Potencial de duas espécies de eucalipto na fitoestabilização de solo
contaminado com zinco
NOTA CIENTÍFICA
Potencial de duas espécies de eucalipto na fitoestabilização de solo
contaminado com zinco1
Potential of two species of eucalyptus in the phytostabilization of a soil
contaminated with zinc
Marcio Osvaldo Lima MagalhãesI, *; Nelson Moura Brasil do Amaral SobrinhoII;
Fabiana Soares dos SantosIII; Nelson MazurII
IDepartamento de Solos, Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro, UFRural-
RJ, Brasil, marciomagalhaes@gmail.com
IIDepartamento de Solos, Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro, UFRural-
RJ, BR 465, km 7, 23.851-970, Seropédica-RJ, Brasil
IIIUniversidade Federal Fluminense, Av. dos Trabalhadores, 420,Vila Santa
Cecília, 27.255-125, Volta, Rio de Janeiro, Brasil
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RESUMO
Com o objetivo de avaliar a técnica da fitoestabilização para remediar solo
contaminado com zinco, foram utilizadas as espécies Eucalyptus urophylla e
Eucalyptus saligna em conjunto com os resíduos siderúrgicos escória de aciaria
e carepa de laminação. O experimento foi realizado em casa de vegetação na
Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro, utilizando-se um solo contaminado
com Zn, coletado em área próxima ao pátio de minério do Porto de Itaguaí e ao
local de disposição de resíduo perigoso da Cia Mercantil e Industrial Ingá em
Itaguaí-RJ. O substrato foi tratado com dois agentes inertizantes: um resíduo
industrial com característica alcalina (escória de aciaria) nas doses de 4 e 6%
e outro com alto teor de óxido de ferro usado como adsorvente (carepa de
laminação), em dose única de 1%. Após o transplantio das mudas, foram feitas
coletas do substrato para determinação do pH e o fracionamento de Zn nas
diferentes formas químicas. Verificou-se que o substrato, não tratado,
apresentava alto teor de zinco nas frações fitodisponíveis. Os tratamentos
causaram a redução nas concentrações de Zn nas formas químicas hidrossolúveis e
trocáveis e aumento nas fases mais estáveis. A menor dose de escória de aciaria
foi suficiente para provocar diminuição nas concentrações de zinco em solução,
sendo esse efeito evidenciado pelo desenvolvimento das plantas, enquanto a
maior dose de escória de aciaria promoveu maior crescimento das espécies. A
espécie que obteve melhor desenvolvimento foi o E. urophylla, entretanto, a que
apresentou maior acúmulo total de Zn foi o E. saligna.
Palavras-chave - Eucalipto. Solos-teor de zinco. Fitorremediação.
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ABSTRACT
With the aim of assessing the phytoremediation process to improve the soil
contamination with zinc, it was used Eucalyptus urophylla and Eucalyptus
saligna with slag from steelmaking and scales from hot-strip mills. The
experiment was conducted in a greenhouse at the Universidade Federal Rural do
Rio de Janeiro, using a soil contaminated with zinc, collected in an area near
the ore yard at Itaguaí harbor as well at the local of disposition of hazardous
waste of Mercantil and Industrial Ingá Co. at Itaguaí-RJ. The substrate was
treated with two inertizing agents: industrial waste with alkaline
caracteristics (steelmaking slag) in 4 and 6% doses and another one with high
content of iron oxide used as adsorption material (hot-strip mill scale) at
single dose of 1%. After seedling transplant, the substrate was collected in
order to determine pH and zinc fractionation in its different chemicals forms.
It was verified that the not treated substrate showed high zinc content in
bioavaiable fractions. This caused a reduction in the Zinc concentration in the
water-soluble and exchangable forms and increase in more stable phases. The
smallest dose of steelmaging slag was sufficient to cause a reduction of zinc
concentrations solutions and this effect was showed clearly in the plant
development, while the highest dose of steelmaging slag promote higher
development in the species. The specie that obtained better development was E./
urophylla, that one showing higher zinc content was E. saligna.
Key words - Eucalipto. Soils-zinc content. Phytoremediation.
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Introdução
A recuperação de áreas impactadas está entre as prioridades da sociedade, tendo
assim uma grande demanda comercial e ambiental por técnicas que possam
minimizar ou recuperar essas áreas (JULIATTI et al., 2002).
Atualmente, há considerável interesse no desenvolvimento de estratégias que
sejam eficientes e duráveis na remediação de solos contaminados com metais
pesados (CONCAS et al., 2004). As condições ambientais e a biodisponibilidade
dos metais pesados são fatores importantes para a escolha do método de
remediação a ser utilizado (MULLIGAN et al., 2001).
Na técnica de imobilização ou contenção química, há redução da solubilidade e
toxicidade dos metais pesados, entretanto sem reduzir o teor total no solo
(BASTA; MCGOWEN, 2004). Várias técnicas são descritas para realizar a
imobilização química, entre elas, utilização de matéria orgânica (CASTALDI et
al., 2000; CASTALDI; MELIS, 2004), carbonatos e óxidos de cálcio (DEROME, 2000;
LOMBI et al., 2002), além de resíduos industriais com características
alcalinas, como escórias de siderurgia (CHEN et al., 2000) e resíduos ricos em
óxidos de ferro (PEREIRA, 2009).
Diversos trabalhos demonstram a eficiência da fitorremediação, sendo
considerada como promissora técnica de reabilitação de áreas contaminadas
(CASTALDI et al., 2005; GARBISU, 2002; KAMNEV, 2003;). As árvores, por
produzirem maior biomassa e acumularem maior quantidade de metais, nas raízes e
no caule e contribuírem no controle da erosão são de grande interesse em
programas de fitoestabilização de sítios contaminados com metais pesados
(BRUNNER et al., 2008; GRAZZIOTTI et al., 2003;). Devido às características de
crescimento rápido, sistema radicular bastante desenvolvido e facilidade de
adaptação a condições estressantes (DELL; DAPING, 1995), o eucalipto apresenta
um grande potencial para emprego em programas de fitoestabilização (ACCIOLY,
2004).
Diante do exposto, este trabalho teve como objetivo avaliar a técnica da
fitoestabilização para remediar solo contaminado com zinco, utilizando as
espécies Eucalyptus urophylla e Eucalyptus saligna em conjunto com os resíduos
siderúrgicos escória de aciaria e carepa de laminação.
Material e métodos
O experimento foi realizado em casa de vegetação localizada no campus da
Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro (UFRRJ), no município de
Seropédica-RJ. A instalação das unidades experimentais seguiu o delineamento
inteiramente casualizado composto por 3/ tratamentos e 4/ repetições, com
cultivo de 2/ espécies de eucalipto.
Foram preparadas 24/ unidades experimentais em vasos com capacidade de 5/ L com
o posterior transplantio das mudas de Eucalyptus/ urophylla e Eucalyptus/
saligna.
As unidades experimentais utilizadas foram: T/ 1 -Substrato (testemunha), T/ 2-
Substrato + 4% EA + 1% CL e T/ 3 - Substrato + 6% EA + 1% CL, onde, E. A
(Escória de Aciaria) e CL (Carepa de Laminação).
O substrato utilizado foi proveniente de escavações do solo do pátio de
minério, localizado no porto de Itaguaí, na Baía de Sepetiba, Itaguaí-RJ. O
material removido foi disposto em área próxima ao aterro de resíduos gerados
pela Cia Mercantil e Industrial Ingá, classificado como resíduo perigoso. As
amostras do substrato foram coletadas segundo a NBR 10.007 (ABNT, 2004). Após
coleta, as amostras foram secas ao ar, destorroadas, peneiradas e
homogeneizadas. Para determinação das concentrações pseudototais de Zn (TAB. /
1) as amostras foram trituradas em almofariz de ágata e, posteriormente,
realizada a extração com água régia (ISO 11466, 1995). O valor de pH (1:2,5) e
as concentrações de Ca, Mg, K, P, Na e Al foram determinadas pelo método
proposto pela Embrapa (1997) e apresentados na Tabela_1.
Para realizar a imobilização química, foram utilizados como inertizantes dois
resíduos gerados pela Companhia Siderúrgica Nacional-CSN: um com característica
alcalina, escória de aciaria (41,87% de CaO; 4,63% de MgO; 35,54% de SiO; 172,3
mg kg-1 de Zn), e outro, como adsorvente, carepa de laminação, com alto teor de
ferro (76,44% de Fe; 196,6/ mg/ kg-1de Zn).
Posteriormente, para se definir a proporção adequada do resíduo inertizante
alcalino (escória de aciaria), foi realizado um ensaio de curva de
neutralização, que consistiu em adicionar quantidades crescentes de escória de
aciaria, ao solo, na proporção de: 1%; 2%; 3%; 4%; 5% e 6% do resíduo alcalino.
Esta mistura permaneceu incubada a 70% da capacidade de retenção do substrato
por 7/ dias até a estabilização do pH. Verificou-se que para atingir os valores
de pH/ 6 e 7 era necessário adicionar as doses de 4 e 6% de Escória de Aciaria,
respectivamente. Para avaliar o potencial do resíduo carepa de laminação na
adsorção de Zn, foi construída uma isoterma de adsorção, utilizando-se o modelo
de Langmuir, e determinado o valor de adsorção máxima para Zn que foi de 454,5
mg/ kg-1. Em função desse valor definiu-se a dose de 1% para o resíduo carepa
de laminação.
O solo contaminado foi seco ao ar, destorroado, peneirado em tamis de malha de
4,5/ mm e homogeneizado. Os resíduos escória de aciaria e carepa de laminação
foram misturados ao substrato, manualmente, dentro de sacos plásticos para que
ocorresse sua homogeneização. Em seguida foram incubados a 70% da capacidade de
retenção do substrato durante um período de 30 dias. As mudas de Eucalyptus/
urophylla e Eucalyptus/ saligna estavam com idade aproximada de 120 dias e
foram obtidas no Instituto de Floresta da Universidade Federal Rural do Rio de
Janeiro.
O método utilizado para o fracionamento geoquímico do Zn foi o utilizado no
trabalho de Santos et. al., (2007) que utiliza as seguintes soluções
extratoras: água (fração hidrossolúvel: F1); cloreto de magnésio 1 mol L-1
(fração trocável; F2); DTPA (fração óxidos amorfos; F3), ácido acético 0,043
mol L-1 (fração carbonato; F4), e água régia (ISO , 1995) (fração F5; Zn ocluso
e associado a outras formas recalcitrantes).
Durante o período experimental foi realizada a avaliação da altura das plantas,
utilizando-se régua milimetrada, sendo a primeira avaliação realizada 15 dias
após o transplantio, com avaliações subseqüentes em intervalos de 15 dias. Para
o ajuste das equações de crescimento foi utilizado o método da regressão
linear. No final do experimento as plantas foram coletadas, separadas em raiz,
caule e folhas, e, posteriormente, lavadas em água destilada e deionizada.
Foram deixadas para secagem em temperatura ambiente por um dia e,
posteriormente, secas em estufa a 70 ºC até atingirem peso constante.
O material para digestão foi obtido após moagem tanto das folhas, caule e das
raízes, em moinho tipo Willey com malha de 2 mm. As concentrações de Zn foram
determinadas a partir da digestão nitroperclórica, na proporção de 6:1, pelo
método de Tedesco et al., (1995). Com base nas concentrações e produção de
matéria seca, foram calculadas as quantidades acumuladas dos metais pesados nas
raízes, caule e folhas. Nos extratos obtidos de solo e planta foram
determinadas as concentrações de Zn, por espectrofotometria de absorção
atômica, empregando-se o equipamento VARIAN - AA600 com LQ 0,20 mg kg-1 LD de
0,7 para Zn.
Foram efetuadas as seguintes análises estatísticas: Teste de Lilliefors para
verificação da normalidade, Teste de Cochran e Bartlett para verificar a
homogeneidade das variâncias, análise de variância, teste de médias Tukey ao
nível de 5% de significância.
Resultados e discussão
A concentração pseudototal de zinco (TAB._1) no substrato esteve acima do valor
de intervenção, considerando o cenário mais restritivo de Área de Proteção
Máxima/Agrícola (CETESB, 2005), apresentando concentrações cerca de 13 vezes
acima desse valor, evidenciando assim que o substrato estava contaminado e
indicando a necessidade de intervenção.
A redução significativa no teor de Zn nas frações químicas de maior
biodisponibilidade (frações F1 e F2) foram verificadas com a aplicação dos
resíduos inertizantes (FIG._1), apresentando valores de apenas 5% do total no
tratamento com a menor dose de escória aciaria (4%). Na maior dose, não foi
detectado Zn na fração F1. O decréscimo nas frações F1 e F2 foram acompanhados
do aumento nas fases mais estáveis (F3, F4 e F5). Esses resultados demonstram
que os inertizantes utilizados foram eficientes na redução da
biodisponibilidade do Zn.
A redução de Zn nas formas químicas biodisponíveis e o conseqüente aumento nas
fases mais estáveis, nos tratamentos que receberam os resíduos inertizantes,
quando comparados à testemunha, demonstraram que a elevação do pH pela
aplicação da Escória de Aciaria propiciou a precipitação do Zn, na forma de
carbonatos e potencializou a adsorção específica na superfície de óxidos de Fe,
Mn e Al do solo e dos óxidos de Fe da Carepa de Laminação, decorrente do
aumento de carga líquida negativa na superfície dos óxidos (GUPTA; SINHA,
2007).
A redução de Zn nas formas químicas biodisponíveis e o conseqüente aumento nas
fases mais estáveis, nos tratamentos que receberam os resíduos inertizantes,
quando comparados à testemunha, demonstraram que a elevação do pH pela
aplicação da escória de aciaria propiciou a precipitação do Zn, na forma de
carbonatos e potencializou a adsorção específica na superfície de óxidos de Fe,
Mn e Al do solo e dos óxidos de Fe da carepa de laminação, decorrente do
aumento de carga líquida negativa na superfície dos óxidos (GUPTA; SINHA,
2007).
A Figura_2 apresenta a altura do Eucalyptus/ urophylla e E./ saligna em função
dos dias após o transplantio (DAP) nos diferentes tratamentos. Observa-se que
ambas as espécies desenvolvidas no substrato sem adição de escória de aciaria e
carepa de laminação (tratamento 1) não resistiram e morreram aos 30 dias após a
implantação do experimento. Nesse tratamento, as plantas apresentaram, antes de
morrerem, sintomas como: curvatura vertical das folhas, morte das gemas apicais
e perda das folhas, sintomas também encontrados por Soares et al. (2005)
provocados por toxicidade à Zn. Segundo Gichner et al. (2006), alto teor de Zn
no solo, inibiu fortemente o crescimento de plantas, em comparação com plantas
crescidas em solos não-poluídos, podendo apresentar diferentes respostas ao
estresse, manifestados por sintomas visíveis, como a inibição do crescimento,
danos ou clorose (PAVLÍKOVÁ et al., 2008). Provavelmente, o baixo pH observado
neste tratamento (TAB._1), favoreceu a maior biodisponibilidade do Zn (FIG._1),
sendo esses níveis possivelmente fitotóxicos para essas duas espécies de
eucalipto.
Ao final do experimento verificou-se que a altura do E. urophylla variou de
aproximadamente 113 cm (tratamento 2) a 137 cm (tratamento/ 3). Enquanto para a
E. saligna a diferença na altura foi menor, atingindo 75 cm na dose de 4% de
escória e 79 cm na maior dose (FIG._2). Esses resultados demonstram que a
espécie E. urophylla apresentou melhor resposta aos tratamentos do que o E.
saligna. Esse maior desenvolvimento implica em maior produção de biomassa,
sendo de grande interesse em programas de fitoestabilização de áreas
contaminadas com metais pesados (GRAZZIOTTI et al., 2003).
A produção de matéria seca (TAB._2) foi influenciada pela adição dos resíduos
alcalino e adsorvente. Verifica se que há uma diferenciação entre a maior e a
menor dose de escória de aciaria, sendo essa diferença significativa para todos
os parâmetros avaliados, com exceção do ramo, para ambas as espécies. No
tratamento 3 a espécie E. urophylla teve um aumento na massa seca, em relação
ao tratamento 2, de aproximadamente 21% para folha, 40% para o caule, 59% para
a raiz e 34% na biomassa total. Entretanto, para a espécie E. saligna esse
aumento, em relação ao tratamento 2, foi de 26% nas folhas, 36% no caule, 26%
na raiz e 27% para a biomassa total. Dessa forma, o ganho em massa seca total
na maior dose de escória de aciaria, em relação à menor, foi superior para o E.
urophylla, cerca de 34%, em comparação ao E. saligna, com 27%. Essa
diferenciação entre os tratamentos foi provocada, possivelmente, pela maior
biodisponibilidade dos metais no tratamento 2, em relação ao tratamento 3 (FIG.
1). Comparando a produção de massa seca na parte aérea entre as espécies,
observa-se que E. urophylla teve maior produção do que E. saligna (TAB._2).
Quanto à massa e o volume radicular, observa-se que tanto para E. urophylla
quanto para E. saligna há diferença significativa entre os tratamentos 2 e 3.
No tratamento 3, houve um aumento de 59% e 26% para o E. urophylla e E.
saligna, respectivamente, quando comparado ao tratamento 1. O volume de raiz
produzido no tratamento 2 foi o mesmo para ambas as espécies. Já no tratamento
3, diferentemente da parte aérea, E. saligna apresentou um volume maior (89
cm3) do que E. urophylla (73 cm3), indicando que houve maior exploração do
substrato pelas raízes.
A produção de raízes é uma característica importante para a fitoestabilização
de áreas contaminadas com metais pesados, pois protege o solo da erosão, reduz
a lixiviação, favorece a agregação e a atividade microbiana do solo (CARNEIRO
et al., 2002).
As concentrações de Zn na parte aérea e nas raízes foram influenciadas pela
adição dos resíduos no substrato contaminado (TAB._3). No tratamento 1, sem
adição de resíduos, E. urophylla apresentou em suas folhas teores de Zn de
4.590,7 mg kg-1, cerca de 6 vezes acima dos valores considerados como níveis
críticos de toxicidade (697,8 mg kg-1) encontrados por Soares et al., (2005),
para essa espécie, e muito superior à faixa de 100-400 mg kg-1, considerada
fitotóxica para o crescimento de outras espécies (KABATA-PENDIAS; PENDIAS,
2001).
Houve redução acentuada nas concentrações de Zn nas folhas nos tratamentos 2 e
3, sendo essa redução de 59 e 102 vezes menor, respectivamente, do que as
concentrações observadas no tratamento 1, além de estar abaixo do nível crítico
de toxicidade para a espécie (697,8 mg kg-1 de Zn). Para as folhas essa redução
entre os tratamentos foi significativa, sendo, no tratamento 3, cerca de 42%
menor do que no tratamento 2. Pode-se também verificar que no tratamento 2, o
teor de Zn nas folhas foi de 78 mg kg-1, valor acima da faixa considerada
adequada (40-60 mg kg-1) para Eucalipto proposto por Dell e Daping (1995).
Para E. saligna, no tratamento 1, o teor de Zn nas folhas também é elevado,
chegando a ser cerca de 3 vezes o valor considerado tóxico para o eucalipto
(SOARES et al, 2005). No tratamento 2, ocorreu uma redução, observando-se o
teor de 100,5 mg kg-1, valor abaixo do nível crítico de toxicidade. No
tratamento 3, o teor de Zn nas folhas foi de 49,9 mg kg-1 e apesar de ocorrer
essa redução, esse valor apresenta se dentro da faixa considerada adequada para
o eucalipto (DELL; DAPING, 1995).
No caule das plantas de E. urophylla houve uma redução nas concentrações de Zn
de 43 vezes no tratamento 2, em relação ao tratamento 1 e não houve diferença
significativa entre os tratamentos 2 e 3. Para E. saligna a redução foi de
aproximadamente 100 vezes no tratamento 2 e também não houve diferença
significativa entre os tratamentos 2 e 3.
As concentrações de Zn nas raízes diminuíram com a aplicação dos resíduos
alcalino e adsorvente, ocorrendo uma redução para E. urophylla cerca de 9 vezes
para o tratamento 2 e de 15 vezes no tratamento 3, quando comparados com o
tratamento 1. Para E. saligna essa redução foi de 11 vezes para o tratamento 2
e não houve diferença significativa entre os tratamentos 2 e 3.
Os teores de Zn nas raízes de E. saligna são significativamente superiores ao
de E. Urophylla; todavia, ao compararmos as concentrações na parte aérea,
ocorre o inverso.
A capacidade da planta imobilizar o metal nas raízes, limitando sua
translocação para a parte aérea, é um dos mecanismos de tolerância de algumas
espécies de plantas aos metais pesados (GARBISU; ALKORTA, 2001).
Esses resultados explicam a diferença significativa entre os tratamentos 2 e 3
no desenvolvimento e acúmulo de massa seca das plantas. O crescimento da planta
pode ser afetado pelo excesso de zinco, pois interfere em múltiplas vias,
causando redução na fotossíntese, inibindo o desenvolvimento das plantas,
alterando as estruturas e organização celular, além de alterar a atividade das
enzimas que participam do metabolismo das plantas (GUO et al., 2007).
O acúmulo de Zn pelas espécies de eucalipto (TAB._4) ocorreu de forma
diferenciada de acordo com os tratamentos. Para E. urophylla, o maior acúmulo
total ocorreu no tratamento 2, i.e, 14.519 µg planta-1, enquanto que no
tratamento 3 foi de 13.462 µg planta-1. A espécie E. saligna apresentou maior
acumulação total de Zn no tratamento 3, de 20.757 µg planta-1, enquanto que no
tratamento 2 o acúmulo foi de 16.483 µg planta-1.
Ambas as espécies de eucalipto demonstraram potencial para serem utilizadas em
programas de fitoestabilização, pois em projetos de remediação (PYATT, 2001),
as plantas são usadas com a finalidade de absorver contaminantes biodisponíveis
e retê-los nas raízes, sendo escolhidas plantas com translocação restrita às
folhas, o que auxilia esse tipo de estratégia.
Conclusões
1. O tratamento do solo com os resíduos reduziu a biodisponibilidade de zinco,
melhorando o desempenho das espécies estudadas;
2. A dose de 4% de escória de aciaria foi suficiente para promover o
desenvolvimento das plantas, sendo que para a dose de 6% de escória de aciaria
houve maior desenvolvimento do Eucalyptus urophylla, apresentando também maior
acúmulo de zinco na parte aérea, principalmente no caule;
3. A espécie Eucalyptus saligna apresentou maior acúmulo total de zinco,
ficando a maior parte do zinco retida nas raízes.
