O cádmio (Cd) é um elemento potencialmente tóxico para as plantas, animais e homens. O Cd é particularmente perigoso devido à sua mobilidade relativamente alta em solos e transferência para as plantas. Além disso, plantas que crescem em solos contaminados podem acumular Cd nos tecidos comestíveis em grandes quantidades sem qualquer sintoma visível de toxicidade. O Cd tem recebido atenção especial por sua associação com diversos problemas na saúde humana. Devido à crescente preocupação com a ingestão de Cd por alimentos, os riscos de sua entrada na cadeia alimentar precisam ser cuidadosamente considerados. Neste contexto, objetivou-se, com este estudo, avaliar a disponibilidade de Cd no solo, sua transferência e toxicidade para as culturas de alface, arroz e feijão, por meio de experimentos desenvolvidos em Latossolos com atributos contrastantes, contaminados com doses de Cd. Os experimentos foram desenvolvidos em casa de vegetação em PiracicabaSP. Cultivaram-se plantas de alface, arroz e feijão em vasos de 3 dm3 preenchidos amostras de um Latossolo Vermelho Eutrófico e um Latossolo Vermelho-Amarelo Distrófico. Adotou-se o delineamento experimental em blocos ao acaso, em esquema fatorial 5x2, com três repetições. Os tratamentos corresponderam a: 0,0; 0,5; 1,3; 3,0 e 6,0 mg dm-3 de Cd, definidos com base nos valores orientadores de qualidade do solo para Cd estabelecidos pela Companhia de Tecnologia de Saneamento Ambiental CETESB, aplicados nos solos na forma de CdCl2.H2O. Os teores de Cd nos solos aumentaram linearmente em função das doses de Cd. Os extratores DTPA, Mehlich-1 e CaCl2 foram eficientes na avaliação dos teores disponíveis de Cd nos solos. O Cd esteve mais associado a frações menos estáveis (trocável e matéria orgânica). O aumento das doses de Cd promoveu diminuição da produção de biomassa e o aumento nos teores e nas quantidades acumuladas desse elemento nas partes vegetais estudadas. Contudo, não foram observados outros sintomas de toxicidade nas plantas. Os teores e acúmulos de P, Cu, Fe, Ni, Mn, Pb e Zn, nas raízes, parte aérea, folhas e grãos, foram diferentemente influenciados pelas doses de Cd. A distribuição de Cd nas partes das plantas variou em função da cultura: alface = folhas > raiz > caule; arroz = raiz > parte aérea > grãos, e feijão = parte aérea > raiz > vagem > grãos. O teor de Cd nos grãos de feijão está abaixo do limite máximo estabelecido para o consumo humano conforme a legislação brasileira. Entretanto, a concentração de Cd nas folhas de alface e nos grãos de arroz ultrapassa tal limite quando o teor de Cd no solo está acima do valor de referência de qualidade proposto pela CETESB. O valor da ingestão diária de Cd pelo consumo de alface e feijão está dentro do valor provisório de ingestão diária tolerável (PTDI) sugerido pela Organização das Nações Unidas para Alimentação e Agricultura FAO/WHO. No entanto, o valor da ingestão diária de Cd pelo consumo de arroz por adultos está acima do PTDI. Consequentemente, o consumo desse alimento poderá trazer riscos à saúde humana. / Cadmium (Cd) is potentially toxic element to plants, animals and humans. Cd is particularly dangerous due to its relatively high mobility in soils and transfer to plants. Moreover, plants growing in contaminated soils can accumulate Cd in edible tissues in large quantities without any visible signs. Cd has received considerable attention in view of its association with a number of human health problems. Due to increasing concern about the intake of Cd in foods, the risks of its potential entry in the food chain need to be carefully considered. The objective of this study was to evaluate the availability of Cd in soil, the uptake by plants and to estimate the daily intake of Cd from lettuce, rice and bean plants grown in Brazilian tropical soils. The experiment was carried out under greenhouse conditions in Piracicaba, state of São Paulo, Brazil. Lettuce, rice and bean plants were cultivated in pots filled with 3 dm3 of two Oxisols (Typic Hapludox and Rhodic Hapludox) using a randomized block design in a factorial scheme (5 x 2) with three replicates. The treatments consisted of: 0.0; 0.5; 1.3; 3.0 and 6.0 mg dm-3 rates of Cd (as CdCl2), based on the guideline established by the Environmental Agency of the State of Sao Paulo CETESB. Considering all the experiments it was found that the external loading of Cd linearly increased the concentration of Cd in both soils. DTPA, Mehlich-1 e CaCl2 were effective in predicting soil Cd availability. The Cd distributions in both soils were strongly associated with exchangeable and organic matter fractions, which are characterized by instable chemical bonds. The application Cd rates decreased the plant biomass. However, the crops did not display any other symptoms of Cd toxicity or of deficiency in other nutrients which might be caused by the presence of Cd in the soil. Loadings of Cd to soil linearly or quadratically increased the concentration and accumulation of Cd in different parts of the plants. The concentration and accumulation of P, Cu, Fe, Ni, Mn, Pb and Zn in the root, shoot, leaves and grain were influenced differentially by Cd treatments. Cadmium distribution in different parts of the plants varied depending on the crop: lettuce = leaves > root > stem, rice = root > shoot > grains, and bean = shoot > root > pod > grain. Cadmium concentration in bean remained below the threshold for human consumption established by Brazilian legislation. However, lettuce and rice Cd concentration in edible parts exceeded the acceptable limit when the soil Cd concentration is above the quality reference value proposed by CETESB. Daily intakes of Cd from lettuce and bean plants grown in both Oxisols are within the provisional tolerable daily intake (PTDI) of Cd determined by the Food and Agriculture Organization of the United Nations FAO/WHO. However, the daily intake of Cd from rice for adults is above the PTDI. Consequently, the consumption of this food can pose risks to human health.

O cádmio (Cd) é um elemento potencialmente tóxico para as plantas, animais e homens. O Cd é particularmente perigoso devido à sua mobilidade relativamente alta em solos e transferência para as plantas. Além disso, plantas que crescem em solos contaminados podem acumular Cd nos tecidos comestíveis em grandes quantidades sem qualquer sintoma visível de toxicidade. O Cd tem recebido atenção especial por sua associação com diversos problemas na saúde humana. Devido à crescente preocupação com a ingestão de Cd por alimentos, os riscos de sua entrada na cadeia alimentar precisam ser cuidadosamente considerados. Neste contexto, objetivou-se, com este estudo, avaliar a disponibilidade de Cd no solo, sua transferência e toxicidade para as culturas de alface, arroz e feijão, por meio de experimentos desenvolvidos em Latossolos com atributos contrastantes, contaminados com doses de Cd. Os experimentos foram desenvolvidos em casa de vegetação em PiracicabaSP. Cultivaram-se plantas de alface, arroz e feijão em vasos de 3 dm3 preenchidos amostras de um Latossolo Vermelho Eutrófico e um Latossolo Vermelho-Amarelo Distrófico. Adotou-se o delineamento experimental em blocos ao acaso, em esquema fatorial 5x2, com três repetições. Os tratamentos corresponderam a: 0,0; 0,5; 1,3; 3,0 e 6,0 mg dm-3 de Cd, definidos com base nos valores orientadores de qualidade do solo para Cd estabelecidos pela Companhia de Tecnologia de Saneamento Ambiental CETESB, aplicados nos solos na forma de CdCl2.H2O. Os teores de Cd nos solos aumentaram linearmente em função das doses de Cd. Os extratores DTPA, Mehlich-1 e CaCl2 foram eficientes na avaliação dos teores disponíveis de Cd nos solos. O Cd esteve mais associado a frações menos estáveis (trocável e matéria orgânica). O aumento das doses de Cd promoveu diminuição da produção de biomassa e o aumento nos teores e nas quantidades acumuladas desse elemento nas partes vegetais estudadas. Contudo, não foram observados outros sintomas de toxicidade nas plantas. Os teores e acúmulos de P, Cu, Fe, Ni, Mn, Pb e Zn, nas raízes, parte aérea, folhas e grãos, foram diferentemente influenciados pelas doses de Cd. A distribuição de Cd nas partes das plantas variou em função da cultura: alface = folhas > raiz > caule; arroz = raiz > parte aérea > grãos, e feijão = parte aérea > raiz > vagem > grãos. O teor de Cd nos grãos de feijão está abaixo do limite máximo estabelecido para o consumo humano conforme a legislação brasileira. Entretanto, a concentração de Cd nas folhas de alface e nos grãos de arroz ultrapassa tal limite quando o teor de Cd no solo está acima do valor de referência de qualidade proposto pela CETESB. O valor da ingestão diária de Cd pelo consumo de alface e feijão está dentro do valor provisório de ingestão diária tolerável (PTDI) sugerido pela Organização das Nações Unidas para Alimentação e Agricultura FAO/WHO. No entanto, o valor da ingestão diária de Cd pelo consumo de arroz por adultos está acima do PTDI. Consequentemente, o consumo desse alimento poderá trazer riscos à saúde humana. / Cadmium (Cd) is potentially toxic element to plants, animals and humans. Cd is particularly dangerous due to its relatively high mobility in soils and transfer to plants. Moreover, plants growing in contaminated soils can accumulate Cd in edible tissues in large quantities without any visible signs. Cd has received considerable attention in view of its association with a number of human health problems. Due to increasing concern about the intake of Cd in foods, the risks of its potential entry in the food chain need to be carefully considered. The objective of this study was to evaluate the availability of Cd in soil, the uptake by plants and to estimate the daily intake of Cd from lettuce, rice and bean plants grown in Brazilian tropical soils. The experiment was carried out under greenhouse conditions in Piracicaba, state of São Paulo, Brazil. Lettuce, rice and bean plants were cultivated in pots filled with 3 dm3 of two Oxisols (Typic Hapludox and Rhodic Hapludox) using a randomized block design in a factorial scheme (5 x 2) with three replicates. The treatments consisted of: 0.0; 0.5; 1.3; 3.0 and 6.0 mg dm-3 rates of Cd (as CdCl2), based on the guideline established by the Environmental Agency of the State of Sao Paulo CETESB. Considering all the experiments it was found that the external loading of Cd linearly increased the concentration of Cd in both soils. DTPA, Mehlich-1 e CaCl2 were effective in predicting soil Cd availability. The Cd distributions in both soils were strongly associated with exchangeable and organic matter fractions, which are characterized by instable chemical bonds. The application Cd rates decreased the plant biomass. However, the crops did not display any other symptoms of Cd toxicity or of deficiency in other nutrients which might be caused by the presence of Cd in the soil. Loadings of Cd to soil linearly or quadratically increased the concentration and accumulation of Cd in different parts of the plants. The concentration and accumulation of P, Cu, Fe, Ni, Mn, Pb and Zn in the root, shoot, leaves and grain were influenced differentially by Cd treatments. Cadmium distribution in different parts of the plants varied depending on the crop: lettuce = leaves > root > stem, rice = root > shoot > grains, and bean = shoot > root > pod > grain. Cadmium concentration in bean remained below the threshold for human consumption established by Brazilian legislation. However, lettuce and rice Cd concentration in edible parts exceeded the acceptable limit when the soil Cd concentration is above the quality reference value proposed by CETESB. Daily intakes of Cd from lettuce and bean plants grown in both Oxisols are within the provisional tolerable daily intake (PTDI) of Cd determined by the Food and Agriculture Organization of the United Nations FAO/WHO. However, the daily intake of Cd from rice for adults is above the PTDI. Consequently, the consumption of this food can pose risks to human health.

A área cultivada sob sistemas conservacionistas aumentou no Brasil nos últimos anos. Paralelamente, ocorreu incremento na demanda de conhecimento a respeito da variabilidade dos índices de fertilidade do solo utilizados nas recomendações de adubação e calagem. Esse assunto vem preocupando técnicos e pesquisadores envolvidos nas redes regionais de laboratórios de análises de solo e comissões de fertilidade do solo encarregadas da elaboração das recomendações de adubação. O acúmulo de matéria orgânica (MO) no solo pode afetar a eficiência dos extratores químicos por causar alterações físico-químicas, como reações de troca iônica, reações com minerais do solo, liberação de ânions orgânicos, complexação de cátions metálicos, reações de oxirredução, entre outros. Objetivou-se com essa tese: (i) determinar os teores disponíveis de Ca, Mg e K e a relação Ca:Mg:K no solo, bem como correlação entre extratores e determinação das concentrações desses elementos na planta de soja em solos sob semeadura direta (SSD) que recebeu doses de calcário e de gesso; (ii) avaliar extratores para Cu, Fe, Mn e Zn em solo tratado com lodo de esgoto por treze anos e cultivado com milho; (iii) comparar métodos de abertura de amostra de solo para determinação de Cu, Fe, Mn e Zn em solo tratado com lodo de esgoto por treze anos e em solo tratado uma única vez com lodo de esgoto e composto de lodo; (iv) avaliar a qualidade e grau de humificação da matéria orgânica em solos com aporte de material orgânico sob manejos distintos. Partiu-se das hipóteses: (i) o maior teor de MO do solo oriundo do sistema conservacionista e as doses de calcário e gesso promoverão superestimativa da concentração dos nutrientes extraídos pela resina; (ii) a maior quantidade de compostos orgânicos oriundos da aplicação de lodo de esgoto por longo período de tempo diminuirá o poder de extração das soluções complexantes; (iii) o maior teor de matéria orgânica do solo dificultará a abertura da amostra, sendo mais eficiente a mistura de HNO3 e HCl; e (iv) as áreas de plantio direto serão separadas das áreas tratadas com lodo de esgoto pelos compostos orgânicos e o grau de humificação da MO será mais elevado nas áreas de SSD. Houve correlação significativa entre os extratores para Ca, Mg e K, mas não entre teores no solo e a concentração na planta, e não houve efeito da aplicação de calcário e gesso nas concentrações desses elementos na soja. No experimento de solo tratado por treze anos com lodo de esgoto foi observada correlação significativa entre os teores no solo e o acumulado na planta somente para Mn e Zn. As soluções ácidas extraíram maiores quantidades dos micronutrientes. No geral, os teores extraídos pela água régia aproximaram-se dos teores totais no solo, sendo observado efeito da aplicação de resíduo somente para Cu e Zn no experimento de longa duração. O fracionamento físico da MO foi mais eficiente para distinguir os manejos a que os solos foram submetidos. As áreas apresentaram similaridade em relação aos compostos orgânicos predominantes determinados por ressonância magnética nuclear. / An increase in the amount of Brazilian agricultural areas managed under no-till farming systems has been observed in recent years. In the same period has seen increasing demand for information on the variability in the soil fertility indices on which liming and fertilization recommendations are based. This variation is of concern to technicians and researchers working in regional networks of soil analysis laboratories, and to the agencies responsible for establishing recommendations for fertilizing soils. The accumulation of organic matter (OM) in soils may affect the efficiency of chemical extractants by causing physical and chemical alterations to soils, including ion-exchange reactions, reactions with soil minerals, liberation of organic anions, complexation of metallic cations, and oxi-redox reactions. This thesis aimed: (i) to determine the bioavailable concentrations of Ca, Mg, and K and the Ca:Mg:K relationship in soils, as well as the relationship between extractants and element concentrations in soybean plants grown in a no-till system amended with lime and gypsum; (ii) to evaluate the efficiency of extractants for Cu, Fe, Mn, and Zn in soils amended with sewage sludge over 13 years and cultivation with maize; (iii) to compare methods of digesting soil samples to quantify Cu, Fe, Mn, and Zn in soils amended with sewage sludge over 13 years and in soils amended with sewage sludge and composted sludge on a single application; and (iv) to assess the quality and degree of humification of OM in soils amended with OM under different management practices. Among the hypotheses tested were: (i) that higher OM concentrations in no-till system soils and amendment with lime and gypsum would lead to an overestimate in the nutrient concentrations extracted by resin; (ii) that the large amounts of organic compounds contributed by amendment with sewage sludge over a long time period would diminish the extraction strength of complexing solutions; (iii) that higher concentrations of soil OM would hamper digestion of the soil samples, making a mixture of HNO3 and HCl the most efficient; and (iv) that no-till areas would be distinguishable from areas amended with sewage sludge by organic compounds, with the degree of humification of OM higher in no-till areas. There was a significant correlation between extractants for Ca, Mg, and K, but no correlation between elemental concentrations in soils and concentrations in soybean plants; amendment with lime and gypsum had no effect on the concentrations of these elements in soybean. In the experiment involving soil amended for 13 years with sewage sludge there was only a significant correlation between Mn and Zn concentrations in soils and those in plants. Acidic solutions extracted larger quantities of micronutrients. In general, concentrations extracted by aqua regia were close to total soil concentrations, and an effect of amendment with sludge was only observed for Cu and Zn in the long-term experiment. The physical fractionation of OM was the most efficient method for correlating with the management systems. The predominant organic compounds as determined by nuclear magnetic resonance were similar across the study areas.

A área cultivada sob sistemas conservacionistas aumentou no Brasil nos últimos anos. Paralelamente, ocorreu incremento na demanda de conhecimento a respeito da variabilidade dos índices de fertilidade do solo utilizados nas recomendações de adubação e calagem. Esse assunto vem preocupando técnicos e pesquisadores envolvidos nas redes regionais de laboratórios de análises de solo e comissões de fertilidade do solo encarregadas da elaboração das recomendações de adubação. O acúmulo de matéria orgânica (MO) no solo pode afetar a eficiência dos extratores químicos por causar alterações físico-químicas, como reações de troca iônica, reações com minerais do solo, liberação de ânions orgânicos, complexação de cátions metálicos, reações de oxirredução, entre outros. Objetivou-se com essa tese: (i) determinar os teores disponíveis de Ca, Mg e K e a relação Ca:Mg:K no solo, bem como correlação entre extratores e determinação das concentrações desses elementos na planta de soja em solos sob semeadura direta (SSD) que recebeu doses de calcário e de gesso; (ii) avaliar extratores para Cu, Fe, Mn e Zn em solo tratado com lodo de esgoto por treze anos e cultivado com milho; (iii) comparar métodos de abertura de amostra de solo para determinação de Cu, Fe, Mn e Zn em solo tratado com lodo de esgoto por treze anos e em solo tratado uma única vez com lodo de esgoto e composto de lodo; (iv) avaliar a qualidade e grau de humificação da matéria orgânica em solos com aporte de material orgânico sob manejos distintos. Partiu-se das hipóteses: (i) o maior teor de MO do solo oriundo do sistema conservacionista e as doses de calcário e gesso promoverão superestimativa da concentração dos nutrientes extraídos pela resina; (ii) a maior quantidade de compostos orgânicos oriundos da aplicação de lodo de esgoto por longo período de tempo diminuirá o poder de extração das soluções complexantes; (iii) o maior teor de matéria orgânica do solo dificultará a abertura da amostra, sendo mais eficiente a mistura de HNO3 e HCl; e (iv) as áreas de plantio direto serão separadas das áreas tratadas com lodo de esgoto pelos compostos orgânicos e o grau de humificação da MO será mais elevado nas áreas de SSD. Houve correlação significativa entre os extratores para Ca, Mg e K, mas não entre teores no solo e a concentração na planta, e não houve efeito da aplicação de calcário e gesso nas concentrações desses elementos na soja. No experimento de solo tratado por treze anos com lodo de esgoto foi observada correlação significativa entre os teores no solo e o acumulado na planta somente para Mn e Zn. As soluções ácidas extraíram maiores quantidades dos micronutrientes. No geral, os teores extraídos pela água régia aproximaram-se dos teores totais no solo, sendo observado efeito da aplicação de resíduo somente para Cu e Zn no experimento de longa duração. O fracionamento físico da MO foi mais eficiente para distinguir os manejos a que os solos foram submetidos. As áreas apresentaram similaridade em relação aos compostos orgânicos predominantes determinados por ressonância magnética nuclear. / An increase in the amount of Brazilian agricultural areas managed under no-till farming systems has been observed in recent years. In the same period has seen increasing demand for information on the variability in the soil fertility indices on which liming and fertilization recommendations are based. This variation is of concern to technicians and researchers working in regional networks of soil analysis laboratories, and to the agencies responsible for establishing recommendations for fertilizing soils. The accumulation of organic matter (OM) in soils may affect the efficiency of chemical extractants by causing physical and chemical alterations to soils, including ion-exchange reactions, reactions with soil minerals, liberation of organic anions, complexation of metallic cations, and oxi-redox reactions. This thesis aimed: (i) to determine the bioavailable concentrations of Ca, Mg, and K and the Ca:Mg:K relationship in soils, as well as the relationship between extractants and element concentrations in soybean plants grown in a no-till system amended with lime and gypsum; (ii) to evaluate the efficiency of extractants for Cu, Fe, Mn, and Zn in soils amended with sewage sludge over 13 years and cultivation with maize; (iii) to compare methods of digesting soil samples to quantify Cu, Fe, Mn, and Zn in soils amended with sewage sludge over 13 years and in soils amended with sewage sludge and composted sludge on a single application; and (iv) to assess the quality and degree of humification of OM in soils amended with OM under different management practices. Among the hypotheses tested were: (i) that higher OM concentrations in no-till system soils and amendment with lime and gypsum would lead to an overestimate in the nutrient concentrations extracted by resin; (ii) that the large amounts of organic compounds contributed by amendment with sewage sludge over a long time period would diminish the extraction strength of complexing solutions; (iii) that higher concentrations of soil OM would hamper digestion of the soil samples, making a mixture of HNO3 and HCl the most efficient; and (iv) that no-till areas would be distinguishable from areas amended with sewage sludge by organic compounds, with the degree of humification of OM higher in no-till areas. There was a significant correlation between extractants for Ca, Mg, and K, but no correlation between elemental concentrations in soils and concentrations in soybean plants; amendment with lime and gypsum had no effect on the concentrations of these elements in soybean. In the experiment involving soil amended for 13 years with sewage sludge there was only a significant correlation between Mn and Zn concentrations in soils and those in plants. Acidic solutions extracted larger quantities of micronutrients. In general, concentrations extracted by aqua regia were close to total soil concentrations, and an effect of amendment with sludge was only observed for Cu and Zn in the long-term experiment. The physical fractionation of OM was the most efficient method for correlating with the management systems. The predominant organic compounds as determined by nuclear magnetic resonance were similar across the study areas.