Comparação de correctivos aplicados a um solo de uma área mineira contaminado com arsénio e seu efeito no crescimento de plantas

 

A.C. Madeira¹, C. Esteves¹, M.M. Abreu¹, A. de Varennes² & M.C.F. Magalhães³

¹ Dept. Ciências do Ambiente, Instituto Superior de Agronomia, Universidade Técnica de Lisboa (TULis­bon), Tapada da Ajuda 1399-017 Lisboa (acmadeira@isa.utl.pt)

²Dept. Química Agrícola e Ambiental, Instituto Superior de Agronomia;

³Dept. Química e CICECO, Universidade de Aveiro, 3810-193 Aveiro

 

RESUMO

Estudou-se o efeito de correctivos (óxido de ferro, Fe; matéria orgânica, MO; fosfato de cálcio, PCa), aplicados a um solo da área mineira de Penedono contaminado com As, no crescimento de tomateiro e salsa. Usaram-se, como controlos, este solo sem correctivos e um solo não contaminado. Durante o crescimento mediu-se a altura das plantas, comprimento foliar e teor relativo de clorofila. Na colheita final determinaram-se os pesos frescos e secos.

Os correctivos influenciaram a disponibilidade de As no solo, relativamente ao original: Fe manteve-a enquanto MO e PCa a aumentaram. Ambas as espécies foram afectadas pelo arsénio, porém a resposta aos tratamentos foi diferente. A altura, comprimento dos folíolos, teor de clorofila, peso seco e número de frutos dos tomateiros foi significativamente superior em MO do que em Fe e controlo. O correctivo MO apresentou resultados promissores relativamente ao crescimento e produtividade do tomateiro.

Contudo, o PCa (12 g kg^-1) foi o melhor correctivo para o crescimento da salsa.

Palavras-chave: arsénio, correctivos, salsa, solo contaminado, tomateiro

 

Comparison of amendments applied to an arsenic contaminated soil from a mining area and their effect on plant growth

ABSTRACT

Three amendments (iron oxides, Fe; organic matter, MO; calcium phosphate, PCa) were applied to a naturally contaminated soil with arsenic and their effect on the growth of tomato plants and Italian parsley was studied. The results indicate differences associated with the availability of arsenic in the soil in the presence of amendments: Fe had no influence on arsenic availability compared with the unamended soil, while MO and PCa increased the availability of arsenic. Though both plant species have been affected by arsenic toxicity, the response to treatments relatively to plant growth was different. Tomato plants presented greater growth in terms of height, leaf length, relative chlorophyll content, dry weight and fruit production when MO was used as amendment. By the contrary, the Italian parsley presented the best growth when PCa (12 g kg^-1) was added to the contaminated soil.

Key-words: amendments, arsenic, parsley, soil contamination, tomato

 

INTRODUÇÃO

Como resultado da exploração mineira é frequente os solos, situados na área mineira e na sua envolvente, apresentarem teores relativamente elevados em metais pesados e metalóides que podem determinar a sua contaminação, bem como a das águas superficiais e subterrâneas. Esta contaminação pode alterar o crescimento e a produtividade das plantas e causar problemas de saúde pública. A transferência dos elementos químicos entre as várias fases constituintes do solo pode ser considerada o principal pro­cesso no controlo da mobilidade e disponibilidade dos mesmos para as plantas.

O arsénio interfere com o metabolismo das plantas inibindo o seu crescimento, embora estas possam apresentar diferentes graus de tolerância ao elemento. Algumas plantas apresentam vários sintomas podendo até morrer, pois o elemento actua negativamente sobre o seu normal desenvolvimento, enquanto outras dispõem de estratégias que lhes permitem adaptar-se às diferentes condições do meio (Meharg & Hartley-Whitaker, 2002; Hartley & Lepp, 2008). De acordo com Kabata-Pendias & Pendias (2001) e Mascher et al. (2002) a maioria das plantas tolera concentrações do metalóide no solo entre 1 a 50 mg kg^-1. Os sintomas mais comuns associados à fitotoxicidade do As são: menor taxa de germinação, redução no crescimento, coloração violácea, murchidão das folhas, descoloração das raízes, e menor produção de frutos e grãos (Carbonell-Barrachina et al., 1995; Kabata-Pendias & Pendias, 2001). O arsénio tende a concentrar-se maioritariamente nas raízes das plantas e nas folhas mais velhas (Kabata-Pendias & Pendias, 2001) encontrando-se em menores concentrações nas folhas mais novas e caules e em concentrações ainda mais baixas nas sementes e frutos (Hartley & Lepp, 2008). Carbo-nell-Barrachina et al. (1997) concluíram que consoante a espécie de planta a absorção, translocação e armazenamento de As será diferente, bem como a sua reacção à toxicidade do elemento.

A resposta das plantas está relacionada com a biodisponibilidade do elemento no solo e com a sua absorção e acumulação na planta (impedindo ou não a sua translocação das raízes para a parte aérea) que, por sua vez, condiciona a sua fitoxidade não só para as plantas como também para os seres vivos que delas se alimentam. Naturalmente, ou em resultado da adição de substâncias ao solo, a biodisponibilidade do As pode aumentar ou diminuir em função de vários processos que ocorrem no solo, como solubilização, precipitação ou adsorção (Carbo­nell-Barrachina et al., 1997; Hartley & Lepp, 2008). O arsénio pode também influenciar a absorção de nutrientes, por interacção ou competição. O comportamento do As no solo é análogo ao do P pois ambos os elementos apresentam semelhanças químicas, por exemplo, os dois formam compostos insolúveis com o Al, Fe e Ca e competem pelos mesmos locais de adsorção (Adriano, 1986). Assim, a adição de adubos fosfatados ao solo pode intensificar a toxicidade do arsénio pois os iões fosfato substituem o arsénio nos locais de adsorção aumentando a sua concentração na solução do solo.

A incorporação de correctivos a um solo contaminado pode ser benéfica por modificar o comportamento dos elementos contaminantes e assim condicionar a sua mobilização/imobilização, bem como a sua biodisponibilidade para as plantas (Hartley & Lepp, 2008). Desta forma, alguns correctivos, podem diminuir a toxicidade de um determinado contaminante permitindo a vegetalização de locais abandonados e degradados, tais como áreas mineiras desactivadas.

O objectivo do trabalho consiste na comparação de diferentes correctivos (óxido de ferro, matéria orgânica e fosfato de cálcio), aplicados a um solo naturalmente contaminado em arsénio da área mineira de Penedono, no crescimento de dois tipos de hortícolas, o tomateiro (Lycopersicon esculentum L.)e a salsa (Petroselinum crispum (Mill.) Nymen).

 

MATERIAIS E MÉTODOS

O ensaio decorreu numa estufa de vidro, de 2 Outubro 2007 a 25 Fevereiro 2008, no Horto da Química Agrícola Boaventura de Azevedo (Instituto Superior de Agronomia). O ensaio foi realizado em vasos (diâmetro superior: 21 cm; altura: 18 cm), num solo contaminado colhido na envolvente da mina de Santo António, em Penedono (lat. 41º 01’ N e long. 7º 24’ W; a 60 km de Viseu), o qual tem sido usado para castanheiros em consociação com hortícolas e/ou forragem e cujo teor total em As era de 1170 mg kg^-1. O solo apresenta as seguintes características: textura arenosa-franca; pH (H2O), 4,96; C orgânico (Tinsley, 1956), 17,03 g kg^-1; P2O5 (Egner-Riehm, 1960), 208,5 mg kg^-1; K2O (Egner-Riehm, 1960), 210,5 mg kg^-1; N mineral (Keeney & Nelson, 1982), 12,35 mg kg^-1 .

A este solo foram adicionados os seguintes correctivos: óxidos de ferro (goethite sintetizada, Schwertmann & Cornell, 1991) a 1 e 3 g kg^-1 (Fe1 e Fe3); matéria orgânica compostada (35 g kg^-1; MO); e fosfato de cálcio (apatite sintetizada) a 4 e 12 g kg^-1 (PCa4 e PCa12). A matéria orgânica adicionada ao solo de Penedono apresentava na sua constituição os seguintes elementos nas concentrações (mg kg^-1) respectivas: Cu (37), Mn (127), Pb (62), Zn (144), Cr (21), As (36), P (7,25) e Fe (3,6). Como controlos usaram-se o solo contaminado sem correctivos (CPENE­DONO) e um solo não contaminado (CPEGÕES), e de cada tratamento foram feitas cinco repetições.

As características do solo não contaminado de Pegões (com textura arenosa) são as seguintes: pH (H2O), 5,4; C orgânico, 5,8 g kg^-1; P2O5, 48,0 mg kg^-1; K2O, 50 mg kg^-1 e As total, 20,6 mg kg^-1 . Aplicou-se na preparação do solo de Pegões, em fundo, 50 mg N/kg de solo (nitrato de amónio), 50 mg P/kg de solo (dihidrogenofosfato de amónio), 50 mg K/kg de solo (sulfato de potássio), e 30 mg Mg/kg de solo (sulfato de magnésio).

Após a mistura dos correctivos o solo foi mantido em incubação durante um período de 17 meses na estufa, sem revolvimento do solo e com rega de modo a manter uma capacidade máxima de retenção de água de 70%. Determinaram-se então o pH, K e P assimiláveis, N mineral e a fracção disponível de As por extracção com cloreto de cálcio 0,01 M durante 6 horas e leitura por espectrofotometria de absorção atómica, com câmara de grafite (Quadro 1).

 

Quadro 1 -Principais características do solo de Penedono após a adição dos correctivos e respectiva incubação, relativas a uma amostra compósita de todos vasos para cada tratamento

 

Ao fim do período de incubação a salsa foi semeada e transplantados os tomateiros. Foi aplicado um fertilizante azotado (50 mg N/kg solo), à superfície, ao solo de Penedo­no com tomateiros, 20 dias após o trans­plante (30 Outubro). As plantas foram regadas diariamente, para que cada vaso contivesse a mesma quantidade de água (70% da capacidade de retenção de água). Foi feito tratamento fitossanitário (34 dias após o transplante, DAT) para controlo de insectos com aplicação de Décil (25 g L^-1).

A sementeira dos tomateiros (var. híbrida Elegy) foi feita em alvéolos com vermiculite, a 18 Setembro, tendo a vermiculite sido humedecida diariamente até o transplante. As plântulas de tomateiro foram transplantadas a 10 Outubro, quatro por vaso (com 3 kg solo de Penedono/vaso e 4,5 kg de solo de Pegões/vaso), com três semanas de idade. Posteriormente, a 28 DAT (7 Novem­bro), duas plantas/vaso foram cortadas, pesadas em fresco, lavadas e postas a secar em estufa (ventilação forçada) a 60 ºC durante 48 horas e depois pesadas.

Durante o crescimento do tomateiro (semanalmente entre 30 e 90 DAT) foram feitas medições da altura das plantas, do comprimento do folíolo terminal da 4ª folha (ou folha 4) e do teor relativo de clorofila deste folíolo. O teor relativo de clorofila foi obtido através de um medidor portátil de clorofila, SPAD-502 (Minolta Corporation, Ramsey, NJ). As leituras foram feitas a 0,5 ou 1 cm da margem da folha, sendo o valor obtido a média de duas a seis leituras, de acordo com o tamanho da folha. Na colheita final (a 90, 112 e 138 DAT devido ao diferente estado de desenvolvimento das plantas) determinaram-se os pesos frescos e secos das partes aérea e radicular de todos os tratamentos, bem como os pesos frescos e secos de caules, folhas, flores e frutos e a sua contagem em MO, PCa4, PCa12 e CPEGÕES.

As sementes de salsa (30 por vaso), da variedade de salsa comum de folha lisa, foram colocadas, em vasos com 1,5 kg solo/vaso, entre duas camadas finas de solo não contaminado (total de 200 mg de solo de Pegões) a 2 Outubro e a sementeira foi seguida de rega. Foi realizada uma adubação de superfície (50 mg N/kg solo) a 26 Outubro e aplicou-se uma solução de sulfato de zinco à salsa, em pulverização foliar (42 dias após a sementeira, DAS; 13 Novembro), para superar deficiências de zinco observadas nas folhas. Durante o crescimento mediu-se o teor relativo de clorofila das folhas (SPAD-502), cujo valor representa a média de duas leituras/folha, e a altura das plantas a 50 DAS. As plantas foram colhidas a 59 DAS (30 Novembro) e determinaram-se os pesos frescos e secos da parte aérea e radicular.

A análise estatística relativa a todos os dados obtidos foi realizada no programa STATISTICA 6.1. O nível de significância escolhido foi de P≤0,05.

 

RESULTADOS E DISCUSSÃO

Efeitos no crescimento do Tomateiro

A 49 dias após o transplante (DAT), as plantas de CPEGÕES atingiram 33,1 cm de altura, enquanto as de CPENEDONO não ultrapassavam os 7,4 cm (Figura 1). No entanto, a 90 DAT, a maior altura (48,0 cm) foi atingida em solos com MO; o crescimento foi inibido em CPENEDONO (8,8 cm) e os óxidos de ferro (Fe1 e Fe3) não contribuíram para aumentar significativamente a altura dos tomateiros (≈12,5 cm).

 

Figura 1 -Altura média dos tomateiros nos tratamentos Fe1, Fe3 e CPENEDONO, a 49 e 90 DAT. As barras representam o desvio padrão (n=10).

 

Miteva (2002) verificou que, para concentrações até 25 mg As kg^-1 de solo, ocorria um aumento de altura dos caules de tomateiro, enquanto concentrações entre 50 a 100 mg As kg^-1 solo produziam o efeito oposto. Já Carbonnel-Barrachina et al., em 1995, sugeriram que a cultura do tomate parecia ser beneficiada por baixas concentrações de As no solo, podendo o metalóide funcionar como um estimulante ao crescimento. Mascher et al. (2002) concluíram também que baixas concentrações de As no solo podem funcionar como fertilizante levando agora ao aumento do desenvolvimento de trevos. Com o presente estudo foi igualmente possível verificar que o teor em arsénio disponível no solo pode não influenciar negativamente o crescimento dos tomateiros. Os dados obtidos revelam que, para disponibilidades do metalóide no solo de 20,7 (MO), 21,9 (PCa4) e 41,3 mg kg^-1 (PCa12), os tomateiros atingiram maiores alturas do que para concentrações inferiores observadas em Fe1, Fe3 e CPENEDONO (Quadro 1).

Um comportamento semelhante foi obtido para a evolução do comprimento do folíolo terminal da folha 4, a 49 e 90 DAT (Figura 2). As folhas dos tratamentos Fe1 e Fe3 e de CPENEDONO foram significativamente mais pequenas, apesar de menor teor de As nos solos, e apresentavam cor arroxeada e espessamento. Tal significa que a toxicidade do As parece ser um processo que é influenciado não só pelo teor de As disponível no solo, como por outros factores que poderão incluir o pH e a presença de outros elementos na solução do solo. Relativamente ao teor relativo de clorofila da folha 4, CPEGÕES registou os menores valores ao longo do ensaio (38,6 e 34,4 a 49 e 90 DAT, respectivamente), enquanto que todos os outros tratamentos apresentaram teores semelhantes entre si mas superiores (>50) a CPEGÕES (Figura 2).

 

Figura 2 -Comprimento e teores relativos de clorofila (SPAD) do folíolo terminal da 4ª folha em todos os tratamentos a 49 DAT, e para os tratamentos MO, PCA4, PCA12 e CPEGÕES a 90 DAT. As barras representam o desvio padrão (n=10).

 

As diferenças entre tratamentos foram apoiadas pelos pesos secos obtidos aquando da colheita parcial de tomateiro (28 DAT; Quadro 2). A parte aérea das plantas de CPEGÕES tinha um peso seco de 1,209 g, muito superior aos 0,108 g do tratamento de MO que registava os melhores resultados em solo contaminado. No entanto, estatisticamente, os tratamentos em solo contaminado são considerados semelhantes quanto a este parâmetro. Devido à perda dos tomateiros transplantados em três dos cinco vasos do tratamento PCa12 não foi efectuada colheita parcial neste tratamento.

 

Quadro 2 -Pesos frescos (PF) e secos (PS) da parte aérea de tomateiros à colheita parcial (a 28 DAT) (n=10)

 

O início da floração foi variável, tendo ocorrido no solo de Pegões cerca de 43 DAT (21 Novembro). Houve um atraso de duas a três semanas no aparecimento dos primeiros botões florais nos tratamentos à base de matéria orgânica e fosfato de cálcio (63 DAT, 11 Dezembro). Não houve floração em Fe1, Fe3 e CPENEDONO. De igual forma, o início da frutificação verificou-se a 65 DAT (14 Dezembro) em CPEGÕES, e somente a 90 DAT (8 Janeiro 2008) em MO, PCa4 e PCa12.

Na colheita final, a matéria seca total (Quadro 3, PA+PR) dos tomateiros foi mais elevada no tratamento MO (18,59 g/planta) e os valores mais baixos foram obtidos em Fe1 e Fe3 (0,30 g/planta) e CPENEDONO (0,18 g/planta). O comportamento do fosfato de cálcio foi intermédio e estatisticamente diferente: 7,74 e 6,75 g/planta para PCa4 e PCa12, respectivamente. Uma relação semelhante entre tratamentos foi obtida para a parte radicular.

 

Quadro 3 -Pesos frescos (PF) e secos (PS) da parte aérea e radicular e razão raiz/parte aérea (relativamente ao peso seco) de tomateiros à colheita final (a 90, 112 e 138 DAT) (n=10)

 

A razão PR/PA (Quadro 3) mostra as diferenças no crescimento das plantas de acordo com os tratamentos realizados. Assim, CPENEDONO apresentou um crescimento aéreo e radicular semelhante e os tratamentos com óxidos de ferro, iguais entre si, também não apresentaram um desenvolvimento de PA muito superior a PR. Segundo Mascher et al. (2002), uma razão PR/PA elevada significa que a PA das plantas começou a ser mais negativamente afectada do que a raiz e por isso, o seu crescimento diminuiu. Esta razão nos restantes tratamentos foi estatisticamente igual (cerca de 0,23), mostrando que PA se desenvolveu mais do que PR.

O número de frutos por planta foi também estatisticamente superior no tratamento MO (18,30 ± 3,6) relativamente aos tratamentos com fosfato de cálcio (0,50 ± 0,5) e com solo não contaminado (2,90 ± 0,5). A baixa frutificação no solo de Pegões parece ter sido devida a deficiências nutritivas deste solo que se manifestaram nesta fase fenológica.

Comparativamente com o solo original contaminado com arsénio (CPENEDONO), constatou-se que MO foi o melhor correctivo no crescimento e produção dos tomateiros (Quadros 3 e 4). Ambos os níveis de fosfatos (PCa4 e PCa12) apresentaram resultados semelhantes ao solo não contaminado (CPEGÕES), particularmente em relação aos pesos secos. Quanto aos óxidos de ferro, estes não induziram melhorias significativas comparativamente ao solo de Penedono mostrando-se estatisticamente iguais na maioria dos parâmetros.

 

Quadro 4 -Pesos frescos e secos da parte aérea (caules, folhas, flores e frutos) de tomateiros, à colheita final (a 112 e 138 DAT)

 

De acordo com Miteva et al. (2005) e Akhter et al. (2006), o efeito tóxico mais evidente causado pelo As no tomateiro refere-se ao seu crescimento, que será tanto menor, quanto maior a concentração de arsénio no meio. No presente trabalho, os correctivos MO e PCa4 ao induzirem o aumento da disponibilidade de As para o dobro (20,7 e 21,9 mg kg^-1, respectivamente), relativamente ao solo original, mostraram que a resposta das plantas não dependeu apenas do nível de As disponível no solo, por comparação com concentrações mais altas do elemento (PCa12) ou mais baixas (Fe1 e Fe3).

Tlustoš et al. (2006) observaram que existe uma maior acumulação de As nas raízes, com tendência a diminuir nas folhas e caule, ocorrendo os valores mais baixos nos frutos. Desta forma é de prever que, embora a formação de biomassa de toda a planta seja diminuída, as raízes sejam as mais afectadas com redução de peso e comprimento, como constatado por Miteva et al. (2005) e no presente trabalho. Com raízes mais pequenas também a parte aérea acaba por ter um menor desenvolvimento e crescimento, tor-nando-se assim mais frágil.

O crescimento das plantas de tomateiro pode ter sido também condicionado pelas condições meteorológicas verificadas durante o período do ensaio. Embora o local onde decorreu o ensaio tenha um ambiente controlado não foi possível, contudo, reproduzir as condições óptimas exigidas ao crescimento da cultura, o qual pode ser afectado quando a temperatura diurna é inferior a 18 ºC e a nocturna inferior a 10 ºC (FAO, 2001; http://www.fao.org/nr/water/cropinfo_tomato.html, 5/6/2008). Nos meses de Dezembro e Janeiro verificaram-se estas condições, o que pode ter levado a uma mais rápida perda de vitalidade das plantas, além da possível deficiente nutrição das plantas como no caso dos tomateiros de CPEGÕES.

Efeitos no crescimento da Salsa

Devido ao pequeno tamanho das plantas e dimensões das folhas, só foi possível determinar correctamente a altura e o teor relativo de clorofila nos tratamentos PCa12 e CPE­GÕES; a altura das plantas dos outros tratamentos não ultrapassou os 1 a 2 cm. As plantas em CPEGÕES mostraram um crescimento ligeiramente superior às do solo tratado com PCa12: a altura foi de 9,8 (±1,1) e 6,5 (±1,5) cm, respectivamente. Os valores do teor relativo de clorofila medidos pelo SPAD sugerem um ligeiro aumento em CPEGÕES (36,6±1,5) relativamente a PCa12 (31,5±1,6) entre 38 e 57 DAS.

Analisando a matéria seca verificou-se que, em todos os tratamentos, a PA da salsa encontrava-se mais desenvolvida do que a PR (sendo o valor desta cerca de metade do valor de PA) (Quadro 5). Isto significa que a presença de As estaria a condicionar mais fortemente o desenvolvimento das raízes do que da parte aérea da salsa, tal como se verifica na maioria das espécies (Kabata-Pendias & Pendias, 2001).

 

Quadro 5 -Pesos frescos (PF) e secos (PS) da parte aérea e da parte radicular de salsa à colheita final (59 DAS) (n=50)

 

Os maiores pesos secos foram obtidos em CPEGÕES, sendo cerca de 1,7 vezes superiores aos de PCa12. A matéria seca total (PA e PR) para estes tratamentos foi de 284 e 165 mg/planta, respectivamente; contudo, as plantas de PCa12 apresentavam visualmente um aspecto semelhante às de CPEGÕES. Os restantes tratamentos apresentaram pesos secos muito mais baixos e semelhantes em termos estatísticos. Assim, os correctivos influenciaram o crescimento da salsa de forma diferente da observada em tomateiros. Estes resultados apontam para que o fosfato de cálcio, a 12 g kg^-1, tenha sido o melhor correctivo para o crescimento da salsa neste solo, embora fosse o tratamento com uma maior concentração de As disponível no solo (41,3 mg kg^-1).

 

CONCLUSÕES

O correctivo à base de fosfato de cálcio na concentração 12 g kg^-1 foi o que apresentou melhores resultados relativamente ao crescimento da salsa, enquanto a matéria orgânica foi, dos correctivos testados neste solo contaminado naturalmente com As, o que apresentou melhores resultados relativamente ao crescimento e produtividade das plantas de tomateiro. O óxido de ferro comportou-se como o pior correctivo, já que o crescimento de ambas as plantas foi semelhante às do solo contaminado sem correctivo (CPENEDONO).

 

AGRADECIMENTOS

O trabalho foi financiado pelo Projecto PPTDC/AMB/57586/2004, da Fundação para a Ciência e Tecnologia.

 

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