Influência do cultivo de cana-de-açúcar em córregos adjacentes: macroinvertebrados aquáticos como bioindicadores

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1 Influência do cultivo de cana-de-açúcar em córregos adjacentes: macroinvertebrados aquáticos como bioindicadores Prof. Dr. Juliano José Corbi Universidade de São Paulo (USP) Departamento de Hidráulica e Saneamento (SHS) Laboratório de Ecologia de Ambientes Aquáticos (LEAA)

2 Cultivo da cana-de-açúcar no Brasil A cana-de-açúcar sempre originou um dos principais produtos de consumo e de exportação do Brasil; A atividade canavieira no Brasil passou por períodos variados, porém, sempre apresentando crescimento tanto na área cultivada quanto na quantidade colhida.

3 Cultivo da cana-de-açúcar no Brasil 700 Milhões de Toneladas

4 Cultivo da cana-de-açúcar no Brasil Evolução da produção brasileira de cana, açúcar e etanol. Fonte: IBGE, Unica (2008)

5 Cultivo da cana-de-açúcar no Brasil O Brasil é o maior produtor, com 25% da produção mundial; Cultivo atual está em 10 milhões de hectares. (Fonte: IBGE, 2014)

6 Cana-de-açúcar e outras culturas no Brasil Cultura Área colhida (milhões de ha) Produção (milhões ton.) % Área colhida* Produtividade (em Ton. por ha) Soja 20,58 57,95 35,6 2,82 Milho 13,82 51,83 23,9 3,75 Cana-de-açúcar 6,69 515,83 11,6 77,10 Feijão 3,83 3,25 6,6 0,85 Arroz 2,90 11,05 5,0 3,81 Café 2,22 2,17 3,8 0,97 Mandioca 1,91 26,92 3,3 14,09 Trigo 1,85 4,09 3,2 2,21 Algodão herbáceo 1,12 4,09 1,9 3,65 Laranja 0,80 18,50 1,4 23,13 Outros 2,06 7,22 3,6 3,50

7 Cana-de-açúcar: Estado de São Paulo, Brasil Maior produtor nacional, com cerca de 50% da produção nacional!; Cana representa cerca de 25% do total do uso do solo rural; Nos últimos anos, tem se observado um deslocamento dessa cultura para o eixo centronorte do Estado;

8 Cultivo da cana-de-açúcar no Estado de São Paulo produção de 337x10 6 toneladas e uma área de 5 milhões de hectares: MilhõesToneladas (Fonte: IBGE, 2014)

9 O Estado de São Paulo é referência global no cultivo e na produção de derivados de cana-de-açúcar: Cana Moída (Fonte: IBGE, 2014)

10 O Estado de São Paulo é referência global no cultivo e na produção de derivados de cana-de-açúcar: Açúcar (Fonte: IBGE, 2014)

11 O Estado de São Paulo é referência global no cultivo e na produção de derivados de cana-de-açúcar: Etanol (Fonte: IBGE, 2014)

12 Exportações Ranking de exportação de etanol por estado na safra 2015/2016 (mil litros) Número 1 - SÃO PAULO (mil litros) 91,76% (de participação nas exportações do país) Ranking de exportação de Açúcar por estado na safra 2015/2016 (mil litros) Número 1 - SÃO PAULO 8 milhões de toneladas 62,77% (de participação nas exportações do país)

13 Destaques! As exportações da cadeia produtiva da cana somaram US$ 11 bilhões, em 2011, representando 53% das exportações brasileiras desse segmento; A área do canavial de São Paulo é equivalente aos territórios da Croácia ou da Costa Rica!; A cultura da cana está distribuída em praticamente todo o Estado de São Paulo, com destaque para o centronorte (Piracicaba, Ribeirão Preto, Araraquara, São Carlos Franca e Barretos), as regiões de Campinas, Bauru e Jaú e, mais recentemente, o oeste (Araçatuba e Presidente Prudente).

14 Sustentabilidade? Para reforçar seu compromisso com o meio ambiente, o Estado de São Paulo adotou, em 2007, o Protocolo Agroambiental do Setor Sucroalcooleiro, com o objetivo de substituir a queima da palha pela colheita mecanizada. Na safra de 2012, a utilização da colheita limpa superou a marca de 70%.

15 Sustentabilidade??

16 Cultivo da cana-de-açúcar no Estado de São Paulo Plantio: aplicação de fertilizantes, pesticidas e herbicidas; Processo de lixiviação do solo; Problemas ambientais: - Acumulação no sedimento aquático - bioacumulação em diferentes níveis tróficos;

17 A expansão agrícola no Brasil Falta de planejamento e conseqüente destruição dos recursos naturais, particularmente das florestas;

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21 A expansão agrícola no Brasil Retirada das Matas ciliares Ao longo do tempo, a agricultura brasileira cresceu em produtividade e área cultivada, acompanhada pelo uso intenso de agrotóxicos e fertilizantes que também sofreram grandes transformações.

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23 Macroinvertebrados aquáticos de ambientes lóticos Macroinvertebrados aquáticos de sistemas lóticos têm servido de modelo para estudos de distribuição e de organização funcional desses sistemas. Conceito do Contínuo Fluvial (RCC), por exemplo!

24 Macroinvertebrados aquáticos de ambientes lóticos A estrutura dessa comunidade também tem sido amplamente utilizada para diagnóstico de situações de impacto ambiental: despejos orgânicos poluentes específicos, tais como metais pesados práticas agrícolas que aportam aos sistemas aquáticos fertilizantes químicos e pesticidas contribuem para estabelecer situações capazes de modificar a comunidade lótica pré-existente.

25 A utilização de macroinvertebrados aquáticos como bioindicadores de poluição deve-se a vários fatores Distribuição ampla Abundância numérica Variabilidade ecológica baixa Tamanho grande Mobilidade limitada Ciclo de vida relativamente longo Características ecológicas bem definidas

26 Macroinvertebrados aquáticos de ambientes lóticos Estudos no Brasil: desmatamentos, assoreamentos e impactos da agricultura em geral mineração impacto do cultivo de Eucalyptus na diversidade de macroinvertebrados enriquecimento orgânico e metais fragmentação do habitat decorrente de desmatamentos e/ou represamentos

27 Macroinvertebrados aquáticos de ambientes lóticos No entanto, pouca atenção tem sido direcionada para as implicações decorrentes do cultivo de cana-de-açúcar na organização estrutural dessa comunidade aquática.

28 Local de estudo Córrego Água Sumida (S1): Localizado entre o município de Araraquara e o distrito de Guarapiranga.

29 Local de estudo Córrego São João (S2): Localizado no distrito de Guarapiranga.

30 Local de estudo Córrego Bela Vista (S3): Localizado entre o município de Araraquara e a fazenda Bela Vista (Assentamento Bela Vista).

31 Local de estudo Córrego Andes (S4): Localizado na fazenda Bela Vista (Assentamento Bela Vista).

32 Local de estudo Córrego Água Preta (S5): Localizado entre o distrito de Guarapiranga e o município Ribeirão Bonito.

33 Local de estudo Ribeirão do Monjolinho (M4): Localizado no município de São Carlos.

34 Local de estudo Córrego Fazzari (M3): Localizado no município de São Carlos.

35 Local de estudo Córrego Espraiado (M2): Localizado no município de São Carlos.

36 Materiais e métodos Processamento das amostras e identificação dos organismos Fauna coletada Armazenamento Laboratório Fixação Identificação

37 Materiais e métodos Análise dos resultados Macroinvertebrados aquáticos Aplicação das métricas As características faunísticas da comunidade de macroinvertebrados de cada córrego foram determinadas através da participação de cada grupo taxonômico, do total de indivíduos coletados, da riqueza (Margalef - I Mg ), da diversidade (Shannon - H ) e a avaliação da qualidade da água foi feita utilizandose as seguintes métricas:

38 Materiais e métodos Análise dos resultados macroinvertebrados aquáticos Índice biótico Biomonitoring Working Party System (BMWP), Índice Biótico Belga (IBB), Porcentagem de EPT (Ephemeroptera, Plecoptera e Trichoptera), A razão entre o número de famílias de EPT e o número de famílias de macroinvertebrados (fam. EPT/Total de famílias X 100), A razão entre o número de indivíduos de EPT e o número de larvas de Chironomidae (EPT/Chironomidae X 100), A razão entre a quantidade de Chironomidae e a quantidade total de indivíduos coletados (Chironomidae/Total X 100), A razão entre o número de larvas de Chironomus e o número total de Chironomidae (Chironomus/Chironomidae) A razão entre a quantidade de espécimes fragmentadores e coletores (fragmentadores/coletores x 100)

39 Macroinvertebrados aquáticos Estrutura taxonômica

40 Macroinvertebrados aquáticos Métricas C1 C2 C3 C4 C5 M1 M2 M3 M4 P1 P2 Número de famílias F (Chironomidae/total) x EPT (%) (Chironomus/Chironomidae) x ,2 0 1, (EPT/Chironomidae) x ,1 15 0,7 5 9, ,9 2,4 (nº fam. EPT/total fam.) x (fragmentadores/coletores) x Índice de diversi. de Shannon (H ) 0,2 1,7 3,0 2,1 2,7 2,2 3,5 3,2 3,3 1,3 1,4 Índice de riqueza de Margalef (I Mg ) 0,7 2,7 5,6 4,7 5,1 4,8 8,7 6,8 7,9 2,3 2,4 Índice Biótico (BMWP) Índice Biótico Belga (IBB) Classe Faixa de Faixa de Qualidade Cor score score da água indicativa IBB BM W P (padrão) 1 9 a 10 > 81 Excelente 2 7 a Boa Regular 4 4 a Ruim 5 < 3 < 25 Péssima

41 Variáveis físicas e químicas do sedimento Matéria orgânica Matéria orgânica (%) Água Sumida São João Ouro Bela Vista Chibarro S. Vicente Espraiado Fazzari Monjolinho Água Preta Andes

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43 2006 Código Córrego Tributário Município Uso da terra Localização geográfica C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9 C10 C11 São João Jacaré-Guaçu Guarapiranga Cana-de-açúcar Água Sumida Jacaré-Guaçu Araraquara Cana-de-açúcar Ouro Jacaré-Guaçu Araraquara Cana-de-açúcar Chibarro Jacaré-Guaçu Araraquara e Ibaté Cana-de-açúcar Bela Vista Jacaré-Guaçu Araraquara Cana-de-açúcar Água Preta Jacaré-Guaçu Ribeirão Bonito Área de Pastagem Andes Jacaré-Guaçu Araraquara Área de Pastagem Fazzari Jacaré-Guaçu São Carlos Mata ciliar São Vicente Jacaré-Guaçu Guarapiranga Mata ciliar* Espraiado Jacaré-Guaçu São Carlos Mata ciliar Monjolinho Jacaré-Guaçu São Carlos Mata ciliar 21º57 (S) 48º15 (W) 21º56 (S) 48º16 (W) 21º47 (S) 48º0,7 (W) 21º52 (S) 48º0,5 (W) 21º54 (S) 48º13 (W) 22º00 (S) 48º12 (W) 21º55 (S) 48º11 (W) 21º59 (S) 47º54 (W) 21º59 (S) 48º15 (W) 21º53 (S) 47º52 (W) 22º00 (S) 47º50 (W)

44 2006 Local Ref. Cu Zn Fe Cd Cr Córrego Cafundó 22 4,66 6,15 * 0,08 nd Córrego Boa Sorte 22 2,2 3 * nd 0,44 Córrego Jataí 22 6,65 7,15 * 0,05 1,06 Ribeirão Anhumas 6 16,78 * * 0,41 0,93 Represa de Barra Bonita 23 5,2 10,7 * nd 2,4 Represa Billings * 1,7 25 Rio Jacaré Guaçu , nd nd Rio Monjolinho 15 8,86 5, nd nd Córrego São João Presente estudo 7,3 10, nd nd Córrego Água Sumida Presente estudo 53,55 51, nd * Córrego Ouro Presente estudo 35, nd 2,11 Córrego Chibarro Presente estudo 32 13, nd 0,71 Córrego Bela Vista Presente estudo 25,6 13,3 * nd * Córrego Água Preta Presente estudo < LD 4, nd 0,38 Córrego Andes Presente estudo 56,25 29,5 * nd 0,16 Córrego Fazzari Presente estudo 7,6 6, nd * Córrego São Vicente Presente estudo 2 5, nd 0,67 Córrego Espraiado Presente estudo 4,45 3,95 * nd 2,1 Córrego Monjolinho Presente estudo 3,15 11,05 * nd nd

45 2006 Compostos/ Amostras C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9 C10 C11 Alfa BHC nd nd 16,4 1,75 7,71 nd nd nd nd 2,24 2,8 Beta BHC 8,3 9,03 7,15 12,9 17,4 nd 6,9 nd nd 5,4 nd Delta BHC nd 12,2 8,7 93,8 12,9 16,9 nd nd nd nd 4,2 Heptacloro nd 15,5 20,8 24,9 nd nd nd nd nd nd 6,57 Aldrin 49,7 277, ,4 51,99 7,14 77,3 22,7 34,9 123,8 106 Epóxido de Heptacloro nd 4,86 0,876 13,1 0,7 2,38 0,41 0,67 nd nd 31,9 Endosulfan I nd nd 3,39 4,93 nd nd nd nd 27,4 nd nd 4,4 DDE nd nd nd nd nd nd 22,9 nd nd nd nd Dieldrin 5,8 0,203 1,74 nd nd nd 3,56 1,34 12,8 nd 1,21 Endrin 10,1 1,83 1,164 5,48 8,77 nd nd nd 31,7 nd nd 4,4 DDD nd nd nd nd 4,05 7,05 5,3 3,41 nd 0,53 0,846 Endosulfan II nd 1,92 7,52 12,8 2,48 nd 3,1 2,15 74,8 nd nd 4,4 DDT nd 0,97 nd nd 3,35 nd 23,4 1, nd nd Endrin Aldeído nd 57,7 nd 45,6 82,3 nd 8,51 nd nd nd nd Endosulfan Sulfato 64,6 12, ,9 6,06 10,97 45,6 144,1 98,7 nd 23,2

46 mg/kg Cr Ni Cd Mn Fe Zn Cana-de-açúcar Pastagem Mata Ciliar 35 mg/kg Cr Ni Cu Zn Fe Mn Cana-de-açúcar Pastagem Mata Ciliar

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48 2008 Legend Stream City Land use Coordinates S1 Água Sumida Araraquara Sugar cane 21º56 (S) 48º16 (W) S2 São João Guarapiranga Sugar cane 21º57 (S) 48º15 (W) S3 Bela Vista Araraquara Sugar cane 21º54 (S) 48º13 (W) S4 Andes Araraquara Sugar cane 21º55 (S) 48º11 (W) S5 Água Preta Ribeirão Bonito Sugar cane 22º00 (S) 48º12 (W) S6 São Vicente Guarapiranga Sugar cane 21º47 (S) 48º0.7 (W) S7 Monjolinho São Carlos Riparian vegetation 22º00 (S) 47º50 (W) S8 Anhumas Américo Brasiliense Riparian vegetation 21º42 (S) 48º00 (W) S9 Fazzari São Carlos Riparian vegetation 21º59 (S) 47º54 (W) S10 Espraiado São Carlos Riparian vegetation 21º53 (S) 47º52 (W)

49 Mean values and standard deviation of metal concentrations determined in sediments mg kg Fe 50 Cu 40 mg kg mg kg Zn 0 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 S9 S10 0 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 S9 S10 0 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 S9 S10 mg kg Cr S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 S9 S10

50 Mean values and standard deviations of metal concentrations detected in the dragonflies mg kg-1 80 Fe mg kg Cu S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 S9 S S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 S9 S10 mg kg Zn S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 S9 S10 mg kg Cr S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 S9 S10 mg kg Cd S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 S9 S10 mg kg S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 S9 S10 Al mg kg Pb S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 S9 S10

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52 Table 1. General characteristics of the three sampling sites, showing the land use types, city and geographic coordinates. Legend Stream City Land use Coordinates S1 Água Sumida Araraquara Sugar cane 21º56 (S) 48º16 (W) S2 São João Guarapiranga Sugar cane 21º57 (S) 48º15 (W) S3 Água Preta Ribeirão Bonito Sugar cane 22º00 (S) 48º12 (W)

53 The higher concentrations of metals detected in the collectors species than in the predators species, points to the necessity to obtain more knowledge about the biology of the aquatic organisms. Although in the low trophic position (collectors animals), the benthic habitat of the Chironomus species, living closer to the sediment, turns possible the high bioaccumulation of metals found in this aquatic compartment

54 Mean values of metal concentrations determined in sediments from the three sampling sites. Legends as Table 1. Concentrations of Fe are divided by ,0 0,8 Fe Zn Mn Mg Cu Cr Al 0,6 mg. g -1 0,4 0,2 0,0 S1 S2 S3

55 Mean values of metal concentrations detected in the aquatic insects from Água Sumida (S1) stream. Chir. = Chironomus detriticola; Dasy. = Dasythemis sp.; Eryth. = Erythemis sp. Concentrations of Fe are divided by ,0 2,5 2,0 Fe Zn Mn Mg Cu Cr Al mg. g -1 1,5 1,0 0,5 0,0 Chir. Dasyt. Eryth.

56 Mean values of metal concentrations detected in the aquatic insects from São João (S2) stream. Chir. = Chironomus latistilus; Dasyt. = Dasythemis sp.; Erythr. = Erythrodiplax sp. Concentrations of Fe are divided by ,5 2,0 1,5 Fe Zn Mn Mg Cu Cr Al mg. g -1 1,0 0,5 0,0 Chir. Dasy. Erythr.

57 Mean values of metal concentrations detected in the aquatic insects from Água Preta (S3) stream. Chir. = Chironomus latistilus; Miath. = Miathyria sp.; Micr. = Micrathyria sp.; Tram. = Tramea sp. Concentrations of Fe are divided by ,0 2,5 2,0 Fe Zn Mn Mg Cu Cr Al mg. g -1 1,5 1,0 0,5 0,0 Chir. Miath. Micr. Tram.

58 Thanks (in memoriam) Dr. Luiz Onofre Irineu de Souza.