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Trabalho Final de Mestrado em Engenharia Ambiental
Modalidade: Dissertação
EVOLUÇÃO TEMPORAL DA COMPOSIÇÃO IÔNICA E DO
CARBONO ORGÂNICO DURANTE A DECOMPOSIÇÃO
ANAERÓBIA DE FOLHAS, GALHOS E SERAPILHEIRA
Autor: Cristiane Marques Monteiro Pimenta
Orientador: Norberto Mangiavacchi
Co-orientador: Cássio Botelho Pereira Soares
Centro de Tecnologia e Ciências
Faculdade de Engenharia
Departamento de Engenharia Sanitária e do Meio Ambiente
Março de 2007
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ii
EVOLUÇÃO TEMPORAL DA COMPOSIÇÃO IÔNICA E DO
CARBONO ORGÂNICO DURANTE A DECOMPOSIÇÃO ANAERÓBIA
DE FOLHAS, GALHOS E SERAPILHEIRA
Cristiane Marques Monteiro Pimenta
Trabalho Final submetido ao Programa de Pós-
graduação em Engenharia Ambiental da
Universidade do Estado do Rio de Janeiro – UERJ,
como parte dos requisitos necessários à obtenção do
título de Mestre em Engenharia Ambiental.
Aprovada por:
__________________________________________________
Prof. Norberto Mangiavacchi, D.Sc. - Presidente
PEAMB/UERJ
__________________________________________________
Cássio Botelho Pereira Soares, D.Sc.
FURNAS
__________________________________________________
Profª. Thereza Christina de Almeida Rosso, D.Sc.
PEAMB/UERJ
_________________________________________________
Prof. Irineu Bianchini Jr., Ph.D.
UFSCar
Universidade do Estado do Rio de Janeiro
Março de 2007
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iii
PIMENTA, CRISTIANE MARQUES
MONTEIRO
Evolução Temporal da Composição Iônica e do
Carbono Orgânico durante a Decomposição
Anaeróbia de Folhas, Galhos e Serapilheira.
xvi, 111 p. 29,7 cm (FEN/UERJ, Mestrado,
Programa de Pós-graduação em Engenharia
Ambiental - Área de Concentração: Controle da
Poluição Urbana e Industrial, 2007.)
Dissertação - Universidade do Estado do Rio
de Janeiro - UERJ
1. Decomposição anaeróbia
2. Lixiviação
3. Mineralização
4. Folhas
5. Galhos
6. Serapilheira
7. Reservatórios
I. FEN/UERJ II. Título (série)
iv
“O cientista deve preocupar-se em criar, despertar e estimular o interesse
pela concepção de novos paradigmas e não limitar-se somente
à transmissão de conhecimentos já estabelecidos”
(Francisco Esteves)
“É dentro de você que o Ano Novo cochila e espera desde sempre”
(Carlos Drummond de Andrade)
“O infinito mora em mim, o eterno me contém”
(Autor desconhecido)
v
Resumo do Trabalho Final apresentado ao PEAMB/UERJ como parte dos requisitos
necessários para a obtenção do grau de Mestre em Engenharia Ambiental.
Evolução Temporal da Composição Iônica e do Carbono Orgânico durante a
Decomposição Anaeróbia de Folhas, Galhos e Serapilheira
Cristiane Marques Monteiro Pimenta
Março de 2007
Orientador: Norberto Mangiavacchi
Co-orientador: Cássio Botelho Pereira Soares
Área de Concentração: Controle da Poluição Urbana e Industrial
Este trabalho abordou a decomposição anaeróbia de folhas, galhos e serapilheira. Estes recursos
vegetais (3 g PS L
-1
) foram imersos em água deionizada inoculada com solo e filtrada com filtro de 71
µm. Em intervalos de tempo pré-determinados (To, 6 hs, 1º, 3º, 5º, 7º, 10º, 15º, 20º e 30º dia) foram
retiradas amostras para serem analisadas no cromatógrafo de íons e no analisador de carbono
dissolvido. As frações lábeis/solúveis e refratárias de carbono foram determinadas, bem como a
concentração dos íons (lítio, sódio, amônio, potássio, magnésio, cálcio, fluoreto, acetato, cloreto,
nitrito, brometo, nitrato, sulfato, oxalato e fosfato). Observou-se que os teores de carbono orgânico
particulado (COP) decresceram, principalmente, no início do experimento, produzindo um aumento
nos teores de COD. De acordo com o modelo, todo o COP lábil/solúvel foi convertido em COD
(8,47% - folhas; 2,81% - galhos e 0,72% - serapilheira), indicando que os detritos se solubilizaram
num processo rápido (k
2
= 1,5 dia
-1
– folhas; 0,56 ± 0,22 dia
-1
– galhos e 1,27 ± 0,54 dia
-1
–
serapilheira). Os coeficientes de mineralização (k
3 =
0,048 ± 0,013 dia
-1
- folhas e 0,032 ± 0,013 dia
-1
-
galhos) caracterizaram processos lentos de mineralização do COD. A serapilheira não apresentou
fração orgânica mineralizável (k
3
=0). As amostras de serapilheira (99,28%) apresentaram uma maior
quantidade de carbono refratário, seguida dos galhos (97,19%) e das folhas (91,53%) e valores muito
baixos de mineralização. Os valores de condutividade elétrica aumentaram durante todo o ensaio e os
valores de pH oscilaram entre 5,38 e 6,86. Os íons (lítio, sódio, magnésio, cálcio, amônio, nitrato,
nitrito, fluoreto, cloreto, brometo, sulfato e fosfato) apresentaram concentrações inferiores a 5 mg L
-1
,
enquanto os íons fosfato e oxalato assumiram valores máximos intermediários (< 8,5 mg L
-1
). No
entanto, os íons acetato e potássio alcançaram concentrações superiores 28 mg L
-1
. Os íons
apresentaram comportamentos distintos entre si e conforme o caráter mais lábil ou refratário do
substrato analisado, o que sugere que folhas, galhos, e serapilheira devam ser considerados como
substratos heterogêneos do ponto de vista estrutural, o que acarreta numa liberação diferenciada de
compostos orgânicos e inorgânicos, de acordo com o teor existente em suas estruturas.
Palavras-Chave: Decomposição anaeróbia, Lixiviação, Mineralização, Folhas, Galhos, Serapilheira, Reservatórios
vi
Abstract of Final Work presented to PEAMB/UERJ as a partial fulfillment of the
requirements for the degree of Master of Environmental Engineering.
Temporal evolution of the Ionic Composition and Organic Carbon during the Anaerobic
Decomposition of Leaves, Branches and Litter
Cristiane Marques Monteiro Pimenta
March 2007
Advisors: Norberto Mangiavacchi
Cássio Botelho Pereira Soares
Area: Urban and Industrial Pollution Control
This work focused on the anaerobic decomposition of leaves, branches and litter. These resources (3 g
PS L
-1
) were immersed in deionized water inoculated with soil and filtered with 71 µm filters. In pre-
defined time intervals (T
0
, 6 hs, 1
st
, 3
rd
, 5
th
, 7
th
, 10
th
, 15
th
, 20
th
e 30
th
days), the samples were
removed to be analyzed by ion chromatography and by a dissolved organic carbon analyzer. The
labile/soluble and refractory fractions of carbon were determined, as well as the ionic concentration
(lithium, sodium, ammonium, potassium, magnesium, calcium, fluoride, acetate, chloride, nitrite,
bromide, nitrate, sulphate, oxalate and phosphate). The POC amount decreased, particularly at the
beginning of the experiment, generating an increase in the DOC values. According to a kinetic model,
all labile/soluble particulate organic carbon was converted into DOC (labile fractions = 8.47% -
leaves; 2.81% - branches and 0.72% - litter), indicating that the detritus was dissolved through a fast
process (k
2
= 1.5 day
-1
- leaves; 0.56 ± 0.22 day
-1
- branches and 1.27 ± 0.54 day
-1
- litter). The
mineralization coefficients (k
3
= 0.048 ± 0.013 day
-1
- leaves e 0.032 ± 0.013 day
-1
- branches)
described slower processes of DOC mineralization. Litter did not present presented any organic
fraction labile to be mineralized (k
3
= 0). Litter samples (99.28%) presented a greater concentration of
refractory carbon, followed by branches (97.19%) and leaves (91.53%), as well as very low values of
mineralization. Electric conductivity values increased during the experiment and the pH values
oscillated between 5.38 and 6.86. Ions (lithium, sodium, magnesium, calcium, ammonium, nitrate,
nitrite, fluoride, chloride, bromide, sulphate and phosphate) presented concentrations smaller than 5
mg L
-1
, while phosphate and oxalate assumed intermediate values (< 8.5 mg L
-1
), and acetate and
potassium exhibited the greatest concentrations (28 mg L
-1
). The ions presented distinct behaviors
among them, in accordance with the labile or refractory character of the analyzed substrate, suggesting
that leaves, branches and litter must be regarded as heterogeneous substrata from a structural point of
view, resulting in distinct rates of release of organic and inorganic compounds, paralleling the
concentrations found in their structures.
Key words: Anaerobic Decomposition, Leaching, Mineralization, Leaves, Branches, Litter, Reservoir
vii
DEDICATÓRIA
Dedico este trabalho ao meu amado esposo Márcio,
a minha mãe-guerreira Sandra,
ao meu pai Fernando
e aos meus amados avós.
viii
AGRADECIMENTOS
Gostaria de agradecer, primeiramente, a Deus, por ter restabelecido a minha saúde, e por estar
sempre presente em minha vida, desde o momento em que eu a entreguei em suas mãos...
Ao meu querido e amado esposo Márcio, grande homem que está sempre ao meu lado,
mesmo quando não está por perto, quando milhas e milhas de mares bravios nos separam...
Agradeço pelo companheirismo, a compreensão, a preocupação e, principalmente, o grande
amor que compartilhamos.
Às pessoas mais importantes da minha vida, que sempre estão ao meu lado, quando eu
realmente preciso, e que tem um amor incondicional por mim: minha mãezinha Sandra, meu
pai Fernando e Naomi.
Aos meus avós que, de onde estiverem, estão zelando por mim...
Ao meu orientador Prof. Dr. Norberto Mangiavacchi, que acolheu essa oceanógrafa
desgarrada para o seu clã, proporcionando uma mudança radical, em todos os sentidos. Afinal,
poucas espécies têm uma plasticidade ecológica tão grande, que as tornam capazes de
sobreviver à passagem da água salgada para água doce. Este foi um grande desafio!!!
Ao meu co-orientador Dr. Cássio Botelho Pereira Soares, o T. Cássio, que confiou em mim,
proporcionando uma experiência única de montar um laboratório de pesquisa do zero, tendo
que comprar desde mobiliário até os equipamentos mais sofisticados, como o tão famoso e
mais visitado cromatógrafo de íons. Agradeço por fazer parte da história do Grupo de Ensaios
e Simulações Ambientais em Reservatórios (GESAR), tão bem orquestrado por esta pessoa
que muitos temem, mas que, na verdade, tem um coração enorme...
Ao M.Sc. Paulo Roberto Hall Brum de Barros (mais conhecido como Paulinho) por toda a
confiança, pela revisão do abstract e por todos os momentos de gargalhada proporcionados!
Ao Rodrigo De Filippo, por toda a gentileza em ceder seus artigos.
ix
À Furnas Centrais Elétricas por tornar possível o desenvolvimento deste trabalho.
À Dra. Marcela Bianchessi da Cunha-Santino pela revisão desta dissertação, pela ajuda na
confecção dos modelos, por todas as horas de Skype, sem a colaboração da internet, que
insistia em cair sempre que a discussão estava na melhor parte... Agradeço ainda mais pela
suavidade e leveza conduzida ao longo deste trabalho, além, é claro, da hospitalidade e ajuda
fundamental.
Ao Prof. Dr. Irineu Bianchini Jr. por compor parte desta banca e por confeccionar os modelos,
além da hospitalidade característica, levando a dupla (eu e André) para conhecer a verdadeira
pizza paulista...
À Prof. Dra. Thereza Cristina de Almeida Rosso por compor parte desta banca e pelas
divertidíssimas aulas de Recursos Hídricos no PEAMB, com seus slides que nos mostravam
peculiaridades de outros países...
À Prof. Dra. Denise Rivera Tenenbaum, por tudo o que me ensinou ao longo dos anos em que
estive ao seu lado. Agradeço pela amizade e pelo mundo que me apresentou sob uma “visão
microscópica”. Tenho saudades das minhas “algas-bichinhos”, do Ceratium gravidum, do
Protoperidinium sp. ... E, principalmente, de todas as meninas, e grandes mulheres, que fazem
ou fizeram parte de sua equipe. Em especial, as minhas amigas Gi, Kátia, Camilão, Simone,
Vivis, Maricota, Cristina Arretada, Mel, Fê, Belzinha, Pri, Rê, Eli, Gi Abílio, Carol e Ana
Cris. E o único homem, que se aventurou, ou melhor, ousou entrar neste verdadeiro Clube da
Luluzinha, Gustavo, meu amigo e companheiro de Faculdade e Especialização.
Ao Prof. Cláudio Bohrer, pela bibliografia fornecida e aos Prof. Gustaf Akerman, José Pontes
e Luiz Mariano por todos os momentos compartilhados no Gesar.
À minha querida amiga-irmã e fiel escudeira, Janaina Eduardo, que me acompanhou em mais
uma incursão pelo mundo da ciência, fazendo meus momentos de PEAMB muito mais
alegres.
x
Ao meu amigo André Fonseca, companheiro de trabalho e de idealizações práticas e
metodológicas. Cumprimos a brava tarefa de tornar o LEC real juntos! Seus casos me fazem
dar boas gargalhadas (como o peruano que tocava flauta de bambu em Bangu)... Obrigada por
tudo e, principalmente, pela sua amizade. Agora eu é que vou cantar aquela tão famosa
musiquinha!!!
Ao Jorge, que é uma pessoa especialista em solucionar problemas e fazer os outros rirem, sem
ele o LEC não seria igual... Desde o início, eu, André e ele formamos um trio tipo braço
direito, braço esquerdo e perna direita... Um verdadeiro Saci-Pererê, aprontando no mundo da
ciência... Gostaria de dizer que é uma felicidade compartilhar todos os momentos com vocês!
À minha querida e estimada Sonia Nina, minha madrinha de casamento do coração, sempre
pronta a ajudar e tirar as minhas tão insanáveis dúvidas, reforçando sempre a idéia de como é
bom ter amigos!
À Maxini, pela companhia, amizade e toda a colaboração na finalização deste trabalho.
A todos os participantes da nave Gesar, principalmente, aos meus queridos companheiros:
Felipe, Abrão, Leon, Renan, Wilson, Max, Virgínia e seu bebê, Wagner Charmoso, Christian,
Gustavo e Kémelli, a pessoa mais meiga e doce que já conheci. Adoro todos vocês!!!
A todos os meus amigos da Oceanografia e Engenharia, em especial, Renatíssima, Betinha
(que também me ajudou no abstract), Cami e Vinícius.
Aos meus amigos queridos da Especialização, que embora estando longe, não saem da minha
lembrança: Felipe Braga, Gustavo, Marclei, Renata, Charlitos, Alexandre e Lucimar.
Aos meus queridos amigos do PEAMB, que tornaram este Mestrado muito especial, por
serem pessoas fantásticas e que eu jamais vou me esquecer: Luiz Cláudio, Bianca, Clarinha,
Guilherme, Lucas, Christiane Rosas, Wanderson, Ênio, Giselle, Aline, João, Angélica, André,
xi
Beatriz, Marcelão, Marcelo, Maria Luíza, Rosângela, Jonatas, Moacir, Harley,... E minha
saudosa amiga Simone (in memoriam).
À minha sogra Dona Luci e ao tão saudoso Seu Acáccio por terem feito o meu amor pra mim.
À minha amiga-irmã Luciana Patrocínio que eu, simplesmente, adoro.
À minha querida irmã Jujú (a Jubacana), apesar de termos nascido de barrigas diferentes,
somos ligadas pelo mesmo cordão umbilical. Nunca vou me esquecer do primeiro dia de aula
no Colégio Virgem de Fátima e de todos os momentos incríveis que marcam nossa hístoria.
Aos meus amados amigos-irmãos, aqueles dos momentos de alegria e de tristeza, pessoas que
eu posso contar sempre: Tatá, Fabi, Paulinha, Lívia, Jú (Léo Orelha), Carol, Chris, Sylvinha,
Léo Orelha, André, Léo (Tatá), Davi, Sidão e Paul.
À minha querida amiga-irmã Aninha, mãe da coisinha mais linda e fofa do mundo, que entrou
em nossas vidas só para trazer alegria: meu amado afilhado Carlos Alberto (Kaká), ao
Christiano, o compadre mais engraçado e implicante do mundo, e as avózinhas emprestadas
Teta e Odete (in memoriam).
xii
SUMÁRIO
RESUMO v
ABSTRACT vi
LISTA DE FIGURAS xiii
LISTA DE TABELAS xvi
CAPÍTULO 1 - INTRODUÇÃO
1
1.1 RELEVÂNCIA DO TRABALHO 4
1.2 OBJETIVOS 5
1.3 HIPÓTESE INICIAL 5
CAPÍTULO 2 - REFERENCIAL TEÓRICO
6
2.1 DECOMPOSIÇÃO DA BIOMASSA VEGETAL 6
2.2 EUTROFIZAÇÃO PROVOCADA PELA BIOMASSA VEGETAL 8
2.3 QUALIDADE DE ÁGUA 10
2.4 PRINCÍPIOS DA CROMATOGRAFIA 14
CAPÍTULO 3 - MATERIAIS E MÉTODOS
16
3.1 PROCEDIMENTOS DE CAMPO 18
3.2 PROCEDIMENTOS DE LABORATÓRIO 20
CAPÍTULO 4 - RESULTADOS E DISCUSSÃO
34
4.1 EXPERIMENTO DE LIXIVIAÇÃO E MODELO CINÉTICO DA
MINERALIZAÇÃO DE FOLHAS, GALHOS E SERAPILHEIRA
34
4.2 EXPERIMENTO E MODELO CINÉTICO DE DECOMPOSIÇÃO
ANAERÓBIA
43
CAPÍTULO 5 - CONCLUSÕES
99
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
101
xiii
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 – Imagens de satélite do Reservatório APM Manso (Furnas Centrais
Elétricas): (A) representação do reservatório artificial e (B) representação da
biomassa afogada.
2
Figura 2 – Seqüência de eluição. 15
Figura 3 – Cromatograma de uma amostra contendo água, folha e solo. 15
Figura 4 – Mapa hipsométrico da área compreendida entre os Três Picos (esquerda)
e o Pico do Caledônia (direita).
16
Figura 5 – Visão tridimensional do relevo da área entre o Pico da Caledônia em
primeiro plano e os Três Picos ao fundo.
17
Figura 6 – Aspectos da floresta secundária em estágio médio-avançado em (A) e
(B); aspecto da estrutura florestal (C) e (D).
19
Figura 7 – Coleta de recursos vegetais para realização dos experimentos de
lixiviação e de decomposição anaeróbia: (A) amostragem de folhas e galhos, (B)
acondicionamento das amostras de galhos e folhas em sacos plásticos, (C)
amostragem de serapilheira e (D) amostragem de solo.
20
Figura 8 – Amostras de folhas, galhos e serapilheira secando em estufa de
circulação forçada a 45ºC.
21
Figura 9 – Procedimentos experimentais do ensaio de lixiviação de folhas, galhos e
serapilheira: (A) amostras dos recursos vegetais, (B) esterilização da água
deionizada utilizada no experimento, (C) incubação do material vegetal a 4ºC por
24 h, (D) preparação do processo de filtração do material vegetal, (E) secagem do
material filtrado e (F) determinação da massa remanescente após a lixiviação.
22
Figura 10 – Modelo proposto para a decomposição dos recursos orgânicos
(modificado de BIANCHINI Jr., 1999). Onde: COP
LS
= carbono orgânico
particulado lábil e/ou solúvel; COP
R
= carbono orgânico particulado refratário;
COD = carbono orgânico dissolvido; k
T
= coeficiente global de decaimento de
COP
LS
(= k
1
+ k
2;
; k
1
= coeficiente mineralização das frações lábeis e k
2
=
coeficiente de lixiviação; k
3
= coeficiente de mineralização do COD; k
4
=
coeficiente de mineralização do COP
R
; IN
1-3
= carbono mineralizado, segundo os
coeficientes de mineralização (k
T
, k
3
e k
4
).
24
Figura 11 – Câmara de incubação e seu esquema final. 25
Figura 12 – Sistema de incubação com água. 26
Figura 13 – Retirada de alíquotas do experimento para análise. 27
Figura 14 – Planejamento do sistema de água. 27
Figura 15 – Execução do sistema de água. 29
xiv
Figura 16 – Medição de pH e condutividade. 29
Figura 17 – Analisador de carbono específico (Uv-Persulfate Toc - Phoenix 8000 -
Tekmar Dohrmann).
30
Figura 18 – Diagrama esquemático do experimento de decomposição anaeróbia. 31
Figura 19 – Massa (%) do material hidrossolúvel após o processo de lixiviação. 35
Figura 20 – Porcentagem de COD e compostos inorgânicos durante a lixiviação
(MOP
LS
) de folhas, galhos e serapilheira.
37
Figura 21 – Variação temporal das concentrações de COD durante a decomposição
anaeróbia de folhas, galhos e serapilheira. As linhas referem-se aos ajustes
cinéticos.
39
Figura 22 – Variação de cor apresentada no experimento, da esquerda para direita,
observa-se o controle (réplica que continha água deionizada e inóculo de solo), F1
(réplica que continha folhas, água deionizada e inóculo de solo), G1 (réplica que
continha galhos, água deionizada e inóculo de solo) e S1 (réplica que continha
serapilheira, água deionizada e inóculo de solo).
40
Figura 23 – Variação temporal do pH em folhas, galhos e serapilheira. 45
Figura 24 – Variação temporal da condutividade elétrica em folhas, galhos e
serapilheira.
47
Figura 25 – Variação temporal das concentrações de lítio, sódio, potássio,
magnésio e cálcio durante a decomposição anaeróbia de folhas, galhos e
serapilheira.
49
Figura 26 – Variação temporal das concentrações de fluoreto, cloreto, brometo,
sulfato e fosfato durante a decomposição anaeróbia de folhas, galhos e serapilheira.
51
Figura 27 – Variação temporal das concentrações de acetato e oxalato durante a
decomposição anaeróbia de folhas (A), galhos (B) e serapilheira (C).
52
Figura 28 – Variação temporal das concentrações de amônio, nitrato e nitrito
durante a decomposição anaeróbia de folhas, galhos e serapilheira.
53
Figura 29 - Variação temporal das concentrações de acetato durante a
decomposição anaeróbia de folhas, galhos e serapilheira.
57
Figura 30 - Variação temporal das concentrações de oxalato durante a
decomposição anaeróbia de folhas, galhos e serapilheira.
59
Figura 31 - Variação temporal das concentrações de acetato e oxalato no COD
durante a decomposição anaeróbia de folhas, galhos e serapilheira.
62
Figura 32 - Variação temporal das concentrações de sulfato durante a
decomposição anaeróbia de folhas, galhos e serapilheira.
65
xv
Figura 33 - Variação temporal das concentrações de sulfato e acetato durante a
decomposição anaeróbia de folhas, galhos e serapilheira.
67
Figura 34 – Variação temporal das concentrações de amônio durante a
decomposição anaeróbia de folhas, galhos e serapilheira.
70
Figura 35 – Variação temporal das concentrações de nitrato durante a
decomposição anaeróbia de folhas, galhos e serapilheira.
72
Figura 36 – Variação temporal das concentrações de nitrito durante a
decomposição anaeróbia de folhas, galhos e serapilheira.
74
Figura 37 - Variação temporal das concentrações de fosfato durante a
decomposição anaeróbia de folhas, galhos e serapilheira.
77
Figura 38 - Variação temporal das concentrações de potássio durante a
decomposição anaeróbia de folhas, galhos e serapilheira.
81
Figura 39 - Variação temporal das concentrações de magnésio durante a
decomposição anaeróbia de folhas, galhos e serapilheira.
83
Figura 40 - Variação temporal das concentrações de cálcio durante a decomposição
anaeróbia de folhas, galhos e serapilheira.
86
Figura 41 - Variação temporal das concentrações de sódio durante a decomposição
anaeróbia de folhas, galhos e serapilheira.
88
Figura 42 - Variação temporal das concentrações de lítio durante a decomposição
anaeróbia de folhas, galhos e serapilheira.
91
Figura 43 - Variação temporal das concentrações de fluoreto durante a
decomposição anaeróbia de folhas, galhos e serapilheira.
93
Figura 44 - Variação temporal das concentrações de cloreto durante a
decomposição anaeróbia de folhas, galhos e serapilheira.
95
Figura 45 - Variação temporal das concentrações de brometo durante a
decomposição anaeróbia de folhas, galhos e serapilheira.
97
xvi
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 – Teor de compostos orgânicos e inorgânicos (%) durante a lixiviação
de folhas de diversas espécies de plantas terrestres .
36
Tabela 2 – Média dos pesos (g) iniciais e finais de folhas, galhos e serapilheira e
suas respectivas porcentagens de carbono.
38
Tabela 3 – Parâmetros do modelo cinético da decomposição dos recursos
orgânicos.
42
Tabela 4 – Parametrização da decomposição (lixiviação/mineralização) anaeróbia
de folhas, galhos e serapilheira, com base na concentração de acetato.
58
Tabela 5 – Parametrização da decomposição (lixiviação/mineralização) anaeróbia
de folhas, galhos e serapilheira, com base na concentração de oxalato.
60
Tabela 6 – Parametrização da decomposição (lixiviação/mineralização) anaeróbia
de folhas, galhos e serapilheira, com base na concentração de sulfato.
64
Tabela 7 – Parametrização da decomposição (lixiviação/mineralização) anaeróbia
de folhas, galhos e serapilheira, com base na concentração de amônio.
71
Tabela 8 – Parametrização da decomposição (lixiviação/mineralização) anaeróbia
de folhas, galhos e serapilheira, com base na concentração de fosfato.
78
Tabela 9 – Parametrização da decomposição (lixiviação/mineralização) anaeróbia
de folhas, galhos e serapilheira, com base na concentração de potássio.
80
Tabela 10 – Parametrização da decomposição (lixiviação/mineralização)
anaeróbia de folhas, galhos e serapilheira, com base na concentração de
magnésio.
84
Tabela 11 – Parametrização da decomposição (lixiviação/mineralização)
anaeróbia de folhas, galhos e serapilheira, com base na concentração de cálcio.
85
Tabela 12 – Parametrização da decomposição (lixiviação/mineralização)
anaeróbia de folhas, galhos e serapilheira, com base na concentração de sódio.
89
Tabela 13 – Parametrização da decomposição (lixiviação/mineralização)
anaeróbia de folhas, galhos e serapilheira, com base na concentração de lítio.
90
Tabela 14 – Parametrização da decomposição (lixiviação/mineralização)
anaeróbia de folhas, galhos e serapilheira, com base na concentração de fluoreto.
92
Tabela 15 – Parametrização da decomposição (lixiviação/mineralização)
anaeróbia de folhas, galhos e serapilheira, com base na concentração de cloreto.
96
Tabela 16 – Parametrização da decomposição (lixiviação/mineralização)
anaeróbia de folhas, galhos e serapilheira, com base na concentração de brometo.
98
CAPÍTULO
1.
INTRODUÇÃO
As atividades humanas levam aos usos múltiplos dos recursos hídricos tais como:
abastecimento público, irrigação, uso industrial, navegação, recreação, aqüicultura e geração
de energia elétrica. Essas atividades variam de acordo com o tamanho da população na bacia
de drenagem e com a organização econômica e social da região, sendo responsáveis pela
deterioração da qualidade e quantidade de água disponível para o consumo humano.
A contaminação dos recursos hídricos e dos mananciais de abastecimento público por
rejeitos oriundos das atividades humanas tem sido um dos maiores fatores de risco para a
saúde humana, especialmente em regiões com condições inadequadas de saneamento e
suprimento de água, o que é observável tanto em regiões brasileiras de alta concentração
urbana como em áreas rurais.
Outra conseqüência dos impactos antrópicos nos ecossistemas aquáticos é a ocorrência
de acelerados processos de eutrofização, causando um enriquecimento artificial desses
ecossistemas pelo aumento das concentrações de nutrientes na água, principalmente
compostos nitrogenados e fosfatados, que resulta num aumento dos processos naturais da
produção biológica em rios, lagos e reservatórios (BRAGA et al., 2002). As principais fontes
desse enriquecimento são as descargas de esgotos domésticos e industriais dos centros
urbanos e das regiões agricultáveis (ESTEVES, 1998).
Empreendimentos de grande monta, como a formação de reservatórios artificiais,
também podem alterar a qualidade da água dos corpos hídricos, porém devido à insuficiência
de estudos, nem sempre é possível quantificar o impacto da degradação da biomassa vegetal,
através do acúmulo gradual de água durante o enchimento.
Os reservatórios de hidrelétricas são lagos artificiais, formados pelo acúmulo de grandes
volumes de água provenientes de um sistema composto por uma drenagem principal,
normalmente de maior vazão média, e pelas drenagens secundárias dos afluentes (SOARES,
2003).
Nesse contexto, a título de exemplo, na Figura 1 apresenta-se o Reservatório de
Aproveitamentos Múltiplos de Manso antes e após a inundação, possuindo uma área de cota
normal de operação de 427 km
2
.
2
A
B
Figura 1 - Imagens de satélite do Reservatório APM Manso (Furnas Centrais Elétricas):
(A) representação do reservatório artificial e (B) representação da biomassa afogada.
Fonte: SOARES (2003).
Segundo BIANCHINI Jr. & CUNHA-SANTINO (2005), nas etapas iniciais dos
processos de formação dos reservatórios artificiais, a incorporação da cobertura vegetal
apresenta uma considerável fonte de detritos para esses sistemas. Durante a fase de
enchimento, a vegetação nativa (rasteira e arbórea) da área de inundação, ao entrar em contato
com a água represada, é afogada e libera intensivamente os elementos (minerais e orgânicos)
provenientes do processo de decomposição. A degradação dos recursos vegetais submersos na
bacia de acumulação pode alterar a qualidade de água, em razão da eutrofização e das
pressões do oxigênio dissolvido (GARSON, 1984).
Segundo BIANCHINI Jr. (2003), as contenções dos cursos d’água determinam
profundas alterações no meio, uma vez que atenuam significativamente as velocidades de
corrente, aumentando o tempo médio de residência das águas. Nas regiões de remanso dos
reservatórios, as condições limnológicas geralmente diferem das dos corpos centrais
principalmente no que se refere às velocidades de circulação, às profundidades médias e às
variáveis físicas, químicas e biológicas. Além disso, PRADO (2004) enfatiza outras alterações
no sistema aquático provocado por um reservatório, como a redução da capacidade de
depuração do curso d´água e o aumento da capacidade de retenção de sedimentos.
As medidas que visam à preservação da qualidade de águas em reservatórios procuram
evitar que as áreas a serem inundadas contenham matéria orgânica ou inorgânica que, direta
3
ou indiretamente, venham a alterar substancialmente a composição da água (BRANCO &
ROCHA, 1977). Segundo BITAR et al. (2002), este fato está intimamente ligado à quantidade
de fitomassa presente na bacia de acumulação, cujo afogamento pode gerar condições
favoráveis à anaerobiose e a eutrofização. A adoção de certas medidas de caráter preventivo
são necessárias, no entanto, são onerosas e, nem sempre, surtem o resultado esperado.
O simples afogamento da biomassa vegetal existente é muito comum para a formação
de reservatórios (e.g. Guarapiranga, Billings, entre outros). Entretanto, podem ser tomadas
medidas mitigadoras, como a queima da biomassa vegetal, que é benéfica por destruir a maior
parte da matéria orgânica, que iria ser oxidada pelo oxigênio dissolvido na água; no entanto,
fertiliza o meio com nutrientes que, devido ao enchimento lento do reservatório, provoca o
crescimento da vegetação terrestre e aquática, alterando na qualidade das águas (BRANCO &
ROCHA, op. cit.).
A atitude a ser tomada perante o problema depende da finalidade da água acumulada.
Em 1907, no Estado de São Paulo, o fechamento da barragem de Cabuçu, que possuía um
reservatório de três milhões de metros cúbicos, iria duplicar o volume das águas disponíveis
para o abastecimento da cidade. Todavia, o despreparo desta área para inundação
impossibilitou o uso da água durante algum tempo. As águas acumuladas na barragem
apresentavam impotabilidade permanente e, como medida mitigadora, resolveu-se evacuar o
seu conteúdo, deixando a válvula de descarga aberta. A renovação constante da camada
profunda condicionou uma progressiva melhoria das águas, que se tornaram potáveis após
alguns anos (BRANCO & ROCHA, op. cit.).
Segundo MACPHAIL & JAREMA (2005), um reservatório destinado exclusivamente à
navegação, prática de esportes náuticos e produção de energia hidrelétrica, pode apresentar
inconvenientes ao uso para o abastecimento. Para tanto, o corpo d´água deve estar enquadrado
dentro dos padrões estabelecidos pela Resolução CONAMA 357 (BRASIL, 2005).
Em suma, a deterioração da qualidade das águas armazenadas em reservatórios pode
ocorrer a partir de elementos orgânicos e inorgânicos conservados na área inundada ou
introduzidos durante e após a inundação (e.g. decomposição da matéria orgânica e dissolução
de elementos nutrientes), bem como através da introdução de substâncias tóxicas ou
organolépticas e seres patogênicos pelos efluentes domésticos e industriais (BRANCO &
ROCHA, 1977). SPERLING (1998) salienta que a qualidade de água é resultante dos
inúmeros processos que ocorrem na bacia de drenagem do corpo hídrico e que os organismos
4
aquáticos, em sua atividade metabólica, não só recebem influencia do meio, como também
provocam alterações físico-químicas na água.
Desta forma, torna-se latente a necessidade de um aprofundamento nos estudos já
realizados, através de simulações de situações reais, com a finalidade de obter resultados e
soluções concretas e eficazes. Para tanto, foi criado o Grupo de Ensaios e Simulações
Ambientais em Reservatórios (GESAR) e, através do projeto intitulado “Sistema de
simulação da incorporação de biomassa durante o enchimento de compartimentos de
reservatórios”, serão desenvolvido experimentos que contemplem estes objetivos. Este projeto
será realizado em cooperação com a Faculdade de Engenharia da Universidade do Estado do
Rio de Janeiro e Furnas Centrais Elétricas S.A., com a colaboração do Núcleo de Estudos
Florestais da Universidade Federal Fluminense, da COPPE (Universidade Federal do Rio de
Janeiro) e do Departamento de Hidrobiologia da Universidade Federal de São Carlos.
1.1 RELEVÂNCIA DO TRABALHO
A Lei Federal 3824 (1960) tornou obrigatória a limpeza das bacias hidráulicas dos
açudes, represas ou lagos artificiais, com a finalidade de diminuir o impacto imputado ao
meio aquático por estas construções (BRASIL, 1960).
De acordo com a Constituição Federal de 1988 (artigo 225 inciso IV), o Estudo de
Impacto Ambiental (EIA) é exigível para obras potencialmente causadoras de significativa
degradação do meio ambiente (BRASIL, 1988). Desta forma, através do Termo de Referência
do IBAMA para elaboração do EIA, torna-se necessário quantificar a vegetação a ser
suprimida no reservatório, a partir da utilização dos parâmetros de qualidade de água, áreas
de reprodução da ictiofauna, beleza cênica, erodibilidade e declividade, bem como avaliar a
qualidade de água futura do reservatório e a jusante deste, considerando as fases de
implantação e operação (SOARES, 2003).
A partir do conhecimento do processo de lixiviação de alguns recursos vegetais (folhas,
galhos e serapilheira), será possível avaliar alguns dos efeitos da degradação anaeróbia sobre
a qualidade de água. Este fato permitirá a remoção isolada do recurso vegetal mais
impactante, o que minimizaria os custos do desmatamento e destoca das árvores.
5
1.2 OBJETIVOS
1.2.1 GERAL
Fornecer dados que subsidiem o desenvolvimento de um software, capaz de otimizar a
retirada de biomassa vegetal na área a ser inundada para a construção de reservatórios, em
estudos de casos reais, permitindo uma economia sensível dos recursos financeiros.
1.2.2 ESPECÍFICO
Avaliar a decomposição da biomassa vegetal, através de dados experimentais obtidos
sob condições estáticas e anaeróbias com temperatura monitorada, distinguindo os principais
condicionantes das alterações na qualidade das águas, devido ao enchimento de reservatórios.
1.3 HIPÓTESE INICIAL
Os recursos vegetais (folhas, galhos e serapilheira) liberam compostos orgânicos e
inorgânicos de forma diferenciada, de acordo com a composição de matéria orgânica e
nutrientes presentes em sua estrutura.
6
CAPÍTULO
2.
REFERENCIAL TEÓRICO
2.1 DECOMPOSIÇÃO DA BIOMASSA VEGETAL
Segundo MEYER & ANDERSON (1958) apud BRANCO & ROCHA (1977), existe
uma proporção de 90% de água na composição dos vegetais, ou seja, para cada tonelada de
vegetação, obtêm-se cerca de 100 kg de matéria seca, que é constituída de matéria orgânica e
sais minerais, cujos principais componentes são: o carbono, oxigênio, hidrogênio, nitrogênio,
silício e potássio.
A decomposição de matéria orgânica provoca o consumo parcial ou total do oxigênio
dissolvido na água, dependendo da proporção, devido à oxidação do carbono orgânico através
de reações bioquímicas. Este fenômeno afeta, principalmente, a vida aquática, podendo causar
prejuízos temporários, uma vez que a quantidade de matéria orgânica inicial tende a diminuir,
como resultado da própria estabilização biológica, desde que novas cargas orgânicas não
sejam introduzidas (BRANCO, 1971).
Em ambientes pouco profundos (e.g. rios), há uma contínua aeração em função do seu
fluxo, que provoca um reabastecimento de oxigênio contínuo. No entanto, as águas
estagnadas ou situadas próximas ao fundo de reservatórios profundos, permanecem quase sem
oxigênio, devido à interação com a matéria orgânica e a falta de mecanismos que possibilitem
a reposição de oxigênio com rapidez, já que a difusão é um processo lento (BAIRD, 2002).
Além das condições físico-químicas do ambiente e da atividade heterotrófica dos
decompositores, a qualidade e a quantidade dos recursos vegetais afetam a velocidade dos
processos de decomposição (CUNHA-SANTINO & BIANCHINI Jr., 2002).
Estudos efetuados por GOLDSTEIN (1981) indicam valores típicos para a composição
química dos tecidos vegetais: açúcares e amido ≈ 1-5%; lipídios, graxas e taninos ≈ 1-8%;
proteínas ≈ 10-15%; lignina ≈ 10-30%; hemicelulose ≈ 10-28%; celuloses ≈20-50%. O
conteúdo protoplasmático das células vegetais é mais facilmente degradado, pois é composto
por açúcares livres, proteínas, amido, entre outros, substâncias que, em curto prazo, são
responsáveis pelas alterações da qualidade da água. Em contraposição, grande parte da
biomassa vegetal é constituída por compostos de difícil decomposição, como a celulose
(polímero constituído por moléculas de glicose), a hemicelulose (grupo de polissacarídeos
encontrados em associação com a celulose e diferenciados pelo açúcar presente em sua cadeia
7
principal) e a lignina (polímero insolúvel e altamente irregular, constituído por subunidades
de natureza fenólica) (COSGROVE, 1997; DEOBALD & CRAWFORD, 1997; BHAT &
HAZLEWOOD, 2001; MALHERBE & CLOETE, 2002). De um modo geral, as estruturas
poliméricas não podem ser diretamente incorporadas pelos microrganismos, devendo antes ser
convertida em moléculas menores através de complexas reações enzimáticas (VRBA et al.,
2004).
2.1.1 DECOMPOSICAO AERÓBIA E ANAERÓBIA
Nos ecossistemas aquáticos, há três processos básicos responsáveis pela ciclagem e
transformações do carbono: a assimilação do carbono inorgânico (fotossíntese e
quimiossíntese), a decomposição aeróbia e a anaeróbia (THURMAN, 1985).
Segundo BIANCHINI Jr. (2003), os processos aeróbios e anaeróbios de decomposição
são constituídos por três tipos de mecanismos distintos: a lixiviação, a fragmentação e o
catabolismo.
Na lixiviação (solubilização e dissolução), o material solúvel é removido do detrito pela
ação da água.
A fragmentação é o processo pelo qual ocorre a redução do tamanho do detrito, estando
relacionada com a digestão dos organismos decompositores. Neste processo, os resíduos
gerados são excretados em partículas menores e com composição química diferente do
material ingerido (SWIFT et al., 1979). A turbulência das águas e as intempéries climáticas
são responsáveis pela fragmentação sem mudanças na composição química (ALLAN, 1995).
O catabolismo transforma os compostos orgânicos complexos em moléculas pequenas e
simples, através de uma reação ou de uma cadeia de reações. Os produtos formados podem
ser orgânicos ou inorgânicos, alguns são ressintetizados e incorporados nas estruturas dos
organismos decompositores. Outros são incorporados ou convertidos na classe dos compostos
orgânicos não celulares, tais como as substâncias húmicas (WETZEL, 1990).
De acordo com BIANCHINI Jr. (1999a), admite-se que os processos de mineralização
ocorram segundo três caminhos distintos: no primeiro, os compostos lábeis seriam
rapidamente oxidados, em paralelo à ocorrência da lixiviação; o segundo incluiria os
processos consecutivos de lixiviação e catabolismo (consumo) das frações de matéria
8
orgânica dissolvida e no terceiro, o processo de oxidação da matéria orgânica particulada
refratária seria responsável pela perda de massa.
As velocidades dos processos de decomposição, através das quais os nutrientes e o
carbono ciclam e acumulam-se, dependem, basicamente, dos balanços entre os processos de
imobilização (formação de biomassa de microorganismos) e mineralização (SWIFT et al.,
1979). Além disso, podem ser influenciados pela temperatura (BREZONIK, 1994); pelo
conteúdo de matéria orgânica/nutrientes dos detritos e do meio (BITAR & BIANCHINI Jr.,
1994); teor de compostos refratários e tipo dos detritos (RICE & TENORE, 1981); Ph e
salinidade (KOK & VAN DER VELDE, 1991); concentração de oxigênio dissolvido
(ANTONIO, 1996) e o tamanho de partícula (SWIFT et al., 1979).
2.2 EUTROFIZAÇÃO PROVOCADA PELA BIOMASSA VEGETAL
A eutrofização é o processo de enriquecimento dos corpos d'água, devido ao aumento
da concentração de compostos orgânicos e nutrientes inorgânicos (principalmente nitrogênio e
fósforo), que pode ocorrer sob condições naturais ou artificiais (VOLLENWEIDER &
KEREKES, 1981; DE FILIPPO, 2000). Este fenômeno pode produzir mudanças na qualidade
da água, como a redução de oxigênio dissolvido, da biodiversidade aquática, a perda das
qualidades cênicas, a morte extensiva de peixes e o aumento da incidência de florações de
microalgas e cianobactérias (MACPHAIL & JAREMA, 2005).
Em suma, a eutrofização é o resultado da interação dos sistemas lacustres com os
ambientes terrestres que os circundam, e pode ser acelerado pelas ações antrópicas na bacia
hidrográfica (DE FILIPPO, 2000).
Os nutrientes chegam aos corpos d´água por meio da erosão dos solos, pela fertilização
artificial dos campos agrícolas ou pela própria decomposição natural da matéria orgânica
biodegradável existente no solo e na água (BRAGA et al., 2002).
Dentre os elementos existentes na vegetação, os mais importantes são o nitrogênio e o
fósforo, que são responsáveis pela fertilização das águas, causando o crescimento do
fitoplâncton. Estes nutrientes são considerados limitantes, em condições naturais, visto a sua
baixa concentração em comparação com as exigidas para a proliferação e manutenção das
algas (ESTEVES, 1998).
9
O nitrogênio é exigido pelo fitoplâncton em uma proporção dez vezes superior ao do
fósforo. Entretanto, entre as microalgas, destaca-se o grupo das cianofíceas que, devido a sua
menor eficiência na assimilação de nutrientes, possui uma estratégia adaptativa que lhes
permite retirar o nitrogênio do ar dissolvido na água (STEWART et al., 1969). Sob estas
condições, tem-se o fósforo como limitante.
O fósforo é o principal fator limitante para o crescimento biológico nos ecossistemas
lênticos, pois o processo de eutrofização está associado tanto ao aumento da concentração de
fósforo na água quanto à redução da profundidade do lago (SOARES, 2003).
Em lagos profundos, as moléculas de fosfato agregadas às partículas inorgânicas em
suspensão, ou na forma de moléculas orgânicas, se sedimentam. A grande distância entre
superfície e fundo impede a sua ressuspensão e a reabsorção pelo fitoplâncton, perdendo-se
no sedimento (DE FILIPPO, 2000).
Em profundidades menores, os movimentos verticais de circulação tornam-se mais
intensos e reduzem a taxa de sedimentação de fósforo. Em conseqüência de um maior aporte
de fósforo, devido a fontes poluidoras, maiores concentrações dele permanecem disponíveis
para as algas, suportando sua explosão populacional (DE FILIPPO, 2000).
Ao produzir uma descarga excessiva de nutrientes nos reservatórios, o homem propicia
uma maior oferta desses nutrientes, facilitando a sua assimilação e o crescimento das
cianofíceas, que podem provocar o aumento no custo do tratamento da água de abastecimento
e conseqüências relacionadas à saúde pública.
A principal preocupação com o aumento da ocorrência de florações de cianobactérias
em mananciais de abastecimento de água é a capacidade desses microrganismos produzirem e
liberarem para o meio líquido toxinas (cianotoxinas) que podem afetar a saúde humana, tanto
pela ingestão de água como por contato em atividades de recreação no ambiente, ou ainda
pelo consumo de pescado contaminado. Entretanto, a principal via de intoxicação é pelo
consumo oral da água sem um tratamento adequado para remoção dessas toxinas (FUREY et
al., 2005; SOTERO-SANTOS et al., 2005).
As cianotoxinas formam um grupo de substâncias químicas bastante diverso, com
mecanismos tóxicos específicos em vertebrados. Algumas cianotoxinas são neurotoxinas
bastante potentes (anatoxina-a, anatoxina-a(s), saxitoxinas), outras são principalmente tóxicas
ao fígado (microcistinas, nodularina e cilindrospermopsina) e outras ainda podem ser
10
irritantes ao contato, consideradas como endotoxinas pirogênicas, como as de bactérias Gram
negativas (FUREY et al., op. cit.; SOTERO-SANTOS et al., op. cit.).
Desta forma, avalia-se que a qualidade de água é um fator limitante para o
desenvolvimento social e econômico do país, e que existem várias lacunas que necessitam ser
preenchidas para garantir, de forma segura e confiável, a qualidade de água em nossos
mananciais e nos sistemas de abastecimento público.
2.3 QUALIDADE DE ÁGUA
A qualidade de água é representada por características intrínsecas, geralmente
mensuráveis, de natureza física, química e biológica que, se mantidas dentro de um
determinado padrão (CONAMA 357), serão viáveis ao uso (DERÍSIO, 2000).
Estes padrões não permanecem imutáveis ao longo do tempo; pelo contrário, é preciso
que reflitam adequadamente os objetivos, a tecnologia e as condições econômicas da
sociedade, em cada estágio do seu desenvolvimento, pois as exigências da saúde pública
devem ser prioritárias (DERÍSIO, 2000).
As alterações da qualidade de água em reservatórios dependem de inúmeros processos,
que estão relacionados com as características geomorfológicas dos sistemas, com mecanismos
de circulação e estratificação (térmica e/ou química), com as relações entre as profundidades
das zonas eufótica (região iluminada) e afótica (região escura), com o tempo de residência da
água e com as interações sedimento-água, que são também reguladas pelo grau de oxigênio da
coluna d’ água e pelo potencial de oxi-redução do sedimento (TUNDISI, 1985; TUNDISI et.
al., 1999).
A seguir serão apresentados alguns dos principais parâmetros utilizados na avaliação da
qualidade da água.
2.3.1 VARIÁVEIS FÍSICAS E QUÍMICAS
2.3.1.1 CONDUTIVIDADE ELÉTRICA
A condutividade elétrica corresponde à capacidade do meio em conduzir a corrente
elétrica (DERÍSIO, op. cit.).
11
A capacidade de condução de corrente elétrica no meio aquático é dependente da
concentração iônica. Os íons mais diretamente responsáveis pela condutividade elétrica são
denominados macronutrientes, como o cálcio, magnésio, potássio, sódio, carbonato, sulfato,
cloreto, entre outros, enquanto que nitrato e nitrito e, especialmente, ortofosfato, têm pouca
influência. O íon amônio pode ter influência somente em altas concentrações (ESTEVES,
1998).
A temperatura e o pH modificam o valor da condutividade elétrica. Na Limnologia,
adotou-se como padrão à temperatura de 25ºC para a leitura de condutividade elétrica
(ESTEVES, op. cit.).
A variação diária da condutividade elétrica da água fornece informações a respeito de
processos importantes nos ecossistemas aquáticos, como a produção primária (redução dos
valores) e decomposição (aumento dos valores) (DERÍSIO, 2000).
2.3.1.2 POTENCIAL HIDROGENIÔNICO
A acidez (pH < 7), neutralidade (pH = 7) ou basicidade (pH > 7) de uma solução aquosa
é expressa pela concentração dos íons H
+
através do potencial hidrogeniônico (pH)
(ESTEVES, 1998). Este parâmetro é responsável pela determinação da solubilidade e da
disponibilidade biológica dos constituintes químicos, como os nutrientes (P, N e C) e os
metais pesados (Pb, Cu, Cd, entre outros) na água.
A acidificação da água reduz a capacidade de crescimento de algumas plantas, modifica
a composição biológica, reduz a reprodução dos peixes (poucas espécies sobrevivem e se
reproduzem, quando o pH cai abaixo de 5 (BAIRD, 2002). Além disso, os ecossistemas
aquáticos que apresentam pH baixo têm elevadas concentrações de ácidos orgânicos
dissolvidos (ESTEVES, op. cit.).
Segundo CALIJURI (1999), três processos interferem nos valores do pH: fotossíntese,
respiração e a assimilação de nitrogênio pelo fitoplâncton.
2.3.1.3 OXIGÊNIO
DISSOLVIDO
Dentre os gases dissolvidos na água, o oxigênio é um dos mais importantes na dinâmica
e caracterização dos ecossistemas aquáticos. As principais fontes de oxigênio para água são a
atmosfera e a fotossíntese. As perdas ocorrem devido ao seu consumo pela decomposição da
12
matéria orgânica, perdas para a atmosfera, respiração dos organismos aquáticos e oxidação
dos íons metálicos (ESTEVES, 1998).
Quando o corpo hídrico recebe uma determinada carga orgânica, parte do oxigênio
dissolvido será utilizada na oxidação biológica da matéria orgânica introduzida, reduzindo a
sua saturação na água (PRADO, 1999).
O aumento da temperatura diminui a solubilidade dos gases na água (BAIRD, 2002).
Esta diminuição pode causar efeitos deletérios para a vida aquática, influenciando diretamente
na movimentação e respiração dos organismos, bem como na decomposição da matéria
orgânica por microorganismos (ESTEVES, op. cit.), o que causa um aumento do consumo de
oxigênio e diminuição do seu poder de retenção na água (DERÍSIO, 2000).
2.3.1.4 CARBONO ORGÂNICO
Dentre os diferentes ciclos biogeoquímicos, destaca-se o do carbono, devido a sua
complexidade e abrangência, englobando desde a produção primária, cadeias alimentares até
fenômenos de sucessão biológica (BRAGA et al., 2002).
Segundo ESTEVES (1998), os diferentes tipos de carbono orgânico de um ecossistema
aquático continental podem ser agrupados em: carbono orgânico detrital (COD e COP-
detrital) e carbono orgânico particulado da biota (COP-biota) que, em conjunto, formam o
carbono orgânico total (COT).
2.3.1.5 NITROGÊNIO
As principais fontes naturais de nitrogênio podem ser: a chuva, o material orgânico e
inorgânico de origem alóctone e a fixação de nitrogênio molecular dentro do próprio
reservatório. Dentre as fontes artificiais, destacam-se a drenagem de solos adubados e os
esgotos domésticos (ESTEVES, op. cit.).
O nitrogênio é um dos elementos mais importantes no metabolismo de ecossistemas
aquáticos, devido à sua participação na formação de proteínas, um dos componentes básico da
biomassa. Entretanto, em baixas concentrações pode atuar como fator limitante na produção
primária dos ecossistemas aquáticos (BRAGA et al., op. cit.).
13
2.3.1.6 FÓSFORO
O fósforo presente em ecossistemas aquáticos continentais pode ser originado de fontes
naturais ou artificiais. As fontes naturais estão relacionadas com as rochas da bacia de
drenagem, que liberam fosfato a partir do intemperismo, sendo então carreado através do
escoamento superficial, podendo alcançar o meio aquático sob a forma solúvel ou adsorvido a
argilas. Outras fontes de aporte de fosfato ocorrem através do material particulado da
atmosfera e da decomposição de organismos de origem alóctone (ESTEVES, op. cit.).
As principais fontes artificiais de fosfato são os esgotos domésticos e industriais, e
material particulado de origem industrial contido na atmosfera (DERÍSIO, 2000).
O fósforo participa de processos fundamentais do metabolismo dos organismos como:
armazenamento de energia e estruturação de membrana celular e, na maioria das águas
continentais, é o principal fator limitante da produtividade, sendo responsável pelo processo
de eutrofização (ESTEVES, 1998; BRAGA et al., 2002).
2.3.1.7 CÁLCIO, MAGNÉSIO, SÓDIO, POTÁSSIO E CLORETO
Estes íons têm importante papel na produtividade global dos ecossistemas aquáticos,
pois fazem parte de importantes processos fisiológicos.
O cálcio é essencial para o crescimento das algas, macrófitas e muitos animais, tendo
grande importância na ciclagem de outros elementos, como o fosfato e interferindo também
no pH. Segundo STEINBERG & MELZER (1982) apud ESTEVES (1998), a deficiência de
cálcio no meio impede a agregação das células em algas coloniais, sendo muito importante
para a manutenção das estruturas da membrana celular.
A maior importância do magnésio é a sua participação na formação da molécula de
clorofila, além de fazer parte de inúmeros processos metabólicos na célula (ESTEVES, op.
cit.).
Entre as principais funções do sódio, potássio e cloreto estão à troca e o transporte de
outros íons para os meios intra e extracelulares.
14
2.4 PRINCÍPIOS DA CROMATOGRAFIA
O desenvolvimento da cromatografia como uma ferramenta analítica teve início em
1903, quando o botânico russo Michael Tswett descobriu que poderia separar pigmentos
coloridos de folhas, passando uma solução por uma coluna preenchida com partículas de giz
absorventes. Como os pigmentos se separaram por bandas de cores, Tswett denominou o
novo método de cromatografia (NETO & NUNES, 2003).
Em 1917, a literatura registrou uma das primeiras tentativas do emprego do método de
troca iônica na resolução de problemas analíticos na área de bioquímica, através da utilização
deste método para a determinação do teor de amônio na urina (NETO & NUNES, op. cit.).
A cromatografia é um processo físico-químico de separação dos componentes de uma
mistura, através da partição entre duas fases: uma permanece estacionária (fase estacionária),
enquanto a outra se move através dela (fase móvel). A fase móvel (eluente) pode ser um gás,
líquido ou vapor pressurizado em temperatura acima de sua temperatura crítica, enquanto, a
fase estacionária pode ser um sólido ou líquido (LUNA, 2003). Neste trabalho, será utilizada a
cromatografia iônica, na qual o eluente é líquido.
Dentre os métodos modernos de análise, a cromatografia ocupa uma posição de
destaque, em virtude de sua facilidade de separar, identificar e quantificar os componentes de
uma amostra.
Na cromatografia de íons, a separação iônica é obtida quando os componentes da
amostra, carregados pelo eluente, migram e interagem com a fase estacionária (resina
polimérica, que interage com os analitos, proporcionando a sua separação). Os componentes
que tiverem maior afinidade com esta fase migraram mais lentamente quando comparados aos
que tiverem mais afinidade com o eluente (SNYDER & KIRKLAND, 1979).
Os princípios básicos da separação cromatográfica podem ser entendidos, através de
uma amostra contendo duas substâncias “A” e “B”, sendo transportada por uma coluna de
separação (que contém a fase estacionária). Considerando-se que a substância “A” possui
menos afinidade com a coluna do que “B”, conclui-se que “A” permanecerá na coluna por um
período de tempo menor que “B”, em virtude do maior grau de interação de “B” com a fase
estacionária, o que provoca uma maior retenção na coluna cromatográfica e resulta numa
seqüência de eluição em que “A” aparecerá primeiro do que “B”. O isolamento completo dos
componentes A e B é feito com a adição continuada da fase móvel (Figura 2) (LUNA, 2003).
15
Figura 2 - Seqüência de eluição.
Fonte: LUNA (2003).
A eficiência da coluna cromatográfica na separação de dois solutos depende em parte da
velocidade relativa com que às duas espécies são eluídas. Essas velocidades são determinadas
pelas constantes de equilíbrio, para a distribuição dos solutos entre as fases móvel e
estacionária (LUNA, 2003).
Como o detector que responde à concentração do soluto é colocado no final da coluna, o
sinal produzido é monitorado em função do tempo. Este gráfico é chamado de cromatograma
(Figura 3), muito útil para análises qualitativas e quantitativas. A posição dos picos no eixo do
tempo serve para identificar os componentes da amostra, através da comparação com curvas
padrões contendo os ânions e cátions a serem analisados. A área destes picos produz uma
medida quantitativa de cada analito.
Figura 3 – Cromatograma de uma amostra contendo água, folha e solo.
16
CAPÍTULO
3.
MATERIAIS E MÉTODOS
A área de estudo compreende a Bacia do Rio Grande, afluente do Rio Paraíba do Sul, e
o contribuinte o Rio São Lourenço, na Baixada de Salinas, e está localizada na encosta norte
da Serra dos Órgãos, entre os morros dos Três Picos e da Caledônia (Figura 4 e 5), a oeste da
cidade de Nova Friburgo, RJ.
Figura 4 - Mapa hipsométrico da área compreendida entre os Três Picos (esquerda) e o
Pico do Caledônia (direita).
Fonte: BOHRER & BARROS (2006)
A área está compreendida nas Áreas de Proteção Municipais dos Três Picos e do Morro
da Caledônia, que se sobrepõem parcialmente ao Parque Estadual dos Três Picos, criado no
final de 2002 e incluso na Reserva da Biosfera da Mata Atlântica (BOHRER & BARROS, op.
cit.). O Parque é considerado um “hot spot”, área da alta prioridade para a conservação, pois
abriga remanescentes de floresta montana e campos rupestres, com uma alta diversidade
biológica, habitat de diversas espécies ameaçadas de extinção (BOHRER, 1998).
17
Figura 5 - Visão tridimensional do relevo da área entre o Pico da Caledônia em
primeiro plano e os Três Picos ao fundo.
Fonte: BOHRER & BARROS (2006)
A bacia situa-se na Serra do Mar, região predominantemente montanhosa e de relevo
acidentado (Figura 5), com ocorrência de escarpas e pequenos vales, e altitudes variando entre
900 - 2200 m, sujeita à alta umidade do ar (RADAMBRASIL, 1983).
Os ventos úmidos, que sopram do mar, sobem a serra e quando resfriam, condensam-se
e precipitam como nevoeiro ou chuva. Suas encostas encontram-se sob influência da Massa
Tropical Marítima (RADAMBRASIL, op. cit.). A região possui umidade relativa do ar em
torno de 83%, precipitação média anual entre 1500 - 2400 mm distribuída ao longo de todo o
ano, porém concentrada entre os meses de outubro e abril, e temperatura variando de 9°C a
27°C, com a média anual igual a 17.8°C (BRASIL, 1970). Ocorre uma estação seca curta no
inverno, amenizada pela altitude e frentes frias ocasionais, sem déficit hídrico (BOHRER &
BARROS, 2006).
O clima pode ser classificado como tropical de altitude ou subtropical, equivalendo aos
tipos Cf/Cw no sistema de Köppen. Dados de estações próximas sugerem uma maior
pluviosidade e temperaturas mais baixas na porção sul da bacia, devido ao relevo, podendo
18
atingir valores negativos nas maiores altitudes (BOHRER, 2002; BOHRER & BARROS,
2006).
Os solos da região são resultantes de uma combinação da litologia, do relevo e da
cobertura florestal densa, que exerce forte influência através de processos físicos e
hidrológicos (fixação mecânica, interceptação, infiltração, evapotranspiração), e ecológicos
(produção de matéria orgânica e ciclagem de nutrientes). São solos altamente lixiviados e de
fertilidade moderada, em função da drenagem intensa, geralmente apresentando baixos pH e
teores de nutrientes (BOHRER & BARROS, op. cit.).
A cobertura do solo na bacia é constituída, além das áreas com vegetação natural
remanescente, por florestas secundárias, plantios florestais, olericultura intensiva (concentrada
nas áreas aluviais), agricultura anual em pequena escala, pastagens em baixadas e encostas, e
pequenos núcleos urbanos (BOHRER & BARROS, op. cit.)
.
3.1 PROCEDIMENTOS DE CAMPO
O trabalho de campo foi realizado no período entre 26 e 28/05/06, no qual foram
amostradas áreas de Mata Atlântica em três áreas de floresta secundária médio-avançado
(Figura 6).
Em duas destas áreas (pontos 5 – Coordenada UTM Datum Córrego Alegre: 739150,
7524735 m e 7 – Coordenada UTM Datum Córrego Alegre: 0743015, 7523814 m), foram
coletadas amostras de folhas, galhos, serapilheira e solo (Figura 7). E na terceira área apenas
solo e serapilheira (ponto 4 – Coordenada UTM Datum Córrego Alegre: 738894, 7524065
m). Os pontos de coleta localizam-se dentro de áreas próximas, com mesmo tipo de
ecossistema e classe de vegetação no mapa de cobertura vegetal (BOHRER, 2006).
19
A
B
C
D
Figura 6 – Aspectos da floresta secundária em estágio médio-avançado em (A) e (B);
aspecto da estrutura florestal (C) e (D).
Fonte: BOHRER (2006)
As amostras de folhas e galhos (diâmetro inferior a 1 cm) foram feitas de forma mista,
compreendendo as espécies de plantas mais representativas nas áreas (Figura 7 A e B). Dentre
as espécies mais comuns nas áreas estão representantes dos gêneros Croton sp., Alchornea
sp., Inga sp., Trichilia sp. e Ormosia friburguesis.
A serapilheira foi retirada com um quadrate de 0,0625 m
2
de área (Figura 7 C). A coleta
de solo seguiu essa mesma área, atingindo uma profundidade de aproximadamente 5 cm.
20
A
B
C
D
Figura 7 - Coleta de recursos vegetais para realização dos experimentos de lixiviação e
de decomposição anaeróbia: (A) amostragem de folhas e galhos, (B) acondicionamento das
amostras de galhos e folhas em sacos plásticos, (C) amostragem de serapilheira e (D)
amostragem de solo.
As amostras coletadas foram acondicionadas em sacos plásticos (Figura 7 B) e
transportadas ao Laboratório de Ensaios Cinéticos (LEC).
3.2 PROCEDIMENTOS DE LABORATÓRIO
As amostras de folhas, galhos e serapilheira (Figura 8) foram colocadas em estufa de
circulação forçada a 45 ºC e desidratadas até atingir peso constante.
21
Figura 8 - Amostras de folhas, galhos e serapilheira secando em estufa de circulação
forçada a 45ºC.
3.2.1 EXPERIMENTO DE LIXIVIAÇÃO
Para a obtenção do lixiviado (Figura 9), foram realizadas extrações aquosas a frio (4ºC)
com duração de 24 h (MφLLER et al., 1999). A extração constituiu-se da adição de
fragmentos de recurso vegetal (folhas, serapilheira e galhos) em água (deionizada esterilizada)
na proporção de 10 g (PS) L
-1
. As esterilizações das amostras de água deionizadas foram
realizadas em autoclave durante 15 min, 1 atm e 121ºC (WARD & JOHNSON, 1996).
Após as extrações, as frações particuladas foram separadas das dissolvidas por filtração
em membrana de éster de celulose com poro de 0,45 µm (Millipore), previamente lavadas
com 100 ml de água destilada.
22
A B
C D
E F
Figura 9 - Procedimentos experimentais do ensaio de lixiviação de folhas, galhos e
serapilheira: (A) amostras dos recursos vegetais, (B) esterilização da água deionizada
utilizada no experimento, (C) incubação do material vegetal a 4ºC por 24 h, (D) preparação do
processo de filtração do material vegetal, (E) secagem do material filtrado e (F) determinação
da massa remanescente após a lixiviação.
23
O material remanescente foi seco e teve sua massa determinada gravimetricamente. O
cálculo do material lixiviado foi realizado pela diferença entre a massa inicial dos recursos
vegetais e após 24 h de extração aquosa.
3.2.2 MODELO CINÉTICO DA MINERALIZAÇÃO DE FOLHAS, GALHOS E
SERAPILHEIRA
Admitindo que as cinéticas da decomposição dos recursos orgânicos (folhas, galhos e
serapilheira) fossem de primeira ordem, as Equações 1 a 4 foram selecionadas para
representar este processo (Figura 10) (BIANCHINI Jr., 2000). Para a obtenção dos parâmetros
cinéticos utilizou-se um método de regressão não linear, o algoritmo iterativo de Levenberg-
Marquardt (PRESS et al., 1993).
(
)
tk
S
L
T
T
eCOP
k
k
IN
−
−= 1
1
1
.................................................... (Eq. 1)
−
+
−
+=
−− tk
T
T
tk
T
S
L
T
e
kk
k
e
kk
k
COP
k
k
IN
T
3
33
32
2
1
.... (Eq. 2)
(
)
tk
R
eCOPIN
4
1
3
−
−=
...................................................... (Eq. 3)
∑
=
=
3
1i
i
INCM
..................................................................... (Eq. 4)
em que:
COP
LS
= carbono orgânico particulado lábil/solúvel (%);
COP
R
= carbono orgânico particulado refratário (%);
COP
L
=
carbono orgânico particulado lábil (%);
LS
T
L
COP
k
k
COP
1
=
COD =
carbono orgânico dissolvido (%);
LS
T
COP
k
k
COD
2
=
CM = carbono mineralizado (%);
24
e = base logaritmo natural;
t = tempo (dia);
k
T
= coeficiente global de decaimento da COP
LS
(k
1
+ k
2
) (dia
-1
);
k
1
= coeficiente de mineralização das frações lábeis de COP
L
(dia
-1
);
k
2
= coeficiente de lixiviação das frações solúveis de COP
LS
, obtido
da lixiviação (dia
-1
);
k
3
= coeficiente de mineralização do COD (dia
-1
);
k
4
= coeficiente de mineralização da COP
R
(dia
-1
);
IN
1 a 3
= compostos inorgânicos produzidos através das 3 rotas de
mineralização (%).
IN
1
k
1
k
4
k
T
IN
2
IN
3
COD
COP
LS
COP
R
k
3
k
T
= k
1
+ k
2
k
2
Figura 10 - Modelo proposto para a decomposição dos recursos orgânicos (modificado
de BIANCHINI Jr., 1999a). Onde: COP
LS
= carbono orgânico particulado lábil e/ou solúvel;
COP
R
= carbono orgânico particulado refratário; COD = carbono orgânico dissolvido; k
T
=
coeficiente global de decaimento de COP
LS
(= k
1
+ k
2;
; k
1
= coeficiente mineralização das
frações lábeis e k
2
= coeficiente de lixiviação; k
3
= coeficiente de mineralização do COD; k
4
=
coeficiente de mineralização do COP
R
; IN
1-3
= carbono mineralizado, segundo os coeficientes
de mineralização (k
T
, k
3
e k
4
).
25
3.2.3 EXPERIMENTO DE DECOMPOSIÇÃO ANAERÓBIA
Os recursos vegetais secos (folhas, galhos e serapilheira) foram pesados
(aproximadamente 15 g por amostra) e inseridos em litterbags de nylon (malha de 1,00 mm
2
de poro), na proporção de 3 g (PS) L
-1
.
O inóculo de solo concentrado foi preparado com 1 kg de solo fresco em 5 L de água
deionizada, filtrado em membrana de celulose com 71 µm de póro e, posteriormente, diluído
em água deionizada em um recipiente plástico de 200 L.
Foram preparadas câmaras de incubação escuras (n = 5) de 5 L (Figura 11), utilizando o
inóculo diluído.
Figura 11 - Câmara de incubação e seu esquema final.
Essas câmaras foram imersas em um sistema de incubação com água (Figura 12) para a
atenuação da variação de temperatura. Os experimentos foram mantidos a cerca de 23ºC.
Material vegetal (15 g)
Litterbag
-
mallha:1 mm
2
Amostrador
Frasco 5 L
Tampa do frasco
Água de
ionizada inoculada
Seringa de amostragem
26
Figura 12 - Sistema de incubação com água.
Inicialmente, foi borbulhado nitrogênio por 2 horas, nas câmaras de incubação, para
garantir condições de anoxia. Os litterbags foram imersos nas câmaras (Figura 11) e, em
intervalos de tempo pré-determinados (To, 6 hs, dia 1, 3, 5, 7, 10, 15, 20 e 30), retiraram-se
réplicas de 5 mL que foram imediatamente filtradas em membrana Millex® Durapore PVDF
de 0,45 µm de póro (Figura 13), previamente lavadas com 35 mL de água Milli-Q, e
analisadas, simultaneamente, nos cromatógrafos de íons: Dionex® ICS 90 (cátions), que
através da coluna de separação de cátions InoPac CS12A 4 × 250 mm, permite a separação
dos cátions lítio, sódio, amônio, potássio, magnésio e cálcio e Dionex® ICS 2000 (ânions),
com a coluna de separação de ânions IonPac AS19 4 × 250 mm, que permite a separação dos
ânions fluoreto, acetato, cloreto, nitrito, brometo, nitrato, sulfato, oxalato e fosfato.
27
Figura 13 - Retirada de alíquotas do experimento para análise.
O método de análise cromatográfica, devido ao alto nível de detecção (µg L
-1
)
alcançado, necessita de água ultra-pura, livre de qualquer contaminante orgânico ou
inorgânico, que pôde ser obtida a partir de um sistema fechado, que evita o desperdício de
água (Figura 14).
Figura 14 – Planejamento do sistema de água.
Filtro com 0,45
µ
µµ
µ
m de póro
28
O processo de purificação de água utilizada no cromatógrafo de íons do GESAR
começa com a passagem da água encanada da CEDAE através de um filtro rápido de 50 µm
que retira ferrugem, lodo, etc. Na seqüência, a água passa por um filtro de carvão ativado de
granulado, que elimina o cloro e a matéria orgânica.
Após a etapa de filtragem, ocorre a purificação da água através da deionização. A
deionização é um processo que elimina os cátions e os ânions presentes na água. O
deionizador é feito em carcaça e coluna de PVC com soldagem termoplástica, lâmpada
indicadora de pureza da água e cartucho com leito misto. A água na saída apresenta
condutividade inferior a 3 µS cm
-1
e pH entre 6 e 8.
A água deionizada passa então pelo processo de bidestilação. A bidestilação da água em
vidro é destinada para aplicações mais rigorosas na área bioquímica e química fina, cuja
pureza da água destilada em aparelhos comuns não satisfaz as exigências. O equipamento é
construído em vidro de borosilicato e os elementos de aquecimento embutidos em tubos de
quartzo. A água produzida é livre de metais pesados e apresenta baixíssima densidade
bacteriana. A condutividade da água na saída fica entre 0,5 e 1,5 µS. Apesar do rendimento
baixo, de apenas 4 L h
-1
, para um consumo de água de 160 L h
-1
, no sistema de água do
GESAR não há desperdício de água, porque a água descartada retorna ao sistema, sendo
novamente deionizada e bidestilada, purificando cada vez mais a água a cada ciclo de
purificação.
A etapa final da purificação da água ocorre no sistema Milli-Q. Este sistema fornece
para Água Grau Reagente Tipo I, de acordo com as especificações da American Society for
Testing and Materials (ASTM), que oferece normas que são aceitas e usadas em pesquisa e
desenvolvimento, testes de produtos, sistemas de qualidade e transações comerciais em todo o
mundo. A água fornecida apresenta resistividade mínima de 18,0 MΩ.cm a 25 ºC, partículas ≤
1 partícula mL
-1
(partículas com tamanho maior que 0,22 µm), carbono orgânico total (TOC)
máximo de 5 µg L
-1
e microorganismos ≤ 1 UFC mL
-1
.
A água final produzida pelo sistema de água (Figura 15) apresenta as especificações
mínimas exigidas para a realização da cromatografia iônica, de acordo as condições
necessárias para o equipamento.
29
Figura 15 – Execução do sistema de água.
Para o monitoramento do carbono orgânico dissolvido ao longo do experimento, foram
retiradas sub-amostras de 10 mL, filtradas em membrana Millex® Durapore PVDF de 0,45
µm de póro, previamente lavadas com 35 mL de água Milli-Q. Estas amostras foram
congeladas para avaliação posterior. Concomitantemente, foram determinados
potenciometricamente os valores de pH e condutividade elétrica, com o pHmetro (Quimis® Q
400BC) e o condutivímetro (Quimis® Q 795P), respectivamente (Figura 16).
Figura 16 – Medição de pH e condutividade.
Deionização
Bi-destilação
Milli-Q
30
As frações orgânicas de carbono foram determinadas através de analisador de carbono
específico (UV-PERSULFATE TOC - PHOENIX 8000 - TEKMAR DOHRMANN) (Figura
17). O método utilizado por este analisador consiste primeiramente na conversão do carbono
orgânico dissolvido (COD) em carbono inorgânico dissolvido, sob a forma de carbonatos e
bicarbonatos, através da ação da luz UV. O carbono inorgânico dissolvido é convertido em
CO
2
pela acidificação da amostra, o que permite quantificar o COD.
Figura 17 - Analisador de carbono específico (UV-PERSULFATE TOC - PHOENIX
8000 - TEKMAR DOHRMANN).
Após 30 dias, foi efetuada a separação das frações particuladas e dissolvidas de carbono
por filtração em membrana de nitrocelulose com diâmetro de poro de 0,45 µm (MFS). O
material vegetal que permaneceu no litterbag e os filtros foram levados à estufa de circulação
forçada a 45 ºC e desidratados até atingir peso constante, ambos foram pesados em balança
analítica de 4 casas, com a finalidade de obter a massa que foi perdida durante o período do
experimento.
A Figura 18 sintetiza o experimento de decomposição anaeróbia, salientando as
principais etapas do processo.
31
RECURSOS VEGETAIS
Folhas
Galhos
Serapilheira
INCUBAÇÃO (30 DIAS)
Recurso vegetal + água deionizada
inoculada com solo
AMOSTRAGENS
0, 6 hs, dias 1, 3, 5, 7, 10,
15, 20 e 30
ALÍQUOTAS
5 mL
ANÁLISE DE ÍONS
ÂNIONS
F
-
, CH
3
COO
-
, Cl
-
, NO
2
-
, Br
-
,
NO
3
-
, SO
4
2-
, O
2
CCO
2
2-
e PO
4
3-
CÁTIONS
Li
+
, Na
+
, NH
4
+
, K
+
, Mg
2+
e Ca
2+
FILTRAÇÃO
Membrana 0,45
µ
m de póro
RESULTADOS
ALÍQUOTAS
50 mL
pH e CONDUTIVIDADE
TOC
ALÍQUOTAS
10 mL
SECAGEM EM ESTUFA (45
o
C)
+ PESAGEM (BALANÇA
ANALÍTICA)
Figura 18 - Diagrama esquemático do experimento de decomposição anaeróbia.
32
3.2.4 DESCRIÇÃO DOS MODELOS MATEMÁTICOS UTILIZADOS NA
CINÉTICA DE DECOMPOSIÇÃO ANAERÓBIA
Considerando inicialmente que os processos de decomposição sejam regidos por
reações consecutivas, monomoleculares, de primeira ordem (BIANCHINI Jr., 1997):
k
1
A
k
2
R S
Onde: A representa, por exemplo, o teor de glicose; R os compostos intermediários (por
exemplo, as substâncias húmicas e/ou biomassa de microrganismos) e S o produto final. No
caso da mineralização aeróbia da glicose S seria o dióxido de carbono. É possível definir as
seguintes equações de velocidade para os três componentes:
r
d C
d t
k C
A
A
A
= = −
1
(Eq. 5)
r
d C
d t
k C k C
R
R
A R
= = −
1 2
(Eq. 6)
r
d C
d t
k C
S
S
R
= = −
2
(Eq. 7)
Onde: k
1
e k
2
referem-se aos coeficientes de perda de massa de A e R, respectivamente.
Neste caso, as variações temporais das concentrações dos três componentes são:
1º. [A] decresce exponencialmente;
2º. [R] aumenta até um valor máximo, decrescendo a seguir e;
3º. [S] aumenta continuamente, a maior velocidade no aumento de [S] ocorre quando
[R] for máximo. A integração analítica das equações 5 e 6 resultam:
tk
eAA
×−
×=
1
0
(Eq. 8)
33
−
+
−
=
×−×−
2112
10
21
kk
e
kk
e
kAR
tktk
(Eq. 9)
No contexto dos experimentos realizados, o A
0
representa a concentração inicial de A;
k
1
é o coeficiente de lixiviação e/ou mineralização das frações lábeis e k
2
, o coeficiente de
consumo (por exemplo, assimilação microbiológica, complexação, oxidações químicas e
biológicas) do intermediário (R).
3.2.5 ANÁLISES ESTATÍSTICAS
As variações temporais das concentrações iônicas durante a decomposição anaeróbia
foram submetidas a um teste não-paramétrico de Kruskal-Wallis e de comparação múltipla de
Duncan, para avaliar as diferenças entre as composições iônicas (lítio, sódio, amônio,
potássio, magnésio, cálcio, fluoreto, acetato, cloreto, nitrito, brometo, nitrato, sulfato, oxalato
e fosfato) dos lixiviados dos diferentes recursos vegetais (folhas, galhos e serapilheira), sendo
adotado um nível de significância alfa de 0,05.
34
CAPÍTULO 4.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
4.1 EXPERIMENTO DE LIXIVIAÇÃO E MODELO CINÉTICO DA
MINERALIZAÇÃO DE FOLHAS, GALHOS E SERAPILHEIRA
Parte da perda de massa dos recursos vegetais (folhas, galhos e serapilheira) analisados,
no período de 30 dias, esteve relacionada ao processo de
lixiviação, no qual o material
dissolvido é produzido a partir de uma fonte de particulado, quando submersa em água
(CARPENTER, 1980). Nesse trabalho, o lixiviado foi originário das frações protoplasmáticas
e dos tecidos estruturais das plantas (WETZEL, 1995). Concomitantemente a este processo,
destaca-se também a oxidação dos compostos orgânicos lábeis (
e.g.
glicosídeos, aminoácidos
e ácidos graxos) por processos químicos e biológicos (BIANCHINI Jr., 1985; BIANCHINI
Jr., 2000). A lixiviação ocorre, normalmente, nos primeiros estágios da decomposição,
podendo concluir-se nas primeiras 24 h (CUNHA-SANTINO & BIANCHINI Jr., 2000) ou
perdurar durante vários dias.
A perda do material solúvel pela lixiviação é particularmente significante, porque o
material está em contato contínuo com a água (BRINSON
et al
., 1981). Deste modo, a perda
de massa rápida inicial está relacionada ao resultado de uma perda abiótica (lixiviação) de
componentes solúveis (POLUNIN, 1984).
Através do experimento de lixiviação, realizado durante 24 h, pôde-se observar (Figura
19), que a média da perda de massa das folhas (10,17 ± 2,5 %) foi superior aos galhos (8,05 ±
1,35 %) e a serapilheira (6,09 ± 0,88 %).
35
Folha Galho Serapilheira
0
3
6
9
12
15
Perda de massa (%)
Figura 19 – Massa (%) do material hidrossolúvel após o processo de lixiviação.
O conteúdo protoplasmático das células vegetais é composto por açúcares livres (
e. g.
frutose, glicose, sacarose), amido, proteínas, aminoácidos e compostos fenólicos (
e.g.
taninos), que se decompõem rapidamente. No entanto, as concentrações de cada composto,
bem como as composições das paredes celulares, variam de acordo com diversos fatores (
e.g.
espécie e órgão da planta), influenciando nas taxas e no rendimento do processo de
decomposição (SMITH
et al
., 1998).
Segundo BITAR
et al.
(2002), as partes verdes das plantas não só possuem uma grande
quantidade destas substâncias biodegradáveis, como também, são mais vulneráveis aos
ataques bacterianos, devido à alta superfície específica. Entretanto, a alta proporção de
compostos de difícil decomposição (celulose, hemicelulose e lignina) influencia no processo
de decomposição, pois são compostos mais resistentes à degradação bioquímica. Desta forma,
destaca-se a composição diferenciada de folhas, galhos e serapilheira, que pode ser
evidenciada pela liberação de compostos orgânicos e inorgânicos de maneiras distintas
(GOLDSTEIN, 1981).
NYKVIST (1963) realizou um estudo de lixiviação em folhas de diversas espécies de
plantas terrestres, conforme a Tabela 1, que comprovou a diferenciada contribuição de
carbono orgânico das folhas de distintas espécies, que chegou a atingir 16,5%.
36
Tabela 1 - Teor de compostos orgânicos e inorgânicos (%) durante a lixiviação de folhas
de diversas espécies de plantas terrestres.
Espécie Compostos Orgânicos Compostos Inorgânicos
Fraxinus excelsior
16,5 3,6
Alnus glutinosa
12,0 1,3
Betula verrucosa
10,7 1,5
Quercus robur
7,1 0,9
Fagus silvatica
3,8 1,1
Picea abies
1,1 0,3
Pinus silvestris
0,9 0,1
Fonte: NYKVIST (1963)
Segundo CORREIA & ANDRADE (1999), a decomposição das plantas terrestres é
regulada pela interação de três grupos de variáveis: as condições físico-químicas do ambiente
(
e.g.
clima); a qualidade (orgânica e nutricional) do substrato, que determina sua
degradabilidade e a natureza da comunidade decompositora, os macro e microrganismos. De
modo geral, o clima controla o processo de decomposição em escala regional, enquanto a
composição química domina o processo em escala local (BERG, 2000).
HAFNER
et al.
(2005) salienta que os compostos orgânicos dissolvidos liberados nos
ecossistemas de florestas contribuem para a formação da matéria orgânica do solo.
O lixiviado obtido no experimento com folhas (10,17 ± 2,5 %), cerca de 83,3% foi
constituído de carbono orgânico dissolvido (COD) e 16,7% de compostos inorgânicos. Os
galhos (8,05 ± 1,35 %) e a serapilheira (6,09 ± 0,88 %) apresentaram uma quantidade superior
(65,1% e 82,2%, respectivamente) de compostos inorgânicos (Figura 20). Este fato pode ser
justificado devido ao caráter mais refratário dos galhos frente às folhas (BITAR
et al.,
2002) e
a composição da serapilheira, que é caracterizada por um material composto, principalmente,
por folhas e galhos, que já se encontram em processo de decomposição, seja por ação de
bactérias ou fungos existentes nos solos. De acordo com PELCZAR Jr.
et al
. (1996), a maior
37
parte da população microbiana do solo é constituída por bactérias heterotróficas que,
juntamente com os fungos, fazem a decomposição de constituintes orgânicos complexos de
tecidos de plantas, como a celulose, a lignina e a pectina, o que sugere uma baixa quantidade
de carbono orgânico lábil na estrutura da serapilheira, uma vez que a maior parte já teria sido
disponibilizada para o solo.
Folhas Galhos Serapilheira
0
20
40
60
80
100
120
Compostos inorgânicos
COD
MOP
LS
(%)
Figura 20 – Porcentagem de COD e compostos inorgânicos durante a lixiviação
(MOP
LS
) de folhas, galhos e serapilheira.
HAFNER
et al.
(2005) demonstrou que o lixiviado de serapilheira em florestas
temperadas possui um valor de COD cerca de 5 vezes inferior ao lixiviado de detritos
grosseiros de madeira (
coarse woody debris
).
Apesar do peso inicial dos três recursos vegetais (folhas, galhos e serapilheira) ser
bastante semelhante (média:
ca.
15 g), como as folhas são constituídas por uma fração de
matéria orgânica altamente lábil, que é rapidamente oxidada e disponibilizada para a fase
aquosa (Figura 19 e 20) (STRAUSS & LAMBERTI, 2002), ocorreu uma perda de massa
diferenciada em 30 dias de experimento. As folhas perderam mais massa (20,97%), quando
comparadas aos galhos (12,65%), que possui material mais refratário, e a serapilheira
(8,05%), material que menos se degrada, pois já é previamente decomposto (Tabela 2). Cabe
38
ressaltar que, nas primeiras 24 h do experimento, as folhas já haviam perdido por lixiviação
aproximadamente 50% da massa perdida nos 30 dias de experimento, os galhos (64%) e a
serapilheira (76%).
Tabela 2 – Média dos pesos (g) iniciais e finais de folhas, galhos e serapilheira e suas
respectivas porcentagens de carbono.
Peso inicial (g)
To
% carbono
inicial
Peso final (g)
Dia 30
% carbono
final
FOLHAS
15,0389 44,85 11,8849 45,97
GALHOS
15,0736 49,68 13,1669 44,32
SERAPILHEIRA
15,0199 43,62 13,8113 46,45
O COD é a forma de carbono mais abundante na água, assumindo valores até 10 vezes
maiores que o carbono orgânico particulado (COP), e constitui um dos maiores reservatórios
de carbono do planeta. O COD é o principal substrato para o crescimento bacteriano e sua
concentração em ambientes aquáticos pode variar desde valores inferiores a 1 mg C L
-1
, em
áreas oceânicas, até concentrações superiores a 50 mg C L
-1
, em lagos húmicos (ESTEVES,
1998; FARJALLA
et al.
, 2004).
A variação temporal das concentrações de COD durante a decomposição anaeróbia de
folhas, galhos e serapilheira pode ser avaliada na Figura 21.
As concentrações médias do COD foram altas, chegando a atingir, nas folhas, 140,7676
±
26,0360 mg L
-1
(3º dia) e nos galhos, 40,3183
±
11,0618 mg L
-1
(7º dia), períodos a partir
dos quais os decréscimos nas suas concentrações foram predominantes. As incubações com a
serapilheira apresentaram concentrações inferiores aos demais recursos e atingiram valores
máximos (21,3100
±
2,8829 mg L
-1
) no 3º dia, permanecendo com concentração média
constante até o final do experimento (Figura 21).
39
0 5 10 15 20 25 30
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
Folhas
COD (mg L
-1
)
Tempo (dias)
0 5 10 15 20 25 30
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
Galhos
COD (mg L
-1
)
Tempo (dias)
0 5 10 15 20 25 30
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
Serapilheira
COD (mg L
-1
)
Tempo (dias)
Figura 21 – Variação temporal das concentrações de COD durante a decomposição
anaeróbia de folhas, galhos e serapilheira. As linhas referem-se aos ajustes cinéticos.
Os produtos orgânicos liberados, a partir da lixiviação, podem ser ressintetizados,
incorporados na biomassa dos microorganismos ou convertidos em classe dos compostos
orgânicos refratários, tais como as substâncias húmicas (WETZEL, 1990). Em processos de
40
curto prazo, admitiu-se que, na decomposição aeróbia da glicose, a mineralização tenha
respondido por cerca de 20% do consumo de carbono orgânico, a formação de biomassa
microbiana por 60% e o processo de humificação tenha sido responsável pela imobilização
dos 20% de carbono restantes (ANTONIO & BIANCHINI Jr., 2003).
A visível mudança de cor nos lixiviados sugere a provável formação de substâncias
húmicas, principalmente, nas amostras de folhas (Figura 22). Em razão da sua difícil
degradação pela ação das bactérias, por serem formadas por longas cadeias carbônicas,
geralmente ramificadas e com anéis aromáticos, as substâncias húmicas podem se acumular
nos ambientes aquáticos, resultando na coloração escura característica. Os ácidos húmicos,
fúlvicos e humina são resultado da decomposição parcial dos tecidos de sustentação (
e.g.
celulose e lignina) dos vegetais superiores (FARJALLA
et al.
, 2004), podendo ser originados
dentro dos corpos d´água.
Figura 22 – Variação de cor apresentada no experimento, da esquerda para direita,
observa-se o controle (réplica que continha água deionizada e inóculo de solo), F1 (réplica
que continha folhas, água deionizada e inóculo de solo), G1 (réplica que continha galhos,
água deionizada e inóculo de solo) e S1 (réplica que continha serapilheira, água deionizada e
inóculo de solo).
A utilização do COD pelas bactérias está intimamente ligada à proporção de outros
elementos componentes da molécula, como o nitrogênio e o fósforo (TOURATIER
et al.
,
1999), a idade da molécula e seu grau de degradação (AMON & BERNNER, 1996).
41
Os modelos cinéticos permitem avaliar as possíveis rotas metabólicas relacionadas aos
processos de lixiviação (COD) e a mineralização do COD e do COP.
O modelo cinético proposto considerou que os detritos orgânicos possuam natureza
química heterogênea e três possíveis rotas de mineralização/oxidação. Considerou, ainda, que
a perda de massa da parte lábil/solúvel do COP (COP
LS
) ocorra devido à solubilização e
oxidações químicas. Supõe-se que o COP
LS
corresponda às frações protoplasmáticas e
hidrossolúveis do detrito. As oxidações dos solubilizados (COD) constituíram-se na segunda
rota de mineralização (IN
2
). A terceira rota referiu-se às oxidações das frações refratárias
(COP
R
) de matéria orgânica (IN
3
). Neste caso, considerou-se que o COP
R
seja basicamente
constituído por compostos das estruturas de sustentação das paredes celulares (celulose,
hemicelulose e lignina).
Segundo MUN
et al.
(2001), o teor de COP
LS
e os principais eventos envolvidos com
processos rápidos de perda de massa (lixiviação/oxidações) são característicos da origem e da
qualidade do detrito.
A perda de massa envolveu processos rápidos de solubilização dos compostos lábeis,
com uma porcentagem diferenciada de carbono orgânico particulado lábil/solúvel (COP
LS
=
8,47% - folhas; 2,81% - galhos e 0,72% - serapilheira). Estes processos podem ser
evidenciados pelo coeficiente global de decaimento do COP
LS
(lixiviação/mineralização,
k
T
),
que é representado neste trabalho, apenas pelo coeficiente de lixiviação das frações solúveis
de COP
LS
(
k
2
=1,5 dia
-1
– folhas; 0,56
±
0,22 dia
-1
– galhos e 1,27
±
0,54 – serapilheira), que
foram considerados elevados, pois correspondem a processos rápidos. Admitiu-se que o
coeficiente de mineralização das frações lábeis (
k
1
lábil - referente à rota IN
1
) foi zero, tendo
em vista a escassez de dados da variação temporal da perda de massa dos recursos folhas,
galhos e serapilheira (Tabela 3).
42
Tabela 3 - Parâmetros do modelo cinético da decomposição dos recursos orgânicos
.
Folhas Galhos
Serapilheira
Erro Erro Erro
COP
LS
(%)
8,47 - 2,81 - 0,72 -
COP
R
(%)
91,53 - 97,19 - 99,28 -
COP
L
(%)
0 - 0 - 0 -
COD (%)
8,47 - 2,81 - 0,72 -
k
1
(dia
-1
)
0 - 0 - 0 -
k
2
(dia
-1
)= kT
1,5 - 0,56 0,22 1,27 0,54
k
3
(dia
-1
)
0,048 0,013 0,032 0,013 0 -
k
4
(dia
-1
)
0,0011 - 0,0064 - 0,0002 -
r
2
0,79 - 0,85 - 0,78 -
BIANCHINI Jr. (1999b) verificou que os coeficientes de decaimento das frações
lábeis/solúveis (
k
T
) são relativamente elevados e apresentam grande variação (0,01 a 3,33 dia
-1
).
A variabilidade dos valores de
k
T é atribuída as diferenças de composição química dos
detritos; as condições ambientais impostas aos processos de decomposição e as limitações
metodológicas intrínsecas (
e.g.
escassez de amostragens nos estágios iniciais da
decomposição).
Devido à natureza dos eventos em questão (lixiviação de detritos), o mais importante
para o entendimento da dinâmica dos ciclos biogeoquímicos é a descrição da ordem de
grandeza do processo (CUNHA, 1999).
CUNHA-SANTINO (2003) utilizou um modelo cinético semelhante, baseado na
decomposição anaeróbia da macrófita
U. breviscapa
, em função da variação da temperatura.
Os COP
LS
encontrados (23,5%) foram superiores aos do presente estudo, o que pode estar
relacionado à qualidade do detrito (MUN
et al.
, 2001). Entretanto, o
k
T
= 1,5 dia
-1
encontrado
por esta autora, foi semelhante ao das folhas, que pode estar ligado à natureza mais lábil de
ambos os detritos.
Basicamente, as diferenças nas velocidades de perda de massa tiveram origem na
heterogeneidade dos detritos que definiram as duas rotas de mineralização do COP: (i) a que
envolveu as frações lábeis/solúveis (COP
LS
) e (ii) a que oxidou as frações refratárias (COP
R
).
43
De acordo com o modelo, todo o COP
LS
foi convertido em carbono orgânico dissolvido.
Os valores determinados para o COD (8,47% - folhas; 2,81% - galhos e 0,72% - serapilheira)
foram os mesmos do COP
LS
, pois o COP
L
foi zero (COP
LS
- COP
L
= COD). Os coeficientes
de decaimento deste processo de lixiviação (
k
2
), indicam que este foi um processo rápido. No
entanto, após a fase de predomínio da lixiviação, verificaram-se, nas amostras que continham
folhas ou galhos, tendências de redução das concentrações de COD. Os coeficientes de
mineralização (
k
3
- referente à rota IN
2
) estimados dos decréscimos das concentrações de
COD foram: 0,048 ± 0,013 dia
-1
(folhas) e 0,032 ± 0,013 (galhos) dia
-1
, caracterizando
processos lentos de mineralização do COD. A serapilheira não apresentou fração orgânica
mineralizável (
k
3
=0).
No experimento realizado por CUNHA-SANTINO (2003), quando a perda de massa se
tornou mais lenta (a partir do 5º dia), os incrementos dos teores de carbono mineralizado
foram atenuados. Este processo se soma ao fato do experimento ser realizado em condição
anaeróbia, o que o torna mais lento.
A avaliação da porcentagem do carbono orgânico particulado refratário (COP
R
)
evidencia a maior quantidade de carbono refratário nas amostras de serapilheira (99,28%),
seguida dos galhos (97,19%) e das folhas (91,53%). Os coeficientes de mineralização do
COP
R
(k
3
) foram muito baixos, nas amostras de folhas (0,0011 dia
-1
) chegaram a ser 44 vezes
inferior ao
k
3
, enquanto que nos galhos (0,0064 dia
-1
) seus valores foram 5 vezes inferiores a
k
3
.
De modo geral, os processos de decomposição anaeróbia de macrófitas aquáticas e
vegetação terrestre são muito semelhantes e constituídos, basicamente, por duas etapas. Na
primeira, os compostos orgânicos lábeis são rapidamente convertidos a compostos
inorgânicos e outros intermediários metabólicos (
e.g.
ácidos voláteis de baixa massa
molecular) e em seguida, há o predomínio de reações lentas com formações de CH
4
e CO
2
(BIANCHINI Jr.
et al.
, 1998). A decomposição anaeróbia gera, entre outros, os seguintes
produtos: NH
3
, N
2
, H
2
S, H
2
O e mercaptanos (SCHLEGEL, 1975).
4.2 EXPERIMENTO E MODELO CINÉTICO DE DECOMPOSIÇÃO ANAERÓBIA
As plantas superiores são organismos autotróficos que podem sintetizar seus
componentes orgânicos a partir de componentes inorgânicos obtidos no meio em que vivem.
Apenas certos elementos são considerados essenciais para o vegetal, pois sua ausência impede
44
a planta de completar o seu ciclo de vida ou afeta o seu desempenho fisiológico. Estes
elementos podem ser não-minerais (i.e
.
carbono, oxigênio e hidrogênio), obtidos
primariamente da água ou do dióxido de carbono, ou minerais (nutrientes inorgânicos) (TAIZ
& ZEIGER, 2004).
Os elementos minerais essenciais para o metabolismo das plantas são encontrados em
solução nos solos e, quando entram em contato com as raízes, são absorvidos sob a forma
iônica, com a água, ou por transporte ativo. Estes elementos, classificados como macro e
micronutrientes, são levados pelo xilema (tecido condutor de água e nutrientes - seiva bruta)
até a parte aérea das plantas, onde serão utilizados ou redistribuídos (MODESTO &
SIQUEIRA, 1981).
Os minerais que atingem as folhas, pelo xilema, serão redistribuídos para os demais
órgãos vegetais pelo floema (tecido condutor de substâncias orgânicas elaboradas na
fotossíntese – seiva elaborada), ou permanecem nos tecidos foliares, onde participam do
metabolismo celular (MODESTO & SIQUEIRA,
op.cit.
).
Os macronutrientes (nitrogênio, fósforo, potássio, cálcio, magnésio e enxofre) são
exigidos pela planta em níveis relativamente altos (0,5 a 4% do peso seco), enquanto os
micronutrientes (ferro, cloro, cobre, manganês, zinco, molibdênio, boro) em quantidades
baixas (MODESTO & SIQUEIRA,
op.cit.
; MANAHAN, 2000).
Alguns elementos de ocorrência natural são absorvidos pelas plantas, apesar de não
possuírem uma necessidade específica, podendo se acumular no tecido vegetal (MODESTO
& SIQUEIRA,
op.cit.
; TAIZ & ZEIGER, 2004).
No processo de afogamento de biomassa vegetal para a formação de reservatórios, os
tecidos vegetais sofrem inicialmente o processo de lixiviação, após sua morte, no qual o
enfraquecimento das paredes celulares, aliado à rápida hidratação dos tecidos (quando o
material vegetal já se encontra imerso), conduz à lise das células, que permite a liberação dos
compostos orgânicos e nutrientes contidos em suas frações protoplasmáticas para água
(WETZEL, 1995).
A liberação dos compostos orgânicos e inorgânicos causa mudanças no pH e na
condutividade (Figuras 23 e 24).
45
0 5 10 15 20 25 30 35
5,0
5,5
6,0
6,5
7,0
pH
Tempo (dia)
Folhas
0 5 10 15 20 25 30 35
5,0
5,5
6,0
6,5
7,0
pH
Tempo (dia)
Galhos
0 5 10 15 20 25 30 35
5,0
5,5
6,0
6,5
7,0
pH
Tempo (dia)
Serapilheira
Figura 23 – Variação temporal do pH em folhas, galhos e serapilheira.
46
O pH apresentou padrões distintos, entretanto, sem grande variabilidade. Nas folhas, os
valores de pH decresceram até o primeiro dia do experimento (5,38), oscilaram entre o 3º e
10º dia; após esse período, tornaram a crescer até o 30º dia (6,83). Nos galhos, os valores
decresceram até o 3º dia (5,83), cresceram no 5º dia (6,28), tornaram a decrescer no 7º dia
(5,89), atingindo um padrão crescente até fim do experimento (6,86). O pH da serapilheira
apresentou pouca variação, oscilando entre 6,06 a 6,74 (Figura 23).
Os decréscimos dos valores de pH, provavelmente, estiveram relacionados à dissociação
dos íons H
+
do material dissolvido, provenientes do processo de lixiviação (ácidos orgânicos)
ou da formação de CO
2
pelas oxidações do carbono orgânico (CUNHA-SANTINO &
BIANCHINI Jr., 2002).
As condutividades elétricas das incubações apresentaram padrões crescentes. As
incubações com folhas evidenciaram os maiores valores, chegando a atingir 177,36
±
24,62
µ
S cm
-1
, salientando o caráter mais lábil deste substrato frente aos demais. Os galhos
apresentaram valores de condutividade intermediários, atingindo um máximo de 123,38
±
28,74
µ
S cm
-1
. A serapilheira se destacou, devido aos baixos valores de condutividade elétrica
encontrados (máximo = 57,00
±
18,17
µ
S cm
-1
) (Figura 24).
Os incrementos nos valores da condutividade elétrica estão relacionados à liberação de
compostos decorrentes do processo de lixiviação. A mineralização das folhas apresentou
maiores concentrações, porque este órgão possui menor quantidade de compostos
lignocelulósicos (TAIZ & ZEIGER, 2004).
47
0 5 10 15 20 25 30 35
0
50
100
150
200
250
Condutividade (
µ
S cm
−1
)
Tempo (dia)
Folhas
0 5 10 15 20 25 30 35
0
50
100
150
200
250
Condutividade (
µ
S cm
−1
)
Tempo (dia)
Galhos
0 5 10 15 20 25 30 35
0
50
100
150
200
250
Condutividade (
µ
S cm
−1
)
Tempo (dia)
Serapilheira
Figura 24 – Variação temporal da condutividade elétrica em folhas, galhos e serapilheira.
48
A partir da realização do experimento de decomposição anaeróbia, pôde-se observar o
comportamento diferenciado entre os íons (lítio, sódio, amônio, potássio, magnésio, cálcio,
fluoreto, acetato, cloreto, nitrito, brometo, nitrato, sulfato, oxalato e fosfato) disponibilizados
para a água pelo processo de lixiviação, ao qual os tecidos vegetais das folhas, galhos e
serapilheira foram submetidos.
Inicialmente, os resultados da variação temporal das concentrações médias (mg L
-1
)
foram agrupados segundo as suas formas iônicas (cátions e ânions) ou pela relação existente
entre íons derivados de um mesmo elemento. Posteriormente, estes resultados modelados
serão descritos de forma detalhada.
Entre os cátions (lítio, sódio, potássio, magnésio e cálcio) foi evidenciado um
comportamento uniforme, caracterizado, de uma maneira geral, pelo aumento das
concentrações médias até o 3º dia e uma estabilização, que reflete a manutenção destes íons
no sistema. Além disso, foi observada uma baixa concentração (< 5 mg L
-1
) durante todo o
experimento, exceto para o íon potássio, um dos principais responsáveis pelos processos
bioquímicos e fisiológicos das plantas,
e.g.
a fotossíntese (JOHNSTON, 1998), que chegou a
atingir 29 mg L
-1
(folhas) (Figura 25).
49
Folhas
0
5
10
15
20
25
30
0 0,25 1 3 5 7 10 15 20 30
Tempo (dias)
mg L
-1
Galhos
0
5
10
15
20
25
30
0 0,25 1 3 5 7 10 15 20 30
Tempo (dias)
mg L
-1
Serapilheira
0
5
10
15
20
25
30
0 0,25 1 3 5 7 10 15 20 30
Tempo (dias)
mg L
-1
LÍTIO SÓDIO POTÁSSIO MAGNÉSIO CÁLCIO
Figura 25 – Variação temporal das concentrações de lítio, sódio, potássio, magnésio e
cálcio durante a decomposição anaeróbia de folhas, galhos e serapilheira.
50
A maioria dos ânions (fluoreto, cloreto, brometo, sulfato, e fosfato) apresentou um
comportamento diversificado. De um modo geral, todos os íons apresentaram concentrações
médias inferiores a 5 mg L
-1
, exceto o cloreto (folhas) e o fosfato (galhos) (Figura 26). Os
ânions acetato e o oxalato (Figura 27) e o grupo formado pelos ânions nitrato e nitrito e o
cátion amônio (Figura 28) foram analisados separadamente, por serem íons derivados do
carbono e do nitrogênio, respectivamente.
Entre os ânions derivados do carbono (acetato e oxalato), foi evidenciado um
comportamento completamente diferenciado. O acetato esteve presente ao longo de todo o
experimento, atingindo valores máximos de concentração no 3º dia (7,17 mg L
-1
–
serapilheira) e 10º dia do experimento (28,47 mg L
-1
– folhas e 17,62 mg L
-1
– galhos). Na
transição do 15º dia para o 20º dia, houve um declínio acentuado de aproximadamente 14 mg
L
-1
na concentração das folhas e 16 mg L
-1
na concentração dos galhos. O oxalato, apesar de
não ter sido detectado no inóculo, alcançou suas maiores concentrações (8,45 mg L
-1
– folhas;
1,73 mg L
-1
– galhos e 0,31 mg L
-1
- serapilheira) até o primeiro dia do experimento, no qual
foi observada uma queda de sua concentração e uma posterior estabilização (Figura 27).
Entre os íons derivados do nitrogênio (amônio, nitrato e nitrito), foram observadas
concentrações inferiores a 3 mg L
-1
para todos os recursos vegetais, exceto para o íon amônio,
que manteve este comportamento apenas até o 10º dia. No 15º dia do experimento, a
concentração do amônio aumentou (> 3,35 mg L
-1
) em todas as amostras (Figura 28).
O nitrato e o amônio são as formas inorgânicas mais importantes, pois são as principais
fontes de alimento para os produtores primários (ESTEVES, 1998). No caso da decomposição
anaeróbia, o íon amônio tende a predominar no ambiente.
A diminuição da concentração de amônio durante o 3º e 7º dia (folhas) e 5º e 10º dia
(galhos), entretanto, pode estar relacionada ao metabolismo microbiano, pois o íon amônio é a
forma preferencial de nitrogênio inorgânico para as atividades de bactérias e fungos, porque
sua absorção é energeticamente mais viável, pois não há necessidade de redução do íon no
interior da célula (ESTEVES,
op.cit.
).
51
Folhas
0
5
10
15
20
25
30
0 0,25 1 3 5 7 10 15 20 30
Tempo (dias)
mg L
-1
Galhos
0
5
10
15
20
25
30
0 0,25 1 3 5 7 10 15 20 30
Tempo (dias)
mg L
-1
Serapilheira
0
5
10
15
20
25
30
0 0,25 1 3 5 7 10 15 20 30
Tempo (dias)
mg L
-1
FLUORETO CLORETO BROMETO SULFATO FOSFATO
Figura 26 – Variação temporal das concentrações de fluoreto, cloreto, brometo, sulfato
e fosfato durante a decomposição anaeróbia de folhas, galhos e serapilheira.
52
Folhas
0
5
10
15
20
25
30
0 0,25 1 3 5 7 10 15 20 30
Tempo (dias)
mg L
-1
Galhos
0
5
10
15
20
25
30
0 0,25 1 3 5 7 10 15 20 30
Tempo (dias)
mg L-1
Serapilheira
0
5
10
15
20
25
30
0 0,25 1 3 5 7 10 15 20 30
Tempo (dias)
mg L
-1
ACETATO OXALATO
Figura 27 – Variação temporal das concentrações de acetato e oxalato durante a
decomposição anaeróbia de folhas (A), galhos (B) e serapilheira (C).
53
Folhas
0
3
6
9
12
0 0,25 1 3 5 7 10 15 20 30
Tempo (dias)
mg L
-1
Galhos
0
3
6
9
12
0 0,25 1 3 5 7 10 15 20 30
Tempo (dias)
mg L
-1
Serapilheira
0
3
6
9
12
0 0,25 1 3 5 7 10 15 20 30
Tempo (dias)
mg L
-1
AMÔNIO NITRATO NITRITO
Figura 28 – Variação temporal das concentrações de amônio, nitrato e nitrito durante a
decomposição anaeróbia de folhas, galhos e serapilheira.
54
As variações temporais dos íons (lítio, sódio, amônio, potássio, magnésio, cálcio,
fluoreto, acetato, cloreto, nitrito, brometo, nitrato, sulfato, oxalato e fosfato) durante a
mineralização anaeróbia de folhas, galhos e serapilheira apresentaram, de modo geral, três
tendências cinéticas bem definidas:
(i)
os íons acetato, cloreto (folhas), fluoreto (folhas), brometo (folhas), nitrato, sulfato
(folhas e galhos), oxalato (folhas e galhos) e fosfato (folhas) apresentaram um
aumento gradual na fase inicial do processo de decomposição (até
aproximadamente o 3º dia); após este período, verificaram-se decréscimos nas
concentrações desses íons;
(ii)
os íons lítio, sódio, potássio, magnésio (folhas e serapilheira), fluoreto (galhos e
serapilheira), cloreto (galhos e serapilheira), brometo (galhos e serapilheira),
sulfato (serapilheira), oxalato (serapilheira) e fosfato (galhos e serapilheira)
apresentaram um aumento gradual na fase inicial do processo de decomposição
(até aproximadamente o 3º dia) e na seqüência tendendo à estabilização até a fase
final da degradação (30º dia) e;
(iii)
os íons magnésio (galhos), cálcio e amônio apresentaram uma produção contínua
durante todo o processo de decomposição atingindo as concentrações máximas no
final do experimento.
Na seqüência, as tendências observadas para cada íon foram analisadas de acordo com a
parametrização do modelo cinético, segundo as Equações 6.
ELEMENTO CARBONO
As plantas possuem pelo menos cerca de 45% do seu peso seco em carbono
(EPSTEIN,1972).
Estes organismos são capazes de acumular ácidos orgânicos em seus vacúolos. Estes
ácidos não estão restritos apenas aos frutos, podendo estar presentes também nas folhas de
muitas plantas (OLIVEIRA
et al.
, 2003).
A degradação de um recurso orgânico pode ser efetuada tanto em meio aeróbio ou
anaeróbio. Os principais produtos da decomposição aeróbia são dióxido de carbono, água,
células e compostos húmicos. Na ausência de oxigênio, o carbono orgânico é metabolizado
incompletamente, acumulando-se na forma de substâncias intermediárias (acetato, etanol,
55
lactato, succinato etc.) (ALEXANDER, 1977
apud
CUNHA, 1999), metano (FERRY, 1992),
nitrogênio molecular (EFMA, 2002), entre outros. Segundo WETZEL (1981), as taxas de
decomposição da matéria orgânica em condições anaeróbias são mais lentas que na aerobiose.
Quando o material vegetal foi submerso em água, permitiu a liberação de compostos
orgânicos contidos nas frações protoplasmáticas para a água, o que constitui uma das
principais vias de formação de matéria orgânica dissolvida (WETZEL, 1995).
ÍON
ACETATO
A importância do acetato está intimamente ligada ao papel desempenhado em ambientes
anaeróbicos, como substrato para o crescimento dos microorganismos, estritamente
anaeróbios, produtores de metano (arqueas) (FERRY,
op.cit.).
O metano e o CO
2
são produtos finais da decomposição anaeróbia, que ocorre em
diferentes habitats, desde o trato intestinal de animais ruminantes (MARTIN, 1994) até nas
fendas hidrotermais oceânicas (TOR
et al.,
2003). Segundo SEGERS (1998), a metanogênese
é reconhecida como a última etapa da cadeia de decomposição anaeróbia.
A decomposição metanogênica de matéria orgânica exige pelo menos três tipos de
populações microbianas: as bactérias fermentadoras, que iniciam o catabolismo, degradando
polímeros em H
2
, CO
2
, formiato, acetato e outros ácidos carboxílicos altamente voláteis; as
bactérias acetogênicas que oxidam estes ácidos a acetato e em H
2
ou formiato e, finalmente, as
arqueas metanogênicas, que utilizam o hidrogênio, o formiato e o acetato, como substrato
para o seu crescimento (FERRY, 1992).
Segundo ZINDER (1993), existem duas vias metabólicas principais para a produção de
CH
4
pelas arqueas: via
acetoclástica e hidrogenotrófica. As arqueas acetoclásticas utilizam o
acetato, que foi o primeiro substrato a ser reconhecido e é o mais abundante para
metanogênese. Na via hidrogenotrófica, o CO
2
produzido nos processos de respiração, por
mecanismo enzimático, atua como aceptor de hidrogênios (derivados em grande parte dos
ácidos orgânicos) e é reduzido a CH
4
pelas arqueas hidrogenotróficas.
Cerca de 2/3 do metano produzido na natureza é originário do grupo metil do acetato e
1/3 se origina da redução do CO
2
com os elétrons derivados da oxidação do H
2
(FERRY,
op.cit.
).
56
As concentrações médias do íon acetato foram altas, chegando a atingir nas folhas,
28,4718
±
3,4286 mg L
-1
e nos galhos, 17,6274
±
2,5176 mg L
-1
, ambos no 10º dia de
experimento, período a partir do qual iniciou o decréscimo nas suas concentrações. A
serapilheira apresentou concentrações médias baixas (< 0,4933
±
0,1272 mg L
-1
) em todos os
dias do experimento, exceto no 3º dia (7,1792
±
1,0239 mg L
-1
) e 5º dia (2,1071
±
1,7399 mg
L
-1
) (Figura 29).
As altas concentrações observadas até o 10º dia do experimento estão relacionadas ao
processo de decomposição do carbono orgânico (OLIVEIRA
et al.
, 2003). O decréscimo
observado a partir do 10º dia (folhas e galhos) e 3º dia (serapilheira) pode estar relacionado à
utilização do acetato pelas arqueas para a formação de metano.
De acordo com a Figura 29, pôde-se verificar uma tendência de estabilização na
serapilheira a partir do 10ºdia.
A concentração máxima de acetato formado nas amostras que continham folhas (77,8
mg L
-1
) foi 1,93 vezes superior aos galhos e 7,5 vezes maior que o recurso serapilheira. Os
galhos (40,3 mg L
-1
) apresentaram valores 3,89 vezes mais elevados que a serapilheira
(Tabela 4).
Os coeficientes de lixiviação e/ou mineralização foram semelhantes entre as folhas (k
1
=
0,14 dia
–1
; t
1/2
= 5 dias) e os galhos (k
1
= 0,13 dia
–1
; t
1/2
: 5,3 dias). A serapilheira (k
1
= 0,39
dia
–1
; t
1/2
= 1,8 dia) apresentou o coeficiente 2,7 vezes superior às folhas e 3 vezes mais
elevado que os galhos. Os baixos valores de k
1
indicam que este íon está sendo produzido. Os
coeficientes de consumo/assimilação (k
2
) apresentaram padrões idênticos aos descritos para k
1
e para t
1/2
em todos os recursos vegetais (Tabela 4).
Segundo o teste de Kruskal-Wallis (não paramétrico ANOVA), a variação das
concentrações de acetato entre as amostras de folhas e galhos e galhos e serapilheira foram
similares (p > 0,05). Entretanto, entre as amostras de folhas e serapilheira foi considerada
significativamente diferente (p < 0,05).
57
0 5 10 15 20 25 30 35
0
5
10
15
20
25
30
35
40
Acetato (mg L
-1
)
Tempo (dias)
Folhas
0 5 10 15 20 25 30 35
0
5
10
15
20
25
30
35
40
Acetato (mg L
-1
)
Tempo (dias)
Galhos
0 5 10 15 20 25 30 35
0
5
10
15
20
25
30
35
40
Acetato (mg L
-1
)
Tempo (dias)
Serapilheira
Figura 29 - Variação temporal das concentrações de acetato durante a decomposição
anaeróbia de folhas, galhos e serapilheira.
58
Tabela 4 – Parametrização da decomposição (lixiviação/mineralização) anaeróbia de
folhas, galhos e serapilheira, com base na concentração de acetato.
Íon/Recurso A
0
k
1
t
1/2
k
2
t
1/2
r
2
(mg L
-1
) (dia
-1
) (dia) (dia
-1
) (dia)
Acetato
Folhas 77,8 0,14 5,0 0,1438 4,8 0,96
Galhos 40,3 0,13 5,3 0,1312 5,3 0,76
Serapilheira 10,36 0,39 1,8 0,3954 1,8 0,51
ÍON
OXALATO
Dentre os principais ácidos orgânicos que se acumulam na planta, destaca-se o ácido
oxálico, pois ocorre em abundância sob a forma de cristais no citoplasma. Funcionalmente, os
ácidos orgânicos são integralmente envolvidos na respiração e podem também se relacionar
com a síntese de óleos e gorduras e de aminoácidos (MEYER
et al.
, 1973).
O ácido oxálico é o ácido mais freqüente na natureza, aparece desde bactérias até
Angiospermas. Pode estar presente nas plantas em sua forma solúvel, ou na forma de oxalato
de cálcio insolúvel, cristalizado no interior das células vegetais, que é mais comumente
encontrado. O ácido oxálico solúvel está presente em quantidades consideráveis nas folhas
(OLIVEIRA
et al.
, 2003), o que justifica as maiores concentrações encontradas neste órgão.
O recurso folhas apresentou as maiores variações nas concentrações médias do íon
oxalato, chegando a atingir 8,4587
±
3,8881 mg L
-1
(1º dia). Os galhos também apresentaram
valores máximos (1,7293
±
2,0629 mg L
-1
)
no 1º dia do experimento. Enquanto a serapilheira
apresentou concentrações médias baixas e inferiores a 0,3159
±
0,0558 mg L
-1
(0,25 dia)
(Figura 30).
Na Figura 30, pôde-se observar uma tendência à estabilização a partir do 10º dia, nas
folhas e nos galhos e a partir do 1º dia, na serapilheira.
59
0 5 10 15 20 25 30 35
0
3
6
9
12
15
Oxalato (mg L
-1
)
Tempo (dias)
Folhas
0 5 10 15 20 25 30 35
0
3
6
9
12
15
Oxalato (mg L
-1
)
Tempo (dias)
Galhos
0 5 10 15 20 25 30 35
0
3
6
9
12
15
Oxalato (mg L
-1
)
Tempo (dias)
Serapilheira
Figura 30 - Variação temporal das concentrações de oxalato durante a decomposição
anaeróbia de folhas, galhos e serapilheira.
De acordo com a Tabela 5, a concentração máxima inicial de oxalato nas amostras de
folhas (17,54 mg L
-1
) foi 62,64 vezes mais elevada que o recurso serapilheira e 5,53 vezes
superior aos galhos. Os galhos (3,17 mg L
-1
) apresentaram valores 11,32 vezes superiores a
serapilheira.
60
Tabela 5 – Parametrização da decomposição (lixiviação/mineralização) anaeróbia de
folhas, galhos e serapilheira, com base na concentração de oxalato.
Íon/Recurso A
0
k
1
t
1/2
k
2
t
1/2
r
2
(mg L
-1
) (dia
-1
) (dia) (dia
-1
) (dia)
Oxalato
Folhas 17,54 1,50 0,5 0,6768 1,0 0,98
Galhos 3,17 1,50 0,5 0,4580 1,5 0,97
Serapilheira 0,28 1,50 0,5 0,5000 1,4 0,09
Os coeficientes de lixiviação e/ou mineralização foram altos e semelhantes entre todos
os recursos vegetais (k
1
= 1,5 dia
–1
; t
1/2
= 0,5 dia), o que
indica que o íon oxalato foi lixiviado
e, não produzido, como o acetato. Os coeficientes de consumo/assimilação (k
2
) apresentaram
valores que variaram de 0,4580 dia
–1
; t
1/2
= 1,5 dia (galhos) a 0,6768 dia
–1
; t
1/2
= 1 dia
(folhas). A serapilheira apresentou valores k
2
semelhantes aos galhos (Tabela 5).
A variação das concentrações de oxalato entre as amostras de folhas, galhos e
serapilheira foi considerada similar (p > 0,05) pelo teste de Kruskal-Wallis (não paramétrico
ANOVA).
A
RELAÇÃO
ENTRE
O
CARBONO
ORGÂNICO
DISSOLVIDO
E
OS
ÍONS
ACETATO
E
OXALATO
Os íons acetato e oxalato são ânions constituintes do carbono orgânico dissolvido e sua
proporção pode variar ao longo do processo de decomposição anaeróbia em função de uma
série de processos (
e.g.
metanogênese) (Figura 31).
A maioria dos procariontes requer algum composto orgânico como fonte de carbono.
Alguns estudos nutricionais mostram que as bactérias podem assimilar vários compostos
orgânicos (
e.g.
aminoácidos, ácidos orgânicos e açúcares), através da biossíntese, e usá-los
para a formação de biomassa. Cerca de 50% do peso de seco de uma bactéria é constituído
por carbono, o elemento mais representativo entre todas as classes de macromoléculas
constituintes destes microorganismos (MADIGAN
et al.
, 1997).
61
A proporção de oxalato no COD foi mais significante (> 2%), durante os três primeiros
dias nas folhas e galhos, chegando a contribuir com 10,90% (6 h) e 10,11% (1º dia),
respectivamente, e durante às 6 primeiras horas na serapilheira. O seu consumo pode estar
ligado à absorção e imobilização por bactérias heterotróficas. Segundo HOBBIE
et al.
(1980),
estes organismos têm a capacidade de absorver, preferencialmente, compostos orgânicos mais
simples em solução (que consomem menos energia na metabolização), através de sistemas de
transportes específicos, mesmo que as concentrações sejam baixas.
O íon acetato apresentou porcentagens consideráveis no COD, chegando a atingir, nas
folhas, 42,83% (7º dia); nos galhos, 67,94% (10º dia) e, na serapilheira, 33,69% (3º dia). No
entanto, HOBBIE
et al.
(
op. cit.
) salienta a alta velocidade de assimilação do acetato (fração
ativa do COD) pelas bactérias heterotróficas, com a finalidade de obter energia, e sugere que a
interação entre ambos é semelhante em todos os ecossistemas aquáticos. Aliado a este fator, a
redução do acetato entre os dias 15 e 20 (folhas e galhos), e sua drástica redução no 30º dia,
pode estar relacionada ao processo de metanogênese.
62
Folhas
0%
20%
40%
60%
80%
100%
0 0,25 1 3 5 7 10 15 20 30
Tempo (dias)
% dos íons acetato e
oxalato no COD
Galhos
0%
20%
40%
60%
80%
100%
0 0,25 1 3 5 7 10 15 20 30
Tempo (dias)
% dos íons acetato e
oxalato no COD
Serapilheira
0%
20%
40%
60%
80%
100%
0 0,25 1 3 5 7 10 15 20 30
Tempo (dias)
% dos íons acetato e
oxalato no COD
OUTROS ACETATO OXALATO
Figura 31 - Variação temporal das concentrações de acetato e oxalato no COD durante a
decomposição anaeróbia de folhas, galhos e serapilheira.
63
ELEMENTO ENXOFRE
O enxofre é geralmente absorvido pelas raízes das plantas, principalmente na forma de
íons sulfato, sendo reduzido nas plantas em grupos sulfeto (-SH) e incorporado em compostos
orgânicos; entretanto, pode também penetrar nas folhas como SO
2
, quando este gás está
presente na atmosfera (EPSTEIN, 1972; MEYER
et al.,
1973).
Este elemento encontra-se bem distribuído por todos os tecidos e órgãos das plantas
(MEYER
et al., op. cit.
), sendo constituinte dos aminoácidos (cistina, cisteína e metionina),
proteínas, ácido lipóico, coenzima A, tiamina, pirofosfato, glutationa, biotina, adenosina-5-
fosfossulfato e 3-fosfoadenosina (TAIZ & ZEIGER, 2004). A tiamina, a biotina e a coenzima
A são coenzimas de baixo peso molecular que contêm enxofre, essenciais para o metabolismo
quando ligadas às proteínas apropriadas, atuando na atividade catalítica (EPSTEIN,
op. cit.
).
O enxofre, no entanto, sofre uma série de transformações na natureza através de
processos químicos (ESTEVES, 1998) ou realizadas exclusivamente por microorganismos
(MADIGAN
et al.
, 1997). A partir da realização do experimento de decomposição anaeróbia,
com a metabolização dos compostos de enxofre de folhas, galhos, e serapilheira, pôde-se
observar o comportamento do íon sulfato nas câmaras de mineralização.
ÍON
SULFATO
A redução do enxofre, visando à formação de aminoácidos e moléculas orgânicas que
contenham enxofre, ocorre em larga escala nas folhas, o que pode justificar as maiores
concentrações neste recurso. Aparentemente, o enxofre das moléculas orgânicas das células
vivas pode se reconverter no íon sulfato, forma na qual pode se redistribuir na planta e ser
reutilizado na formação de compostos orgânicos de enxofre em outros tecidos (MEYER
et al,
1973).
As maiores variações nas concentrações médias do íon sulfato (SO
4
2-
) foram observadas
no recurso folhas: 0,0639
±
0,0011 mg L
-1
(T
0
) a 2,4646
±
0,1571 mg L
-1
(3º dia). Os galhos
chegaram a atingir concentrações médias de 1,8282
±
0,9679 mg L
-1
(7º dia). Enquanto a
serapilheira apresentou concentrações médias mais baixas, atingindo o máximo de 0,3867
±
0,0691 mg L
-1
(1º dia).
GOTTSCHALK (1986) salienta a importância do enxofre nas bactérias, nas quais os
aminoácidos (cisteína e metionina), vitaminas (tiamina e biotina), pirofosfato, coenzima A e
64
ácido lipóico, tornam-se constituintes da sua estrutura, através da absorção de fontes
inorgânicas, como o sulfato (MADIGAN
et al.
, 1997).
Em condições anaeróbias, o sulfato é reduzido a gás sulfídrico, através da ação de
bactérias heterotróficas, destacando as espécies
Desulfovibrio desulfuricans, Vibrio
thermodesulfuricans
e
Vibrio aestuarie
(ESTEVES, 1998)
.
As bactérias redutoras de sulfato
(dessulfurantes) utilizam o íon sulfato como aceptor de elétrons da respiração anaeróbia
(processo conhecido como dessulfurização ou respiração de sulfato), permitindo que os
microorganismos utilizem o oxigênio como aceptor de H
+
(MADIGAN
et al.
,
op. cit.
). As
fontes de energia motriz para este processo são os compostos orgânicos, como os álcoois, os
compostos aromáticos de carbono, acetato, propionato, butirato, entre outros (KOSOLAPOV
et al
., 2003).
Na Figura 32, pôde-se observar uma tendência à estabilização a partir do 10ºdia, na
serapilheira.
De acordo com a Tabela 6, a concentração máxima de sulfato nas amostras que
continham folhas (3,21 mg L
-1
) foi 1,10 vezes superior aos galhos e 4,65 vezes mais elevada
que o recurso serapilheira. Os galhos (2,91 mg L
-1
) apresentaram valores 4,21 vezes
superiores a serapilheira.
Tabela 6 – Parametrização da decomposição (lixiviação/mineralização) anaeróbia de
folhas, galhos e serapilheira, com base na concentração de sulfato.
Íon/Recurso A
0
k
1
t
1/2
k
2
t
1/2
r
2
(mg L
-1
) (dia
-1
) (dia) (dia
-1
) (dia)
Sulfato
Folhas 3,21 1,50 0,5 0,0672 10,3 0,85
Galhos 2,91 0,33 2,1 0,0779 8,9 0,94
Serapilheira 0,69 1,50 0,5 0,2613 2,7 0,82
65
0 5 10 15 20 25 30 35
0
1
2
3
4
Sulfato (mg L
-1
)
Tempo (dias)
Folhas
0 5 10 15 20 25 30 35
0
1
2
3
4
Sulfato (mg L
-1
)
Tempo (dias)
Galhos
0 5 10 15 20 25 30 35
0
1
2
3
4
Sulfato (mg L
-1
)
Tempo (dias)
Serapilheira
Figura 32 - Variação temporal das concentrações de sulfato durante a decomposição
anaeróbia de folhas, galhos e serapilheira.
Os coeficientes de lixiviação e/ou mineralização foram semelhantes entre as folhas e a
serapilheira (k
1
= 1,5 dia
–1
; t
1/2
= 0,5 dia). Os galhos apresentaram coeficientes baixos (k
1
=
0,33 dia
–1
e t
1/2
= 2,1 dias), cerca de 4,54 vezes inferiores as folhas e a serapilheira. Os
coeficientes de consumo/assimilação (k
2
) apresentaram valores que variaram de 0,0672 dia
–1
;
66
t
1/2
= 10,3 dias (folhas) a 0,2613 dia
–1
; t
1/2
= 2,7 dias (serapilheira). A serapilheira apresentou
valores k
2
acima de 3 vezes superiores a folhas e galhos (Tabela 6).
Segundo o teste de Kruskal-Wallis (não paramétrico ANOVA), as variações das
concentrações de sulfato entre as amostras de folhas e galhos foram similares (p > 0,05).
Entretanto, as amostras de folhas e serapilheira (p < 0,001) e galhos e serapilheira (p < 0,01)
foram consideradas significativamente diferentes.
A
RELAÇÃO
ENTRE
OS
ÍONS
SULFATO
E
ACETATO
A alta disponibilidade de acetato (> 7,5 mg L
-1
), a partir do 1º dia (folhas) e 3º dia
(galhos) do experimento, parece não ter influenciado a dessulfurização até o 10º dia (folhas e
galhos). Nas incubações com folhas, as concentrações de sulfato (6 h ao 10 º dia) e acetato (5º
ao 10º dia) permaneceram constantes. Nos galhos, o sulfato permaneceu constante do 3º ao
10º dia. Em ambos os substratos, o sulfato passou a ser consumido, visivelmente, a partir do
15º dia, provocando uma drástica redução do acetato. As amostras de serapilheira não
apresentaram grandes variações em relação ao sulfato.
POMBO
et al.
(2004) observou uma redução na concentração do sulfato e do acetato
aliada a um aumento da concentração de metano. Esta autora destaca que parte substancial do
acetato foi reduzida a metano, que é diretamente derivado do grupo metil do acetato. A
redução do sulfato, segundo a mesma autora, necessita de uma proporção menor de acetato
quando comparada a metanogênese.
Desta forma, supôe-se que a redução de acetato e sulfato no 30º dia (folhas) e a partir do
20º (galhos), pode estar intimamente ligada aos processos de dessulfurização e de formação
de metano.
67
Folhas
0
5
10
15
20
25
30
0 0,25 1 3 5 7 10 15 20 30
Tempo (dias)
mg L
-1
Galhos
0
5
10
15
20
25
30
0 0,25 1 3 5 7 10 15 20 30
Tempo (dias)
mg L
-1
Serapilheira
0
5
10
15
20
25
30
0 0,25 1 3 5 7 10 15 20 30
Tempo (dias)
mg L
-1
SULFATO ACETATO
Figura 33 - Variação temporal das concentrações de sulfato e acetato durante a
decomposição anaeróbia de folhas, galhos e serapilheira.
68
ELEMENTO NITROGÊNIO
O nitrogênio é um constituinte essencial de muitos compostos encontrados nas células
vivas (aminoácidos, amidas, ácidos nucléicos, nucleotídeos, coenzimas, hexoaminas, entre
outros), sendo parte fundamental das proteínas, enzimas e processos metabólicos que
envolvem a síntese e transferência de energia (MANAHAN, 2000; EFMA, 2002; TAIZ &
ZEIGER, 2004). Este elemento é essencial para a formação da clorofila (pigmento
responsável pela fotossíntese) e para a atividade fotossintética, favorece a multiplicação
celular, estimulando o crescimento rápido das plantas e o aumento da produção de sementes e
frutos (EFMA,
op. cit.
). As plantas necessitam de grandes quantidades de nitrogênio, há cerca
de 3 a 4% de N em material vegetal seco. Entretanto, o N
2
atmosférico não pode ser usado
diretamente pelas plantas, à exceção de simbioses com alguns tipos de bactérias ou das
cianofíceas, que absorvem do solo as formas iônicas mais simples derivadas do nitrogênio,
principalmente, o nitrato (NO
3
-
) e o amônio (NH
4
+
) para incorporá-los aos seus compostos
orgânicos nitrogenados (EFMA,
op. cit.
).
Segundo MODESTO & SIQUEIRA (1981), os principais compostos nitrogenados
presentes nos solos são, predominantemente, os nitratos. A amônia, formada no processo de
amonificação, é rapidamente oxidada e convertida, primeiramente, em nitrito por bactérias do
gênero
Nitrosomonas
e
Nitrosococcus
(2 NH
3
+ 3 O
2
→ 2 NO
2
-
+ 2 H
+
+ 2 H
2
O). Este nitrito
(NO
2
-
) é quase que imediatamente oxidado a nitrato (NO
3
-
), por bactérias do gênero
Nitrobacter
(2 NO
2
-
+ O
2
→ 2 NO
3
-
), num processo conhecido como nitrificação. No entanto,
é importante destacar que, em ambientes úmidos ou ácidos, a forma de nitrogênio dominante
no solo é o íon amônio (EFMA,
op. cit.
).
No afogamento da biomassa vegetal, após a lise celular e durante o processo de
decomposição, são liberadas formas de nitrogênio orgânico dissolvido (aminoácidos,
peptídeos, etc.) e inorgânicas (NH
3
, NO
3
-
e NO
2
-
). Somente quando a concentração das formas
inorgânicas de nitrogênio atinge valores muito baixos ou é esgotada, as formas orgânicas são
aproveitadas pelos microorganismos (ESTEVES, 1998).
As bactérias heterotróficas contribuem para os ciclos de carbono e de nutrientes de duas
formas: pelas produções secundárias, garantindo a utilização dos nutrientes na incorporação
de sua biomassa (
e.g.
o nitrogênio constituindo as proteínas), uma célula bacteriana típica
possui cerca de 12% do seu peso seco em nitrogênio (MADIGAN
et al.
, 1997), e também na
mineralização desses nutrientes e do carbono orgânico (GIORGIO & COLE, 1998). Os ciclos
69
do carbono e de nutrientes e a velocidade de acumulação dependem do balanço entre a
imobilização e o processo de mineralização.
A partir da realização do experimento de decomposição anaeróbia, pôde-se observar o
comportamento distinto entre as frações inorgânicas derivadas do nitrogênio (amônio, nitrato
e nitrito).
ÍON
AMÔNIO
O amônio é o principal produto final da decomposição da matéria orgânica realizada
pelas bactérias heterotróficas, tanto diretamente a partir das proteínas como a partir de outros
compostos orgânicos nitrogenados (WETZEL, 1981).
As concentrações médias do íon amônio nas amostras de folhas, galhos e serapilheira
apresentaram padrões crescentes ao longo do tempo, chegando a atingir concentrações
superiores a 4 mg L
-1
no 30ºdia do experimento (Figura 34). Segundo WETZEL (
op. cit.
), em
águas naturais não contaminadas, os valores de amônio podem oscilar de 0 a 5 mgL
-1
,
entretanto pode alcançar até 10 mgL
-1
, em condições anaeróbicas de lagos eutróficos.
Segundo ESTEVES (1998), o processo de amonificação prevalece em ambientes com
escassez de oxigênio. A amônia formada, ao ser dissolvida em água, gera o íon amônio, após
sua combinação com os prótons de hidrogênio (NH
3
+ H
+
→ NH
4
+
) (MODESTO &
SIQUEIRA, 1981), o que justifica os padrões demonstrados.
De acordo com a Figura 34, não foi possível observar nenhuma tendência à
estabilização nas amostras de folhas, galhos e serapilheira até o 30ºdia do experimento. Na
Tabela 7, a concentração inicial de amônio foi semelhante (< 6,67 mg L
-1
) entre os recursos
vegetais.
Os coeficientes de lixiviação e/ou mineralização (k
1
= 0,06 dia
–1
; t
1/2
= 11,6 dias) foram
semelhantes entre as folhas e a serapilheira. Os galhos apresentaram coeficientes 2 vezes
inferiores (k
1
=0,03 dia
–1
; t
1/2
= 23,1 dias) (Tabela 7). Os baixos coeficientes (k
1
) indicam o
predomínio da produção de amônio ao invés da lixiviação. Não foram observados coeficientes
de consumo/assimilação, ou seja, independentemente do recurso (folhas, galhos ou
serapilheira), o amônio foi produzido até o final do experimento.
70
0 5 10 15 20 25 30 35
0
2
4
6
8
Amônio (mg L
-1
)
Tempo (dias)
Folhas
0 5 10 15 20 25 30 35
0
2
4
6
8
Amônio (mg L
-1
)
Tempo (dias)
Galhos
0 5 10 15 20 25 30 35
0
2
4
6
8
Amônio (mg L
-1
)
Tempo (dias)
Serapilheira
Figura 34 – Variação temporal das concentrações de amônio durante a decomposição
anaeróbia de folhas, galhos e serapilheira.
Como o amônio é fortemente adsorvido a matéria particulada e coloidal, especialmente
em ambientes com altas concentrações de matéria orgânica húmica dissolvida (WETZEL,
1981), assim dependendo do grau de humificação dos recursos vegetais (folhas, galhos e
serapilheira) a quantificação do amônio em solução pode ter sido subestimada.
71
Tabela 7 – Parametrização da decomposição (lixiviação/mineralização) anaeróbia de
folhas, galhos e serapilheira, com base na concentração de amônio.
Íon/Recurso A
0
k
1
t
1/2
k
2
t
1/2
r
2
(mg L
-1
) (dia
-1
) (dia) (dia
-1
) (dia)
Amônio
Folhas 6,18 0,06 11,6 0 - 0,66
Galhos 6,67 0,03 23,1 0 - 0,86
Serapilheira 5,66 0,06 11,6 0 - 0,99
A variação das concentrações de amônio entre as amostras de folhas, galhos e
serapilheira foram similares (p > 0,05), segundo o teste de Kruskal-Wallis (não paramétrico
ANOVA).
ÍON
NITRATO
As maiores concentrações médias do íon nitrato foram observadas nas seis primeiras
horas em todos os recursos vegetais: 1,3034
±
0,5391 mg L
-1
(folhas), 0,9695
±
0,3819 mg L
-1
(galhos) e 0,8264
±
0,0740 mg L
-1
(serapilheira) (Figura 35).
Este íon não pôde ser modelado, devido a sua ausência durante os processos
degradativos anaeróbios, o aparecimento desse íon no início do processo de degradação
refere-se à fase da instalação das condições de anaerobiose a que os experimentos com folhas
(7 hs), galhos (9 hs) e serapilheira (27 hs) foram submetidos. Os tempos de anaerobiose foram
estimados através de um experimento desenvolvido por BIANCHINI Jr. & CUNHA-
SANTINO (em preparação).
Enquanto há oxigênio disponível, o processo de oxidação do amônio a nitrito e,
posteriormente, a nitrato (nitrificação bacteriana), ocorre, no entanto, este processo cessa
quando o oxigênio alcança concentrações de 0,3 mg O
2
L
-1
(WETZEL, 1981).
72
0 5 10 15 20 25 30 35
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
Nitrato (mg L
-1
)
Tempo (dias)
Folhas
0 5 10 15 20 25 30 35
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
Nitrato (mg L
-1
)
Tempo (dias)
Galhos
0 5 10 15 20 25 30 35
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
Nitrato (mg L
-1
)
Tempo (dias)
Serapilheira
Figura 35 – Variação temporal das concentrações de nitrato durante a decomposição
anaeróbia de folhas, galhos e serapilheira.
Segundo ESTEVES (1998), quando o meio se torna anaeróbio, há uma forte redução na
concentração de nitrato que tende a se transformar em amônia (através da amonificação) ou
N
2
(através da desnitrificação), o que justifica as baixas concentrações encontradas ao longo
do experimento. Este fenômeno ocorre porque muitas bactérias, em condições anaeróbias, são
73
capazes de utilizar o nitrato como aceptor de hidrogênio na cadeia respiratória, então, o nitrato
passa a funcionar como transportador de oxigênio (MADIGAN
et al.
, 1997), reduzindo-se a
nitrogênio molecular ou amônia.
A variação das concentrações de nitrato entre as amostras de folhas, galhos e
serapilheira foi considerada similar (p > 0,05) de acordo com o teste de Kruskal-Wallis (não
paramétrico ANOVA).
ÍON
NITRITO
O recurso folhas apresentou as maiores variações nas concentrações médias do íon
nitrito, chegando a atingir 0,1338
±
0,0407 mg L
-1
(20º dia). Os galhos apresentaram um valor
máximo baixo (0,0322
±
0,0117 mg L
-1
)
no 15º dia do experimento. Enquanto a serapilheira
atingiu 0,0215
±
0,0019 mg L
-1
nas seis primeiras horas (Figura 36).
Este íon não pode ser submetido aos modelos cinéticos propostos, pois, somente esteve
presente enquanto houve condições oxidantes (i.e. presença de oxigênio) e durante os
processos degradativos anaeróbios do experimento esse íon foi reduzido a amônio ou
convertido em N
2
(i.e. respiração anaeróbia). O seu aparecimento no início do processo de
degradação refere-se à fase da instalação das condições de anaerobiose a que os experimentos
com folhas (7 hs), galhos (9 hs) e serapilheira (27 hs) foram submetidos.
O reaparecimento do nitrito no 15º e 20º dia do experimento (Figura 36), principalmente
nas folhas, pode estar relacionado a uma pequena adução de oxigênio no sistema de
incubação, possivelmente devido a um erro experimental, fazendo com que o nitrogênio
passasse da forma reduzida para a forma oxidada. No entanto, salienta-se que esta
concentração foi extremamente baixa e que o nitrito não formou nitrato e atingiu
concentrações inferiores a 0,20 mg L
-1
.
Entre o 20º e o 30º dia, as condições do experimento voltaram a ser redutoras, havendo
a diminuição acentuada do nitrito, que pode estar relacionada tanto a desnitrificação
bacteriana, que apresenta grande intensidade em ambientes anaeróbicos, com abundantes
substratos orgânicos oxidáveis, ou a amonificação (WETZEL, 1981).
Segundo o teste de Kruskal-Wallis (não paramétrico ANOVA), a variação das
concentrações de nitrito entre as amostras de folhas, galhos e serapilheira foi considerada
similar (p > 0,05).
74
0 5 10 15 20 25 30 35
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
0,30
Nitrito (mg L
-1
)
Tempo (dias)
Folhas
0 5 10 15 20 25 30 35
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
0,30
Nitrito (mg L
-1
)
Tempo (dias)
Galhos
0 5 10 15 20 25 30 35
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
0,30
Nitrito (mg L
-1
)
Tempo (dias)
Serapilheira
Figura 36 – Variação temporal das concentrações de nitrito durante a decomposição
anaeróbia de folhas, galhos e serapilheira.
Em suma, evidencia-se que a decomposição dos recursos vegetais permitiu a liberação
do íon amônio, que sob as condições iniciais de oxigênio existente durante as primeiras horas
de experimento, foi oxidado a nitrito e, posteriormente, a nitrato; com o estabelecimento das
condições de anaerobiose, estas formas foram novamente reduzidas a amônio ou nitrogênio
molecular (N
2
).
75
ELEMENTO FÓSFORO
O fósforo é absorvido do solo, principalmente, como o íon H
2
PO
4
-
. Entretanto, ressalta-
se que o ácido fosfórico existe em três espécies iônicas diferentes (H
2
PO
4
-
, HPO
4
-2
e PO
4
-3
), a
abundância relativa dessas espécies depende do pH; na faixa em que vivem as plantas (pH de
4 a 8), a forma iônica predominante é o H
2
PO
4
-
, as demais só predominam quando a
alcalinidade do meio aumenta para fora desta faixa (EPSTEIN, 1972).
Comparado aos outros componentes nutritivos e estruturais da matéria viva (carbono,
hidrogênio, nitrogênio, oxigênio e enxofre), o fósforo é mais escasso e, normalmente, atua
como fator limitante em processos biológicos (
e.g.
produção primária).
Ao contrário do que ocorre com o nitrogênio (nitrato) e o enxofre (sulfato), o fósforo
não sofre redução na célula para um estado de oxidação mais baixo, no entanto, nos tecidos
vegetais, é incorporado em compostos orgânicos em uma forma altamente oxidada (MEYER
et al.,
1973). O fósforo (na forma de fosfato: PO
4
-3
) é importante para armazenagem de
energia e na integridade estrutural, sendo componente de fosfato-açúcares (intermediários da
respiração e fotossíntese), ácidos nucléicos, nucleotídeos (utilizados no metabolismo
energético, como o ATP, e no DNA e RNA), coenzimas, fosfolipídeos (componentes das
membranas vegetais), ácido fítico (forma de reserva do fósforo nas sementes), entre outros
(TAIZ & ZEIGER, 2004).
Os transportadores de fosfato, a fosforilação e a energia das ligações fosfato são de
importância primordial no metabolismo de hidratos de carbono e das gorduras, na respiração,
na fotossíntese e em muitos outros processos metabólicos (MEYER
et al., op. cit.
). Desta
forma, conclui-se que o fosfato desempenha um papel chave no metabolismo energético,
sendo necessário para a síntese do trifosfato de adenosina (ATP) e de outros numerosos
compostos fosforilados (EPSTEIN,
op. cit.
).
As funções do fósforo e do nitrogênio no metabolismo vegetal parecem se inter-
relacionar em vários aspectos. Os compostos inorgânicos de nitrogênio são rapidamente
absorvidos do solo e acumulados nos tecidos vegetais, quando os fosfatos disponíveis estão
em baixa concentração. Se os fosfatos forem abundantes no solo, a absorção de nitrogênio
inorgânico diminui (MEYER
et al., op. cit.
).
Com o afogamento da biomassa vegetal, a partir da realização do experimento de
decomposição anaeróbia, pôde-se observar o comportamento do íon fosfato.
76
ÍON
FOSFATO
A forma inorgânica significativamente importante do fósforo para o ambiente aquático é
o fosfato, mais de 90% do fósforo nos lagos estão na forma de fosfatos orgânicos e como
constituintes celulares da matéria viva particulada ou associados e/ou adsorvidos em
partículas orgânicas mortas e materiais inorgânicos (WETZEL, 1981).
A espécie iônica de fosfato predominante é dependente da faixa de pH e, como em
águas continentais o pH mais freqüente situa-se entre 5 e 8, as espécies iônicas que se
destacam são o H
2
PO
4
-
e H
2
PO
4
-2
(ESTEVES, 1998).
Nas câmaras de decomposição contendo galhos, o íon fosfato apresentou as maiores
variações nas concentrações médias: 0,2669
±
0,3863 mg L
-1
(T
0
) a 6,2886
±
5,5963 mg L
-1
(15º dia). Para o recurso folhas, o valor máximo atingido foi de 4,4146
±
0,8237 mg L
-1
(3º
dia). Enquanto que na serapilheira as concentrações médias chegaram a atingir 1,4177
±
0,3361 mg L
-1
(10º dia) (Figura 37). No processo de decomposição, os fosfatos são liberados
para a água mais facilmente em condições de anaerobiose (ESTEVES,
op. cit.
).
Destaca-se o consumo do íon fosfato apenas nas folhas, que pode estar relacionada à
existência de fatores que favoreçam o desenvolvimento de uma maior comunidade de
bactérias, como a alta concentração de aminoácidos, purinas, pirimidinas, vitaminas e
compostos relacionados (GOTTSCHALK, 1986).
Na Figura 37, pôde-se observar uma tendência de estabilização a partir do 3 ºdia do
experimento para a serapilheira e 10º dia para os galhos.
De acordo com a Tabela 8, após a parametrização do modelo de decomposição
(lixiviação/mineralização) anaeróbia, as amostras que continham os galhos (5,70 mg L
-1
)
apresentaram concentrações iniciais de fosfato 1,20 vezes superior que as folhas e 4,28 vezes
maiores que a serapilheira. As folhas (4,73 mg L
-1
) apresentaram valores 3,56 vezes
superiores a serapilheira.
Os coeficientes de lixiviação e/ou mineralização foram semelhantes entre as folhas e a
serapilheira (k
1
= 1,5 dia
–1
; t
1/2
= 0,5 dia). Os galhos apresentaram coeficientes baixos (k
1
=
0,31 dia
–1
e t
1/2
= 2,2 dias), cerca de 4,84 vezes inferiores as folhas e a serapilheira. Os
coeficientes de consumo/assimilação (k
2
) só foram encontrados nas folhas (0,0229 dia
–1
; t
1/2
= 30,3 dias). Os demais recursos não foram consumidos e se mantiveram praticamente
constantes até o final do experimento (Tabela 8).
77
0 5 10 15 20 25 30 35
0
3
6
9
12
15
Fosfato (mg L
-1
)
Tempo (dias)
Folhas
0 5 10 15 20 25 30 35
0
3
6
9
12
15
Fosfato (mg L
-1
)
Tempo (dias)
Galhos
0 5 10 15 20 25 30 35
0
3
6
9
12
15
Serapilheira
Fosfato (mg L
-1
)
Tempo (dia)
Figura 37 - Variação temporal das concentrações de fosfato durante a decomposição
anaeróbia de folhas, galhos e serapilheira.
78
Tabela 8 – Parametrização da decomposição (lixiviação/mineralização) anaeróbia de
folhas, galhos e serapilheira, com base na concentração de fosfato.
Íon/Recurso A
0
k
1
t
1/2
k
2
t
1/2
r
2
(mg L
-1
) (dia
-1
) (dia) (dia
-1
) (dia)
Fosfato
Folhas 4,73 1,50 0,5 0,0229 30,3 0,32
Galhos 5,70 0,31 2,2 0 - 0,96
Serapilheira 1,33 1,50 0,5 0 - 0,58
A absorção do fosfato da água é regida por uma série de fatores externos, dentre os
quais se destaca a presença de luz (WETZEL, 1981). Como o experimento foi conduzido no
escuro e em condições de anaerobiose, essas condições não permitiram o desenvolvimento do
fitoplâncton, que utiliza o fosfato na sua nutrição. As bactérias mostram comparativamente
menos afinidade ao fosfato que as algas (WETZEL,
op. cit.
), no entanto, também o absorvem
e o incorporam na sua biomassa como constituinte dos ácidos nucléicos, fosfolipídeos e
nucleotídeos (GOTTSCHALK, 1986; MADIGAN
et al.
, 1997).
ESTEVES (1998), entretanto, destaca que o aumento da concentração de fosfato, no
interior célula, determina uma menor absorção deste íon do meio, uma vez que a velocidade
máxima de absorção é função da diferença entre a concentração externa e interna da célula, o
que foi comprovado por vários estudos sobre a cinética de decomposição de fosfato. No
entanto, alguns organismos (
e.g.
cianofíceas) são capazes de armazenar fosfato sob a forma de
polifosfatos ou metafosfatos, funcionando como substâncias de reserva.
Segundo o teste de Kruskal-Wallis (não paramétrico ANOVA), a variação entre as
concentrações médias de fosfato nas folhas e galhos foi considerada similar (p > 0,05). No
entanto, a variação entre as amostras de folhas e serapilheira (p < 0,05) e galhos e serapilheira
(p < 0,01) foi considerada significativamente diferente.
Segundo ESTEVES (1998), na formação de represas em regiões tropicais, a quantidade
de fitomassa inundada, durante a sua formação, é de fundamental importância na
determinação da concentração e distribuição de fosfato na coluna d´água. Nas represas
formadas sobre florestas, o hipolímnio (região com menos oxigênio) pode apresentar
concentrações de 1200 mg L
-1
de fósforos totais nos primeiros anos, após seu represamento.
79
ÍON
POTÁSSIO
O potássio está presente nas plantas, geralmente, sob a forma do cátion K
+
, embora
algumas células vegetais apresentem sais potássicos, derivados de ácidos orgânicos. Encontra-
se em 1% do tecido vegetal seco (EPSTEIN, 1972) e é um elemento essencial para planta, não
podendo ser substituído completamente por elementos químicos tão semelhantes como o
sódio e o lítio (MEYER
et al.
, 1973) Segundo COLLANDER (1941), as plantas absorvem
altas concentrações de potássio do solo, porque este elemento é essencial ao seu crescimento.
Este cátion desempenha um papel fundamental na bioquímica básica e nos processos
fisiológicos das plantas, pois enquanto não se torna parte de sua estrutura química, atua em
muitos processos regulatórios importantes. Desta forma, o potássio é encontrado em todos os
órgãos das plantas, sendo utilizado em uma série de funções, como a ativação enzimática, a
atividade estomatal, a fotossíntese, o transporte de açucares, água e nutrientes e a síntese de
proteínas e amido (JOHNSTON, 1998).
O potássio ativa mais de 40 enzimas envolvidas no crescimento das plantas, e neutraliza
vários ânions orgânicos e outros compostos dentro das plantas, ajudando a estabilizar o pH
entre 7 e 8, ideal para a maioria das reações enzimáticas. A quantidade de potássio que entra
nas células determina as taxas das reações enzimáticas (EPSTEIN,
op. cit.
; TAIZ & ZEIGER,
2004).
Este cátion também é importante na síntese de proteínas, pois a leitura do código
genético nas células das plantas para a produção de proteínas e enzimas, que regulam todo o
processo de crescimento (JOHNSTON,
op. cit.
), não ocorre sem a presença deste íon.
A partir da realização do experimento de decomposição anaeróbia, pôde-se observar o
comportamento do íon potássio em dissolução.
Segundo O’CONNELL (1988) e GAMA-RODRIGUES & BARROS (2002), a
lixiviação é um dos principais mecanismos de transferência desse elemento para o ambiente,
uma vez que potássio não é componente estrutural de qualquer composto das plantas.
Nas câmaras contendo folhas, o íon K
+
apresentou concentrações médias muito elevadas
(> 21 mg L
-1
) a partir das seis primeiras horas, variando entre 0,1012
±
0,0036 mg L
-1
(T
0
) e
29,8422
±
3,7301 mg L
-1
(30º dia). Os galhos só atingiram uma concentração superior a 21
mg L
-1
a partir do 15º dia, e seus valores variaram de 0,1012
±
0,0036 mg L
-1
(T
0
) a 23,2447
±
80
8,8159 mg L
-1
(30º dia). Enquanto que para a serapilheira, foram observadas as menores
concentrações médias (< 2,7105
±
0,5236 mg L
-1
) (Figura 38).
A alta concentração de potássio encontrada nas folhas (> 21 mg L
-1
) está relacionada às
várias funções desempenhadas por este analito neste órgão da planta.
Segundo GOTTSCHALK (1986), o potássio é o principal cátion inorgânico na célula
bacteriana, atuando também como cofator de algumas enzimas.
Na Figura 38, pôde-se observar uma tendência de estabilização nas amostras de galhos
(10º dia) e serapilheira (3º dia).
De acordo com a Tabela 9, a concentração inicial de K
+
de folhas (30,51 mg L
-1
) foi
1,42 vezes superior aos galhos e 11,13 vezes maior que para a serapilheira. Os galhos (21,4
mg L
-1
) apresentaram valores 7,81 vezes mais elevados que a serapilheira.
Os coeficientes de lixiviação e/ou mineralização (k
1
= 1,50 dia
–1
) foram semelhantes
entre as folhas e a serapilheira, com um período de meia vida curto (0,5 dia). Os galhos
apresentaram o coeficiente muito baixo (k
1
= 0,35 dia
–1
; t
1/2
= 2 dias). Os coeficientes de
consumo/assimilação foram semelhantes para as amostras de folhas (k
2
= 0,002 dia
–1
; t
1/2
=
346,6 dias) e serapilheira (k
2
= 0,0018 dia
–1
; t
1/2
= 385,1 dias). Nos galhos, não foi detectado
consumo desse elemento dissolvido (Tabela 9).
Tabela 9 – Parametrização da decomposição (lixiviação/mineralização) anaeróbia de
folhas, galhos e serapilheira, com base na concentração de potássio.
Íon/Recurso A
0
k
1
t
1/2
k
2
t
1/2
r
2
(mg L
-1
) (dia
-1
) (dia) (dia
-1
) (dia)
Potássio
Folhas 30,51 1,50 0,5 0,0020 346,6 0,80
Galhos 21,40 0,35 2,0 0 - 0,96
Serapilheira 2,74 1,50 0,5 0,0018 385,1 0,74
81
0 5 10 15 20 25 30 35
0
5
10
15
20
25
30
35
40
Potássio (mg L
-1
)
Tempo (dias)
Folhas
0 5 10 15 20 25 30 35
0
5
10
15
20
25
30
35
40
Potássio (mg L
-1
)
Tempo (dias)
Galhos
0 5 10 15 20 25 30 35
0
5
10
15
20
25
30
35
40
Potássio (mg L
-1
)
Tempo (dias)
Serapilheira
Figura 38 - Variação temporal das concentrações de potássio durante a decomposição
anaeróbia de folhas, galhos e serapilheira.
As variações das concentrações de potássio entre as amostras de folhas e galhos e
galhos e serapilheira foram similares (p > 0,05). Entretanto, entre as amostras de folhas e
serapilheira foram consideradas significativamente diferentes (p < 0,001).
82
ELEMENTO MAGNÉSIO
O magnésio faz parte da estrutura em anel da clorofila, único composto estável
abundante nas plantas, correspondendo a 2,7 % do peso molecular da clorofila e
representando cerca de 10 % do teor total da folha. Mais da metade do magnésio das folhas
pode estar nos cloroplastos e em outros plastídeos. Há cerca de 0,2% de magnésio em material
vegetal seco (EPSTEIN, 1972)
Este elemento, que permanece na forma iônica (Mg
2+
) dentro da célula, é o ativador
mais comum das enzimas relacionadas com o metabolismo energético na respiração,
fotossíntese e síntese de DNA e RNA (TAIZ & ZEIGER, 2004) e também desempenha um
papel importante na manutenção da integridade dos ribossomos, influenciando na síntese de
proteínas (MEYER
et al.
, 1973).
A partir da realização do experimento de decomposição anaeróbia, com o afogamento
da biomassa vegetal, pôde-se observar a passagem do íon magnésio para o meio aquoso.
ÍON
MAGNÉSIO
O recurso folhas apresentou as maiores variações nas concentrações médias do íon
Mg
2+
: 0,0304
±
0,0022 mg L
-1
(T
0
) a 4,2453
±
0,8616 mg L
-1
(30º dia) em relação aos demais
recursos; o que está relacionado com o fato desse íon ser constituinte da clorofila (EPSTEIN,
op. cit.
). Os galhos e a serapilheira também atingiram seus valores máximos (1,6364
±
0,5606
mg L
-1
e 0,9148
±
0,1404 mg L
-1
, respectivamente) no 30º dia do experimento. Concentrações
médias superiores a 1 mg L
-1
foram atingidas nas folhas no 1º dia, enquanto nos galhos apenas
a partir do 10º dia do experimento (Figura 39).
Segundo GOTTSCHALK (1986), o magnésio atua nas bactérias como cofator
enzimático e está presente nas paredes celulares, membranas e ribossomos.
Uma tendência à estabilização pôde ser observada nas amostras de folhas a partir do
10ºdia e na serapilheira, a partir do 5ºdia (Figura 39).
83
0 5 10 15 20 25 30 35
0
2
4
6
Magnésio (mg L
-1
)
Tempo (dias)
Folhas
0 5 10 15 20 25 30 35
0
2
4
6
Magnésio (mg L
-1
)
Tempo (dias)
Galhos
0 5 10 15 20 25 30 35
0
2
4
6
Magnésio (mg L
-1
)
Tempo (dias)
Serapilheira
Figura 39 - Variação temporal das concentrações de magnésio durante a decomposição
anaeróbia de folhas, galhos e serapilheira.
De acordo com a Tabela 10, a concentração inicial de magnésio de folhas (4,06 mg L
-1
)
foi 2,62 vezes superior aos galhos e a 5,41 vezes superior a serapilheira. Os galhos (1,55 mg
L
-1
) apresentaram valores 2,06 vezes mais elevados que a serapilheira.
84
Tabela 10 – Parametrização da decomposição (lixiviação/mineralização) anaeróbia de
folhas, galhos e serapilheira, com base na concentração de magnésio.
Íon/Recurso A
0
k
1
t
1/2
k
2
t
1/2
r
2
(mg L
-1
) (dia
-1
) (dia) (dia
-1
) (dia)
Magnésio
Folhas 4,06 0,37 1,9 0 - 0,97
Galhos 1,55 0,12 5,8 0 - 0,93
Serapilheira 0,75 0,56 1,2 0 - 0,92
O coeficiente de lixiviação e/ou mineralização da serapilheira (k
1
=0,56 dia
–1
; t
1/2
= 1,2
dia) foi 1,51 vezes superior as folhas (t
1/2
= 1,9 dia) e a 4,66 vezes superior aos galhos (t
1/2
=
5,8 dias), ao contrário dos demais analitos, nos quais a serapilheira possuía coeficiente igual
ou inferior as folhas. Não foram observados coeficientes de consumo/assimilação para
nenhum dos recursos vegetais (folhas, galhos ou serapilheira) (Tabela 10).
A variação das concentrações de magnésio entre as amostras de galhos e serapilheira
foram similares (p > 0,05). No entanto, a variação observada nas concentrações de magnésio
entre as amostras de folhas e galhos (p < 0,05) e folhas e serapilheira (p < 0,01) foram
significativamente diferentes.
ELEMENTO CÁLCIO
As concentrações de cálcio nos tecidos vegetais podem ser superiores a 0,5% do peso
seco da planta (EPSTEIN, 1972). Após ser absorvido, permanece na forma iônica (Ca
2+
),
tornando-se o principal cátion constituinte das paredes celulares, principalmente, a lamela
média, que separa as células em divisão, na forma de pectato, tendo importante papel na
resistência mecânica dos tecidos (MEYER
et al.,
1973).
Grande parte do cálcio absorvido do solo pode encontrar-se permanentemente fixada
nas paredes celulares. Em muitas espécies, os sais de cálcio ocorrem em forma sólida, o
oxalato de cálcio e o carbonato de cálcio são os mais comuns.
85
A partir da realização do experimento de decomposição anaeróbia, com o afogamento
da biomassa vegetal, pôde-se observar o comportamento do íon cálcio.
ÍON
CÁLCIO
As câmaras de decomposição contendo folhas apresentaram as maiores variações nas
concentrações médias do íon Ca
2+
: 0,2335
±
0,0346 mg L
-1
(T
0
) a 4,3144
±
1,1326 mg L
-1
(30º dia). Segundo MEYER
et al.
(1973), as folhas possuem uma grande proporção do cálcio
em relação aos demais órgãos da planta. Nos galhos e na serapilheira, foram observadas
variações semelhantes no 30º dia (2,4354
±
0,7353 mg L
-1
e
2,5880
±
0,5870 mg L
-1
,
respectivamente). Entretanto, a serapilheira atingiu concentrações superiores a 1 mg L
-1
a
partir do 3º dia do experimento, enquanto que os galhos somente a partir do 10º dia (Figura
40).
Apesar de GOTTSCHALK (1986) salientar a importância do cálcio para as bactérias,
estando presente em exoenzimas e na parede celular, este íon parece não ter entrado em
nenhuma rota metabólica.
Na Tabela 11, a concentração inicial de cálcio nas amostras que continham folhas (4,21
mg L
-1
) foi 1,52 vezes superior aos galhos e 1,90 vezes maior para o recurso serapilheira. Os
galhos (2,76 mg L
-1
) apresentaram valores 1,25 vezes mais elevados que a serapilheira.
Tabela 11 – Parametrização da decomposição (lixiviação/mineralização) anaeróbia de
folhas, galhos e serapilheira, com base na concentração de cálcio.
Íon/Recurso A
0
k
1
t
1/2
k
2
t
1/2
r
2
(mg L
-1
) (dia
-1
) (dia) (dia
-1
) (dia)
Cálcio
Folhas 4,21 0,14 5,0 0 - 0,97
Galhos 2,76 0,06 11,6 0 - 0,90
Serapilheira 2,21 0,19 3,6 0 - 0,84
86
0 5 10 15 20 25 30 35
0
2
4
6
Cálcio (mg L
-1
)
Tempo (dias)
Folhas
0 5 10 15 20 25 30 35
0
2
4
6
Cálcio (mg L
-1
)
Tempo (dias)
Galhos
0 5 10 15 20 25 30 35
0
2
4
6
Cálcio (mg L
-1
)
Tempo (dias)
Serapilheira
Figura 40 - Variação temporal das concentrações de cálcio durante a decomposição
anaeróbia de folhas, galhos e serapilheira.
Os coeficientes de lixiviação e/ou mineralização foram diferentes entre folhas (k
1
= 0,14
dia
–1
; t
1/2
= 5 dias), galhos (k
1
= 0,06 dia
–1
; t
1/2
= 11,6 dias) e serapilheira (k
1
= 0,19 dia
–1
; t
1/2
= 3,6 dias). Não foram detectados coeficientes de consumo/assimilação (k
2
) para as amostras
de folhas, galhos e serapilheira (Tabela 11).
87
Segundo o teste de Kruskal-Wallis (não paramétrico ANOVA), a variação das
concentrações de cálcio entre as amostras de folhas, galhos e serapilheira foram similares (p >
0,05).
ELEMENTO SÓDIO
Até 1973 não havia evidências experimentais de que o sódio fosse essencial ao
metabolismo das plantas superiores, exceto em plantas halófitas (plantas indígenas de solos
salinos, que toleram e exigem altas concentrações de sal no meio) (EPSTEIN, 1972). Todavia,
este elemento encontra-se presente nas cinzas das plantas, por vezes em quantidades
relativamente elevadas. Algumas plantas têm seu desenvolvimento mais vigoroso na presença
de sódio (MEYER
et al.
, 1973).
Segundo TAIZ & ZEIGER (2004), o sódio está presente na forma iônica no tecido
vegetal e pode substituir parcialmente o potássio como um soluto osmoticamente ativo.
ÍON
SÓDIO
O recurso folhas apresentou as maiores variações nas concentrações médias do íon Na
+
:
0,1231
±
0,0098 mg L
-1
(T
0
) a 1,0653
±
0,2013mg L
-1
(7ºdia). Nos galhos, estes valores
variaram entre 0,1231
±
0,0098 mg L
-1
(T
0
) e 0,9566
±
0,8758 mg L
-1
(15ºdia). Na
serapilheira, foram evidenciadas concentrações médias entre 0,1231
±
0,0098 mg L
-1
(T
0
) e
0,4717
±
0,3015 mg L
-1
(15ºdia) (Figura 41).
De acordo com a Figura 41, pôde-se observar uma tendência à estabilização nas
amostras de folhas e serapilheira (3ºdia). Nos galhos, esta tendência foi observada a partir do
5º dia.
GOTTSCHALK (1986) salienta a importância deste íon (
e.g.
bactérias halófitas e
produtoras de metano) em vários processos de transporte, enquanto HÄSE
et al.
(2001)
destaca o papel deste íon no metabolismo energético de algumas bactérias, principalmente, de
bactérias patogênicas.
Segundo MADIGAN
et al.
(1997), a absorção de sódio pelas bactérias é dependente do
meio em que vivem, as bactérias marinhas necessitam de altas concentrações deste íon.
88
A concentração máxima de sódio nas amostras que continham folhas (1,04 mg L
-1
) foi
1,22 vezes superior aos galhos e 2,97 vezes maior para o recurso serapilheira. Os galhos (0,85
mg L
-1
) apresentaram valores 2,43 vezes mais elevados que a serapilheira (Tabela 12).
0 5 10 15 20 25 30 35
0,0
0,3
0,6
0,9
1,2
1,5
1,8
2,1
Sódio (mg L
-1
)
Tempo (dias)
Folhas
0 5 10 15 20 25 30 35
0,0
0,3
0,6
0,9
1,2
1,5
1,8
2,1
Sódio (mg L
-1
)
Tempo (dias)
Galhos
0 5 10 15 20 25 30 35
0,0
0,3
0,6
0,9
1,2
1,5
1,8
2,1
Sódio (mg L
-1
)
Tempo (dias)
Serapilheira
Figura 41 - Variação temporal das concentrações de sódio durante a decomposição
anaeróbia de folhas, galhos e serapilheira.
89
Os coeficientes de lixiviação e/ou mineralização (k
1
= 1,50 dia
–1
) foram semelhantes
entre as folhas e a serapilheira e apresentaram um período de t
1/2
muito rápido: 0,5 dia. Os
galhos apresentaram valores de k
1
baixos (k
1
= 0,21 dia
–1
; t
1/2
= 3,3 dias). Os coeficientes de
consumo/assimilação (k
2
) não foram detectados para as amostras de folhas e serapilheira; nos
galhos, este coeficiente foi baixo (k
2
= 0,0076 dia
–1
; t
1/2
: 91,2 dias) (Tabela 12).
Tabela 12 – Parametrização da decomposição (lixiviação/mineralização) anaeróbia de
folhas, galhos e serapilheira, com base na concentração de sódio.
Íon/Recurso A
0
k
1
t
1/2
k
2
t
1/2
r
2
(mg L
-1
) (dia
-1
) (dia) (dia
-1
) (dia)
Sódio
Folhas 1,04 1,50 0,5 0 - 0,88
Galhos 0,85 0,21 3,3 0,0076 91,2 0,76
Serapilheira 0,35 1,5 0,5 0 - 0,37
Segundo o teste de Kruskal-Wallis (não paramétrico ANOVA), as variações das
concentrações de sódio entre as amostras de folhas e galhos e galhos e serapilheira foram
similares (p > 0,05). Entretanto, entre as amostras de folhas e serapilheira foram consideradas
significativamente diferentes (p < 0,001).
ÍON
LÍTIO
As plantas não absorvem os íons na mesma proporção em que estão disponíveis,
possuem uma absorção seletiva, porém o mecanismo de seleção de sais ainda é obscuro
(COLLANDER, 1941; TAIZ & & ZEIGER, 2004).
COLLANDER (
op. cit.
) salienta que algumas plantas superiores podem acumular altas
concentrações de lítio, porém a maioria das espécies absorve este elemento em pequenas
quantidades. Entretanto, quanto menor for a sua concentração no meio, maior será a sua
90
absorção. Este autor salienta ainda que as plantas absorvem, proporcionalmente, mais lítio que
sódio, exceção feita as plantas halófitas.
Nas câmaras de decomposição contendo folhas, o íon Li
+
apresentou concentrações
médias (
±
desvio padrão) que variaram de 0,0030
±
0,0067 mg L
-1
(1º dia) a 0,3273
±
0,4576
mg L
-1
(5ºdia). Para o recurso galhos, estes valores foram abaixo do limite de detecção do
método (0,1 µg L
-1
- 7ºdia) a 0,0727
±
0,1484 mg L
-1
(1ºdia). Enquanto que para a
serapilheira, foram observadas concentrações médias que variaram de 0,0050
±
0,0092 mg L
-1
(T
0
) a 0,1305
±
0,2575 mg L
-1
(10ºdia) (Figura 42). KENT (1941) salienta que as folhas
acumulam uma maior concentração de lítio que as demais partes da planta.
Na Figura 42, pôde-se observar uma tendência de estabilização a partir do 1ºdia do
experimento em todos os recursos vegetais.
Apesar de TSURUTA (2005) comprovar a acumulação de lítio por várias bactérias,
neste trabalho, a concentração de lítio permaneceu baixa e constante, durante todo o
experimento.
De acordo com a Tabela 13, após a parametrização do modelo de decomposição
(lixiviação/mineralização) anaeróbia, as amostras que continham as folhas (0,12 mg L
-1
)
apresentaram concentrações iniciais de Li
+
3 vezes superiores aos galhos e 1,5 vezes maiores
que a serapilheira. Entretanto, ao contrário do ocorrido nos demais analitos, a serapilheira
(0,08 mg L
-1
) apresentou valores 2 vezes superiores aos galhos.
Tabela 13 – Parametrização da decomposição (lixiviação/mineralização) anaeróbia de
folhas, galhos e serapilheira, com base na concentração de lítio.
Íon/Recurso A
0
k
1
t
1/2
k
2
t
1/2
r
2
(mg L
-1
) (dia
-1
) (dia) (dia
-1
) (dia)
Lítio
Folhas 0,12 1,50 0,5 0,0059 117,5 0,19
Galhos 0,04 1,50 0,5 0 - 0,03
Serapilheira 0,08 1,50 0,5 0,0192 36,1 0,25
91
0 5 10 15 20 25 30 35
0,0
0,3
0,6
0,9
1,2
Lítio (mg L
-1
)
Tempo (dias)
Folhas
0 5 10 15 20 25 30 35
0,0
0,3
0,6
0,9
1,2
Lítio (mg L
-1
)
Tempo (dias)
Galhos
0 5 10 15 20 25 30 35
0,0
0,3
0,6
0,9
1,2
Lítio (mg L
-1
)
Tempo (dias)
Serapilheira
Figura 42 - Variação temporal das concentrações de lítio durante a decomposição
anaeróbia de folhas, galhos e serapilheira.
Os coeficientes de lixiviação e/ou mineralização (k
1
= 1,50 dia
–1
; t
1/2
: 0,5 dia) foram
semelhantes entre todos os recursos vegetais. Enquanto, os coeficientes de
consumo/assimilação foram inferiores a 0,0192 dia
–1
(serapilheira). Nas folhas, foi observado
o maior t
1/2
(117,5 dias) (Tabela 13).
92
A variação entre as concentrações de Li
+
resultante das amostras de folha, galho e
serapilheira não foi considerada significante (p > 0,05), segundo o teste de Kruskal-Wallis
(não paramétrico ANOVA).
ÍON
FLUORETO
Em relação ao íon fluoreto, não foram encontrados dados na literatura sobre o
metabolismo microbiano associado.
As concentrações médias do íon F
-
, nas amostras de folhas, galhos e serapilheira, foram
baixas (< 1,0558
±
0,2870 mg L
-1
). Este valor foi alcançado nas seis primeiras horas do
experimento, nas amostras que continham folhas. Neste mesmo período, na serapilheira,
também foi observado um leve aumento (0,0138
±
0,0037 mg L
-1
). Enquanto que nos galhos,
as maiores concentrações médias (0,1149
±
0,1006 mg L
-1
) foram alcançadas no 3º dia do
experimento (Figura 43).
De acordo com a Figura 43, foi observada uma tendência à estabilização do íon fluoreto
nas folhas a partir do 15º dia. Nos galhos e na serapilheira, não foram evidenciadas variações
significantes nos dados, que se mantiveram estáveis durante todo o experimento.
A concentração inicial de fluoreto nas folhas (1,27 mg L
-1
) foi 12,7 vezes superior aos
galhos e 127 vezes maior que a serapilheira. Os galhos (0,1 mg L
-1
) apresentaram valores 10
vezes mais elevados que a serapilheira (Tabela 14).
Tabela 14 – Parametrização da decomposição (lixiviação/mineralização) anaeróbia de
folhas, galhos e serapilheira, com base na concentração de fluoreto.
Íon/Recurso A
0
k
1
t
1/2
k
2
t
1/2
r
2
(mg L
-1
) (dia
-1
) (dia) (dia
-1
) (dia)
Fluoreto
Folhas 1,27 1,50 0,5 0,2627 2,6 0,51
Galhos 0,10 1,50 0,5 0,1193 5,8 0,55
Serapilheira 0,01 1,50 0,5 0,0124 55,9 0,01
93
0 5 10 15 20 25 30 35
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
Fluoreto (mg L
-1
)
Tempo (dias)
Folhas
0 5 10 15 20 25 30 35
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
Fluoreto (mg L
-1
)
Tempo (dias)
Galhos
0 5 10 15 20 25 30 35
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
Fluoreto (mg L
-1
)
Tempo (dias)
Serapilheira
Figura 43 - Variação temporal das concentrações de fluoreto durante a decomposição
anaeróbia de folhas, galhos e serapilheira.
Os coeficientes de lixiviação e/ou mineralização (k
1
= 1,50 dia
–1
) foram semelhantes
entre os recursos vegetais, com um período de meia vida curto (t
1/2
=
0,5 dia). O coeficiente de
consumo/assimilação nas incubações com folhas (k
2
= 0,2627 dia
–1
; t
1/2
=
2,6 dias) foi 2,20
vezes superiores às com galhos (t
1/2
=
5,8 dias) e 21,18 vezes superior as com serapilheira, que
apresentou o tempo de meia vida mais alto (55,9 dias) entre os recursos vegetais (Tabela 14).
94
A variação das concentrações de fluoreto entre as amostras de folhas e galhos e galhos e
serapilheira foram similares (p > 0,05). Entretanto, entre as amostras de folhas e serapilheira
foi considerada significativamente diferente (p < 0,05).
ELEMENTO CLORO
O elemento cloro é encontrado nas plantas como íon cloreto (Cl
-
), em concentrações de
100 mg L
-1
no peso seco (EPSTEIN, 1972), sendo necessário para as reações de quebra da
molécula de água da fotossíntese, pelas quais o oxigênio é produzido (TAIZ & ZEIGER,
2004), atuando em conjunção com algumas enzimas (EPSTEIN,
op. cit.
). Além disso, o cloro
pode ser necessário para a divisão celular tanto em folhas quanto em raízes (HARLING
et al.
,
1997
apud
TAIZ & ZEIGER, 2004). Nas plantas adaptadas às condições salinas,
principalmente, o cloreto desempenha um papel importante, como um dos solutos que
contribui para baixar o potencial osmótico celular e no equilíbrio iônico (EPSTEIN,
op. cit.
).
Estes íons são altamente solúveis e geralmente estão disponíveis no solo porque a água
do mar é carregada pelo vento e distribuída pelo solo quando chove. A maioria das plantas
geralmente absorve mais cloro do que o necessário para o seu funcionamento normal (TAIZ
& ZEIGER, 2004).
A partir da realização do experimento de decomposição anaeróbia, com o afogamento
da biomassa vegetal, pôde-se observar a passagem do íon cloreto para o meio aquoso.
ÍON
CLORETO
Nas câmaras de decomposição contendo folhas, o íon Cl
-
apresentou concentrações
médias que variaram de 0,1023
±
0,0129 mg L
-1
(T
0
) a 5,7208
±
0,8023 mg L
-1
(1º dia). Para o
recurso galhos, o valor máximo atingido foi 4,4489
±
1,4349 mg L
-1
(7º dia). Enquanto que na
serapilheira foram observadas concentrações médias inferiores a 0,5396
±
0,2198 mg L
-1
(10º
dia) (Figura 44).
Na Figura 44, pôde-se observar uma tendência de estabilização a partir do 1 ºdia do
experimento para a serapilheira e 3ºdia para os galhos.
95
0 5 10 15 20 25 30 35
0
2
4
6
8
Cloreto (mg L
-1
)
Tempo (dias)
Folhas
0 5 10 15 20 25 30 35
0
2
4
6
8
Cloreto (mg L
-1
)
Tempo (dias)
Galhos
0 5 10 15 20 25 30 35
0
2
4
6
8
Cloreto (mg L
-1
)
Tempo (dias)
Serapilheira
Figura 44 - Variação temporal das concentrações de cloreto durante a decomposição
anaeróbia de folhas, galhos e serapilheira.
De acordo com a Tabela 15, após a parametrização do modelo de decomposição
(lixiviação/mineralização) anaeróbia, as amostras que continham as folhas (6,36 mg L
-1
)
apresentaram concentrações iniciais de Cl
-
1,48 vezes superior aos galhos e 12 vezes maiores
que a serapilheira. Os galhos (4,30 mg L
-1
) apresentaram valores 8,11 vezes superiores a
serapilheira.
96
Os coeficientes de lixiviação e/ou mineralização (k
1
= 1,50 dia
–1
; t
1/2
= 0,5 dia) foram
semelhantes entre todos os recursos vegetais. O coeficiente de consumo/assimilação das
folhas (0,0142 dia
–1
; t
1/2
=
48,8 dias) foi 1,84 vezes superior a serapilheira (t
1/2
= 90 dias). Os
galhos não apresentaram coeficiente de consumo/assimilação (Tabela 15).
Tabela 15 – Parametrização da decomposição (lixiviação/mineralização) anaeróbia de
folhas, galhos e serapilheira, com base na concentração de cloreto.
Íon/Recurso A
0
k
1
t
1/2
k
2
t
1/2
r
2
(mg L
-1
) (dia
-1
) (dia) (dia
-1
) (dia)
Cloreto
Folhas 6,36 1,50 0,5 0,0142 48,8 0,37
Galhos 4,30 1,50 0,5 0 - 0,98
Serapilheira 0,53 1,50 0,5 0,0077 90,0 0,17
Segundo o teste de Kruskal-Wallis (não paramétrico ANOVA), a variação entre as
concentrações médias de Cl
-
resultante das amostras de folhas e galhos e galhos e serapilheira
não foi considerada significante (p > 0,05). No entanto, a variação entre as amostras de folhas
e serapilheira foi considerada extremamente diferente (p < 0,001).
ÍON
BROMETO
Em relação ao íon brometo, não foram encontrados dados na literatura sobre o
metabolismo microbiano associado.
As concentrações médias do ânion Br
-
nas folhas foram inferiores a 0,0595
±
0,0055 mg
L
-1
(5º dia). No recurso galhos, o íon Br
-
apresentou valores abaixo do limite de detecção do
método (8 µg L
-1
) nas seis primeiras horas e atingiu valores máximos de 0,0312
±
0,0070 mg
L
-1
(15º dia). Na serapilheira, os valores inferiores a 8 µg L
-1
se estenderam durante as três
primeiras amostragens (T
0
,
6 hs e 1º dia), atingiu valores máximos de 0,0071
±
0,0066 mg L
-1
(10º dia) e não foi mais detectado até o final do experimento (Figura 45).
97
0 5 10 15 20 25 30 35
0,00
0,02
0,04
0,06
0,08
0,10
Brometo (mg L
-1
)
Tempo (dias)
Folhas
0 5 10 15 20 25 30 35
0,00
0,02
0,04
0,06
0,08
0,10
Brometo (mg L
-1
)
Tempo (dias)
Galhos
0 5 10 15 20 25 30 35
0,00
0,02
0,04
0,06
0,08
0,10
Brometo (mg L
-1
)
Tempo (dias)
Serapilheira
Figura 45 - Variação temporal das concentrações de brometo durante a decomposição
anaeróbia de folhas, galhos e serapilheira.
De acordo com a Figura 45, nas folhas pôde-se observar um aumento das concentrações
médias até o 5º dia e um posterior decréscimo. Nos galhos e na serapilheira, destacou-se a
tendência a estabilização a partir do 3 ºdia.
98
A Tabela 16 evidencia que a concentração inicial de brometo nas amostras de folhas
(0,065 mg L
-1
) foi 3,09 vezes superior aos galhos e 5,90 vezes maior que o recurso
serapilheira. Os galhos (0,021 mg L
-1
) apresentaram valores 1,90 vezes mais elevados que a
serapilheira.
De acordo com a Tabela 16, os coeficientes de lixiviação e/ou mineralização (k
1
= 1,50
dia
–1
) foram semelhantes entre todos os recursos vegetais e apresentaram um período de meia
vida muito curto: 0,5 dia. Os coeficientes de consumo/assimilação (k
2
) foram baixos, variando
entre 0,0003 dia
–1
; t
1/2
=
2310,5 dias (galhos) e 0,0499 dia
–1
;t
1/2
=
13,9 dias (serapilheira).
Tabela 16 – Parametrização da decomposição (lixiviação/mineralização) anaeróbia de
folhas, galhos e serapilheira, com base na concentração de brometo.
Íon/Recurso A
0
k
1
t
1/2
k
2
t
1/2
r
2
(mg L
-1
) (dia
-1
) (dia) (dia
-1
) (dia)
Brometo
Folhas 0,065 1,50 0,5 0,0297 23,3 0,95
Galhos 0,021 1,50 0,5 0,0003 2310,5 0,61
Serapilheira 0,011 1,50 0,5 0,0499 13,9 0,31
Segundo o teste de Kruskal-Wallis (não paramétrico ANOVA), a variação das
concentrações de brometo entre as amostras de folhas e galhos e galhos e serapilheira foram
similares (p > 0,05). Entretanto, entre as amostras de folhas e serapilheira foi considerada
significativamente diferente (p < 0,001).
99
CAPÍTULO 5.
CONCLUSÕES
Os recursos vegetais (folhas, galhos, e serapilheira) devem ser considerados como
substratos heterogêneos do ponto de vista estrutural (composição química), o que acarreta
numa liberação diferenciada de compostos orgânicos e inorgânicos, de acordo com o teor
desses compostos existente em suas estruturas.
O amônio e o fosfato são os principais produtos finais derivados do nitrogênio e do
fósforo, respectivamente, durante a decomposição anaeróbia de folhas, galhos e serapilheira,
realizada por bactérias heterotróficas, porque estes íons têm a liberação favorecida pelas
condições de anoxia, não sendo consumidos em larga escala.
Nas primeiras horas do experimento, enquanto existiu oxigênio, parte do amônio, foi
convertido em nitrito e nitrato que, após se estabelecerem às condições anaeróbias, foram
reduzidos a N
2
ou amonificados. Entretanto, a quantidade de amônio em solução pode ter sido
subestimada, devido à adsorção a matéria particulada e coloidal.
Os íons acetato, cloreto (folhas), fluoreto (folhas), brometo (folhas), nitrato, sulfato
(folhas e galhos), oxalato (folhas e galhos) e fosfato (folhas) parecem ter sido utilizados em
rotas metabólicas, devido ao seu comportamento ao longo do experimento, caracterizado por
um aumento gradual na fase inicial do processo de decomposição (até aproximadamente o 3º
dia) e um posterior decréscimo nas suas concentrações.
Os íons lítio, sódio, potássio, magnésio, cálcio, amônio, fluoreto (galhos e serapilheira),
cloreto (galhos e serapilheira), brometo (galhos e serapilheira), sulfato (serapilheira), oxalato
(serapilheira) e fosfato (galhos e serapilheira) foram pouco consumidos, apesar de muitos
desempenharem funções importantes nas bactérias.
100
A concentração de COD e dos íons derivados do carbono (acetato e oxalato), nas folhas,
está intimamente relacionada à proporção de carbono lábil existente neste órgão frente ao
caráter mais refratário da serapilheira e dos galhos.
A avaliação dos íons sulfato e acetato sugere a ocorrência da metanogênese a partir dos
dias 15 e 20 (folhas e galhos). As amostragens devem ser intensificadas, entre os dias 15 e 30,
para a determinação mais precisa deste processo.
101
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