Pré projeto de Bioquímica sobre Fitorremediação de solos

Pré projeto de Bioquímica sobre Fitorremediação de solos

PRÉ-PROJETO SOBRE A TÉCNICA DE BIOREMEDIAÇÃO DE ÁREA CONTAMINADA POR METAIS PESADOS

Kassio Santos de Oliveira e Natassja Caroline Costa Jacuniak

1. RESUMO

Este pré-projeto tratará de um dos assuntos de maior enfoque atualmente no cenário global, a contaminação ambiental por metais pesados. Os metais pesados estão presentes em rochas em concentrações elevadas, em áreas com adição de rejeitos industriais e alguns agroquímicos assim, estão disseminados nos solos e também em cursos d’água e no ar. Quando em excesso no solo, esses elementos podem inibir o crescimento das plantas e causar alterações nas comunidades vegetais, como também exercer efeitos adversos sobre os microrganismos do solo, interferindo nas funções do ecossistema, com conseqüências ao meio ambiente e à saúde pública. O crescimento acelerado da população humana e o avanço tecnológico têm provocado profundos impactos sobre o meio ambiente através do aumento das emissões de compostos químicos tóxicos, como metais pesados, no meio ambiente e conseqüente contaminação dos ecossistemas. Os métodos tradicionais de remediação de solos, sendo dispendiosos e oferecerem riscos de contaminação secundária, deram lugar aos métodos in situ, que são mais econômicos e prejudicam menos o ambiente.

Palavras chave: fitorremediação, contaminação, metais pesados, agroquímicos

1. SUMMARY

This pre-project deal with the affairs of a greater focus now on the global stage, the environmental contamination by heavy metals. Heavy metals are present in high concentrations in rocks, in areas with the addition of some pesticides and industrial waste as well, are widespread in soil and in water courses and in the air. When in excess in the soil, these elements can inhibit plant growth and cause changes in plant communities, but also have adverse effects on soil microorganisms, interfering in the functions of the ecosystem, with consequences for the environment and public health. The accelerated growth of human population and technological advances have led to profound impacts on the environment through increasedemissions of toxic chemicals such as heavy metals in the environment and consequent contamination ofecosystems. Traditional methods of soil remediation, being expensive and offer risk of secondary contamination, led to the in situ methods, which are more economical and less damage to the environment.

Key words: phytoremediation, pollution, heavy metals, pesticides

2. INTRODUÇÃO

A fitorremediação utiliza sistemas vegetais com a finalidade de remover, degradar ou isolar substâncias tóxicas do solo e da água.Por meio do método de fitoremediação, que consiste na utilização de vegetais como alternativa para conseguir diminuir a concentração de metais pesados como o cádmio, o chumbo, o cromo, o selênio e o mercúrio espera-se alcançar considerável melhora da região de estudo. Utilizaremos o método geofísico da resistividade para encontrar regiões que apresentem contraste entre a rocha ígnea do tipo granito, comum na região de Caçapava de Sul, e os metais alvo de estudo neste pré projeto. Por meio de conceitos geológicos e geofísicos buscamos encontrar soluções de baixo custo, de fácil aplicabilidade e de relativa eficiência. Foram englobados também conhecimentos de botânica fundamental para que fosse possível compreender o processo de fitorremediação.

3. PROCEDIMENTO GEOFÍSICO

  • Introdução teórica do método

Resistividade elétrica é uma medida da oposição de um material ao fluxo de corrente elétrica. Quanto mais baixa for a resistividade mais facilmente o material permite a passagem de uma carga elétrica. Realizam-se medidas de cada ponto que geram valores que no final formam uma pseudo-seção geoelétrica e auxiliam na interpretação de regiões que possuem maior resistência a passagem de corrente elétrica e regiões menos resistivas a essa passagem.

  • Razão da escolha do método

A resistividade foi o método escolhido devido a sua característica de trabalhar com contrastes de distintas resistências ao fluxo de elétrons por parte da rocha da região, no caso o granito Caçapava que possui alta resistência a passagem de corrente elétrica, e dos metais disseminados de baixa resistividade que contaminam o solo como o chumbo, cromo, selênio e o zinco.

  • Aparelhagem

Para medidas de resistividade podem ser utilizados dois equipamentos o eletrorresistivímetro syscall ou também o tectrol. Optaria por utilizar o Syscall que possui procedimento digital e realiza a parte quantitativa no aparelho, o equipamento tectrol é de funcionamento analítico e seus resultados não são feitas de modo digital, e sim a mão.

Realizadas as medidas e tendo em mãos uma pseudo-seção geoelétrica é possível determinar as áreas com maior nível de contaminação por corpos metálicos, ou seja áreas com baixa resistividade são o alvo de interesse neste projeto.

4. FITORREMEDIAÇÃO

A fitorremediação biológica é um processo seguro e eficiente quando comparado a outros processo mais comuns de caráter físico-químico, pois se trata de uma solução menos agressiva na remoção de poluentes nocivos aos solos. A inserção de algumas culturas em solos contaminados é capaz de “sugar” desse solo metais pesados e compostos orgânicos que ficam impregnados nos tecidos vegetais ou também podes ser transformados em substâncias menos nocivas.

  • Escolha da cultura

A escolha da espécie é de suma importância para que se obtenha sucesso no projeto de recuperação do solo. Necessita-se de culturas com boa capacidade de absorção, que sejam perenes ( que não percam suas folhas com o passar das estações), com sistema radicular profundo e também ter fácil adaptação a qualquer ambiente ou temperatura. O processo da fitorremediação do solo deve focar essencialmente a dissipação do contaminante através da biomassa radicial e aérea, bem como o aumento da atividade microbiana para promover a degradação e bioacumular o poluente do solo. Portanto, pode-se utilizar a morfología da raiz como critério para escolha de espécies

  • Vantagens da fitorremediação

Pode ser utilizado em áreas extensas, confere valor paisagístico, eficaz e de baixo custo, os poluentes são absorvidos pela raiz assim as plantas devem ser retiradas ou queimadas para evitar a recontaminação.

  • Algumas espécies fitorremediadoras

Helianthus annus (girassol), Crotalaria spectabilis (crotalárea), Vicia sativa (ervilhaça), Pennisitum glaucum (milheto), Stylosantes guianenis (mineirão), Mucana cinereum (mucana-anã), Mucana cinereum (mucana-cinza), Mucana aterrina (mucana-preta) são algumas das espécies mais utilizadas na recuperação de solos.

  • Plantas hiperacumuladoras

As plantas capazes de extrair altos níveis de metais são chamadas de hipercumuladoras e, para tomarem-se funcionais na fitoextração de metais, estas plantas devem produzir altos conteúdos de biomassa e possuir facilidade de translocação dos metais . A existência destas plantas vem causando considerável interesse na área ambiental para descontaminação de solos, como também na atividade de mineração comercial.

  • Sintomas da presença de metais pesado nas espécies hiperacumuladoras:

  • Caminho dos metais dentro da planta hiperacumuladora

Metais e micronutrientes são absorvidos geralmente na forma iônica como Co+2, Cu+2, Fe+2, Fe+3, Mn+2, N f2, Zn+2, Cd+2, Cr+6 e Pb+2. Os mecanismos de absorção são ampla e genericamente conhecidos na fisiologia das plantas. Sabe-se que os íons, quer sejam nutrientes ou não, estão sujeitos a dois processos de entrada na planta. Um processo passivo, no qual não há gasto de energia pela planta, e os íons seguem a favor de um gradiente de concentração em que o meio externo é mais saturado iónicamente do que os espaços intercelulares e parede celular. No processo ativo, o íon movimenta-se para uma fase aquosa com maior concentração iônica. Neste processo, estão envolvidos mecanismos ainda não bem entendidos, pois sabe-se que a parede celular possui características impermeáveis aos íons, entretanto, ocorre necessariamente a entrada destes nutrientes no interior da célula. O transporte radial dos elementos inorgânicos na planta segue o caminho: epiderme, parênquima cortical, endoderme e cilindro central. O deslocamento dos elementos inorgânicos, das raízes até as partes aéreas, é feito através do xilema e distribuem-se por vasos floemáticos por toda a planta. Os metais pesados encontram-se no xilema na forma iônica complexado ou quelatizado: Cu-aminoácidos, Fecitrato, Mo-aminoácidos com S, Ni aminoácidos. No interior da planta a presença de metais estimula a produção de polipeptídeos que acumulam os metais no interior de seu vacúolo e citoplasma.

4.1 TIPOS DE REMEDIAÇÃO MAIS UTILIZADOS

  1. Fitodescontaminação: Processos nos quais a concentração dos contaminanes do solo e água é reduzida a um nível aceitável através da ação direta das plantas, pela degradação pela microflora e associação destes.

  1. Fitostabilização: A absorção e acúmulo no tecido da raiz ou precipitação dos contaminantes na rizosfera, permite, em breve tempo, reconstruir vários ambientes uma excelente cobertura vegetativa, reduzindo a mobilidade dos contaminantes, os processos erosivos tipos de solos “nús”. Previne a migração para a água ou ar e reduz a biodisponibilidade para uma possível introdução do contaminante na cadeia alimentar. Evita a erosão e assim impede que os metais contaminantes migrem para outras áreas.

  1. Fitoextração: absorção e translocação do contaminante do solo nos tecidos da parte superior da planta, seguido de coleta e destruição da fitomassa.

  1.  Fitotransformação ou Fitodegradação: é a decomposição dos contaminantes absorvidos pela planta através dos processos metabólicos nos tecidos vegetais, ou a decomposição dos contaminantes externamente através de enzimas produzidas pela planta.

  1. Fitovolatilização: é uma forma particular de fitotransformação na qual após os processos de absorção e translocação na planta, faz-se a liberação na atmosfera dos contaminantes ou seus compostos de transformação. A liberação de compostos orgânicos voláteis ou de metais se dá através do fluxo de transpiração da planta.

FIGURA 1 – Esquema dos procedimentos que garantem a remediação do solo.

  1. UTILIZAÇÃO EM SOLO CAÇAPAVANO

Caçapava do Sul e região são conhecidas não só pelas riquezas minerais de seus solos mas também pela agricultura voltada para exportação, sendo assim o uso de pesticidas,fungicidas e demais agrotóxicos estão presentes na quase totalidade das culturas da região.

FIGURA 2 – Região de Caçapava do Sul -RS

O mal ou excessivo uso destes defensivos, compostos de óxidos metálicos, e compostos orgânicos, ocasiona uma contaminação do solo inicialmente de modo superficial mas que poderá acarretar em contaminações mais expressivas e que colocam em risco toda a biodiversidade local.

FIGURA 3 - Thlaspi caerulescens espécie hiperacumuladora

Escolhemos duas espécies de plantas hiperacumuladoras capazes de conter o máximo possível de metais contaminantes, são elas Thlaspi caerulescens (figura 3) que acumula Zn de 2000 a 4000 mg/kg e Brassica juncea (mostarda da India) transgênica que produz peptídio quelante de metais (Cd2+e Cr2+). A escolha destas duas culturas foi feita por poderem ser cultivadas juntas, por se adaptarem bem a variação brusca de temperatura, sobrevive a invernos rigorosos e a solo muito rochosos e possibilita uma melhor absorção dos contaminantes provenientes do mal uso de pesticidas agrícolas.

FIGURA 4 – Possível área de elevado risco a contaminação por óxidos metálicos presentes nos agrotóxicos mais comuns.

FIGURA 5 – Seja mecanizada ou manual a má ou excessiva utilização de agrotóxicos oferece riscos ao solo e a biodiversidade local

  1. CONCLUSÃO

Pesquisas vêm mostrando que é viável a descontaminação de solos com altos teores de metais em poucos anos, utilizando-se de manejos agronômicos adequados, resultados de experiências anteriores com diferentes espécies. Plantas que acumulam metais até cerca de 1 a 3% de seu peso seco, podem ser consideradas como hiperacumuladoras e possuem potencialidade em relação à extração de metais pesados em solos contaminados, deste modo a toxidez nas plantas é causada pelo excesso destes metais que estão disponíveis no solo. A utilização de métodos alternativos tem sido muito divulgados devido as vantagens de manejo; mesmo que com efeito demorado, cerca de um a dois anos, a fitorremediação é uma alternativa barata e eficaz na difícil retirada de metais contaminantes. Acerca da utilização na região de Caçapava do sul acreditamos que seria viável a utilização do método devido as condições climáticas, a disponibilidade de instrumentos capazes de detectar áreas com alta concentração de metais nocivos, devido também a pouco expressividade de controle e reparação de danos ambientais na região. As espécies Thlaspi caerulescens e Brassica juncea são ideais para a região em questão devido as condições climáticas, ao tipo de solo e tipo de rochas e também pelos principais metais contaminantes que possívelmente seja o Zn. Contando com uma equipe formada por geofísicos, geólogos, biólogos e agrônomos seria possível realizar um trabalho bem expressivo no combate a este tipo de dano ambiental que pode acarretar danos a toda diversidade local.

  1. BIBLIOGRAFIA

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