IMPACTOS AMBIENTAIS RELACIONADOS COM A ATIVIDADE …w3.ufsm.br/solos/antigo/PDF/fertilidade%20do%20... · 2. A Revolução Verde 3. O uso do solo 4. Os fertilizantes na agricultura

IMPACTOS AMBIENTAIS RELACIONADOS COM A ATIVIDADE ANTRÓPICA – O PAPEL DO SOLO

Fábio Mallmann - Eng. Agrônomo, mestrando/PPGCS

Ricardo Schenato - Eng. Agrônomo, mestrando/PPGCS

Universidade Federal de Santa Maria

Fertilidade do Solo – Docência Orientada

Santa Maria, Maio de 2008

1. A agricultura atual

2. A Revolução Verde

3. O uso do solo

4. Os fertilizantes na agricultura

5. Poluição x Contaminação

6. Fósforo

6.1. O ciclo do fósforo

6.2. Eutrofização

6.2.1. Eutrofização natural x Eutrofizaçãoartificial

6.3. Alguns dados

ROTEIRO DA AULA

7. Nitrogênio7.1. O ciclo do N7.2. Aumento no uso de N7.3. Alguns dados

8. Outros elementos

9. Para refletir

ROTEIRO DA AULA

A agricultura atual...

Alto consumo de insumos

Energeticamente deficitária

Ambientalmente agressiva

em função...

A partir deste período o homem começou a utilizar o solo de forma mais intensiva e indiscriminada, atémesmo em áreas de baixa aptidão agrícola.

Revolução Verde, que se iniciou após a segunda guerra mundial

ü uso intensivo do solo;ü aplicação de insumos externos;ü uso de novas técnicas produtivas;ü mecanização da agricultura.

acréscimo na produção agrícola

Revolução verde

Em síntese:

se por um lado

por outroProblemas:-Ambientais-Econômicos-Sociais

O mau uso pelo homem...

Fonte: Gonçalves & Rheinheimer

...leva a perda da qualidade do solo - degradação

Cobertura florestal no Rio Grande do Sul (original e em 1983)

Fonte: Ferreira e Gausmann (1996)

Desrespeito à legislação(Código Florestal - Lei 4.771/65 Áreas de preservação permanente -artigo 2º)

© IAP/PR

Foto de Jack Dykinga (USDA ARS)

Desrespeito à capacidade de uso do solo

FERTILIZANTES E CORRETIVOS

Ø Inclusão de áreas no sistema produtivo;

ØAumento na produtividade;

ØSustentabilidade da produtividade;

Ø Investimentos maiores

Ø Dependência do mercado

ØAlteração do solo e da água

IMPACTOS NA QUALIDADE QUÍMICA

Quando algum elemento químico estáem maior concentração em relação às suas concentrações naturais no solo ...

SOLO CONTAMINADO

Quando esta contaminação ocorre em quantidades que afetam os componentes bióticos do solo, comprometendo sua funcionalidade e sustentabilidade ...

SOLO POLUÍDO

SOLO

É um sistema aberto e, consequentemente, estásujeito a troca de massa e energia com sistemas adjacentes.

Volatilização

Lixiviação

Erosão

FÓSFORO

É o nutriente mais requerido em nossas condições

Faz ligações específicas de alta energia

Ambientes aquáticos têm baixa disponibilidade

Desencadeador do processo de eutrofização

Principal mecanismo de perda:

erosão à P particulado

CICLO DO FÓSFORO

EUTROFIZAÇÃO

A eutrofização é o crescimento excessivo das plantas aquáticas, tanto planctônicas quanto aderidas, a níveis tais que sejam considerado causador de interferências com os usos desejáveis do corpo d’água (Thomann e Mueller, 1987).

Ou seja:“Produção primária acima do normal em virtude do aporte de nutrientes, especialmente o fósforo”.

• Problemas estéticos e recreacionais

• Condições anaeróbias no fundo do corpo d’água

• Eventuais mortandades de peixes

• Maior dificuldade e elevação nos custos de tratamento da água

• Toxicidade das algas

• Modificações na qualidade e quantidade de peixes de valor comercial

• Desaparecimento gradual do lago como um todo

EUTROFIZAÇÃO

• Fluxo de sedimentos e nutrientes

• Aumento da produtividade –eutrofizaçãoOligotrófico – baixa produtividade

Mesotrófico – média produtividade

Eutrófico – alta produtividade

• Eutrofização natural = envelhecimento de lagos

Eutrofização natural x Eutrofização artificial

Eutrofização do Mar CáspioFonte:NASA

EXEMPLOS DE EUTROFIZAÇÃO

EXEMPLOS DE EUTROFIZAÇÃO

Lagoa no Rio de Janeiro. Fonte: SERLA Lago Paranoá. Fonte: Projeto de valorização de Pesca Profissional

Contribuições unitárias de fósforo típicas

kgP/hab.ano1,0DomésticosEsgotos

kgP/km2.ano100Áreas urbanas

kgP/km2.ano50Áreas agrícolas

kgP/km2.ano10Áreas de matas e florestas

Drenagem

UnidadeValores típicosTipoFonte

Fonte: Von Sperling, 1996.

• Na UE, a agricultura é responsável por 25% do fluxo total de P para o Mar do Norte;

• Na Tchecoslováquia, a agricultura contribui com 48% da poluição de águas superficiais;

• Noruega e Finlândia reportam significantes processos de eutrofização local.

• O Mar Adriático vem registrando aumento na quantidade de algas.

• Praticamente TODOS os lagos chineses apresentam algum grau de eutrofização.

Alguns dados...

NITROGÊNIO

• Altas doses, principalmente em gramíneas

• Baixa eficiência = altos potenciais de perdas

• Difícil manejo em função de seu ciclo (estreitamente relacionado com microorganismos)

• Principais mecanismos de perda:

lixiviação à nitrato

volatilização à amônia

escoamento superficial à N solúvel

N2

Bioma

NH4+

NO3-

NO2-

N orgânico

NH3mineralizaçãoNitrificação

Imobilização

Desnitrificação

Lixiviação

Fixação biológicaassimbiótica

(bactérias de vida livre)

N2O

NPK

indústria

FBN

Adaptado de Aita, 2007

anaerobiose

aerobiose

• Até 1960 à a disponibilidade de nitrogênio na Terra era controlada exclusivamente por processos naturais, por meio da fixação do elemento pelas plantas

Atualmente à a produção sintética do nitrogênio ultrapassa toda a produção natural em até 30%.

• O homem aumentou a oferta de nitrogênio disponível a organismos nos oceanos em quase 50%.

• O nitrogênio antropogênico é responsável por cerca de 3% de toda a nova produção biológica marinha.

Voltando à Revolução Verde...

• Na UE, a agricultura é responsável por 60% do fluxo total de N para o Mar do Norte;

• Na Noruega, 71% do N total transferido para o ambiente aquático foi oriundo de fontes difusas (agricultura);

• Esse mesmo país reporta contaminações substanciais de suas águas subterrâneas por N.

• Cerca de 50% dos poços, que suprem mais de um milhão de residências rurais, da Lituânia, estão impróprios para consumo humano em pela presença de agrotóxicos e excesso de N.

Alguns dados...

+27 +17 Média

- 69 +12 Pastagem (grama azul)

+102 +12 Milho Contínuo

+09 +59 Alfalfa 2º ano

- 08 +17 Alfalfa 1º ano

+33 - 05 Aveia, alfafa

+65 +10 MilhoRotação

NP

Acréscimo (%)CulturaManejo

Fonte: Natural Resources Managementand Environment Department - FAO

Alguns dados...

E os outros nutrientes?

K, Ca, Mg, S... metais

Importância secundária...

auxiliar no processo de eutrofização

chuva ácida

Para refletir...

Esses fenômenos estão presentes em nossa realidade?

Uso do solo, sistemas de manejo, recomendações de fertilizantes, visão sistêmica.

A agricultura, nos moldes atuais, é sustentável?

Ambiente, mercado, sociedade.

Que mudanças podem ser esperadas? Como poderão ocorrer?

Agricultura nos próximos 5, 10, 50 anos (recomendação de adubação e calagem?) Agentes de pressão...

Qual o nosso papel no sistema agrícola?

como cidadãos,

como agricultores,

como Engenheiros Agrônomos.

METAIS PESADOS

Terminologia

Importância

Problemas

Principais elementos tóxicos

Fontes de metais

Formas dos metais no solo

Dinâmica dos metais no solo

Alguns casos de contaminação

Solo como meio para descarte

Metais pesados em corpos d’água

ROTEIRO

TERMINOLOGIA

è METAIS PESADOS

Elementos que apresentam peso específico maior que 5 g cm-3;

è ELEMENTOS-TRAÇO

Quando descobertos, [ ] abaixo dos limites de detecção – limitação metodológica;

èELEMENTOS TÓXICOS

Recente conotação popular dada aos metais pesados.

IMPORTÂNCIA

- A maioria dos metais pesados são biologicamente ativos;

- Muitos não tem nenhuma função fisiológica em plantas e animais (As, Cd, Pb, Hg...);

- Outros têm papel importante no bom desenvolvimento de plantas, na produção agrícola e na saúde humana... (Co, Mo, Zn, Cu...)

ELEMENTOS ESSENCIAIS

PROBLEMAS

- Mesmo aqueles essenciais podem causar impactos negativos a ecossistemas terrestres e aquáticos:

uso continuado e/ou inadequado;

- Contaminação do público não-alvo;

- Metais pesados: não biodegradáveis;

- Tem efeito acumulativo na cadeia alimentar, afetando em maior escala os últimos níveis da cadeia trófica.

PRINCIPAL PROBLEMA:

ACÚMULO NA CADEIA TRÓFICA

BIOACUMULAÇÃO

BIOMAGNIFICAÇÃO

PRINCIPAIS ELEMENTOS TÓXICOS

As Hg Cd Pb Cr Al Se Co Cu Fe Mn Mo Zn Ni

Tóxicos às plantas (fitotóxicos)

Tóxicos aos animais superiores

QUAIS AS FONTES DE METAIS PESADOS?

FONTE DE METAIS PESADOS

è LITOGÊNICA:

- Constituintes naturais de rochas e solos (intemperismo)

è ANTROPOGÊNICA:

- Fertilizantes


749411035461Fonte de micronutrientes: Nutricitro

122130563103Fonte de micronutrientes: BR5

510703271Termofosfato

117324DAP

1817424MAP

9226344Superfosfato simples

21433Superfosfato triplo

---------------- mg kg-1 ---------------

PbCrCdNiMATERIAL

Teores totais de metais pesados não-nutrientes em diferentes tipos de fertilizantes

Fonte: Gabe & Rodella (1999)

- Calcário e gesso agrícola

- Defensivos agrícolas


- Dejetos de animais (resíduos agroindústrias, lodos de esgoto...)

- Água de irrigação contaminada


- Lixões

- Mineração


- Deposição atmosférica

- Resíduos industriais


- Curtumes

- Resíduos petroquímicos


FORMAS ENCONTRADAS NO SOLO

- Solúveis: íons livres ou complexos solúveis com ânions inorgânicos ou orgânicos;

- Trocáveis: ligados às cargas do solo e da matéria orgânica;

- Adsorvidos especificamente: alta energia de ligação;

- Ligados à materiais orgânicos insolúveis:complexados por materiais de difícil decomposição;

- Precipitados: na forma de carbonatos, sulfatos...

M+

Fe OHO

O

Fe OH

OO

M+

Fe OO

OM

MRR

OO

MSO4 MCO3

M = metal

óxido de ferro

composto orgânico

precipitados

FORMAS ENCONTRADAS NO SOLO

CONTAMINANTES CONTENDO METAIS PESADOS

SOLUÇÃO DO SOLO

íons e complexos

(fertilizantes, pesticidas, lodos de esgoto, deposição atmosférica...)

SOLO

biomassa (microrganismos)

sorção em colóides organo-minerais

DINÂMICA DOS METAIS PESADOS NO SOLO

(Alloway, 2005)

mineriaisintemperizados

co-precipitação (hidróxidos de Fe,

Mn, Al, óxidos, carbonatos)

substâncias húmicasperdas por

lixiviação

perdas por escoamento superficial

SOLUÇÃO DO SOLO

íons e complexos

SOLO

caule

armazenamento na raíz

sementessorção em colóides organo-minerais biomassa

(microrganismos)

superfície radicular

folhasliteira

PLANTA

raízabsorção

mineriaisintemperizados

co-precipitação (hidróxidos de Fe,

Mn, Al, óxidos, carbonatos)

perdas por lixiviação

substâncias húmicas

CONTAMINANTES CONTENDO METAIS PESADOS(fertilizantes, pesticidas, lodos de esgoto, deposição atmosférica...)

DINÂMICA DOS METAIS PESADOS NO SOLO

- Um dos mais antigos: a mineração e o beneficiamento do Cu, do Pb e do Hg usado pelas antigas civilizações romana e fenícia;

- O uso de alguns fertilizantes fornecedores de micronutrientes e subprodutos utilizados como corretivos de acidez podem superar a adição anual máxima ao solo permitida para metais pesados (USEPA);

CASOS DE POLUIÇÃO

- Numa indústria química fabricante de pesticidas no município de Paulínia (SP), de um total de 181 pessoas estudadas, 144 (80%) apresentaram pelo menos um elemento pesado no sangue em concentração superior aos níveis aceitáveis.

CASOS DE POLUIÇÃO

- O excesso de cobre nos solos da Serra Gaúcha, decorrente da aplicação de fungicidas cúpricosnas videiras;

- A aplicação de doses elevadas de dejetos líquidos de suínos, principalmente nas regiões de maior produção (oeste catarinense).

CASOS DE POLUIÇÃO

220817Hg

5151939Cd

100015015300Pb

703021420Ni

1000-1503000Cr

5603001402800Zn

280120751500Cu

------------------- kg ha-1 -------------------

Taxaanual

Máx.cumul.

RSCEEUSEPA

METAL

Limites de metais pesados que podem ser aplicados com segurança no solo, conforme a legislação de diversos países e do Estado do RS.

16330,1140011823Lodo de curtume

122592,026049096Composto de lixo urbano

----14001000Esterco líquido de suínos

-------- mg kg-1 (massa seca) --------

NiPbCdCrZnCuMaterial Orgânico

Concentrações médias de metais pesados de alguns materiais orgânicos:

Cuidado:- Dimensionamento das instalações...

Ø Durante quantos anos um suinocultor poderáaplicar os dejetos líquidos de suínos produzidos pela granja nas suas áreas de lavoura, até que as concentrações de Cu e/ou Zn atinjam o limite máximos estabelecido para o RS?

Área disponível = 10 ha

Produção anual = 3000 cabeças ano-1 (terminação)

Produção de dejetos líquidos = 1 m3 cabeça-1

Teor de matéria seca do dejeto = 5%

RESPOSTA:

- Quantidade total de matéria seca:3000 m³ x 0,05 = 150 m³ = 150.000 kg

- Quantidade total de Cu no dejeto:150.000 kg x 1000 mg/kg = 150.000.000 mg = 150 kg

- Quantidade de Cu aplicada por ha:150 kg / 10 ha = 15 kg/ha

- Período de aplicação para atingir nível máximo estabelecido pela legislação do RS:280 kg / 15 kg/ano = 18,7 anos (para Cu)

- Quantidade total de Zn no dejeto:150.000 kg x 1400 mg/kg = 210.000.000 mg = 210 kg

- Quantidade de Zn aplicada por ha:210 kg / 10 ha = 21 kg/ha

- Período de aplicação para atingir nível máximo estabelecido pela legislação do RS:560 kg / 21 kg/ano = 26,7 anos (para Zn)

Solos com:

- alto teor de óxidos de ferro, alumínio e manganês;

- alto teor de matéria orgânica;

podem ser utilizados para descartede resíduos contendo metais pesados.

SOLO COMO MEIO PARA DESCARTE

METAIS PESADOS NOS CORPOS D’ÁGUA

- A composição natural dos sistemas aquáticos éaltamente complexa;

- A concentração de metais pesados em sistemas aquáticos superficiais é conseqüência da:

(a) geoquímica das rochas de origem e dos solos;

(b) poluição antropogênica;

(c) reações químicas.

- o compartimento dissolvido, contendo íons livres, complexados e ligados coloidalmente;

- o compartimento particulado (abiótico), consistindo tanto de partículas orgânicas quanto de inorgânicas;

- o compartimento particulado (biótico), consistindo principalmente de fitoplâncton (e bactérias);

- sedimentos de fundo, que é o maior compartimento da maioria dos sistemas aquáticos.

Ciclagem de metais pesados em ecossistemas aquáticos: (quatro compartimentos)


MM

M

M

MM M

MM

MM

M+

M+

M+

M+

M+

M

M

M

M

M+

M+

M


M M M

- Nos sistemas aquáticos, os metais pesados estão sujeitos a diversas interações;

- Atividade microbiana exerce papel importante no comportamento dos metais pesados;

- O destino dos metais pesados em sistemas aquáticos é principalmente controlado por processos de transporte.

- Quanto menor o curso d’água, maior a influência da contaminação pelo uso dado às terras de entorno.


A relação entre o solo e a água é natural, sendo que um condiciona a qualidade do outro. Num ambiente natural, a qualidade física, química e biológica do solo é dependente do ciclo hidrológico. Ao mesmo tempo, a qualidade da água é regulada pela capacidade do solo em absorvê-la, retê-la e conduzi-la ao lençol freático.

A maioria das pessoas que trabalham com a produção agropecuária tem visão fragmentada do ambiente, limitando-se a sua propriedade ou a um determinado sistema de produção. O conhecimento dos mecanismos de funcionamento dos sistemas aquáticos e o seu acoplamento aos usos dos solos devem ser feitos tendo-se a visão de, pelo mínimo, da microbacia hidrográfica.

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