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IMPACTOS AMBIENTAIS RELACIONADOS COM A ATIVIDADE ANTRÓPICA – O PAPEL DO SOLO
Fábio Mallmann - Eng. Agrônomo, mestrando/PPGCS
Ricardo Schenato - Eng. Agrônomo, mestrando/PPGCS
Universidade Federal de Santa Maria
Fertilidade do Solo – Docência Orientada
Santa Maria, Maio de 2008
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1. A agricultura atual
2. A Revolução Verde
3. O uso do solo
4. Os fertilizantes na agricultura
5. Poluição x Contaminação
6. Fósforo
6.1. O ciclo do fósforo
6.2. Eutrofização
6.2.1. Eutrofização natural x Eutrofizaçãoartificial
6.3. Alguns dados
ROTEIRO DA AULA
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7. Nitrogênio7.1. O ciclo do N7.2. Aumento no uso de N7.3. Alguns dados
8. Outros elementos
9. Para refletir
ROTEIRO DA AULA
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A agricultura atual...
Alto consumo de insumos
Energeticamente deficitária
Ambientalmente agressiva
em função...
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A partir deste período o homem começou a utilizar o solo de forma mais intensiva e indiscriminada, atémesmo em áreas de baixa aptidão agrícola.
Revolução Verde, que se iniciou após a segunda guerra mundial
ü uso intensivo do solo;ü aplicação de insumos externos;ü uso de novas técnicas produtivas;ü mecanização da agricultura.
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acréscimo na produção agrícola
Revolução verde
Em síntese:
se por um lado
por outroProblemas:-Ambientais-Econômicos-Sociais
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O mau uso pelo homem...
Fonte: Gonçalves & Rheinheimer
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...leva a perda da qualidade do solo - degradação
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Cobertura florestal no Rio Grande do Sul (original e em 1983)
Fonte: Ferreira e Gausmann (1996)
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Desrespeito à legislação(Código Florestal - Lei 4.771/65 Áreas de preservação permanente -artigo 2º)
© IAP/PR
Foto de Jack Dykinga (USDA ARS)
Desrespeito à capacidade de uso do solo
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FERTILIZANTES E CORRETIVOS
Ø Inclusão de áreas no sistema produtivo;
ØAumento na produtividade;
ØSustentabilidade da produtividade;
Ø Investimentos maiores
Ø Dependência do mercado
ØAlteração do solo e da água
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IMPACTOS NA QUALIDADE QUÍMICA
Quando algum elemento químico estáem maior concentração em relação às suas concentrações naturais no solo ...
SOLO CONTAMINADO
Quando esta contaminação ocorre em quantidades que afetam os componentes bióticos do solo, comprometendo sua funcionalidade e sustentabilidade ...
SOLO POLUÍDO
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SOLO
É um sistema aberto e, consequentemente, estásujeito a troca de massa e energia com sistemas adjacentes.
Volatilização
Lixiviação
Erosão
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FÓSFORO
É o nutriente mais requerido em nossas condições
Faz ligações específicas de alta energia
Ambientes aquáticos têm baixa disponibilidade
Desencadeador do processo de eutrofização
Principal mecanismo de perda:
erosão à P particulado
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CICLO DO FÓSFORO
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EUTROFIZAÇÃO
A eutrofização é o crescimento excessivo das plantas aquáticas, tanto planctônicas quanto aderidas, a níveis tais que sejam considerado causador de interferências com os usos desejáveis do corpo d’água (Thomann e Mueller, 1987).
Ou seja:“Produção primária acima do normal em virtude do aporte de nutrientes, especialmente o fósforo”.
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• Problemas estéticos e recreacionais
• Condições anaeróbias no fundo do corpo d’água
• Eventuais mortandades de peixes
• Maior dificuldade e elevação nos custos de tratamento da água
• Toxicidade das algas
• Modificações na qualidade e quantidade de peixes de valor comercial
• Desaparecimento gradual do lago como um todo
EUTROFIZAÇÃO
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• Fluxo de sedimentos e nutrientes
• Aumento da produtividade –eutrofizaçãoOligotrófico – baixa produtividade
Mesotrófico – média produtividade
Eutrófico – alta produtividade
• Eutrofização natural = envelhecimento de lagos
Eutrofização natural x Eutrofização artificial
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Eutrofização do Mar CáspioFonte:NASA
EXEMPLOS DE EUTROFIZAÇÃO
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EXEMPLOS DE EUTROFIZAÇÃO
Lagoa no Rio de Janeiro. Fonte: SERLA Lago Paranoá. Fonte: Projeto de valorização de Pesca Profissional
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Contribuições unitárias de fósforo típicas
kgP/hab.ano1,0DomésticosEsgotos
kgP/km2.ano100Áreas urbanas
kgP/km2.ano50Áreas agrícolas
kgP/km2.ano10Áreas de matas e florestas
Drenagem
UnidadeValores típicosTipoFonte
Fonte: Von Sperling, 1996.
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• Na UE, a agricultura é responsável por 25% do fluxo total de P para o Mar do Norte;
• Na Tchecoslováquia, a agricultura contribui com 48% da poluição de águas superficiais;
• Noruega e Finlândia reportam significantes processos de eutrofização local.
• O Mar Adriático vem registrando aumento na quantidade de algas.
• Praticamente TODOS os lagos chineses apresentam algum grau de eutrofização.
Alguns dados...
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NITROGÊNIO
• Altas doses, principalmente em gramíneas
• Baixa eficiência = altos potenciais de perdas
• Difícil manejo em função de seu ciclo (estreitamente relacionado com microorganismos)
• Principais mecanismos de perda:
lixiviação à nitrato
volatilização à amônia
escoamento superficial à N solúvel
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N2
Bioma
NH4+
NO3-
NO2-
N orgânico
NH3mineralizaçãoNitrificação
Imobilização
Desnitrificação
Lixiviação
Fixação biológicaassimbiótica
(bactérias de vida livre)
N2O
NPK
indústria
FBN
Adaptado de Aita, 2007
anaerobiose
aerobiose
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• Até 1960 à a disponibilidade de nitrogênio na Terra era controlada exclusivamente por processos naturais, por meio da fixação do elemento pelas plantas
Atualmente à a produção sintética do nitrogênio ultrapassa toda a produção natural em até 30%.
• O homem aumentou a oferta de nitrogênio disponível a organismos nos oceanos em quase 50%.
• O nitrogênio antropogênico é responsável por cerca de 3% de toda a nova produção biológica marinha.
Voltando à Revolução Verde...
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• Na UE, a agricultura é responsável por 60% do fluxo total de N para o Mar do Norte;
• Na Noruega, 71% do N total transferido para o ambiente aquático foi oriundo de fontes difusas (agricultura);
• Esse mesmo país reporta contaminações substanciais de suas águas subterrâneas por N.
• Cerca de 50% dos poços, que suprem mais de um milhão de residências rurais, da Lituânia, estão impróprios para consumo humano em pela presença de agrotóxicos e excesso de N.
Alguns dados...
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+27 +17 Média
- 69 +12 Pastagem (grama azul)
+102 +12 Milho Contínuo
+09 +59 Alfalfa 2º ano
- 08 +17 Alfalfa 1º ano
+33 - 05 Aveia, alfafa
+65 +10 MilhoRotação
NP
Acréscimo (%)CulturaManejo
Fonte: Natural Resources Managementand Environment Department - FAO
Alguns dados...
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E os outros nutrientes?
K, Ca, Mg, S... metais
Importância secundária...
auxiliar no processo de eutrofização
chuva ácida
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Para refletir...
Esses fenômenos estão presentes em nossa realidade?
Uso do solo, sistemas de manejo, recomendações de fertilizantes, visão sistêmica.
A agricultura, nos moldes atuais, é sustentável?
Ambiente, mercado, sociedade.
Que mudanças podem ser esperadas? Como poderão ocorrer?
Agricultura nos próximos 5, 10, 50 anos (recomendação de adubação e calagem?) Agentes de pressão...
Qual o nosso papel no sistema agrícola?
como cidadãos,
como agricultores,
como Engenheiros Agrônomos.
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METAIS PESADOS
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Terminologia
Importância
Problemas
Principais elementos tóxicos
Fontes de metais
Formas dos metais no solo
Dinâmica dos metais no solo
Alguns casos de contaminação
Solo como meio para descarte
Metais pesados em corpos d’água
ROTEIRO
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TERMINOLOGIA
è METAIS PESADOS
Elementos que apresentam peso específico maior que 5 g cm-3;
è ELEMENTOS-TRAÇO
Quando descobertos, [ ] abaixo dos limites de detecção – limitação metodológica;
èELEMENTOS TÓXICOS
Recente conotação popular dada aos metais pesados.
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IMPORTÂNCIA
- A maioria dos metais pesados são biologicamente ativos;
- Muitos não tem nenhuma função fisiológica em plantas e animais (As, Cd, Pb, Hg...);
- Outros têm papel importante no bom desenvolvimento de plantas, na produção agrícola e na saúde humana... (Co, Mo, Zn, Cu...)
ELEMENTOS ESSENCIAIS
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PROBLEMAS
- Mesmo aqueles essenciais podem causar impactos negativos a ecossistemas terrestres e aquáticos:
uso continuado e/ou inadequado;
- Contaminação do público não-alvo;
- Metais pesados: não biodegradáveis;
- Tem efeito acumulativo na cadeia alimentar, afetando em maior escala os últimos níveis da cadeia trófica.
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PRINCIPAL PROBLEMA:
ACÚMULO NA CADEIA TRÓFICA
BIOACUMULAÇÃO
BIOMAGNIFICAÇÃO
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PRINCIPAIS ELEMENTOS TÓXICOS
As Hg Cd Pb Cr Al Se Co Cu Fe Mn Mo Zn Ni
Tóxicos às plantas (fitotóxicos)
Tóxicos aos animais superiores
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QUAIS AS FONTES DE METAIS PESADOS?
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FONTE DE METAIS PESADOS
è LITOGÊNICA:
- Constituintes naturais de rochas e solos (intemperismo)
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è ANTROPOGÊNICA:
- Fertilizantes
FONTE DE METAIS PESADOS
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749411035461Fonte de micronutrientes: Nutricitro
122130563103Fonte de micronutrientes: BR5
510703271Termofosfato
117324DAP
1817424MAP
9226344Superfosfato simples
21433Superfosfato triplo
---------------- mg kg-1 ---------------
PbCrCdNiMATERIAL
Teores totais de metais pesados não-nutrientes em diferentes tipos de fertilizantes
Fonte: Gabe & Rodella (1999)
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- Calcário e gesso agrícola
- Defensivos agrícolas
FONTE DE METAIS PESADOS
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- Dejetos de animais (resíduos agroindústrias, lodos de esgoto...)
- Água de irrigação contaminada
FONTE DE METAIS PESADOS
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- Lixões
- Mineração
FONTE DE METAIS PESADOS
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- Deposição atmosférica
- Resíduos industriais
FONTE DE METAIS PESADOS
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- Curtumes
- Resíduos petroquímicos
FONTE DE METAIS PESADOS
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FORMAS ENCONTRADAS NO SOLO
- Solúveis: íons livres ou complexos solúveis com ânions inorgânicos ou orgânicos;
- Trocáveis: ligados às cargas do solo e da matéria orgânica;
- Adsorvidos especificamente: alta energia de ligação;
- Ligados à materiais orgânicos insolúveis:complexados por materiais de difícil decomposição;
- Precipitados: na forma de carbonatos, sulfatos...
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M+
Fe OHO
O
Fe OH
OO
M+
Fe OO
OM
MRR
OO
MSO4 MCO3
M = metal
óxido de ferro
composto orgânico
precipitados
FORMAS ENCONTRADAS NO SOLO
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CONTAMINANTES CONTENDO METAIS PESADOS
SOLUÇÃO DO SOLO
íons e complexos
(fertilizantes, pesticidas, lodos de esgoto, deposição atmosférica...)
SOLO
biomassa (microrganismos)
sorção em colóides organo-minerais
DINÂMICA DOS METAIS PESADOS NO SOLO
(Alloway, 2005)
mineriaisintemperizados
co-precipitação (hidróxidos de Fe,
Mn, Al, óxidos, carbonatos)
substâncias húmicasperdas por
lixiviação
perdas por escoamento superficial
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SOLUÇÃO DO SOLO
íons e complexos
SOLO
caule
armazenamento na raíz
sementessorção em colóides organo-minerais biomassa
(microrganismos)
superfície radicular
folhasliteira
PLANTA
raízabsorção
mineriaisintemperizados
co-precipitação (hidróxidos de Fe,
Mn, Al, óxidos, carbonatos)
perdas por lixiviação
substâncias húmicas
CONTAMINANTES CONTENDO METAIS PESADOS(fertilizantes, pesticidas, lodos de esgoto, deposição atmosférica...)
DINÂMICA DOS METAIS PESADOS NO SOLO
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- Um dos mais antigos: a mineração e o beneficiamento do Cu, do Pb e do Hg usado pelas antigas civilizações romana e fenícia;
- O uso de alguns fertilizantes fornecedores de micronutrientes e subprodutos utilizados como corretivos de acidez podem superar a adição anual máxima ao solo permitida para metais pesados (USEPA);
CASOS DE POLUIÇÃO
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- Numa indústria química fabricante de pesticidas no município de Paulínia (SP), de um total de 181 pessoas estudadas, 144 (80%) apresentaram pelo menos um elemento pesado no sangue em concentração superior aos níveis aceitáveis.
CASOS DE POLUIÇÃO
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- O excesso de cobre nos solos da Serra Gaúcha, decorrente da aplicação de fungicidas cúpricosnas videiras;
- A aplicação de doses elevadas de dejetos líquidos de suínos, principalmente nas regiões de maior produção (oeste catarinense).
CASOS DE POLUIÇÃO
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220817Hg
5151939Cd
100015015300Pb
703021420Ni
1000-1503000Cr
5603001402800Zn
280120751500Cu
------------------- kg ha-1 -------------------
Taxaanual
Máx.cumul.
RSCEEUSEPA
METAL
Limites de metais pesados que podem ser aplicados com segurança no solo, conforme a legislação de diversos países e do Estado do RS.
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16330,1140011823Lodo de curtume
122592,026049096Composto de lixo urbano
----14001000Esterco líquido de suínos
-------- mg kg-1 (massa seca) --------
NiPbCdCrZnCuMaterial Orgânico
Concentrações médias de metais pesados de alguns materiais orgânicos:
Cuidado:- Dimensionamento das instalações...
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Ø Durante quantos anos um suinocultor poderáaplicar os dejetos líquidos de suínos produzidos pela granja nas suas áreas de lavoura, até que as concentrações de Cu e/ou Zn atinjam o limite máximos estabelecido para o RS?
Área disponível = 10 ha
Produção anual = 3000 cabeças ano-1 (terminação)
Produção de dejetos líquidos = 1 m3 cabeça-1
Teor de matéria seca do dejeto = 5%
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RESPOSTA:
- Quantidade total de matéria seca:3000 m³ x 0,05 = 150 m³ = 150.000 kg
- Quantidade total de Cu no dejeto:150.000 kg x 1000 mg/kg = 150.000.000 mg = 150 kg
- Quantidade de Cu aplicada por ha:150 kg / 10 ha = 15 kg/ha
- Período de aplicação para atingir nível máximo estabelecido pela legislação do RS:280 kg / 15 kg/ano = 18,7 anos (para Cu)
- Quantidade total de Zn no dejeto:150.000 kg x 1400 mg/kg = 210.000.000 mg = 210 kg
- Quantidade de Zn aplicada por ha:210 kg / 10 ha = 21 kg/ha
- Período de aplicação para atingir nível máximo estabelecido pela legislação do RS:560 kg / 21 kg/ano = 26,7 anos (para Zn)
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Solos com:
- alto teor de óxidos de ferro, alumínio e manganês;
- alto teor de matéria orgânica;
podem ser utilizados para descartede resíduos contendo metais pesados.
SOLO COMO MEIO PARA DESCARTE
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METAIS PESADOS NOS CORPOS D’ÁGUA
- A composição natural dos sistemas aquáticos éaltamente complexa;
- A concentração de metais pesados em sistemas aquáticos superficiais é conseqüência da:
(a) geoquímica das rochas de origem e dos solos;
(b) poluição antropogênica;
(c) reações químicas.
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- o compartimento dissolvido, contendo íons livres, complexados e ligados coloidalmente;
- o compartimento particulado (abiótico), consistindo tanto de partículas orgânicas quanto de inorgânicas;
- o compartimento particulado (biótico), consistindo principalmente de fitoplâncton (e bactérias);
- sedimentos de fundo, que é o maior compartimento da maioria dos sistemas aquáticos.
Ciclagem de metais pesados em ecossistemas aquáticos: (quatro compartimentos)
METAIS PESADOS NOS CORPOS D’ÁGUA
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MM
M
M
MM M
MM
MM
M+
M+
M+
M+
M+
M
M
M
M
M+
M+
M
METAIS PESADOS NOS CORPOS D’ÁGUA
M M M
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- Nos sistemas aquáticos, os metais pesados estão sujeitos a diversas interações;
- Atividade microbiana exerce papel importante no comportamento dos metais pesados;
- O destino dos metais pesados em sistemas aquáticos é principalmente controlado por processos de transporte.
- Quanto menor o curso d’água, maior a influência da contaminação pelo uso dado às terras de entorno.
METAIS PESADOS NOS CORPOS D’ÁGUA
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A relação entre o solo e a água é natural, sendo que um condiciona a qualidade do outro. Num ambiente natural, a qualidade física, química e biológica do solo é dependente do ciclo hidrológico. Ao mesmo tempo, a qualidade da água é regulada pela capacidade do solo em absorvê-la, retê-la e conduzi-la ao lençol freático.
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A maioria das pessoas que trabalham com a produção agropecuária tem visão fragmentada do ambiente, limitando-se a sua propriedade ou a um determinado sistema de produção. O conhecimento dos mecanismos de funcionamento dos sistemas aquáticos e o seu acoplamento aos usos dos solos devem ser feitos tendo-se a visão de, pelo mínimo, da microbacia hidrográfica.