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Ciclos Biogeoquímicos nos Lagos Tropicais
Balanço do Carbono e do Fósforo, e pesquisas aplicadas
visando o controle do aporte de nutrientes em lagos e reservatórios tropicais
Vitor Vieira Vasconcelos Mestre em Geografia – Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais
Belo Horizonte,
Outubro de 2005
Introdução:
O objetivo deste texto é perscrutar o tema do ciclo biogeoquímico do carbono e do fósforo,
especialmente em sua passagem pelos ambientes aquáticos, tendo foco nos reservatórios
lênticos naturais e artificiais. Após um estudo geral sobre o ciclo destes dois elementos,
adentra-se a discussão sobre as pesquisas e técnicas consolidadas para o balanço e
controle do aporte destes nutrientes nos lagos e reservatório tropicais. Justifica-se a
importância deste estudo, em especial para o controle de algas e cianobactérias nos lagos
brasileiros, e também pela manutenção dos respectivos ecossistemas aquáticos.
1
1. Ciclo do Carbono
Figura 1 - Ciclo do Carbono
Fonte: < http://www.escolavesper.com.br/aniver/figuras/ciclo_19.gif>, disponível em 13/09/2005
O ciclo do Carbono inclui os diversos depósitos de carbono existente no planeta Terra, e
sua movimentação através dos processos orgânicos e inorgânicos. Ao longo deste ciclo, o
carbono poderá assumir formas inorgânicas e orgânicas, inclusive como parte da biomassa
dos seres vivos.
O clico do carbono pode ser classificado como um ciclo biogeoquímico gasoso, ou seja, em
que o elemento se encontra mais concentrado na atmosfera, sob a forma física gasosa 1. É
característica desse ciclo a estabilidade de distribuição do elemento, acompanhada de sua
abundância média no meio atmosférico - concentração em torno de 320 ppm 2. O oceano
também é um grande recipiente do carbono contendo 50 vezes mais carbono do que a
atmosfera 3.Tanto na atmosfera quanto nos meios aquáticos, a forma química mais comum
1 [Pringle, 1971, p. 91] 2 [Kormondy, 1984, p. 56] 3 [Kormondy, 1984, p. 56]
2
do carbono é como CO2 - dióxido de carbono 4. A Tabela 1, abaixo, mostra a distribuição
do carbono na biosfera. Pode-se perceber que o carbono em forma inorgânica corresponde
a mais de 99 % do total, corroborando para a constatação da importância do componente
geológico do ciclo deste elemento.
Tabela 1 - Carbono na Biosfera, em 109 toneladas
Reservatório Quantidade
Atmosfera 700
Organismos terrestres 1.150
vivos 450
mortos 700
Combustíveis fósseis 10.000
Águas oceânicas 35.000
Organismos oceânicos 3.010
vivos 10
mortos 3.000
Sedimentos 20.000.000
Total Orgânico 14.160
Total Inorgânico 20.035.700
Total 20.049.860
Fonte: [B. Bolin, Scientifif American, September 1970, in KORMONDY, 1984, p. 56]
O carbono, depois da água, é o componente mais significante nos seres vivos; e
constituindo 49 % do peso seco dos organismos 5. O movimento básico do ciclo do
carbono é passar de sua reserva na atmosfera para os seres vivos produtores, sendo
assimilado pelos consumidores ao longo da cadeia trófica, e retornando para a atmosfera
através dos decompositores.
O dióxido de carbono é absorvido pelas plantas e algas, durante o processo da
fotossíntese - podemos considerar que essa é a entrada do elemento carbono nas cadeias
tróficas de herbivoria. Durante a fotossíntese, o carbono será combinado a átomos de
4 [Pringle, 1971, p. 92] 5 [Kormondy, 1984, p. 55]
3
hidrogênio, formando carboidratos 6. Mais adiante, estes carbonos farão parte da formação
de gorduras, proteínas e também de carboidratos mais complexos. Podemos dizer que o
ciclo do carbono dentro dos ecossistemas irá coincidir em grande parte com o ciclo da
energia, já que as gorduras e carboidratos são dos principais armazenadores de energia
dos seres vivos 7.
O carbono irá se movimentar ao longo da cadeia alimentar, principalmente, através do
processo trófico de consumo de biomassa. O predador assimila parte do carbono do nível
tráfico anterior, através da ingestão de matéria orgânica de sua presa. No processo de
digestão da biomassa, as moléculas orgânicas mais complexas são decompostas, e o
carbono pode ser recombinado em novas moléculas 8.
O carbono, ingerido pelos seres vivos predadores, e que não for assimilado, será
rapidamente eliminado com os excrementos. Neste caso, ele ainda pode ser incorporado à
cadeia trófica de detritos, por meio de bactérias e fungos decompositores. Por fim, o
processo de decomposição libera a maior parte do carbono para a atmosfera 9. Outra
forma de eliminação de carbono pelos seres vivos é através da respiração, a qual elimina
certa quantidade de dióxido de carbono 10. A combustão de matéria orgânica também
contribui para o retorno do gás carbônico para a atmosfera, tanto na queima para
atividades humanas (geração de energia e calor), quanto nos processos naturais de
queima de vegetação, típicos das savanas e campos cerrados.
A concentração de carbono na atmosfera pode mudar, por conseqüência das atividades no
meio ambiente, embora tenda a manter uma certa estabilidade. Durante o verão, os
ecossistemas retornam mais carbono à atmosfera, através da respiração e decomposição,
fenômeno que perde intensidade no inverno, em especial nas regiões de altas latitudes 11.
6 [Pringle, 1971, p. 92] 7 [Pringle, 1971, p. 93] 8 [Pringle, 1971, p. 93] 9 [Kormondy, 1984, p. 56] 10 [Pringle, 1971, p. 96] 11 [Kormondy, 1984, p. 56]
4
1.1 O CICLO DO CARBONO NOS ECOSSISTEMAS LÊNTICOS
O Carbono, nos ecossistemas aquáticos, terá um ciclo análogo ao terrestre. As plantas
aquáticas e demais organismos fotossintetizantes incorporam o gás carbônico da água e o
fixam na forma orgânica. Esta forma de incorporação de matéria orgânica é definida como
autóctone. Outra forma de incorporação de carbono orgânico nos ecossistemas aquáticos
é pelo aporte externo, através da matéria orgânica que chega as suas margens, incluindo
as enxurradas e também as descargas de esgotos. Assim, de uma maneira geral, um lago
ou reservatório terá carbono orgânico advindo do processo fotossintético, de seus rios
tributários, e de fontes de matéria orgânica em suas margens. De sua fonte, o carbono
passará ao longo da cadeia trófica, sendo eliminado na forma de excrementos, respiração
e matéria orgânica morta. Parte desse carbono eliminado será incorporada pela cadeia de
detritos, e no fim o carbono decomposto é eliminado em sua forma gasosa, ou se
sedimenta no fundo do corpo d’água.
Em sua forma gasosa do carbono, o CO2 pode intercambiar de forma reversível entre a
atmosfera e os ambientes aquáticos. O CO2, na água e nos solos úmidos, se combina com
os íons de hidrogênio, formando ácido carbônico (H2CO3); contudo, esse ácido pode se
dissociar de maneira reversível em íons de H+ e HCO3-, sendo que este último íon também
se dissocia m CO32- 12. Por ser uma reação reversível, o carbono pode ser transportado
para qualquer um dos ambientes (aquático ou atmosférico) por difusão, dependendo das
concentrações relativas em cada um dos meios. Outros fatores vão influenciar esse
interfluxo do carbono entre os dois ambientes, como por exemplo, o pH da água: pH
menores (águas ácidas) apresentam mais ácido carbônico na forma iônica, propiciando a
troca entre água e atmosfera 13. Além disso, o equilíbrio entre a concentração de carbono
dos dois ambientes não é atingido de maneira instantânea, podendo demorar dias ou
mesmo semanas para que o sistema atinja o equilíbrio 14.
Caso ocorra um bloom de algas em um lago, devido ao aporte de nutrientes como fósforo e
nitrogênio, a quantidade de sólidos orgânicos em suspensão tende a aumentar 15. Essa
disponibilidade adicional de carbono se incorporará à cadeia trófica de detritos, que
retornará parte do carbono para os processos orgânicos, se bem que também
12 [Kormondy, 1984, p. 57] 13 [Kormondy, 1984, p. 58] 14 [Kormondy, 1984, p. 58] 15 [Pinto-Coelho et al, 2005, p. 147]
5
transformando parte desse carbono em sua forma gasosa, a qual por fim pode ser
retornada à atmosfera, através do intercambio explicado no parágrafo acima.
Também ocorre que algumas plantas aquáticas de ambientes alcalinos produzem
carbonato de cálcio como um subproduto da fotossíntese. Por exemplo, 100kg de Elodea
Canadensis podem precipitar 2 kilos de CaCO3 em 10 horas de exposição à luz do sol, em
condições naturais 16. Essa precipitação vai se misturar ao solo e, pela compactação, se
transformar em pedra calcária. Desta maneira o carbono retorna para suas reservas
inorgânicas na biosfera terrestre.
2. Ciclo do fósforo
Figura 2 - Ciclo do Fósforo
Fonte: <http://www.photographia.com.br/gerais.htm>, disponível em 16/09/2005
O ciclo do Fósforo, de maneira análoga ao ciclo do carbono, inclui os diversos depósitos do
respectivo elemento no planeta terra, além de sua movimentação através dos eventos
orgânicos e inorgânicos. Ao longo deste ciclo, o fósforo também poderá assumir formas
inorgânicas e orgânicas, inclusive como parte da biomassa dos seres vivos.
16 [Kormondy, 1984, p. 57]
6
Porém, ao antagonicamente ao ciclo do carbono, o ciclo do fósforo na categoria dos ciclos
sedimentares, nos quais os depósitos de nutrientes estão espalhados pela crosta da terra
(litosfera), e não ciclam na atmosfera em formas gasosas 17. Nesses ciclos, a distribuição e
a oferta disponível do elemento podem variar drasticamente, e inclusive se estagnar, pois
há a tendência de que uma quantidade constante destes elementos seja varrida para o
fundo dos oceanos, conseqüentemente se tornando inacessível para a maioria dos seres
vivos 18.
O fósforo é liberado no ambiente a partir do intemperismo das rochas fosfatadas, pela ação
das chuvas, ventos, sol, neve e da ação das raízes das plantas 19. Neste momento, o
fósforo se apresenta como um sal em solução, dissolvido nos rios, lagos e lençóis
freáticos, e pode ser absorvido pelas raízes das plantas.
Nos ecossistemas, o fósforo possui um papel essencial, e muitas vezes a sua escassez se
transforma em um fator limitante para o desenvolvimento dos seres vivos do local. Por
exemplo, nenhum tipo de proteína é possível de ser formada sem conter fósforo em sua
composição 20. Comumente o fósforo é um fator limitante dentro de um ecossistema, o que
pode ser corroborado pela constatação de que a concentração de fósforo nos seres vivos
tende a ser consideravelmente maior do que no ambiente circundante 21.
As plantas requerem fósforo inorgânico para sua nutrição, tipicamente íons de
orthofosfato22. A falta de fósforo causa uma baixa produtividade nas plantas 23, aplicando
ao ecossistema uma restrição do tipo “bottom-up”, pois os consumidores dos demais níveis
tróficos vão ter que se restringir ao montante de biomassa produzido pelos produtores
primários afetados.
Ao longo da cadeia trófica, parte do fósforo é utilizada para a formação de ossos e dentes,
e outra quantidade é excretada. Estas são as principais fontes de eliminação do fósforo ao
longo da cadeia trófica 24.
17 [Pringle, 1971, p. 91] 18 [Kormondy, 1984, p. 49] 19 [Pringle, 1971, p. 102] 20 [Pringle, 1971, p. 102] 21 [Kormondy, 1984, p. 69] 22 [Kormondy, 1984, p. 69] 23 [Pringle, 1971, p. 102] 24 [Kormondy, 1984, p. 70]
7
Uma parte do fósforo que se desprende das rochas, adicionado ao fósforo que vem dos
seres vivos, é encaminhado para o fundo de lagos e mares, formando rochas sedimentares
que demoram milhões de anos para se formar 25. Com as movimentações tectônicas e
mudanças hidrológicas, alguns desses depósitos retornam ao ambiente terrestre, podendo
ser utilizados como novas fontes para suprir o ciclo do fósforo, conforme esta reserva for
atacada novamente pelo intemperismo 26. Ademais, a maior parte do fósforo utilizado em
fertilizantes, no mundo, é extraído de pedreiras de rochas fosfatadas 27.
2.2 O CICLO DO FÓSFORO NOS ECOSSISTEMAS LÊNTICOS
O ciclo do fósforo, em qualquer ambiente aquático, pode ser esquematizado da seguinte
maneira 28:
O fósforo inorgânico, normalmente como orthofosfato, facilmente se dissolve na água. Já o
fósforo orgânico particulado ocorre na forma de protoplasma vivo ou morto, sendo insolúvel
e ficando em suspensão. Por último, o fósforo orgânico dissolvido é aquele derivado dos
processos de excreção e de decomposição. Assim, a quantidade disponível de fósforo em
um ecossistema corresponde a estes três momentos acima descritos, somados ao fósforo
encontrado nos substratos de sedimentos e rochas. 29
As plantas macrófitas aquáticas enraizadas absorvem fósforo da camada de sedimento
dos lagos, e em muitos casos, também diretamente pela superfície foliar. Em seqüência à
absorção, as dinâmicas de crescimento e senescência dessas macrófitas determinam as
25 [Pringle, 1971, p. 103] 26 [Pringle, 1971, p. 103] 27 [Pringle, 1971, p. 104] 28 [Kormondy, 1984, p. 70] 29 [Kormondy, 1984, p. 70]
Fósforo Inorgânico
Fósforo Orgânico
Particulado
Fósforo Orgânico
Dissolvido
8
taxas de retorno de nutrientes ao meio aquático, pela decomposição de sua matéria
orgânica. 30
Após ter entrado na cadeia trófica de nutrientes, o fósforo pode ser reaproveitado a partir
da cadeia de decomposição. Constata-se que a maior parte do processo de reapropriação
de fosfato dentro dos ecossistemas, assim como de muitos outros nutrientes, é feito por
protozoários aquáticos 31.
A absorção física do fósforo por sedimentos e pelo solo tem papel importante no controle
da concentração de fósforo dissolvido nos ecossistemas aquáticos, e também no
terrestre32. Outra forma de redução da quantidade de fósforo em ambientes aquáticos é
pela sedimentação, através da combinação do fósforo com cátions de alumínio, cálcio,
ferro e magnésio, formando compostos insolúveis que acabam por se precipitar 33. O
processo de denitrificação das águas também estimula o aumento da precipitação do
fósforo 34. Enfim, devido as duas primeiras formas de absorção de fósforo, estima-se que
apenas 0,5% das descargas de fósforo nos rios e lagos cheguem a ser incorporadas por
peixes e por aves pescadores 35.
Para se estudar a taxa de utilização (turnover) do fósforo em um ecossistema aquático
lêntico, pode-se marcar diferentes amostras de água com fósforo radioativo (32P), na forma
de orthofosfato inorgânico, e medir progressivamente o processo de incorporação desse
fósforo 36. Por exemplo, se foram introduzidas 100 unidades de fósforo radioativo, e depois
de um minuto, só restaram 90, então a taxa de utilização do fósforo inorgânico é de
10%/minuto. O período decorrido na utilização completa do fósforo será denominado como
turnover time. O período de turnover, em lagos saudáveis de água doce, costuma ser de
apenas alguns minutos 37; o que é muito mais rápido que o período de turnover em
ecossistemas marinhos (algumas horas) e ecossistemas terrestres (podendo chegar a
mais de 200 anos) 38.
30 [Greco, 2002, p. 3] 31 [Kormondy, 1984, p. 69] 32 [Kormondy, 1984, p. 69] 33 [Kormondy, 1984, p. 70] 34 [Kormondy, 1984, p. 70] 35 [Kormondy, 1984, p. 70] 36 [Kormondy, 1984, p. 72] 37 [Kormondy, 1984, p. 72] 38 [Kormondy, 1984, p. 73]
9
No decorrer do ciclo do fósforo de um lago, espera-se que uma quantidade pequena,
porém constante, continue sempre aportando na forma de fósforo inorgânico, seja pelos
seus afluentes, seja pelo ciclo interno do fósforo, descrito no início desta seção. Todavia,
pode ocorrer uma sobrecarga de fósforo em um lago, devido ao aporte exagerado causado
pelo uso demasiado de fertilizantes e detergentes fosfatados dentro da bacia hidrográfica
do corpo hídrico em questão. As fontes antrópicas desse aporte de fósforo podem ser de
origem difusa (como nas atividades de agricultura) ou pontual (efluentes urbanos ou
industriais) 39. Esse aporte é mais intenso nos períodos e momentos de chuva, pois esta
carrega do solo os resíduos dos fertilizantes utilizados na prática agropecuária 40. Quando
há um grande período de estiagem, o fósforo pode ficar se acumulando durante meses, até
que se uma forte chuva carrega todo esse excesso para os rios e lagos, de maneira
abrupta.
Como o fósforo é um elemento limitante do crescimento dos produtores primários, o
aumento da concentração de fósforo pode levar a uma explosão na taxa de crescimento
primário, como, por exemplo, um bloom de algas dentro do lago; em seguida, com a morte
dessa massa de algas, ocorre um superpovoamento de organismo decompositores, que
vão consumir a maior parte do oxigênio disponível na água. A queda de oxigênio pode
inclusive matar os peixes e outros seres vivos do ambiente aquático, causando um grave
impacto ambiental em cadeia dentro do ecossistema lêntico; esse fenômeno é comumente
chamado de eutrofização, e será abordada na seção subseqüente. Mesmo com a rápida
capacidade de estabilização do fósforo dentro dos ecossistemas lênticos, via
sedimentação, a chegada contínua de fósforo no lago pode comprometer o retorno do
equilíbrio ao sistema aquático.
39 [Greco, 2002, p. 13] 40 [Pinto-Coelho et al, 2005, p. 128; e Greco, 2002, p. 123]
10
3. Balanço e Manejo do aporte de Fósforo e Carbono nos Lagos
Tropicais
3. 1 - EUTROFIZAÇÃO
O fenômeno de acúmulo progressivo de nutrientes nos lagos é chamado de eutrofização41.
Estes nutrientes são trazidos pelas chuvas e águas superficiais, que varrem a superfície
terrestre, e ao longo deste processo, o lago passa da condição inicial de oligotrófico (lago
pobres em nutrientes, e conseqüentemente, em algas) para uma condição de lago
eutrófico (alta concentração de nutrientes e grande densidade de algas) 42. Contudo, a
interferência das atividades humanas pode reproduzir esse processo natural em um
reservatório, ou acelerá-lo consideravelmente nos lagos naturais. Por ser um fenômeno
progressivo, seus efeitos podem demorar até anos para se manifestarem de forma
perceptiva 43.
O processo de eutrofização artificial pode ser induzido em um reservatório com fins de
potencializar a reprodução de peixes ou outro ser vivo aquático. Nestes casos, o aporte de
nutrientes é feito de maneira controlada, evitando o esgotamento do oxigênio dissolvido na
água. Contudo, durante as últimas décadas, a eutrofização artificial tem chamada bem
mais atenção como fenômeno de desequilíbrio ambiental nos lagos e reservatórios,
ocasionando prejuízos tanto para os ecossistemas quanto para atividades humanas.
Dentre os efeitos da eutrofização, estão 44: [1] o aumento da biomassa e da produção
primária do fitoplâncton, [2] o esgotamento do oxigênio na água (como já abordado na
seção 2.2), [3] diminuição da concentração de íons, [4] aumento das concentrações de
fósforo nos sedimentos, [4] aumento da freqüência de explosões de florescimento de algas
cianofíceas, além de [5] alterações significativas no pH em curtos períodos de tempo, [6]
aumento da concentração de gases (como metano e gás sulfídrico, produzidos pelas
bactérias decompositoras anaeróbicas que proliferam em águas com baixa oxigenação), e
[7] alterações na diversidade e na densidade de diversos organismos.
41 [Esteves, 1986, p. 59] 42 [Esteves, 1986, p. 57 e 59] 43 [Esteves, 1986, p. 59] 44 [Esteves, 1986, p. 60; e Tundisi, 1986, p. 53]
11
Como efeito da eutrofização por sobre o ciclo do fósforo, a falta de oxigênio favorece a
liberação de íons de ortofosfato, que antes estavam na forma de sedimentos no fundo do
lago 45. O orthofosfato sobe até a zona eufótica do lago, podendo ser assimilado pelo
fitoplâncton, o que vai aumentar ainda mais o incremento da produção primária já
ocasionada pela eutrofização 46. De modo oposto, na ausência de déficit de oxigênio do
fundo do lago, o fósforo tente a se manter complexificado em sedimentos com Ferro e
outros metais 47. Outros fatores que também influenciam a disponibilidade do fósforo aos
organismos produtores são o pH, o tempo de residência da água, a temperatura, as
condições de oxi-redução, e a concentração de certos íons como o ferro 48.
Como prejuízos para as atividades humanas, podemos elencar a contaminação da água
por substâncias tóxicas provenientes de algas, as quais sofrem uma explosão populacional
devido ao aumento de nutrientes disponíveis. Também há perdas estéticas em lagos
urbanos, pela proliferação de plantas macrófitas (como os aguapés) 49 e por emissão de
odores fétidos. A proliferação de algas ocasiona um aumento da quantidade de
substâncias tóxicas e malcheirosas que pode tornar a água dos reservatórios imprópria
para fins de abastecimento urbano 50. A atividade pesqueira é prejudicada, pois os peixes,
que primeiramente se reproduziam mais com aumento dos nutrientes, passam então a
morrer por falta de oxigênio, e também com o envenenamento por asfixia devido aos gases
metano e sulfídrico 51. Não se pode esquecer também da proliferação de doenças como
esquitossomose e malária, que se beneficiam do novo ambiente e podem afetar as
populações ribeirinhas (rurais ou urbanas) 52.
Pode-se reconhecer os estágios avançados de eutrofização artificial de ambientes
lacustres, pois é comum que nestes casos se observem as seguintes características 53: [1]
pouca profundidade, [2] coluna d’água com déficits de oxigênio, [3] baixa transparência da
zona eufótica, [4] organismos mortos flutuando na superfície, [5] “colchões” de algas à
deriva. Sabe-se que os reservatórios artificialmente construídos apresentam taxas muito
mais elevadas de eutrofização que os lagos naturais 54.
45 [Esteves, 1986, p. 60] 46 [Esteves, 1986, p. 60] 47 [Greco, 2002, p. 146] 48 [Greco, 2002, p. 146] 49 [Esteves, 1986, p. 59] 50 [Esteves, 1986, p. 60] 51 [Esteves, 1986, p. 60] 52 [Tundisi, 1986, p. 53] 53 [Esteves, 1986, p. 60; e Tundisi, 1986, p. 53] 54 [Stiling, 1996, in Greco, 2002]
12
3.2 - ESTUDOS PRELIMINARES AO MANEJO DOS NUTRIENTES
Estudos básicos para a caracterização do aporte de fósforo e carbono em um lago ou
reservatório incluem a caracterização limnológica e o monitoramento da qualidade da água
no respectivo corpo hídrico 55, tanto das águas superficiais quanto das águas profundas 56;
se possível, o monitoramento deverá ser feito em tempo real 57. Também é importante a
avaliação de fontes pontuais e não pontuais de descarga destes nutrientes 58. Entre as
variáveis a serem observadas no reservatório e nos afluentes, é de bom modo incluir
parâmetro físico-químicos, como temperatura, transparência, condutividade elétrica,
oxigênio dissolvido, pH, turbidez, radiação fotossintética, sólidos em suspensão
(inorgânicos, orgânicos e totais), fósforo total, fósforo solúvel, íon amônio, íon nitrito e íon
nitrato, além de parâmetros biológicos como clorofila-a, composição e abundância de fito-
plâncton 59. A partir dessas informações, viabiliza-se a construção de um banco de dados
para armazenar as informações; esse banco de dados pode ganhar maior poder de gestão
caso seja implementado em uma plataforma SIG 60, a qual pode então articular
informações cartográficas e paramétricas de maneira integrada.
Para coleta do fósforo no reservatório, recomenda-se colhê-lo em filtros de fibra de vidro, e
em seguida o filtrado deve ser transferido para frascos de polipropileno seco, previamente
lavado com água deionizada 61. A determinação da quantidade de fósforo então é feita pelo
método colorimétrico tradicional 62. Determinada a quantidade de fósforo total e fósforo
solúvel, pode-se estimar a quantidade de fósforo particulado através da diferença entre os
dois primeiros 63.
No caso dos afluentes, a carga de um nutriente que aporta no reservatório deve ser
calculada através da concentração obtida na amostra recolhida, multiplicada pela vazão do
tributário 64. Determina-se o balanço de um determinado nutriente medindo a quantidade
que chega ao reservatório pelos efluentes, em determinado período de tempo, subtraído da
quantidade deste nutriente que é exportada do reservatório a partir de seu ponto de
55 [Tundisi, 2005, p. 12] 56 [Pinto-Coelho et al, 2005, p. 134] 57 [Tundisi, 2005, p. 7] 58 [Tundisi, 2005, p. 8] 59 [Pinto-Coelho et al, 2005, p.127, 132 e 133] 60 [Tundisi, 2005, p. 13] 61 [Pinto-Coelho et al, 2005, p. 134] 62 [Murphy & Riley, 1962, in Pinto-Coelho et al, 2005, p. 134] 63 [Greco, 2002, P. 24] 64 [Sendacz et al, 2005, p. 422]
13
descarga 65. A partir disso, conclui-se se o reservatório é exportador ou retentor dos
nutrientes auferidos, e em que proporção.
Para se estudar sobre a origem histórica dos aportes de fósforo, carbono e outros
nutrientes e sedimentos, é possível se estudar perfis verticais de sedimentos depositados
no fundo do lago, os quais contaram a história das condições em que o ambiente aquático
está submetido no presente e também a que foi submetido no passado 66. Dentre os
componentes analisados no perfil, também se deve atentar para a concentração de
feopigmentos (produtos da degradação de clorofilas), pois é um forte indicador do grau de
eutrofização artificial 67.
Outro fator fundamental para se compreender o balanço de nutrientes em um lago é o
estudo da circulação da coluna d’água. Ocorre que os nutrientes tendem a se precipitar e
acumular-se nos fundos dos lagos. Com o fluxo de circulação da água do lago, parte
desses nutrientes retorna para a zona eufótica do lago (região em que a água ainda possui
luminosidade vinda da luz do Sol), podendo ser utilizada pelas algas, e assim ser
reincorporada nas cadeias tróficas 68. Nos lagos e reservatórios brasileiros de pequena
profundidade, a circulação total da água do reservatório ocorre a cada 24 horas, pela ação
dos ventos e durante o período da noite, já que durante o dia o lago se encontra com as
camadas estratificadas: devido às diferenças diurnas de temperatura entre o fundo e a
superfície, o vento não é capaz de vencer esta estratificação 69. Já nos lagos profundos
brasileiros, a ação do vento não é suficiente para vencer a estratificação e circular a água,
ao menos nas estações mais quentes (primavera, verão e outono) 70, portanto, só costuma
haver uma circulação dos nutrientes sedimentados durante o período do inverno. O
fenômeno de desestratificação de lagos e reservatórios profundos também costuma
coincidir a chegada de frentes frias 71.
Realizados os estudos de caracterização, é pertinente trabalhar com modelos integrados
de hidrodinâmica, eutrofização e transporte de sedimentos do reservatório 72. Estes
modelos permitem compreender melhor a dinâmica ambiental dos lagos, e viabilizam a
65 [Greco, 2002, p. 25] 66 [Esteves, 1986, p. 60] 67 [Esteves, 1986, p. 60] 68 [Esteves, 1986, p. 58] 69 [Esteves, 1986, p. 58] 70 [Esteves, 1986, p. 58] 71 [Tundisi, 2005, p. 9] 72 [Tundisi, 2005, p. 13]
14
simulação de cenários futuros para a evolução do quadro do ecossistema aquático,
incluindo, é claro, os ciclos dos nutrientes como fósforo e carbono. Esses modelos e
cenários, aliados aos dados paramétricos que identificam quais são os afluentes que
acarretam maior aporte de nutrientes no reservatório, servirão como base para a escolha
dos métodos mais adequados de manejo do balanço destes nutrientes.
3.3 - GESTÃO REGIONAL DE RESERVATÓRIOS E LAGOS
A maneira mais racional para o controle do aporte de carbono e fósforo em um lago ou
represa é o manejo integrado da bacia hidrográfica que desemboca no respectivo corpo
hídrico. A partir de um estudo da diversidade das ações humanas neste território, pode-se
planejar um processo de gestão das atividades produtivas, de maneira a diminuir os
prejuízos ambientais. Devido à interação com atividades humanas urbanas, agropecuárias
e industriais, este manejo alça a uma esfera político-social, em que a gestão deve ser
corroborada por órgãos públicos, população civil e forças produtivas.
Essa gestão dos reservatórios deve ser integrada ao Sistema Nacional de Recursos
Hídricos - SNRH, através de contato com os comitês de bacia hidrográfica locais (ou
instituição competente). Dentro do SNRH, regulamentado pela lei federal 9.433 - 1997,
estabelecem-se os órgãos competentes para a gestão de recursos hídricos, e os
instrumentos através dos quais essa gestão será aplicada. Dentre estes instrumentos está
[1] a outorga pelo uso da água (que autoriza ou não a utilização de certa quantidade de
água para cada uso pontual), [2] a cobrança pelo uso da água (cobrando mais tanto de
quem utiliza mais água, quanto de quem a polui), [3] o Sistema Nacional de Informações
de Recursos Hídricos, (com informação sobre os corpos d’águas e sobre as tecnologias de
gestão), dentre outros instrumentos. Os municípios em que passa a rede de drenagem do
reservatório também têm um importante papel em gerir a ocupação e as atividades
humanas na região, tendo como instrumento principal os planos diretores municipais,
(instituídos pela lei federal 2.257 - 2001) que regulamentam as diretrizes e restrições para
a ocupação do território municipal.
Para essa gestão regional, é preciso antes estudar a bacia hidrográfica que desemboca no
reservatório, identificando quais são os processos naturais e as atividades humanas que
15
influenciam o aporte de nutrientes no corpo hídrico 73. Sistemas Informação Geográfica
(SIG) são uma ferramenta importante para organização e análise das informações obtidas
durante este estudo, por permitirem uma visualização espacial dos dados coletados e por
possuírem ferramentas especiais de análise de grandes quantidades de informação. Em
vias disso, cada ponto de medição de variáveis químicas e biológicas auferidas deve ser
demarcada com um sistema de posicionamento global de satélites (GPS) 74.
Nessa gestão regional, pode ser eficaz lançar mão de campanhas de educação ambiental,
tendo como objetivo ganhar apoio populacional sobre as questões ambientais, informar
sobre os efeitos das atividades humanas sobre o ecossistema, e induzir a hábitos
ambientalmente sustentáveis. Entre as campanhas ambientais, se incluem auditorias
públicas abertas à população, para a discussão de assuntos tocantes à gestão dos lagos e
reservatórios, e também a realização de seminários com as prefeituras e entidades
relevantes para o contexto do reservatório ou lago 75.
Os principais contribuintes para o aporte de fósforo e de biomassa nos lagos e
reservatórios são as descargas pontuais de esgoto provenientes de núcleos urbanos,
efluentes advindos de fábricas e a atividade agropecuária (especialmente pela lixiviação
dos fertilizantes aplicados no solo e nas plantas). A agricultura apresenta-se como a
principal fonte difusa do nitrogênio alóctone presente no corpo d`água, advindo
principalmente da lixiviação dos fertilizantes aplicados sobre a lavoura 76. Calcula-se que a
perda de fertilizantes na lixiviação nas atividades agrícolas seja da ordem de 20% 77. Em
amplo espectro, se observarmos do ponto de vista econômico, também se pode dizer que
a atividade da pecuária aumenta a eutrofização dos corpos hídricos, visto que, para
produzir a ração demandada pelos animais, são utilizados cereais como matéria prima
principal; estes, por sua vez, necessitam da utilização de adubos para serem cultivados em
produção intensiva comercialmente viável. Isso sem contar no fertilizante utilizado
diretamente no pasto do gado, no caso das criações pecuárias semi-intensivas de alta
produtividade. No caso das fontes difusas, a preservação da mata ciliar ao redor dos
corpos d’água contribui para o a diminuição da entrada de material externo nos mesmos,
através da filtragem superficial e sub-superficial de nutrientes lixiviados do solo 78.
73 [Pinto-Coelho et al, 2005, p. 127] 74 [Pinto-Coelho et al, 2005, 127] 75 [Tundisi, 2005, p. 15] 76 [Kishi, 2001] 77 [Paralta et al., 2002] 78
[Lima & Zakia, 2000; Lima, 1989]
16
3.4 - GESTÃO LOCAL DE RESERVATÓRIOS E LAGOS
Também há ações específicas que podem ser postas em prática no reservatório e em seu
ambiente imediatamente próximo. A maioria destes métodos tem como objetivo reduzir a
entrada de nutrientes, ou então procurar eliminá-los, e até condicioná-los em formas mais
estáveis que não permitam a sua circulação imediata no ciclo biogeoquímico dos
respectivos elementos. Os seguintes processos podem ser utilizados para o manejo dos
nutrientes do reservatório 79: a) renovação do hipolímnio, b) renovação do sedimento de
fundo, c) diminuição do tempo de residência da água, d) isolamento químico do sedimento.
Dentre as técnicas utilizadas, incluem-se 80: [1] a retirada da vegetação original antes da
construção de um reservatório ou lago artificial, [2] construção de sistemas de transferência
de água entre reservatórios e/ou efluentes, [3] o manejo de plantas aquáticas flutuantes, [4]
o tratamento dos efluentes, [5] controle biológico da eutrofização, [6] manipulação da altura
da saída de água dos reservatórios, [7] retirada da águas profundas para irrigação e [8]
implementação de sistemas de aeração do hipolímnio e do epilímnio.
A construção de canais para desviar a aporte de efluentes carregados de agentes
eutrofizantes é um procedimento interessante, quando for possível transpor a água de um
efluente para um outro canal com maior circulação e menor tempo de residência da água;
afinal é um procedimento de relativamente baixo custo e manutenção 81. De maneira
análoga, também é possível transpor água de algum curso d'água próximo para um
reservatório, para compensar a perda de águas, e diminuir a concentração proporcional
dos nutrientes. Esse foi o caso da transferência de água do braço Taquacetuba para a
represa Guarapiranga, na região metropolitana de São Paulo 82.
O uso de aguapés para absorver o excesso de nutrientes se tornou uma prática tradicional,
porém tem ocasionado muitos efeitos trágicos; principalmente porque, depois que
absorverem os nutrientes, os aguapés completam seu ciclo de vida e se transformam em
matéria orgânica morta, a qual será utilizada novamente no ciclo da eutrofização. Um
manejo correto dos aguapés deve incluir um meio de retirá-los do lago assim que terminam
sua fase de crescimento e reprodução. Questiona-se também que a quantidade de
nutrientes que os aguapés conseguem retirar de um lago é muito inferior à quantidade de
79 [Tundisi, 1986, p. 53] 80 [Esteves, 1986, P. 61; e Tundisi, 1986, p. 53; Tundisi, 2005, p. 8 e 9] 81 [Esteves, 1986, p. 61] 82 [Tundisi, 2005, p. 8]
17
nutrientes aporta no ecossistema aquático, mesmo em lagos de pequeno porte 83. A
proliferação descontrolada de macrófitas aquáticas causa prejuízos econômicos como a
diminuição de água potável, de áreas de lazer, o impedimento da navegação e problemas
na alimentação das turbinas de usinas hidroelétricas 84.
Fonte: <http://www.ufscar.br/~probio/i_eichhornia.jpg>, disponível em 16/09/2005
As estações de tratamento de efluentes (ETE`s) são o método mais adequado e eficiente
para o controle do aporte de nutrientes vindos de um rio que sofre despejos de esgoto
urbano e industrial (fontes pontuais de poluição) 85. Esse tratamento consiste na fase
primária (mecânica, como a filtração e sedimentação), secundário (biológico, como a
decomposição aeróbia ou anaeróbia) e terciário (químico, como o uso de indutores de
sedimentação). Para controlar a quantidade de fósforo em um lago, pode-se utilizar o
componente químico Estruvita, ou sulfatos de Ferro e Cálcio 86, que se combinam com o
fósforo e acarretam na sua precipitação. A estruvita pode ser incorporada nos sistemas de
tratamento de esgoto urbano, como um tratamento terciário. O sedimento da estruvita com
o fósforo pode ser utilizado potencialmente como adubo. Vis a vis, o tratamento por via da
estruvita não é financeiramente viável no controle do aporte de fósforo das atividades agro-
pecuárias, pelo fato das descargas serem difusas ao longo de uma grande área.
83 [Esteves, 1986, p. 61] 84 [Greco, 2002, p. 61] 85 [Esteves, 1986, p. 61] 86 [Bebby & Brennan, 1997, p. 161]
18
Estação de Tratamento de Esgoto em Suzano - Região Metropolitana de São Paulo/SP
Fonte: <http://www.sabesp.com.br/imagens/jpg/ete_suzano.jpg>, disponível em 16/09/2005
O controle biológico da eutrofização, também chamado de biomanipulação de
reservatórios, é um processo novo, ainda em fase de desenvolvimento, que consiste na
introdução de predadores seletivos, visando predar organismos específicos da cadeia
trófica e assim interferir no ciclo eutrófico 87. Por exemplo, ao se introduzir predadores
como o zooplâncton herbívoro, consegue-se aumentar a predação por sobre o fitoplâncton,
forçando a sua renovação. Outros exemplos de biomanipulação é a introdução de peixes
herbívoros e/ou limpadores de fundo de lagos, como o Abrama bramis, e também do
molusco de água doce Dreissena, que se alimenta de cyanobactérias 88. Da mesma
maneira, pode ser viável a introdução de peixes que se alimentam de macrófitas aquáticas,
para o controle delas nos lagos e reservatórios 89. Tanto introdução do zooplâncton, peixes
herbívoros e do Dreissena procuram exercer uma limitação de cima-para-baixo (up-down)
por sob o nível trófico dos produtores primários, ao mesmo tempo que podem constituir
mais alimento para os predadores dos níveis tróficos mais altos.
As descargas de água de diferentes níveis de profundidade do reservatório podem a
princípio parecer uma alternativa para a diminuição da quantidade de nutrientes na água
(caso se retire água de uma camada estratificadas que apresentam maior densidade
destes nutrientes). Contudo, o mero efeito de uma grande onda de água “podre” descendo
pelo curso d'água a jusante do reservatório pode constituir um desastre ambiental.
Portanto, as descargas de fundo devem adotar um procedimento e medidas de controle
adequados, que tenham em vista a manutenção da qualidade da água para seus usos a
jusante do reservatório.
87 [Tundisi, 1986, p. 53] 88 [Beeby & Brennan, 1997, P. 161] 89 [Greco, 2002, p. 149]
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Recentemente, têm-se começado a utilizar a água de profundidade de reservatórios e
lagos eutróficos para a irrigação em regiões próximas 90. Essa água de profundidade é rica
em nutrientes, como o carbono, fósforo e nitrogênio, e forma um excelente adubo
complementar, além de ajudar a extrair o excesso destes nutrientes do ciclo aquático. Para
a retirada deste efluente de profundidade, pode-se usar os “sugadores de lama”
(mudsuckers), que são bombas sugadoras flutuantes, especializadas em retirar o material
profundo de corpos d’água 91.
4. Conclusões
O carbono e o fósforo são nutrientes essenciais para a manutenção dos processos vitais
nos ecossistemas. Contudo, as atividades humanas têm causado um acúmulo destes
nutrientes em lagos e reservatórios, em uma medida que pode comprometer a viabilidade
de adaptação dos seres vivos pertencentes ao ecossistema local. A delimitação do balanço
do fósforo e do carbono, e de seus impactos no ecossistema lêntico, depende de uma série
de estudos prévios, dentre os quais alguns foram abordados neste trabalho. Para contornar
essa situação de desequilíbrio, a melhor estratégia é conjugar uma prática contínua de
gestão local do reservatório, aliada a um movimento de gestão regional da bacia
hidrográfica em que está inserido o lago ou reservatório em questão.
Bibliografia:
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1997. 301 p. Esteves, Francisco de A.; Barbosa, Francisco Antônio Rodrigues - Eutrofização Artificial : a
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Kishi, R. T. - Estudo das Relações entre a Qualidade das Águas Superficiais e o Uso do
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Kormondy, Edward J. - Concepts of Ecology - 3º ed., Printice-Hal, New Jersey, 1984. 297
p.
90 [Tundisi, 1986, p. 53] 91 [Beeby & Brennan, 1997, p. 161]
20
Paralta, E. A.; Francés, A. P.; Sarmento, Paulo A. - Caracterização Hidrogeológica e Avaliação de Vulnerabilidade à Poluição Agrícola do Aquífero Mio-Pliocénico da Região de Canhestros (Alentejo) - 6º Congresso da Água, APRH - Associação Portuguesa de Recursos Hídricos, Porto, Portugal, 2002.
Pinto-Coelho, Ricardo Motta; Azevedo, Luzia Mariana de Almenida; Rizzi, Patrícia
Elizabeth da Veiga; Bezerra-Neto, José Fernandez; Rolla, Maria Edith - Origens e Efeitos do Aporte Externo de Nutrientes em um Reservatório Tropica de Grande Porte: Reservatório de São Simão - In: Ecologia de Reservatórios: impactos potenciais, ações de manejo e sistemas em cascata, 127-164, julho. 2005
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Tundisi, José Galízia - Ambiente, Represas e Barragens - Rev. Ciência Hoje, vol. 5, 27,
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