Concentração de urânio em plantas desenvolvidas em solos agrícolas e de escombreira da área mineira da Cunha Baixa (Mangualde)

 

O. Neves ¹ & M.M. Abreu ²

¹ Centro de Petrologia e Geoquímica, Instituto Superior Técnico, Universidade Técnica de Lisboa (TULisbon), Av. Rovisco Pais 1049-001 Lisboa, orquidia.neves@ist.utl.pt;

²Dept Ciências do Ambiente, Instituto Superior de Agronomia, Universidade Técnica de Lisboa (TULisbon), Tapada da Ajuda 1399­017 Lisboa, manuelaabreu@isa.utl.pt

 

RESUMO

Neste trabalho avalia-se e comparara-se a concentração e capacidade de bioconcentra­ção (CB) do urânio em diversas espécies vegetais (parte aérea) que se desenvolveram em solos de escombreira (Pinus pinaster, Cytisus striatus, Cytisus multiflorus) e culti­vadas (Zea mays L., Phaseolus vulgaris L., Lactuca sativa L.) em solos da zona agríco­la, envolvente à área mineira da Cunha Bai­xa (Mangualde). As espécies colonizadoras da escombreira estão bem adaptadas ao substrato, sendo o Pinus pinaster aquela que mais urânio concentrou na parte aérea (13,9 mg kg^-1) podendo, juntamente com as espé­cies do género Cytisus, contribuir para a estabilização dos resíduos mineiros, ainda com elevada concentrações em urânio total e disponível (118 mg kg^-1 e 43 mg kg^-1, res­pectivamente). Entre as espécies cultivadas destaca-se a Lactuca sativa que concentrou, em média, 5,37 mg kg^-1 de urânio (peso seco). Nenhuma das espécies estudadas se revelou acumuladora deste elemento (CB < 1), mesmo em situação de água de rega e solo ainda bastante contaminados.

Palavras-chave: Bioacumulação; espécies cultivadas; espécies espontâneas; urânio; solos contaminados

 

Uranium concentration in plants developed on agricultural soils and waste dumps in Cunha Baixa mine site (Mangualde)

ABSTRACT

The uranium concentration and the bioco­centration capacity (BC) in several plant species (aboveground part) were evaluated and compared among species grown on soils developed on waste materials (Pinus pinaster, Cytisus striatus, Cytisus multiflo­rus) and agricultural soils (Zea mays L., Phaseolus vulgaris L., Lactuca sativa L.) from the surrounding area of Cunha Baixa mine (Mangualde).

The species colonizing waste materials are well adapted to the substratum, which contains high total and available uranium concentration (118 mg kg^-1 and 43 mg kg^-1 , respectively). Pinus pinaster concentrated more uranium (13.9 mg kg^-1) than the spe­cies of genus Cytisus. As a consequence, and also due to the effective vegetation cover these plants can contribute to the sta­bilization of mining wastes dumps. Lactuca sativa concentrated more uranium (on ave­rage, 5.37 mg kg^-1 dry weight) than the other cultivated plants. None of the studied species was uranium accumulator (BC <1), even if they are growing in high-contaminated soils and irrigated with con­taminated water.

Key-words: Bioaccumulation; contamina­ted soils; cultivated plants; spontaneous plants; uranium.

 

INTRODUÇÃO

A exploração mineira gera grandes quan­tidades de resíduos que se acumulam, fre­quentemente, à superfície em escombreiras de volumetria variável. Estes resíduos são, em regra, enriquecidos em elementos vesti­giais perigosos para o Homem e o biota em geral e podem levar a uma perda da biodi­versidade na área. A dispersão fisico­química de contaminantes pela acção da água da chuva e pelo vento a partir destes locais pode ser minimizada pela colonização daqueles materiais por espécies vegetais, in­troduzidas pelo Homem ou de crescimento espontâneo, desde que sejam tolerantes a ambientes extremos. Estes substratos pos­suem elevadas concentrações de elementos químicos gravosos para o meio e, na grande maioria dos casos, valores de pH bastante baixos associados a baixos níveis de nutrientes para as plantas. Na envolvente das explorações mineiras, as águas superfi­ciais e subterrâneas e os solos são, também, frequentemente afectados pelo impacto da actividade mineira. Se estes solos e águas contaminadas forem usados para fins agrí­colas, e se as espécies vegetais que aí se cul­tivam apresentarem capacidade para absor­ver e concentrar na parte aérea elementos químicos gravosos para a saúde, potenciarão desta forma a sua transferência, através das cadeias tróficas, para o Homem.

Ao longo de quase um século (1907 ­2000) foram exploradas pela Empresa Na­cional de Urânio (ex-ENU) e entidades suas antecessoras, 59 minas uraníferas distribuí­das pelos distritos da Guarda, Viseu e Coimbra. Uma das mais importantes áreas mineiras de exploração de minérios radioac­tivos da região Centro Portuguesa foi a da Cunha Baixa que se localiza no concelho de Mangualde, na vizinhança da povoação com o mesmo nome. Os trabalhos mineiros de reconhecimento tiveram início em 1967 e a sua exploração decorreu entre 1970 e 1993. A caracterização geológica da área e as características da mineralização assim como do método de exploração foram descritas por vários autores (Matos Dias & Costa,1972; Santos Oliveira & Ávila, 2001; Ne­ves, 2002). Da exploração subterrânea e a céu-aberto resultaram grandes volumes de estéreis e rejeitados que foram depositados em escombreiras, nas imediações da mina. Após o seu fecho, foram tomadas medidas para diminuir o impacto visual e paisagísti­co decorrentes desta actividade, quer ainda pela ex-ENU quer recentemente pela Empresa de Desenvolvimento Mineiro (EDM). Estas medidas compreenderam a vegetalização das escombreiras junto ao céu-aberto principal, com pinheiros (Pinus pinaster Aiton). Inicialmente as acções de vegetalização desenvolvidas pela ex-ENU não foram muito satisfatórias dado que a espécie apresentava dificuldades de desen­volvimento (Figura 1a). Porém, actualmen­te, verifica-se que não só o pinheiro parece adaptado às características físico-químicas das escombreiras sem manifestar, aparen­temente, sintomas visíveis de toxicidade (Figura 1b), como também a área está a ser colonizada por espécies espontâneas, como é o caso das do género Cytisus. Estudos rea­lizados por Petrova (2006) sobre o desen­volvimento de pinheiros (Pinus sylvestris L. e Pinus nigra Arn.) em escombreiras de minas uraníferas da Bulgária, permitiram concluir que nos primeiros anos o seu cres­cimento era significativamente reprimido, mas que mais tarde este tipo de vegetação se ia adaptando às condições desfavoráveis do meio conseguindo sobreviver com um de­senvolvimento vegetativo aparentemente normal.

 

Figura 1 – Vista da recuperação paisagística da área mineira da Cunha Baixa: (a) Setembro de 1996 e (b) Setembro de 2006 (* indica o mesmo ponto de referência)

 

A proximidade de uma área populacional (100 m a SW da mina) exigiu o diagnóstico da natureza e extenção dos problemas ambientais existentes na região envolvente à mina e os possíveis riscos químicos e radio­lógicos associados à exploração mineira. Alguns estudos anteriormente desenvolvi­dos (Neves, 2002; Santos Oliveira et al., 2005; Neves & Matias, 2008) indicaram contaminação do meio hídrico com reper­cursões na qualidade da água superficial (linha de água que drena a mina) e água sub-superficial que é utilizada, pela popula­ção, para rega das culturas agrícolas.

Apesar de o urânio não ser reconhecido como um elemento essencial ou benéfico tanto para as plantas como para os ani­mais, muitas plantas podem absorvê-lo e incorporá-lo na sua biomassa (Gulati et al., 1980; Ebbs et al., 1998; Shahandeh & Hossner, 2002; Duquène et al., 2006). Os dados obtidos por estes autores sugerem, por um lado, a possibilidade de fitoreme­diação de locais contaminados com urânio e por outro, algum risco associado à ingestão de alimentos de natureza vegetal.

Neste trabalho pretendeu-se avaliar e comparar a concentração e capacidade de bioconcentração do urânio em diversas espécies vegetais que se desenvolveram em solos de escombreira e cultivadas em solos da zona agrícola envolvente à área mineira da Cunha Baixa.

 

MATERIAL E MÉTODOS

Na zona da escombreira, que preenche a antiga corta do céu-aberto principal da Mina da Cunha Baixa, amostrou-se a parte aérea (folhas e raminhos) de uma espécie arbórea plantada (Pinus pinaster Aiton) e de duas espécies espontâneas do estrato arbustivo: a giesta amarela (Cytisus striatus (Hill) Rothm) e a giesta branca (Cytisus multiflo­rus (L’Hérit) Sweet). Nos terrenos agrícolas localizados a jusante amostraram-se culturas como o milho (Zea mays L.), o feijão verde (Phaseolus vulgaris L.) e a alface (Lactuca sativa L.), aí cultivadas para consumo ani­mal e humano. Em cada local de colheita das plantas, amostrou-se o respectivo solo (amostra compósita 0-20 cm). A água usada na rega das culturas agrícolas foi, igualmen­te, amostrada. As amostras de milho (folhas e caule) e respectivos solos (S5 e S15), assim como a respectiva água de rega foram colhidas em Setembro de 1996. As amostras compósitas de plantas e solos foram obtidas com um mínimo de pelo menos três sub­amostras. A restante amostragem foi reali­zada entre Setembro e Outubro de 2006 na sequência de ensaios de campo controlados e no âmbito do Projecto UCROP (POCI e PPCDT/ECM/59188/2004). As amostras de solo com a referência SB6 e SB8 foram colhidas no mesmo terreno agrícola onde, dez anos antes, tinha sido colhida a amostra de solo S15 e o milho aí cultivado.

Na fracção terra fina (<2 mm) do solo seco ao ar, determinou-se o pH em água (1:2,5 m:v) e a salinidade através da condu­tividade eléctrica (CE) do extracto de satu­ração (Póvoas & Barral, 1992). O material vegetal colhido na fase de maturação, depois de bem lavado em água corrente seguida de água desionizada, foi seco a 40 ºC, moído e enviado para análise química no Actlabs Laboratory, Canadá. Amostras das águas de rega, bem como dos solos e das soluções resultantes da extracção com aceta­to de amónio 0,5 M a pH 7 (fracção de U disponível no solo) foram também analisa­das no mesmo laboratório. O urânio na água de rega foi determinado por ICP-OES. Nos solos e plantas por ICP-MS: U total no solo, no extracto após digestão triácida; fracção disponível do U no solo, extraída com aceta­to de amónio; U nas plantas, no extracto após digestão com HNO₃ e H₂O₂

Para caracterizar a capacidade de concen­tração de um elemento químico pelas plan­tas é frequentemente utilizado o coeficiente de bioconcentração (CB), definido pela relação entre a concentração do elemento na planta e a sua concentração total no solo. No entanto, a determinação do CB consideran­do a concentração da fracção disponível do elemento no solo, em alternativa ao seu teor total, parece ser mais adequada, por aquela corresponder de forma mais aproximada ao teor biodisponível (Nriagu & Allan 1993; Abreu et al., 2008). Assim, neste trabalho a capacidade das plantas para concentrarem urânio na parte aérea foi avaliada com base na concentração da fracção de urânio dispo­nível no solo.

A análise estatística de parte dos resulta­dos foi realizada no programa STATISTI­CA 7.0. Para aferir diferenças entre concen­trações efectuou-se uma análise de variância (ANOVA) pelo teste de Tukey HSD e recorreu-se ao coeficiente linear de Pearson para avaliar possíveis correlações estatísti­cas. O nível de significância usado neste estudo foi P < 0,05.

 

RESULTADOS E DISCUSSÃO

No Quadro 1 apresentam-se as caracterís­ticas dos solos agrícolas e dos solos desen­volvidos sobre escombreira. Em 1996, os solos onde se desenvolveu o milho (S5 e S15) e que foram regados com água conta­minada em urânio (2 a 2,5 mg L^-1) eram hiperácidos (pH < 4,5) e muito pouco a moderadamente salinos (2 < CE < 12 mS cm^-1). A concentração total (225 e 362 mg kg^-1) e a fracção disponível de urânio (158 e 128 mg kg^-1) era bastante elevada, quando comparada com a concentração de 12 mg kg^-1 indicada por Santos Oliveira et al. (2005) como sendo o valor de fundo geo­químico para solos aluviais desenvolvidos na região da Cunha Baixa ou mesmo com a concentração de 14 mg kg^-1 indicada para solos amostrados fora da influência da mina da Urgeiriça (Araújo et al., 2001). Em rela­ção a estes valores, os solos S5 e S15 apre­sentavam-se em média 22 vezes mais enri­quecidos em urânio total.

 

Quadro 1 -Características dos solos agrícolas e dos solos desenvolvidos sobre escombreira da área mineira da Cunha Baixa onde se colheram as amostras de plantas

 

Comparando a amostra de solo S15 com as amostras de solo SB6 e SB8, verifica-se que, no período de 10 anos que decorreu entre a primeira e a segunda colheita, ocor­reu uma melhoria na qualidade do solo, no que respeita a características como o pH e salinidade assim como no teor de urânio dis­ponível (Quadro 1).

Em 2006, todos os solos amostrados se apresentavam ácidos (4,6 < pH < 5,5), mui­to pouco a pouco salinos (2 < CE < 8 mS cm^-1) e com baixa concentração de urânio disponível (< 13,3 mg kg^-1) em relação ao teor total (68 a 259 mg kg^-1), ainda que este seja, em média, 10 vezes superior aos valo­res de referência supracitados. Comparati­vamente a 1996, a concentração de urânio na água de rega era, em 2006, também menor (0,94 a 0,96 mg L^-1) o que confirma a tendência da diminuição da contaminação da água já antes observada, durante a moni­torização feita até 2004, por Neves & Matias (2008). Apesar das melhorias obser­vadas, se considerarmos o valor guia preli­minar de 23 mg kg^-1, estabelecido no Cana­dá, para o urânio em solos com uso agrícola, tendo em atenção a protecção da saúde humana (PSQGHH, CCME, 2007), verifica­se que a concentração deste elemento nos solos analisados continua muito elevada, pelo que não se recomendaria a sua utiliza­ção para aquele fim.

O solo desenvolvido sobre a escombreira é hiperácido, não salino e com percentagem considerável de urânio na fracção disponível (36,4%) relativamente ao urânio total, cuja concentração se aproxima, em média, do determinado nos solos agrícolas em 2006 (Quadro 1). Em 1997, três sondagens reali­zadas pela ex-ENU a pedido do Laboratório Nacional de Energia e Geologia – LNEG (ex-Instituto Geológico e Mineiro – IGM) nos resíduos mineiros do céu-aberto princi­pal, forneceram os seguintes valores médios de urânio total: 85, 201 e 164 mg kg ^–1 (Neves, 2002). O valor de urânio total no solo da escombreira sugere que a acção de lixiviação efectuada durante nove anos pelas águas pluviais, aliada à acidez do meio ain­da não foi suficiente para mobilizar de for­ma considerável o urânio contido nestes resíduos, apesar de uma fracção importante se encontrar sob formas potencialmente mobilizáveis (na solução do solo e no com­plexo de troca).

No Quadro 2 apresenta-se a concentração de urânio na parte aérea das várias espécies vegetais estudadas, assim como o respectivo valor do coeficiente de bioconcentração. A concentração de U (peso seco) obtida nas diferentes espécies desenvolvidas em solo de escombreira seguiu a seguinte ordem: pinheiro (P. pinaster) > giesta branca (C. multiflorus) > giesta amarela (C. striatus). Os teores de urânio nas plantas analisadas (< 13,9 mg kg^-1) aproximam-se dos deter­minados por Araújo et al. (2001) em folhas de pinheiro e de giestas (< 10 mg kg^-1) que cresceram em escombreiras antigas, com mais de 40 anos, da mina da Urgeiriça. Estes autores concluíram que estas espécies apresentavam um comportamento exclusor, relativamente ao urânio, que impedia que atingisse níveis tóxicos nas plantas apesar das elevadas concentrações totais do elemento nos solos amostrados (69 a 356 mg U kg^-1).

 

Quadro 2 -Concentração de urânio (mg kg^-1 peso seco) na parte aérea de culturas agrícolas e de plantas do estrato arbóreo e arbustivo e respectivo coeficiente de bioconcentração (CB = [U na parte aérea da planta]/ [U disponível no solo])

 

As plantas de milho (Z. mays) desenvol­vidas em solo agrícola e após rega com água contaminada em urânio continham na sua parte aérea (folhas e caule) valores seme­lhantes ao determinado na giesta amarela; tendo-se observado uma maior concentra­ção nas folhas (0,8 e 1,24 mg kg^-1) do que no caule (0,13 e 0,17 mg kg^-1) (Neves et al., 2003).

Em 2006, culturas de alface (L. sativa)e feijão (P. vulgaris) desenvolveram-se em solos que apresentavam antes, respectiva­mente, da plantação e da sementeira, dife­rentes concentrações de urânio total (SA2 e SB6: 92 e 248 mg kg^-1; SA4 e SB8: 53 e 109 mg kg^-1, respectivamente). No final, e após rega com água contaminada o teor médio de urânio no feijoeiro (folhas e caule) de ambos os solos, era estatisticamente semelhante (1,46 e 1,24 mg kg^-1 peso seco) enquanto que na alface, o teor médio de urânio nas folhas das plantas desenvolvidas no solo mais contaminado (SB6) era quatro vezes superior (5,37 mg U mg kg^-1 peso seco) ao determinado nas plantas do solo menos contaminado (Quadro 2). Verifica­se, igualmente, que o teor de urânio na alfa­ce desenvolvida no solo SB6 é superior ao referido na bibliografia disponível para esta cultura; 2,15 mg U kg^-1 (peso seco) em alfa­ce que cresceu num solo contendo um total de 17 mg U kg^-1 numa área mineira da Sér­via (Sarić et al., 1995) e 2,30 mg U kg^-1 (peso seco) em alfaces de ensaios em vaso cujo solo não contaminado foi regado com água contendo 1,2 mg U L^-1 (Hakonson-Hayes et al., 2002). Apesar do teor de urâ­nio nesta hortícola ser elevado, a estimativa da exposição associada ao seu consumo por um adulto da população da Cunha Baixa, revelou que esta é inferior à dose oral de referência (RfD) estabelecida pela Agência de Protecção Ambiental Americana (US EPA) (Neves & Abreu, 2009).

A concentração de urânio, na parte aérea do milho e do feijoeiro, poderá eventual­mente representar riscos quer para os ani­mais, através da sua ingestão em grandes quantidades, quer para o solo, por decompo­sição dos resíduos vegetais quando estes são incorporados no solo sob a forma de fertili­zante orgânico, como é prática corrente na região. A informação e dados relativos a efeitos do urânio em animais domésticos ou selvagens são ainda reduzidos. Sintomas da toxicidade do urânio referidos em animais domésticos incluem alterações na morfolo­gia das células sanguíneas, alterações na função da tiróide e funções hepáticas e ain­da o aparecimento de albumina na urina (CCME, 2007).

O coeficiente de bioconcentração para o urânio indica que, entre as espécies colo­nizadoras da escombreira o P. pinaster foi a que mais concentrou o elemento na par­te aérea (CB = 0,32) e entre as espécies cultivadas, a alface (CB: 0,4 e 0,6) con­centrou mais que o feijão (CB: 0,1 e 0,5) e que o milho (CB: 0,01). Este coeficiente que, de acordo com a CCME (2007) varia com a espécie de planta e com as diferen­tes propriedades do solo, regista variações desde < 0.001 até 1,8, mas é, geralmente, inferior a 1, o que sugere que a maioria das espécies vegetais analisadas não é acumuladora de urânio.

Para as plantas analisadas, não se veri­ficou correlação estatística entre o teor do elemento na parte aérea e a concentração de urânio total e da fracção disponível no solo.

 

CONCLUSÕES

O solo desenvolvido sobre a escombrei­ra, que preenche o antigo céu-aberto prin­cipal na área mineira da Cunha Baixa, e os solos agrícolas analisados continuam, cerca de 13 anos após o fecho da mina, a apre­sentar concentrações totais de urânio ele­vadas (68 a 258 mg kg^-1), as quais segundo as normas canadianas seriam um factor condicionante no que respeita à sua utiliza­ção agrícola. O solo de escombreira e os colhidos há cerca de 10 anos têm maior quantidade (35-70%) de urânio disponível e pH mais baixo (4,1-4,4) do que os solos agrícolas colhidos mais recentemente. As espécies colonizadoras da escombreira estão bem adaptadas ao substrato, sendo o pinheiro a espécie que mais urânio concen­trou na parte aérea (folhas e raminhos, peso seco): pinheiro (13,9 mg kg^-1); giesta bran­ca (6,26 mg kg^-1); e giesta amarela (0,96 mg kg^-1). Porém, nenhuma das espécies é acumuladora deste elemento (CB < 1), podendo por isso, conjuntamente com a cobertura vegetal eficaz que oferecem, contribuir para a estabilização dos resíduos mineiros, ainda com elevadas concentra­ções em urânio, que constituem as escom­breiras da mina da Cunha Baixa.

Apesar do coeficiente de bioacumulação indicar que nenhuma das espécies cultiva­das é bioacumuladora, a alface apresentou maior capacidade de concentrar urânio na parte aérea (folhas) do que o feijoeiro (folhas e caule) e do que o milho (folhas e caule). A absorção do urânio por estas plantas, a partir do solo e/ou água de rega, ambos ainda considerados bastante conta­minados, e a sua translocação para a parte aérea não inviabilizou o seu desenvolvi­mento vegetativo que é aparentemente normal.

 

AGRADECIMENTOS

Agradece-se ao Programa POCI 2010 e FEDER (Projecto POCI e PPCDT/ECM/ /59188/2004), ao Centro de Petrologia e Geoquímica (Sub-Projecto ENVIGEO) e Centro de Pedologia, da Universidade Téc­nica de Lisboa. Agradece-se também a colaboração de Elsa Vicente, Catarina Matos e Ana Ágata Sousa.

 

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