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AVALIAÇÃO DO FLUXO POTENCIAL DE METANO EM
ALAGADOS CONSTRUÍDOS
JOANNA MARIA DA CUNHA DE OLIVEIRA SANTOS
UNIVERSIDADE ESTADUAL DO NORTE FLUMINENSE DARCY RIBEIRO
CAMPOS DOS GOYTACAZES, RJ
MAIO – 2007
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2
UNIVERSIDADE ESTADUAL DO NORTE FLUMINENSE DARCY RIBEIRO
CENTRO DE BIOCIÊNCIAS E BIOTECNOLOGIA
LABORATÓRIO DE CIÊNCIAS AMBIENTAIS
AVALIAÇÃO DA PRODUÇÃO DE METANO EM
ALAGADOS CONSTRUÍDOS
Dissertação apresentada ao Centro de
Biociências e Biotecnologia como parte das
exigências para a obtenção do grau de
mestre em Ecologia e Recursos Naturais,
pelo programa de pós-graduação em
Ecologia e Recursos Naturais.
Orientadora: Professora Dr
a
Glauca Torres Aragon
Apoio: FAPERJ e UENF
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3
Aos meus pais João Carlos, Giovana e
ao Frederico
4
AGRADECIMENTOS
Aos meus pais, João Carlos e Giovana, e meus familiares: o meu muito obrigado como
retribuição a todo carinho, amor, compreensão e incentivo.
À mon petit ami Frederico, je te remercie pour chaque moment que tu a été a mon côté, en
m'apportant de nouveaux et interessants faits à ma vie. Je te remercie pour m'avoir soutenu
pendant mon travail et m'avoir encouragé à chaque jour. Tu es quelqu'un super importante
et très spécial dans ma vie. Je t'aime !
Agradeço à Professora Dr
a
Glauca Torres Aragon pela orientação.
Aos Professores Dr. Alvaro Ramon Coelho Ovalle e Dr
a
Cristina Maria Magalhães de
Souza pela grande ajuda em todas as fases deste projeto.
Agradeço aos membros da banca examinadora por aceitarem o convite.
A Professora Dr
a
Maria Cristina Canella por toda atenção e dedicação nas fases iniciais do
trabalho, agradeço as discussões, as dúvidas, a essencial ajuda para o funcionamento do
equipamento analítico e adequação dos métodos analíticos adotados.
Aos técnicos do Laboratório de Ciências Ambientais: Marcelo Almeida e Cristiano Maciel
por toda colaboração na parte analítica do trabalho. Agradeço aos técnicos de campo do
LCA Ivanílton, Elmo e Vanderley pela ajuda nas saídas de campo.
Ao André Machado e Cristiano Maciel pela consultoria na parte hidráulica. Agradeço toda
a ajuda na montagem e regulagem do sistema experimental.
5
As amigas do LCA Ana Paula Silva, ,Micaela, Giselle, Giselli, Marcela e Bruna que
tornaram as disciplinas, trabalhos de campo, tempos de estudos, análises de laboratório
muito mais agradáveis.
Depois de ter escrito estas páginas de agradecimentos vi que as seguintes não têm o menor
sentido sem vocês. Talvez elas sirvam para preencher um pedacinho do conhecimento
científico, mas nada se compara à cada dia que vivi ao lado de vocês.
6
ÍNDICE GERAL
Lista de figuras VII
Lista de tabelas VIII
Resumo IV
Abstract V
1. Introdução 1
1.1. As áreas alagadas naturais
1
1.2. Os alagados construídos
3
1.3. O ciclo do carbono em áreas alagadas
5
1.4. Importância do metano
7
1.5. A circulação do metano em ambientes aquáticos
8
1.6. A metanogênese em áreas alagadas
10
1.7. Fatores reguladores da metanogênese em ambientes naturais
13
1.8. A contribuição das macrófitas aquáticas
14
2. Hipóteses 15
3. Objetivos 16
4. Justificativa 17
5. Material e Métodos 19
5.1. Área de estudo
19
5.2. Montagem do trabalho experimental e procedimentos analíticos
22
6. Resultados 27
6.1. Caracterização dos pequenos alagados construídos
27
6.2. Macrófitas aquáticas
30
6.3. Concentrações de metano no sistema experimental
32
7. Discussão 42
8. Considerações finais 47
9. Referências bibliográficas 49
10. Anexos 57
7
LISTA DE FIGURAS
Descrição Página
Figura 1: Fatores que diferenciam as áreas alagadas.
1
Figura 2: Esquematização das etapas do ciclo do carbono em áreas alagadas.
6
Figura 3: Representação esquemática da estratificação do compartimento sedimentar em
ecossistemas aquáticos
8
Figura 4: Esquematização do Ciclo do Metano em ecossistemas aquáticos.
9
Figura 5: (A) Gráfico de registros de temperaturas e das concentrações atmosféricas de
CO
2
e CH
4
em testemunhos de gelo. (B) Concentrações atmosféricas médias de CO
2
e
CH
4
registradas no observatório de Mauna Loa a partir de 1700 até o ano 2000.
17
Figura 6: Mapa de localização da Lagoa do Vigário.
20
Figura 7: Mapa de localização da Lagoa de Cima.
21
Figura 8: Desenho esquemático do modelo experimental adotado no presente estudo,
adaptado de Lannes (2004). Para cada uma das Lagoas (Lagoa do Vigário e Lagoa de
Cima) foi feita uma estrutura experimental como esta especificada acima.
22
Figura 9: (A) Banco de Typha domingensis (B) detalhamento da espécie de macrófita
aquática Typha domingensis.
24
Figura 10: Gráfico comparativo para o teor de matéria orgânica média, expresso em
porcentagem encontrada entre os alagados construídos (com presença ou ausência de
macrófitas aquáticas) na Lagoa do Vigário e Lagoa de Cima.
29
Figura 11: Gráfico comparativo do comportamento das macrófitas aquáticas da espécie
Typha domingensis nos alagados construídos representativos da Lagoa do Vigário.
31
8
Figura 12: Gráfico comparativo do comportamento das macrófitas aquáticas da espécie
Typha domingensis nos alagados construídos representativos da Lagoa de Cima.
31
Figura 13: Gráfico comparativo das taxas de crescimento médio das macrófitas
aquáticas (Typha domingensis) nos alagados construídos representativos da Lagoa do
Vigário e Lagoa de Cima.
32
Figura 14: Concentração de CH
4
dissolvido na coluna d’água ao longo dos dias de
experimentação nos alagados construídos da Lagoa do Vigário com macrófitas
aquáticas.
33
Figura 15: Concentração de CH
4
dissolvido na coluna d’água no decorrer do
experimento nos alagados construídos da Lagoa do Vigário sem macrófitas aquáticas.
34
Figura 16: Comparativo entre as concentrações de CH4 dissolvido na água dos alagados
construídos com macrófitas aquáticas e abastecidos com material proveniente da Lagoa
de Cima.
35
Figura 17: Gráfico comparativo dos tanques experimentais sem macrófitas aquáticas da
Lagoa de Cima.
36
Figura 18: Comparativo entre as concentrações médias de metano dissolvido na água
nos alagados da Lagoa do Vigário e Lagoa de Cima, colonizados ou não por macrófitas
aquáticas.
38
Figura 19: Gráfico comparativo entre as concentrações de metano encontradas no
sedimento dos alagados da Lagoa do Vigário e Lagoa de Cima (com e sem macrófitas
aquáticas).
39
9
LISTA DE TABELAS
Descrição Página
Tabela 1 – Tabela comparativa dos valores médios de parâmetros
hidroquímicos entre as Lagoas do Vigário (alagados construídos com e
sem macrófitas aquáticas) e Lagoa de Cima (alagado construído com e
sem macrófitas aquáticas).
28
Tabela 2 – Tabela comparativa das frações granulométricas em
sedimentos da lagoa do Vigário e da Lagoa de Cima
29
Tabela 3 – Tabela comparativa das concentrações de metano em
diferentes ambientes aquáticos e as respectivas referências
bibliográficas.
42
10
RESUMO
A construção de alagados artificiais com o intuito de reduzir as quantidades de nutrientes
de efluentes tem se tornado uma prática comum nos últimos anos, sendo um sistema
utilizado como uma medida preventiva da poluição aquática onde a matéria orgânica
será convertida em compostos gasosos através de processos mediados por
microorganismos. Alguns destes gases podem apresentar efeitos adversos na atmosfera,
uma vez que grande parte dos materiais desta atividade microbiana são os gases
responsáveis pelo efeito estufa. Considerando tais vias metabólicas naturais, os alagados
construídos, podem ser considerados um risco já que a poluição aquática está sendo
evitada com sua utilização, mas está sendo convertida em poluição atmosférica. O
presente estudo objetivou conhecer a produção e as possíveis vias de emissão de metano
em pequenos alagados construídos analisando os efeitos da eutrofização e o papel das
macrófitas aquáticas na circulação do metano nestes ambientes aquáticos. Com base nos
objetivos propostos, tanques experimentais foram construídos e abastecidos com
material (sedimento, água e macrófitas aquáticas) proveniente de duas lagoas (uma
eutrofizadas artificialmente e uma lagoa foi tomada como controle). O processo de
experimentação mostrou que os alagados artificiais são capazes de produzir metano e
emitir através de bolhas, difusão na coluna d’água e emissão através da comunidade de
macrófitas aquáticas emergentes. Foi possível evidenciar a influência positiva do
lançamento de efluentes domésticos, aumentando a concentração de matéria orgânica
para a metanogênese e reduzindo as concentrações de oxigênio dissolvido no sistema
experimental, que também influenciava positivamente o processo de formação de
metano. As macrófitas aquáticas mostraram através deste experimento a sua contribuição
para a oxidação de suas raízes e rizomas, favorecendo os organismos metanotróficos, e
possivelmente são responsáveis pela emissão direta de parte do metano sintetizado no
sedimento destes ambientes.
Palavras-chave: alagados construídos, eutrofização, Typha domingensis, metano, coluna
d’água, sedimentos
11
ABSTRACT
The constructed wetlands (CW) aiming to reduce the concentrations of nutrients of
effluents has become a common practice on the last years, being a system used as a
preventive form to reduce the aquatic pollution where the organic matter will be
converted into gaseous compounds through processes mediated by microorganisms.
Some of these gases can exhibit adverse effects on atmosphere, once a great amount of
materials by this microbiological activity are the greenhouse gases. Considering the
natural metabolic pathways, the constructed wetlands, can be considered a risk because
the aquatic pollution that is avoided with its utilization, but it has been converted into
atmospheric pollution. This study aims to understand the production and the possible
pathways of methane emission in small constructed wetlands, analyzing the
eutrophication effects and the role of the macrophytes on methane circulation processes
in aquatic environments. Considering the proposal objectives, experimental systems
were constructed and supplied with materials (sediments, water and macrophytes) comes
from two lakes (one more eutrophised and another one was used as control). The
experimental process exhibited that the constructed wetlands are able to produce
methane and release it through bubbles, by diffusion on water column and release it by
the emergent macrophyte community. The positive influence of wastewater was proved,
and it promotes the increase of organic matter for the methanogenesis and it reduces the
concentrations of dissolved oxygen on the experimental system, which also influence
positively the process of methane formation. The macrophytes exhibited that through
this experiment its contribution for its roots oxidation, suiting the methanotrophic
organisms, and possibly are responsible by the direct emission of part of the methane
produced on sediments on these environments.
Key-words: constructed wetlands, eutrophication, Typha domingensis, methane, water
column, sediments.
12
1. INTRODUÇÃO
O metano (CH
4
) é um gás extremamente importante, sendo um dos gases
responsáveis pelo efeito estufa, e possui grandes fontes naturais e antropogênicas
(Bouwman, 1990; Neue et al., 1995; Duan et al., 2005). Este gás estufa é capaz de absorver
e emitir radiação infravermelha (com alto potencial de aquecimento), com capacidade de
absorção superior a gases como o CO
2
e o vapor d´água (Wang et al., 1976). A
concentração atmosférica atual de CH
4
é de aproximadamente 1,8 ppm sendo mais que o
dobro da concentração atmosférica registrada durante o período pré-industrial (Dickinson &
Cicerone, 1986). Entre todos os gases do efeito estufa presentes na atmosfera, o CH
4
assume uma significância considerável nos anos mais recentes devido a seu impacto nas
condições climáticas da Terra e na química estratosférica do ozônio (Jugsujinda et al.,
1998; Singh et al., 2000).
Durante as duas últimas décadas, as concentrações de CH
4
na troposfera
continuamente aumentaram cerca de 1,1% ao ano, e este comportamento tem despertado
grande interesse e estimulado muita pesquisa na produção e transporte de CH
4
em
ambientes aquáticos e áreas alagadas naturais (Blake & Rowland, 1988; Singh et al., 2000).
O processo de decomposição do CH
4
conduz a uma produção de vapor d´água na
troposfera, este processo não é observado na estratosfera. Segundo Baird (2000) quando o
CH
4
atinge a estratosfera, ele sofre um processo de oxidação gerando monóxido de carbono
que é responsável pelo agravamento do efeito estufa. (Reação I):
Reação I:
CH
4
+ OH + O
2
2H
2
O + ½ H
2
+ CO
Para melhor compreensão do processo de formação de CH
4
em ambientes aquáticos,
é preciso compreender o ciclo biogeoquímico do carbono nestes ambientes. A Figura 1
ilustra as principais etapas relacionadas com este ciclo biogeoquímico. Os processos
aeróbicos que ocorrem neste ciclo são: fotossíntese e respiração aeróbia; e os processos
anaeróbicos são: oxidação da matéria orgânica e a metanogênese (que pode ser considerada
um tipo de fermentação).
13
A fotossíntese (Reação II) e a respiração (Reação III) debelam os horizontes
aeróbicos (domínio atmosférico, e zonas oxidadas do compartimento pedológico), onde a
matéria orgânica é reduzida, e o carbono da molécula de CO
2
funciona como doador de
elétrons para o processo fotossintético e o O
2
funciona como aceptor terminal de elétrons
no processo de respiração (Mitsh & Gosselink, 2000).
Figura 1: Esquematização das etapas do Ciclo do Carbono em Áreas Alagadas.
Reação II:
6CO
2
+ 12H
2
O + luz
C
6
H
12
O
6
+ 6O
2
+ 6H
2
O
Reação III:
C
6
H
12
O
6
+ 6O
2
6CO
2
+ 6H
2
O + 12e
-
+ energia
COD
Fermentação
Sulfato
Redução
Nitrato Redução
CH
4
Metanogênese
POD/COD
Respiração
CO
2
H
2
CO
3
Sistema Carbonato
HCO
3
-
/CO
3
-2
Minerais
do solo
H
2
CO
3
CO
2
Fotossíntese e
Respiração
CO
2
CH
4
Saída
Precipitação
Difusão
CO
2
Efluxo pelo
sistema
vascular
CO
2
CH
4
Influxo de
CO
2
, HCO
3
-
e CO
3
-2
COD
Fermentação
Sulfato
Redução
Nitrato Redução
CH
4
Metanogênese
POD/COD
Respiração
CO
2
H
2
CO
3
Sistema Carbonato
HCO
3
-
/CO
3
-2
Minerais
do solo
H
2
CO
3
CO
2
Fotossíntese e
Respiração
CO
2
CH
4
Saída
Precipitação
Difusão
CO
2
Efluxo pelo
sistema
vascular
CO
2
CH
4
Influxo de
CO
2
, HCO
3
-
e CO
3
-2
POD/COD
Respiração
CO
2
H
2
CO
3
Sistema Carbonato
HCO
3
-
/CO
3
-2
Minerais
do solo
H
2
CO
3
CO
2
Fotossíntese e
Respiração
CO
2
CH
4
Saída
Precipitação
Difusão
CO
2
Efluxo pelo
sistema
vascular
CO
2
CH
4
Influxo de
CO
2
, HCO
3
-
e CO
3
-2
CO
2
CH
4
Saída
Precipitação
Difusão
CO
2
Efluxo pelo
sistema
vascular
CO
2
CH
4
Influxo de
CO
2
, HCO
3
-
e CO
3
-2
14
A degradação de matéria orgânica por reação aeróbia (Reação III) é muito eficiente
em transferência de energia (Mitsh & Gosselink, 2000). Entretanto, devido a natureza
anóxica das áreas alagadas, processos anaeróbicos que são menos eficientes na
transferência de energia ocorrem na proximidade com os processos aeróbicos. Duas das
maiores vias metabólicas que ocorrem em condições de anoxia são os processos de
oxidação anaeróbia da matéria orgânica e a metanogênese (Mitsh & Gosselink, 2000).
A fermentação ocorre quando a matéria orgânica é o aceptor terminal de elétrons na
respiração de microorganismos e forma vários ácidos e álcoois de baixo peso molecular e
CO
2
, tal processo ocorre em sedimentos dos alagados sendo mediado por organismos
aeróbicos facultativos e/ou anaeróbicos (Mitsh & Gosselink, 2000). O processo de
formação de acido lático (Reação IV) e etanol (Reação V) a partir de material orgânico
constituem exemplos de fermentação. Ainda que estudos sobre o processo de fermentação
in situ sejam raros, sabe-se que o processo de fermentação desempenha papel central na
provisão de substratos para outros organismos anaeróbicos em sedimentos e solos alagados
(Mitsh & Gosselink, 2000).
Reação IV:
C
6
H
12
O
6
2CH
3
CH
2
OCOOH
Reação V:
C
6
H
12
O
6
2CH
3
CH
2
OH + 2CO
2
Na metanogênese, as bactérias metanogênicas usam CO
2
como aceptor de elétrons
para a produção de CH
4
(Reação VI). O CH
4
produzido durante este passo do ciclo do
carbono pode ser liberado para a atmosfera quando o sedimento dos alagados é perturbado,
fazendo com que bolhas de CH
4
sejam liberadas para a superfície (Mitsh & Gosselink,
2000). A produção de CH
4
requer condições extremamente reduzidas, com potencial redox
abaixo de 20 mV. É um processo mediado por organismos classificados como
metanogênicos, tais como Archaeae e organismos procarióticos que inclui os halófilos
obrigatórios e termófilos (Mitsh & Gosselink, 2000).
15
Reação VI:
2CH
2
O + 4H
2
CO
2
+ CH
4
O sedimento é o compartimento dos ecossistemas aquáticos continentais onde o
CH
4
é produzido através da matéria orgânica metabolizada por outros organismos, e que
está disponível para o processo (Marinho et al., 2004). Podemos estratificar o sedimento em
ambientes aquáticos de acordo com os principais processos metabólicos, sendo as camadas
superficiais (primeiros milímetros) o sítio onde ocorrem os processos metabólicos de
natureza aeróbia. Conforme o oxigênio vai se extinguindo, outros processos vão
aparecendo, sendo caracterizados como processos anaeróbicos (exemplos: desnitrificação,
redução de metais, sulfato redução e metanogênese). A estratificação do sedimento está
representada na Figura 2.
Figura 2: Representação esquemática da estratificação do compartimento sedimentar em
ecossistemas aquáticos (Fonte: Marinho et al., 2004).
Sedimento
Sedimento
Emissão de CO
2
, N
2
, N
2
O, H
2
S, CH
4
O
2
CO
2
NO
3
-
Mn
+4
Fe
+3
N
2
/ N
2
O
Mn
+2
Fe
+2
SO
4
-2
H
2
S
CO
2
CH
4
Zona de respiração
aeróbica
Zona de redução de
NO
3
-
, Mn
+4
e Fe
+3
Zona de redução de
SO
4
-2
Zona de redução de
bicarbonato
Sedimento
Sedimento
Emissão de CO
2
, N
2
, N
2
O, H
2
S, CH
4
Sedimento
Sedimento
Sedimento
Sedimento
Sedimento
Sedimento
Emissão de CO
2
, N
2
, N
2
O, H
2
S, CH
4
O
2
CO
2
NO
3
-
Mn
+4
Fe
+3
N
2
/ N
2
O
Mn
+2
Fe
+2
SO
4
-2
H
2
S
CO
2
CH
4
Zona de respiração
aeróbica
Zona de redução de
NO
3
-
, Mn
+4
e Fe
+3
Zona de redução de
SO
4
-2
Zona de redução de
bicarbonato
O
2
CO
2
NO
3
-
Mn
+4
Fe
+3
NO
3
-
Mn
+4
Fe
+3
N
2
/ N
2
O
Mn
+2
Fe
+2
N
2
/ N
2
O
Mn
+2
Fe
+2
SO
4
-2
H
2
S
CO
2
CH
4
Zona de respiração
aeróbica
Zona de redução de
NO
3
-
, Mn
+4
e Fe
+3
Zona de redução de
SO
4
-2
Zona de redução de
bicarbonato
16
O CH
4
é um composto resultante da degradação de diversos compostos orgânicos
em zonas anaeróbicas de compartimentos pedológicos densamente colonizados por
bactérias metanogênicas (Garcia et al., 2000). Este processo é denominado metanogênese, e
corresponde ao último estágio da decomposição do carbono na sua forma orgânica sob
condições anaeróbicas, utilizando-se uma grande variedade de aceptores de elétrons (como
por exemplo: nitrato, sulfato, ferro, manganês, dióxido de carbono e compostos orgânicos
intermediários). Esta etapa da ciclagem do carbono nos ecossistemas pode ocorrer no trato
gastrintestinal de animais, em solos inundados, ambientes alagados e habitats geotérmicos
(Fenchel et al., 1998; Minello, 2004).
O CH
4
em condições de anaerobiose pode ser oxidado a CO
2
por bactérias
denominadas metanotróficas, que colonizam camadas superficiais de sedimentos e a coluna
d´água, que constituem regiões oxigenadas dos ecossistemas aquáticos (Figura 3). A
emissão de CH
4
para a atmosfera pode ocorrer através do processo de difusão via coluna
d´água ou ainda por meio da formação de bolhas (Figura 3). A formação de bolhas é um
importante mecanismo de liberação quando se constata altas concentrações de CH
4
nos
sedimentos, diminuindo a ocorrência de oxidação na coluna d´água. Uma outra via de
emissão de CH
4
para a atmosfera consiste no processo mediado por espécies de macrófitas
aquáticas emergentes.
O processo de metanogênese é controlado e influenciado pela temperatura do
sistema, salinidade, potencial redox, pH do meio e pela disponibilidade de substratos
orgânicos que são responsáveis pelo desencadeamento de todo o processo e pela
concentração de nutrientes disponíveis. Estas variáveis são mencionadas na literatura como
fatores limitantes para a formação de CH
4
em áreas alagadas naturais, de acordo com Fey &
Conrad (2000).
Segundo Van-Hulzen et al. (1999), a temperatura atua como fator limitante da
concentração de metano em ambientes aquáticos. Estes autores demonstraram através de
experimentos em incubação de solos que em temperaturas baixas os aceptores de elétrons e
a biomassa metanogênica limitam a produção de metano por um longo período de tempo
levando ao baixo fluxo potencial de CH
4
nos ecossistemas aquáticos em baixas
temperaturas.
17
Figura 3: Esquematização do Ciclo do CH
4
em ecossistemas aquáticos (Adaptado de
Marinho et al.,2004).
Considerando que a metanogênese pode ser caracterizada como um processo
metabólico anaeróbico, este processo depende de condições com reduzidas concentrações
de oxigênio dissolvido. Níveis de concentração de oxigênio dissolvido também influenciam
o processo, uma vez que a metanogênese ocorre em ambientes com características
redutoras (Bodegom & Stams, 1999). Segundo Bodegom & Stams (1999), quando as
concentrações de oxigênio dissolvido encontram-se acima de 0,65 µM elas são capazes de
inibir por completo a formação de metano. No entanto, o oxigênio é completamente
consumido logo nos primeiros milímetros do sedimento dos ecossistemas aquáticos
(Amaral & Knowles, 1995).
Adicionalmente, as concentrações de CH
4
nos ambientes aquáticos podem ser
influenciadas pela salinidade dos ambientes e pela concentração de sulfato. Em ambientes
ricos em sulfato, as bactérias sulfato-redutoras são responsáveis pela degradação de grande
O
2
CH
4
Exsudado CH
4
CH
4
Séston
Detritos
CH
4
Bolhas
Difusão
O
2
CH
4
Exsudado CH
4
CH
4
Séston
Detritos
CH
4
Bolhas
Difusão
O
2
CH
4
Exsudado CH
4
CH
4
Séston
Detritos
CH
4
O
2
CH
4
O
2
CH
4
O
2
CH
4
Exsudado CH
4
CH
4
Séston
Detritos
CH
4
Bolhas
Difusão
18
parte da matéria orgânica, reduzindo-a à gás sulfídrico (H
2
S) (Castro et al., 2000). Devido à
maior afinidade por H
2
e por apresentarem taxas de crescimento mais elevadas
(Kristjansson et al., 1982; Robinson & Tiedje, 1984), as bactérias sulfato-redutoras mantém
as concentrações de H
2
em níveis menores do que os metanogênicos necessitam (Lovley,
1985; Cord-Ruwisch et al., 1988). Conseqüentemente, a produção de metano é geralmente
inibida quando há adição de sulfato no sedimento de áreas alagadas (Lovley et al., 1982).
No entanto, se há substratos suficientes, os dois processos, a metanogênese e a
sulfato-redução, podem ocorrer simultaneamente (Ward & Winfrey, 1985). Estudos mais
recentes demonstraram que em ambientes aquáticos com elevados valores de salinidade a
produção de solutos orgânicos garante substratos que apenas um grupo restrito de
metanogênicos consegue degradar, por isso, estes têm sido chamados de “substratos não
competitivos” (Keltjens & Vogels, 1993; Oren, 1994; Munson et al. 1997; Thauer, 1998).
As áreas alagadas naturais são amplamente reportadas na literatura como maiores
fontes naturais de CH
4
para a atmosfera (Baird, 2000). Estes ambientes estão inseridos na
interface entre os meios terrestre e aquático, sendo uma área caracterizada por inundação
temporária ou permanente, onde se constata a variação no nível de água e colonização da
área alagada por uma vegetação característica constituída principalmente por macrófitas
aquáticas, adaptadas a tais condições ambientais. Há uma diversidade de alagados naturais,
que vão se diferenciar em função dos fatores descritos na Figura 4.
Figura 4: Fatores que diferenciam as áreas alagadas. As setas contínuas representam os
fatores que exercem efeito direto e setas descontínuas representam os fatores que afetam
indiretamente estes ambientes. (Fonte Mitsch & Gosselink, 2000).
tempo
tempotempo
tempo
Nível, fluxo e
Nível, fluxo e Nível, fluxo e
Nível, fluxo e
frequencia
frequencia frequencia
frequencia
da água
da águada água
da água
Hidrologia
HidrologiaHidrologia
Hidrologia
Ambiente físico
Ambiente físicoAmbiente físico
Ambiente físico-
--
-
químico
químicoquímico
químico
(solo, química, etc)
(solo, química, etc)(solo, química, etc)
(solo, química, etc)
oxidado
oxidadooxidado
oxidado
reduzido
reduzidoreduzido
reduzido
BIOTA
BIOTABIOTA
BIOTA
(vegetação, animais e
(vegetação, animais e (vegetação, animais e
(vegetação, animais e
microorganismos)
microorganismos)microorganismos)
microorganismos)
Clima
ClimaClima
Clima
geomorfologia
geomorfologiageomorfologia
geomorfologia
tempo
tempotempo
tempo
Nível, fluxo e
Nível, fluxo e Nível, fluxo e
Nível, fluxo e
frequencia
frequencia frequencia
frequencia
da água
da águada água
da água
Hidrologia
HidrologiaHidrologia
Hidrologia
tempo
tempotempo
tempo
Nível, fluxo e
Nível, fluxo e Nível, fluxo e
Nível, fluxo e
frequencia
frequencia frequencia
frequencia
da água
da águada água
da água
Hidrologia
HidrologiaHidrologia
Hidrologia
Ambiente físico
Ambiente físicoAmbiente físico
Ambiente físico-
--
-
químico
químicoquímico
químico
(solo, química, etc)
(solo, química, etc)(solo, química, etc)
(solo, química, etc)
oxidado
oxidadooxidado
oxidado
reduzido
reduzidoreduzido
reduzido
Ambiente físico
Ambiente físicoAmbiente físico
Ambiente físico-
--
-
químico
químicoquímico
químico
(solo, química, etc)
(solo, química, etc)(solo, química, etc)
(solo, química, etc)
oxidado
oxidadooxidado
oxidado
reduzido
reduzidoreduzido
reduzido
BIOTA
BIOTABIOTA
BIOTA
(vegetação, animais e
(vegetação, animais e (vegetação, animais e
(vegetação, animais e
microorganismos)
microorganismos)microorganismos)
microorganismos)
BIOTA
BIOTABIOTA
BIOTA
(vegetação, animais e
(vegetação, animais e (vegetação, animais e
(vegetação, animais e
microorganismos)
microorganismos)microorganismos)
microorganismos)
Clima
ClimaClima
Clima
geomorfologia
geomorfologiageomorfologia
geomorfologia
19
Os alagados são amplamente encontrados pelo mundo, exceto na Antártida, sendo
observados em todas as demais diversidades climáticas. A distribuição de áreas alagadas
naturais pelo mundo também é importante. Primeiramente, porque o clima influencia a
produção de CH
4
e sua emissão. Os alagados localizados em áreas tropicais vão emitir CH
4
durante todo o ano, e as áreas alagadas de clima temperado vão concentrar a sua produção
durante os meses mais quentes do ano; em áreas cobertas por gelo, a emissão de CH
4
não
vai ocorrer. Com base em muitas estimativas, a extensão das áreas alagadas pelo mundo
compreende cerca de 7 a 9 milhões de km
2
, ou cerca de 4 a 6% da área da superfície
continental do planeta (Mitsh & Gosselink, 2000). Dentro deste percentual,
aproximadamente 56% desta área total estimada corresponde a áreas alagadas em
ambientes tropicais (2,6 milhões de km
2
). Devido à sua ampla ocorrência e posição de
interface, os alagados naturais são áreas importantes para a ciclagem biogeoquímica de
elementos, sendo regiões consideradas como “filtro natural”, uma vez que são ambientes
receptores de águas provenientes de corpos hídricos e efluentes de fontes naturais ou de
origem antrópica.
Do ponto de vista histórico, os alagados na sua forma natural têm sido usados como
locais convenientes para lançamentos de esgotos (Kadlec & Knight, 1996), e isto se deve,
principalmente, a sua proximidade em relação aos canais fluviais (Vymazal et al., 1998).
Durante os últimos 20-30 anos os alagados construídos foram evidenciados pelo mundo
principalmente na qualidade de ambientes destinados ao tratamento de esgotos em áreas
com baixa densidade populacional e com relação à possibilidade de aplicação de um
tratamento apropriado ao esgoto que está sendo gerado. Nestas últimas décadas o uso de
alagados construídos para o controle da poluição aquática tem sido motivo para muita
discussão, que é responsável pela intensificação da pesquisa e experimentos que estão
gerando ainda mais conhecimento acerca desta utilização.
Hoje em dia os alagados construídos têm sido utilizados no tratamento de esgotos
residenciais, municipais, industriais, agrícolas, etc, já que estes sistemas surgiram como
alternativa pra resolver o problema de áreas subdesenvolvidas, porque nestas regiões, há
uma grande carência relacionada ao tratamento de esgotos. O uso de alagados construídos
exerce importante papel no tratamento destes efluentes domésticos e no controle da
poluição de águas em muitas partes do mundo, em especial nos países desenvolvidos. E,
20
conseqüentemente, este uso mais abrangente nestes países é devido a grande experiência e
conhecimentos baseados em trabalhos práticos e científicos.
Os alagados construídos são considerados uma “tecnologia promissora”, porque tais
sistemas utilizam processos naturais; têm construção, operação e manutenção simples; são
estáveis e eficientes. Desta maneira, eles têm sido amplamente usados no tratamento de
esgotos domésticos e no controle de poluição de águas em muitas partes do mundo
(Liikanen & Martikainen, 2003).Nestes alagados artificiais, os nutrientes e matéria orgânica
são permanentemente removidos dos compartimentos terrestre e aquático e são convertidos
por meio de processos microbiológicos a compostos dissolvidos e gasosos que serão
liberados para a água e a atmosfera. Alguns destes gases (CO
2
, CH
4
e N
2
O) podem
apresentar efeitos adversos na atmosfera, uma vez que são os gases estufa, responsáveis
pelo aquecimento global, fenômeno amplamente discutido na atualidade. Então, os
alagados construídos podem ser considerados um risco já que a poluição aquática está
sendo evitada com sua utilização, mas está sendo convertida em poluição atmosférica
(Liikanen & Martikainen, 2003).
As áreas alagadas constituem uma das maiores fontes naturais de emissão de CH
4
,
liberando entre 100 e 200 Tg/ano para a atmosfera (Cicerone & Oremland, 1988; Fung et
al., 1991; IPCC, 1992; Lelieveld & Crutzen, 1993; Singh et al, 2000). Juntamente com as
plantações de arroz, os alagados naturais contribuem com mais de 40% da emissão global
de CH
4
para a atmosfera, entretanto este dado tem aumentado cerca de 1% ao ano, de
acordo com Pearmen et al. (1986); tendo uma contribuição de aproximadamente 15% para
o efeito estufa (Rodhe, 1990). Estes ecossistemas são importantes, e devem ser
considerados ecossistemas-chave para a modelagem da química atmosférica e mudanças
climáticas globais, pois são as maiores fontes de CH
4
. De acordo com Lannes (2004), estes
ambientes são identificados como sistemas aquáticos com alta capacidade de remoção de
nutrientes de águas poluídas. Por esta razão, os alagados construídos têm sido amplamente
usados como alternativa para o tratamento de esgotos domésticos juntamente com efluentes
agrícolas e industriais.
Nos sedimentos anóxicos das áreas alagadas naturais, a metanogênese ocorre na
presença de altos níveis de material orgânico lábil e na ausência de aceptores de elétrons
inorgânicos alternativos, como o sulfato (Martens & Berner, 1974). A atividade
21
metanogênica em alagados envolve mecanismos fisiológicos de plantas e microorganismos
que são regulados por fatores climáticos e edáficos. A ocorrência destes processos em
ambientes heterogêneos resulta em grandes variações nos fluxos de CH
4
, que estão
comumente sofrendo alterações na escala de horas e metros (Bartlett & Harriss, 1993).
O processo de emissão de CH
4
nestes ambientes é resultado de uma seqüência de
eventos, começando com a entrada de material detrítico proveniente da comunidade vegetal
que coloniza a área e exsudados radiculares no solo, seguido pela fermentação do conteúdo
de matéria orgânica do solo em substrato metanogênico, metanogênese, e subseqüente re-
oxidação.
A taxa de produção de CH
4
é limitada pela disponibilidade de substrato da produção
primária das plantas e decomposição da matéria orgânica do solo, sendo regulada por
fatores climáticos e edáficos como temperatura, dimensões da coluna d’água e pH
(Valentine et al., 1994; Conrad, 1989). A maioria do CH
4
produzido é oxidado por
organismos metanotróficos presentes nas camadas oxidadas e anóxicas do solo, antes de ser
emitido para a atmosfera (King, 1990).
As bactérias metanogênicas são estritamente anaeróbicas, produzem CH
4
como
resultado final do seu metabolismo utilizando para a produção de CH
4
substratos como
acetato, formato e hidrogênio (Fenchel et al., 1998; Segers & Kengen, 1998), sendo sua
importância para o ciclo do carbono amplamente conhecida (Boone, 1991). Estes
organismos colonizam o compartimento sedimentar em água doce e salina, colonizando
também o trato digestivo de animais (Jones, 1991). Em ambientes aquáticos, o sedimento é
o principal sítio de metanogênese, entretanto, quando a coluna d’água apresenta condições
anaeróbias o compartimento aquático pode ser responsável por uma significante produção
de CH
4
(Kiene, 1991).
A maioria dos ecossistemas aquáticos tropicais é raso, possibilitando o
desenvolvimento da comunidade de macrófitas aquáticas (Esteves, 1998). As macrófitas
aquáticas exercem importante influência na dinâmica do CH
4
nestes ambientes, uma vez
que esta comunidade aprovisiona matéria orgânica para os organismos metanogênicos
(Neue et al., 1997). Além de contribuírem para a provisão de matéria orgânica, as
macrófitas aquáticas são responsáveis pela liberação de CH
4
para a atmosfera por
intermédio de um mecanismo interno de transporte de gases (Gatts et al., 2003). O
22
transporte de gases das macrófitas para a atmosfera e vice-versa ocorre através do
aerênquima destas espécies emergentes (Boom & Sorrell, 1995; Yavitt & Knapp, 1995;
Kulshreshtha et al., 2000; Holzapfel-Pschorn et al., 1986; Schulz et al., 1989). Uma forma
alternativa de liberação de CH
4
para a atmosfera consiste na difusão do CH
4
dissolvido pela
coluna d’água e liberação das bolhas de gás para a atmosfera (Neue et al., 1997).
As macrófitas aquáticas também são importantes para o processo de oxidação de
CH
4
, uma vez que suas raízes e rizomas são capazes de promover a oxigenação do
sedimento, permitindo o desenvolvimento de bactérias metanotróficas, que são as bactérias
responsáveis pela oxidação de CH
4
em CO
2
(King, 1994).
Considerando o papel desempenhado pela comunidade de macrófitas aquáticas para
a dinâmica do ciclo do carbono, em especial, para a emissão de CH
4
em alagados, é
evidente a importância do estudo das influências exercidas pela comunidade de macrófitas
aquáticas nos processos biogeoquímicos do CH
4
em ecossistemas aquáticos tropicais. As
alarmantes mudanças globais que têm sido atribuídas às emissões de CH
4
levantam
questões sobre como estas mudanças já têm afetado o clima e os ciclos biogeoquímicos na
Terra e como vai continuar afetando (Kiene, 1991).
1.1. Macrófitas Aquáticas:
As macrófitas aquáticas, segundo Esteves (1998), são vegetais que durante a sua
evolução migraram do ambiente terrestre para o aquático, e apresentam várias
características comuns a vegetais terrestres como, presença de cutícula e de estômatos.
Colonizam uma diversidade de ambientes, pois apresentam grande capacidade de adaptação
e amplitude ecológica.
Macrófitas emergentes são responsáveis pela condução de oxigênio presente na
atmosfera para a região radicular gerando um ambiente oxidado no sedimento que é
responsável pela oxidação do CH
4
mediada pelos metanotróficos (Holzapfel-Pschorn et al.,
1985). As macrófitas são fundamentais no que se refere à emissão de gases através do
sistema vascular de espécies emergentes (Boom & Sorrell, 1995) (Figura 5A, B).
Dados da literatura sugerem que cerca de 50-90% de CH
4
gerado em uma área
alagada colonizada por macrófitas é emitido através das plantas emergentes (Boom &
23
Sorrell, 1995), evidenciando a importância de gerar conhecimentos relacionados à
contribuição das espécies de macrófitas que colonizam áreas alagadas para a emissão de
CH
4
. Sedimentos que não são colonizados por macrófitas aquáticas são, na maioria das
vezes, caracterizados por um grande volume de bolhas de gás que contém 50-90% de CH
4
(Chanton et al., 1989; Martens & Chanton, 1989).
As plantas que se desenvolvem em áreas alagadas são morfologicamente adaptadas
ao crescimento em sedimentos saturados de água em virtude dos grandes espaços de ar
internos para transporte de oxigênio para a zona de raiz e rizomas (Figura 5). Este
mecanismo se desenvolveu em resposta as condições de anoxia do solo, sendo uma
estratégia interessante adotada pela vegetação que coloniza as áreas alagadas para
promover a aeração de sua parte submersa através de um sistema de ventilação interno que
conduz gases da atmosfera até suas raízes e rizomas. Estas estruturas responsáveis pelo
fluxo convectivo de gases são chamadas de aerênquimas. Os aerênquimas podem conduzir
oxigênio a zona de raiz e rizomas, promovendo a oxigenação desta região, podendo ainda
conduzir outros compostos gasosos resultantes da degradação de matéria orgânica nos
sedimentos, como é o caso do CH
4
.
5A 5B
Figura 5 – Esquema dos aerênquimas em macrófitas aquáticas. Fluxo convectivo de
oxigênio para as raízes e rizomas (5A) e fluxo de outros gases que são lançados
pelas macrófitas para a atmosfera (5B). Figura 5A Fonte: Brix (1994) e Figura 5B
Fonte: Joabson et al. (1999).
24
2. HIPÓTESES
O presente estudo foi desenvolvido a fim de testar algumas hipóteses que estão
descritas a seguir:
Hipótese I. A presença de macrófitas aquáticas em alagados construídos é responsável pelo
maior fluxo potencial de CH
4
, considerando que as macrófitas aquáticas constituem uma
fonte de matéria orgânica para a metanogênese.
Hipótese II. O fluxo potencial de CH
4
em alagados construídos impactados por efluentes
domésticos, onde não há limitação de substrato orgânico para a metanogênese, é maior do
que nos sistemas construídos menos eutrofizados.
25
3. OBJETIVOS
Considerando as hipóteses anteriormente descritas, o presente estudo objetiva analisar o
fluxo potencial de CH
4
em alagados construídos, avaliando a produção e as vias de emissão
nestes sistemas artificiais. Podemos ainda mencionar alguns objetivos específicos que
consistem em:
i. Estudar as concentrações de CH
4
dissolvido na coluna d´água e o CH
4
em
sedimentos de alagados submetidos à diferentes condições (presença/
ausência de macrófitas) e ainda condições distintas de contaminação por
esgotos domésticos;
ii. Estimar emissões de CH
4
em alagados construídos a partir dos diferentes
compartimentos que compõem o sistema (sedimento e coluna d´água),
analisando o papel da comunidade de macrófitas aquáticas (Typha
domingensis) para o processo;
iii. Investigar a influência da eutrofização nas taxas de emissão de CH
4
nestes
ambientes.
26
4. JUSTIFICATIVA
A Figura 6 (A) mostra a variação das concentrações atmosféricas de CH
4
e dióxido
de carbono ao longo do tempo geológico registradas em testemunhos de gelo. Podemos
analisar que ao longo do tempo geológico temos períodos de glaciação e períodos
interglaciais (como o que estamos vivendo na atualidade). De acordo com estes dados, nos
períodos interglaciais as concentrações destes gases estufa encontram-se mais elevadas, e é
o acúmulo destes gases na atmosfera que promove as temperaturas mais elevadas, que são
características dos períodos interglaciais (Petit et al., 1999).
No entanto, sabemos que os gases estufa apresentam grandes fontes naturais e
antropogênicas que passaram a influenciar nas concentrações atmosféricas de CH
4
não a
partir da Revolução Industrial, como se pensava antes, mas com o surgimento das práticas
agrícolas na Mesopotâmia e China há aproximadamente 11 mil anos atrás, antes da
disseminação do uso dos combustíveis fósseis (200 anos atrás), que vieram para agravar
ainda mais as concentrações atmosféricas de gases estufa como podemos verificar na
Figura 6 (B).
No contexto do aquecimento global, a quantificação das emissões de gases estufa
proveniente de fontes naturais e antropogênicas na superfície da Terra são reconhecidas
como prioridade (Minello, 2004).
Atualmente sabemos que os ambientes aquáticos são responsáveis pela emissão de
uma porcentagem de gases estufa, especialmente CH
4
, CO
2
e N
2
O. A necessidade de se
conhecer com maior nível de detalhamento a circulação de CH
4
, bem como suas vias de
emissão, seus fatores controladores e sítios preferenciais de produção é amplamente
reportada na literatura. Esta necessidade existe principalmente devido à importância deste
gás no aquecimento global, e especificamente no caso de ambientes aquáticos e áreas
alagadas, esta importância é amplificada, uma vez que, a literatura informa que as áreas
alagadas são os grandes produtores de CH
4
do mundo.
A importância de se conhecer os mecanismos que atuam no processo de produção e
emissão de gases estufa em áreas alagadas e sua participação na circulação global do CH
4
são ressaltadas porque os alagados construídos têm sido utilizados amplamente para
27
tratamento de efluentes domésticos, e não se sabe o comportamento do ciclo do CH
4
nestes
ambientes em regiões tropicais.
Figura 6: (A) Gráfico de registros de temperaturas e das concentrações atmosféricas de CO
2
e CH
4
em testemunhos de gelo. (B) Concentrações atmosféricas médias de CO
2
e CH
4
registradas no observatório de Mauna Loa a partir de 1700 até o ano 2000. Fonte: Petit et
al., 1999.
28
5. MATERIAL E MÉTODOS
5.1. ÁREA DE ESTUDO
A Lagoa do Vigário localiza-se na área urbana do município de Campos dos
Goytacazes (21º 45’15” S, 41º 19’ 28” W), sendo o município mais populoso da região
norte fluminense. A região é caracterizada por dois períodos climáticos distintos, sendo
entre outubro e abril, que caracteriza o verão, com temperaturas médias superiores a 25ºC e
o segundo entre maio e setembro, evidenciado por temperaturas mais amenas com
temperaturas médias maiores que 19ºC. O clima na região é caracterizado por um padrão de
variação térmica e pluviométrica bem marcada ao longo ano, com os maiores índices
ocorrendo entre os meses de setembro e janeiro (FEEMA, 1993).
A Lagoa do Vigário (Figura 7) localiza-se entre os bairros de Guarus e Parque
Prazeres, ambos situados na cidade de Campos dos Goytacazes. Apresenta uma área total
de aproximadamente 0,3 km
2
, apresenta intenso desenvolvimento marginal de uma
população que se instalou no entorno da lagoa a partir da década de 60. A lagoa é
densamente colonizada por bancos de macrófitas aquáticas emergentes (Typha
domingensis) e flutuantes (Eicchornia crassipes) que é uma espécie móvel que forma um
extenso aglomerado que migra na lagoa de acordo com a predominância dos ventos
(Lannes, 2004).
A lagoa constitui um corpo d’água receptor de efluentes domésticos advindos das
moradias que se instalaram nesta região. Uma porcentagem das margens da lagoa sofreu o
processo de aterramento, promovendo redução de boa parte das áreas alagáveis desta lagoa.
A Lagoa do Vigário apresenta pH em torno de 7,5 e condutividade elétrica em torno
de 0,7 mS.cm
-1
. Embora a qualidade das águas da Lagoa do Vigário não seja boa, é possível
constatar a atividade pesqueira e recreativa intensificada na lagoa, que é praticada
especialmente por moradores das adjacências. Estas práticas foram frequentemente
observadas durante o período de amostragem, e evidenciadas em trabalhos anteriores
(Lannes, 2004).
29
Figura 7: Mapa de localização da lagoa urbana localizada no município de Campos dos
Goytacazes – Lagoa do Vigário.
A Lagoa de Cima (Figura 8), adotada como área controle deste trabalho
experimental, está localizada na porção norte do Estado do Rio de Janeiro, no município de
Campos de Goytacazes (21º 45’ 23” S, 41º 19’ 49” W) distante 286km da cidade do Rio de
Janeiro.
Sua formação geológica é caracterizada como a formação mais antiga da região
norte fluminense, e segundo Soffiati Netto (1985), teria sua origem provavelmente no
limite do Terceário Superior – Pleistoceno. O processo fluvial se originou no Quaternário e
o lago teria se estabelecido no Holoceno (Luz, 2003). Sua bacia de drenagem ocupa uma
área equivalente a 986 km
2
e é formada pelas contribuições do rio Imbé, com uma carga
média anual de 10,5m
3
/s e pelo rio Urubu com 1,25m
3
/s (Luz, 2003).
A Lagoa de Cima apresenta águas doces com salinidade em torno de 50 µS, sua
profundidade máxima varia com a estação do ano e pode oscilar de 3 a 3,5m com
profundidade máxima de 5 metros (Luz, 2003).
30
Figura 8: Mapa de localização da Lagoa de Cima, destacando os rios contribuintes (Rio
Imbé, Rio Urubu) e o Canal de saída - Rio Ururai.
O clima da região é quente e sub-úmido seco, com temperaturas médias de 19-23°C,
com máxima de 34°C. Suas precipitações médias estão em torno de 1100-1300mm, com
concentração em janeiro (FEEMA, 1993). Os períodos de seca e chuva são bem definidos
na região e estão associados às estações de inverno e verão (Pedrosa & Resende, 1999).
31
5.2. MONTAGEM DO TRABALHO EXPERIMENTAL E PROCEDIMENTOS ANALÍTICOS
A construção dos tanques experimentais foi adaptada do trabalho de Lannes (2004).
Considerando o objetivo proposto pelo presente estudo, foram construídos dois sistemas
hidráulicos contendo seis caixas de amianto de 40 litros e uma caixa de amianto de 200
litros responsável pelo abastecimento geral. Em cada uma das caixas foi montado um
sistema de entrada de água por gotejamento na superfície da coluna d’agua estabelecida, e
um sistema de saída de água controlando a coluna d’água (a profundidade da coluna d’água
foi equivalente a 15 cm) em cada uma das caixas de amianto constituintes do sistema
experimental (Figura 9).
Figura 9: Desenho esquemático do modelo experimental adotado no presente estudo,
adaptado de Lannes (2004). Para cada uma das Lagoas (Lagoa do Vigário e Lagoa de
Cima) foi feita uma estrutura experimental como esta especificada acima.
CAIXA DE
CAIXA DE
ABASTECIMENTO
ABASTECIMENTO
CAIXA DE
CAIXA DE
ABASTECIMENTO
ABASTECIMENTO
Fluxo de entrada de água
para as caixas
Saída de Água
32
Cada sistema hidráulico montado foi abastecido por água proveniente de uma lagoa
com características hidroquímicas distintas localizadas na região de Campos dos
Goytacazes. As lagoas selecionadas para o trabalho experimental foram: Lagoa do Vigário
(para investigar o efeito da eutrofização sobre a metanogênese em ambientes naturais) e a
Lagoa de Cima (adotada como controle).
A cada tanque foram introduzidos aproximadamente 40 dm
3
de sedimento
proveniente do sistema aquático correspondente (Lagoa do Vigário – em seis caixas de
amianto e Lagoa de Cima – nas seis caixas de amianto remanescentes). Na Lagoa do
Vigário o sedimento foi coletado na porção central evitando influências de áreas marginais,
com o auxílio de barco de alumínio e busca-fundo. Posteriormente o sedimento
correspondente a cada uma das seis caixas de amianto foi alocado em sacos plásticos
previamente identificados. Na Lagoa de Cima foi adotado o mesmo procedimento. No ato
da colocação do sedimento nas caixas de amianto, foram colocados 10 L de água da Lagoa,
para propiciar sua melhor acomodação.
Após a introdução do sedimento no sistema foi dado o prazo de 1 mês para a
estabilização das zonas que caracterizam o compartimento sedimentar. O substrato
sedimentar adotado foi caracterizado quanto à sua distribuição granulométrica através de
peneiramento do sedimento seco, após homogeneização e quarteamento das amostras,
utilizando-se um jogo de peneiras em aço com malhas de 1 mm, 212 µm e 63 µm dispostas
verticalmente. Para cada uma das lagoas, uma alíquota de sedimento foi separada para
posterior determinação do teor de matéria orgânica por gravimetria após combustão.
A macrófita Typha domingensis foi adotada neste trabalho experimental, sendo
uma espécie de macrófita emergente amplamente abordada na literatura científica como
grande fonte de carbono para os ecossistemas aquáticos continentais (Wetzel, 1993).
Em três caixas de amianto nos sistemas das diferentes lagoas, foram plantados cinco
espécimes jovens (por caixa) da macrófita aquática emergente Typha domingensis (Figura
10) previamente podadas antes da sua implantação no sistema, enquanto os demais tanques
permaneceram sem vegetação aquática. Os espécimes implantados nas caixas
experimentais da Lagoa do Vigário foram coletados na Lagoa do Vigário (bancos de
macrófitas localizados nas adjacências) e os espécimes alocados nos tanques da Lagoa de
33
Cima foram coletados na Lagoa do Campelo, em virtude da ausência desta espécie de
macrófita aquática emergente na Lagoa de Cima.
Figura 10: (A) Banco de Typha domingensis (B) detalhamento da espécie de macrófita
aquática Typha domingensis.
No sistema experimental montado para a Lagoa do Vigário foram adotadas as
seguintes terminologias para as caixas de amianto colonizadas por macrófitas aquáticas:
LV1, LV2 e LV3. Para as demais caixas desta lagoa (desprovidas de macrófitas) utilizamos
a terminologia LV4, LV5 e LV6. No sistema abastecido com material proveniente da
Lagoa de Cima adotamos LC1, LC2 e LC3 para os sistemas experimentais com macrófitas
aquáticas e LC4, LC5 e LC6 para os demais.
Semanalmente coletava-se 200 litros de água utilizando galões com capacidade de
20 litros na Lagoa do Vigário e na Lagoa de Cima, posteriormente tais amostras eram
conduzidas à casa de vegetação, onde o experimento estava alocado para o seu
abastecimento.
No início do trabalho experimental foi feito um período teste para a padronização
dos fluxos de entrada e saída de água no sistema, que estabeleceu aproximadamente o fluxo
de entrada de 4,7 L.dia
-1
para cada um dos tanques. Este fluxo foi medido a partir da
contagem em minutos do número de gotas para cada gotejador responsável pelo
34
abastecimento de água nas caixas de amianto do sistema experimental. O fluxo de saída de
água era controlado por meio de gotejamento, objetivando a manutenção da coluna d’água
nos sistemas experimentais em 15 cm.
O tempo de residência da água nos tanques de experimentação foi calculado
segundo a equação:
t = Vac
Vs
Onde: t corresponde ao tempo de residência da água no tanque; Vac é o volume total de
água na caixa, e Vst corresponde ao volume de água na saída da caixa por um tempo
determinado.
A cada semana três amostragens de CH
4
na coluna d’água foram realizadas em
triplicata para cada um dos tanques experimentais das diferentes lagoas, seguindo a
metodologia proposta por Casper (1992). Para determinar as concentrações de CH
4
na água
dos alagados construídos, foram coletados 6 mL de água de cada um dos alagados com o
auxílio de uma seringa plástica, e as amostras foram transferidas para um frasco de vidro
com septo de borracha (n=3). Os frascos foram previamente identificados e cada um deles
foi adicionado previamente 1,6 g de NaCl, que tem a função de expulsar o CH
4
dissolvido
na água para a atmosfera interna do frasco (headspace), segundo a metodologia proposta
por Casper (1992). Os frascos com as amostras devidamente acondicionadas foram levados
para a determinação da concentração de CH
4
através de cromatografia gasosa
(Equipamento Shimadzu), utilizando-se coluna cromatográfica empacotada Porapak-Q a
60ºC; injetor para coluna empacotada a 120ºC; detector FID a 200ºC; e nitrogênio adotado
como gás de arraste (Casper, 1992).
Na primeira semana, a partir do momento que as amostras de água para avaliar as
concentrações de CH
4
foram tomadas, foi feita uma amostragem inicial para avaliar as
concentrações de CH
4
no sedimento e após 15 dias, uma nova amostragem sedimentar. Para
avaliar as concentrações de CH
4
no sedimento foi feita uma adaptação na metodologia
proposta por Casper (1992). Segundo esta metodologia amostras de sedimento foram
coletadas (n=3) com o auxílio de tubos de acrílico com tampas de borracha. Estes tubos
foram devidamente acondicionados e levados ao laboratório. Utilizando-se uma seringa de
plástico sem a agulha, foi coletado 5 mL de sedimento nos diferentes alagados e este
35
sedimento foi colocado em frascos de vidro (25 mL), lacrados com septos de borracha. Em
seqüência foi adicionado 5 mL de hidróxido de sódio (NaOH 4%) que objetiva a
interrupção da atividade microbiana, bem como a expulsão do CH
4
dissolvido da água
intersticial. A leitura das concentrações de CH
4
no sedimento dos alagados foi obtida a
partir de cromatografia gasosa (Equipamento Shimadzu), utilizando-se coluna
cromatográfica empacotada Porapak-Q a 60ºC; injetor para coluna empacotada a 120ºC;
detector FID a 200ºC; e nitrogênio adotado como gás de arraste (Casper, 1992).
Algumas variáveis hidroquímicas (temperatura, condutividade elétrica, pH, Eh e
oxigênio dissolvido) foram avaliadas semanalmente na entrada e saída de água do
experimento através de potenciômetros de campo previamente calibrados.
Amostras de água foram coletadas em cada um dos reatores em frascos de
polietileno previamente lavados com HCl 0,1 N padronizado para determinar a alcalinidade
total através de titulação potenciométrica (Gran, 1952).
Durante o período de experimentação, foram realizadas medições semanais do
crescimento da parte aérea das macrófitas aquáticas, que foram importantes na
determinação das taxas de crescimento absoluto, calculada através da fórmula:
AGR = (w2 – w1)
(t2 – t1)
Onde: w1 e w2 são os comprimentos médios das plantas nos tanques nos tempos 1 e 2,
respectivamente.
O referido trabalho experimental foi mantido durante um período de 90 dias, sendo
30 dias para a padronização dos fluxos de água e testes experimentais preliminares, 30 dias
para a estabilização do sedimento após a sua colocação nas caixas, 7 dias para a
implantação e fixação das macrófitas aquáticas e 30 dias para as coletas de dados.
Considerando o desenho amostral adotado foi julgado mais conveniente utilizar o
teste estatístico não paramétrico de Kruskal-Wallis com nível de significância de 95%.
36
6. RESULTADOS
6.1. CARACTERIZAÇÃO DOS PEQUENOS ALAGADOS CONSTRUÍDOS
Os valores de temperatura (
o
C), condutividade elétrica (µS.cm
-1
), pH, Eh,
alcalinidade total (meq.L
-1
) e oxigênio dissolvido (mg.L
-1
) para os sistemas de alagados
construídos representativos da Lagoa do Vigário (Tabela 1) e Lagoa de Cima (Tabela 2)
estão apresentados nas tabelas apresentadas na seqüência.
Entre os dados hidroquímicos nos alagados construídos da Lagoa do Vigário a
temperatura variou entre 27-28,8ºC; a condutividade elétrica entre 752,3-1209,0 µS.cm
-1
; o
pH dos sistemas construídos entre 6,3-7,1; o potencial redox entre 33,5-181,3; a
alcalinidade total entre 2,4-3,5 meq.L
-1
e as concentrações de oxigênio dissolvido entre 2,1-
2,5 mg.L
-1
.
Os parâmetros hidroquímicos mensurados nos alagados construídos da lagoa de
Cima foram observadas as variações descritas a seguir: A temperatura da água variou entre
27,9-29,1ºC; condutividade elétrica entre 47,6-51,0 µS.cm
-1
; pH dos sistemas construídos
entre 6,5-6,7; o potencial redox entre 240-285; a alcalinidade total em torno de 0,6 meq.L
-1
e as concentrações de oxigênio dissolvido entre 6,2-7,2 mg.L
-1
.
O tempo de residência médio da água foi estimado para o sistema experimental em
5 dias. As variáveis hidroquímicas mensuradas no sistema experimental de alagados
construídos da Lagoa do Vigário comportaram-se de maneira semelhante entre os sistemas
artificiais construídos com e sem macrófitas aquáticas. Observamos os maiores valores para
condutividade elétrica nos tanques que apresentaram colonização por Typha domingensis,
assim como os maiores valores de alcalinidade total. Destacamos entre os alagados da
Lagoa do Vigário os mais baixos potenciais redox, especialmente nos tanques sem
macrófitas.
37
Tabela 1 – Tabela de parâmetros hidroquímicos mensurados durante o experimento na
Lagoa do Vigário. As medidas dos dados hidroquímicos foram semanais; n= 4; temperatura
(
o
C); condutividade elétrica (µS.cm
-1
); alcalinidade total (meq.L
-1
) e OD (mg.L
-1
)
TEMPERATURA
Tanques com macrófitas Tanques sem macrófitas
LV1 LV2 LV3 LV4 LV5 LV6
25,0 26,7 25,8 27,1 27,5 27,3
27,0 28,2 27,3 28,2 28,0 28,4
29,0 29,7 29,6 29,7 28,9 28,6
27,0
29,2
29,5
30,2
29,4
29,2
Média 27,0 28,5 28,1 28,8 28,5 28,4
Desvio 1,6 1,3 1,8 1,4 0,9 0,8
CV
6,0
4,6
6,6
4,9
3,0
2,8
CONDUTIVIDADE ELÉTRICA
Tanques com macrófitas Tanques sem macrófitas
LV1 LV2 LV3 LV4 LV5 LV6
1173 1105 1056 954 875 745
1293 1052 1123 978 910 729
1120 1030 1079 1007 956 810
1250
1076
1125
1032
1004
725
Média 1209,0 1065,8 1095,8 992,8 936,3 752,3
Desvio 77,4 32,2 34,0 34,0 56,0 39,5
CV
6,4
3,0
3,1
3,4
6,0
5,2
pH
Tanques com macrófitas Tanques sem macrófitas
LV1 LV2 LV3 LV4 LV5 LV6
6,65 6,40 6,80 7,12 7,11 7,66
6,57 6,39 6,75 6,96 6,94 7,25
6,49 6,27 6,69 6,79 6,70 6,78
6,38
6,23
6,56
6,82
6,69
6,53
Média 6,52 6,32 6,70 6,92 6,86 7,06
Desvio 0,12 0,09 0,10 0,15 0,20 0,50
CV
1,77
1,35
1,55
2,18
2,96
7,11
Eh
Tanques com macrófitas Tanques sem macrófitas
LV1 LV2 LV3 LV4 LV5 LV6
196 87 110 170 90 110
73 125 112 108 -12 135
220 202 180 195 20 205
236
223
235
203
36
176
Média 181,3 159,3 159,3 169,0 33,5 156,5
Desvio 74,0 64,0 60,1 43,0 42,6 42,3
CV
40,8
40,2
37,7
25,5
127,2
27,0
ALCALINIDADE TOTAL
Tanques com macrófitas Tanques sem macrófitas
LV1 LV2 LV3 LV4 LV5 LV6
3,2 2,8 2,6 2,0 2,0 2,2
3,7 3,1 2,9 2,2 2,4 2,4
3,1 3,2 3,1 2,4 2,5 2,8
4,1
3,3
2,7
2,9
3,0
3,1
Média 3,5 3,1 2,8 2,4 2,5 2,6
Desvio 0,5 0,2 0,2 0,4 0,4 0,4
CV
13,1
6,3
7,8
15,1
16,5
15,7
OXIGÊNIO DISSOLVIDO
Tanques com macrófitas Tanques sem macrófitas
LV1 LV2 LV3 LV4 LV5 LV6
2,4 2,59 2,35 3,21 3,02 2,9
2,93 2,62 2,26 3,02 2,53 2,36
2,32 2,15 2,14 2,5 2,48 2,08
1,97
1,56
1,89
1,07
1,22
1,12
Média 2,4 2,2 2,2 2,5 2,3 2,1
Desvio 0,4 0,5 0,2 1,0 0,8 0,7
CV
16,5
22,2
9,2
39,5
33,2
35,3
38
Tabela 2 – Tabela de parâmetros hidroquímicos mensurados durante o experimento na
Lagoa de Cima. As medidas dos dados hidroquímicos foram semanais; n= 4; temperatura
(
o
C); condutividade elétrica (µS.cm
-1
); alcalinidade total (meq.L
-1
) e OD (mg.L
-1
)
TEMPERATURA
Tanques com macrófitas Tanques sem macrófitas
LC1 LC2 LC3 LC4 LC5 LC6
28,3 27,5 26,9 28,5 27,9 27,2
27,5 28,2 27,3 28,9 28,2 28,6
29,0 28,7 27,9 29,2 28,6 29,2
28,3
29,3
29,6
29,8
28,9
28,7
Média 28,3 28,4 27,9 29,1 28,4 28,4
Desvio 0,6 0,8 1,2 0,5 0,4 0,9
CV
2,2
2,7
4,3
1,9
1,5
3,0
CONDUTIVIDADE ELÉTRICA
Tanques com macrófitas Tanques sem macrófitas
LC1 LC2 LC3 LC4 LC5 LC6
42,0 45,7 42,3 52,7 56,3 42,9
47,0 49,0 46,0 50,3 59,7 53,6
56,0 54,0 54,3 45,0 41,6 57,2
59,0
48,2
57,8
42,3
42,5
47,4
Média 51,0 49,2 50,1 47,6 50,0 50,3
Desvio 7,9 3,5 7,2 4,8 9,3 6,4
CV
15,4
7,1
14,3
10,0
18,6
12,7
pH
Tanques com macrófitas Tanques sem macrófitas
LC1 LC2 LC3 LC4 LC5 LC6
6,7 6,9 6,8 6,7 6,5 6,7
6,5 6,7 6,7 6,5 6,3 6,6
6,2 6,6 6,7 6,5 6,3 6,6
6,4
6,0
6,5
6,3
6,0
6,3
Média 6,5 6,6 6,7 6,5 6,3 6,6
Desvio 0,2 0,4 0,1 0,2 0,2 0,2
CV
3,2
5,9
1,9
2,5
3,3
2,6
Eh
Tanques com macrófitas Tanques sem macrófitas
LC1 LC2 LC3 LC4 LC5 LC6
229 234 312 253 232 220
275 221 298 243 227 216
178 252 276 240 220 208
154
198
254
224
214
210
Média 209,0 226,3 285,0 240,0 223,3 213,5
Desvio 54,0 22,7 25,4 12,0 7,9 5,5
CV
25,8
10,0
8,9
5,0
3,5
2,6
ALCALINIDADE TOTAL
Tanques com macrófitas Tanques sem macrófitas
LC1 LC2 LC3 LC4 LC5 LC6
0,63 0,64 0,60 0,66 0,63 0,62
0,55 0,60 0,56 0,64 0,57 0,56
0,42 0,57 0,43 0,56 0,54 0,54
0,52
0,42
0,47
0,52
0,58
0,57
Média 0,5 0,6 0,5 0,6 0,6 0,6
Desvio 0,1 0,1 0,1 0,1 0,0 0,0
CV
16,4
17,2
15,2
11,1
6,5
5,9
OXIGÊNIO DISSOLVIDO
Tanques com macrófitas Tanques sem macrófitas
LC1 LC2 LC3 LC4 LC5 LC6
7,6 7,4 7,4 7,0 6,9 6,5
7,0 7,2 7,2 6,7 6,5 6,2
6,5 7,2 7 6,5 6,2 6,0
6,2
6,8
6,4
6,3
5,9
6,0
Média 6,8 7,2 7,0 6,6 6,4 6,2
Desvio 0,6 0,3 0,4 0,3 0,4 0,2
CV
9,0
3,5
6,2
4,5
6,7
3,8
39
Os valores para porcentagem de saturação do CO
2
nos alagados construídos foram
calculados a partir das médias das variáveis hidroquímicas mensuradas para cada alagado
construído (temperatura, pH e alcalinidade total). Os alagados construídos da Lagoa do
Vigário apresentaram saturação de CO
2
variando entre 11.635 – 32.583% (alagados com
macrófitas) e 4.321 – 6.598% (alagados sem macrófitas). Nos alagados representativos da
Lagoa de Cima os valores de saturação de CO
2
ficaram compreendidos entre 2.071 –
3.305% (para os alagados colonizados por macrófitas) e entre 3.155 – 6.296 (para os
alagados sem macrófitas).
Os pequenos alagados artificiais foram constituídos por sedimentos de ambas as
lagoas. Estes dois tipos de sedimentos apresentaram particularidades e diferenças sutis
relacionadas a distribuição granulométrica das suas partículas sedimentares (Tabela 3), no
entanto, as maiores diferenças observadas entre os sedimentos das duas lagoas consiste no
teor de matéria orgânica (Figura 11), que apresentou os valores maiores para a Lagoa do
Vigário. O teor de matéria orgânica nas amostras dos alagados da Lagoa do Vigário
variaram de 12,5-16,3%, já os alagados construídos da Lagoa de Cima apresentaram teores
de matéria orgânica compreendidos entre 7,8-9,6%.
Tabela 3 – Tabela comparativa das frações granulométricas em sedimentos da Lagoa do
Vigário e da Lagoa de Cima, ambas expressas em porcentagem (%) (n=1)
Frações granulométricas Tamanhos Lagoa do Vigário Lagoa de Cima
areia muito grossa > 1 mm 0,1 0,2
areia grossa > 212 µm 0,4 0,8
areia média a fina > 63 µm 0,5 1,0
silte - argila < 63 µm 99,0 98,0
40
Figura 11: Gráfico comparativo para o teor de matéria orgânica média, expresso em
porcentagem encontrada entre os alagados construídos (com presença ou ausência de
macrófitas aquáticas) na Lagoa do Vigário (LV) e Lagoa de Cima (LC). (n=6)
6.2. MACRÓFITAS AQUÁTICAS
Em cada sistema experimental três alagados construídos foram colonizados por
espécimes de Typha domingensis (cinco indivíduos foram plantados em cada um dos
reatores experimentais). Não houve problemas de adaptação das macrófitas no substrato
sedimentar. No momento da montagem dos sistemas foi feito uma poda inicial para
padronizar o tamanho das macrófitas. O crescimento desta vegetação aquática foi
acompanhado durante o trabalho experimental e está descrito na Figura 12 (Lagoa do
Vigário) e Figura 13 (Lagoa de Cima).
As plantas apresentaram um bom desenvolvimento em todos os tanques
experimentais estudados. O crescimento das macrófitas foi estatisticamente diferente entre
os reatores experimentais das lagoas estudadas, segundo o teste estatístico não paramétrico
de Kruscal-Wallis (H = 4,23; χ
2
= 3,84; α = 0,05; n=39), e na Lagoa do Vigário as
Matéria Orgânica
0,0
2,0
4,0
6,0
8,0
10,0
12,0
14,0
16,0
Teor de matéria Orgânica nos Sedimentos
(%)
LV LC
41
macrófitas aquáticas apresentaram maior crescimento em relação às macrófitas no sistema
experimental da Lagoa de Cima.
Através do acompanhamento do crescimento das macrófitas aquáticas, foi possível
estabelecer uma taxa de crescimento absoluto (AGR) (Figura 14). A taxa de crescimento
entre os reatores da Lagoa do Vigário e Lagoa de Cima mostraram-se estatisticamente
diferentes segundo o teste não-paramétrico adotado no presente estudo (H = 4,23; χ
2
= 3,84;
α = 0,05; n=39).
Figura 12: Gráfico comparativo do crescimento das macrófitas aquáticas da espécie Typha
domingensis nos alagados construídos representativos da Lagoa do Vigário.
0,0
20,0
40,0
60,0
80,0
100,0
120,0
0 5 10 15 20 25 30
Tempo (dias)
Altura da parte aérea (cm)
LV1 - Lagoa do Vigário LV2 - Lagoa do Vigário LV3 - Lagoa do Vigário
42
Figura 13: Gráfico comparativo do crescimento das macrófitas aquáticas da espécie Typha
domingensis nos alagados construídos representativos da Lagoa de Cima.
LV LC
Figura 14: Gráfico comparativo das taxas de crescimento médio das macrófitas aquáticas
(Typha domingensis) nos alagados construídos representativos da Lagoa do Vigário e
Lagoa de Cima.
0,0
10,0
20,0
30,0
40,0
50,0
60,0
70,0
80,0
0 5 10 15 20 25 30
Tempo (dias)
Altura da parte aérea (cm)
LC1 - Lagoa de Cima LC2 - Lagoa de Cima LC3 - Lagoa de Cima
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
Taxa de crescimento (cm.dia
-1
)
43
6.3. CONCENTRAÇÕES DE CH
4
NO SISTEMA EXPERIMENTAL
As concentrações de CH
4
dissolvido na água dos alagados construídos da Lagoa do
Vigário variou entre 0,13-1,40 µM, enquanto as concentrações de CH
4
observadas na água
dos alagados construídos da Lagoa de Cima variou entre 0,12 -0,55 µM.
As concentrações de CH
4
dissolvido na coluna d’água entre os alagados construídos
colonizados por macrófitas aquáticas representativos do sistema experimental da Lagoa do
Vigário (Figura 15) foram equivalentes. Observamos, no entanto, que a regressão linear
entre a concentração de metano ao longo do tempo do trabalho experimental nos alagados
da LV com macrófitas aquáticas (Figura 16) mostrou que não há relação, uma vez que as
concentrações de metano mantiveram-se constantes ao longo do experimento com pequenas
variações.
Figura 15: Concentração de CH
4
dissolvido na coluna d’água ao longo dos dias de
experimentação nos alagados construídos da Lagoa do Vigário com macrófitas aquáticas.
0,000
0,050
0,100
0,150
0,200
0,250
0,300
0,350
0,400
0 5 10 15 20 25 30 35
Tempo (dias)
Concentração CH
4
dissolvido (µM)
LV1 LV2 LV3
44
Figura 16: Regressão linear entre as concentrações de metano nos alagados da Lagoa do
Vigário com macrófitas relacionados ao tempo de amostragem.
Os alagados construídos destituídos de macrófitas representativos da Lagoa do
Vigário (Figura 17) apresentaram comportamento diferenciado. A regressão linear para
estes alagados da Lagoa do Vigário sem macrófitas mostra uma leve tendência ao aumento
da concentração de metano nos sistemas ao longo do tempo de amostragem (Figura 18).
Os alagados construídos abastecidos com material proveniente da Lagoa do Vigário,
com e sem macrófitas aquáticas, mostraram diferenças estatisticamente significativas entre
as concentrações de CH
4
dissolvido segundo o método estatístico adotado estudo (H =
48,47; χ
2
= 11,07; α = 0,05; n=36). As concentrações de metano dissolvido nos sistemas
experimentais foi maior nos reatores sem macrófitas aquáticas para a Lagoa do Vigário.
Testes estatísticos também foram utilizados para investigar se os tanques da Lagoa
do Vigário com e sem macrófitas comportavam-se como réplicas. Segundo este
procedimento analítico para os sistemas construídos e colonizados por Typha domingensis,
os alagados LV1 e LV3 comportaram-se como réplicas (H = 3,4; χ
2
= 3,84; α = 0,05;
n=24). Para os tanques da Lagoa do Vigário sem macrófitas aquáticas, as análises
estatísticas indicaram que tais estruturas experimentais não se comportaram como réplicas
(H = 4,32; χ
2
= 3,84; α = 0,05; n=36).
Regressão Linear - Lagoa do Vigário - Reatores com macrófitas
y = -0,0001x + 0,1733
R
2
= 0,0037
0,000
0,050
0,100
0,150
0,200
0,250
0 5 10 15 20 25 30 35
Tempo (dias)
CH4
45
As concentrações de CH
4
dissolvido na água para os sistemas artificiais da Lagoa de
Cima colonizados por Typha domingensis (Figura 19) mostraram concentrações constantes
ao longo do período determinando para a experimentação, exibindo alguma oscilação entre
o período amostrado e entre os reatores experimentais sem tendência de aumento ou
diminuição de concentração ao longo do tempo, de acordo com a regressão linear
apresentada na Figura 20.
Figura 17: Concentração de CH
4
dissolvido na coluna d’água no decorrer do experimento
nos alagados construídos da Lagoa do Vigário sem macrófitas aquáticas.
0,000
0,200
0,400
0,600
0,800
1,000
1,200
1,400
1,600
0 5 10 15 20 25 30 35
Tempo (dias)
Concentração CH
4
dissolvido (µM)
LV4 LV5 LV6
46
Figura 18: Regressão linear entre as concentrações de metano nos alagados da Lagoa do
Vigário sem macrófitas relacionados ao tempo de amostragem.
Figura 19: Comparativo entre as concentrações de CH
4
dissolvido na água dos alagados
construídos com macrófitas aquáticas e abastecidos com material proveniente da Lagoa de
Cima.
0,000
0,050
0,100
0,150
0,200
0,250
0 5 10 15 20 25 30 35
Tempo (dias)
Concentração de CH
4
dissolvido
(µM)
LC1 LC2 LC3
Regressão Linear - Lagoa do Vigário - Sem macrófitas
y = 0,0138x + 0,4318
R
2
= 0,5216
0,000
0,200
0,400
0,600
0,800
1,000
1,200
0 5 10 15 20 25 30 35
tempo (dias)
CH4
47
Regressão Linear - Lagoa de Cima - Reatores com macrófitas
y = -0,0001x + 0,1614
R
2
= 0,0142
0,000
0,020
0,040
0,060
0,080
0,100
0,120
0,140
0,160
0,180
0,200
0 5 10 15 20 25 30 35
tempo (dias)
CH4
Figura 20: Regressão linear entre as concentrações de metano nos alagados da Lagoa de
Cima com macrófitas relacionados ao tempo de amostragem.
As concentrações de metano dissolvido nos sistemas experimentais representativos
da Lagoa de Cima sem macrófitas aquáticas (Figura 21), diminuíram no decorrer do
experimento e esta tendência foi confirmada pela regressão linear para estas concentrações
(Figura 22).
Figura 21: Gráfico comparativo dos tanques experimentais sem macrófitas aquáticas da
Lagoa de Cima.
Lagoa de Cima - Alagados sem macrófitas
0,000
0,100
0,200
0,300
0,400
0,500
0,600
0 5 10 15 20 25 30 35
Tempo (dias)
Concentração de CH
4
dissolvido (µM)
LC4 LC5 LC6
48
Os alagados construídos abastecidos com material proveniente da Lagoa de Cima,
com e sem macrófitas aquáticas mostraram diferenças estatisticamente significativas entre
as concentrações de CH
4
dissolvido segundo o método estatístico adotado estudo (H =
31,63; χ
2
= 11,07; α = 0,05; n=36). As concentrações de metano dissolvido foram maiores
nos reatores experimentais que foram abastecidos com material proveniente da Lagoa de
Cima sem macrófitas aquáticas, assim como foi observado para o sistema da Lagoa do
Vigário.
Testes estatísticos também foram utilizados para investigar se os tanques da Lagoa
de Cima com e sem macrófitas comportavam-se como réplicas. Segundo este procedimento
analítico para os sistemas construídos e colonizados por Typha domingensis os alagados
LC1 e LC3 comportaram-se como réplicas (H = 2,08; χ
2
= 3,84; α = 0,05; n=24). Para os
tanques da Lagoa de Cima sem macrófitas aquáticas, os alagados construídos LC4 e LC5
comportaram-se como réplicas (H = 1,92; χ
2
= 3,84; α = 0,05; n=24).
Regressão Linear - Lagoa de Cima - Sem macrófitas
y = -0,0054x + 0,3338
R
2
= 0,6066
0,000
0,050
0,100
0,150
0,200
0,250
0,300
0,350
0 5 10 15 20 25 30 35
tempo (dias)
CH4
Figura 22: Regressão linear entre as concentrações de metano nos alagados da Lagoa de
Cima sem macrófitas relacionados ao tempo de amostragem.
49
Quando tomamos as concentrações médias de CH
4
dissolvido na água dos alagados
construídos da Lagoa do Vigário e da Lagoa de Cima (Figura 23) e traçamos um paralelo
comparativo entre os referidos sistemas, constatamos que o ambiente que sofre o processo
de eutrofização artificial (Lagoa do Vigário) apresenta concentrações mais elevadas,
especialmente nos alagados construídos que não foram colonizados por Typha
domingensis.
Os valores médios de concentração nos sistemas alagados da Lagoa do Vigário e
Lagoa de Cima foram comparados estatisticamente e a partir desta análise, constatamos que
não existem diferenças estatísticas significativas entre os alagados construídos com
macrófitas aquáticas de ambas as lagoas estudadas (H = 3,69; χ
2
= 7,81; α = 0,05; n=72).
Comparando os tanques sem macrófitas aquáticas da Lagoa do Vigário e Lagoa de
Cima verificamos que as concentrações de CH
4
dissolvido entre os alagados construídos
destituídos de macrófitas aquáticas são significativamente maiores entre os sistemas
experimentais da Lagoa do Vigário, e diferem-se estatisticamente dos sistemas
experimentais estabelecidos com material proveniente da Lagoa de Cima (H = 30,26; χ
2
=
7,81; α = 0,05; n=36).
As concentrações de CH
4
observadas nas amostras de sedimento dos alagados
construídos da Lagoa do Vigário variaram entre 50,2-79,6 mM, enquanto a variação
observada na Lagoa de Cima estava compreendida entre 26,6-36,2 mM.
As concentrações de CH
4
em sedimentos refletem o potencial da atividade
metanogênica (formação de CH
4
a partir de material orgânico lábil e ausência de aceptores
de elétrons alternativos) mediada por bactérias no sedimento dos ambientes aquáticos. As
concentrações de CH
4
no sedimento dos tanques experimentais de ambas as lagoas foram
analisadas (Figura 24). As concentrações de CH
4
nos sedimentos dos alagados construídos
da Lagoa do Vigário foram maiores que os sistemas experimentais da Lagoa de Cima.
50
LVCM LVSM LCCM LCSM
Figura 23: Comparativo entre as concentrações médias de CH
4
dissolvido na água nos
alagados da Lagoa do Vigário e Lagoa de Cima, colonizados ou não por macrófitas
aquáticas. (LVCM – Lagoa do Vigário com macrófita; LVSM – Lagoa do Vigário sem
macrófita; LCCM – Lagoa de Cima com macrófita; LCSM – Lagoa de Cima sem
macrófita).
Nos alagados construídos da Lagoa do Vigário houve diferenciação estatisticamente
significativa nas concentrações de CH
4
no sedimento entre os alagados colonizados por
macrófitas aquáticas e os alagados sem tal vegetação (H = 23,9; χ
2
= 3,84; α = 0,05; n=15).
Testes estatísticos adicionais foram realizados para verificar se os alagados
construídos da Lagoa do Vigário se comportavam como réplicas. Entre os sistemas
experimentais com Typha domingensis foi constatado estatisticamente que os alagados
LV1 e LV2 comportam-se como réplicas (H = 0,45; χ
2
= 3,84; α = 0,05; n=10). Entre os
alagados da Lagoa do Vigário sem macrófitas aquáticas, constatamos por meio de testes
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
0,80
0,90
Concentração CH
4
dissolvido (µM)
51
estatísticos que os três sistemas montados (LV4, LV5 e LV6) podem ser tomados como
réplicas (H = 1,59; χ
2
= 5,99; α = 0,05; n=10).
LVCM LVSM LCCM LCSM
Figura 24: Gráfico comparativo entre as concentrações de CH
4
encontradas no sedimento
dos alagados da Lagoa do Vigário e Lagoa de Cima (com e sem macrófitas aquáticas).
No sistema experimental da Lagoa de Cima verificamos que os sistemas que
apresentam macrófitas, assim como os demais, não apresentaram grande variação das
concentrações de CH
4
nos sedimentos mensurados durante o trabalho experimental.
Estatisticamente não há diferença entre os sistemas que adotamos as macrófitas aquáticas e
os demais tanques experimentais para a Lagoa de Cima (H = 9,27; χ
2
= 11,07; α = 0,05;
n=15).
Comparando a concentração de CH
4
no sedimento de alagados construídos
colonizados por macrófitas aquáticas de ambas as lagoas, verificamos diferenças
estatísticas significativas entre os alagados da Lagoa do Vigário e Lagoa de Cima (H =
36,68; χ
2
= 9,49; α = 0,05; n=15). Entre os sistemas experimentais da Lagoa do Vigário e
0,0
10,0
20,0
30,0
40,0
50,0
60,0
70,0
80,0
52
Lagoa de Cima sem macrófitas aquáticas (Typha domingensis), o comportamento é
diferenciado entre as duas lagoas. As concentrações observadas diferem-se estatisticamente
entre as lagoas analisadas (H = 25,9; χ
2
= 11,7; α = 0,05; n=15), e as maiores concentrações
de metano no sedimento dos alagados da Lagoa do Vigário.
53
7. DISCUSSÃO
Entre os parâmetros hidroquímicos mensurados, destacamos as concentrações de
oxigênio dissolvido, que foram menores nos alagados construídos da Lagoa do Vigário.
Esta característica hidroquímica nestes sistemas experimentais pode estar refletindo o
processo de eutrofização artificial que este ambiente aquático tem passado nos últimos anos
em virtude do adensamento populacional no seu entorno. Os maiores valores para
alcalinidade total foram encontrados nos alagados construídos representativos da Lagoa do
Vigário, sendo esta variável limnológica um reflexo dos processos anaeróbicos de
decomposição de matéria orgânica, que ocorrem provavelmente com maior intensidade na
coluna d’água da Lagoa do Vigário.
A metodologia escolhida para este trabalho experimental oferece uma série de
limitações, que começam com a dificuldade de se reproduzir em condições laboratoriais os
ciclos biogeoquímicos que ocorrem nos ambientes naturais. É importante considerar que
esta metodologia oferece uma série de vantagens em relação a outras apresentadas na
literatura, como por exemplo, a utilização de câmaras bentônicas. No caso de câmaras
bentônicas as medidas de concentração de metano não são capazes de mostrar o fluxo
potencial de metano para cada compartimento isolado, como foi possível visualizar através
desta metodologia proposta por Casper (1992). E esta possibilidade de avaliar os
compartimentos em separado nos remete a discutir a importância relativa de cada
componente para a circulação do metano nestes ambientes naturais.
Um outro fator que deve ser considerado é a possibilidade de vazamentos que
podem comprometer a confiança nos dados. O controle dos vazamentos quando se utiliza a
câmara bentônica não é tão fino quanto a utilização de frascos de pequena dimensão como
foi utilizado neste estudo.
A Tabela 4 compara as concentrações de CH
4
dissolvido na coluna d’água obtidas
no trabalho experimental na Lagoa do Vigário e Lagoa de Cima, com outros dados
correntes na literatura para este mesmo parâmetro. Podemos observar que as faixas de
concentração de CH
4
da Lagoa do Vigário estão inseridas nos limites de concentração já
estabelecidos para um ambiente aquático eutrofizado (Lagoa Imboassica). Assim como a
Lagoa do Vigário, a Lagoa Imboassica localiza-se numa área densamente urbanizada alvo
54
de especulação imobiliária do município de Macaé, RJ, sendo ambas as lagoas
caracterizadas como corpos d’água receptores de efluentes domésticos provenientes de
moradias que colonizam densamente o seu entorno, sendo inclusive responsáveis por
aterramento de margens destas lagoas. A Lagoa do Vigário também pode ser inserida na
faixa de concentração para a Lagoa Carapebus, que também apresenta pontos de influência
antropogênica através de lançamentos de efluentes domésticos. É possível detectar CH
4
nas
águas dos alagados construídos da Lagoa de Cima. No entanto, as concentrações de CH
4
neste sistema experimental encontram-se abaixo dos demais ecossistemas lacustres
apresentados na Tabela 4.
Tabela 4 – Tabela comparativa das faixas de variações das concentrações de CH
4
dissolvido
na coluna d’água em diferentes ambientes aquáticos e as respectivas referências
bibliográficas.
Localização
CH
4
(µM)
Referência
Mar báltico
0,05 - 1,2
Schmaljohann, 1996
Mar Báltico - Oceano aberto águas superficiais
0,0018 - 0,0031
Heyer, 1990
Lago Diogo - SP
0,73 - 1,35
Ballester, 2001
Lago Diogo - Bancos de macrófitas - SP
0,84 - 2,60
Ballester, 2001
Lagoa Cabiúnas - região limnética - RJ
11,46 - 12,32
Fonseca et al ., 2004
Lagoa Cabiúnas - região litorânea - RJ
11,43 - 16,40
Fonseca et al. , 2004
Lagoa Carapebus - RJ
0,6 - 1,3
Marinho et al. , 2004
Lagoa Imboassica - RJ
2,5 - 13,0
Marinho et al. , 2004
Alagados construídos - Lagoa do Vigário
0,105 - 1,40
presente estudo
Alagados construídos - Lagoa de Cima
0,124 - 0,548
presente estudo
Alagados com macrófitas - Lagoa do Vigário
0,125 - 0,353
presente estudo
Alagados com macrófitas - Lagoa de Cima
0,127 - 0,237
presente estudo
Alagados sem macrófitas - Lagoa do Vigário
0,142 - 1,401
presente estudo
Alagados sem macrófitas - Lagoa de Cima
0,124 - 0,548
presente estudo
Entre os ambientes aquáticos estudados as maiores concentrações de CH
4
dissolvido
na água e no sedimento foram observadas entre os alagados construídos com material
proveniente da Lagoa do Vigário, que constitui um ambiente aquático localizado numa
região densamente povoada da cidade de Campos dos Goytacazes, sendo um corpo hídrico
receptor de efluentes domésticos em larga escala. Os dados obtidos para os alagados
construídos da Lagoa do Vigário corroboram com Singht (2000), que ressaltou que
ambientes naturais receptores de efluentes domésticos ou industriais, como é o caso da
Lagoa do Vigário, favorecem a metanogênese, uma vez que o processo de eutrofização
55
artificial é responsável pelo aumento das concentrações de carbono orgânico para processos
degradativos.
Provavelmente as elevadas concentrações de CH
4
observadas na coluna d’água
destes alagados construídos pode ter sido influenciada positivamente pelo desenvolvimento
de biofilme de algas nos tanques experimentais. Este biofilme era de difícil controle devido
a qualidade da água neste ambiente. Esta formação pode ter promovido uma diminuição nas
concentrações de oxigênio nos tanques da Lagoa do Vigário favorecendo a atividade de
organismos metanogênicos. Esta formação de biofilme não foi observada nas caixas
experimentais da Lagoa de Cima, que constitui um indicativo de que esta formação se deu
pela qualidade deteriorada da água proveniente da Lagoa do Vigário.
A metanogênese nos sistemas experimentais da Lagoa do Vigário pode estar sendo
favorecida pela maior disponibilidade de material orgânico lábil nestes sedimentos, uma
vez que as concentrações de matéria orgânica nos sedimentos provenientes da Lagoa do
Vigário foram maiores que o conteúdo de material orgânico nas amostras de sedimento da
Lagoa de Cima. A maior concentração de metano nos sistemas experimentais da Lagoa do
Vigário é um indício que a maior disponibilidade de substrato orgânico combinado com
outros fatores fundamentais ao processo, incluindo os fatores edáficos pode estar
favorecendo a produção de metano nestes ambientes.
Consequentemente, estas elevadas concentrações de CH
4
encontradas na Lagoa do
Vigário podem ser atribuídas a grande disponibilidade de matéria orgânica proveniente dos
efluentes domésticos, considerando que o ecossistema aquático em questão está localizado
numa área densamente urbanizada do município de Campos dos Goytacazes. A importância
do substrato orgânico para a metanogênese é amplamente retratada na literatura, segundo
Neue et al. (1995) as demandas de material orgânico em solos e sedimentos alagados são
responsáveis pelo aumento da produção e emissão de CH
4
nestes ambientes (Schütz et al.,
1998; Yagi & Minani, 1990; Sass et al., 1991; Cicerone et al., 1992).
O processo de eutrofização de fato é indicado como fator influenciador das elevadas
concentrações de CH
4
encontradas no presente estudo, corroborando com os estudos
realizados por Liikanen & Martikainen (2003). Estes autores relatam que ambientes
aquáticos susceptíveis ao processo de eutrofização ocasionado pelo aumento da entrada de
nutrientes a partir de fontes antropogênicas são responsáveis pelo aumento da
56
produtividade primária e consequentemente promovem o aumento da quantidade de
material orgânico disponível para o processo de remineralização.
O processo de eutrofização é definido por Esteves (1998) como um aumento na
concentração de nutrientes (especialmente nitrogênio e fósforo) nos ambientes aquáticos.
Este processo pode acontecer naturalmente de forma lenta (quando este incremento na
concentração de nutrientes é trazido pelas chuvas) ou de maneira artificial (através de
influências antrópicas), que promove o acúmulo de nutrientes fazendo com que o
ecossistema produza mais matéria orgânica que é capaz de decompor (consumir). É um
processo que promove a alteração do metabolismo natural dos ecossistemas aquáticos.
Segundo Casper (1992) a eutrofização artificial traz efeitos diretos e indiretos sobre
a metanogênese. Entre estes efeitos diretos destacamos o crescimento das populações de
metanogênicos devido ao aumento do aporte de nutrientes nos ambientes aquáticos. Entre
os efeitos indiretos deste processo podemos destacar a redução da concentração de oxigênio
dissolvido que garante ambiente anóxico, favorecendo a atividade dos metanogênicos.
Além do substrato orgânico disponível para a formação de CH
4
, os maiores valores
de concentração encontrados na Lagoa do Vigário podem estar sendo favorecidos por
fatores edáficos, que são apontadas por Chang & Yang (2003) como maiores fatores
influenciadores da metanogênese em ambientes naturais.
As concentrações de metano nos sedimentos da Lagoa do Vigário não se
comportaram como réplicas de acordo com a ferramenta estatística utilizada. Este fato pode
ser explicado por uma característica que é intrínseca aos sedimentos, devido a
heterogeneidade que é comum a sedimentos nos ambientes naturais.
De acordo com Chang & Yang (2003) algumas propriedades do solo (como pH,
potencial redox, teor de matéria orgânica e temperatura) são os fatores determinantes que
influenciam as emissões de metano em áreas alagadas. Os autores demonstraram que as
bactérias metanogênicas são sensíveis a mudanças de pH do solo, tendo o pH 7 como faixa
preferencial para seu crescimento em áreas alagadas atingindo o máximo de produção de
metano nestes ambientes.
Chang & Yang (2003) ressaltaram que 80% do metano biologicamente produzido
pelos organismos metanogênicos ocorre em condições redutoras (baixo Eh), pois estes
organismos são anaeróbicos obrigatórios. Estes autores ressaltam uma outra característica
57
dos solos e sedimentos que influencia a metanogênese nos alagados, que consiste nas
razões C/N nestes ambientes. Em geral a produção de metano parece estar relacionada a
temperatura do solo, e por esta razão estes autores observaram uma relação linear entre as
concentrações de metano e temperatura no ambiente.
Muitos estudos que avaliam concentrações de CH
4
em ambientes aquáticos
evidenciam a importante contribuição das macrófitas aquáticas para o processo. Esta
vegetação é importante nos três processos fundamentais da dinâmica do CH
4
na paisagem,
sendo: participação na produção (fornecem substrato orgânico para a metanogênese) e
oxidação do CH
4
, ou participando ativamente no processo de emissão deste gás para a
atmosfera.
Os valores de condutividade elétrica mais elevados na Lagoa do Vigário em relação
aos demais alagados (Lagoa de Cima) podem estar relacionados com as características
salobras do lençol freático (Lannes, 2002) e devido a contaminação da água da lagoa com
esgotos domésticos, que constitui uma fonte de NaCl para os ambientes aquáticos (Esteves,
1998).
Lannes (2002) demonstrou em seu trabalho que o processo de sulfato-redução
contribui para a degradação de matéria orgânica na Lagoa do Vigário. Outros estudos
demonstram que a salinidade e as concentrações de sulfato nos ambientes aquáticos podem
influenciar a formação de metano nos ambientes aquáticos. A metanogênese sob estas
condições pode estar sendo inibida pela competição por H
2
entre as bactérias sulfato-
redutoras (que tem mais afinidade por H
2
, e necessitam de níveis menores para a
decomposição de matéria orgânica) e metanogênicas. No entanto Ward & Winfrey (1985)
demonstraram em seu trabalho que quando há substrato suficiente ambos os processos
degradativos podem ocorrer simultaneamente, o que pode ser o caso da Lagoa do Vigário.
A atuação das macrófitas aquáticas no processo de produção de CH
4
ocorre por
meio do fornecimento de substrato (exsudados radiculares e detritos) para os
metanogênicos (Conrad, 1989). Além de fornecer o substrato para os processos
degradativos, as macrófitas através da decomposição deste material orgânico, promovem a
redução da concentração de oxigênio favorecendo o ambiente para a atuação dos
metanogênicos (Crill et al., 1994). Esta participação das macrófitas não foi observada nos
alagados construídos experimentais do presente estudo, provavelmente porque o período de
58
experimentação estabelecido tenha sido insuficiente para avaliar este tipo de contribuição.
Possivelmente esta contribuição positiva poderá ser avaliada em densos bancos de
macrófitas que passam por um período seco extenso, favorecendo a geração de detritos das
macrófitas.
Destacamos um crescimento mais expressivo entre os espécimes plantados nos
sistemas alagados representativos da Lagoa do Vigário, provavelmente relacionado à maior
disponibilidade de material orgânico e maior adaptabilidade uma vez que os espécimes de
macrófitas implantados no sistema experimental foram coletados em um mesmo ambiente.
Trabalhos realizados em plantações de arroz avaliaram que mais de 90% do CH
4
liberado de campos de arroz para a atmosfera é liberado através da vegetação (Schütz et al.,
1989). Hirota el al. (2004) ressaltam a importante participação da vegetação aquática na
produção, consumo e transporte de CH
4
.
Em tese, teríamos a mesma quantidade de substrato orgânico nos sistemas
construídos da Lagoa do Vigário (considerando que o teor de matéria orgânica não variou
significativamente entre os alagados com e sem macrófitas aquáticas). As concentrações de
CH
4
encontradas nas caixas colonizadas por Typha domingensis podem ser justificadas
pelo papel desempenhado por esta vegetação nestes ambientes. Segundo Singht (2000)
parte do CH
4
que é produzido em sedimentos nas áreas colonizadas por macrófitas
emergentes é liberada por meio desta vegetação aquática, responsável pela conexão direta
entre dois compartimentos: pedosfera e atmosfera.
Não existem diferenças estatísticas significativas entre os alagados com e sem macrófitas
de ambas as lagoas estudadas - Este dado pode estar indicando a importante contribuição
das macrófitas aquáticas emergentes na oxidação de parte do CH
4
que é produzido pelas
bactérias metanogênicas que colonizam as regiões anóxicas do compartimento sedimentar
de ambientes aquáticos. Este dado pode indicar ainda que, uma parte do CH
4
que está sendo
produzido nos sedimentos destes ambientes aquáticos provavelmente está sendo liberada
diretamente através dos aerênquimas destas macrófitas emergentes, que são indicadas na
literatura como veículos de emissão direta de parte do CH
4
que está sendo produzido nos
sedimentos em áreas alagadas e ambientes aquáticos.
59
Com relação as diferentes concentrações encontradas em alagados da Lagoa do
Vigário com e sem macrófitas aquáticas, podemos levantar a hipótese das macrófitas
estarem atuando na oxigenação da zona de raiz. Sorrell et al. (1997) ressaltam em seu
trabalho que as macrófitas emergentes (Eleocharis sp.) são importantes para a dinâmica do
CH
4
nestes ambientes pois estabelecem conexão entre o sedimento e a atmosfera, atuando
como via condutora de oxigênio para a zona de raiz (através de seu aerênquima), do mesmo
modo que as macrófitas podem estar conduzindo este CH
4
produzido diretamente para a
atmosfera em larga escala. Em outro trabalho Hyvönen et al. (1998) destacam que a
macrófita emergente da espécie Equisetum fluviatile é responsável pela emissão direta de
CH
4
para a atmosfera. Os resultados obtidos neste trabalho experimental indicam que a
macrófita estudada, Typha domingensis, exerceu o mesmo papel.
As diferentes concentrações encontradas neste trabalho experimental no sedimento
dos alagados construídos podem ser influenciadas por diversos fatores, em especial a
demanda de oxigênio nas camadas superficiais do sedimento. No trabalho escrito por
Liikanen & Martikainen (2003) é descrito que a liberação de CH
4
dos sedimentos é
controlada principalmente pela disponibilidade de oxigênio, sendo as condições anóxicas
ideais para favorecer a liberação de CH
4
. Neste sentido, parte do CH
4
produzido nos
sedimentos pode ser oxidado nas camadas superficiais, quando o oxigênio está presente. A
disponibilidade de aceptores de elétrons no sedimento também é importante para regular as
vias degratativas do carbono.
As concentrações de CH
4
nos alagados experimentais podem ter sido influenciadas
pela presença de bactérias metanotróficas nestes sedimentos. Estas bactérias são
responsáveis pela degradação de CH
4
em regiões onde o oxigênio está disponível para o
processo. Tais bactérias são organismos obrigatoriamente anaeróbicos encontrados
amplamente em ambientes aquáticos naturais (rios, lagos e áreas alagadas), colonizando
especialmente as camadas superficiais do sedimento (Segers, 1998).
No entanto, rizosferas, rizomas e raízes de macrófitas aquáticas emergentes foram
identificados por King (1994) e Schipper & Reddy (1996) como locais preferenciais para o
estabelecimento destes organismos metanotróficos, evidenciando o importante papel das
macrófitas aquáticas na oxidação deste CH
4
nos ambientes.
.
60
8. CONSIDERAÇÕES FINAIS
Considerando a primeira hipótese, não podemos afirmar que neste trabalho experimental as
macrófitas aquáticas atuaram como fonte de material orgânico para a metanogênese. O
tempo do trabalho experimental foi curto para avaliar a contribuição das macrófitas para a
provisão de substratos aos metanogênicos. É provável que medições diretas no campo
possam demonstrar o papel das macrófitas como fonte de matéria orgânica para os
organismos metanogênicos, especialmente em bancos de macrófitas emersas no período
seco, que devem apresentar acelerado processo de decomposição e contribuir efetivamente
para a provisão de matéria orgânica destinada a metanogênese.
É importante destacar o papel das macrófitas aquáticas nestes alagados experimentais para
o processo de oxidação e emissão do metano. Provavelmente as macrófitas nos sistemas
experimentais podem estar atuando como agentes oxidativos de parte do metano que está
sendo produzido nos sedimentos e na emissão direta de gases estufa via aerênquima sem
haver difusão do gás pela coluna d´água e nem difusão de bolhas.
A segunda hipótese pode ser confirmada a partir dos dados gerados no estudo. O impacto
antrópico sobre o ecossistema lacustre da Lagoa do Vigário impulsiona a atividade
metanogênica neste ambiente, uma vez que a metanogênese nestes ambientes pode ser
favorecida pela grande disponibilidade de material orgânico lábil devido ao processo de
eutrofização, condições anóxicas e redutoras que são características deste ambiente.
Os alagados construídos da Lagoa do Vigário e Lagoa de Cima mostraram valores
significativos de produção de CH
4
no sedimento e parte deste CH
4
está sendo emitido
através de difusão entre os compartimentos sedimento-coluna d’água.
Considerando os parâmetros avaliados no presente estudo, constatamos a importância do
processo de eutrofização artificial para aumentar a quantidade de substrato orgânico,
reduzir as concentrações de oxigênio dissolvido e favorecer a atividade dos organismos
61
metanogênicos. Uma vez que este processo é favorecido por esta combinação de
circunstancias, observamos uma maior produção de CH
4
nos ambientes aquáticos mais
eutrofizados.
Podemos concluir que a influência positiva exercida pelo lançamento de efluentes
domésticos na atividade metanogênica, já demonstrada em ambientes aquáticos naturais, é
extensiva aos alagados construídos.
Para os alagados construídos da Lagoa do Vigário e Lagoa de Cima a comunidade de
macrófitas aquáticas pode estar participando na emissão direta de CH
4
, uma vez que estes
organismos interconectam dois compartimentos da paisagem: pedosfera – atmosfera.
Devido ao tempo limitado de experimentação, não foi possível verificar que nos alagados
construídos as macrófitas aquáticas estariam atuando como fonte de matéria orgânica
através de seus detritos e exsudados radiculares para estimular a metanogênese nos
ambientes colonizados por Typha domingensis.
A construção de alagados artificiais que vem sendo amplamente utilizada como uma
alternativa tecnológica inovadora para a preservação da integridade de corpos hídricos
naturais, em alguns casos, transfere a poluição aquática convertendo-a em poluição
atmosférica, já que estes ambientes quando apresentam disponibilidade de material
orgânico lábil e condições para desencadear processos degradativos, tornam-se grandes
emissores de gases estufa.
Evidenciamos a necessidade de estudos mais detalhados que visem a quantificação do fluxo
total de metano em ambientes naturais e eutrofizados. É fundamental uma maior
compreensão dos fatores reguladores da produção de metano em ambientes sob estas
condições.
62
Os alagados artificiais devem ser investigados a fim de se encontrar prováveis medidas
mitigadoras (como a ação de agentes oxidantes que evitem a emissão do metano) para que
um mecanismo que foi desenvolvido para diminuir a poluição nos ambientes aquáticos não
transfira simplesmente esta poluição para a atmosfera, desempenhando neste sentido uma
solução efetiva contra a poluição ambiental.
63
9. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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73
ANEXO 1: Temperatura (
o
C) nos seis tanques do sistema experimental abastecido com
água proveniente da Lagoa do Vigário (n=4).
ANEXO 2: Temperatura (
o
C) nos seis tanques do sistema experimental abastecido com
água proveniente da Lagoa de Cima (n=4).
Amostragem Tanques com macrófitas Tanques sem macrófitas
LV1 LV2 LV3 LV4 LV5 LV6
25,0 26,7 25,8 27,1 27,5 27,3
27,0 28,2 27,3 28,2 28,0 28,4
29,0 29,7 29,6 29,7 28,9 28,6
27,0
29,2
29,5
30,2
29,4
29,2
Média 27,0 28,5 28,1 28,8 28,5 28,4
Desvio 1,6 1,3 1,8 1,4 0,9 0,8
CV
6,0
4,6
6,6
4,9
3,0
2,8
Tanques com macrófitas Tanques sem macrófitas
LC1 LC2 LC3 LC4 LC5 LC6
28,3 27,5 26,9 28,5 27,9 27,2
27,5 28,2 27,3 28,9 28,2 28,6
29,0 28,7 27,9 29,2 28,6 29,2
28,3
29,3
29,6
29,8
28,9
28,7
Média 28,3 28,4 27,9 29,1 28,4 28,4
Desvio 0,6 0,8 1,2 0,5 0,4 0,9
CV
2,2
2,7
4,3
1,9
1,5
3,0
74
ANEXO 3: Condutividade elétrica (µS.cm
-1
) nos seis tanques do sistema experimental
abastecido com água proveniente da Lagoa do Vigário.
ANEXO 4: Condutividade elétrica (µS.cm
-1
) nos seis tanques do sistema experimental
abastecido com água proveniente da Lagoa de Cima.
Amostragem Tanques com macrófitas Tanques sem macrófitas
LV1 LV2 LV3 LV4 LV5 LV6
1173 1105 1056 954 875 745
1293 1052 1123 978 910 729
1120 1030 1079 1007 956 810
1250
1076
1125
1032
1004
725
Média 1209,0 1065,8 1095,8 992,8 936,3 752,3
Desvio 77,4 32,2 34,0 34,0 56,0 39,5
CV 6,4 3,0 3,1 3,4 6,0 5,2
Tanques com macrófitas Tanques sem macrófitas
LC1 LC2 LC3 LC4 LC5 LC6
42,0 45,7 42,3 52,7 56,3 42,9
47,0 49,0 46,0 50,3 59,7 53,6
56,0 54,0 54,3 45,0 41,6 57,2
59,0
48,2
57,8
42,3
42,5
47,4
Média 51,0 49,2 50,1 47,6 50,0 50,3
Desvio 7,9 3,5 7,2 4,8 9,3 6,4
CV 15,4 7,1 14,3 10,0 18,6 12,7
75
ANEXO 5: Variação do pH nos pequenos alagados construídos do sistema experimental
abastecido com água proveniente da Lagoa do Vigário.
ANEXO 6: Variação do pH nos pequenos alagados construídos do sistema experimental
abastecido com água proveniente da Lagoa de Cima.
Amostragem Tanques com macrófitas Tanques sem macrófitas
LV1 LV2 LV3 LV4 LV5 LV6
6,65 6,40 6,80 7,12 7,11 7,66
6,57 6,39 6,75 6,96 6,94 7,25
6,49 6,27 6,69 6,79 6,70 6,78
6,38
6,23
6,56
6,82
6,69
6,53
Média 6,52 6,32 6,70 6,92 6,86 7,06
Desvio 0,12 0,09 0,10 0,15 0,20 0,50
CV
1,77
1,35
1,55
2,18
2,96
7,11
Tanques com macrófitas Tanques sem macrófitas
LC1 LC2 LC3 LC4 LC5 LC6
6,7 6,9 6,8 6,7 6,5 6,7
6,5 6,7 6,7 6,5 6,3 6,6
6,2 6,6 6,7 6,5 6,3 6,6
6,4
6,0
6,5
6,3
6,0
6,3
Média 6,5 6,6 6,7 6,5 6,3 6,6
Desvio 0,2 0,4 0,1 0,2 0,2 0,2
CV
3,2
5,9
1,9
2,5
3,3
2,6
76
ANEXO 7: Eh (mV) nos pequenos alagados construídos do sistema experimental
abastecido com água proveniente da Lagoa do Vigário.
ANEXO 8: Valores de Eh (mV) nos pequenos alagados construídos do sistema
experimental abastecido com água proveniente da Lagoa de Cima.
Amostragem Tanques com macrófitas Tanques sem macrófitas
LV1 LV2 LV3 LV4 LV5 LV6
196 87 110 170 90 110
73 125 112 108 -12 135
220 202 180 195 20 205
236
223
235
203
36
176
Média 181,3 159,3 159,3 169,0 33,5 156,5
Desvio 74,0 64,0 60,1 43,0 42,6 42,3
CV
40,8
40,2
37,7
25,5
127,2
27,0
Tanques com macrófitas Tanques sem macrófitas
LC1 LC2 LC3 LC4 LC5 LC6
229 234 312 253 232 220
275 221 298 243 227 216
178 252 276 240 220 208
154
198
254
224
214
210
Média 209,0 226,3 285,0 240,0 223,3 213,5
Desvio 54,0 22,7 25,4 12,0 7,9 5,5
CV
25,8
10,0
8,9
5,0
3,5
2,6
77
ANEXO 9: Alcalinidade total (µEq.L
-1
) de amostras coletadas nos pequenos alagados
construídos do sistema experimental abastecido com água proveniente da Lagoa do
Vigário.
ANEXO 10: Alcalinidade total (µEq.L
-1
) de amostras coletadas nos pequenos alagados
construídos do sistema experimental abastecido com água proveniente de Cima.
Amostragem Tanques com macrófitas Tanques sem macrófitas
LV1 LV2 LV3 LV4 LV5 LV6
3,2 2,8 2,6 2,0 2,0 2,2
3,7 3,1 2,9 2,2 2,4 2,4
3,1 3,2 3,1 2,4 2,5 2,8
4,1
3,3
2,7
2,9
3,0
3,1
Média 3,5 3,1 2,8 2,4 2,5 2,6
Desvio 0,5 0,2 0,2 0,4 0,4 0,4
CV
13,1
6,3
7,8
15,1
16,5
15,7
Tanques com macrófitas Tanques sem macrófitas
LC1 LC2 LC3 LC4 LC5 LC6
0,63 0,64 0,60 0,66 0,63 0,62
0,55 0,60 0,56 0,64 0,57 0,56
0,42 0,57 0,43 0,56 0,54 0,54
0,52
0,42
0,47
0,52
0,58
0,57
Média 0,5 0,6 0,5 0,6 0,6 0,6
Desvio 0,1 0,1 0,1 0,1 0,0 0,0
CV
16,4
17,2
15,2
11,1
6,5
5,9
78
ANEXO 11: Concentrações de oxigênio dissolvido (mg.L-1) para os alagados construídos
da Lagoa do Vigário.
ANEXO 12: Concentrações de oxigênio dissolvido (mg.L-1) para os alagados construídos
da Lagoa de Cima.
Amostragem Tanques com macrófitas Tanques sem macrófitas
LV1 LV2 LV3 LV4 LV5 LV6
2,4 2,59 2,35 3,21 3,02 2,9
2,93 2,62 2,26 3,02 2,53 2,36
2,32 2,15 2,14 2,5 2,48 2,08
1,97
1,56
1,89
1,07
1,22
1,12
Média 2,4 2,2 2,2 2,5 2,3 2,1
Desvio 0,4 0,5 0,2 1,0 0,8 0,7
CV
16,5
22,2
9,2
39,5
33,2
35,3
Tanques com macrófitas Tanques sem macrófitas
LC1 LC2 LC3 LC4 LC5 LC6
7,6 7,4 7,4 7,0 6,9 6,5
7,0 7,2 7,2 6,7 6,5 6,2
6,5 7,2 7 6,5 6,2 6,0
6,2
6,8
6,4
6,3
5,9
6,0
Média 6,8 7,2 7,0 6,6 6,4 6,2
Desvio 0,6 0,3 0,4 0,3 0,4 0,2
CV
9,0
3,5
6,2
4,5
6,7
3,8
79
ANEXO 13: Concentrações de metano dissolvido nos alagados construídos da Lagoa do
Vigário. (n=36)
ANEXO 14: Concentrações de metano dissolvido nos alagados construídos da Lagoa de
Cima
.(n=3
6)
Amostragem Tanques com macrófitas Tanques sem macrófitas
LV1 LV2 LV3 LV4 LV5 LV6
1
0,150
0,196 0,139 0,473 0,626 0,142
3
0,147
0,291 0,135 0,748 0,697 0,147
5
0,155
0,181 0,125 0,431 0,806 0,156
7 0,161 0,196 0,158 0,446 0,734 0,150
10 0,178 0,216 0,142 0,712 0,947 0,144
13 0,139 0,185 0,130 0,525 0,921 0,194
16 0,193 0,196 0,149 0,409 0,783 0,505
19 0,203 0,221 0,175 0,729 0,988 0,866
22 0,150 0,194 0,135 0,574 1,154 0,797
25 0,353 0,150 0,136 1,401 0,656 1,108
28 0,175 0,151
0,136
1,141 0,713 0,197
31
0,135
0,139
0,155
1,140
0,710
0,150
Média
0,178 0,193 0,143 0,727 0,811 0,380
Desvio
0,059 0,040 0,014 0,329 0,159 0,350
CV
33,060
20,774
9,816
45,280
19,574
92,148
Amostragem Tanques com macrófitas Tanques sem macrófitas
LC1 LC2 LC3 LC4 LC5 LC6
1
0,149
0,186
0,127
0,313 0,497 0,160
3
0,132
0,200 0,148 0,275 0,548 0,169
5
0,162
0,148 0,131 0,258 0,272 0,178
7 0,151 0,202 0,142 0,267 0,496 0,169
10 0,132 0,231 0,149 0,279 0,362 0,175
13 0,153 0,147 0,134 0,309 0,262 0,178
16 0,161 0,237 0,141 0,272 0,505 0,189
19 0,140 0,225 0,148 0,280 0,372 0,173
22 0,161 0,184 0,143 0,328 0,276 0,205
25 0,153 0,163 0,180 0,127 0,155 0,146
28 0,129 0,204
0,130
0,124 0,132 0,156
31
0,139
0,141
0,129
0,141
0,195
0,150
Média
0,147 0,189 0,142 0,248 0,339 0,171
Desvio
0,012 0,033 0,014 0,074 0,146 0,017
CV
8,203
17,720
10,172
29,701
43,009
9,703
80
ANEXO 15: Concentrações de metano no sedimento dos alagados construídos da Lagoa do
Vigário
Amostragem
Tanques com macrófitas
Tanques sem macrófitas
LV1 LV2 LV3 LV4 LV5 LV6
Primeira amostragem 69,5 64,9 53,4 64,6 71,7 71,0
78,0 79,6 54,3 71,9 66,6 67,6
72,0 73,8 54,0 71,6 64,9 64,9
62,6 71,6 50,2 66,8 68,5 65,7
66,6
67,6
59,7
70,8
71,9
64,6
Média 69,7 71,5 54,3 69,1 68,7 66,8
Desvio 5,8 5,7 3,4 3,2 3,1 2,7
CV
8,3
7,9
6,3
4,7
4,5
4,0
Amostragem Tanques com macrófitas Tanques sem macrófitas
LV1 LV2 LV3 LV4 LV5 LV6
Segunda amostragem 64,8 62,9 62,7 63,0 71,8 70,4
63,0 66,6 63,0 71,8 71,6 70,1
65,1 68,4 63,9 71,0 70,4 71,4
67,4 70,4 65,0 70,1 68,9 71,9
62,7
68,9
62,7
70,8
71,9
67,2
Média 64,6 67,4 63,4 69,4 70,9 70,2
Desvio 1,9 2,9 1,0 3,6 1,3 1,8
CV
3,0
4,3
1,6
5,2
1,8
2,6
81
ANEXO 15: Concentrações de metano no sedimento dos alagados construídos da Lagoa do
de Cima.
Amostragem Tanques com macrófitas Tanques sem macrófitas
LC1 LC2 LC3 LC4 LC5 LC6
Primeira amostragem 27,4 32,2 29,3 33,3 26,6 31,8
32,1 32,7 30,0 32,0 27,4 30,8
30,3 31,3 30,8 30,3 29,4 33,2
29,5 27,3 29,1 31,3 32,7 32,0
27,3
31,3
30,1
30,8
31,4
31,1
Média 29,3 30,9 29,9 31,5 29,5 31,8
Desvio 2,0 2,1 0,7 1,2 2,6 1,0
CV
7,0
6,8
2,3
3,7
8,7
3,0
Amostragem Tanques com macrófitas Tanques sem macrófitas
LC1 LC2 LC3 LC4 LC5 LC6
Segunda amostragem 36,2 31,2 29,1 31,4 29,1 30,3
32,2 30,9 31,2 30,0 31,3 29,2
34,4 32,5 31,8 29,3 30,4 30,3
33,6 31,8 30,1 31,4 29,0 31,6
34,2
32,5
32,5
30,9
30,6
29,1
Média 34,1 31,8 30,9 30,6 30,1 30,1
Desvio 1,5 0,7 1,3 0,9 1,0 1,0
CV
4,3
2,3
4,3
3,0
3,3
3,3
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