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UNIVERSIDADE
ESTADUAL DE LONDRINA
CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS - DEPARTAMENTO DE QUÍMICA
Alex Gibellato Pavanelli
Avaliação da fitorremediação em
solo impactado com diesel comercial
Londrina 2004
Avaliação da fitorremediação em solo impactado com diesel comercial
Relatório de conclusão do Estágio Supervisionado em Química A apresentado por Alex Gibellato Pavanelli ao Departamento de Química como parte dos requisitos para a obtenção do grau de bacharel em Química.
Supervisor(a): Dra. Carmen Luisa Barbosa Guedes
Orientador(a): Dr. Osmar Rodrigues Brito
Londrina 2004
BANCA EXAMINADORA
___________________________________________________________________________________________
Dra Carmen Luisa Barbosa Guedes – Departamento de Química – UEL
___________________________________________________________________________________________
Dr. Osmar Rodrigues Brito – Departamento de Agronomia - UEL
___________________________________________________________________________________________
Dra. Sônia Maria Nobre Gimenez – Departamento de Química – UEL
Londrina, 16 de novembro de 2004.
AGRADECIMENTOS
À minha família, que me apoiou, incentivou nos momentos difíceis e criticou
positivamente durante toda esta trajetória acadêmica.
Mestres e doutores aos quais tenho imensa gratidão pelos conhecimentos
transmitidos, amizade e companheirismo.
À Professora Carmen e ao Professor Osmar que me orientaram sempre com
responsabilidade, firmeza e dedicação.
À Lucimara Junko Koga, aluna do mestrado em agronomia e amiga que,
infelizmente, optou por mudar seus planos e se incorporou a outro projeto de
pesquisa, sem a qual este trabalho certamente não seria possível.
À imensa ajuda da querida Aline, estagiária vinculada ao departamento de
agronomia através da fundação Araucária, que, apesar de muito jovem, mostrou
ser uma pessoa madura, sempre interessada, conhecedora de seus ideais e que,
certamente, terá um brilhante futuro profissional.
A todos os meus amigos, principalmente a Milena Andrade, Karina Attisano e o
Guilherme Veiga, pois sem eles, todo o conhecimento e prestígio adquiridos não
teriam a menor importância e a vida acadêmica não teria a mínima graça. Todos
os meus amigos estarão eternamente em minhas lembranças.
À pessoa mais importante que conheci em todo este percurso, Lízia Yassumoto, a
qual amo imensamente. Mesmo que adversidades tivessem ocorrido me
impossibilitando de chegar a este ponto, somente pelo fato da Lízia haver entrado
em minha vida, todos estes anos já teriam valido a pena.
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ........................................................................................... 01 1.1 Contaminação dos Solos ........................................................................ 01
1.2 Propriedades dos solos .......................................................................... 02
1.2.1 Tipos de Solo ....................................................................................... 03
1.3 Interação do Solo com Contaminantes Orgânicos .................................. 04
1.4 Remediação do Solo ............................................................................... 05
1.4.1 Técnicas Gerais de Remediação ......................................................... 05
1.4.2 Fitorremediação ................................................................................... 06
1.4.2.1 Mecanismos da Fitorremediação ...................................................... 07
1.4.2.2 Vantagens da Fitorremediação ......................................................... 09
1.4.2.3 Limitações da Fitorremediação ......................................................... 10
1.5 O Diesel como Contaminante ................................................................. 10
1.5.1 Hidrocarbonetos Policíclicos Aromáticos (HPAs) ................................. 11
1.6 Outras Pesquisas Envolvendo Fitorremediação ..................................... 16
2 OBJETIVOS ............................................................................................... 18 2.1 Gerais ...................................................................................................... 18
2.2 Específicos .............................................................................................. 18
3 PARTE EXPERIMENTAL ......................................................................... 19 3.1 Materiais e Equipamentos ....................................................................... 19
3.2 Reagentes ............................................................................................... 19
3.3 Solo ......................................................................................................... 21
3.4 Espécies Vegetais ................................................................................... 21
3.5 Procedimentos ........................................................................................ 22
3.5.1 Avaliação da Fertilidade do Solo .......................................................... 22
3.5.1.1 Determinação da Acidez Ativa: pH em H2O e CaCl2 0,01 M ............. 22
3.5.1.2 Determinação da Acidez Trocável: Al3+ em KCl ................................ 23
3.5.1.3 Determinação de Ca2+ com EDTA .................................................... 23
3.5.1.4 Determinação de Ca2+ + Mg2+ com EDTA ......................................... 23
3.5.1.5 Determinação de K+ por Fotometria de Chama ................................ 24
3.5.1.6 Determinação de P por Espectrofotometria ...................................... 24
3.5.1.7 Determinação de Carbono Orgânico: Método de Walkley-Black ...... 25
3.5.2 Teste de Vigor das Sementes .............................................................. 25
3.5.3 Amostragem do Solo e Correção do pH .............................................. 26
3.5.4 Preparação e Aplicação de Solução Nutritiva de Plantas .................... 26
3.5.5 Contaminação do Solo e Plantio .......................................................... 27
3.5.6 Delineamento e Condução do Experimento ......................................... 29
3.5.7 Parâmetros Posteriores e Métodos de Análise .................................... 30
3.5.7.1 Análise dos Compostos Aromáticos do Diesel no Solo .................... 30
3.5.7.2 Massa Vegetal Produzida ................................................................. 31
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO ................................................................. 32 4.1 Teste de Vigor das Sementes ................................................................. 32
4.2 Correção e Fertilidade do Solo ................................................................ 33
4.3 Percentual de Emergência ...................................................................... 35
4.4 Massa Vegetal Produzida ....................................................................... 37
4.5 Degradação dos Aromáticos do Diesel no Solo ...................................... 45
5 CONCLUSÕES .......................................................................................... 55 5.1 Proposta de Continuidade ....................................................................... 56
6 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .......................................................... 57
1 INTRODUÇÃO
O homem depende do solo. E até certo ponto, bons solos
dependem do homem e do uso que deles faz. O solo é o ambiente natural em que
crescem os vegetais. O homem desfruta e utiliza estes vegetais, quer por sua
beleza, quer por sua capacidade de fornecer fibras e alimentos.
Em zonas rurais os solos são utilizados para disposição de rejeitos
domésticos mediante sistemas de esgoto assépticos. Estes sistemas estão sendo
usados cada vez mais como repositórios de outros rejeitos de origem animal,
industrial e municipal, evidenciando a importância social dos solos (Brady, 1979).
1.1 Contaminação dos Solos
Desde o século passado, as atividades humanas, industriais e a
mineração têm contribuído para extensivas contaminações dos solos
(Cunningham et al., 1995).
O petróleo e seus derivados ocupam lugar de destaque dentre os
compostos orgânicos contaminantes do solo, principalmente devido ao grande
volume produzido e usos diversos na vida moderna (Accioly e Siqueira, 2000).
Vazamentos em tanques de armazenamento localizados na
superfície e no subsolo, acidentes com veículos de transporte e disposição
inadequada dos resíduos são os principais caminhos para a contaminação do solo
e das águas subterrâneas com petróleo e seus derivados (Nadim et al., 2000). A
infiltração de derivados de petróleo no solo representa uma ameaça a importantes
recursos, põe em risco sistemas ecológicos locais e regionais. Entretanto, a
extensão da contaminação depende da capacidade deste solo de filtrar, reter ou
liberar hidrocarbonetos, fundamental na determinação do tipo e extensão da
contaminação (Fine et al., 1997).
1.2 Propriedades dos solos
As características do solo variam, horizontal e verticalmente e,
ainda, dependem do material de origem. Quando se origina de arenitos, tem maior
tendência para ser arenoso e menos fértil do que quando formado de rochas do
tipo folhelho. Suas características são inteiramente diferentes quando se
desenvolve sob climas tropicais, se comparado às condições árticas ou
temperadas (Brady, 1979).
Existem diferentes sistemas de organização e classificação dos
solos. No Brasil, o novo sistema adotado é resultado da fusão de metodologias
utilizadas em outros países, resultando na atualização dos sistemas anteriormente
utilizados (Oliveira et al., 1991).
1.2.1 Tipos de Solo
a) Solos minerais
Solos minerais (inorgânicos) são aqueles que, nas camadas
superficiais, o teor de matéria orgânica é comparativamente reduzido, variando
geralmente de 1 a 10 por cento, em contraste com os solos de alagadiços,
pantanosos e de brejos que, comumente, contêm 80 a 95 por cento de matéria
orgânica. Ocupando elevada proporção de área total da terra, os solos minerais
assumem maior importância do que os orgânicos e, assim, merecem maior
atenção.
Os solos minerais contêm quatro componentes principais:
substâncias minerais, matéria orgânica, água e ar. Encontram-se geralmente em
estado adiantado de subdivisão e tão intimamente misturados que se torna
sobremodo difícil uma separação satisfatória. Esta combinação íntima dos
componentes principais dos solos normais favorece tanto as reações simples
quanto as complexas, e possibilita um ambiente ideal para o crescimento vegetal.
O solo mineral típico abriga uma variada população de organismos
vivos. Em campo, o escalonamento completo em tamanhos, desde minhocas e
insetos às bactérias e microorganismos diversificados, ocorre comumente nos
solos normais.
b) Solos orgânicos
São solos com muito maior conteúdo de matéria orgânica, sendo
que, aqueles que são aproveitados na agricultura atingem uma média de 80% de
matéria orgânica. Acham-se também classificados como Histossolos (Brady,
1979).
1.3 Interação do Solo com Contaminantes Orgânicos
Produtos de petróleo podem ser retidos pelos sólidos do solo,
tanto por infiltração e retenção nos poros como por adsorsão à superfície das
partículas. As propriedades químicas e físicas da parte sólida do solo, incluindo o
estado de hidratação, textura e matéria orgânica, controlam o grau de penetração
e adsorsão dos hidrocarbonetos.
Como os derivados de petróleo são constituídos por componentes
que apresentam diferentes pressões de vapor, as taxas de volatilização para cada
componente irão diferir de modo que os mais voláteis irão se difundir pelos poros
do solo. Os componentes não volatilizados permanecerão no solo, havendo
contaminação (Fine et al. 1997).
1.4 Remediação do Solo
As técnicas de remediação, em sua maioria, baseiam-se em
processos de engenharia e são direcionadas para aumentar a capacidade de
extração dos poluentes por meio da aplicação de calor, sulfactantes ou ácidos, ou
pela manipulação física do solo contaminado. Estes processos têm custos elevados
e são realizados com dificuldade, tendo, muitas vezes, eficácia questionável.
Mais recentemente tem-se buscado alternativas tão eficientes
quanto as já existentes, mas com menores custos, sendo a biorremediação (ação
microbiana) e a fitorremediação novas possibilidades, por serem fundamentadas
em processos naturais, relativamente simples e de baixo custo (Accioly e Siqueira,
2000; Cunningham et al., 1995).
1.4.1 Técnicas Gerais de Remediação
Muitos processos físicos, químicos e biológicos estão sendo
usados para remediar solos contaminados. Tais processos atuam removendo ou
estabilizando o contaminante. A estabilização não reduz a quantidade do poluente,
mas, altera-se suas propriedades químicas facilitando o seqüestro ou a adsorção
do contaminante, reduzindo assim os ricos ao ambiente.
A escolha da estratégia de remediação depende principalmente da
natureza do contaminante. Os metálicos, por exemplo, são de difícil remoção.
Solos contaminados com metais são geralmente escavados e o local
repreenchido, embora alguns locais hoje sejam tratados por processos físico-
químicos ou eletroquímicos. Solos contaminados com compostos orgânicos
podem ser tratados por processos térmicos a vapor ou dessorção (para
compostos voláteis ou semivoláteis), lavagem do solo ou repreenchimento.
Certamente contaminantes orgânicos como hidrocarbonetos de petróleo são
susceptíveis a ataques microbiológicos.
Os custos relacionados à remediação do solo são muito variáveis
e dependem do contaminante, das propriedades e do tipo de solo, condições
locais e volume de material depositado (Cunningham et al., 1995).
1.4.2 Fitorremediação
A fitorremediação é um método que pode ser utilizado para
‘limpar’ locais com contaminação moderada e superficial. É baseada na
estimulação dos microorganismos pelas raízes das plantas, pois a rizosfera é um
ambiente ideal para a proliferação microbiana. Além disso, é uma fonte de
alimento que consiste principalmente em aminoácidos, ácidos orgânicos,
açúcares, enzimas e carboidratos complexos.
Até hoje, uma grande variedade de espécies gramíneas,
leguminosas e árvores de crescimento rápido com alta taxa de transpiração, como
a alfafa e o salgueiro, têm sido aplicadas para fitorremediação. Estas plantas
oferecem grande área de contato da raiz com o solo devido ao extenso sistema
radicular. Vários estudos mostraram o efeito estimulante da rizosfera sobre
bactérias capazes de degradar, principalmente, hidrocarbonetos. Isso mostra que
a remediação de solos contaminados com petróleo pode ser alcançada mediante
o cultivo de plantas (Tesar et al., 2002).
1.4.2.1 Mecanismos da Fitorremediação
A fitorremediação é uma estratégia da biorremediação que consiste
basicamente em um sistema biológico “movido” a luz solar, funcionando como
bombas com extensa rede de absorção ou transformação, formada pelo sistema
radicular e a rizosfera, que aumenta a capacidade extrativa ou degradadora,
acelerando a limpeza ou descontaminação do solo (Accioly e Siqueira, 2000).
Segundo Carman et al. (1998), a ação pode ser direta da planta,
com remoção dos contaminantes, degradação, volatilização ou acumulação; ou
indireta, pelo estímulo da presença da vegetação sobre a microbiota rizosférica.
De acordo com diferentes pesquisadores, os efeitos da planta
sobre os contaminantes no solo podem ser resumidos em:
Fitoextração: quando as plantas acumulam o contaminante, podendo haver
tratamento posterior do poluente contido na planta. Os poluentes orgânicos do
solo podem ser translocados para os tecidos da planta e subseqüentemente
volatilizados. Estes também podem ser seqüestrados nos vacúolos ou fixados
nas estruturas celulares insolúveis como a lignina. A fitovolatilização é uma
parte estabelecida no ciclo de vida da planta. As plantas podem oferecer vários
caminhos de intermediação da transferência dos contaminantes, que fluem
através da planta e são convertidos em formas mais voláteis. Assim, o termo
fitovolatilização é geralmente associado à remediação.
Fitodegradação: quando a planta, a partir das enzimas excretadas pelas raízes
(nitroredutases, desalogenases, lacases) ou a microflora associada convertem
o poluente em outras substâncias menos tóxicas. A estimulação da atividade
microbiológica na zona rizosférica das plantas pode ser de forma direta: devido
à transpiração da raiz afetando sua vizinhança imediata; ou indireta: devido à
aeração causada pelo crescimento das raízes da planta e seu consumo da
água do solo.
Fitoestabilização: quando o poluente fica retido ou inativo no tecido vegetal ou
na matriz do solo. Este 'seqüestro' é realçado pela ação da planta e da
microflora (Davis et al., 2002; Alkorta e Garbisu, 2001; Accioly e Siqueira,
2000).
A fitodegradação é bem sucedida quando as raízes da planta são
capazes de capturar o contaminante e integrá-lo ao metabolismo, bem como
quando o poluente for passível de ataque dos microorganismos associados. Esta
bioavaliação depende, além da natureza da substância poluente, do tipo de solo
(percentual de matéria orgânica, pH, quantidade de argila, etc.) e da idade do
contaminante (Davis et al., 2002).
1.4.2.2 Vantagens da Fitorremediação
Para remediar grandes concentrações de contaminante em
pequenas áreas, outros meios podem ter maior eficiência, mas para grandes
áreas com baixos níveis de contaminação, processos biológicos como a
fitorremediação geralmente são os mais econômicos.
O uso de plantas é uma alternativa a ser considerada devido ao
seu baixo custo, que estão entre US$ 0,02 e 1,00 por m3, quando comparado a
outros processos físico-químicos, nos quais, em média, os custos de remediação
para compostos voláteis ou solúveis em água variam de US$ 10 a 100 por m3 de
solo para remediação in situ, US$ 60 a 300 por m3 para compostos manejados
para repreenchimento ou tratamentos térmicos de baixa temperatura e
aproximadamente US$ 200 por m3 para aqueles que exigem manejo especial ou
altas temperaturas (Cunningham et al., 1995).
Para estimular a biorremediação, pode-se obter os mesmos
efeitos com a adição de substâncias como o melaço e fertilizantes, mas o custo de
suas aplicações pode ser muito alto comparando-se ao uso de plantas (Davis et
al., 2002).
1.4.2.3 Limitações da Fitorremediação
As plantas são organismos vivos e suas raízes precisam de
oxigênio, água e nutrientes. A textura do solo, o pH, a salinidade e a concentração
do poluente deve estar dentro dos limites de tolerância da planta (Cunningham et
al., 1995).
Embora as plantas tenham a capacidade de degradar ou
seqüestrar muitos compostos tóxicos, elas são sensíveis a muitos outros. Os
herbicidas, por exemplo, são, por definição, tóxicos às plantas, geralmente mesmo
em baixas concentrações. Muitos contaminantes apresentam toxicidade
específica, inibindo a ação de enzimas metabólicas (Davis et al., 2002).
A fitorremediação é um processo geralmente mais lento do que os
processos físico-químicos, podendo ser considerado como um tratamento a longo
prazo, que deve ser empregado em grandes áreas (Cunningham et al., 1995).
1.5 O Diesel como Contaminante
O óleo diesel é uma complexa mistura de hidrocarbonetos de
petróleo, contendo tanto compostos voláteis, alcanos de baixo peso molecular os
quais são potencialmente fitotóxicos, e naftalenos que podem interferir no
desenvolvimento normal das plantas. Além disso, os hidrocarbonetos
poliaromáticos (HPAs) encontrados no diesel têm consideração particular, uma
vez que são persistentes no solo e no ambiente. Dos óleos combustíveis de
destilação média, o diesel é o que tem o maior conteúdo de HPAs e aromáticos
totais, o que pode tornar muito mais difícil sua remediação (Adam e Duncan,
1999). Além disso, sua composição química é muito variável, e as proporções
relativas dos hidrocarbonetos parafínicos, olefínicos, naftênicos e aromáticos
dependem da origem do petróleo, do processamento e do tratamento a que foi
submetido (Campos, 1979).
Crafts e Reiber (1948) verificaram que a fitotoxicidade aumenta na
seguinte ordem: gasolina, querosene, diesel e óleos pesados. Isto indica que as
frações leves do combustível causam menos danos às plantas do que as frações
mais pesadas, seja por que são menos tóxicas ou porque são mais voláteis e,
assim, perdidos com mais facilidade. A fração volátil do diesel comercial
corresponde de 5 a 10% do total na maioria dos casos (Adam e Duncan, 2002).
1.5.1 Hidrocarbonetos Policíclicos Aromáticos (HPAs)
Os hidrocarbonetos policíclicos aromáticos (HPAs) constituem
uma família de compostos que se caracterizam pela existência de 2 ou mais anéis
aromáticos condensados em sua estrutura. Estas substâncias, bem como seus
derivados nitrados e oxigenados, têm ampla distribuição e são encontrados como
constituintes de misturas complexas em todos os compartimentos ambientais
(Netto et al., 2000).
Tabela 1 – Hidrocarbonetos poliaromáticos (HPAs) classificados como principais poluentes pela “U.S. Environmental Protection Agency” (EPA) (Kumke et al., 1995).
HPAs Nome Peso molecular
Nº de anéis
λ máximo de
absorção (nm)
λ máximo de
emissão (nm)
Naftaleno 128 2 319 302 322
Acenaftileno 152 3 456 324 541
Acenafteno 154 3 320 300 347
Fluoreno 166 3 300 310
Fenantreno 178 3 346 330 364
HPAs Nome Peso molecular
Nº de anéis
λ máximo de
absorção (nm)
λ máximo de
emissão (nm)
Antraceno 178 3 374 356 399
Fluoranteno 202 4 359 462
Pireno 202 4 372 336 383
Benz[a] Antraceno 228 4 385
300 385
Criseno 228 4 362 321 381
Benzo[k] Fluoranteno 252 5 402
308 402
HPAs Nome Peso molecular
Nº de anéis
λ máximo de
absorção (nm)
λ máximo de
emissão (nm)
Benzo[b] Fluoranteno 252 5 369
302 446
Benzo[a] Pireno 252 5 404
385 403
Benzo[g,h,i] Perileno 276 6 406
300 419
Indeno[1,2,3-cd]pireno 276 6 460
302 503
Dibenz[a,h] Antraceno 278 5 394
322 394
Os HPAs estão altamente espalhados por toda a natureza devido
a muitas atividades antropogênicas poluentes. Eles têm sido considerados como
compostos de alto risco à saúde devido à sua conhecida estabilidade química e
alta toxicidade (Andreoni et al., 2004).
Tabela 2 - Níveis de HPAs comumente encontrados nos compartimentos da natureza (Netto et al., 2000).
Tipo de amostra Concentração
Ar 1,3 a 500 ng/m3
Solo 0,8 ng/kg – 100 mg/kg
Água 2,5 a 500 ng/L
Plantas < 150 µg/kg
Alimentos 0,1 a 20 µg/kg
HPAs presentes no solo apresentam atividade tóxica a plantas,
microorganismos e invertebrados. Os microorganismos são os melhores
indicadores da poluição do solo (Andreoni et al., 2004). De maneira geral, os
HPAs e seus derivados estão associados ao aumento da incidência de diversos
tipos de câncer no homem. Vários componentes deste grupo, na forma original ou
decomposta, são capazes de reagir diretamente com o DNA, tornando-se
potenciais agentes carcinógenos e eficientes mutagênicos (Netto et al., 2000).
Muitos pesquisadores vêm desenvolvendo trabalhos com objetivo
de encontrar alternativas apropriadas para remover os contaminantes do ambiente
ou transformá-los em componentes menos tóxicos.
Técnicas de biorremediação têm sido alternativas atraentes para a
recuperação de locais contaminados com HPAs, pois sabe-se que muitos
microorganismos são capazes de mineralizá-los ou reduzi-los a espécies menos
tóxicas (Andreoni et al., 2004).
1.6 Outras Pesquisas Envolvendo Fitorremediação
Vários pesquisadores têm estudado o comportamento das plantas
em solo contaminado com compostos aromáticos. Muitos estudos estão
direcionados à identificação de espécies de plantas e dos microorganismos
degradadores e também ao monitoramento da degradação de moléculas
específicas de alguns HPAs.
Aprill e Sims (1990) mostraram que o desaparecimento de vários
hidrocarbonetos poliaromáticos (HPAs) foi significativamente mais rápido em solos
plantados com uma variedade de espécies de gramas de pradaria do que em solo
sem vegetação.
Ferro et al. (1994) demonstraram que algumas espécies de trigo
promoveram mineralização e remoção do pentaclorofenol do solo. No mesmo
sistema, o fenantreno (HPA simples) foi mineralizado com ou sem a presença de
plantas. Porém, Olson et al. (2001) verificaram concentrações de naftaleno,
fenantreno e pireno cerca de duas a dez mil vezes menores na área superficial
rizosférica do que em solo mais profundo.
Ferro et al. (1997), utilizando-se de um solo do tipo arenoso,
verificaram através do cultivo da espécie gramínea Lolium perenne um grande
aumento na degradação de vários HPAs nos dois primeiros meses de tratamento,
quando comparado a solos sem plantas porém corrigidos quimicamente; e muito
maior quando comparado a solos sem correção, com pH baixo. Contudo, após 8
meses de tratamento houve poucas modificações significativas.
Andreoni et al. (2004) estudaram o decréscimo na concentração
de HPAs, principalmente do fenantreno, em solos da Bélgica. Na cultura de mais
rápida degradação do fenantreno, algumas espécies de bactérias degradadoras
foram identificadas, como: Achromobacter xylosoxidans, Methylobacterium sp.,
Rhizobium galegae, Rhodococcus aetherovorans, Stenotrophomonas
acidaminiphila, Alcaligenes sp. e Aquamicrobium defluvium.
2 OBJETIVOS
2.1 Gerais
Avaliar o potencial de espécies vegetais brasileiras para remediar
solos contaminados com diesel.
2.2 Específicos
• Avaliar alterações dos componentes aromáticos do diesel
comercial em solos cultivados com gramíneas e leguminosas.
• Avaliar o potencial de fitorremediação de diferentes espécies
vegetais, adaptadas às condições climáticas do Brasil, em solo
contaminado com diesel comercial.
• Avaliar a produção de biomassa vegetal de seis espécies (4
gramíneas e 2 leguminosas) cultivadas em amostras de solo
com diferentes níveis de contaminação com diesel.
3 PARTE EXPERIMENTAL
3.1 Materiais e Equipamentos
• 108 vasos plásticos de 15 cm de altura e 14 cm2 de abertura superior
• Sacos plásticos de 40x28 cm
• Balança analítica, Marte A200
• Balança semi-analítica, Gehaka BG 1000
• Balança Filizola, carga máxima 16 kg
• Mesa agitadora, TECNAL
• Mesa agitadora, TE-140 TECNAL
• Fotômetro, FEMTO Colorímetro 430C com Fluxo contínuo EVLAB - EV:013
• Fotômetro de chama, B262; Compressor DIA-PUMP Modelo C FANEM Ltda.
• Espectrofluorofotômetro, SHIMADZU RF-5301PC com Lâmpada de Xe
• pHmetro, Marte digital com termocompensador
3.2 Reagentes
• Ácido ascórbico, grau P.A. Nuclear
• Ácido bórico, grau P.A. Merck
• Ácido clorídrico concentrado, grau P.A. Quimex
• Ácido fosfórico concentrado, grau P.A. Synth
• Ácido sulfúrico concentrado, grau P.A. Quimex
• Carbonato de cálcio, grau P.A. Cinética Química Ltda.
• Cianeto de potássio, grau P.A. Biotec Reagentes Analíticos
• Cloreto de amônio, grau P.A. Nuclear
• Cloreto de cálcio, grau P.A. Reagen; Quimibrás S/A
• Cloreto férrico hexahidratado, grau P.A. Merck
• Cloreto de manganês tetrahidratado, grau P.A. Merck
• Cloreto de potássio, grau P.A. Biotec Reagentes Analíticos; Synth
• Diclorometano, grau P.A. Synth
• Dicromato de potássio, grau P.A. Biotec Reagentes Analíticos
• Difenilamina, grau P.A. Nuclear
• EDTA dissódico dihidratado, grau P.A. Dinâmica Reagentes Analíticos
• Fosfato de amônio dibásico, grau P.A. Reagen
• Fosfato de potássio dibásico, grau P.A. Reagen
• Hidróxido de amônio concentrado, grau P.A. Nuclear
• Hidróxido de sódio, grau P.A. ACS Quimex
• Molibdato de Amônio tetrahidratado, grau P.A. Synth
• Molibdato de sódio dihidratado, grau P.A. Merck
• Óleo Diesel comum retirado na bomba, Auto Posto Universitário, R. Pref. Faria
Lima 1040 Londrina - PR. (Densidade 0,854 g.cm–3).
• Subcarbonato de bismuto, grau P.A. Biotec Reagentes Analíticos
• Sulfato de cobre pentahidratado, grau P.A. Synth
• Sulfato Ferroso heptahidratado, grau P.A. Nuclear
• Sulfato de magnésio heptahidratado, grau P.A. Nuclear
• Sulfato de potássio, grau P.A. Biotec Reagentes Analíticos
• Sulfato de sódio, grau P.A. Merck
• Sulfato de zinco heptahidratado, grau P.A. Nuclear
• Trietanolamina, grau P.A. Nuclear
3.3 Solo
O solo utilizado para contaminação foi um latossolo amarelo
distrófico típico, de textura arenosa, coletado no município de Jaguapitã - PR.
3.4 Espécies Vegetais
Foram selecionadas seis diferentes espécies: 4 gramíneas e 2
leguminosas. Levou-se em consideração a disponibilidade de sementes,
rusticidade e ciclo de crescimento rápido. As plantas escolhidas com seus nomes
usuais, científicos e sua classificação estão dispostas a seguir na Tabela 3.
Tabela 3 - Plantas selecionadas para verificação do potencial de fitorremediação.
Nome usual Nome científico Classificação
Feijão de porco Canavalia ensiformis Leguminosa
Crotalária Crotalaria spectabilis Leguminosa
Capim tanzânia Panicum maximum Gramínea
Braquiária Braquiaria decumbens Gramínea
Capim colchão Digitaria horizontalis Gramínea
Pé-de-galinha gigante Eleunine coracana Gramínea
3.5 Procedimentos
3.5.1 Avaliação da Fertilidade do Solo
Por meio de análises químicas, seguindo os métodos de rotina
para análise de solo utilizados nos laboratórios do IAPAR, descritos em Pavan et
al. (1992), foi avaliada a disponibilidade de elementos essenciais: Ca, Mg, K e P;
matéria orgânica e Al (tóxico). Além disso, foram executadas medidas de pH.
Todas as análises foram executadas sempre em triplicata e conduzindo-se provas
em branco.
3.5.1.1 Determinação da Acidez Ativa: pH em H2O e CaCl2 0,01 M
Foram transferidos 10 cm3 de TFSA (Terra fina seca ao ar) para
Erlenmeyer de 125 mL e adicionados 25 mL de H2O deionizada para medida em
água e, separadamente 25 mL de solução de CaCl2 0,01 M para esta medida.
Agitou-se por 15 minutos a 250 rpm. Após 30 minutos de decantação foram
executadas as leituras no potenciômetro.
3.5.1.2 Determinação da Acidez Trocável: Al3+ em KCl
Transferiu-se 10 cm3 de TFSA para Erlenmeyer de 125 mL e
adicionados 100 mL de KCl 1 N. Agitou-se por 15 minutos a 250 rpm e deixado
repousando por uma noite. Em seguida transferiu-se 15 mL do sobrenadante para
Erlenmeyer de 125 mL, adicionando-se 25 mL de água deionizada. A solução foi
então titulada com NaOH 0,015 N com indicador azul de bromotimol.
3.5.1.3 Determinação de Ca2+ com EDTA
Seguido o mesmo método de extração para a determinação de
Al3+, transferiu-se 25 mL do sobrenadante para Erlenmeyer de 125 mL e
adicionou-se 4 mL de solução coquetel para cálcio (Solução contendo 100 g de
NaOH e 25 mL de trietanolamina concentrada por litro). A solução foi titulada com
Na2EDTA 0,01 M utilizando-se 4 gotas de indicador calcon.
3.5.1.4 Determinação de Ca2+ + Mg2+ com EDTA
Do extrato utilizado para determinação de Al3+ e Ca2+, foram
transferidos 25 mL do sobrenadante para Erlenmeyer de 125 mL, adicionando-se
40 mL de água deionizada e 4 mL de solução tampão pH 10 *. Titulou-se a
amostra com Na2EDTA 0,01 M e 4 gotas de indicador negro de eriocromo-T.
* Solução tampão pH 10: 68,0 g de NH4Cl; 570 mL de NH4OH concentrado; 0,61
g de MgSO4.7H2O; 0,93 g de Na2EDTA.2H2O; 50 mL de KCN 10%; 100 mL de
trietanolamina; volume completado com água deionizada para um litro de solução.
3.5.1.5 Determinação de K+ por Fotometria de Chama
O potássio e o fósforo disponíveis do solo são extraídos com
solução de Mehlich-1 (H2SO4 0,025 N + HCl 0,05 N), preparada pela mistura de 25
mL de H2SO4 1 N e 50 mL de HCl 1 N para 1 litro de solução. Foram transferidos 5
cm3 de TFSA para Erlenmeyer de 125 mL e adicionados 50 mL da solução de
Mehlich-1. Agitou-se por 5 minutos a 250 rpm e deixou-se decantar por uma noite.
Para determinação foram pipetados 20 mL do extrato e efetuada a leitura no
fotômetro de chama.
3.5.1.6 Determinação de P por Espectrofotometria
Utilizando a mesma metodologia de extração da determinação de
potássio, foram pipetados 5 mL do sobrenadante e transferidos para tubo de
ensaio. Adicionou-se então 10 mL de solução de Molibdato de amônio * e uma
pitada de ácido ascórbico. Após 30 minutos foi executada a leitura no
espectrofotômetro a 630 nm.
* Solução de Molibdato de amônio: 2g de (BiO2)CO3 dissolvidos em 500 mL de
água deionizada e 150 mL de H2SO4; 20 g de (NH4)6Mo7O24.4H2O dissolvidos em
200 mL de H2O deionizada; volume da mistura completado para 1 litro. Transferir
300 mL desta solução para balão de 1 L e completar o volume com água
deionizada.
3.5.1.7 Determinação de Carbono Orgânico: Método de Walkley-Black
Transferiu-se 1 cm3 de TFSA para Erlenmeyer de 250 mL,
adicionou-se 10 mL de K2Cr2O7 1 N e 10 mL de H2SO4 concentrado. Deixou-se
esfriar a mistura por cerca de 30 minutos e adicionou-se 50 mL de água
deionizada e 3 mL de H3PO4 concentrado. A solução foi titulada com FeSO4 1 N e
0,5 mL de indicador difenilamina (1% em H2SO4), titulando-se, também, uma prova
em branco.
3.5.2 Teste de Vigor das Sementes
O vigor das sementes foi testado semeando-se em vasos
contendo areia limpa, sem nenhum tipo de nutriente, e água desmineralizada.
Após 15 dias foram observadas as emergências das diferentes espécies vegetais.
3.5.3 Amostragem do Solo e Correção do pH
Foram pesadas, armazenadas em sacos plásticos e separadas
140 amostras (32 sobressalentes) de 2 kg de solo seco.
O pH do solo foi corrigido utilizando-se 3,30 g de CaCO3 por saco
de 2 kg de solo seco. O CaCO3 foi adicionado e o saco foi vigorosamente agitado
até não ser mais possível a observação de carbonato acumulado. Posteriormente
adicionou-se a todas as amostras 480 mL de água deionizada (70% da
capacidade máxima de retenção de água do solo) e o solo foi armazenado durante
30 dias para ação do calcário, permitindo a redução da acidez ou neutralização do
solo. Após este período, o solo foi posto a secar, para posterior recepção de
solução de nutrientes.
3.5.4 Preparação e Aplicação de Solução Nutritiva de Plantas
Para evitar limitação do crescimento das plantas por restrição à
disponibilidade de nutrientes, aplicou-se uma solução contendo macro e
micronutrientes, descrita em Oliveira et al. (1991) e utilizada com freqüência em
estudos com solos. Os nutrientes, seu composto fonte e as quantidades por litro
de solução são mostrados na Tabela 4.
Tabela 4 – Fontes de nutrientes e concentrações requeridas para a adubação básica de um solo (Oliveira et al., 1991).
Nutriente Fonte Concentração (g L-1)
N NH4H2PO4 24,64
P KH2PO4 10,39
K K2SO4
Na2SO4
3,370
2,220
B H3BO3 0,139
Cu CuSO4.5H2O 0,185
Fe FeCl3.6H2O 0,225
Mn MnCl2.4H2O 0,395
Mo NaMoO4.2H2O 0,010
Zn ZnSO4.7H2O 0,528
Foram preparados 10 L desta solução. Oliveira et al. (1991) indica
a aplicação de 100 mL de solução para cada 3 kg de solo. Logo, foram aplicados
67 mL em cada recipiente contendo 2 kg de solo.
3.5.5 Contaminação do Solo e Plantio
O solo foi então contaminado com diesel comercial em
concentrações de 1, 2 e 4% (msolo/vdiesel), que correspondem a 17, 34 e 68 g/kg,
além de vasos sem contaminação, a fim de se obter parâmetros de comparação
do desenvolvimento das plantas em solo contaminado. O volume do óleo foi
medido em proveta, adicionado aos poucos e o saco foi agitado vigorosamente
por cerca de 1 a 2 minutos para se promover a homogeneização da mistura.
Depois de selecionadas as sementes, os vasos foram semeados
retirando-se uma camada de solo, colocando-se as sementes com distribuição
uniforme e as recobrindo com a camada de solo retirada. A quantidade de
sementes por vaso está mostrada na Tabela 5.
Tabela 5 - Número de sementes por espécie.
Planta Nº de sementes/vaso
Feijão de porco 10
Crotalária 20
Capim tanzânia 30
Braquiária 30
Capim colchão 30
Pé-de-galinha gigante
30
Estes números foram baseados nos resultados do teste de vigor
das sementes, a fim de se otimizar a produção, considerando-se todos os níveis
de contaminação.
Foram utilizados vasos-controle, isentos de vegetação, nos teores
1, 2 e 4% (msolo/vdiesel) de contaminação. Para cada combinação espécie/teor de
contaminante, e também para os vasos-controle, foram utilizadas 4 repetições,
totalizando 108 vasos, todos identificados por numeração exclusiva.
3.5.6 Delineamento e Condução do Experimento
O experimento foi conduzido em uma estufa do Departamento de
Agronomia da Universidade Estadual de Londrina (UEL).
Os vasos foram distribuídos sobre duas mesas de 1x3m com
delineamento inteiramente casualizado, sendo os vasos trocados de posição a
cada 4 dias.
A irrigação se deu a cada 2 dias e, após cerca de 35 dias de
tratamento, foi irrigado quando necessário, uma vez que a planta ao atingir maior
porte há um maior consumo de água. A perda de umidade do solo foi averiguada e
controlada por pesagem dos vasos no local.
Após 15 dias do plantio, foi verificado o percentual de emergência
das plantas e promoveu-se o desbaste, deixando um mesmo número de plantas
por vaso nas diferentes repetições da mesma espécie (Tabela 6). Após este
ponto, nenhuma outra planta foi removida, ocorrendo crescimento natural até o
final do tratamento, delimitado em 45 dias.
Tabela 6 – Quantidade máxima fixada, em 15 dias, de plantas por vaso.
Espécie Nº máximo de plantas/vaso
Feijão de porco 2
Crotalária 8
Capim tanzânia 8
Braquiária 8
Capim colchão 8
Pé-de-galinha gigante 8
O número reduzido de plantas por vaso na espécie feijão de porco
se deve ao maior porte da planta em relação às demais, com extensa área
radicular.
3.5.7 Parâmetros Posteriores e Métodos de Análise
3.5.7.1 Análise dos Compostos Aromáticos do Diesel no Solo
Foram coletadas amostras de solo no tempo zero e 45 dias após o
plantio para análise dos aromáticos presentes. A amostragem foi executada de
forma multipontual, ou seja, para cada 4 vasos em repetição, foram retiradas
alíquotas equivalentes de solo que, misturadas, formam uma amostra composta
para cada combinação espécie/concentração ou controle.
O solo, após ter sido coletado, foi submetido primeiramente a
procedimento de secagem a vácuo, no qual o solo foi espalhado sobre papel filtro
em funil de Büchner e submetido a sucção por 90 minutos.
O diesel do solo foi extraído utilizando-se 20 g de solo e 100 mL
de diclorometano, transferidos para Erlenmeyer de 500 mL que foi vedado com
várias camadas de filme plástico para evitar a perda do solvente por volatilização.
Agitou-se por 60 minutos e, em seguida, filtrou-se o material em funil comum,
armazenando-se o extrato em frasco âmbar, lacrando-se a tampa com filme
plástico e armazenado-se em geladeira a 3ºC. Foram, então, posteriormente,
realizadas as leituras no Espectrofluorofotômetro, dos extratos com volumes
normalizados a 100 mL, obtendo-se espectros de fluorescência com faixa de
excitação iniciando em 230 nm e faixa de emissão de 250 a 800 nm.
3.5.7.2 Massa Vegetal Produzida
Na avaliação de 45 dias, coletou-se a parte aérea de cada planta
mediante corte na região do coleto. Estas foram, primeiramente, submetidas a
processo de lavagem, passando-se em água de torneira, água destilada e água
deionizada, a fim de retirar o solo e poeira adsorvidos. Posteriormente, o material
vegetal foi embalado em sacos de papel devidamente identificados e
encaminhado para secagem em estufa com circulação forçada de ar, mantida a
temperatura constante de 65ºC por aproximadamente 90 horas. A produção de
biomassa de cada espécie foi então obtida mediante pesagem dos materiais
secos.
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO
4.1 Teste de Vigor das Sementes
Foram observadas as emergências em 7, 10 e 15 dias após o
plantio em areia, os resultados estão dispostos na Tabela 7.
Tabela 7 – Resultados do Teste de vigor com as diferentes espécies vegetais utilizadas no experimento.*
Espécies Nº sementes Contagem de plântulas % de germinação
7 dias 10 dias 15 dias
Feijão de porco 15 0 13 14 93%
Crotalária 20 18 18 18 90%
Capim tanzânia 20 0 1 7 35%
Braquiária 20 5 11 11 55%
Capim colchão 20 7 7 9 45%
Pé-de-galinha gigante 20 0 17 18 90%
* Teste realizado no laboratório de sementes do departamento de Agronomia
As sementes das espécies feijão de porco, crotalária e pé-de-
galinha gigante mostraram bons resultados. As demais gramíneas mostraram
resultados intermediários de vigor. Este teste serviu de base para a definição do
número de sementes que seriam utilizadas no experimento, uma vez que o
objetivo era o de se obter um balanço na distribuição das espécies.
4.2 Correção e Fertilidade do Solo
O termo fertilidade se refere à capacidade intrínseca de um solo
para fornecer nutrientes aos vegetais em quantidades adequadas e em
proporções convenientes. A fertilidade é apenas um entre vários fatores que
determinam a magnitude dos rendimentos nas culturas.
A aplicação de corretivos de acidez e de fertilizantes é
necessidade freqüente em quase todos os experimentos a serem conduzidos
nesta área, mesmo que o objetivo não seja o estudo da fertilidade. O pH ideal do
solo depende da cultura a ser estudada e do objetivo do trabalho, mas, de modo
geral, um valor em torno de 6,0 é satisfatório para a maioria das culturas (Brady,
1979; Oliveira et al., 1991).
As medidas de pH do solo, antes e após a correção com CaCO3,
mostram que o solo apresentava-se moderadamente ácido e após ser corrigido,
atingiu-se um pH considerado ideal.
Tabela 8 - Teores de Ca, Mg, K, Al, P e Matéria orgânica (%); e pH (CaCl2 e H2O) do solo antes e após a correção e fertilização.
Elemento Antes Após
Ca2+ (cmolc/dm3) 2,1 3,9
Mg2+ (cmolc/dm3) 1,5 1,4
K+ (cmolc/dm3) 0,13 0,53
Al3+ (cmolc/dm3) 0,04 0,09
P (ppm) 0,182 19,5
MO (%) 1,46 1,23
pH CaCl2 4,4 6,1
pH H2O 5,2 6,4
Os metais Ca e K tinham valores considerados de médio a baixo e
o Al (tóxico) encontrava-se em baixo teor; o Mg tinha valor considerado alto. O
teor de matéria orgânica era baixo, como já era previsto, uma vez que trata-se de
solo mineral e o teor de fósforo encontrava-se muito baixo. Após a fertilização, os
níveis de todos os minerais aumentaram consideravelmente, embora o teor de Al
tenha tido apenas uma pequena variação, o que é bom. O Mg manteve-se
praticamente estável, pois este metal não estava incluído na formulação do
fertilizante. O aumento no teor de P foi de mais de 100 vezes e a matéria orgânica
sofreu um pequeno decréscimo. Estas variações nos teores de Al e matéria
orgânica podem ser devidas principalmente pela alteração do pH.
Esta avaliação nos permite dizer que o desenvolvimento dos
vegetais não poderia ser prejudicado pela acidez ou pela falta de nutrientes no
solo. Sendo assim, as complicações na germinação e crescimento das espécies
durante o experimento devem ser atribuídas a outros fatores críticos, sendo a
dose de contaminante o principal deles.
4.3 Percentual de Emergência
O percentual de emergência das sementes foi avaliado 12 dias
após o plantio, obtendo-se os seguintes resultados:
Tabela 9 - Percentual de emergência das espécies após 12 dias
Espécie Teor de
contaminação (msolo/vdiesel)
Nº de sementes Nº médio de
plântulas emergidas
Percentual de Emergência
Feijão de
porco
0%
1%
2%
4%
10
10
10
10
5,5
8,5
8,0
0,75
55%
85%
80%
7,5%
Crotalária
0%
1%
2%
4%
20
20
20
20
13
9,8
3,75
0
65%
49%
19%
0,0%
Capim
tanzânia
0%
1%
2%
4%
30
30
30
30
12
3,3
1,5
0
40%
11%
5,0%
0,0%
Espécie Teor de
contaminação (msolo/vdiesel)
Nº de sementes Nº médio de
plântulas emergidas
Percentual de Emergência
Braquiária
0%
1%
2%
4%
30
30
30
30
10
9,8
7,5
0,25
33%
33%
25%
0,8%
Capim
colchão
0%
1%
2%
4%
30
30
30
30
1,3
1,8
1,0
0
4,3%
6,0%
3,3%
0,0%
Pé-de-galinha
gigante
0%
1%
2%
4%
30
30
30
30
15
11
9,8
3,8
50%
37%
33%
13%
Neste ponto, algumas espécies como o crotalária, a braquiária e o
pé-de-galinha gigante mostravam resultados inesperados quando comparam os
níveis 0 e 1%. As outras espécies apresentaram resultados normais, com
decréscimo ou atraso na germinação da semente. Apesar de ter havido bom
percentual de emergência, pelo menos para os 3 primeiros níveis de
contaminação, algumas espécies morreram com o decorrer do experimento, não
apresentando produção significativa de massa no final de 45 dias.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 1 2 3 4
% Diesel
% E
mer
gênc
ia
Feijão de Porco
Crotalária
Capim Tanzânia
Braquiária
Capim Colchão
Pé-de-Galinha
Figura 1 – Percentual de emergências das diferentes espécies em função da concentração de diesel.
Adam e Duncan (2002) explicam que o diesel pode formar uma
espécie de filme na superfície da semente, que age como uma barreira, reduzindo
a transferência de água e oxigênio. Existem ainda no solo com diesel outros
fatores inibidores da germinação, causando atraso ou inibição total da
germinação, dependendo da espécie.
4.4 Massa Vegetal Produzida
As biomassas secas médias produzidas pelas 6 espécies estão
dispostas na Tabela 10.
Tabela 10 – Valores médios para produção de matéria seca da parte aérea das diferentes espécies em função dos níveis de contaminação do solo com diesel.
NÍVEIS DE CONTAMINAÇÃO (%) ESPÉCIES (n)
0 1 2 4
Feijão de porco (2) 18,63 Aa* 7,60 Ba 3,14 Ca 0,00 Da
Crotalária (8) 6,85 Ac 5,95 Bc 0,00 Bb 0,00 Ba
Capim Tanzânia (8) 13,01 Ab 3,60 Bb 0,00 Cb 0,00 Ca
Braquiária (8) 11,87 Ab 4,60 Bb 0,12 Cb 0.00 Ca
Capim colchão (8) 12,31 Ab 2,30 Bbc 0,06 Bb 0,00 Ca
Pé-de-galinha (8) 12,52 Ab 4,31 Bb 0,22 Cb 0,00 Ca
* Médias seguidas da mesma letra maiúscula nas linhas e minúsculas nas colunas não diferem entre si pelo teste de Tukey a 1%. (n) = número máximo de plantas por vaso.
A produção de matéria seca da parte aérea das plantas, variou
significativamente com as espécies e níveis de contaminação do solo com diesel.
As variações entre espécies estão ligadas às caraterísticas genéticas e
morfológicas de cada espécie.
Quanto ao efeito dos níveis de contaminação do solo com
diesel, pode-se observar comportamento diferente entre grupos e espécies. As
espécies leguminosas (crotalária e crotalária), apresentaram maior variação
interespecíficas com o Feijão produzindo maior quantidade de biomassa seca na
parte aérea que a crotalária, mesmo com número menor de plantas por vaso (2
para 8) (Tabela 10).
A variação entre as espécies de gramíneas foi menor, porém
independentemente do nível de contaminação considerado foi sempre menor que
a produção de biomassa seca do crotalária (Figura 1). A braquiária e o capim pé-
de-galinha gigante, foram as gramíneas que apresentaram os maiores acúmulos
de matéria seca na parte aérea da plantas, nos solos contaminados com diesel.
Quando o nível de contaminação foi de 4%, nenhuma espécie
apresentou emergência e crescimento da parte aérea, podendo ser considerado,
neste estudo, como um ponto de inibição da emergência e do crescimento desses
vegetais (Figuras 2 e 3).
Como as observações apresentadas referem-se apenas a um
curto período de exposição e crescimento das diferentes espécies testadas, em
ambiente contaminado com diesel, não se pode concluir ainda sobre as mais ou
menos tolerantes, entretanto pode-se observar que o crotalária entre as
leguminosas e a braquiária e o capim pé-de-galinha gigante entre as gramíneas,
foram as espécies que apresentaram o melhor desempenho quanto à produção de
biomassa vegetal da parte aérea em solo arenoso contaminado com até 2% em
volume de diesel.
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
0 1 2 3 4
% Diesel
Mas
sa s
eca
Feijão de Porco
Crotalária
Capim Tanzânia
Braquiária
Capim Colchão
Pé-de-Galinha
Figura 1 – Decréscimo na produção de biomassa em função da concentração de diesel para as 6 diferentes espécies utilizadas.
Figura 2 – Inibição de germinação e crescimento das 2 espécies leguminosas a 4% de contaminação: feijão de porco e crotalária, respectivamente.
Figura 3 – Inibição do desenvolvimento das 4 espécies gramíneas a 4% de contaminação: capim tanzânia, braquiária, capim colchão e capim pé-de-galinha gigante, respectivamente.
As figuras 4, 5, 6, 7, 8 e 9 mostram as diversas espécies com
comparação do desenvolvimento em 45 dias, nos 4 níveis de contaminação 4, 2, 1
e 0% respectivamente.
Figura 4 – Feijão de porco.
Figura 5 – Crotalária.
Figura 6 – Capim tanzânia.
Figura 7 – Braquiária.
Figura 8 – Capim colchão.
Figura 9 – Capim pé-de-galinha gigante.
4.5 Degradação dos Compostos Aromáticos do Diesel no Solo
A seguir, serão exibidos os espectros de fluorescência obtidos,
verificando-se o perfil do início (tempo zero), onde a concentração de diesel tem
valor máximo, e o perfil do vaso controle sem vegetação, comparado ao dos vasos
vegetados das 6 espécies em 1 e 2% de contaminação após 45 dias de
tratamento. Os tratamentos a 4% de contaminação, como não apresentaram
crescimento vegetal, foram descartados desta verificação, uma vez que não seria
possível avaliar a Fitorremediação nestes casos.
Figura 10 – Espectro de fluorescência do extrato de solo cultivado com feijão de porco e solo sem vegetação (controle) com 1% de diesel em 45 dias.
0
20
40
60
80
100
120
140
160
250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800
Comprimento de onda (nm)
Inte
nsid
ade
solo/óleo 1% - Tempo zero
solo/óleo (controle) - 45 dias
solo/óleo (Feijão) - 45 dias
Figura 11 – Espectro de fluorescência do extrato de solo cultivado com feijão de porco e solo sem vegetação (controle) com 2% de diesel em 45 dias. Figura 12 – Espectro de fluorescência do extrato de solo cultivado com crotalária e solo sem vegetação (controle) com 1% de diesel em 45 dias.
0
20
40
60
80
100
120
140
160
250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800
Comprimento de onda (nm)
Inte
nsid
ade
solo/óleo 2% - Tempo zero
solo/óleo (controle) - 45 dias
solo/óleo (Feijão) - 45 dias
0
20
40
60
80
100
120
140
160
250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800
Comprimento de onda (nm)
Inta
nsid
ade
solo/óleo - Tempo zero
solo/óleo (controle) - 45 dias
solo/óleo (Crotalária) - 45 dias
Figura 13 – Espectro de fluorescência do extrato de solo cultivado com crotalária e solo sem vegetação (controle) com 2% de diesel em 45 dias. Figura 14 – Espectro de fluorescência do extrato de solo cultivado com capim tanzânia e solo sem vegetação (controle) com 1% de diesel em 45 dias.
0
20
40
60
80
100
120
140
160
250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800
Comprimento de onda (nm)
Inte
nsid
ade
solo/óleo 2% - Tempo zero
solo/óleo (controle) - 45 dias
solo/óleo (Crotalária) - 45 dias
0
20
40
60
80
100
120
140
160
250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800
Comprimento de onda (nm)
Inte
nsid
ade
solo/óleo 1% - Tempo zero
solo/óleo (controle) - 45 dias
solo/óleo (Capim Tanzânia) - 45 dias
Figura 15 – Espectro de fluorescência do extrato de solo cultivado com capim tanzânia e solo sem vegetação (controle) com 2% de diesel em 45 dias. Figura 16 – Espectro de fluorescência do extrato de solo cultivado com braquiária e solo sem vegetação (controle) com 1% de diesel em 45 dias.
0
20
40
60
80
100
120
140
160
250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800
Comprimento de onda (nm)
Inte
nsid
ade
solo/óleo 2% - Tempo zero
solo/óleo (controle) - 45 dias
solo/óleo (Capim Tanzânia) - 45 dias
0
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Comprimento de onda (nm)
Inte
nsid
ade
solo/óleo 1% - Tempo zero
solo/óleo (controle) - 45 dias
solo/óleo (Braquiária) - 45 dias
Figura 17 – Espectro de fluorescência do extrato de solo cultivado com braquiária e solo sem vegetação (controle) com 2% de diesel em 45 dias. Figura 18 – Espectro de fluorescência do extrato de solo cultivado com capim colchão e solo sem vegetação (controle) com 1% de diesel em 45 dias.
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Comprimento de onda (nm)
Inte
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ade
solo/óleo 2% - Tempo zero
solo/óleo (controle) - 45 dias
solo/óleo (Braquiária) - 45 dias
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Comprimento de onda (nm)
Inte
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ade
solo/óleo 1% - Tempo zero
solo/óleo (controle) - 45 dias
solo/óleo (Capim Colchão) - 45 dias
Figura 19 – Espectro de fluorescência do extrato de solo cultivado com capim colchão e solo sem vegetação (controle) com 2% de diesel em 45 dias. Figura 20 – Espectro de fluorescência do extrato de solo cultivado com capim pé-de-galinha gigante e solo sem vegetação (controle) com 1% de diesel em 45 dias.
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Comprimento de onda (nm)
Inte
nsid
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solo/óleo 2% - Tempo zero
solo/óleo (controle) - 45 dias
solo/óleo (Capim Colchão) - 45 dias
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Comprimento de onda (nm)
Inte
nsid
ade
solo/óleo 1% - Tempo zero
solo/óleo (controle) - 45 dias
Pé-de-Galinha 45 dias
Figura 21 – Espectro de fluorescência do extrato de solo cultivado com capim pé-de-galinha gigante e solo sem vegetação (controle) com 2% de diesel em 45 dias.
A análise por fluorescência dos extratos de solo contaminado com
diesel permitiu monitoramento dos componentes aromáticos do óleo. As regiões
do espectro no UV e Visível correspondem a compostos com diferentes
conjugações de anéis benzênicos. O pico exibido entre 330 e 340 nm corresponde
a compostos com 1 anel aromático ou derivados, como o benzeno, tolueno,
etilbenzeno, xileno, etc. A região com pico entre 350 e 370 nm corresponde a
compostos com 2 anéis aromáticos. A região entre 390 e 420 nm é
correspondente à emissão de compostos com 3 ou mais anéis aromáticos e da
fração polar do diesel. A fluorescência entre 630 e 750 nm é devido a traços de
compostos aromáticos com elevada massa molecular (asfalteno).
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Comprimento de onda (nm)
Inte
nsid
ade
solo/óleo 2% - Tempo zero
solo/óleo (controle) - 45 dias
Pé-de-Galinha 45 dias
Em todos os casos, em solo cultivado ou não, houve diminuição
na intensidade relativa de fluorescência dos derivados aromáticos do óleo, devido
principalmente à ação térmica e degradação fotoquímica do óleo sob
intemperismo. A degradação ocasionada exclusivamente pela presença da planta
foi verificada através da diminuição de fluorescência nos picos a 330 e 350 nm.
Na faixa entre 390 e 420 nm houve um pequeno aumento na
intensidade de fluorescência em conseqüência da volatilização das parafinas e
outros compostos de baixa massa molecular, na maioria não fluorescentes,
promovendo aumento na concentração de aromáticos fluorescentes. Neste caso,
no solo vegetado pode ter também ocorrido degradação dos componentes de
baixa massa molecular, o que também leva ao aumento na intensidade de
fluorescência.
O comportamento das espécies crotalária (Figuras 10 e 11) e
capim tanzânia (Figuras 14 e 15) foi semelhante, havendo diminuição na
intensidade dos picos a 330 e 350 nm em relação ao controle.
No espectro do extrato de solo com a espécie braquiária em solo
com 1% de diesel (Figura 16) verifica-se pequena diminuição na fluorescência dos
2 primeiros picos (330 e 350 nm) em relação ao solo-controle, tornando-se difícil a
afirmação de que esta espécie teve alguma ação sobre a fração aromática do
contaminante. Em 2% de contaminação do solo (Figura 17) não houve diminuição
na intensidade de fluorescência.
No solo cultivado com a espécie pé-de-galinha gigante a 1% de
diesel, mostrado na Figura 20, houve redução significativa na fluorescência em
330 e 350 nm, principalmente no pico correspondente a monoaromáticos. A 2% de
diesel no solo houve crescimento da planta mas não ocorreu diminuição na
fluorescência.
As Figuras 18 e 19 mostram o comportamento da espécie capim
colchão, onde não houve redução na fluorescência em relação ao controle em
nenhum dos níveis de contaminação. Esta espécie, e também o capim tanzânia a
1% de diesel no solo, provocaram um aumento significativo na fluorescência na
faixa entre 650 e 700 nm, que pode ser devido à incorporação dos produtos de
degradação do diesel no ácido húmico e matéria orgânica do solo, provavelmente
facilitado por ação microbiológica.
O espectro mostrado na Figura 12, referente ao solo cultivado com
crotalária a 1% de contaminação, onde houve bom crescimento da planta (Figura
5) mostra que o comportamento do solo vegetado foi praticamente idêntico ao solo
sem vegetação, mostrando que esta espécie não teve nenhuma ação sobre o
contaminante. No solo com plantio de crotalária e contaminado com diesel a 2%
não houve crescimento do vegetal, porém houve pequeno aumento na intensidade
relativa de fluorescência, em todos os comprimentos de onda do espectro (Figuras
5 e 13). Este mesmo aumento na fluorescência foi verificado em todas as
amostras de solo contaminado com 4% de diesel, onde também não ocorreu
crescimento vegetal. Nestes casos, pode ter ocorrido maior dessorção do diesel a
partir do solo.
A Figura 22 mostra uma comparação do percentual referente à
ação das espécies sobre a fração de compostos monoaromáticos do diesel (pico
em 330 nm) em solos com 1% de contaminação. Estes valores foram obtidos pela
diferença entre a intensidade de fluorescência em 330 nm do solo vegetado e do
solo-controle (sem vegetação).
26.50%
0.06%
18.80%
13.34%
0%
54.80%
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
Feijão de Porco Crotalária Capim Tanzânia Braquiária Capim Colchão Pé-de-Galinhagigante
% D
E D
GER
AD
AÇ
ÃO
PEL
A P
LAN
TA
Figura 22 – Percentual de ação das espécies vegetais sobre monoaromáticos (pico em 330 nm), obtido pela diferença da intensidade de fluorescência do solo vegetado e do solo-controle (sem vegetação) a 1% de contaminação com diesel.
5 CONCLUSÕES
Todas as espécies utilizadas, com exceção da crotalária e do
capim colchão, apresentaram efeito sobre o contaminante a 1% de contaminação
do solo, em especial àquela fração correspondente a compostos aromáticos de 1
e 2 anéis. No solo a 2% de contaminação com diesel, as espécies que
conseguiram se desenvolver apresentaram resultados semelhantes.
Sobre a fração de compostos com maior número de anéis
aromáticos não houve efeito significativo de nenhuma das espécies testadas.
O teor de 4% de diesel no solo foi inibidor da emergência de todas
as espécies vegetais utilizadas nesta pesquisa.
Quanto à produção de biomassa vegetal seca, o crotalária, a
braquiária e o capim pé-de-galinha gigante, foram as espécies que apresentaram
melhor desempenho.
A fitorremediação pode ser uma alternativa viável para solos com
baixos níveis de contaminação com diesel e merece atenção por ser uma
estratégia de baixo custo, baixo impacto e que, ao contrário de muitas técnicas,
causa melhoramento visual do local contaminado.
5.1 Proposta de Continuidade
As espécies devem ser cultivadas por período suficiente para
completar o ciclo vital, uma vez que nestes casos, além da sobrevivência é
interessante considerar também a capacidade reprodutiva das plantas
selecionadas.
Como há na literatura referências sobre a tolerância da alfafa a
níveis de contaminação superiores aos testados, sugere-se a inclusão da mesma
nos próximos estudos.
6 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. ACCIOLY, A. M. A.; SIQUEIRA, J. O. Contaminação Química e
Biorremediação do Solo. In: Sociedade Brasileira de Ciência do Solo. Lavras: UFLA, p. 299-352, 2000.
2. ADAM, G.; DUNCAN, H. J. Influence of diesel fuel on growth of selected
plant species. Environmental Geochemistry and Health, v. 21, p. 353-357, 1999.
3. ADAM, G.; DUNCAN, H. J. Influence of diesel fuel on seed germination.
Environmental Pollution, v. 120, p. 363-370, 2002. 4. ALKORTA, I.; GARBISU, C. Phytoremediation of organic contaminants in
soil. Bioresource Technology, v. 79, p. 273-276, 2001. 5. ANDEONI, V.; CAVALCA, L.; RAO, M. A.; NOCERINO, G.; BERNASCONI, S.;
DELL'AMICO, E.; COLOMBO, M.; GIANFREDA, L. Bacterial communities and enzyme activities of PAHs polluted soils. Chemosphere, v. 57, p. 401-412, 2004.
6. APRILL, W.; SIMS, R.C. Evaluation of the use of prairie grasses for
stimulating polycyclic aromatic hydrocarbon treatment in soil. Chemosphere, v. 20, n. (1-2), p. 253-265, 1990.
7. BRADY, N. C. Natureza e propriedades dos solos. 5ª ed. Rio de Janeiro:
Livraria Freitas Bastos S. A., 1979. 8. CAMPOS, A.C. Derivados de Petróleo. Revista Petro & Química, p.40-46,
março 1979. 9. CARMAN, E.P.; CROSSMAN, T.L..; GATLIFF, E.G. Phytoremediation of No.2
fuel oil-contaminated soil. Jounal of Soil Contamination, v. 7, n. 4, p. 455-466, 1998.
10. CUNNINGHAM, S. D.; BERTI, W. R.; HUANG, J. W. Phytoremediation of contaminated soils. TIBTECH, v. 13, p. 393-397, set. 1995.
11. DAVIS, L. C.; CASTRO-DIAZ, S.; ZHANG, Q.; ERICKSON, L. E. Benefits of
vegetation for soils with organic contaminants. Critical Reviews in Plant Sciences, v. 21, n. 5, p. 457-491, 2002.
12. FERRO, A. M.; KENNEDY, J.; DOUCETTE, W.; NELSON, S.; JAUREGUI, G.;
McFARLAND, B.; BUGBEE, B. Fate of benzene in soils planted with alfalfa: uptake, volatilization, and degradation. Phytoremediation of Soil and Water Contaminants. In: Kruger, E. L.; Anderson, T.A.; Coats, J.R. (eds.). American Chemical Society, Washington, DC. ACS Symposium Series, v. 664, p. 223-237, 1997.
13. FERRO, A.M.; SIMS, R.C.; BUGBEE, B. Hycrest crested wheatgrass
accelerates the degradation of pentachlorophenol in soil. Journal of Environmental Quality, v. 23, p. 272-279, 1994.
14. FINE, P.; GRABER, E. R.; YARON, B. Soil interactions with petroleum
hidrocarbbons: abiotic processes. Soil Technology, v. 10, p. 133-153, 1997. 15. KUMKE, M. U.; LÖHMANNSRÖBEN, H. G.; Roch, T. Fluorescence
spectroscopy of polynuclear aromatic compounds in environmental monitoring. J. Fluoresc., v. 5, p. 139-153, 1995.
16. NADIM, F. N.; HOAG, G. E.; LIU, S.; CARLEY, R. J.; ZACK, P. Detection and
remediation of soil and aquifer systems contaminated with petroleum products: an overview. Jounal of Petroleum Science & Engineering, v. 26, p.169-178, dez. 2000.
17. NETTO, A. D. P.; MOREIRA, J. C.; DIAS, A. E. X. O.; ARBILLA, G.;
FERREIRA, L. F. V.; OLIVEIRA, A. S.; BAREK, J. Avaliação da contaminação humana por hidrocarbonetos policíclicos aromáticos (HPAS) e seus derivados nitrados (NHPAS): uma revisão metodológica. Química Nova, v. 23, n. 6, p. 765-773, 2000.
18. OLIVEIRA, A. J.; GARRIDO, W. E.; ARAUJO, J. D.; LOURENÇO, S. Métodos
de pesquisa em fertilidade do solo. Brasília: EMBRAPA-SEA, 1991.
19. OLSON, P.E.; PHILP, P.R.; FLETCHER, J.S. Natural attenuation/ phytoremediation in the vadose zone of a former industrial sludge basin. Environmental Science and Pollution Research, v.8, n. 1, p. 195-204, 2001.
20. PAVAN, M. A.; BLOCH, M. F.; ZEMPULSKI, H. C.; MIYAZAWA, M.;
ZOCOLER, D. C. Manual de análise química de solo e controle de qualidade. Londrina: Instituto Agronômico do Paraná, 1992.
21. TESAR, M.; REICHENAUER, T. G.; SESSITSCH, A. Bacterial rhizosphere
populations of black poplar and herbal plants to be used for phytoremediation of diesel fuel. Soil Biology & Biochemistry, v.34, n. 12, p.1883-1892, 2002.
