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Avaliação do Efeito da Cobertura Vegetal Sobre a
Concentração de Metano Dissolvido e Parâmetros Físico-
Químicos em Duas Lagoas Continentais do Norte do Estado do
Rio de Janeiro, RJ
LEIDI MAURA BENTO DE SOUZA
Universidade Estadual do Norte Fluminense Darcy Ribeiro
CAMPOS DOS GOYTACAZES - RJ
JANEIRO - 2008
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Avaliação do Efeito da Cobertura Vegetal Sobre a
Concentração de Metano Dissolvido e Parâmetros Físico-
Químicos em Duas Lagoas Continentais do Norte do Estado do
Rio de Janeiro, RJ
LEIDI MAURA BENTO DE SOUZA
Dissertação apresentada ao Centro
de Biociências e Biotecnologia da
Universidade Estadual do Norte
Fluminense Darcy Ribeiro, como
parte das exigências para a
obtenção do Título de Mestre em
Ecologia e Recursos Naturais.
ORIENTADIORA: PROFª. DRª. CRISTINA MARIA MAGALHÃES DE SOUZA
Universidade Estadual do Norte Fluminense Darcy Ribeiro
CAMPOS DOS GOYTACAZES – RJ
JANEIRO - 2008
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Avaliação do Efeito da Cobertura Vegetal Sobre a
Concentração de Metano Dissolvido e Parâmetros Físico-
Químicos em Duas Lagoas Continentais do Norte do Estado do
Rio de Janeiro, RJ
LEIDI MAURA BENTO DE SOUZA
Dissertação apresentada ao Centro de
Biociências e Biotecnologia da Universidade
Estadual do Norte Fluminense Darcy Ribeiro,
como parte das exigências para a obtenção
do Título de Mestre em Ecologia e Recursos
Naturais.
Aprovada em 29 de janeiro de 2008.
Comissão examinadora:
Prof. Dr. Alex Enrich Prast - Departamento de Ecologia - UFRJ
Prof. Dr. Carlos Eduardo Veiga de Carvalho - Laboratório de Ciências
Ambientais - UENF
Dr. Marcelo Gomes de Almeida - Laboratório de Ciências Ambientais - UENF
Prof. Dra. Cristina Maria Magalhães de Souza - Laboratório de Ciências
Ambientais - Orientadora - UENF
Dedico aos meus pais Antônio Cláudio
(in memorian) e Severina e aos meus
irmãos Cláudio e Marcos Antônio.
Agradecimentos
A Prof
a
Glauca por ter aceitado me orientar inicialmente.
A Prof
a
Cristal por ter aceitado me orientar e me apoiado em um dos
momentos mais difíceis que passei durante o desenvolvimento desse trabalho.
Pelo companheirismo na elaboração do presente trabalho nas coletas de
campo e pela amizade. Obrigada Cristal por acreditar e apostar em mim e me
direcionar e apoiar em todos os momentos dessa pesquisa a partir do momento
que você esteve presente. Sou muito grata a você!
A todos os professores do LCA, pelos os ensinamentos e experiências
adquiridas.
Em especial aos professores Ana Paula, Carlinhos e Ângela pelo apoio e
incentivos incondicionais.
Ao Marcelo Almeida pela amizade e minuciosa e importante revisão
deste trabalho, e pelas ajudas nos experimentos de campo e laboratório.
A UENF pela concessão da bolsa de Mestrado.
A FAPERJ pelo fomento do projeto.
A Beti pelo incondicional apoio e amizade.
A todos os amigos do LCA, pela convivência agradável e
companheirismo durante as disciplinas e pelo apoio durante os momentos
difíceis que passei tanto na minha vida pessoal quanto no desenvolvimento
deste trabalho. Agradeço ao Gustavo, Marcella, Giselle Freesz, a Gi loira, aos
Brunos Esteve e Masi, a Taíse e Willian, Junior, a Carol, Claudinha. E mais ao
Matheus e Vinícius pelas dicas de estatística, ao Fofuxo. A Ana Paula, a Elaine
Bernini pelo apoio nos momentos difíceis, ao Fred, a Lígia, a Vanessa.
A Elida e Izabel pela amizade e ajudas de campo.
A Joanna pelas ajudas de campo e no laboratório.
Aos técnicos de laboratório Cristiano, Alcemir e Ana Paula pela amizade
e ajuda nos experimentos.
Aos técnicos de campo Ivanilton, Helmo, Sr. Antônio e Vandeley nas
coletas de campo.
A minha mãe, minha minininha, pelo apoio nos momentos difíceis e pelo
carinho. Eu te amo querida!
Aos meus irmãos Cláudio Marcos e Marcos Antônio pelo apoio e
confiança que depositaram em mim durante todos esses anos de minha
formação acadêmica.
Aos meus anjinhos, meus sobrinhos Matheus, Lucas e Maria Eduarda,
pelos sorrisos, pelos beijos e carinhos. Contemplar o sorriso e o olhar puro e
verdadeiro de vocês me fortalece e me faz acreditar em dias melhores. Titia
ama vocês!
Ao Fabiano pelo apoio, carinho, incentivo, critica. Enfim, por você fazer
parte da minha vida. Adoro você!
A minha madrinha Madalena pelo apoio nos momentos difíceis que
passei durante o desenvolvimento desse trabalho, e ajuda financeira durante o
período em que estive sem bolsa.
A Paula pelo companheirismo e amizade, por me amparar naqueles
momentos... Você sabe. Te amo amiga!!!
A amiga Izabel pelos incentivos e orações, muito obrigada!
Ao Leandro e Deivison pelo incentivo nos momentos difíceis.
I
SUMÁRIO
Resumo_________________________________________________________III
Abstrat__________________________________________________________V
Abreviaturas_____________________________________________________VII
Lista de Figuras _________________________________________________VIII
Lista de Tabelas __________________________________________________XI
1 - INTRODUÇÃO__________________________________________________1
1.1 - Ambientes Alagados____________________________________________2
1.2 - Fatores Reguladores da Metanogênese_____________________________7
1.3 - Macrófitas Aquáticas____________________________________________9
2 - HIPÓTESES DO TRABALHO_____________________________________11
3 - OBJETIVOS__________________________________________________11
3.1 - Objetivo Geral________________________________________________11
3.2 - Objetivos Específicos__________________________________________11
4 - MATERIAL E MÉTODOS________________________________________12
4.1 - Área de Estudo_______________________________________________12
4.1.1 - Lagoa do Vigário_______________________________________12
4.1.2 - Lagoa de Cima________________________________________13
4.2 - Estratégias de Coleta__________________________________________14
4.2.1 - Estratégias Inicialmente Testadas_________________________14
4.2.2 - Estratégias Adotadas neste Trabalho_______________________15
4.3 - Tratamento das Amostras_______________________________________22
4.3.1 - Procedimentos Realizados no Campo______________________22
4.3.2 - Procedimentos Realizados no Laboratório___________________23
4.4 - Tratamento Estatístico_________________________________________25
II
5 - RESULTADOS________________________________________________26
5.1 - Clima no Período de Estudo_____________________________________26
5.2 - Lagoa do Vigário______________________________________________27
5.2.1 - Concentração de CH
4
na Lagoa do Vigário na Presença e Ausência
de Typha domingensis _______________________________________27
5.2.2 - Variação Temporal da Concentração de CH
4
na Lagoa do
Vigário____________________________________________________29
5.2.3 - Concentração de Metano na Água Superficial e Intersticial do
Sedimento da Lagoa do Vigário_________________________________31
5.3 - Lagoa de Cima_______________________________________________32
5.3.1 - Variação Temporal da Concentração de CH
4
_________________32
5.4 - Avaliação do Papel da Typha domingensis no Ciclo do Metano_________34
6 - DISCUSSÃO__________________________________________________36
6.1 - Lagoa do Vigário______________________________________________36
6.1.1 - Concentração de CH
4
na Lagoa do Vigário na Presença e Ausência
de Typha domingensis _______________________________________36
6.2 - Variação Temporal da Concentração de CH
4
na Lagoa do Vigário e de
Cima___________________________________________________________39
6.3 - Comparação dos Intervalos de Concentração de Metano encontrados no
Presente Estudo com Outros Trabalhos _______________________________41
6.4 - Avaliação do Papel da Typha domingensis no Ciclo do Metano_________45
7 - CONCLUSÃO_________________________________________________49
8 - REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS________________________________50
9 - APÊNDICES__________________________________________________56
III
RESUMO
Nesse estudo foi avaliada a concentração de CH
4
na coluna d’água em duas
lagoas continentais (Lagoa de Cima e do Vigário, Campos dos Goytacazes - RJ)
com diferentes graus de contaminação por efluentes domésticos, na presença e
ausência da macrófita Typha domingensis. Na lagoa do Vigário foram observadas
concentrações de CH
4
em áreas com macrófitas (CM) e sem macrófitas (SM). A
concentração de metano na área SM variou entre 0,09 - 6,63 mol.L
-1
e na área
CM o intervalo foi de 0,06 - 0,80 mol.L
-1
. Os resultados indicam uma maior
concentração de CH
4
na área SM em relação à área CM. A avaliação temporal da
concentração de CH
4
foi realizada em áreas sem macrófitas nas duas lagoas. O
intervalo de concentração de metano na lagoa do Vigário foi maior no período
chuvoso (0,14 – 0,36 mol.L
-1
) em relação ao período seco (0,07 - 0,20 mol.L
-1
).
Na lagoa de Cima observou-se o mesmo padrão de variação temporal com maior
concentração de CH
4
no período chuvoso (0,12 - 0,49 mol.L
-1
) em relação ao
período seco (0,07 - 0,13 mol.L
-1
). O efeito da Typha no ciclo do CH
4
foi avaliado
em amostras de água superficial coletadas em um banco de macrófita, sob duas
condições de poda: (1) 5 cm abaixo do nível d’ água (CAb); (2) 5 cm acima do
nível d’ água (CAc) e em um ponto sem macrófita (SM), que serviu como controle
juntamente com uma área CM. As concentrações de CH
4
foram: CM = 1,11 - 3,11
mol.L
-1
; SM = 0,20 - 0,67 mol.L
-1
; CAc = 0,51 - 2,40 mol.L
-1
e CAb = 0,53 -
2,13 mol.L
-1
. Na lagoa do Vigário a produção de metano no sedimento foi
avaliada medindo-se sua concentração na água intersticial e comparando-se com
água de superfície. O intervalo da concentração de metano na água superficial
variou entre 0,45 e 1,89 mol.L
-1
, enquanto na água intersticial as concentrações
encontradas mostraram valores entre 1,91 e 6,35 mol.L
-1
. Os resultados
encontrados sugerem uma maior concentração de CH
4
nas lagoas de estudo no
período chuvoso. É possível que este aumento possa ser devido a características
típicas desse período, como aumento da temperatura e da profundidade água,
bem como maior aporte de matéria orgânica que serve de substrato para
metanogênese, e/ou condições físicas favoráveis devido ao aumento da coluna
d’água que contribui para maior concentração do CH
4
na água. A Typha
domingensis parece participar do ciclo do metano na lagoa do Vigário fornecendo
matéria orgânica (detritos e substratos orgânicos através da raiz) para
IV
metanogênese, bem como atuando no transporte desse gás para a atmosfera via
aerênquima da planta. Os resultados encontrados para concentração de CH
4
na
água intersticial confirmam o substrato sedimentar como fonte principal da
produção de metano na lagoa do Vigário.
Palavras - chave: áreas alagadas, eutrofização, metano, Typha domingensis,
coluna d’ água.
V
ABSTRACT
In that study the CH
4
concentration was evaluated in water column of two
continental lagoons (Lagoa de Cima e Vigário, Campos dos Goytacazes - RJ) with
different degrees of contamination for wastewater, in the presence and absence of
the macrófita Typha domingensis. In the Vigário's lagoon the CH
4
concentrations
were observed in areas with macrófitas (CM) and without macrófitas (SM). The
methane concentration in the area SM varied among 0,09 - 6,63 mol.L
-1
and in
the area CM the interval was of 0,06 - 0,80 mol.L
-1
. The results indicate a larger
CH
4
concentration in the area SM in relation to the area CM. The temporary
evaluation of the CH
4
concentration was accomplished in areas without macrófitas
in the two lagoons. The interval of CH
4
concentration in the Vigário's lagoon was
larger in the rainy period (0,14-0,36 mol.L
-1
) in relation to the dry period (0,07 -
0,20 mol.L
-1
). In the lagoon of Cima the same pattern of temporary variation was
observed with larger methane concentration in the rainy period (0,12 - 0,49 mol.L
-
1
) in relation to the dry period (0,07 - 0,13 mol.L
-1
). The effect of Typha in the
cycle of CH
4
was evaluated in water surface samples collected in a macrófita area,
under two pruning conditions: (1) 5 cm below the level of water (CAb); (2) 5 cm
above the level of water (CAc) and in a point without macrófita (SM), that it served
as control together with an area CM. The concentrations of CH
4
were: CM = 1,11 -
3,11 mol.L
-1
; SM = 0,20 - 0,67 mol.L
-1
; CAc = 0,51 - 2,40 mol.L
-1
and CAb =
0,53 - 2,13 mol.L
-1
. In the Vigário's lagoon the methane production in sediment
was evaluated being measured the methane concentration in the interstitial water
and being compared with surface water. The interval of methane concentration in
the water surface varied between 0,45 and 1,89 mol.
L-1
, while in the water
interstitial found concentrations showed values between 1,91 and 6,35 mol.
L-1
.
The found results suggest a larger CH
4
concentration in the study lagoons in the
rainy period. It is possible that this increase can be due to typical characteristics of
that period, as increase of the temperature and of the depth water, as well as
larger contribution of organic matter that it serves as substratum for the process of
methane formation, and/or favorable physical conditions due to the increase of the
water column that contributed to larger of CH
4
concentration in the water. The
Typha domingensis seems to participate in the cycle of the methane in the
Vigário’s lagoon supplying organic matter (debris and organic substrata through
VI
the root) for the process of methane formation, as well as acting in the transport of
that gas for the atmosphere by the direct emission of the plant. The results found
for CH
4
concentration in the water interstitial confirm the sedimentary substratum
as main source of the methane production in the Vigário's lagoon.
Key-Words: flooded areas, eutrophication, methane, Typha domingensis, water
column.
VII
Abreviaturas
CAb____________________ Macrófita cortada abaixo da água de superfície
CAc____________________ Macrófita cortada acima da água de superfície
CL_____________________ Chácara da Lagoa
CM_____________________ Com Macrófita
IC______________________ Iate Clube
LC_____________________ Lagoa de Cima
LV_____________________ Lagoa do Vigário
SMA____________________ Secretaria de Meio Ambiente
SM_____________________ Sem Macrófita
VIII
Lista de Figuras
Figura 1 - Esquematização do ciclo do carbono em áreas alagadas (Adaptado de
Fenchel et al., 1998) _______________________________________________3
Figura 2 - Estratificação vertical das principais reações realizadas por
microrganismos no sedimento de ecossistemas aquáticos (Fonte: Fenchel et al.,
1998) ___________________________________________________________6
Figura 3 - Esquema representando a produção, oxidação e emissão de metano
no sedimento e na coluna d’ água nos ecossistemas aquáticos continentais
(Fonte: Fenchel et al., 1998) _________________________________________7
Figura 4 - Esquema dos aerênquimas em macrófitas aquáticas. (A) Caminhos
percorridos pelos gases através do aerênquima das plantas (Fonte: Joabson et
al., 1999). (B) Representação dos sistemas de canais por onde o ar entre e sai
das macrófitas (Fonte: Brix, 1994)____________________________________10
Figura 5 - Mapa de localização das lagoas de estudo Vigário e de Cima. Os
pontos marcados nas lagoas representam os locais de amostragem. Na lagoa do
Vigário as coletas foram realizadas na Chácara da Lagoa (1), e Secretaria de
Meio Ambiente (2 e 3). Na lagoa de Cima as coletas foram realizadas próximas ao
Iate Clube (4)____________________________________________________14
Figura 6 - Fluxograma explicativo dos passos metodológicos adotados para
coleta na presença e ausência da Typha domingensis na Lagoa do Vigário____16
Figura 7 - Banco amostral de Typha domingensis na Chácara da Lagoa _____16
Figura 8 - Fluxograma explicativo dos passos metodológicos aplicados para as
coletas realizadas na lagoa de Cima e Vigário para variação temporal _______18
IX
Figura 9 - Fluxograma explicativo dos passos metodológicos adotados para
avaliar a concentração de CH
4
nos diferentes compartimentos do sistema na
Lagoa do Vigário_____________________________ ____________________19
Figura 10 - Banco amostral de Typha domingensis na Secretaria de Meio
Ambiente _______________________________________________________20
Figura 11 - Fluxograma explicativo dos passos metodológicos aplicados para as
coletadas realizadas na lagoa do Vigário para realização do experimento com a
Typha domingensis para avaliar seu papel no ciclo do metano _____________21
Figura 12 - Variação da temperatura e precipitação pluviométrica no município de
Campos dos Goytacazes entre o período de junho de 2006 e janeiro de 2007
(Fonte: Embrapa) _________________________________________________26
Figura 13 - Boxplot das medianas e intervalos interquartiles da variação da
concentração de metano na água superficial da lagoa do Vigário na presença e
ausência de Typha domingensis na Chácara da Lagoa ___________________28
Figura 14 - Boxplot das medianas e intervalos interquartiles da variação da
concentração de metano na água superficial da lagoa do Vigário sem vegetação
no período seco e chuvoso__________________________________________30
Figura 15 - Boxplot das medianas e intervalos interquartiles da variação da
concentração de metano na água superficial e intersticial da lagoa do Vigário na
Chácara da Lagoa em um banco de Typha domingensis __________________31
Figura 16 - Boxplot das medianas e intervalos interquartiles da variação da
concentração de metano na água superficial da lagoa de Cima no período seco e
chuvoso_________________________________________________________33
Figura 17 - Boxplot das medianas e intervalos interquartiles da variação da
concentração de metano na água superficial da lagoa do Vigário, no experimento
X
realizado na Secretaria de Meio Ambiente com a macrófita Typha domingensis
_______________________________________________________________35
Figura 18 - Intervalos de confiança para comparações múltiplas entre os
diferentes tipos de tratamentos no experimento realizado com Typha domingensis
na Secretaria de Meio Ambiente _____________________________________36
XI
Lista de Tabelas
Tabela 1 - Parâmetros físico-químicos e CH
4
dissolvido onde foram coletadas as
amostras de água no ponto com e sem macrófita na lagoa do Vigário (Chácara da
Lagoa)__________________________________________________________27
Tabela 2 - Valores dos parâmetros físico-químicos e concentração de CH
4
dissolvido medidos nos campos realizados no período seco e chuvoso na lagoa
do Vigário, na Secretaria de Meio Ambiente e Chácara da Lagoa. Os parâmetros
marcados (*) não foram medidos devido a problemas analíticos instrumentais
_______________________________________________________________29
Tabela 3 - Valores dos parâmetros físico-químicos e concentração de CH
4
dissolvido medidos nos campos realizados no período seco e chuvoso na lagoa
de Cima próximo ao Iate Clube. Os parâmetros marcados (*) não foram medidos
devido a problemas analíticos instrumentais ____________________________32
Tabela 4 - Valores dos parâmetros físico-químicos e concentração de CH
4
dissolvido encontrados na água superficial da lagoa do Vigário nos diferentes
tratamentos realizados nos experimentos com macrófitas Typha domingensis
_______________________________________________________________34
Tabela 5 - Tabela comparativa das faixas de variações das concentrações de CH
4
dissolvido na coluna d’água em diferentes ambientes aquáticos e as respectivas
referências bibliográficas ___________________________________________42
1
1 - INTRODUÇÃO
O efeito climático do aumento dos gases do efeito estufa na atmosfera é o
aquecimento global. Segundo o 4º Relatório do Painel Intergovernamental sobre
Mudanças Climáticas (IPCC, 2007), mesmo que a emissão de gases estufa seja
estabilizada ou reduzida nos dias atuais às mudanças climáticas são inevitáveis,
alterando, consequentemente, a dinâmica de funcionamento da Terra,
condicionada a fatores físicos, químicos e biológicos.
Atualmente, o CO
2
juntamente com o CH
4
e N
2
O, são considerados os
gases mais importantes no processo de aquecimento global. As concentrações
médias globais desses gases na atmosfera aumentaram notadamente como
resultado das atividades humanas desde 1759 e agora excedem valores pré-
industriais (IPCC, 2007). O metano, por exemplo, em 2005, excedeu o nível de
base natural dos últimos 650.000 anos, como determinado nos experimentos para
avaliação da concentração desse gás nas frações do núcleo do gelo polar (IPCC,
2007). Daí a sua crescente importância no impacto causado na alteração do clima
da Terra (Jugsujinda et al.,1996), acentuando o efeito estufa natural (Berner &
Berner, 1996). Se por um lado o CO
2
é responsável por cerca da metade do calor
atmosférico absorvido (Manahan, 1994), por outro lado, o metano atmosférico
chega a ser de 20 a 30 vezes mais eficiente na captação de calor, quando
comparado ao gás carbônico, em função da sua alta capacidade calorífica
(Manahan, 1994; Baird, 2000).
Embora a sustentabilidade do gás metano na atmosfera seja representado
por uma vida média de aproximadamente dez anos (Manahan, 1994), este pode
ser removido em grande quantidade através de processos químicos que ocorrem
na estratosfera com radicais hidroxilas (OH
-
), como pode ser observado na reação
abaixo em que o metano é oxidado e moléculas de vapor d’água e monóxido de
carbono são formados (Manahan, 1994).
CH
4(g)
+ OH
-
(aq)
+ O
2(g)
2H
2
O
(l)
+ ½ H
2(g)
+ CO
(g)
(eq. 1)
O Brasil possui uma matriz energética considerada “mais limpa”, em relação
aos países que tem com base energética as termoelétricas, por ser constituída,
em sua maior parte, por hidroelétricas e uma parcela considerável de
2
biocombustíveis. O país figura o 4º lugar entre os maiores emissores de gases
estufa (World Research Institute, 2007) em função das queimadas oriundas do
desmatamento, principalmente da Amazônia, o que representa 75% das emissões
brasileiras (Moutinho & Schwartzman, 2005).
Outra fonte significativa de emissão de gases estufa no Brasil é a região do
Pantanal que chega a contribuir com cerca de 3,3 % da emissão total de CH
4
em
ecossistemas alagados. Estes dados colocam essa região do Centro-Oeste
brasileiro como uma das mais importantes fontes naturais de metano atmosférico
(Marani & Alvalá, 2007). Outros autores ressaltam a importância dos reservatórios
de água doce como fontes representativas da emissão de metano no Brasil.
Santos et al., (2006) avaliaram o papel de nove reservatórios brasileiros em
relação às taxas de emissões de CH
4
e CO
2
, e concluíram que juntos, estes
reservatórios chegam a emitir cerca de 4.908.166 tC/ano.
1.1 - Ambientes Alagados
Estima-se que solos alagados cubram cerca de 5 a 7% da superfície de todo
o planeta (Neue et al., 1997; Anselmannn & Crutzen, 1989) e que sejam uma
grande fonte natural de metano atmosférico, contribuindo com cerca de 20% da
emissão global (Anselmann & Crutzen, 1989).
Os alagados são encontrados em todos os continentes e em regiões com
climas variados. São localizados geralmente em ecótonos, ou seja, entre os
sistemas terrestre seco e aquático como rios, lagos, estuários e oceanos. Podem
ser também encontrados como integrantes da paisagem em bacias isoladas com
pouca saída de água, mas que cortam o lençol freático. Essas áreas em geral
apresentam uma sazonalidade quanto ao volume de água que as caracteriza
induzindo a limites edáficos que, em última análise, definem as taxas dos recursos
metabólicos disponíveis (Mitsch & Gosselink, 2000). Nesses ambientes alagados
predomina o crescimento de uma vegetação natural de plantas aquáticas
chamadas macrófitas (Brix, 1997).
Áreas alagadas ou quaisquer outros sistemas que contenham macrófitas
aquáticas como organismos produtores, são reconhecidos como “sumidouros” de
nutrientes devido a diversos processos que neles ocorrem. A assimilação dessas
espécies químicas pelas plantas, sedimentação, absorção e estocagem na
3
biomassa microbiana, desnitrificação, adsorção e precipitação (Burgoon et al.,
1991; Lannes, 2004), são alguns dos mecanismos que caracterizam esse
ambiente como um “filtro natural”, pois são receptores de águas provenientes de
corpos hídricos de fontes naturais ou efluentes de origem antrópica (Mitsch &
Gosselink, 2000). Este cenário inclui os alagados como áreas potenciais para o
desenvolvimento da lavoura, observando-se em algumas regiões a sua ampla
utilização para o cultivo de arroz (Neue et al., 1997).
Para melhor compreensão do processo de formação de CH
4
em ambientes
aquáticos, é preciso compreender o ciclo do carbono nestes ambientes. Segundo
Carmouze (1994), o CO
2
que é o precursor da fotossíntese e o produto final da
degradação da matéria orgânica, é o melhor indicador para definir o metabolismo
do ecossistema (Figura 1).
Figura 1 - Esquematização do ciclo do carbono em áreas alagadas (Adaptado de
Fenchel et al., 1998).
O gás carbônico participa de processos aeróbicos e anaeróbicos no ciclo do
carbono. A matéria orgânica é continuamente produzida por meio dos processos
de foto e de biossíntese, e a sua mineralização ocorre através dos processos de
respiração e fermentação. O metabolismo de um ecossistema aquático
compreende, portanto, a soma dos diversos processos metabólicos que envolvem
4
as comunidades características da biota local (Carmouze, 1994). Em condição
aeróbica, o metabolismo pode ser expresso de maneira simplificada (eq. 2),
caracterizado por um processo geral de produção e mineralização de matéria
orgânica. A fotossíntese e a respiração debelam os horizontes anaeróbios
(domínio atmosférico e zonas oxidadas do compartimento pedológico), onde a
matéria orgânica é reduzida, e a molécula de CO
2
funciona como um doador de
elétrons para o processo fotossintético e o O
2
funciona como aceptor terminal de
elétrons no processo de respiração (Carmouze, 1994; Mitsch & Gosselink, 2000).
Produção
CO
2(g)
+ H
2
O
(l)
CH
2
O
(s)
+ O
2(g)
(eq. 2)
Mineralização
Já em condição anaeróbica o carbono está presente em reações de
fermentação mediado por organismos anaeróbicos facultativos e/ou aneróbicos.
Ocorre quando a matéria orgânica é aceptor terminal de elétrons na respiração de
microrganismos e forma vários ácidos e álcoois de baixo peso molecular e CO
2
. O
processo de formação de ácido lático (eq. 3) e etanol (eq. 4) a partir de material
orgânico constituem exemplos de fermentação. Além da fermentação o carbono
está presente na metanogênese. Esta ocorre quando certas bactérias
(metanogênicas) usam CO
2
(eq. 5), ou, alternativamente, compostos orgânicos de
baixo peso molecular (eq. 6) como aceptor de elétrons para a produção do gás
CH
4
(Carmouze, 1994; Mitsch & Gosselink, 2000).
Fermentação
C
6
H
12
O
6(aq)
2CH
3
CH
2
OCOOH
(aq)
(eq.3)
(ácido lático)
C
6
H
12
O
6(aq)
2CH
3
CH
2
OH
(aq)
+ 2CO
2(g)
(eq. 4)
(etanol)
Metanogênese
CH
3
COOH
(aq)
+ CO
2(g)
CH
4(g)
+ 2CO
2(g)
(eq. 5)
CH
3
COO
(aq)
+ 4H
2(g)
2CH
4(g)
+ 2H
2
O
(l)
(eq. 6)
5
O CO
2
presente na atmosfera é rapidamente transportado para a biota
terrestre, assim como deles para a atmosfera. Os vegetais, por meio da
fotossíntese, são capazes de fixar CO
2
e produzir moléculas orgânicas variadas
utilizando energia de origem solar. A partir do processo de fotossíntese, o carbono
é incorporado a biomassa de produtores primários e, posteriormente, transportado
ao longo da cadeia alimentar. Por meio da respiração aeróbia de todos os
organismos da cadeia trófica, a matéria orgânica é consumida e o CO
2
é
produzido. A porção do carbono que não é gasta no processo respiratório implica
um incremento em termos de biomassa. Após a morte de animais e plantas, a
matéria orgânica acumulada no sedimento é decomposta por microrganismos em
moléculas orgânicas menores e CO
2
. Os processos de respiração aeróbia e a
decomposição (aeróbica e anaeróbica) são responsáveis pelo retorno do CO
2
para atmosfera, além do CH
4
e CO. O CO
2
pode ainda transitar passivamente por
difusão, entre a atmosfera e o ambiente aquático. Nesse reservatório – a
hidrosfera – o CO
2
reage com a água, originando outras formas de carbono,
tratadas em conjunto como carbono inorgânico dissolvido (CID). Todas essas
formas se tornam disponíveis para a utilização pelos organismos
fotossintetizantes, como algas, macrófitas e algumas bactérias (Roland et al.,
2005; Mitsch & Gosselink, 2000).
Nas camadas superficiais do sedimento de ambientes alagados há a
formação de CO
2
a partir da ocorrência de processos aeróbicos. As camadas
situadas abaixo da zona de respiração aeróbica caracterizam a hierarquização
dos principais processos anaeróbicos, conforme a seguinte ordem hierárquica, a
partir da fração superficial do sedimento: a) zona de redução de NO
-
3
/N
2
e N
2
O,
também chamada de zona de desnitrificação; b) zona de redução dos metais
Mn
+4
/Mn
+2
e Fe
+3
/Fe
+2
; c) zona de sulfato redução SO
4
-2
/H
2
S; d) zona de
metanogênese CO
2
/CH
4
, (camada mais reduzida do sedimento) (Figura 2) (Mitsch
& Gosselink, 2000; Carmouze, 1994).
6
Figura 2 - Estratificação vertical das principais reações realizadas por
microrganismos no sedimento de ecossistemas aquáticos (Fonte: Fenchel et al.,
1998).
Estas espécies químicas mencionadas são os mediadores das reações
redox do sistema, onde, uma vez atuando como potenciais agentes oxidantes
deslocam elétrons dos substratos presentes em faixas específicas de potencias
redox, tornando a matriz sedimentar cada vez mais reduzida. Dessa maneira as
condições anaeróbicas resultam nas transformações de compostos inorgânicos, o
que gera a produção de gases, a serem potencialmente emitidos para atmosfera
(Mitsch & Gosselink, 2000).
Em alagados com condições reduzidas extremas ocorre o processo de
metanogênese, e o gás metano é liberado para atmosfera. A metanogênese
ocorre quando certas bactérias anaeróbicas, chamadas metanogênicas, usam
dióxido de carbono e compostos orgânicos de baixo peso molecular como
aceptores de elétrons na decomposição de matéria orgânica, previamente
metabolizada por outros organismos (Mitsch & Gosselink, 2000; Fenchel et al.,
1998).
A emissão de metano em alagados geralmente apresenta uma variação
sazonal de acordo com a presença ou ausência de vegetação aquática (Mitsch &
Gosselink, 2000; Neue et al., 1997). Essa vegetação pode agir como sumidouro
de gás do efeito estufa, retendo o dióxido de carbono da atmosfera e de nutrientes
7
presentes na coluna d’água para a realização da fotossíntese. Por outro lado, as
macrófitas podem agir como uma fonte de gases do efeito estufa através da
emissão do metano produzido no sedimento, translocando o gás para atmosfera
via aerênquima da planta, além de fornecer sua própria biomassa como substrato
para os organismos metanogênicos, quando atinge o estágio senescente (Brix et
al., 2001). Na ausência da macrófita, o metano é liberado para atmosfera através
de processos de difusão e/ou formação de bolhas desse gás na coluna d’água
(Chanton et al., 1989; Brix et al., 1992; Brix, 1996) (Figura 3).
Figura 3 - Esquema representando a produção, oxidação e emissão de metano no
sedimento e na coluna d’ água nos ecossistemas aquáticos continentais (Fonte:
Fenchel et al., 1998).
1.2 - Fatores Reguladores da Metanogênese
Em áreas alagadas o processo de metanogênese é regulado ainda por
alguns fatores edáficos. Entre eles é possível destacar a temperatura, uma vez
que alguns autores observaram uma relação direta entre este parâmetro e o fluxo
potencial de metano (Hargreaves & Fowler, 1998; Singh, 2001; Wang & Han,
2005; Xing et al., 2005;). Segundo Chang & Yang (2003), de modo geral a
produção de CH
4
parece estar relacionada à temperatura do sedimento, uma vez
8
que esses autores encontraram uma relação linear entre a atividade microbiana
metanogênica e a temperatura do ambiente em questão. Segundo os mesmos
autores, o melhor intervalo de temperatura para metanogênese está entre 15 e 30
ºC.
Um outro importante fator regulador do processo seria a ocorrência de uma
faixa específica do potencial redox (Singh, 2001; Yu et al., 2006). Chang & Yang
(2003) concluíram que cerca de 80% do metano produzido biologicamente por
organismos anaeróbicos ocorre em condições redutoras (baixas taxas de Eh).
Diretamente relacionado a essa questão, encontram-se as observações de Singh
et al., (2000), onde os autores discutem que o aumento da profundidade promove
a estratificação da coluna d’água e uma diminuição da concentração de O
2
dissolvido nas águas de fundo, o que gera a redução do potencial redox e
favorece a metanogênese, dependente da produção de organismos anaeróbicos
obrigatórios e da disponibilidade de aceptores de elétrons alternativos (Mitsch &
Gosselink, 2000;
Fenchel et al., 1998
).
Outra variável físico-química importante a ser considerada na metanogênese
é o pH do sistema, uma vez que as bactérias responsáveis pelo processo crescem
em um intervalo restrito na escala de valores entre 6 e 8, com o ótimo em 7
(Oremland, 1988; Chang & Yang, 2003).
Segundo Chang & Yang (2003), outro fator que beneficia a metanogênese é
a razão C/N no sedimento, uma vez que quanto maior a razão maior a produção
de metano, considerando que o processo de metanogênese ocorre no estágio
mais reduzido de decomposição da matéria orgânica.
A estação chuvosa potencializa a metanogênese, uma vez que este período
é caracterizado pelo maior aporte de matéria orgânica oriundos da lixiviação e
escoamento superficial do solo (Chang & Yang, 2003; Singh, 2001; Singh et al.,
2000) além do aumento da profundidade das águas, o que permite a anoxia das
águas de fundo devido a estratificação da coluna d’água (Duan et al., 2005; Wang
et al., 2005; Singh et al., 2000). Outra característica do período chuvoso é a
parcial desestratificação da coluna d’água e um superior transporte das águas de
fundo ricas em metano devido a perturbação da coluna d’água através da chuva e
ventos (Abril et al., 2006).
9
Características antropogênicas como dejetos de esgotos e resíduos
industriais e agrícolas favorecem a metanogênese (Blaha et al., 1999; Singh et al.,
2000; Chang & Yang, 2003), através do aumento do aporte de matéria orgânica,
que será usado pelos organismos decompositores.
Um outro fator regulador é a salinidade. Em geral os ambientes hipersalinos
apresentam elevadas concentrações do ânion sulfato (SO
4
-2
). Nesses ambientes,
bactérias sulfato redutoras crescem pela oxidação de substratos, reduzindo sulfato
a gás sulfídrico (Fenchel et al., 1998), como pode ser observado na reação
abaixo.
SO
4
-2
(aq)
+ 4H
2(g)
H
2
S
(g)
+ 2H
2
O
(l)
+ 2OH
-
(aq)
(eq. 7)
Nestas condições, as bactérias sulfato redutoras utilizam os substratos
orgânicos sedimentares em níveis menos anóxicos do que os metanogênicos
necessitam (Casper, 1992; Mitsch & Gosselink, 2000).
Essa competição por substratos é menor nos ambientes hipersalinos em
razão da presença de substratos não competitivos (Zinder, 1993). Organismos
que vivem em ambientes hipersalinos apresentam uma estratégia osmoadaptativa
que favorece a metanogênese, isto é, possuem uma habilidade para se adaptar a
diferentes concentrações externas de sais. O acúmulo de íons (Na
+
) no interior
das células é prejudicial ao seu funcionamento básico, dessa forma esses íons
são progressivamente substituídos por solutos orgânicos fabricados pelas próprias
células. Esses solutos acumulados no interior das células de organismos que
vivem em ambientes hipersalinos que vão ser utilizados como substratos pelos
metanogênicos (Zinder, 1993).
1.3 - Macrófitas Aquáticas
A maior parte das macrófitas tem um mecanismo estrutural para evitar a
anoxia das raízes. Essas respostas em ambientes alagados são mecanismos que
aumentam o suprimento de oxigênio da planta. As macrófitas desenvolveram
estruturas chamadas aerênquima, que são responsáveis pelo transporte de ar da
porção aérea da planta até a raiz (Mitsch & Gosselink, 2000). O transporte de
oxigênio nas plantas de áreas alagadas pode ocorrer por diferença do gradiente
10
de concentração no interior das mesmas e através de fluxo convectivo (Brix et al.,
1992). Tal sistema de transporte de oxigênio também é utilizado como canal de
escape para o excesso de CO
2
e CH
4
ao redor da raiz (Singh, 2001; Brix, 1994),
como pode ser observado na figura abaixo (Figura 4).
A oxigenação na região da raiz das macrófitas é responsável pela oxidação
do CH
4
a CO
2
, através da ação de bactérias denominadas metanotróficas. Essas
bactérias podem estar presentes também nas camadas superficiais do sedimento
ou na coluna d’água, regiões normalmente oxigenadas de acordo com a reação
abaixo (Holzapfel-Pschorn et al.,1986; Bosse & Frenzel, 1998; Berner & Berner,
1996).
CH
4(g)
+ 2O
2(g)
2H
2
O
(l)
+ CO
2(g)
(eq. 8)
Figura 4 - Esquema dos aerênquimas em macrófitas aquáticas. (A) Caminhos
percorridos pelos gases através do aerênquima das plantas (Fonte: Joabson et al.,
1999). (B) Representação dos sistemas de canais por onde o ar entre e sai das
macrófitas (Fonte: Brix, 1994).
A macrófita Typha domingensis, que é conhecida no Brasil como “Taboa”, é
uma monocotiledônia que pertence à família Typhaceae. Possui características de
plantas terrestres, com uma grande rigidez das folhas, de forma que estas ficam
eretas fora d’água (Branco, 1978). Desenvolve-se normalmente em bancos
monoespecíficos, e reproduz-se através de semente de propagação vegetativa de
rizomas persistentes (Maio e Sklar, 1998). Caracteriza-se como uma planta que
está adaptada a ambientes perturbados e ricos em nutrientes (Lorenzen et al.,
2001). Segundo (Mistch & Gosselink, 2000), a Typha domingensis assume um
A
B
11
papel de destaque em áreas alagadas eutrofizadas, uma vez que pode beneficiar-
se com o excesso de nutrientes, dada sua capacidade de absorção e estocagem.
2 - HIPÓTESES DE TRABALHO
Para desenvolvimento do trabalho foram formuladas as seguintes hipóteses:
- A concentração de CH
4
encontrada na coluna d’água da lagoa do Vigário
que é impactada por efluentes domésticos, é maior, uma vez que nesta lagoa não
há limitação de substrato orgânico para metanogênese.
- A concentração de metano é maior nas lagoas de estudo no período
chuvoso, uma vez que esta estação caracteriza-se por fatores que potencializam a
produção do gás como: o aumento da temperatura ambiente, maior aporte de
matéria orgânica, aumento da coluna d’água, e consequentemente, maior
atividade microbiana.
3 - OBJETIVOS
3.1 - Objetivo Geral
O objetivo desse estudo foi avaliar a concentração de CH
4
na coluna d’água
de duas lagoas com diferentes graus de contaminação por efluentes domésticos,
em dois períodos pluviométricos: seco e chuvoso, e avaliar a importância da
Typha domingensis no ciclo do metano, usando como suporte dados presentes na
literatura atual.
3.2 - Objetivos Específicos
- Avaliar as concentrações de CH
4
em áreas alagadas submetidas a distintas
influências antropogênicas: lagoa do Vigário e lagoa de Cima;
- Avaliar as concentrações de CH
4
em áreas com presença e ausência de
macrófita na lagoa do Vigário;
- Investigar a variação temporal na concentração de CH
4
nas duas lagoas em
questão.
12
4- MATERIAL E MÉTODOS
4.1
-
Área de Estudo
O município de Campos dos Goytacazes está situado na região norte do
estado do Rio de Janeiro, sendo o mais populoso dessa região, e dista 286 Km da
capital do Estado. A área urbana do município está situada nas coordenadas
geográficas 21º45’15’’ de latitude sul e 41º19’28’’ de longitude oeste de Greenwich
(Feema, 1993).
A região norte Fluminense, assim como todo o Estado, possui um clima bem
definido, com um padrão de variação térmica e pluviométrica bem marcados ao
longo do ano. Os maiores índices de precipitação ocorrem, normalmente, entre
setembro e janeiro, e picos secundários nos meses de março e abril. Os índices
pluviométricos são tipicamente inferiores a 1000 mm/ano e as temperaturas
médias na cidade de Campos dos Goytacazes abrangem o intervalo entre 15,9 ºC
e 32 ºC (Feema, 1993). A partir da variação sazonal da temperatura é possível
distinguir dois períodos climáticos na região: o primeiro que caracteriza o verão e
estende-se de outubro a abril, com temperaturas médias superiores a 25 ºC; o
segundo, o inverno, estende-se de maio a setembro, com um clima mais ameno e
temperaturas médias superiores a 19 ºC (INMET, Estação - Campos).
4.1.1 - Lagoa do Vigário
A lagoa do Vigário localiza-se nos bairros Guarus e Parque Prazeres, ambos
situados no município de Campos dos Goytacazes – RJ (21º 46’ 15’’ S, 41º 19’
28’’ W). Apresenta uma área total de aproximadamente 0,3 Km
2
, dividida por um
aterro realizado para construção de uma rodovia. A lagoa do Vigário possui um
intenso desenvolvimento marginal devido à população humana circundante. Tal
urbanização justifica o aterramento de grande parte de suas margens, o que
diminuiu as áreas alagáveis do sistema, bem como caracteriza a mesma como um
corpo d’água receptor de efluentes domésticos advindos das moradias que se
instalaram nessa região (Lannes, 2002).
A lagoa do Vigário é densamente colonizada por bancos de macrófitas
aquáticas emergentes (Typha domingensis), e flutuantes (Eicchornia crassipes)
13
que é uma espécie móvel que forma um extenso aglomerado que migra na lagoa
de acordo com a predominância dos ventos (Lannes, 2004).
4.1.2 - Lagoa de Cima
A lagoa de Cima, possui aproximadamente 15 Km
2
de área e apresenta em
média 4m de profundidade (Rezende et al., 2006). Está localizada na porção norte
do Estado do Rio de Janeiro nas coordenadas geográficas 21º 45’ 23’’ de latitude
sul e 41º 19’ 49’’ de longitude oeste de Greenwich. A bacia de drenagem da lagoa
é caracterizada por dois rios principais: o rio Imbé e o rio Urubu, que representam
76% e 18% da área da bacia de drenagem, respectivamente. A lagoa de Cima
deságua no canal Ururaí, que tem uma conecção direta com a Lagoa Feia. A
Bacia Hidrográfica que abrange a lagoa em questão compreende os municípios de
Campos dos Goytacazes, Santa Maria Madalena e Trajano de Moraes (Rezende
et al., 2006).
Com cerca de 10% da Mata Atlântica original ainda preservada no Estado do
Rio de Janeiro, a região da Serra do Imbé possui uma área significativa no Norte
Fluminense, localizada na área do Parque Nacional do Desengano, com
aproximadamente 22.400 ha. O plantio de monocultura de cana-de-açúcar
substituiu quase que totalmente a área desmatada, seguida em menor proporção
por atividades pecuárias (Gama et al., 1995).
Por está situada em uma região ausente de fontes industriais e com uma
baixa densidade populacional, a lagoa de Cima sustenta um importante papel
sócio-econômico para a região, servindo como área de lazer e uma das fontes de
alimentação para a população ribeirinha que consome basicamente o pescado
oriundo do seu corpo hídrico (Rezende et al., 2006). As lagoas de estudo, Vigário
e de Cima estão representadas abaixo (Figura 5).
14
Figura 5 - Mapa de localização das lagoas de estudo Vigário e de Cima. Os pontos
marcados nas lagoas representam os locais de amostragem. Na lagoa do Vigário as
coletas foram realizadas na Chácara da Lagoa (1), e Secretaria de Meio Ambiente (2
e 3). Na lagoa de Cima as coletas foram realizadas próximas ao Iate Clube (4).
4.2 - Estratégias de Coleta
4.2.1 - Estratégias Inicialmente Testadas
- Uso de Câmaras Bentônicas
Inicialmente a proposta do trabalho era a medida do fluxo de CH
4
atmosférico
proveniente da coluna d’água, utilizando-se câmaras bentônicas. Em função da
baixa reprodutibilidade dos resultados obtidos, provavelmente pela dificuldade na
obtenção de um sistema homogêneo, não foi possível em um curto espaço de
tempo a viabilização técnica do emprego dessas câmaras. A partir daí, optou-se
pela determinação da concentração de CH
4
na coluna d’água.
- Coletas de Água de Superfície e Fundo para Medida de Metano
Durante as coletas foram tomadas amostras de água de superfície e fundo
com o objetivo de avaliar o grau de heterogeneidade da coluna d’água que
L V
L C
15
compunha o sistema. Uma vez que não foi observada diferença significativa
(Mann-Whitney - p > 0,05) entre as concentrações de metano nas amostras de
água em diferentes profundidades nas duas lagoas (Anexos 6, 7, 13 e 14), optou-
se pela coleta de amostras de superfície. Lannes (2002) em seu estudo realizado
nesta mesma lagoa (Vigário) também não observou diferenças limnológicas entre
profundidades distintas.
4.2.2 - Estratégias Adotadas neste Trabalho
Para testar as hipóteses do presente estudo foram realizados os seguintes
procedimentos:
- Escolha das Áreas de Estudo
O critério de escolha das lagoas de estudo foi baseado nas diferentes taxas
de eutrofização observadas nos dois ecossistemas, segundo trabalhos
desenvolvidos anteriormente. A lagoa do Vigário caracteriza-se por grande aporte
de descarga de esgoto doméstico, uma vez que está localizada na área urbana do
Município de Campos dos Goytacazes – RJ (Lannes, 2002), ao contrário da lagoa
de Cima que não apresenta influências antropogênicas significativas (Pedrosa,
1999).
- Concentração de CH
4
na Lagoa do Vigário na Presença e Ausência de
Typha domingensis
As coletas de água superficial para a avaliação da variação da concentração
de metano foram realizadas na margem, em pontos de coleta definidos com
presença (CM) e ausência (SM) de macrófitas na lagoa do Vigário. Esse
experimento foi realizado na Chácara da Lagoa (CL). Todas as coletas foram
realizadas entre as 10 e 12h, nos meses de junho e julho de 2006 (Figura 6 e7).
16
Figura 7 - Banco amostral de Typha domingensis na Chácara da Lagoa
Figura 6 - Fluxograma explicativo dos passos metodológicos adotados para
coleta na presença e ausência da Typha domingensis na Lagoa do Vigário.
LAGOA DO VIGÁRIO
CL
CL
CM
06/O6/06
SM
06/06/06
CM
17/07/06
SM
17/07/06
Papel da Thypha no
ciclo do CH
4
AMOSTRAGEM
17
- Variação Temporal da Concentração de Metano nas duas Lagoas de Estudo
na Ausência de Typha domingensis.
As coletas foram realizadas nos períodos seco (inverno) e chuvoso (verão)
(Figura 8). No período seco as coletas aconteceram nos meses de maio e junho
de 2006, na lagoa do Vigário, com uma coleta a cada mês. A primeira coleta foi
realizada na Secretaria de Meio Ambiente (SMA), e a seguinte aconteceu na
Chácara da Lagoa (CL). Na lagoa de Cima foi realizada uma coleta no período
seco, no mês de agosto de 2006, próximo ao Iate Clube (IC).
No período chuvoso, foram realizadas duas coletas no mês de novembro de
2006 em cada lagoa de estudo. Na lagoa do Vigário uma coleta foi realizada na
Secretaria de Meio Ambiente e outra na Chácara da Lagoa. Na lagoa de Cima as
coletas foram realizadas no mesmo ponto onde foram coletadas as amostras no
período seco. Todas as coletas foram realizadas entre as 10 e 12h (Figura 8).
Além da coleta de amostras de água superficial para determinação de
metano, foram tomadas amostras de água para a determinação dos parâmetros
físico-químicos: pH, Eh, temperatura, condutividade, oxigênio dissolvido, CO
2T
e
alcalinidade. Foi mensurado também o teor de matéria orgânica no sedimento,
além da realização do teste para determinação das taxas de coliformes fecais e
totais na água, com o objetivo de avaliar o grau de ações antrópicas nas lagoas de
estudo.
18
Figura 8 - Fluxograma explicativo dos passos metodológicos aplicados para as coletas realizadas na lagoa de Cima e Vigário para
variação temporal.
AMOSTRAGEM
Período Seco
Período Chuvoso
Lagoa do Vigário
Lagoa de Cima
SMA
31/05/06
CL
06/06/06
IC
14/08/06
Lagoa do Vigário
Lagoa de Cima
SMA
13/11/06
CL
27/11/06
IC
13/11/06
IC
27/11/06
Variação Temporal
Variação Temporal
19
- Teste da Variação da Concentração de Metano na Água Superficial e
Intersticial do Sedimento da Lagoa do Vigário
Para avaliar a variação da concentração de metano nos diferentes
compartimentos que compõem o sistema, foi realizado um experimento em 14 de
dezembro de 2005 em um banco de Typha domingensis na lagoa do Vigário (CL),
onde amostras de água superficial e intersticial foram coletadas para a
determinação da concentração de metano. Para a coleta da água do sedimento
foram utilizados coletores de água intersticial a vácuo em superfície de porcelana.
O objetivo desse experimento foi verificar se havia diferença na concentração de
metano entre os diferentes compartimentos do sistema (Figura 9).
Figura 9 - Fluxograma explicativo dos passos metodológicos adotados para avaliar
a concentração de CH
4
nos diferentes compartimentos do sistema na Lagoa do
Vigário.
CL
14/12/05
Amostras de água superficial
Amostras de água intersticial
20
- Avaliação do Papel da Typha domingensis no Ciclo do Metano
Para avaliar o papel da macrófita Typha domingensis no ciclo do metano foi
realizado um experimento em janeiro de 2007 na lagoa do Vigário (SMA) (Figura
10). Neste campo foram coletadas amostras de água superficial para
determinação da concentração de metano em diferentes situações.
As amostras foram tomadas em um banco de macrófita (CM), cuja área
representativa para cada experimento foi de aproximadamente 3 m
2
, observando-
se duas situações distintas: (1) o banco foi cortado 5 cm abaixo do nível d’ água
(CAb); (2) o banco foi cortado 5 cm acima do nível d’ água (CAc). Paralelamente
foi feita uma coleta em um ponto sem macrófita (SM), que serviu como controle
juntamente com a área (CM). O corte nas macrófitas foi realizado 24h antes do
momento da coleta. O objetivo do experimento foi observar se a poda das
macrófitas iria interferir na concentração de metano. Uma vez que estas são
apontadas por muitos autores por sua importante participação no ciclo do CH
4
,
como já foi descrito anteriormente na introdução. As coletas foram realizadas
entre as 10 e 12h (Figura 10).
Figura 10 - Banco amostral de
Typha domingensis
na Secretaria de Meio Ambiente
21
Figura 11 - Fluxograma explicativo dos passos metodológicos aplicados para as coletadas realizadas na lagoa do Vigário
para realização do experimento com a Typha domingensis para avaliar seu papel no ciclo do metano.
AMOSTRAGEM
Controle
Avaliação do papel da
Typha
no
transporte, produção e oxidação
do CH
4
Controle
SMA
24/01/07
22
É importante ressaltar que as macrófitas nesse ponto não estavam fixadas
ao sedimento; estas formavam uma ilha através do acúmulo de sua própria
biomassa, onde se encontravam estabilizadas. Além da coleta de amostras de
água para determinação de metano na água superficial, foram coletadas amostras
para determinação dos parâmetros físico-químicos como, pH, Eh, temperatura,
condutividade, oxigênio dissolvido, CO
2T
e alcalinidade.
4.3 - Tratamento das Amostras
4.3.1 - Procedimentos Realizados no Campo
Em cada lagoa, foi realizada em um mesmo ponto a coleta de três sub-
amostras, porém em determinados momentos esse número variou até 5 sub-
amostras. Essa variação ocorreu nas primeiras coletas na lagoa do Vigário
quando a metodologia ainda estava sendo ajustada. Para determinar as
concentrações de metano na água, 5 réplicas (em alguns momentos foram
tomadas 10 réplicas) de 6mL de água foram coletadas com auxílio de uma seringa
plástica e transferidas para um frasco de vidro de 13mL, previamente vedado com
um septo de borracha e silicone, e com vácuo. Cada frasco continha 1,2g de NaCl
(20%), que tem a função de expulsar o metano dissolvido na água para a
atmosfera interna do frasco (headspace), segundo a metodologia proposta por
Casper (1992).
Antes da coleta no campo, no laboratório era introduzido em cada um dos
frascos o sal, então estes eram vedados com septo de borracha envolvido com
PVC, com o objetivo de gerar mais aderência entre o frasco e o septo,
promovendo uma melhor vedação. Em seguida era feito vácuo em cada frasco
com o auxílio de uma seringa plástica e então introduzido silicone vedante em gel
sobre o septo de borracha.
Após a coleta, os frascos com as amostras foram devidamente
acondicionados em posição invertida (“ponta cabeça”) em isopor com gelo para
serem transportados para o Laboratório de Ciências Ambientais (LCA-UENF),
para a determinação de metano dissolvido através da técnica de cromatografia
gasosa, utilizando-se um cromatógrafo CG - 14B Shimadzu. As amostras eram
analisadas no dia seguinte a coleta, nesse intervalo de tempo eram
acondicionadas em geladeira.
23
Uma vez coletadas as amostras para determinação de metano, foram obtidas
as medidas de temperatura, pH, Eh, condutividade e O
2
dissolvido. As
determinações de temperatura e condutividade foram realizadas através do
aparelho de condutividade digital e portátil, modelo WTW LF 96; o pH e Eh foram
determinados através de um potenciômetro digital e portátil modelo Digimed DM-
PV; o O
2
dissolvido foi determinado através de um medidor digital e portátil
modelo Horiba OM -14. Paralelamente foram coletadas amostras de água para
determinação no laboratório, dos valores de alcalinidade, CO
2T
e coliformes fecais.
Para a determinação de coliforme total e fecal, foram coletadas amostras de
água de superfície das lagoas com frascos de vidro previamente esterilizados em
autoclave. Para a determinação de matéria orgânica o sedimento foi coletado com
a utilização de uma pá e acondicionado em saco plástico. Em seguida foi
transportado até o laboratório e congelado até o dia da análise.
4.3.2 - Procedimentos Realizados no Laboratório
- CH
4
1 mL da amostra de mistura gasosa de cada frasco era introduzida no
cromatógrafo CG - 14B Shimadzu, com um detector de ionização em chama (FID)
e coluna empacotada Porapak-Q (Casper, 1992; Parashar et al., 1996; Sing et al.,
2000; Chang e Yang, 2003; Sing et al., 2003;Ding et al., 2004), para isolamento e
quantificação do metano. Para realização da análise foi mantida as seguintes
condições do equipamento: temperatura da coluna = de 60 ºC; temperatura do
injetor = 120 ºC; temperatura do detector = 200 ºC; o gás de arraste = nitrogênio;
tempo de residência médio do pico do metano = 0,65 s.
Previamente à introdução da amostra de gás no cromatógrafo era feita a
calibração do aparelho com a utilização de padrões de metano de concentrações
de 1ppmV, 5ppmV e 10ppmV, respectivamente. Após feita a curva padrão as
amostras eram introduzidas no cromatógrafo. Cada amostra introduzida
apresentava um pico de concentração de metano, com uma respectiva área. A
partir dessa área foi calculada a concentração de CH
4
para cada pico utilizando-se
a equação da curva padrão. As concentrações de metano do presente estudo são
apresentadas com unidade de medida em µmol.L
-1
, porém as concentrações
obtidas a partir da curva tinham como unidade de medida ppmV. Logo os valores
24
obtidos a partir da curva padrão eram divididos por 22,4 (eq. 9) para apresentarem
as concentrações em µmol.L
-1
. Em seguida era feita uma correção da
concentração de metano para cada frasco. O valor obtido em µmol.L
-1
a partir da
curva padrão era multiplicado pelo volume da atmosfera do frasco (headspace) e
dividido pelo volume de água presente no frasco (eq. 10).
[CH
4
] µmol.L
-1
= [CH
4
] ppmV / 22,4 (eq. 9)
[CH
4
] µmol.L
-1
por frasco = [CH
4
] µmol.L
-1
x Vol (ar) / Vol (H
2
O)
(eq. 10)
- Alcalinidade
Determinada por titulação potenciométrica com ácido clorídrico (0,1N) em
titulador automático Mettler DL 21, utilizando-se 50 mL das amostras em triplicata.
- CO
2T
A estimativa de CO
2T
foi feita a partir das medidas de alcalinidade,
temperatura e pH da água, utilizando-se o algoritimo Carbdoce (Carmouze, 1994).
- Coliformes Fecais e Totais
As determinações de coliforme total e fecal foram realizadas executando-se o
teste presuntivo, que tem a função de detectar a presença de microrganismos
fermentadores da lactose com produção de gás. O caldo lactosado foi preparado e
esterilizado anteriormente à coleta em duas concentrações diferentes: a simples,
com 13 g.L
-1
; e a dupla, com 26 g.L
-1
, acondicionados em tubo de ensaio contendo
tubos de Durham, esterilizados em autoclave durante 15 minutos a 121
0
C e 1
atm. Foram organizadas três séries de 5 tubos de ensaio para cada amostra,
sendo a primeira série composta de 5 tubos com 10 mL de caldo lactosado de
concentração dupla, enquanto as outras duas séries eram compostas de caldo
lactosado simples, 5 tubos com 9,0 mL e outros 5 tubos com 9,9 mL. Foram
pipetados 10 mL da amostra na primeira série de tubos, enquanto 1 mL e 0,1 mL
na segunda e terceira séries, respectivamente. A leitura foi efetuada de acordo
25
com o volume inoculado e com o número de tubos que apresentaram gás após
48h de incubação a 37
0
C. Em seguida foi realizado o teste confirmativo utilizando
repicagens dos tubos positivos do teste presuntivo em soluções de caldo verde
brilhante (VB) e caldo EC para quantificar coliformes totais e fecais,
respectivamente. Ambas as soluções foram previamente esterilizadas em
autoclave. As leituras foram realizadas após 48h de incubação em estufa a 37 ºC,
sendo analisadas de acordo com a tabela de Hoskins. Dessa forma eram
indicados os números mais prováveis (NMP) de coliformes fecais e totais em 100
mL de amostra (Lannes, 2002).
- Teor de Matéria Orgânica
Para determinação do teor de matéria orgânica no sedimento, 2 cadinhos de
porcelana foram calcinados em forno mufla a 550 ºC por 1 hora como forma de
eliminar toda a quantidade de matéria orgânica impregnada nos mesmos. Após
resfriamento os cadinhos foram pesados em balança analítica até peso constante,
com os devidos cuidados de manuseio. Nos cadinhos foram acondicionados 1 g
de sedimento previamente seco em estufa de circulação a 60 ºC, e em seguida a
amostra calcinada em forno mufla a 550 ºC por 1 hora. Após esse período o
material foi posto em dessecador para esfriar e então pesados em balança
analítica até peso constante para aquisição do teor de matéria orgânica (Kiehl,
1985).
4.4 - Tratamento Estatístico
- Para avaliação estatística utilizou-se os testes Kruskal-Wallis e Mann-
Whitney para testar se as sub-amostras coletadas em um mesmo ponto
funcionavam como réplicas ambientais.
- O Teste t de Student foi utilizado para avaliar se havia diferença de
concentração de metano, entre as áreas com e sem vegetação, e entre o período
chuvoso e seco em ambas as lagoas de estudo.
- A análise de variância de classificação simples com efeitos fixo (ANOVA
“One-Way”) foi usada para examinar o efeito da concentração de metano nos
diferentes tratamentos realizados com a Typha domingensis. A Interação
26
significativa foi verificada à posteriori com teste de Tukey, usando o nível de
significância de 0,05.
5 - RESULTADOS
5.1 - Clima no Período de Estudo
Ao analisar o clima no período de estudo na região do município de Campos
dos Goytacazes, os dados obtidos mostram um padrão de variação térmica e
pluviométrica bem marcados ao longo do período. As maiores taxas de
precipitação e temperatura foram encontradas entre os meses de outubro de 2006
e janeiro de 2007, e as menores taxas foram registradas entre os meses de maio
e setembro de 2006, caracterizando as estações chuvosa e seca,
respectivamente (Figura 12).
0
2
4
6
8
10
12
14
16
m
a
io
junho
julh
o
a
g
ost
o
setembro
o
u
tu
br
o
n
o
ve
m
bro
dezembro
jan
e
ir
o
Precipitação (m m.m ês
-1
)
0
5
10
15
20
25
30
Temperatura
0
C
precipitação temperatura
Figura 12 - Variação da temperatura e precipitação pluviométrica no município de
Campos dos Goytacazes entre o período de junho de 2006 e janeiro de 2007 (Fonte:
Embrapa).
27
5.2 - Lagoa do Vigário
5.2.1 - Concentração de CH
4
na Lagoa do Vigário na Presença e Ausência de
Typha domingensis
A tabela 1 apresenta os valores dos parâmetros físico-químicos e as
concentrações de CH
4
dissolvido medidas no experimento realizado na Chácara
da Lagoa em junho e julho de 2006. Os resultados apresentaram uma variação
entre as áreas com e sem macrófita (Tabela 1).
Tabela 1 - Parâmetros físico-químicos e CH
4
dissolvido em amostras de água
coletadas nos pontos com e sem macrófita na lagoa do Vigário (Chácara da Lagoa).
Local Chácara da Lagoa
CM SM CM SM
Data 06/06/06 17/07/06
Temp (
0
C) 23,7 23,1 22,7 25,1
pH 7,39 6,96 7,26 7,41
Eh (mV) 119 123 119 124
O
2
(mg.L
-1
) 7,50 6,80 7,10 8,00
Cond (µS.cm
–1
) 827 836 931 945
Alcalinidade (mEq.L
–1
)
2,69 2,77 3,14 3,15
CO
2T
(µmol.L
-1
) 2938 3472 3538 3421
CH
4
(µmol.L
-1
) 0,06 -0,63
0,09 -0,20
0,28 -0,80
1,09 -6,63
A concentração de metano na área sem macrófita variou entre (0,09 - 6,63
mol.L
-1
), já na área que apresentava Typha domingensis a concentração
encontrada esteve entre (0,06 - 0,80 mol.L
-1
). A profundidade da coluna d’ água
na área SM variou entre (16 - 27 cm) e na área CM entre (8 - 26 cm). As amostras
coletadas nos diferentes pontos não funcionaram como réplicas ambientais, o que
28
refletiu a grande variabilidade dos dados (Anexos 2, 3, 4 e 5). A concentração de
metano na área sem macrófita diferiu significativamente (p<0,05) da área CM,
segundo o Test t de Student (Figura 13).
CM SM
-3 -2 -1 0 1 2
Tratamento
log(Concentração de metano(µmol.L-1))
Figura 13 - Boxplot das medianas e intervalos interquartiles da variação da
concentração de metano na água superficial da lagoa do Vigário na presença e
ausência de
Typha domingensis
na Chácara da Lagoa.
A concentração de metano encontrada na coluna d’água no experimento
realizado no mês de julho na lagoa do Vigário apresentou concentrações
superiores às registradas no mês anterior para o mesmo ponto de coleta. O valor
máximo encontrado no mês de julho para área com vegetação chega a ser 21%
superior ao valor máximo registrado no mês de junho (0,63 - 0,80). Já a área sem
vegetação atinge uma concentração máxima superior a 97% do maior valor
encontrado no mês de junho (0,20 - 6,63).
O teor de matéria orgânica encontrado no sedimento no experimento
realizado em julho foi 6,5 %.
29
Na análise de coliformes, o resultado do teste presuntivo que estima a
presença de bactérias do grupo coliforme e confirmativo que quantifica fecal e
total, apresentou valores máximos para Chácara da Lagoa, onde foram realizados
os experimentos em junho e julho (2400 NMP/100 mL).
5.2.2 - Variação Temporal da Concentração de CH
4
na Lagoa do Vigário
Os dados dos parâmetros físico-químicos e concentração de metano
encontrados nos experimentos realizados na lagoa do Vigário na estação seca e
chuvosa podem ser observados na tabela 2.
Tabela 2 - Parâmetros físico-químicos e concentração de CH
4
dissolvido nos
períodos seco e chuvoso na lagoa do Vigário (SMA e CL). Os parâmetros marcados
(*) não foram medidos devido a problemas no instrumental analítico.
SM SM SM SM
Período Seco Chuvoso
Seco Chuvoso
Local SMA SMA CL CL
Data
31/05/06 13/11/06 06/06/06 27/11/06
Temp (
0
C)
24,7 24,0 23,1 29,0
pH
6,88 7,50 6,96 7,49
Eh (mV)
95 ----* 123 ----*
O
2
(mg.L
-1
)
7,50 ----* 6,80 ----*
Cond (µS.cm
–1
)
600 715 836 724
Alcalinidade (mEq.L
–1
)
1,09 2,17 2,77 2,26
CO
2T
(µmol.L
-1
)
1415 2323 3472 2411
CH
4
(µmol.L
-1
)
0,07 -0,14
0,14 -0,36
0,09 -0,20
0,14 -0,31
O intervalo de concentração de metano no período seco considerando as
duas áreas amostradas variou entre 0,07 - 0,20
mol.L
-1
e no período chuvoso
entre 0,14 - 0,36
mol.L
-1
, observando-se valores quase duas vezes maiores
entre os limites superiores obtidos nos períodos amostrados. O padrão de
variabilidade entre as réplicas obtidas, comparando-se os resultados entre as
30
áreas, mostrou valores mais homogêneos na SMA (amostras funcionaram como
réplicas) em relação à CL, tanto na estação seca quanto na estação chuvosa,
indicando a SMA como um ambiente possivelmente menos perturbado. Esse
indicativo corrobora a grande variabilidade observada nos resultados obtidos no
mês de julho na CL, optando-se pela não inclusão desses dados na discussão
temporal. A profundidade da coluna d’ água na SMA variou entre (35 - 40 cm) e
na CL entre (16 - 35 cm).
A concentração de metano no período chuvoso foi significativamente (Teste
T, p < 0,05) maior do que os valores registrados no período seco (Figura 14)
(Anexos 1, 3, 6 e 7).
Chuvoso Seco
-2.5 -2.0 -1.5 -1.0
Período
log(Concentração de metano(µmol.L-1))
Figura 14 - Boxplot das medianas e intervalos interquartiles da variação da
concentração de metano na água superficial da lagoa do Vigário sem vegetação no
período seco e chuvoso.
Os teores de matéria orgânica nas duas áreas de amostragem SMA e CL no
período chuvoso foram 4,2 % 2,5 %, respectivamente.
O resultado do teste para análise de coliformes na SMA no período chuvoso
foi o valor máximo (2400 NMP/100mL), tanto para coliformes fecais quanto para
31
coliformes totais. Já na CL a taxa foi de 1600 NMP/100mL para coliformes fecais
e 920 NMP/100mL para coliformes totais.
5.2.3 - Concentração
de Metano na Água Superficial e Intersticial do
Sedimento da Lagoa do Vigário
Os valores encontram-se tabelados no (Anexo 15). O intervalo da
concentração de metano na água superficial variou entre 0,45 e 1,89
mol.L
-1
,
enquanto na água intersticial as concentrações encontradas mostraram valores
entre 1,91 e 6,35
mol.L
-1
. A profundidade da coluna d’água variou entre (15 - 20
cm) e do coletor de água intersticial entre (8 - 10 cm). O Test t de Student mostrou
uma diferença significativa (p < 0,05) entre a concentração de metano na água
superficial e na água intersticial, confirmando o substrato sedimentar como a fonte
principal da produção de metano (Figura 15).
Intersticial Superficial
1 2 3 4 5 6
Água
Concentração de metano(µmol.L-1)
Figura 15 - Boxplot das medianas e intervalos interquartiles da variação da
concentração de metano na água superficial e intersticial da lagoa do Vigário na
Chácara da Lagoa em um banco de
Typha domingensis
.
32
5.3 - Lagoa de Cima
5.3.1 - Variação Temporal da Concentração de CH
4
Os valores dos parâmetros físico-químicos encontrados na lagoa de Cima
nos campos realizados no período seco e chuvoso podem ser observados na
tabela 3.
Tabela 3 - Parâmetros físico-químicos e concentração de CH
4
nos períodos seco e
chuvoso na lagoa de Cima próximo ao Iate Clube. Os parâmetros marcados (*) não
foram medidos devido a problemas no instrumental analítico.
SM SM SM
Período Seco Chuvoso Chuvoso
Data
14/08/06 13/11/06 27/11/06
Temp (
0
C)
25,4 24,8 30,0
pH
6,34 6,70 6,80
Eh (mV)
233 ----* ----*
Cond (µS.cm
–1
)
41,2 39,2 32,4
Alcalinidade (mEq.L
–1
)
0,12 0,13 0,10
CO
2T
(µmol.L
-1
)
243 188 133
CH
4
(µmol.L
-1
)
0,07-0,13
0,12 -0,49 0,14-0,43
A concentração de metano encontrada na lagoa de Cima foi maior no
período chuvoso (0,12 - 0,49
mol.L
-1
) quando comparada ao período seco (0,07 -
0,13
mol.L
-1
), diferença essa ratificada pelo teste t (p < 0,05), com um nível de
significância de 95% (Figura 16). Além disso, foi observado estatisticamente que
os valores analíticos encontrados nos dois períodos de coleta definiram as
amostras como réplicas ambientais (Anexos 12 13 e 14). As amostras foram
coletadas em uma profundidade que variou entre (21 - 23 cm) no período seco, e
entre (45 - 50 cm) no período chuvoso.
33
Chuvoso Seco
0.3 0.4 0.5 0.6 0.7
Período
sqrt(Concentração de metano(µmol.L-1))
Figura 16 - Boxplot das medianas e intervalos interquartiles da variação da
concentração de metano na água superficial da lagoa de Cima no período seco e
chuvoso.
No período chuvoso, nas coletas realizadas nos dias 13 e 27 de novembro,
os valores encontrados para o teor de matéria orgânica foram 1 e 2%,
respectivamente.
Na análise de coliformes os resultados obtidos na lagoa de Cima na coleta
realizada no período seco foi de 21 NMP/100mL para coliformes fecais e 130
NMP/100mL para coliformes totais. No período chuvoso o valor encontrado para
coliformes fecais foi de 4,5 NMP/100mL e 7,8 NMP/100mL para totais no dia 13
de novembro. No dia 27 do mesmo mês os valores encontrados foram 17
NMP/100mL para coliformes fecais e 22 NMP/100mL para coliformes totais.
34
5.4 - Avaliação do Papel da Typha domingensis no Ciclo do Metano
A tabela 4 apresenta os parâmetros físico-químicos e a concentração de CH
4
dissolvido na água, como resultado dos
tratamentos realizados com a macrófita
Typha domingensis
na Secretaria de Meio Ambiente (lagoa do Vigário) em
24/01/07.
Tabela 4 - Parâmetros físico-químicos e concentração de CH
4
dissolvido na água
superficial da lagoa do Vigário nos diferentes tratamentos realizados com a
macrófita
Typha domingensis.
Secretaria de Meio Ambiente
CM SM CAc CAb
Temp (
0
C)
26,4 27,0 26,8 26,7
pH
6,90 7,07 7,14 7,06
Cond (µS.cm
–1
)
479 473 472 480
Alcalinidade (mEq.L
–1
)
1,61 1,63 1,61 1,60
O
2
(mg.L
-1
)
2,2 4,2 2,4 2,6
Eh (mV)
119 131 99 96
CO
2T
(µ mol . L
-1
)
2057 1933 1865 1905
CH
4
(µmol.L
-1
)
1,11-3,11
0,20-0,67
0,51-2,40
0,53-2,13
O experimento mostrou valores diferenciados para os tratamentos utlizados,
observando-se a seguinte distribuição: CM > CAc >CAb >SM. As maiores
diferenças foram observadas entre as áreas com e sem macrófitas, acentuando o
papel da
Typha domingensis
na produção de metano, e indicando pequenas
variações entre as duas condições de corte, embora o conjunto de dados que
representam a condição CAb aparentemente seja mais robusto, uma vez que as
alíquotas estatisticamente funcionaram como réplicas (Anexos 8, 9, 10 e 11).
As amostras foram coletadas em uma coluna d’ água de 1,5 m de
profundidade. Entre os diferentes tipos de tratamento avaliados houve uma
diferença significativa (ANOVA, p < 0,05), nas taxas de concentração de metano
na água de superfície (Figura 17).
35
CAb CAc CM SM
-1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0
Tratamento
log(Concentração de metano(µmol.L-1))
Figura 17 - Boxplot das medianas e intervalos interquartiles da variação da
concentração de metano na água superficial da lagoa do Vigário, no experimento
realizado na Secretaria de Meio Ambiente com a macrófita
Typha domingensis.
Para avaliar quais tratamentos são responsáveis pela diferença significativa,
foi realizado à
posteriori
o teste Tukey HSD de comparações múltiplas. Segundo
esse teste quando os limites de confiança sobrepõem-se ao 0 (zero), não existe
uma diferença significativa estatisticamente (ao nível de significância desejado),
ao passo que se o intervalo de confiança não inclui o 0, a diferença é significante.
Segundo o teste Tukey HSD todas as comparações entre os diferentes
tratamentos apresentaram diferença significativa (p < 0,05), com exceção da área
onde as macrófitas foram podadas acima e abaixo da água superficial, que não
foram diferentes significativamentes (p > 0,05) (Figura 18).
36
Figura 18 - Intervalos de confiança para comparações múltiplas entre os diferentes
tipos de tratamentos no experimento realizado com
Typha domingensis
na
Secretaria de Meio Ambiente
.
6 - DISCUSSÃO
6.1 - Lagoa do Vigário
6.1.1 - Concentração de CH
4
na Lagoa do Vigário na Presença e Ausência de
Typha domingensis
Variáveis limnológicas como pH, temperatura, potencial redox e parâmetros
que caracterizam a matriz sedimentar como o teor de matéria orgânica, têm sido
avaliados em alagados e corpos d’ água (Brix, 1996; Singh
et al
., 2000; 2001;
37
Chang & Yang, 2003; Wang & Han, 2005; Sing
et al
. 2005) e fortemente citados
por apresentar uma relação com as taxas de emissão de metano. Nos
experimentos realizados nas áreas CM e SM, os parâmetros físico-químicos de
forma geral, não apresentaram uma variação expressiva entre os diferentes
pontos amostrados, de maneira que estes não parecem ser os principais fatores
da dinâmica do CH
4
nas áreas em questão. Esta particularidade pode ser devido
ao tipo de estratégia de coleta utilizada nos experimentos que não apresentou um
número amostral suficiente para observação da relação direta da concentração de
metano com os parâmetros físico-químicos. No presente estudo a concentração
de CH
4
encontrada na margem da lagoa em um banco de
Typha domingensis
na
Chácara da Lagoa, foi significativamente menor que a área sem macrófita neste
mesmo ponto. Este resultado corrobora os dados encontrados em amostras de
sedimento, água e
Typha
em experimentos envolvendo alagados construídos da
lagoa do Vigário (Santos, 2007). Tal resultado sugere que a
Typha domingensis
participa de alguma maneira no ciclo do metano. Esta pode estar atuando como
agente oxidativo de uma parcela do metano produzido no sedimento, assim como
na emissão direta de gases estufa via aerênquima da planta. A influência de
plantas aquáticas no ciclo do metano tem sido avaliada em alagados e corpos d’
água (Brix
et al
., 1996; 2001; Singh
et al
., 2000; 2001; Kaki
et al
., 2001; Ding,
2002; 2005; Fonseca, 2004; Duan
et al.
, 2005; Hirota, 2005; Wang & Han, 2005;
Cronin
et al
., 2006) observando-se um consenso entre os autores de que as
macrófitas têm um papel fundamental nos processos de produção, oxidação e
transporte do metano do sedimento para atmosfera. Segundo Bosse & Frenzel
(1998), um percentual entre 30 e 90% do metano produzido em ambientes
anaeróbicos é oxidado antes de alcançar a atmosfera. Dessa maneira, a presença
das macrófitas possibilita o transporte do CH
4
do sedimento para atmosfera via
planta, o que favorece a não oxidação deste na coluna d’ água (Popp
et al.,
2000).
As amostras coletadas no período seco (mês de julho) apresentaram um
intervalo de concentração diferente do encontrado no mês de junho para o
mesmo ponto de coleta (CL). As amostras de concentração de metano na área
SM apresentaram valores até 97% maiores que o valor máximo registrado no mês
de junho. A margem que representa o ponto de coleta na Chácara da Lagoa é
caracterizada tanto pelo acúmulo de materiais de origem orgânica (detritos de
38
macrófitas, moitas de
Typha
e árvores presentes no local) como de materiais de
origem antropogênica (descargas de efluentes domésticos), além de ser uma área
de pastagem de animais. É comum também a observação de grandes bancos de
Eichhornia crassipes
flutuantes nesta área da lagoa. É possível que a matéria
orgânica acumulada no local ao longo do tempo, associada ao pisoteio de animais
que contribuem para a perturbação do material sedimentar, sejam fortes indícios
da grande variabilidade pontual na concentração de metano observada neste
local e que pode ocorrer em qualquer época do ano. É provável que o processo
de metanogênese esteja sendo favorecido em determinados momentos nesta
área com características heterogêneas que é comum aos sedimentos em
ambientes eutrofizados (Brix
et al
., 1996; Chang & Yang, 2003; Wang & Han,
2005), e acaba por promover valores discrepantes de concentração de metano
em relação à variabilidade temporal da lagoa. Os resultados encontrados para o
experimento realizado no mês de julho dão indícios de que a variabilidade pontual
supera a temporal, pelo menos para este ponto da lagoa do Vigário, ratificado
pela ferramenta estatística utilizada, uma vez que as alíquotas não apresentaram
uma representatividade de réplicas ambientais. Essa variabilidade discutida por
alguns autores quanto a uma elevada heterogeneidade espacial nas taxas de
emissão de metano (Wang & Han, 2005), ressalta a importância da avaliação de
diferentes pontos de amostragem para a representação de uma mesma área. Tal
hipótese pode ser corroborada pelos valores de alcalinidade e condutividade mais
altos encontrados no experimento realizado em julho. De maneira geral os valores
de alcalinidade e condutividade encontrados na lagoa do Vigário são elevados,
quando comparados aos valores da lagoa de Cima, o que corroboram as altas
taxas de contaminação por via alóctone devido à interferência antrópica e a soma
de contribuições salobras do lençol freático nesta lagoa (Lannes, 2002). Segundo
Singht (2000), ambientes naturais receptores de efluentes domésticos ou
industriais favorecem a metanogênese, uma vez que o processo de eutrofização
artificial é responsável pelo aumento das concentrações de carbono orgânico para
processos degradativos.
O resultado das análises de coliformes fecais e totais encontrados no
presente estudo, da indícios de que a lagoa do Vigário pode ser considerada
“IMPRÓPRIA” para recreação de contato primário, devido à contaminação por
efluentes domésticos, já descrita anteriormente por Lannes (2002), segundo a
39
Resolução CONAMA nº 20, de 18 de junho de 1986. O que confirma a
característica de ações antropogênicas nessa lagoa de estudo.
6.2 - Variação Temporal da Concentração de CH
4
na Lagoa do Vigário e de
Cima
Na lagoa do Vigário, no ponto amostral da Secretaria do Meio Ambiente o
período chuvoso apresentou valores de condutividade, alcalinidade e CO
2T
mais
altos do que no período seco. Esses parâmetros analisados em conjunto sugerem
uma maior atividade decompositora anaeróbica e/ou uma ressuspensão das
águas de fundo no período chuvoso neste ponto de coleta. Abril
et al
., (2006)
relatou que curtos eventos metereológicos como stress de chuva e ventos tem um
papel crucial nas taxas de emissão de metano, uma vez que estes eventos
promovem uma parcial desestratificação da coluna d’ água e um transporte
ascendente de águas de fundo ricas em CH
4
ocasionando uma mistura vertical.
Tal processo pode estar relacionado ao aumento da concentração de metano
observado na Secretaria do Meio Ambiente no período chuvoso. Outra
característica importante é a presença de um enorme banco de
Typha
domingensis
próximo ao ponto de coleta, associado a uma coluna d’ água de 1,5
m de profundidade, bem como uma grande quantidade de
Eichhornia
crassipes
flutuantes que se movimentam ao longo do dia de acordo com a posição do vento,
o que sugere um maior fomento de substratos orgânicos (detritos) para a
metanogênese nas águas de fundo, pobres em oxigênio (Ding
et al
., 2002). Outro
fator que pode estar influenciando no aumento da concentração de metano no
período chuvoso é o aumento da profundidade da coluna d’água. Segundo Singh
et al
., (2000), esse aumento da coluna d’água promove a redução do potencial
redox através da diminuição da concentração de O
2
dissolvido, o que favorece a
metanogênese, uma vez que tal processo acontece através de organismos
anaeróbicos obrigatórios. Conrad (1989) descreveu a atuação das macrófitas
aquáticas no processo de produção de CH
4
através do fornecimento de
substratos orgânicos produzidos na fotossíntese e liberados através da raiz, e
pelo fornecimento de detritos da macrófita para os organismos metanogênicos no
sedimento. O aumento da concentração de metano no período chuvoso também
pode ser explicado por processos físicos. A concentração de um gás na água está
40
diretamente relacionada à pressão exercida sobre o mesmo, logo quanto maior a
profundidade da coluna d’água, maior a pressão, e conseqüentemente, maior a
concentração do gás dissolvido (Manahan, 1994).
Embora a concentração de metano encontrada na água superficial tenha
sido maior no período chuvoso, e mesmo não tendo dados de oxigênio, um
aumento observado no valor do pH sugere uma maior oxigenação no período
chuvoso para este mesmo ponto. É possível que esta maior oxigenação possa ser
devido à pequena extensão da coluna d’ água, bem como por perturbação da
mesma, uma vez que pouco antes da coleta havia chovido bastante (Abril
et al
.,
2006).
A Chácara da Lagoa apresentou um padrão diferente em relação aos
parâmetros limnológicos quando comparada a Secretaria de Meio Ambiente, uma
vez que os maiores valores de condutividade, alcalinidade e CO
2T
, foram
registrados no período seco. É provável que esses menores valores sejam devido
à diluição das águas no período chuvoso. Uma vez que neste ponto amostral não
existe grande quantidade de
Typha
, e sim pequenas moitas espalhadas na
margem da lagoa. Logo, não há grande quantidade de matéria orgânica para
decomposição nas águas de fundo, quando comparada a Secretaria de Meio
Ambiente.
A lagoa de Cima apresentou valores de pH mais ácido e maiores valores de
CO
2T
no período seco, o que sugere uma menor oxigenação na água neste
período. Segundo Carmouze (1994), o aumento ou a diminuição do CO
2T
provoca
uma variação do pH no sentido oposto e, portanto uma redistribuição das
espécies carbonatadas. Já no período chuvoso o pH aumentou, caracterizando
uma diminuição do CO
2T
, e sugerindo uma maior oxigenação da água neste
período. Segundo Pedrosa (1999) na lagoa de Cima no período chuvoso ocorre o
aumento da profundidade da coluna d’ água, da temperatura, além do aumento do
MPS (material particulado solúvel) e P - total através do material alóctone no
sistema lacustre, oriundos do rio Imbé e Urubu, que favorece a queda nas taxas
de O
2
dissolvido nesse período. Um Esse padrão é diferente do encontrado no
presente estudo, uma vez que os dados de pH e CO
2T
sugerem uma maior
oxigenação no período chuvoso. Porém, é importante frizar que as coletas foram
realizadas na margem da lagoa, em profundidade pequena, o que favorece a
oxigenação da água, além terem sido realizadas após intensa chuva (Abril
et al
.,
41
2006). A condutividade no período seco apresentou um valor maior do que os
registrados nas coletas no período chuvoso, tal característica pode ser devido a
maior incidência de chuvas e conseqüente diluição das águas do ambiente
estudado.
Os baixos valores de alcalinidade, condutividade e CO
2T
encontrados na
lagoa de Cima, ratificam os dados encontrados em outros estudos que
caracterizam a mesma lagoa com água livre da influência de resíduos domésticos
e fontes industriais (Rezende
et al
., 2006), o que pode ser confirmado através das
baixas taxas de coliformes fecais e totais encontrados no presente estudo.
6.3 - Comparação dos Intervalos de Concentração de Metano encontrados
no Presente Estudo com Outros Trabalhos
As faixas de concentração de metano encontrados na lagoa do Vigário estão
inseridas nos limites de concentração já estabelecidos para outros ambientes
como o Mar Báltico, o lago Diogo - SP, e as lagoas de Imboassica - RJ e
Carapebus - RJ (Tabela 5).
Assim como a lagoa do Vigário a lagoa de Imboassica e Carapebus estão
localizadas em uma área densamente urbanizada do município de Macaé - RJ,
com corpos d’água receptores de efluentes domésticos. Marinho (2004) encontrou
em seu trabalho um efeito positivo do lançamento de esgoto sobre a produção de
metano na lagoa de Imboassica - RJ. A eutrofização de origem antrópica traz
efeitos diretos e indiretos sobre a metanogênese (Casper, 1992). Dentre os
efeitos diretos destaca-se o crescimento das populações de metanogênicos
proporcionado pelo aporte de nutrientes. Como efeito indireto destaca-se a
redução na concentração de O
2
dissolvido, principalmente no hipolímnico, o que
pode garantir um ambiente anóxico favorável aos metanogênicos (Casper, 1992).
Segundo Singht (2000), ambientes naturais receptores de efluentes domésticos
ou industriais favorecem a metanogênese, uma vez que o processo de
eutrofização é responsável pelo aumento das concentrações de carbono orgânico
para processos degradativos.
A lagoa do Vigário mesmo com sua característica de recebimento de
efluentes não apresenta valores de concentrações de metano comparáveis com
42
as lagoas de Imboassica e Carapebus, a não ser quando confrontados com os
dados obtidos no mês de julho.
Tabela 5 - Tabela Comparativa dos Intervalos de concentração de CH
4
dissolvido na
coluna d’ água em diferentes ambientes aquáticos e as respectivas referências
bibliográficas.
Localização CH
4
(µmol.L
-1
) Referência
Mar báltico
0,05 - 1,2
Schmaljohann, 1996
Lago Diogo - SP
0,73 - 1,35
Ballester, 2001
Lago Diogo - Bancos de macrófitas - SP
0,84 - 2,60
Ballester, 2001
Lagoa Cabiúnas - região limnética - RJ
11,46 - 12,32
Fonseca et al ., 2004
Lagoa Cabiúnas - região litorânea - RJ
11,43 - 16,40
Fonseca et al ., 2004
Lagoa Carapebus - RJ
0,6 - 1,3
Marinho et al. , 2004
Lagoa Imboassica - RJ
2,5 - 13,0
Marinho et al. , 2004
Alagados construídos - com macrófitas - Lagoa do Vigário
0,125 - 0,353
Santos, 2007
Alagados construídos - sem macrófitas - Lagoa do Vigário
0,142 - 1,401
Santos, 2007
Alagados construídos - com macrófitas - Lagoa de Cima
0,127 - 0,237
Santos, 2007
Alagados construídos - sem macrófitas - Lagoa de Cima
0,124 - 0,548
Santos, 2007
Lagoa do Vigário - com macrófita - período seco
0,06 - 0,80 Presente estudo
Lagoa do Vigário - sem macrófita - período seco
0,07 - 6,63 Presente estudo
Lagoa do Vigário - com macrófita - período chuvoso
1,11 - 3,11 Presente estudo
Lagoa do Vigário - sem macrófita - período chuvoso
0,14 - 0,67 Presente estudo
Lagoa de Cima - sem macrófita - período seco
0,07 - 0,13 Presente estudo
Lagoa de Cima - sem macrófita - período chuvoso
0,12 - 0,49 Presente estudo
Lannes (2002) demonstrou em seu trabalho que o processo de sulfato-
redução contribui de forma significativa para a degradação de matéria orgânica na
lagoa do Vigário. Estudos desenvolvidos por Zinder (1993) demonstram que a
salinidade e a concentração de sulfato nos ambientes aquáticos podem influenciar
a formação de metano nestes ambientes. A metanogênese sob estas condições
pode estar sendo inibida pela competição por H
2
entre as bactérias sulfato-
redutoras (que têm mais afinidade por H
2
, e necessitam de níveis menores de
redução para a decomposição de matéria orgânica) e metanogênicas. É provável
que essa característica da lagoa do Vigário possa explicar a menor concentração
de metano nesta lagoa, quando comparada à lagoa de Cabiúnas - RJ, que é uma
lagoa bem preservada, livre de ações antropogênicas.
Os dados de concentração de metano encontrados na lagoa do Vigário no
presente estudo quando comparados aos de alagados artificiais com sedimento,
água e
Typha
provenientes da lagoa do Vigário (Santos, 2007), indicam uma
43
maior concentração de metano no alagado natural do que no artificial, quando
utilizado todos os dados obtidos em todos os experimentos. Porém quando
utilizados os dados do período chuvoso de ambas as lagoas e comparadas com
os dados de Santos (2007), as concentrações de metano estão inseridas na
mesma faixa de detecção. É importante ressaltar que o as coletas de Santos
(2007) foram realizadas junto com as do presente trabalho no período chuvoso.
Singh
et al
., (2000; 2001) avaliou as taxas de emissão de metano em alagados
naturais e construídos, e constatou que em alagados artificiais a taxa de emissão
de CH
4
é menor que em alagados naturais.
Ao analisar em conjunto os dados coletados em ambos os pontos da lagoa
do Vigário (SMA e CL), sem a utilização dos dados coletados no mês de julho,
ficou evidente uma maior concentração de metano na água superficial no período
chuvoso quando comparado ao seco. Tal aumento pode ser devido ao aumento
da temperatura ambiente. O papel da temperatura na taxa de emissão de metano
tem sido avaliado por diferentes autores (Chang, 2003; Singh
et al
., 2000; Wang &
Han, 2005; Xing
et al
., 2005) e todos chegaram a um consenso de que com o
aumento da temperatura ocorre uma elevação nas taxas de emissão de metano,
dessa maneira as maiores taxas de emissão ocorrem no verão, seguido da
estação chuvosa e inverno. Além disso, a decomposição da matéria orgânica
fornecida pela macrófita consome O
2
nas águas de fundo, e tal diminuição ainda é
favorecida pelo aumento da coluna d’ água no período chuvoso, o que produz um
ambiente anaeróbico favorável a metanogênese (Crill
et al
., 1991). Outro fator
significativo para a metanogênese pode ser o maior aporte de matéria orgânica no
período chuvoso. Singh
et al
., (2000) constatou que quanto maior a quantidade de
C orgânico no solo maior as taxas de emissão de CH
4
, que vai depender também
da composição da matéria orgânica disponível para a produção de metano. Além
do stress da chuva que tem um papel essencial nas taxas de aumento da
emissão de metano (Abril
et al
., 2006). O aumento da concentração de CH
4
na
água da lagoa do Vigário no período chuvoso coincide com o período de maior
concentração de COD e NOD, como descrito anteriormente por Lannes (2002)
para esta mesma lagoa. A maior concentração de COD e NOD caracteriza um
ambiente com maior aporte de matéria orgânica, que pode ser devido ao aumento
da produção de detritos vegetais e animais (Carvalho, 1998), bem como através
da entrada de nutrientes provenientes de resíduos domésticos (Singh
et al
.,
44
2000). Segundo Lannes (2002) o orto-fosfato também apresentou maiores
concentrações no período chuvoso, o que caracteriza um ambiente mais
reduzido, como pode ser confirmado através das menores taxas de Eh e menores
concentrações de O
2
dissolvido (Lannes, 2002). Outra variável importante que
confirma um ambiente mais reduzido no período chuvoso é o maior consumo de
Mg
+2
e SO
4
-2
(Lannes, 2002). Desse modo há um maior consumo de agentes
oxidantes alternativos na lagoa do Vigário no período chuvoso, e
consequentemente, maior o processo de metanogênese.
Na lagoa de Cima a concentração de CH
4
na água superficial foi maior no
período chuvoso do que no período seco, como ocorreu na lagoa do Vigário.
Segundo Pedrosa (1999), a produção primária na lagoa de Cima é exercida
principalmente por fitoplâncton. Este fato explica a menor quantidade de matéria
orgânica nesta lagoa que vai servir de substrato para metanogênese no período
seco. Essa condição tende a ser preservada tendo em vista que essa lagoa
apresenta características ambientais relativamente preservadas (Rezende
et al
.,
2006) indicadas através dos baixos valores encontrados para as taxas de
coliformes fecais e totais. A maior concentração de metano registrado no período
chuvoso pode ser devido à ressuspensão do material de fundo (Abril
et al
., 2006),
bem como através do maior aporte de substratos orgânicos (Singh
et al
., 2000)
adventos das bacias de drenagem dos rios Imbé e Urubu, que podem favorecer a
metanogênese. Segundo Pedrosa (1999), o aumento da profundidade,
temperatura e MPS (material particulado solúvel) associados a uma queda nas
taxas de O
2
dissolvido, indicam que a demanda por este elemento é maior no
período chuvoso. E o padrão de correlações negativas encontradas entre as
variáveis de pH e profundidade também reforça esta indicação. Assim atividades
intensificadas de mineralização bacteriana e conseqüente produção de dióxido de
carbono, ácido carbônico e íons H
+
parecem ser estimuladas no período chuvoso,
provavelmente em função da entrada de substratos orgânicos alóctones. As
maiores concentrações encontradas para COD e P (total) foram registrados no
período chuvoso, quando registradas as maiores profundidades, o que caracteriza
um maior aporte de matéria orgânica neste período em função da lixiviação dos
solos da bacia de drenagem, e pode justificar a maior concentração de CH
4
encontrada nessa lagoa no período chuvoso (Pedrosa, 1999).
45
No presente estudo, as concentrações de metano encontradas na lagoa de
Cima no período chuvoso coincidem com as concentrações observadas por
Santos (2007) em alagados artificiais com sedimento e água proveniente da
mesma lagoa. É importante ressaltar que as coletas de ambos os experimentos
foram realizadas no mesmo período (chuvoso). As faixas de concentração de CH
4
encontradas na lagoa de Cima estão inseridas no limite observado para o Mar
Báltico (Schmaljohann, 1996).
Quando comparado o conjunto de valores de concentrações de metano
obtido no período seco para as duas lagoas, observa-se que a lagoa do Vigário
apresenta concentração superior. Embora essa diferença não tenha sido
considerada na avaliação temporal, é relevante a sua observação uma vez que os
dados referentes ao mês de julho possam estar representando um incremento
pontual do aporte de matéria orgânica. Daí a necessidade de amostragens mais
extensas para que se verifique com que freqüência essa pontualidade acontece.
Embora a condição de eutrofização da lagoa do Vigário principalmente
relacionada à entrada de esgoto doméstico (Singht
et al
., 2000) seja um processo
evidente, essa condição por si só parece não definir claramente a intensidade da
produção de metano esperada para aquela lagoa. É provável que essa
discrepância aparente, possa ser devido à característica de sulfato-redução da
lagoa do Vigário (Lannes, 2002), inibindo o processo de metanogênese (Casper,
1992).
6.4 - Avaliação do Papel da Typha domingensis no Ciclo do Metano
A área com macrófita apresentou um maior consumo de O
2
, uma vez que
este ponto apresentou uma maior concentração de CO
2T
, e menor concentração
de O
2
dissolvido. Segundo Carmouze (1994) altas taxas de CO
2T
refletem no
maior consumo de O
2
, e consequentemente uma diminuição no valor do pH. A
baixa oxigenação nas áreas onde as macrófitas foram cortadas refletiu na
diminuição dos valores de Eh nestes pontos, bem como do CO
2T
, e no aumento
do pH. O resultado encontrado indica que as macrófitas oxigenam o ambiente em
que estão inseridas, porém usam parte desse oxigênio para seu próprio consumo.
Tal fato pode ser explicado pela redução do Eh quando as macrófitas foram
podadas, bem como pela diminuição na taxas de CO
2T
, uma vez que quanto
46
maior a taxa de CO
2T
maior o consumo de O
2
. A condutividade e alcalinidade não
apresentaram grandes variações entres os tratamentos.
A concentração de metano encontrada na área SM foi menor que a área CM,
um padrão diferente do encontrado anteriormente no experimento inicial. É
importante ressaltar que o experimento inicial foi realizado à margem da lagoa e
em outro ponto de amostragem (Chácara da Lagoa). E as macrófitas
encontravam-se a uma profundidade máxima de 23 cm. Já este experimento foi
realizado na Secretaria de meio Ambiente onde as macrófitas se encontravam a
uma profundidade de 1,5 m, e o banco de macrófitas da Secretaria de Meio
Ambiente ocupa uma grande área e seus detritos são decompostos em
profundidades maiores. Essa maior quantidade de matéria orgânica é
decomposta em uma coluna d’ água maior o que favorece a decomposição
anaeróbica, uma vez que ocorre a escassez de O
2
dissolvido. Segundo Singh
et
al
., (2000), o aumento da coluna d’ água promove a redução do potencial redox
através da diminuição da concentração de O
2
dissolvido, o que favorece a
metanogênese. Diferente do que acontece na Chácara da Lagoa, uma vez que
parte da matéria orgânica pode estar sendo decomposta de forma aeróbica,
devido à pequena coluna d’ água. Além do fato de que parte do metano produzido
no sedimento possa estar sendo transportado para atmosfera através da
Typha.
Ao contrário da Secretaria de Meio Ambiente, na Chácara da Lagoa os bancos de
Typha
são pequenos e espalhados em alguns pontos da margem. Segundo Ding
et al
., (2002), a profundidade das águas governa o tipo de vegetação, que por sua
vez regula o transporte de CH
4
para a atmosfera, e governa a quantidade de
restos vegetais para o processo de metanogênese, refletindo na concentração de
metano na água intersticial e sua conseqüente emissão. Tal experimento justifica
os diferentes padrões de concentração de metano na água encontrados na área
SM e CM, na Secretaria de Meio Ambiente e Chácara da Lagoa. Ding
et al.
,
(2005) ressalta que o nível de profundidade da água é mais importante que o
papel das macrófitas para a oxidação de metano, em áreas rasas a oxidação é
mais significativa. A maior concentração de metano encontrada na área CM e SM
na Secretaria de Meio Ambiente a uma maior profundidade, também pode ser
justificado através de processos físicos. Com o aumento da profundidade há um
aumento da pressão que interfere diretamente na concentração do gás na água,
promovendo uma maior concentração (Manahan, 1994).
47
No presente estudo os resultados obtidos sugerem que a
Typha domingensis
pode estar atuando como uma fonte de gases estufa através da emissão de
metano via aerênquima da planta, e como acumulador através da produção
primária. Esteves (2006) concluiu em seu estudo que a
Typha domingensis a
lém
de sua capacidade de armazenar e participar da ciclagem de nutrientes tem uma
importância global como alternativa para a captação e estocagem de carbono, em
função do seu rápido crescimento. A diferença na taxa de emissão de metano em
áreas alagadas tem sido avaliada (Sing 2000; 2001; Duan
et al
., 2005; Cronin
et
al
., 2006) e em todos os estudos citados existe um consenso de que a taxa de
emissão de CH
4
na área vegetada é maior que a não vegetada. Brix
et al
., (2001)
relatou que a macrófita
Phragmites australis
, que possui uma taxa de produção
primária alta pode ser considerada um acumulador e uma fonte de gases estufa.
Acumulador através da assimilação de CO
2
atmosférico e nutriente do sedimento
para realização da fotossíntese e produção de biomassa. E como fonte através do
transporte de metano produzido no sedimento através da decomposição de
matéria orgânica.
A área onde as macrófitas foram cortadas acima da água superficial
apresentou uma diminuição na concentração de metano em relação à área com
macrófita. As amostras coletadas nesse ponto não funcionaram como réplicas.
Talvez a área onde as macrófitas foram cortadas não tenham sido grande o
suficiente e o conjunto de réplicas coletadas estaria próximo ao banco de
macrófita não cortado. Quando comparado visualmente o conjunto de réplicas
cortadas acima da água superficial com a área com macrófita, a maioria das
amostras apresentou uma menor concentração de metano em relação à área CM.
Chanton
et al
., (1993) e Kaki
et al.
, (2001) avaliaram o papel das macrófitas
Typha domingensis
,
Typha latifólia
e
Phragmites australis
, e estas apresentaram
uma importante capacidade de transportar CH
4
. Hirota
et al
., (2005) avaliou o
papel da pastagem de animais em um banco de macrófitas, e concluiu que houve
uma redução na cobertura de biomassa das macrófitas acima da coluna d’água, o
que promoveu um aumento nas taxas de emissão de CH
4
. A poda das macrófitas
reduziu a distância percorrida pelo metano do sedimento para a atmosfera,
aumentando a capacidade difusiva do metano na planta. Logo, a redução da
concentração de CH
4
na coluna d’ água no presente estudo depois que as
48
macrófitas foram cortadas acima da água de superfície, pode ser devido ao
aumento da capacidade de transporte da planta.
A
Typha
é uma planta aquática com grande quantidade de biomassa aérea,
o que pode ser mais um fator que pode estar influenciando em sua capacidade de
emissão de gases estufa. Ding
et al
., (2002) concluiram que quanto mais a planta
investe em biomassa acima do nível d’ água, por aumento da densidade de tecido
de suporte, mais acelerado se torna o processo de emissão de metano através da
planta.
A área onde as macrófitas foram cortadas abaixo da água superficial
também apresentou uma diminuição na concentração de metano em relação à
área com macrófita. A diminuição da concentração de metano na coluna d’água
quando a
Typha
foi cortada abaixo da água superficial pode ser devido à
diminuição no fornecimento de substratos orgânicos através da raiz, uma vez que
a taxa fotossintética foi reduzida com a poda da macrófita. Entretanto, a
Typha
domingensis
pode estar atuando na produção de metano através do fornecimento
de detritos na água de fundo para metanogênese, bem como através do
fornecimento de substratos orgânicos produzidos na fotossíntese liberados
através da raíz. Ding
et al
., (2005) concluiram em seu estudo que a macrófita
Carex meiriana
contribui com a produção de metano em áreas alagadas através
da liberação de compostos orgânicos pela planta, que servem de substrato para
metanogênese.
Os resultados encontrados no presente estudo indicam um importante papel
da
Typha domingensis
na lagoa do Vigário na produção e transporte de metano.
Estas podem estar contribuindo com a produção de metano via detritos de sua
biomassa e através da liberação de substratos orgânicos através da raiz, além
disso, a
Typha
teria o papel de colaborar no incremento da emissão de metano
para a atmosfera via aerênquima da planta.
49
7 - CONCLUSÃO
Os resultados encontrados para concentração de metano na lagoa do
Vigário não corroboram a primeira hipótese levantada no presente estudo. Os
dados de coliformes confirmam ações antropogênicas nesta lagoa, porém as
baixas concentrações de CH
4
obtidas sugerem que a metanogênese pode estar
sendo inibida por outros processos.
De acordo com a segundo hipótese levantada neste trabalho os dados
encontrados confirmam essa hipótese. A concentração de CH
4
encontrada na
coluna d’água de ambas as lagoas de estudo variou temporalmente. As lagoas do
Vigário e de Cima apresentaram uma maior concentração de metano no período
chuvoso. Tal resultado sugere que o aumento da temperatura e profundidade da
coluna d’água, e maior aporte de matéria orgânica característicos desse período,
favorecem a metanogênese nas lagoas de estudo.
Os dados encontrados no presente trabalho sugerem que a
Typha
domingensis
tem um papel importante no ciclo do metano na lagoa do Vigário.
Esta pode estar fornecendo matéria orgânica (detritos de biomassa e substratos
orgânicos através da raiz) para organismos metanogênicos, bem como atuando
no transporte desse gás para atmosfera via aerênquima da planta.
À medida que a profundidade da coluna d’água aumenta a concentração de
metano tanto na área com presença e ausência de macrófita aumenta. É possível
que esse fato possa ser explicado pela baixa oxigenação das águas de fundo e
conseqüente favorecimento da anaerobiose, e/ou por mudanças das condições
físicas, devido a maior pressão exercida no gás em conseqüência da maior
coluna d’água, o que interfere na concentração do mesmo.
50
8 - REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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9 - APÊNDICES
Apêndice 1: Conjunto de réplicas coletadas na lagoa do Vigário no campo
realizado no dia 31 de maio de 2006. As amostras coletadas funcionaram como
réplicas segundo o teste Kruskal-Wallist (p > 0,05).
Secretaria de Meio Ambiente
Sem Macrófita
Réplicas
Profundidade
CH
4
(cm) (µmol . L
-1
)
1 40 0,07
1 40 0,12
1 40 0,08
1 40 0,10
1 40 0,11
2 35 0,07
2 35 0,07
2 35 0,11
2 35 0,07
2 35 0,09
3 45 0,08
3 45 0,14
3 45 0,09
3 45 0,10
3 45 0,07
4 35 0,10
4 35 0,07
4 35 0,14
4 35 0,11
4 35 0,13
5 40 0,08
5 40 0,08
5 40 0,07
5 40 0,08
5 40 0,09
57
Apêndice 2: Conjunto de réplicas coletadas na lagoa do Vigário no campo
realizado no dia 6 de junho de 2006. As amostras coletadas não funcionaram
como réplicas segundo o teste Kruskal-Wallist (p < 0,05).
Chácara da Lagoa
Com Macrófita
Réplicas
Profundidade
CH
4
(cm) (µmol . L
-1
)
1 16 0,06
1 16 0,06
1 16 0,07
1 16 0,06
1 16 0,09
2 11 0,07
2 11 0,07
2 11 0,06
2 11 0,07
2 11 0,08
3 23 0,44
3 23 0,63
3 23 0,53
3
3
23
23
0,47
----
4 14 0,11
4 14 0,08
4 14 0,07
4 14 0,09
4 14 0,08
5 10 0,08
5 10 0,08
5 10 0,07
5 10 0,10
5 10 0,07
58
Apêndice 3: Conjunto de réplicas coletadas na lagoa do Vigário no campo
realizado no dia 6 de junho de 2006. As amostras coletadas funcionaram como
réplicas segundo o teste Mann-Whitney (p > 0,05).
Chácara da Lagoa
Sem Macrófita
Réplicas
Profundidade
CH
4
(cm) (mol . L
-1
)
1 27 0,12
1 27 0,11
1 27 0,09
1 27 0,10
1 27 0,15
2 28 0,10
2 28 0,11
2 28 0,14
2 28 0,20
2 28 0,13
59
Apêndice 4: Conjunto de réplicas coletadas na lagoa do Vigário no campo
realizado no dia 17 de julho de 2006. As amostras coletadas não funcionaram
como réplicas segundo o teste Kruskal-Wallist (p < 0,05).
Chácara da Lagoa
Com Macrófita
Réplicas
Profundidade
CH
4
(cm) (mol . L
-1
)
1 8 0,62
1 8 0,42
1 8 0,80
1 8 0,64
1 8 0,60
2 12 0,52
2 12 0,58
2 12 0,57
2 12 0,32
2 12 0,50
3 9 0,28
3 9 0,29
3 9 0,40
3
3
9
9
0,46
0,34
60
Apêndice 5: Conjunto de réplicas coletadas na lagoa do Vigário no campo
realizado no dia 17 de julho de 2006. As amostras coletadas não funcionaram
como réplicas segundo o teste Kruskal-Wallist (p < 0,05).
Chácara da Lagoa
Sem Macrófita
Réplicas
Profundidade
CH
4
(cm) (µmol . L
-1
)
1 16 1,71
1 16 2,77
1 16 2,70
1 16 2,55
1 16 1,66
2 19 1,09
2 19 1,16
2 19 1,16
2 19 1,29
2 19 1,52
3 16 6,27
3 16 6,63
3 16 6,36
3
3
16
16
6,18
4,73
61
Apêndice 6: Conjunto de réplicas coletadas na lagoa do Vigário no campo
realizado no dia 13 de novembro de 2006. As amostras coletadas funcionaram
como réplicas segundo o teste Kruskal-Wallist (p > 0,05). Não houve diferença
significativa segundo o teste Mann-Whitney (p > 0,05) para as amostras de
superfície e fundo.
Secretaria de Meio Ambiente
Sem Macrófita
Réplicas
Profundidade
CH
4
CH
4
Superfície Fundo
(cm) (mol . L
-1
)
(mol . L
-1
)
1 40 0,16 0,29
1 40 0,26 0,20
1 40 0,29 0,35
1 40 0,26 0,34
1 40 0,18 0,37
1 40 0,23 0,27
1 40 0,25 0,25
1 40 0,32 0,38
1 40 0,30 0,28
1 40 0,24 0,20
2 40 0,29 0,23
2 40 0,25 0,17
2 40 0,22 0,22
2 40 0,23 0,17
2 40 0,22 0,29
2 40 0,32 0,28
2 40 0,17 0,19
2 40 0,27 0,16
2 40 0,31 0,17
2 40 0,22 0,18
3 40 0,23 0,30
3 40 0,18 0,15
3 40 0,15 0,21
3 40 0,36 0,26
3 40 0,25 0,30
3 40 0,17 0,31
3 40 0,30 0,28
3 40 0,35 0,31
3 40 0,16 0,21
3 40 0,14 0,28
62
Apêndice 7: Conjunto de réplicas coletadas na lagoa do Vigário no campo
realizado no dia 27 de novembro de 2006. As amostras coletadas não
funcionaram como réplicas segundo o teste Kruskal-Wallist (p < 0,05). Não houve
diferença significativa segundo o teste Mann-Whitney (p > 0,05) para as amostras
de superfície e fundo.
Chácara da Lagoa
Sem Macrófita
Réplicas
Profundidade
CH
4
CH
4
Superfície Fundo
(cm) (µmol . L
-1
)
(µmol . L
-1
)
1 35 0,25 0,32
1 35 0,21 0,21
1 35 0,19 0,29
1 35 0,29 0,36
1 35 0,28 0,33
1 35 0,25 0,35
1 35 0,21 0,18
1 35 0,20 0,28
1 35 0,31 0,31
1 35 0,22 0,34
2 35 0,17 0,36
2 35 0,14 0,37
2 35 0,20 0,26
2 35 0,22 0,19
2 35 0,17 0,17
2 35 0,17 0,22
2 35 0,27 0,20
2 35 0,18 0,24
2 35 0,18 0,29
2 35 0,22 0,26
3 35 0,26 0,16
3 35 0,23 0,14
3 35 0,23 0,25
3 35 0,19 0,20
3 35 0,22 0,35
3 35 0,21 0,17
3 35 0,18 0,21
3 35 0,19 0,24
3 35 0,21 0,21
3 35 0,18 0,32
63
Apêndice 8: Conjunto de réplicas coletadas na lagoa do Vigário no campo
realizado no dia 24 de janeiro de 2007. As amostras coletadas funcionaram como
réplicas segundo o teste Kruskal-Wallist (p > 0,05).
Secretaria de Meio Ambiente
Com Macrófita
Réplicas
Profundidade
CH
4
(m) (µmol . L
-1
)
1 1,5 1,38
1 1,5 2,12
1 1,5 2,42
1 1,5 2,13
1 1,5 1,77
2 1,5 1,11
2 1,5 3,05
2 1,5 1,90
2 1,5 1,79
2 1,5 1,21
3 1,5 3,11
3 1,5 2,81
3 1,5 2,84
3 1,5 1,69
64
Apêndice 9: Conjunto de réplicas coletadas na lagoa do Vigário no campo
realizado no dia 24 de janeiro de 2007. As amostras coletadas funcionaram como
réplicas segundo o teste Kruskal-Wallist (p > 0,05).
Secretaria de Meio Ambiente
Sem Macrófita
Réplicas
Profundidade
CH
4
(m) (mol . L
-1
)
1 1,5 0,51
1 1,5 0,56
1 1,5 0,58
1 1,5 0,59
2 1,5 0,46
2 1,5 0,36
2 1,5 0,51
2 1,5 0,56
2 1,5 0,67
3 1,5 0,25
3 1,5 0,26
3 1,5 0,34
3 1,5 0,20
65
Apêndice 10: Conjunto de réplicas coletadas na lagoa do Vigário no campo
realizado no dia 24 de janeiro de 2007. As amostras coletadas não funcionaram
como réplicas segundo o teste Kruskal-Wallist (p < 0,05).
Secretaria de Meio Ambiente
Macrófita Cortada Acima
Réplicas Profundidade CH
4
(m) (µmol . L
-1
)
1 1,5 0,77
1 1,5 0,73
1 1,5 0,64
1 1,5 0,71
1 1,5 0,73
2 1,5 1,72
2 1,5 2,25
2 1,5 2,40
2 1,5 1,33
2 1,5 0,90
3 1,5 1,17
3 1,5 0,51
3 1,5 0,66
3 1,5 0,99
3 1,5 1,61
66
Apêndice 11: Conjunto de réplicas coletadas na lagoa do Vigário no campo
realizado no dia 24 de janeiro de 2007. As amostras coletadas funcionaram como
réplicas segundo o teste Kruskal-Wallist (p > 0,05).
Secretaria de Meio Ambiente
Macrófita Cortada Abaixo
Réplicas
Profundidade
CH
4
(m) (mol . L
-1
)
1 1,5 0,80
1 1,5 1,31
1 1,5 0,98
1 1,5 0,91
1 1,5 0,88
2 1,5 0,61
2 1,5 0,97
2 1,5 0,69
2 1,5 0,65
2 1,5 0,53
3 1,5 2,13
3 1,5 1,84
3 1,5 1,32
3 1,5 0,76
3 1,5 0,56
67
Apêndice 12: Conjunto de réplicas coletadas na lagoa de Cima no campo
realizado no dia 14 de agosto de 2006. As amostras coletadas funcionaram como
réplicas segundo o teste Kruskal-Wallist (p > 0,05).
Próximo ao Iate Club
Sem Macrófita
Réplicas
Profundidade
CH
4
(cm) (µmol . L
-1
)
1 21 0,10
1 21 0,10
1 21 0,10
1 21 0,09
1 21 0,07
2 22 0,09
2 22 0,09
2 22 0,08
2 22 0,09
2 22 0,13
3 23 0,10
3 23 0,12
3 23 0,11
3
3
23
23
0,12
0,08
68
Apêndice 13: Conjunto de réplicas coletadas na lagoa de Cima no campo
realizado no dia 13 de novembro de 2006. As amostras coletadas funcionaram
como réplicas segundo o teste Kruskal-Wallist (p > 0,05). Não houve diferença
significativa segundo o teste Mann-Whitney (p > 0,05) para as amostras de
superfície e fundo.
Próximo ao Iate Club
Sem Macrófita
Réplicas
Profundidade
CH
4
CH
4
Superfície Fundo
(cm) (mol . L
-1
) (mol . L
-1
)
1 45 0,49 0,15
1 45 0,26 0,30
1 45 0,33 0,14
1 45 0,18 0,23
1 45 0,23 0,37
1 45 0,14 0,13
1 45 0,22 0,21
1 45 0,13 0,24
1 45 0,25 0,16
1 45 0,18 0,30
2 45 0,15 0,12
2 45 0,35 0,22
2 45 0,20 0,16
2 45 0,20 0,36
2 45 0,22 0,21
2 45 0,25 0,13
2 45 0,13 0,36
2 45 0,12 0,14
2 45 0,19 0,16
2 45 0,16 0,18
3 45 0,17 0,20
3 45 0,16 0,12
3 45 0,18 0,14
3 45 0,14 0,16
3 45 0,29 0,12
3 45 0,28 0,14
3 45 0,31 0,36
3 45 0,14 0,14
3 45 0,13 0,22
3 45 0,37 0,25
69
Apêndice 14: Conjunto de réplicas coletadas na lagoa de Cima no campo
realizado no dia 27 de novembro de 2006. As amostras coletadas funcionaram
como réplicas segundo o teste Kruskal-Wallist (p > 0,05). Não houve diferença
significativa segundo o teste Mann-Whitney (p > 0,05) para as amostras de
superfície e fundo.
Próximo ao Iate Club
Sem Macrófita
Réplicas
Profundidade
CH
4
CH
4
Superfície Fundo
(cm) (µmol . L
-1
)
(µmol . L
-1
)
1 50 0,31 0,23
1 50 0,23 0,38
1 50 0,19 0,42
1 50 0,35 0,17
1 50 0,21 0,21
1 50 0,24 0,47
1 50 0,31 0,25
1 50 0,24 0,36
1 50 0,33 0,17
1 50 0,43 0,26
2 50 0,25 0,26
2 50 0,14 0,20
2 50 0,19 0,26
2 50 0,37 0,19
2 50 0,34 0,27
2 50 0,16 0,17
2 50 0,29 0,24
2 50 0,20 0,26
2 50 0,29 0,28
2 50 0,40 0,44
3 50 0,25 0,27
3 50 0,30 0,33
3 50 0,36 0,26
3 50 0,20 0,41
3 50 0,26 0,41
3 50 0,28 0,26
3 50 0,36 0,31
3 50 0,37 0,31
3 50 0,29 0,29
3 50 0,34 0,30
70
Apêndice 15: Conjunto de réplicas coletadas na lagoa do Vigário no campo
realizado no dia 14 de dezembro de 2005. Houve diferença significativa segundo
o Teste T de Student (p < 0,05) para as amostras de água superficial e intersticial
com relação à concentração de metano.
Chácara da Lagoa
Com Macrófita
Réplicas
Profundidade
CH
4
CH
4
Superfícial Intersticial
(cm) (µmol . L
-1
)
(µmol . L
-1
)
1 15 1,55 4,10
1 15
1,65 3,72
1 15
2,49 6,35
1 15
1,89 4,72
1 15
1,02 1,91
2 15
0,45 2,77
2
15
0,61 2,34
2
15
0,47 4,37
2
15
0,63 3,33
3 15
0,83 3,27
3
15
1,77 4,51
3
15
0,96 3,87
3
15
1,19 3,30
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