FITORREMEDIAÇÃO DE SOLOS

Universidade Federal de Juiz de Fora Instituto de Ciências Exatas Departamento de Química Química Analítica Ambiental FITORREMEDIAÇÃO DE SOLOS Mariana Cunha Tayrine Fernandes Professor: Dr. Rafael Arromba Juiz de Fora, 18 de Junho de 2014

2 Introdução A preocupação com o meio ambiente evoluiu ao longo dos anos e parte disso foi em função da aplicação de técnicas tradicionais inadequadas de manejo do solo A SUSTENTABILIDADE passou a ser umas das palavras mais importantes para designar a modificação do enfoque dos sistemas agrícolas brasileiros http://www.cpatc.embrapa.br/publicacoes_2009/doc_156.pdf acessado em 13/05/2014.

3 Composição do solo: ar, água, matéria orgânica e mineral Estrutura que possibilita o desenvolvimento das mais diversas espécies de plantas que conhecemos É do solo que retiramos a maior parte de nossa alimentação direta ou indiretamente se este estiver contaminado, nossa saúde estará em risco

4 Substâncias como lixo, esgoto, agrotóxicos e outros tipos de poluentes produzidos pela ação do homem, provocam sérios efeitos no meio ambiente. Contaminação dos lençóis freáticos, produzem gases tóxicos, além de provocar sérias alterações ambientais como, por exemplo, a chuva ácida.

5 Desenvolvimento de técnicas de remediação de áreas contaminadas com diversos tipos de poluentes. Tecnologias Inovativas de Tratamentos (ITT s) http://www.cpatc.embrapa.br/publicacoes_2009/doc_156.pdf acessado em 13/05/2014.

6 Remediação Consiste na aplicação de diferentes medidas de contenção e tratamento do material contaminado para o saneamento da área. Ela pode ser QUÍMICA, FÍSICA ou BIOLÓGICA. http://www.cpatc.embrapa.br/publicacoes_2009/doc_156.pdf acessado em 13/05/2014.

7 Remediação Química Processos convencionais ou oxidativos avançados Tratamento de solos contaminados com petróleo Os métodos convencionais são aqueles que usam íons como agentes oxidantes - por exemplo, o emprego de KMnO4; Os processos oxidativos avançados utilizam diferentes reagentes para produzir o radical hidroxila ( OH), uma espécie altamente oxidante e pouco seletiva. Andrade Graciano, Vivian; de Souza Pires, Carolina; Godinho Teixeira, Silvio César; Lourenço Ziolli, Roberta; Vidal Pérez, Daniel. 2012. Remediação de um solo contaminado com petróleo por oxidação química. Revista Brasileira de Ciência do Solo 36: 1656-1660.

8 Remediação Física Injeção de Ar (Air Sparging) Utiliza o insuflamento de ar ou oxigênio na zona saturada do solo. O objetivo é promover uma espécie de "stripping" na água subterrânea, desprendendo os compostos orgânicos voláteis. A injeção de ar no solo também promove a biodegradação dos contaminantes pela atividade bacteriana aeróbia. http://pt.wikipedia.org/wiki/remediação_de_áreas acessado em 15/06/2014

9 Mas apesar da alta eficiência que apresentam, essas técnicas são de CUSTO ELEVADO e, algumas, de difícil execução, sendo praticamente inviáveis para a aplicação em áreas extensas. ALTERNATIVAS BIOLÓGICAS SCHNOOR, J. L.; DEE, P. E. Technology evaluation report: phytoremediation.pittsburgh, PA: Ground-Water Remediation Technologies Analysis Center. 1997. 37 p.

10 Fitorremediação É uma técnica que consiste no uso de plantas e sua comunidade microbiana associada para degradar, sequestrar ou imobilizar poluentes presentes no solo. Pode envolver também o EMPREGO DE AMENIZANTES no solo, além de práticas agronômicas que, se aplicadas em conjunto, removem, imobilizam ou tornam os contaminantes menos tóxicos ao ecossistema. SILICIANO, S. D.; GERMIDA, J. J. Enhanced phytoremediation of chlorobenzoates in rhizosphere soil. Soil Biology and Biochemistry, Oxford, v.31, p. 299-305, 1999.

11 Desde a década de 90, diversas pesquisas tiveram como foco a fitorremediação, principalmente nos EUA e Europa. No Brasil, o termo fitorremediação ainda parece desconhecido para grande parte da comunidade científica. SANTOS, J. B.; SILVA, A. A.; PROCÓPIO, S. O. et al. Fitorremediação de áreas contaminadas por herbicidas. In: SILVA, A. A.; SILVA, J. F. (Ed.). Tópicos em manejo de plantas daninhas. Viçosa: UFV, 2007. p. 249-278.

12 Brasil Potencial de uso dessa tecnologia Biodiversidade existente Condições climáticas BRASIL. Biodiversidade: riqueza de espécies. Ministério do Meio Ambiente, 2002. Disponível em: <http://www.mma.gov.br/biodiversidade/biodiv/ brasil.html>. Acessado em: 20/05/2014

Mecanismos Biológicos da Fitorremediação 13 Fitoextração Fitoacumulação Fitodegradação Fitovolatilização Fitoestimulação Rizodegradação Rizovolatilização Rizoestabilização

14 Fitoextração Absorção e armazenamento dos contaminantes pelas raízes ou são transportados e acumulados nas partes aéreas.

15 Esta técnica utiliza plantas chamadas hiperacumuladoras capazes de armazenar altas concentrações de metais (0,1% a 1% do peso seco, dependendo do metal). Plantas acumuladoras de Pb, Cu, Co, Ni e Zn: Brassica juncea; Aeolanthus biformifolius; Alyssum bertolonii e Thlasp caerulescens.

CUNNINGHAM, S. D.; ANDERSON, T. A.; SCHWAB, A. P. Phytoremediation of soils contaminated with organic pollutants. Advances in Agronomy, New York, v. 56, p. 55-114, 1996. 16 Fitoestabilização Os contaminantes são incorporados e os metais são precipitados sob formas insolúveis, sendo posteriormente aprisionados na matriz do solo. Objetiva evitar a mobilização do contaminante e limitar sua difusão no solo, através de uma cobertura vegetal. Exemplos de plantas cultivadas com este fim são as espécies de Haumaniastrum, Eragrostis, Ascolepis, Gladiolus e Alyssum.

17 Fitoestimulação Esta técnica consiste no fato das raízes liberarem exsudatos como, aminoácidos e polissacarídeos, que estimulam a atividade dos microorganismos do solo, degradando os contaminantes. As plantas devem apresentar um sistema radicular denso, com raízes profundas que cubram uma grande área de contato.

18 Fitovolatilização Alguns íons de elementos como Hg, Se e As, são absorvidos pelas raízes, convertidos em formas não tóxicas e depois liberados na atmosfera. Esta técnica pode ser empregada para compostos orgânicos também.

19 Fitodegradação Processo cujas plantas são capazes de degradar poluentes orgânicos. Em alguns casos, os poluentes são degradados em moléculas que são usadas para o crescimento da planta.

20 Os contaminantes orgânicos são degradados ou mineralizados dentro das células vegetais por enzimas específicas. Entre essas enzimas destacam-se: nitroredutases (degradação de nitroaromáticos) desalogenases (degradação de solventes clorados e pesticidas) lacases (degradação de anilinas) Populus sp. e Myriophyllium spicatum são exemplos de plantas que possuem tais sistemas enzimáticos.

21 Rizofiltração Esta técnica é utilizada, principalmente, com água contaminada; Similar a fitoextração, porém as plantas utilizadas apresentam raízes que desenvolvem um sistema radicular com grande área de contato; Quando as raízes tornam-se saturadas com os contaminantes, as plantas são coletadas e trocadas para a continuação da remediação.

22 Emprega plantas terrestres para absorver, concentrar e/ou precipitar os contaminantes de um meio aquoso. As plantas são mantidas num reator sistema hidropônico, através do qual os efluentes passam e são absorvidos pelas raízes, que concentram os contaminantes. Plantas como Helianthus annus e Brassica juncea provaram ter potencial para esta tecnologia.

Vantagens Menor custo em relação às técnicas tradicionalmente utilizadas envolvendo a remoção do solo para tratamento; Os compostos orgânicos podem ser degradados a CO 2 e H 2 O, removendo toda a fonte de contaminação; As propriedades biológicas e físicas do solo são preservadas; 23 Incorporação de matéria orgânica ao solo, quando não há necessidade de retirada das plantas fitorremediadoras da área contaminada; Podem ser implementadas com mínimo distúrbio ambiental, evitando escavações e tráfego pesado; Utiliza energia solar para realizar os processos Plantas ajudam no controle do processo erosivo; PIRES, F.R. et al. Fitorremediação de solos contaminados com herbicidas. Planta Daninha, Viçosa-MG, v.21, n.2, p.335-341, 2003

Desvantagens Dificuldade na seleção de plantas para fitorremediação; Tempo requerido para obtenção de uma despoluição satisfatória pode ser longo; 24 Na fitorremediação de orgânicos, as plantas podem metabolizar os compostos; Potencial de contaminação da cadeia alimentar; Clima e condições edáficas podem restringir o crescimento de plantas fitorremediadoras; Possibilidade da planta fitorremediadora tornar-se planta daninha Elevados níveis do contaminante no solo podem impedir a introdução de plantas no sítio contaminado; PIRES, F.R. et al. Fitorremediação de solos contaminados com herbicidas. Planta Daninha, Viçosa-MG, v.21, n.2, p.335-341, 2003

Aplicações 25 A Fitorremediação pode ser utilizada em solos contaminados com substâncias: Orgânicas Inorgânicas Agrotóxicos Metais pesados Explosivos Solventes clorados Subprodutos tóxicos da indústria Elementos contaminantes É mais difícil trabalhar com contaminantes orgânicos devido à diversidade molecular que causa maior complexidade de análise.

26 A fitorremediação de áreas poluídas é bastante útil para o meio ambiente devido à utilização de plantas específicas que amenizam ou até mesmo despoluem totalmente áreas contaminadas; É necessário a utilização de plantas que possuam determinadas características: boa capacidade de absorção sistema radicular profundo acelerada taxa de crescimento fácil colheita resistência ao poluente Solos contaminados apresentam limitações por serem, muitas vezes, tóxicos às plantas, o que dificulta a seleção de plantas resistentes e fitorremediadoras. COUTINHO, H. D., Fitorremediação: Considerações Gerais e Características de Utilização, Lisboa. Portugal, Silva Lusitana, 2007

Metais Pesados 27 Metais como Cu 2+ e Zn 2+ necessários para o crescimento e desenvolvimento de plantas em excesso podem produzir sintomas tóxicos e a inibição do crescimento da planta Várias tecnologias de fitorremediação estão sendo usadas para retirar metais de áreas poluídas; O problema associado à contaminação dos solos por metais pesados se deve a existências de formas disponíveis desses elementos; BENNETT, L.E. et al. Analysis of Transgenic Indian Mustard Plants for Phytoremediation of Meta - Contaminated Mine Tailings. Journal of Environmental Quality 32: 432-440, 2003

28 BENNETT et al. avaliaram o potencial de fitorremediação das plantas transgênicas da Mostarda indiana (Brassica juncea) projetada para produzir peptídios ligantes de metais As plantas transgênicas, bem como as do tipo silvestre, foram semeadas no solo poluído por metais; Figura: Brassica Juncea Após 14 semanas de crescimento, as plantas foram colhidas e as concentrações de metais comparadas

29 Resultado: As plantas transgênicas removeram mais metal de solo contaminado que o tipo silvestre; A superprodução de grupos tiol ligantes de metais e fitoquelantes representam uma estratégia promissora para produção de plantas com maiores propriedades de fitorremediação de metais pesados; BENNETT, L.E. et al. Analysis of Transgenic Indian Mustard Plants for Phytoremediation of Meta - Contaminated Mine Tailings. Journal of Environmental Quality 32: 432-440, 2003

Pesticidas 30 Uma fábrica de hexaclorociclohexano (HCH), pesticida organoclorado, foi desativada entre os anos de 1960 e 1965, permanecendo no local todo seu acervo abandonado, inclusive os "stocks" e resíduos da produção fabril no RJ O Ministério da Saúde decidiu proceder à neutralização do HCH, numa tentativa de remediar a contaminação do solo, por meio da aplicação de cal virgem (CaO) Também foi sugerido o plantio de espécies florestais na área contaminada, visando uma fitorremediação associada ao tratamento químico para promover a ciclagem de nutrientes BUOSI, D., FELFILI, J.M.,2004. Recuperação de áreas contaminadas por pesticidas organoclorados na Cidade de Meninos, município de Duque de Caxias, RJ. Revista Árvore 28(3) : 465-470.

31 Duas espécies de eucalipto foram escolhidas devido ao seu rápido crescimento: Eucalyptus grandis e Corymbria citriodora Eucalyptus grandis Corymbria citriodora

32 Resultado: Análises das amostras indicaram que o solo apresentou ph 8,2 na área de E. grandis 8,4 na área de C. citriodora resultado positivo da fitorremediação, sendo esta melhor na área com plantio de E. grandis; A área com plantio de C. citriodora apresentou maior conteúdo de matéria orgânica e solo menos argiloso, favorecendo a decomposição dos compostos organoclorados;

33 Herbicidas Solos contaminados com herbicidas apresentam certas limitações à fitorremediação por serem, muitas vezes, tóxicos para as plantas; Fator negativo: maior probabilidade de ocorrência de lixiviação das moléculas originais ou dos metabólitos para camadas mais profundas do solo, podendo atingir o lençol freático; A absorção de herbicidas pelas plantas é afetada pelas: propriedades químicas do composto condições ambientais características das espécies vegetais PIRES, F.R. et al. Seleção de plantas com potencial de fitorremediação de Tebuthioron. Planta Daninha 21(3) : 451-458, 2003b

34 O desenvolvimento de herbicidas com efeitos residuais longos possibilitou o controle efetivo de plantas daninhas por um período de tempo maior, reduzindo com isso o número de aplicações; Foi observada a ocorrência de fitotoxicidade em culturas sensíveis plantadas após a utilização desses herbicidas, cujo efeito residual varia de alguns meses até três anos ou mais; Esse fenômeno tem sido observado com os diversos herbicidas. Nessa situação, é possível e recomendável o emprego de espécies vegetais na descontaminação do solo. KNUTESON, S.L., WHITWELL, T., KLAINE, S.J. Influence of Plant Age and Size on Simazine Toxicity and Uptake. Journal of Environmental Quality 31: 2096-2103, 2002

35 Considerações Finais Estudos sobre a fitorremediação estão sendo desenvolvidos visando uma série de benefícios para o meio ambiente e para as futuras gerações; Vários são os poluentes e a cada dia surge algo novo, trazendo algum tipo de dano para o meio ambiente. Dessa forma, a utilização de algumas das técnicas de fitorremediação já representa uma esperança na descontaminação de áreas poluídas; O estudo e a subsequente avaliação da interação entre o solo, a planta e o poluente é um campo bastante necessário e promissor; É necessário que mais estudos nessa área sejam realizados para melhor conhecermos a capacidade fitorremediadora das plantas e sua possível utilização no combate à poluição.

Obrigada pela atenção! 36