nem diminuiu os sintomas de toxidez por cobre. Nas raízes de maior atividade da videira, o maior teor de cobre foi obtido na região apoplástica; nas raízes de nabo, no entanto, o maior teor foi obtido na região simplástica. Altos teores de cobre em solo calcário e arenoso também reduziram a absorção de outros nutrientes pela videira. O aumento na atividade enzimática, possivelmente, reduziu o estresse oxidativo causado pelo metal, e a diminuição pode ser indicativa da insuficiência enzimática para esta proteção.The repeated use of Bordeaux mixture [Ca(OH)2 + CuSO4] as a fungicide to control vine downy mildew has led to a long-term accumulation of Cu in the topsoils of vineyards throughout the world which may influence on the development of plants, activity of microorganisms, and on chemical properties of the soil. To evaluate the relationship copper-soil-plant, five studies were conducted in laboratory and green house using soils from vine-growing areas of the State of Rio Grande do Sul (RS), Brazil, with and without copper application. In the first study, copper distribution, either in concentration or in forms, was evaluated in different depths in soil samples from areas where copper has been applied and from a native one. In the second, the capacity of five different plant species of growing on two contaminated soils and in one uncontaminated was evaluated. In this study, the use of poultry manure as a mean of controlling the availability of copper to oat plants (Avena strigosa) was also tested. In the third study, the soil maximum sorption capacity was evaluated through Languimir model using soils from the representative vineyard region of RS State. In the fourth study, the use o Mn and Fe via foliar application was tested on Zea mays plants in order to mitigate copper toxicity in sandy soil with high doses of copper added. In the fifth study, the amount of copper present in apoplast and symplast region of roots of highest activity, and the total amount in branches and leaves of grape plants were evaluated. In this study, the effect of high levels of copper in soil on other nutrients absorption, and the catalase and superoxide dismutase enzymes activity were also measured. The results have shown that copper applied to vineyards as fungicide, with time, accumulates in the upper part of the soil. Tha maximum soil sorption capacity was directly proportional to soil organic matter and varied according to pH and CEC values. The plant response to different soil copper concentrations was related to the species and soil type utilized. With grasses (Zea mays and Avena strigosa) and vine, copper accumulated in higher quantities in roots, while in carrot (Daucus carota) and turnip (Brassica rapa) it was transferred to the upper part. The foliar application of iron and manganese did not eliminate nor dimmed the copper toxicity symptoms. In high activity vine roots, copper accumulated in the apoplastic region, meanwhile, for carrot and turnip tubers, the highest concentration was observed in the symplastic region. In a calcaric arenic soil with high amount of copper, the absorption of other essential nutrients was also affected in vine plants. The increasing of enzyme activities with copper increments in soil possibly indicates a reducing oxidative stress caused by this metal. However, excessive concentrations of copper in soil may counteract this effect by leveling or diminishing the enzyme activities