Impact of rare earth elements in citrus agroecosystem

A cultura de citros exige aplicações constantes de fertilizantes para atingir níveis satisfatórios de produtividade. Fertilizantes contêm outros elementos químicos além daqueles de interesse, como, por exemplo, os elementos terras raras (ETR). Estudos mostram que aplicações de ETR podem aumentar o crescimento e a produtividade das plantas como também causar efeitos nocivos ao ambiente e ao homem. No Brasil, não é prática comum a adição de ETR em fertilizantes, porém alguns insumos contêm em sua composição. Os objetivos deste trabalho foram quantificar os ETR nos compartimentos planta, solo e insumos de agroecossistemas citrícolas, avaliar o modelo de distribuição, identificar as principais fontes de ETR e estudar os efeitos desses elementos na planta cítrica. Para determinação dos ETR, utilizou-se da análise por ativação neutrônica instrumental (INAA) e espectrometria de massas com plasma indutivamente acoplado (ICP-MS). Foram feitos experimentos no campo e em casa-de-vegetação. O experimento de campo foi realizado em quatro propriedades de citros, sendo duas sob sistema de produção orgânico e duas sob o sistema de produção convencional, na região de Borborema, SP, com a variedade Valência (Citrus sinensis L. Osbeck) enxertada sobre limão cravo (Citrus limonia Osbeck),. Amostraram-se 15 plantas em cada propriedade, sendo coletados folhas, frutos, solos e os principais insumos empregados. As concentrações de ETR nas folhas bem como o fator de transferência solo-planta foram semelhantes aos de plantas bioacumuladoras. As folhas assim como as partes do fruto apresentaram depleção de Ce. Na fruta cítrica, a concentração dos ETR apresentou a seguinte distribuição: casca > polpa > sementes = suco. As maiores concentrações de ETR nos insumos foram observadas para os fertilizantes fosfatados. O delineamento experimental utilizado nos dois experimentos em casa-de vegetação foi em blocos ao acaso. Nos experimentos em casa-de-vegetação com superfosfato simples e cloreto de lantânio realizou-se a semeadura de sementes de limão cravo em tubetes de polipropileno. Para o experimento com superfosfato simples, as plantas de limão cravo permaneceram nos tubetes por 6 meses e, a partir desse período, iniciou-se o transplante para sacos plásticos. Os tratamentos constituíram-se de diferentes doses de superfosfato simples (50 g, 100 g, 200 g, 400 g) aplicadas ao substrato. Após 2 meses, coletaram-se as plantas de limão cravo e analisaram-se as folhas e o caule. No experimento com cloreto de lantânio, a aplicação dos tratamentos (50 mg, 100 mg, 200 mg, 400 mg) deuse após 98 dias da semeadura. Três semanas após, coletaram-se as plantas. A planta de citros do estudo pode ser considerada uma bioacumuladora de ETR. Houve discriminação entre os sistemas de produção em 2005, 2006 e 2007 para Eu, Tb, Yb e Sc nos compartimentos solo e folha, com uma concentração significativamente (p<0,05) maior no sistema de produção orgânico. O limão cravo absorve ETR do fertilizante superfosfato simples. A planta de citros teve sua fisiologia alterada com a aplicação de lantânio, isto é, dependendo da dose pode haver um efeito benéfico ou prejudicial no crescimento, sugerindo seu potencial uso como fertilizante na citriculturaThe citrus crop requires repeated application of fertilizer to achieve satisfactory levels of productivity. Fertilizers contain other chemical elements in addition to those of interest, such as the rare earth elements (REE). Some studies show that applications of REE may increase plant growth and productivity, but it can also be harmful to both the environment and man. In Brazil, adding REE to fertilizers is not a common practice, however it may be found in the composition of some inputs. The objectives of this study were to quantify the REE in plant, soil and inputs in citrus agroecosystems, to identify the inputs acting as REE sources to the citrus plant, to study the effects of REE in citrus and to evaluate the REE distribution model. The instrumental neutron activation analysis (INAA) and the mass spectrometry with inductively coupled plasma (ICP-MS) were performed to determine the REE. Field and greenhouse experiments were conducted. The field experiment was performed in four citrus properties, with Valencia variety (Citrus sinensis L. Osbeck) grafted onto \'Rangpur\' lime (Citrus limonia Osbeck), two under an organic production system and two under the conventional production system in the region of Borborema, SP. Fifteen plants were sampled in each property and leaves, fruits, soils and the main input used in these properties. REE concentrations in leaves as well as the REE soil-plant transfer factor were similar to those of bioaccumulator plants. Likewise the fruit parts, the leaves showed Ce depletion. The REE concentration in the citrus fruit was distributed as follows: skin > pulp > seeds = juice. The higher concentrations of REE in the inputs were determined for the phosphate fertilizers. The greenhouse experiments with simple superphosphate and lanthanum chloride included the sowing of \'Rangpur\' lime seeds in polypropylene tubes. Both greenhouse experiments had a randomized block design. For the simple superphosphate the \'Rangpur\' lime plants remained in the tubes for 6 months and then were transplanted into plastic bags. The treatments comprised different doses of simple superphosphate (50 g, 100 g, 200 g, 400 g) applied into the substrate. Two months later the \'Rangpur\' lime plants were collected and their leaves and stalk were analyzed. In the experiment with lanthanum chloride heptahydrate the application of the treatments (40 mg, 100 mg, 200 mg, 400 mg) occurred 98 days following sowing. Three weeks following the application of the lanthanum chloride the plants were collected. It can infer that this citrus plant can be considered a REE bioaccumulator. There was discrimination between the production system in 2005, 2006 and 2007 for Eu, Tb, Yb and Sc in the soil and leaves compartments, with a concentration significantly (p