IMPACTOS AMBIENTAIS RELACIONADOS COM A ATIVIDADE ANTRÓPICA O PAPEL DO SOLO

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1 Universidade Federal de Santa Maria Fertilidade do Solo Docência Orientada IMPACTOS AMBIENTAIS RELACIONADOS COM A ATIVIDADE ANTRÓPICA O PAPEL DO SOLO Fábio Mallmann - Eng. Agrônomo, mestrando/ppgcs Ricardo Schenato -Eng. Agrônomo, mestrando/ppgcs Santa Maria, Maio de 2008

2 ROTEIRO DA AULA 1. A agricultura atual 2. A Revolução Verde 3. O uso do solo 4. Os fertilizantes na agricultura 5. Poluição x Contaminação 6. Fósforo 6.1. O ciclo do fósforo 6.2. Eutrofização Eutrofização natural x Eutrofização artificial 6.3. Alguns dados

3 ROTEIRO DA AULA 7. Nitrogênio 7.1. O ciclo do N 7.2. Aumento no uso de N 7.3. Alguns dados 8. Outros elementos 9. Para refletir

4 A agricultura atual... Alto consumo de insumos Energeticamente deficitária Ambientalmente agressiva em função...

5 Revolução Verde, que se iniciou após a segunda guerra mundial uso intensivo do solo; aplicação de insumos externos; uso de novas técnicas produtivas; mecanização da agricultura. A partir deste período o homem começou a utilizar o solo de forma mais intensiva e indiscriminada, até mesmo em áreas de baixa aptidão agrícola.

6 Em síntese: Revolução verde se por um lado acréscimo na produção agrícola por outro Problemas: -Ambientais -Econômicos -Sociais

7 O mau uso pelo homem... Fonte: Gonçalves & Rheinheimer

8 ...leva a perda da qualidade do solo - degradação

9 Cobertura florestal no Rio Grande do Sul (original e em 1983) Fonte: Ferreira e Gausmann (1996)

10 Desrespeito à legislação (Código Florestal - Lei 4.771/65 Áreas de preservação permanente - artigo 2º) IAP/PR Desrespeito à capacidade de uso do solo Foto de Jack Dykinga (USDA ARS)

11 FERTILIZANTES E CORRETIVOS Inclusão de áreas no sistema produtivo; Investimentos maiores Aumento na produtividade; Dependência do mercado Sustentabilidade da produtividade; Alteração do solo e da água

12 IMPACTOS NA QUALIDADE QUÍMICA Quando algum elemento químico está em maior concentração em relação às suas concentrações naturais no solo... SOLO POLUÍDO SOLO CONTAMINADO Quando esta contaminação ocorre em quantidades que afetam os componentes bióticos do solo, comprometendo sua funcionalidade e sustentabilidade...

13 SOLO Éum sistema aberto e, consequentemente, está sujeito a troca de massa e energia com sistemas adjacentes. Volatilização Lixiviação Erosão

14 FÓSFORO Éo nutriente mais requerido em nossas condições Faz ligações específicas de alta energia Ambientes aquáticos têm baixa disponibilidade Desencadeador do processo de eutrofização Principal mecanismo de perda: erosão P particulado

15 CICLO DO FÓSFORO

16 EUTROFIZAÇÃO A eutrofização éo crescimento excessivo das plantas aquáticas, tanto planctônicas quanto aderidas, a níveis tais que sejam considerado causador de interferências com os usos desejáveis do corpo d água (Thomann e Mueller, 1987). Ou seja: Produção primária acima do normal em virtude do aporte de nutrientes, especialmente o fósforo.

17 EUTROFIZAÇÃO Problemas estéticos e recreacionais Condições anaeróbias no fundo do corpo d água Eventuais mortandades de peixes Maior dificuldade e elevação nos custos de tratamento da água Toxicidade das algas Modificações na qualidade e quantidade de peixes de valor comercial Desaparecimento gradual do lago como um todo

18 Eutrofização natural x Eutrofização artificial Fluxo de sedimentos e nutrientes Aumento da produtividade eutrofização Oligotrófico baixa produtividade Mesotrófico média produtividade Eutrófico alta produtividade Eutrofização natural = envelhecimento de lagos

19 Eutrofização do Mar Cáspio Fonte:NASA EXEMPLOS DE EUTROFIZAÇÃO

20 EXEMPLOS DE EUTROFIZAÇÃO Lagoa no Rio de Janeiro. Fonte: SERLA Lago Paranoá. Fonte: Projeto de valorização de Pesca Profissional

21 Contribuições unitárias de fósforo típicas Fonte Tipo Valores típicos Unidade Drenagem Áreas de matas e florestas 10 kgp/km 2.ano Áreas agrícolas 50 kgp/km 2.ano Áreas urbanas 100 kgp/km 2.ano Esgotos Domésticos 1,0 kgp/hab.ano Fonte: Von Sperling, 1996.

22 Alguns dados... Na UE, a agricultura é responsável por 25% do fluxo total de P para o Mar do Norte; Na Tchecoslováquia, a agricultura contribui com 48% da poluição de águas superficiais; Noruega e Finlândia reportam significantes processos de eutrofização local. O Mar Adriático vem registrando aumento na quantidade de algas. Praticamente TODOS os lagos chineses apresentam algum grau de eutrofização.

23 NITROGÊNIO Altas doses, principalmente em gramíneas Baixa eficiência = altos potenciais de perdas Difícil manejo em função de seu ciclo (estreitamente relacionado com microorganismos) Principais mecanismos de perda: lixiviação nitrato volatilização amônia escoamento superficial N solúvel

24 indústria N 2 FBN N 2 O NPK Desnitrificação N orgânico anaerobiose Adaptado de Aita, 2007 Bioma mineralização Fixação biológica assimbiótica (bactérias de vida livre) Imobilização NH 3 NH 4 + NO 2 - aerobiose NO 3 - Nitrificação Lixiviação

25 Voltando à Revolução Verde... Até 1960 a disponibilidade de nitrogênio na Terra era controlada exclusivamente por processos naturais, por meio da fixação do elemento pelas plantas Atualmente a produção sintética do nitrogênio ultrapassa toda a produção natural em até 30%. O homem aumentou a oferta de nitrogênio disponível a organismos nos oceanos em quase 50%. O nitrogênio antropogênico éresponsável por cerca de 3% de toda a nova produção biológica marinha.

26 Alguns dados... Na UE, a agricultura é responsável por 60% do fluxo total de N para o Mar do Norte; Na Noruega, 71% do N total transferido para o ambiente aquático foi oriundo de fontes difusas (agricultura); Esse mesmo país reporta contaminações substanciais de suas águas subterrâneas por N. Cerca de 50% dos poços, que suprem mais de um milhão de residências rurais, da Lituânia, estão impróprios para consumo humano em pela presença de agrotóxicos e excesso de N.

27 Alguns dados... Manejo Cultura Acréscimo (%) P N Rotação Milho Aveia, alfafa Alfalfa 1º ano Alfalfa 2º ano Contínuo Milho Pastagem (grama azul) Média Fonte: Natural Resources Management and Environment Department -FAO

28 E os outros nutrientes? K, Ca, Mg, S... metais Importância secundária... auxiliar no processo de eutrofização chuva ácida

29 Para refletir... Esses fenômenos estão presentes em nossa realidade? Uso do solo, sistemas de manejo, recomendações de fertilizantes, visão sistêmica. A agricultura, nos moldes atuais, é sustentável? Ambiente, mercado, sociedade. Que mudanças podem ser esperadas? Como poderão ocorrer? Agricultura nos próximos 5, 10, 50 anos (recomendação de adubação e calagem?) Agentes de pressão... Qual o nosso papel no sistema agrícola? como cidadãos, como agricultores, como Engenheiros Agrônomos.

30 METAIS PESADOS

31 ROTEIRO Terminologia Importância Problemas Principais elementos tóxicos Fontes de metais Formas dos metais no solo Dinâmica dos metais no solo Alguns casos de contaminação Solo como meio para descarte Metais pesados em corpos d água

32 TERMINOLOGIA Ł METAIS PESADOS Elementos que apresentam peso específico maior que 5 g cm -3 ; Ł ELEMENTOS-TRAÇO Quando descobertos, [ ] abaixo dos limites de detecção limitação metodológica; Ł ELEMENTOS TÓXICOS Recente conotação popular dada aos metais pesados.

33 IMPORTÂNCIA -A maioria dos metais pesados são biologicamente ativos; -Muitos não tem nenhuma função fisiológica em plantas e animais (As, Cd, Pb, Hg...); -Outros têm papel importante no bom desenvolvimento de plantas, na produção agrícola e na saúde humana... (Co, Mo, Zn, Cu...) ELEMENTOS ESSENCIAIS

34 PROBLEMAS -Mesmo aqueles essenciais podem causar impactos negativos a ecossistemas terrestres e aquáticos: uso continuado e/ou inadequado; -Contaminação do público não-alvo; -Metais pesados: não biodegradáveis; -Tem efeito acumulativo na cadeia alimentar, afetando em maior escala os últimos níveis da cadeia trófica.

35 PRINCIPAL PROBLEMA: ACÚMULO NA CADEIA TRÓFICA BIOACUMULAÇÃO BIOMAGNIFICAÇÃO

36 PRINCIPAIS ELEMENTOS TÓXICOS As Hg Cd Pb Cr Al Se Co Cu Fe Mn Mo Zn Ni Tóxicos aos animais superiores Tóxicos às plantas (fitotóxicos)

37 QUAIS AS FONTES DE METAIS PESADOS?

38 FONTE DE METAIS PESADOS Ł LITOGÊNICA: -Constituintes naturais de rochas e solos (intemperismo)

39 FONTE DE METAIS PESADOS Ł ANTROPOGÊNICA: -Fertilizantes

40 Teores totais de metais pesados não-nutrientes em diferentes tipos de fertilizantes MATERIAL Ni Cd Cr Pb mg kg Superfosfato triplo Superfosfato simples MAP DAP Termofosfato Fonte de micronutrientes: BR Fonte de micronutrientes: Nutricitro Fonte: Gabe & Rodella (1999)

41 FONTE DE METAIS PESADOS -Calcário e gesso agrícola -Defensivos agrícolas

42 FONTE DE METAIS PESADOS -Dejetos de animais (resíduos agroindústrias, lodos de esgoto...) -Água de irrigação contaminada

43 FONTE DE METAIS PESADOS -Lixões -Mineração

44 FONTE DE METAIS PESADOS -Deposição atmosférica -Resíduos industriais

45 FONTE DE METAIS PESADOS -Curtumes -Resíduos petroquímicos

46 FORMAS ENCONTRADAS NO SOLO - Solúveis: íons livres ou complexos solúveis com ânions inorgânicos ou orgânicos; - Trocáveis: ligados às cargas do solo e da matéria orgânica; - Adsorvidos especificamente: alta energia de ligação; - Ligados à materiais orgânicos insolúveis: complexados por materiais de difícil decomposição; - Precipitados: na forma de carbonatos, sulfatos...

47 FORMAS ENCONTRADAS NO SOLO M = metal O O O O O O Fe O H Fe O H Fe O M M + M + M O O R R composto orgânico óxido de ferro MSO 4 MCO 3 precipitados

48 DINÂMICA DOS METAIS PESADOS NO SOLO CONTAMINANTES CONTENDO METAIS PESADOS (fertilizantes, pesticidas, lodos de esgoto, deposição atmosférica...) sorção em colóides organo-minerais mineriais intemperizados co-precipitação (hidróxidos de Fe, Mn, Al, óxidos, carbonatos) SOLUÇÃO DO SOLO íons e complexos perdas por lixiviação SOLO perdas por escoamento superficial biomassa (microrganismos) substâncias húmicas (Alloway, 2005)

49 DINÂMICA DOS METAIS PESADOS NO SOLO CONTAMINANTES CONTENDO METAIS PESADOS (fertilizantes, pesticidas, lodos de esgoto, deposição atmosférica...) sorção em colóides organo-minerais mineriais intemperizados co-precipitação (hidróxidos de Fe, Mn, Al, óxidos, carbonatos) SOLUÇÃO DO SOLO íons e complexos perdas por lixiviação biomassa (microrganismos) substâncias húmicas liteira superfície radicular folhas absorção caule raíz sementes armazenamento na raíz SOLO PLANTA

50 CASOS DE POLUIÇÃO -Um dos mais antigos: a mineração e o beneficiamento do Cu, do Pb e do Hg usado pelas antigas civilizações romana e fenícia; -O uso de alguns fertilizantes fornecedores de micronutrientes e subprodutos utilizados como corretivos de acidez podem superar a adição anual máxima ao solo permitida para metais pesados (USEPA);

51 CASOS DE POLUIÇÃO -Numa indústria química fabricante de pesticidas no município de Paulínia (SP), de um total de 181 pessoas estudadas, 144 (80%) apresentaram pelo menos um elemento pesado no sangue em concentração superior aos níveis aceitáveis.

52 CASOS DE POLUIÇÃO - O excesso de cobre nos solos da Serra Gaúcha, decorrente da aplicação de fungicidas cúpricos nas videiras; -A aplicação de doses elevadas de dejetos líquidos de suínos, principalmente nas regiões de maior produção (oeste catarinense).

53 Limites de metais pesados que podem ser aplicados com segurança no solo, conforme a legislação de diversos países e do Estado do RS. METAL Cu Zn Cr Ni Pb Cd Hg Máx. cumul USEPA Taxa anual CEE RS kg ha

54 Concentrações médias de metais pesados de alguns materiais orgânicos: Material Orgânico Cu Zn Cr Cd Pb Ni mg kg -1 (massa seca) Esterco líquido de suínos Composto de lixo urbano , Lodo de curtume , Cuidado: -Dimensionamento das instalações...

55 Durante quantos anos um suinocultor poderá aplicar os dejetos líquidos de suínos produzidos pela granja nas suas áreas de lavoura, até que as concentrações de Cu e/ou Zn atinjam o limite máximos estabelecido para o RS? Área disponível = 10 ha Produção anual = 3000 cabeças ano -1 (terminação) Produção de dejetos líquidos = 1 m 3 cabeça -1 Teor de matéria seca do dejeto = 5%

56 RESPOSTA: -Quantidade total de matéria seca: 3000 m³ x 0,05 = 150 m³ = kg -Quantidade total de Cu no dejeto: kg x 1000 mg/kg = mg = 150 kg -Quantidade de Cu aplicada por ha: 150 kg / 10 ha = 15 kg/ha -Período de aplicação para atingir nível máximo estabelecido pela legislação do RS: 280 kg / 15 kg/ano = 18,7 anos (para Cu) -Quantidade total de Zn no dejeto: kg x 1400 mg/kg = mg = 210 kg -Quantidade de Zn aplicada por ha: 210 kg / 10 ha = 21 kg/ha -Período de aplicação para atingir nível máximo estabelecido pela legislação do RS: 560 kg / 21 kg/ano = 26,7 anos (para Zn)

57 SOLO COMO MEIO PARA DESCARTE Solos com: - alto teor de óxidos de ferro, alumínio e manganês; - alto teor de matéria orgânica; podem ser utilizados para descarte de resíduos contendo metais pesados.

58 METAIS PESADOS NOS CORPOS D ÁGUA -A composição natural dos sistemas aquáticos é altamente complexa; -A concentração de metais pesados em sistemas aquáticos superficiais é conseqüência da: (a) geoquímica das rochas de origem e dos solos; (b) poluição antropogênica; (c) reações químicas.

59 METAIS PESADOS NOS CORPOS D ÁGUA Ciclagem de metais pesados em ecossistemas aquáticos: (quatro compartimentos) - o compartimento dissolvido, contendo íons livres, complexados e ligados coloidalmente; - o compartimento particulado (abiótico), consistindo tanto de partículas orgânicas quanto de inorgânicas; - o compartimento particulado (biótico), consistindo principalmente de fitoplâncton (e bactérias); - sedimentos de fundo, que é o maior compartimento da maioria dos sistemas aquáticos.

60 METAIS PESADOS NOS CORPOS D ÁGUA M + M M + M + M M M + M M + M + M M + M M M M M M M M M M M M M M

61 METAIS PESADOS NOS CORPOS D ÁGUA -Nos sistemas aquáticos, os metais pesados estão sujeitos a diversas interações; -Atividade microbiana exerce papel importante no comportamento dos metais pesados; -O destino dos metais pesados em sistemas aquáticos é principalmente controlado por processos de transporte. -Quanto menor o curso d água, maior a influência da contaminação pelo uso dado às terras de entorno.

62 A relação entre o solo e a água énatural, sendo que um condiciona a qualidade do outro. Num ambiente natural, a qualidade física, química e biológica do solo édependente do ciclo hidrológico. Ao mesmo tempo, a qualidade da água é regulada pela capacidade do solo em absorvê-la, retê-la e conduzi-la ao lençol freático.

63 A maioria das pessoas que trabalham com a produção agropecuária tem visão fragmentada do ambiente, limitando-se a sua propriedade ou a um determinado sistema de produção. O conhecimento dos mecanismos de funcionamento dos sistemas aquáticos e o seu acoplamento aos usos dos solos devem ser feitos tendo-se a visão de, pelo mínimo, da microbacia hidrográfica.