Erika Santos1,2, Mara Ferreira2 e Mª Manuela Abreu2
1Centro de Investigação em Ciências do Ambiente e Empresariais (CICAE), Instituto Superior Dom Afonso III, Convento Espírito Santo, 8100-641 Loulé, Portugal. E-mail: erika.santos@inuaf-studia.pt;
2Unidade de Investigação Química Ambiental (UIQA), Instituto Superior de Agronomia, Universidade Técnica de Lisboa (TU Lisbon), Tapada da Ajuda, 1399-017 Lisboa, Portugal.
RESUMO
Este estudo teve como objectivo avaliar o potencial de utilização conjunta de Cistus ladanifer e Cistus salviifolius na recuperação ambiental de áreas mineiras abandonadas da Faixa Piritosa Ibérica.
]]> Os solos de São Domingos são muito heterogéneos, devido aos materiais que lhes deram origem, apresentando concentrações totais (mg kg-1) elevadas de As (1940-3030), Cu (210-237) e Pb (5280-9210). Contudo, a fracção disponível é, geralmente, baixa variando consoante as características dos solos. O comportamento face aos elementos vestigiais variou com a espécie: C. salviifolius apresentou maiores concentrações de As, Cu e Zn relativamente ao C. ladanifer, contudo para o Pb observou-se o contrário.As plantas de C. ladanifer e C. salviifolius são uma boa aposta para a recuperação ambiental de áreas mineiras da Faixa Piritosa Ibérica pois, apresentam excelente capacidade para colonizar áreas degradadas, grande tolerância a elevadas concentrações de elementos vestigiais no solo, adaptando-se bem a solos nutricionalmente pobres.
Palavras-chave: Áreas mineiras abandonadas, Coeficiente de transferência solo-planta, Elementos vestigiais, São Domingos, Solos contaminados.
Contribution of Cistus Ladanifer L. and Cistus Salviifolius for environmental rehabilitation of mine areas from iberian pyrite belt
ABSTRACT
The aim of this study was to evaluate the potential of combined use of Cistus ladanifer and Cistus salviifolius for environmental rehabilitation of abandoned mine areas from Iberian Pyrite Belt.
Soils from São Domingos mine area are heterogeneous, due to different characteristics of the original materials, and showed high total concentrations of trace elements (1940-3030 mg As kg-1; 210-237 mg Cu kg-1; 5280-9210 mg Pb kg-1). Available fractions of trace elements presented, in general, small concentrations which vary with soils characteristics. Cistus salviifolius presented larger concentrations of As, Cu and Zn than C. ladanifer, however the former species showed the smallest Pb concentration. Both Cistus plants have an excellent capacity for colonization of these degraded areas and are well adapted to contaminated soils with low nutrient contents. It is apparent that these plants can be used for environmental rehabilitation of mining areas from Iberian Pyrite Belt.
Key-words: Abandoned mining areas, Soil-plant transfer coefficient, Contaminated soils, São Domingos, Trace elements.
]]> INTRODUÇÃO
A ocorrência de grande quantidade de minério de natureza variada (Cu, Sn, Au, Ag, etc.) na Faixa Piritosa Ibérica (FPI), nomeadamente associada a sulfuretos, permitiu a sua exploração desde a época pré-romana até ao século XX. Actualmente, a maioria das minas da FPI estão abandonadas devido a factores vários, como a sua exaustão, baixa rentabilidade, ou preço do minério, e por consequência, as áreas mineiras apresentam elevados níveis de perigosidade ambiental (Oliveira et al., 2002; Matos e Martins, 2006). A maioria destas minas não possui qualquer tipo de estruturas ou programas que minimizem o impacto ambiental e de saúde pública gerado pela actividade mineira passada.
O risco ambiental e de saúde pública depende da mobilidade e disponibilidade dos elementos químicos no meio. No solo, a disponibilidade dos elementos químicos é controlada pelas suas características físicas, químicas, mineralógicas e biológicas (Adriano et al., 2004; Kabata-Pendias, 2004).
Das técnicas in situ que podem ser usadas para a recuperação ambiental de áreas mineiras abandonadas, a vegetalização (fitoestabilização) com espécies autóctones é a mais sustentável a longo prazo (Tordoff et al., 2000; Mendez e Maier, 2008; Abreu e Magalhães, 2009). O aumento da matéria orgânica e da capacidade de retenção de água, a melhoria da estrutura do solo, a imobilização dos elementos químicos, o desenvolvimento de microrganismos determinantes nos processos biológicos do solo e ainda a redução dos processos erosivos são algumas das vantagens desta técnica (Abreu e Magalhães, 2009). Por outro lado, o estabelecimento de uma comunidade de plantas pioneiras pode permitir a modificação do ambiente degradado e, consequentemente, a evolução dos estádios de sucessão ecológica.
A grande quantidade de escórias e outros materiais, resultantes da extracção e do processamento do minério, acumulados em escombreiras apresentam geralmente condições desfavoráveis para o desenvolvimento das plantas devido ao facto de apresentarem baixo valor de pH e conteúdo de nutrientes bem como, elevadas concentrações de elementos potencialmente tóxicos, além de serem, em regra, instáveis (Wong, 2003). Por outro lado, o clima de características semi-áridas que se faz sentir na Faixa Piritosa intensifica a indisponibilidade da água para as plantas.
Embora a degradação ambiental afecte as características e qualidade do solo e da água e ainda a diminuição da vegetação observa-se que diversas espécies arbustivas, por exemplo espécies do género Cistus, conseguem desenvolver-se nestas áreas. A tolerância das plantas, no geral, às condições existentes nas áreas mineiras está dependente de várias adaptações biológicas, químicas e/ou fisiológicas (Levitt, 1980; Baker, 1981; Pang et al., 2003).
O Cistus salviifolius é uma espécie que cresce, em forma de pequenas moitas que podem atingir 1 m de altura, em quase toda a área Mediterrânica estando muitas vezes associada a locais degradados e de baixa fertilidade (Borges et al., 2002; Simões et al., 2004). Esta espécie não tem sido muito estudada do ponto de vista ambiental, sobretudo nas áreas mineiras, ao contrário do Cistus ladanifer que tem sido alvo de alguns estudos (Alvarenga et al., 2004; Batista et al., 2007; Chopin e Alloway, 2007).
O Cistus ladanifer é uma espécie que apresenta também pequeno porte, embora alguns indivíduos atinjam até 2,5 m de altura (Correia, 2002). Ocorre em diferentes condições ambientais e de stresse ligadas à deficiência de água, nutrientes e níveis elevados de contaminação do solo em elementos vestigiais (Kidd et al., 2004; Santos et al., 2009). Esta planta cresce espontaneamente em várias áreas mineiras da FPI, nomeadamente, São Domingos, Neves Corvo, Aljustrel, Rio Tinto e Tharsis, estando aparentemente bem adaptada a estas condições (Alvarenga et al., 2004; Freitas et al., 2004; Batista et al., 2007; Chopin e Alloway, 2007; Santos et al., 2009). Deste modo, refere-se a sua potencial utilização para a fitoestabilização de áreas contaminadas por metais pesados e metalóides.
Embora os dados sobre o teor total de elementos químicos no solo sejam abundantes, estes reflectem uma informação escassa sobre o risco de contaminação do ambiente e da sua toxicidade para as plantas, pois são raras as vezes que se correlacionam com a sua concentração nos tecidos das plantas. O comportamento dos metais nos solos e nas plantas depende da natureza dos elementos químicos, das características físico-químicas dos solos e da espécie de planta (Kidd et al., 2007). Assim, a composição química das plantas pode reflectir a disponibilidade de um elemento na proximidade do sistema radicular e a sua capacidade para absorverem, translocarem e acumularem o elemento (Kabata-Pendias e Pendias, 2001; Nagaraju e Karimulla, 2002).
Este estudo teve como objectivo avaliar o potencial de utilização conjunta de Cistus ladanifer e Cistus salviifolius na recuperação ambiental de áreas que foram sujeitas a actividade mineira na FPI.
]]>MATERIAIS E MÉTODOS
Área de Amostragem e Materiais
A mina de São Domingos situa-se na Faixa Piritosa Ibérica (FPI), no Sudeste de Portugal, no concelho de Mértola (Figura 1). Nesta área, a exploração mineira iniciou-se nos tempos pré-romanos e romanos com a extracção de Au, Cu e Ag a partir do gossan cessando, posteriormente nos anos 60 do século XX. Nos séculos XIX e XX, a exploração teve maior incidência nos sulfuretos maciços de Cu com concentrações elevadas de As, Zn e Pb, tendo ocorrido em lavra subterrânea (Quental et al., 2002).
Figura 1 – Localização geográfica da área mineira de São Domingos.
Devido à grande quantidade de escombreiras, com elevadas concentrações de elementos químicos potencialmente tóxicos, e à presença de extensas áreas com depósitos mineiros de natureza variada a mina de São Domingos é considerada como tendo um elevado grau de perigosidade ambiental (Oliveira et al., 2002; Matos e Martins, 2006). Actualmente, tanto nas zonas onde ocorreu exploração e processamento do minério como nas áreas envolventes podem ser observadas inúmeras escombreiras de idade e natureza variada; escórias de granulometria diversa; britado de pirite, gossan e rochas encaixantes da mineralização (Álvarez-Valero et al., 2008). Além disso, a linha de drenagem ácida que atravessa toda a área, desde a corta até à barragem do rio Chança, continua a dispersar os contaminantes (Quental et al., 2002).
O clima nesta área é tipicamente mediterrâneo, caracterizando-se por verões longos, quentes e secos com temperaturas que variam entre 15 e 35 ºC e por Invernos moderadamente frios (4 ºC a 20 ºC) e húmidos. A precipitação média anual é de 456 mm e ocorre maioritariamente no Inverno porém, de uma forma irregular (INMG, 1990).
]]> Devido à variabilidade relativa dos materiais de escombreira seleccionaram-se duas áreas de amostragem na mina de São Domingos, as quais foram, cada uma delas, divididas em três parcelas com as mesmas dimensões (≈150 m2). Uma das áreas (parcelas SD1, SD2 e SD3) situa-se a NNE da corta da mina e faz parte de uma grande escombreira constituída, fundamentalmente, por materiais de gossan aos quais se associam também materiais das rochas encaixantes. Os solos colhidos (amostras compósitas) são incipientes, desenvolveram-se sobre os materiais desta escombreira e neles cresciam plantas de Cistus ladanifer, das quais foram amostradas, no Verão, amostras compósitas de folhas (15 plantas em cada parcela). A outra área (parcelas SD4, SD5, SD6) localiza-se a SSE da corta da mina. Nestas parcelas foram colhidas, no Outono, amostras compósitas de solo e da parte aérea (folhas e raminhos) de Cistus salviifolius (cinco plantas por parcela). Os solos colhidos nesta área são também incipientes e desenvolveram-se sobre materiais bastante heterogéneos compostos por escórias, cinzas de pirite e ainda materiais de gossan.
Métodos
A metodologia usada para a caracterização dos solos (fracção <2 mm) foi a seguinte: pH em água na proporção 1:2,5 (p/v); C orgânico por oxidação por via húmida; capacidade de troca catiónica (CTC) e catiões de troca pelo método do acetato de amónio a pH 7 (Póvoas e Barral, 1992); Fe dos óxidos de ferro pelo método de De Endredy (1963); Mn dos óxidos de manganês (Chao, 1972); N total pelo método de Kjeldahl (Póvoas e Barral, 1992); P e K extraíveis pelo método de Egner-Riehm (Póvoas e Barral, 1992).
A análise química total de As, Cu, Pb e Zn nos solos (fracção <2 mm) foi realizada por análise instrumental por activação de neutrões (INAA) ou espectrofotometria de emissão atómica com plasma acoplado indutivamente (ICP-EAS), após digestão ácida com HF, HClO4, HNO3 e HCl (ActLabs, 2010a). A fracção disponível (solúvel em água e fracção associada ao complexo de troca do solo), das amostras SD1, SD2 e SD3, destes mesmos elementos foi extraída com Ca(NO3)2 a 0,5 mol/L (Berti et al., 1997) sendo posteriormente analisados os metais por espectrofotometria de absorção atómica em câmara de grafite (GF-AAS) e o As por geração de hidretos (GH-AAS). A fracção disponível das amostras SD4, SD5 e SD6, em relação aos mesmos elementos, foi também extraída com Ca(NO3)2 a 0,5 mol/L e posteriormente analisada por ICP-MS (espectrofotometria de massa com plasma induzido).
A concentração dos elementos químicos nas folhas de C. ladanifer foi determinada pelas mesmas técnicas que a fracção disponível (GF-AAS e GH-AAS) após extracção através de digestão ácida com HNO3 concentrado sob pressão. A parte aérea do C. salviifolius foi reduzida a cinzas (475 ºC) e posteriormente sujeita a digestão ácida (ActLabs, 2010b), sendo depois quantificados os elementos por análise instrumental por activação de neutrões (INAA) ou espectrofotometria de emissão atómica com plasma acoplado indutivamente (ICP-EAS).
Para cada uma das parcelas calculou-se o coeficiente de transferência solo-planta (CT = [elemento na parte aérea na planta]/[elemento total no solo]). Para cada uma das variáveis estudadas realizaram-se três réplicas. A análise estatística dos resultados foi realizada no programa SPSS 15.0 para o Windows. Para verificar a possível influência das fracções disponíveis no solo nas concentrações dos mesmos elementos nas plantas realizaram-se correlações bivariadas de Pearson. O nível de significância usado neste estudo foi de p <0,05.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
As características físico-químicas dos solos das diferentes parcelas amostradas na área mineira de São Domingos constam do Quadro 1.
]]>Quadro 1 – Caracterização dos solos de cada parcela de amostragem na área mineira de São Domingos.
Os solos amostrados em São Domingos apresentaram uma grande heterogeneidade devido à diversidade de materiais originários dos solos. Relativamente ao pH, observaram-se maioritariamente valores baixos (pH <5) devido a serem solos desenvolvidos sobre materiais que resultaram da oxidação da mineralização (gossan) ou de britados de pirite, contudo o solo da parcela SD4 apresenta pH neutro (pH= 6,9). Este facto está associado à existência de cinzas nesta parcela. A capacidade de troca catiónica é relativamente baixa (8,5-17,0 cmolc kg-1) sendo novamente excepção os solos da parcela SD4 com um valor de CTC de 47,4 cmolc kg-1. Em todos os solos estudados o Ca foi o catião de troca maioritário.
Os solos apresentaram baixa fertilidade, com excepção dos da parcela SD4 relativamente ao P e ao K extraíveis, no entanto as plantas de Cistus mostram um bom desenvolvimento não evidenciando sinais de stresse nutricional. Os solos de São Domingos apresentaram concentrações elevadas de ferro, na forma de óxidos, em particular os desenvolvidos sobre materiais de gossan (SD1, SD2 e SD3). Os óxidos de manganês ocorrem em concentrações relativamente baixas, no entanto os solos SD4, SD5 e SD6 apresentam concentrações mais elevadas (Quadro 1). De uma maneira geral, as diferenças existentes entre os solos das diferentes parcelas são resultantes dos materiais que lhes deram origem.
No Quadro 2 indicam-se as concentrações totais e da fracção disponível dos elementos químicos estudados nos solos e os totais, respectivamente, nas folhas de C. ladanifer e folhas e raminhos de C. salviifolius. As concentrações totais de Cu e Pb nos solos de todas as parcelas bem como, as de Zn nos solos das parcelas SD4, SD5 e SD6 ultra-passam largamente os valores máximos admissíveis pela legislação portuguesa (50-300 mg Cu kg-1, 50-100 mg Pb kg-1 e 150-300 mg Zn kg-1 consoante o pH; Decreto Lei 276/09).
Quadro 2 – Concentrações em As, Cu, Pb e Zn nos solos (total e fracção disponível), nas folhas de Cistus ladanifer e folhas e raminhos de Cistus salviifolius para cada parcela de amostragem na área mineira de São Domingos.
A concentração da fracção disponível dos elementos químicos estudados variou consoante a parcela de amostragem e, consequentemente, as características dos próprios solos, porém de uma maneira geral foi baixa (<3 % da concentração total de As, Cu ou Pb). Só as parcelas onde foi amostrado o C. ladanifer apresentaram a fracção disponível de Zn relativamente mais alta (10-13 % da concentração total). A variação do pH (3,5 a 6,9) e da capacidade de troca catiónica (8,5-47,4 cmolc kg-1) dos solos pode ter contribuído para as diferenças observadas na disponibilidade dos elementos químicos para as plantas. A avaliação da fracção disponível dos elementos para as plantas, e particularmente para os Cistus, é o primeiro passo para a implementação de uma eficiente recuperação ambiental (Adriano et al., 2004).
As concentrações dos elementos químicos nas plantas variaram consoante a espécie de Cistus excedendo, por vezes, os valores referenciados como fitotóxicos para a maioria das plantas por Kabata-Pendias e Pendias (2001). Assim, as plantas de C. salviifolius translocaram para a parte aérea, de uma maneira geral, maior quantidade de As, Cu e Zn do que as plantas de C. ladanifer. Este facto, parece não estar correlacionado com a fracção disponível dos elementos no solo (r<-0,63) mas, está eventualmente, com as características biológicas da própria espécie (Quadro 2).
Quanto ao Pb, o seu comportamento foi contrário ao dos outros elementos químicos sendo que, as folhas de C. ladanifer apresentaram maiores concentrações deste elemento. Este facto, pode estar relacionado com a existência de uma maior fracção disponível do elemento nas parcelas onde estas plantas se desenvolveram (r=0,80) ou ainda com as características da espécie (Quadro 2). O diferente comportamento das plantas, em função da estação do ano, em termos de acumulação de alguns metais e As em C. ladanifer (Santos et al., 2009) e para alguns nutrientes em outras espécies do género Cistus (C. albidus e C. salviifolius; Correia, 2002; Simões et al., 2004), pode influenciar a avaliação da concentração dos mesmos elementos químicos entre espécies. Embora não se disponham dos mesmos dados para o C. salviifolius, esta espécie pode apresentar o mesmo comportamento diferenciado e sazonal que o C. ladanifer para os elementos químicos estudados. Como os dados ambientais relativos ao C. salviifolius são escassos, este estudo deverá ser continuado com colheitas de material vegetal em outras estações do ano. Embora os valores de As no C. salviifolius, os de Pb no C. ladanifer e os de Zn em ambas as plantas do género Cistus tenham excedido o referenciado por Kabata-Pendias e Pendias (2001) como fitotóxico (5-20 mg As kg-1, 30-300 mg Pb kg-1, 100-400 mg Zn kg-1) não se observaram sinais visíveis de toxicidade nas plantas.
No Quadro 3 apresentam-se os coeficientes de transferência solo-planta dos vários elementos nas duas espécies de Cistus.
Quadro 3 – Coeficientes de transferência solo-planta do As, Cu, Pb e Zn nas plantas de Cistus ladanifer e Cistus salviifolius para cada parcela de amostragem na área mineira de São Domingos.
As duas espécies colhidas na área mineira de São Domingos apresentaram-se como não acumuladoras de As, Cu e Pb pois, o coeficiente de transferência solo-planta calculado foi menor que um. Comportamento semelhante, de plantas não acumuladoras de Cu e Pb, também foi observado em plantas da mesma espécie na mina de Aljustrel por Alvarenga et al. (2004).
]]> O comportamento, em termos de acumulação de Zn, variou consoante a espécie sendo que o C. ladanifer se comporta como uma planta acumuladora e o C. salviifolius como não acumuladora. Apesar de Alvarenga et al. (2004) considerarem, de uma maneira geral, as plantas de C. ladanifer colhidas na mina de Aljustrel como não acumuladoras de Zn, em solos com concentrações totais deste elemento superiores a 200 mg kg-1 o coeficiente de acumulação calculado atingiu valores próximos de um ou mesmo superiores. As variações observadas podem sugerir que as plantas do género Cistus possuem comportamentos adaptativos que variam consoante o nível de contaminação e concentração da fracção disponível dos elementos no local onde as plantas se desenvolvem.
CONCLUSÕES
A área mineira de São Domingos apresenta elevadas concentrações totais de elementos químicos gravosos para o ambiente, como o As, Cu, Pb e Zn, o que indica, numa primeira análise, a necessidade urgente da sua recuperação ambiental. Contudo, a fracção disponível destes elementos é, na maioria dos solos analisados, relativamente baixa e variou consoante as características dos próprios solos. As concentrações de As e Zn nas plantas de C. salviifolius são mais elevados do que nas plantas de C. ladanifer enquanto que, para o Pb foi observado o inverso. Ao contrário do Pb, a concentração de As, Cu e Zn nas plantas não está correlacionada com a fracção disponível dos mesmos elementos nos solos. Assim, o comportamento das plantas face aos elementos químicos nos solos parece estar relacionado com a própria biologia das espécies.
As plantas do género Cistus, em particular as espécies C. ladanifer e C. salviifolius, estão aptas a sobreviver em locais altamente contaminados em elementos químicos vestigiais sem, no entanto, apresentarem sinais negativos no seu desenvolvimento. Por outro lado, estas espécies comportam-se como plantas não acumuladoras de As, Cu e Pb embora, em alguns caso, apresentem concentrações consideradas fitotóxicas destes elementos. Para o Zn apenas o C. ladanifer mostrou comportamento de acumuladora deste elemento.
Sendo estas espécies pioneiras e possuindo baixa exigência nutricional podem colonizar áreas degradadas contribuindo para a recuperação das características dos solos incipientes e evolução da sucessão ecológica. Por outro lado, o uso destas espécies de plantas pode beneficiar a economia local através da produção de ládano (C. ladanifer) caso este não seja influenciado pela presença dos elementos contaminantes.
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