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UNIVERSIDADE NOVA DE LISBOA

Faculdade de Ciências e Tecnologia

Grupo de Disciplinas de Ecologia da Hidrosfera

Utilização de águas residuais tratadas na

irrigação de Kenaf (Hibiscus cannabinus L.) -

efeito do ião amónio

Por

Bruno Miguel Garcia Barbosa

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da

Universidade Nova de Lisboa para obtenção de grau de

Mestre em Energia e Bioenergia

Orientador: Profª. Doutora Ana Luísa Almaça da Cruz Fernando

Monte de Caparica

2010

ii

“Utilização de águas residuais tratadas na irrigação de Kenaf (Hibiscus cannabinus L.)

- efeito do ião amónio” © Bruno Miguel Garcia Barbosa, FCT/UNL, UNL.

A Faculdade de Ciências e Tecnologia e a Universidade Nova de Lisboa têm o direito,

perpétuo e sem limites geográficos, de arquivar e publicar esta dissertação através de

exemplares impressos reproduzidos em papel ou de forma digital, ou por qualquer

outro meio conhecido ou que venha a ser inventado, e de a divulgar através de

repositórios científicos e de admitir a sua cópia e distribuiçao com objectivos

educacionais ou de investigacão, não comerciais, desde que seja dado crédito ao

autor e editor.

iii

AGRADECIMENTOS

Em primeira instância queria agradecer à professora Doutora Ana Luísa Fernando,

minha professora no mestrado e orientadora, pelo imprescindível e dedicado apoio

demonstrado em todas as etapas da dissertação, mas também pelo seu carácter e

modo sereno e sensato como orienta. Agradeço-lhe profunda e sinceramente, por tudo

isto, e pela oportunidade que tive de aprender e trabalhar, num tema em que me inicio

agora, mas que sempre me motivou e despoletou interesse. Obrigado pela motivação,

terá sempre o meu profundo reconhecimento.

Aos coordenadores do Mestrado em Energia e Bioenergia, Professora Doutora Benilde

Mendes e Professor Doutor Nuno Lapa, pela realização deste mestrado, pela selecção

e organização das disciplinas e respectivos conteúdos, pela oportunidade que me

deram de contactar com um elevado conjunto de materiais e equipamentos que

tornam amplo o alcance do curso, e enriquecem todos os que por aqui passam.

Obrigado pelo vosso trabalho.

Aos restantes professores do Mestrado em Energia e Bioenergia, que em todas as

disciplinas contribuíram para o enriquecimento da minha formação.

À Sara Boléo e à Dona Rita, pela indispensável e preciosa ajuda prestada no

laboratório, em diferentes fases deste trabalho.

Ao conjunto de professores do Teen Academy de Almada, colegas de trabalho no meu

segundo ano de mestrado, e em particular à Elisabete e à Sónia Almeida, pela

oportunidade e confiança que sempre depositaram em mim, num momento em que a

minha condição financeira e auto-estima poderiam ter inviabilizado todo este caminho.

É também graças ao vosso apoio e compreensão, e não somente pela minha vontade,

que o meu percurso no mestrado chegou a este ponto.

Ao Marcelo Ferreira, colega e amigo, que partilhou moradia e que desenvolveu em

paralelo o seu tema de dissertação. Obrigado pelo auxílio em alguns procedimentos e

operações no laboratório, pela disponibilidade demonstrada durante a recolha das

águas residuais, pelas manhãs conjuntas de rega das plantas e pela compreensão

demonstrada em determinados momentos, também noutros contextos.

Ao Ricardo, colega e amigo, pela disponibilidade demonstrada e pelas facilidades

concedidas tanto no que concerne à recolha das águas residuais no Campo de Tiro de

Alcochete utilizadas neste trabalho, como no resto da estadia nesse espaço. Agradeço

ainda aos restantes responsáveis pelo Campo de Tiro de Alcochete, pelas facilidades

concedidas, preponderantes para a realização deste projecto.

Agradeço também aos restantes colegas do mestrado que sempre me apoiaram, pela

paciência, pela amizade e pela relação que mantivemos.

Aos meus amigos de sempre que nunca me deixam esmorecer.

Aos meus pais, pelo suporte, compreensão e amizade dedicados em toda a minha

vida. Não só vos agradeço por tudo que fizestes por mim, por tudo o que acreditastes

iv

e sonhastes comigo, como também vos devo uma homenagem neste trabalho. Aos

meus avôs, pelas mesmas razões, vos presto homenagem e vos guardo a vossa

saudosa memória. Mas em especial, agradeço ao meu avô Miguel, que continua firme

depois de uma longa e árdua caminhada, pelo seu exemplo e pelo seu desejo por

muito tempo perseguido de estudar, mas que não teve nem a oportunidade nem o

apoio necessários. Do seu exemplo construo a minha força em tudo o que faço na

vida. A oportunidade e apoio que todos me destes, merecem todo o meu carinho,

dedicação e agradecimento, não só a vós, mas também ao resto da família, que nas

diferentes fases deste percurso me soubestes ajudar.

Aos meus irmãos José Emanuel e Maria Helena que sempre me apoiaram em tudo o

que fiz, vos agradeço pela compreensão que tivestes, pois o tempo que investi neste e

noutros projectos foi também o tempo em que não estive presente. Sabeis que vos

sinto sempre.

Ao meu sobrinho e afilhado Diogo, pelas alegrias que trouxe à família.

Por último, mas não por ordem de importância, agradeço à pessoa que esteve sempre

a meu lado, que me apoiou e continua a apoiar, à pessoa que não só me motivou para

entrar neste mestrado como também teve a paciência e compreensão nos momentos

mais difíceis, à minha namorada, amiga e confidente Marinete Luzia Francisca de

Souza, agradeço e dedico todo o meu trabalho.

v

«O Homem é um rio poluído. É preciso ser-se um mar para, sem se poluir, poder

receber um rio poluído.»

Friedrich Wilhelm Nietzsche

vi

RESUMO

O presente trabalho teve como principal objectivo avaliar as respostas de crescimento,

assim como a qualidade e produtividade da biomassa da variedade G4 de kenaf,

irrigada com águas residuais apresentando diferentes concentrações em ião amónio:

15, 30 e 60 mg/l (NH4). Para tal, semeou-se o kenaf em diferentes vasos, irrigados

com diferentes tipos de águas e concentrações de ião amónio dissolvidas. Foi

realizado um controlo: água da rede e adubação NPK. Para além do controlo, foram

ainda testadas as irrigações seguintes: águas residuais da estação de tratamento de

águas residuais (ETAR) do Campo de Tiro de Alcochete, que continha 15 mg/l de ião

amónio em solução; águas residuais da ETAR suplementadas com ião amónio

(concentrações finais de 30 e 60 mg/l NH4). Nos vasos regados com as águas

residuais foi testado também o efeito da não adubação e da adubação NPK. Ao longo

do ensaio foram sendo analisadas as águas de lixiviação, em termos dos teores de

azoto amoniacal.

O propósito da realização destes ensaios consistiu na verificação da existência de

determinados padrões de resposta da planta às diferentes concentrações de NH4 nas

águas de irrigação. Constatou-se que a concentração de 15 mg/l de NH4 e sem

adubação NPK conduziu à obtenção das maiores produtividades na variedade G4 de

kenaf, tendo incorporado biomassa a uma taxa média de 15,1 g dia-1 m-2, com baixo

teor em cinzas e azoto. A planta mostrou apresentar especificidades ao nível da

fitodepuração do ião amónio das águas residuais. A concentrações de 15 mg/l de ião

amónio na rega, observou-se, ao longo do ensaio, uma redução na lixiviação desse

ião. A concentrações de 30 mg/l (NH4), o kenaf apresenta respostas inferiores (em

produtividade e na depuração do ião amónio), embora mais eficientes que as

respostas a concentrações de 60 mg/l (NH4). O aumento do teor em ião amónio na

água de rega conduziu a uma maior acumulação de azoto na biomassa, o que pode

comprometer a sua utilização para produção de energia por combustão. O aumento do

teor em ião amónio na água de rega conduziu também a uma maior acumulação na

biomassa de elementos minerais (cinzas), e particularizando, de fósforo (nos caules

internos), de cálcio (nas folhas), de magnésio (nos caules externos) e de manganésio

(nos caules e folhas). Os teores de potássio, sódio, zinco, ferro, cobre, alumínio e

níquel não foram influenciados pelo ião amónio administrado. Não foi detectada na

biomassa a presença de chumbo, crómio e cádmio. Cada fracção da planta de kenaf

mostrou acumulação específica para determinados elementos. As folhas absorveram

em média mais azoto, cálcio, zinco e manganésio. As raízes acumularam mais sódio,

ferro, cobre, alumínio e níquel. Os caules e folhas acumularam mais potássio que as

raízes e o fósforo e magnésio apresentaram teores semelhantes nas diversas fracções

da planta.

O kenaf pode assumir uma elevada importância em projectos que se proponham

efectuar a fitodepuração de corpos de água com teores elevados em ião amónio, e em

específico apresentando concentrações de 15 mg/l de ião amónio, ou em projectos

que pretendam utilizar águas residuais na irrigação, com vista à obtenção de biomassa

de qualidade para a produção de bioenergia, num curto período de tempo e com

baixos custos de produção.

Palavras Chave: Kenaf; Águas Residuais; Fitodepuração; Produção de bioenergia.

vii

ABSTRACT

The aim of this work was to evaluate growth responses, as well as the quality and

biomass productivity of the G4 variety of kenaf, irrigated with wastewater presenting

different ammonium ion concentrations: 15, 30 and 60 mg/l (NH4). With this objective,

the kenaf was planted in different pots, irrigated with different water types and

concentrations of dissolved ammonium ion. Apart the control (tap water and NPK

fertilization), the following types of irrigation were tested: wastewater from Campo de

Tiro de Alcochete wastewater treatment plant (WWTP), which contained 15 mg/l of

ammonium ion in solution; wastewater from the Campo de Tiro de Alcochete WWTP

supplemented with ammonium ion (final concentrations of 30 and 60 mg/l NH4). In the

pots irrigated with wastewater it was also tested the effect of NPK fertilization and the

absence of fertilization. Throughout the experiment leachates were analyzed in terms

of ammonium nitrogen levels.

The purpose of these tests was to verify the existence of certain patterns of response

in kenaf to different NH4 concentrations in irrigation water. It was found that the

concentration of 15 mg/l of NH4 and without NPK fertilization led to the highest yields in

the G4 variety, by incorporating biomass at an average rate of 15,1 g day-1m-2 with low

ash and nitrogen content. The plants have shown specific characteristics on the

wastewater phytodepuration. At concentrations of 15 mg/l in ammonium ion,

ammonium leaching lowered along the study. At concentrations of 30 mg/l (NH4), kenaf

showed lower responses (in terms of productivity and ammonium ion depuration),

although better than that in the presence of 60 mg/l (NH4). The increment of ammonium

ion in the wastewaters led to the increment of biomass nitrogen content, and this can

compromise its use for combustion purposes. The increment of ammonium ion in the

wastewaters also led to a higher accumulation of ash material in the biomass,

specifically, phosphorus (core), calcium (leaves), magnesium (bark), manganese

(stems and leaves). Potassium, sodium, zinc, iron, copper, aluminum and nickel

content were not influence by the added ammonium ion. Lead, chromium and cadmium

were not detected in the biomass. Each fraction of the kenaf plant showed specific

accumulation to certain elements. The leaves absorbed more nitrogen, calcium, zinc

and manganese. The roots accumulated more sodium, iron, copper, aluminum and

nickel. Stems and leaves accumulated more potassium then roots and phosphorus and

magnesium presented similar content in the several fractions of the plant.

Kenaf can assume a high importance on projects which intend to make the

phytodepuration of water bodies containing high amounts of ammonium ion,

specifically presenting concentrations of 15 mg/l (NH4), or projects that will use

irrigation with wastewaters, in order to obtain biomass with quality for bioenergy

production, in a short time period and with low production costs.

Keywords: Kenaf; Wastewater; Phytodepuration; Bioenergy production.

viii

LISTA DE ABREVIATURAS E NOTAÇÕES

EEA – European Environment Agency

G4 – Guatemala 4

K.E.F.I. – Azienda produttrice di pannelli isolanti con fibra di kenaf

Nota: Nos gráficos apresentados nos Resultados, os valores e as barras de erro

correspondem aos valores médios e ao respectivo desvio padrão excepto quando

indicado na legenda. Nas quadros os valores indicados correspondem igualmente aos

valores médios e respectivo desvio padrão excepto quando indicado na legenda.

ix

ÍNDICE GERAL

AGRADECIMENTOS ................................................................................................................................................ iii

RESUMO ..................................................................................................................................................................... vi

ABSTRACT.................................................................................................................................................................vii

LISTA DE ABREVIATURAS E NOTAÇÕES ........................................................................................................ viii

ÍNDICE GERAL .......................................................................................................................................................... ix

ÍNDICE DE FIGURAS ................................................................................................................................................ x

ÍNDICE DE QUADROS ............................................................................................................................................. xii

1. INTRODUÇÃO ........................................................................................................................................................ 1

2. O KENAF (Hibiscus cannabinus L.) ................................................................................................................. 3

2.1. HISTÓRIA DO KENAF. .......................................................................................................................................... 3

2.2. BIOLOGIA E MORFOLOGIA ................................................................................................................................. 5

2.3. FACTORES EDAFO-CLIMÁTICOS .......................................................................................................................... 9

2.4. CULTIVO ............................................................................................................................................................. 9

2.5. COLHEITA.......................................................................................................................................................... 12

2.6. PRODUÇÃO DE KENAF ...................................................................................................................................... 13

2.7. UTILIZAÇÕES DO KENAF ................................................................................................................................... 14

3. PRODUÇÃO DE CULTURAS ENERGÉTICAS UTILIZANDO ÁGUAS RESIDUAIS ................................ 17

3.1. REUTILIZAÇÃO DE ÁGUAS RESIDUAIS TRATADAS NA REGA AGRÍCOLA ............................................................ 22

3.2. UTILIZAÇÃO DE ÁGUAS RESIDUAIS TRATADAS NA PRODUÇÃO DE CULTURAS ENERGÉTICAS, CASOS DE

ESTUDO .............................................................................................................................................................. 25

4. DESCRIÇÃO DAS METODOLOGIAS, DOS MATERIAIS E DOS ENSAIOS ............................................ 30

4.1. METODOLOGIAS E MATERIAIS ......................................................................................................................... 31

4.1.1. Metodologias analíticas utilizadas na caracterização físico-química das águas residuais utilizadas na

irrigação e das águas de percolação .............................................................................................................. 31

4.1.2. Metodologias analíticas aplicadas às plantas ........................................................................................... 31

4.2. ENSAIOS DE TRATABILIDADE ............................................................................................................................ 33

5. RESULTADOS E SUA DISCUSSÃO ................................................................................................................ 36

5.1. CARACTERIZAÇÃO FÍSICO-QUÍMICA DAS ÁGUAS RESIDUAIS ........................................................................... 36

5.2. ANÁLISE DAS ÁGUAS DE PERCOLAÇÃO ............................................................................................................ 37

5.3. CARACTERIZAÇÃO DA BIOMASSA ..................................................................................................................... 40

5.3.1. Germinação .............................................................................................................................................. 40

5.3.2 Parâmetros Morfológicos e de Produtividade ........................................................................................... 43

5.3.2.1 Altura do Caule .................................................................................................................................. 43

5.3.2.2. Índice de Área Foliar ......................................................................................................................... 45

5.3.2.3. Número de folhas por caule ............................................................................................................. 46

5.3.2.4. Comprimento das raízes, densidade radicular e índice de área radicular ........................................ 47

5.3.2.5 Produtividade .................................................................................................................................... 50

5.3.3. Caracterização Química da Biomassa ....................................................................................................... 55

5.3.3.1. Teor de Cinzas ................................................................................................................................... 55

5.3.3.2. Teor de azoto. ................................................................................................................................... 59

5.3.3.3. Teor de fósforo. ................................................................................................................................ 63

5.3.3.4 Metais ................................................................................................................................................ 66

6. CONCLUSÕES ..................................................................................................................................................... 81

7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................................................................. 83

x

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 2.1. – Centros de origem do kenaf . À esquerda apresenta-se o território do Mande, no Mali. À

direita, possíveis centros de origem do kenaf e sua migração para o Mande. (Adaptado de

AfricaFoodBank.com). ........................................................................................................................................... 4

Figura 2.2 – Aspectos dos caules de kenaf, onde se pode observar a camada lenhosa (de cor branca) e a

parte cortical de cor verde (Fonte: Webber e Bledsoe, 2002) ......................................................................... 6

Figura 2.3 – Folhas de Kenaf das variedades Everglades 41 e Tainung 2 (Fonte: Webber et al., 2002). .... 6

Figura 2.4. – Flores de Kenaf. (Fontes: Webber et al., 2002; Maracchi, 2007; backyardnature.net). ........... 7

Figura 2.5. – Aspecto das sementes de kenaf. (Fonte: Webber et al., 2002). .................................................. 8

Figura 2.6. – Plântulas de kenaf, 4 dias após a germinação. Fonte: Arquivo pessoal Ana Luisa Fernando

(2010). .................................................................................................................................................................... 10

Figura 2.7. – Da esquerda para a direita apresentam-se os nemátodes Meloidogyne incognita,

Meloidogyne javanica e Meloidogyne arenaria, parasitas do kenaf (Fontes: AFMB, 2010; Ciancio e

CNR Italy, 2010; NCSU, 2010). .......................................................................................................................... 11

Figura 2.8. – Colheita de kenaf. Fonte (Webber et al., 2002a). ......................................................................... 13

Figura 2.9. – Produção mundial de kenaf. Fonte: FAO (2010). ......................................................................... 13

Figura 2.10. – Isolkenaf Pav – Placa para isolamento acústico – e Isolcell – placa para isolamento térmico

e acústico. Fonte K.E.F.I. (2010). ...................................................................................................................... 16

Figura 4.1. – Aspecto da estufa montada para os ensaios de tratabilidade. ................................................... 35

Figura 5.1. – Concentração de azoto amoniacal presente na primeira recolha das águas de percolação

(mg N dm-3

) para os diferentes tipos de irrigação. .......................................................................................... 38

Figura 5.2. – Concentração de azoto amoniacal presente na segunda recolha das águas de percolação

(mg N dm-3

) para os diferentes tipos de irrigação. .......................................................................................... 39

Figura 5.3. – Concentração de azoto amoniacal máxima (mg N dm-3

) presente na terceira recolha das

águas de percolação para os diferentes tipos de irrigação. ........................................................................... 40

Figura 5.4. – Percentagem de germinação por amostra (%). A figura apresenta os valores médios de

germinação por amostra, e respectivos desvio padrão. ................................................................................. 41

Figura 5.5. – Altura dos caules de kenaf (cm) para os diferentes tipos de irrigação. ..................................... 44

Figura 5.6. – Índice de área foliar médio (cm2 cm

-2) obtido para as diferentes amostras. ............................ 46

Figura 5.7. – Número médio de folhas por caule, obtido para as diferentes amostras. ................................. 47

Figura 5.8. – Comprimento médio (cm) das raízes para as diferentes amostras. .......................................... 48

Figura 5.9. – Densidade radicular (g dm-3

) para as diferentes amostras. ........................................................ 49

Figura 5.10. – Índice de área radicular médio (cm2 cm

-2) para os diferentes tipos de irrigação (colunas

com letras diferentes indicam médias significativamente diferentes). .......................................................... 50

Figura 5.11. – Produtividade média dos caules internos (g m-2

, matéria seca) para os diferentes tipos de

irrigação (colunas com letras diferentes indicam médias significativamente diferentes). .......................... 51

Figura 5.12. – Produtividade média dos caules externos (g m-2


irrigação (colunas com letras diferentes indicam médias significativamente diferentes). .......................... 52

Figura 5.13. – Produtividade média das folhas (g m-2

, matéria seca) para os diferentes tipos de irrigação.

................................................................................................................................................................................ 52

Figura 5.14. – Produtividade aérea global média (g m-2

, matéria seca) para os diferentes tipos de irrigação

(colunas com letras diferentes indicam médias significativamente diferentes). .......................................... 53

Figura 5.15. – Produtividade das raízes (g m-2

, matéria seca) para os diferentes tipos de irrigação. ......... 54

Figura 5.16. – Teor de cinzas do caule interno (%, matéria seca) para os diferentes tipos de irrigação


Figura 5.17. – Teor de cinzas do caule externo (%, matéria seca) para os diferentes tipos de irrigação


Figura 5.18. – Teor de cinzas das folhas (%, matéria seca) para os diferentes tipos de irrigação (colunas


Figura 5.19. – Teor de cinzas das raízes (%, matéria seca) para os diferentes tipos de irrigação. ............. 58

Figura 5.20. – Teor de azoto dos caules internos (%, matéria seca) para os diferentes tipos de irrigação


Figura 5.21. – Teor de azoto dos caules externos (%, matéria seca) para os diferentes tipos de irrigação


xi

Figura 5.22. – Teor de azoto nas folhas (%, matéria seca) para os diferentes tipos de irrigação (colunas


Figura 5.23. – Teor de azoto nas raízes (%, matéria seca) para os diferentes tipos de irrigação. .............. 62

Figura 5.24. – Teor de fósforo nos caules internos (% de matéria seca) para os diferentes tipos de

irrigação ................................................................................................................................................................. 64

Figura 5.25. – Teor médio de fósforo nos caules externos (% de matéria seca) para os diferentes tipos de

irrigação. ................................................................................................................................................................ 65

Figura 5.26. – Teor de fósforo nas folhas (% de matéria seca) para os diferentes tipos de irrigação. ........ 65

Figura 5.27. – Teor de fósforo nas raízes (% de matéria seca) para os diferentes tipos de irrigação. ....... 66

Figura 5.28. – Teor médio de potássio (g kg-1

; ms) nos caules internos para os diferentes tipos de

irrigação. ................................................................................................................................................................ 67


; ms) nos caules externos para os diferentes tipos de

irrigação. ................................................................................................................................................................ 68


; ms) nas folhas para os diferentes tipos de irrigação. ......... 68


; ms) nas raízes para os diferentes tipos de irrigação. ........ 69

Figura 5.32. – Teor médio de cálcio (g kg-1

; ms) nos caules internos para os diferentes tipos de irrigação.

................................................................................................................................................................................ 70


; ms) nos caules externos para os diferentes tipos de irrigação.

................................................................................................................................................................................ 71


; ms) nas folhas para os diferentes tipos de irrigação. ............. 71


; ms) nas raízes para os diferentes tipos de irrigação. ............. 72

Figura 5.36. – Teor médio de magnésio (g kg-1


irrigação. ................................................................................................................................................................ 73



irrigação. ................................................................................................................................................................ 74


; ms) nas folhas para os diferentes tipos de irrigação. ...... 74


; ms) nas raízes para os diferentes tipos de irrigação. ...... 75

Figura 5.40. – Teor médio de sódio (g kg-1


................................................................................................................................................................................ 76



................................................................................................................................................................................ 77


; ms) nas folhas para os diferentes tipos de irrigação. .............. 77


; ms) nas raízes para os diferentes tipos de irrigação. .............. 78

xii

ÍNDICE DE QUADROS

Quadro 2.1 – Dosagem de fertilizantes recomendada para o kenaf (El Bassam, 1998). ............................. 10

Quadro 3.1 – Algumas espécies de culturas energéticas organizadas por tipo de biomassa (Picco, 2010;

El Bassam, 1998) ................................................................................................................................................. 18

Quadro 3.2 – Algumas culturas herbáceas e arbóreas consideradas adequadas a tratamento

termoquímico. Fonte: Venturi e Monti (2005) ................................................................................................... 19

Quadro 3.3 – Pegada ecológica de água de algumas culturas energéticas para produção de electricidade,

etanol e biodiesel. Fonte: Gerbens-Leenes et al., 2009. ............................................................................... 20

Quadro 3.4 – Características das águas residuais tratadas que mais podem afectar o biossistema solo-

planta. (Fonte: Marecos do Monte e Albuquerque, 2010) ............................................................................. 24

Quadro 3.5 – Legislação comunitária e portuguesa com incidência na reutilização de águas residuais

tratadas na rega. (Fonte: Marecos do Monte e Albuquerque, 2010) ........................................................... 24

Quadro 3.6 – Rendimento do Salgueiro irrigado com águas residuais na Suécia. Os valores apresentados

para os rendimentos da biomassa designados por Sistemas de Plantio Convencionais referem-se a

plantações trabalhadas e em bons solos, com exclusão da primeira colheita após o estabelecimento

quando a colheita é de aproximadamente 40% menor do que para as rotações subsequentes. Fonte:

Börjesson e Berndes (2006). .............................................................................................................................. 28

Quadro 4.1 – Métodos analíticos utilizados na caracterização físico-química das águas de irrigação e dos

lixiviados. ............................................................................................................................................................... 32

Quadro 4.2 – Metodologias analíticas utilizadas na caracterização química da biomassa.......................... 34

Quadro 4.3 – Níveis de contaminação testados e esquema dos ensaios. ..................................................... 35

Quadro 5.1 – Caracterização físico-química das águas residuais da ETAR do Campo de Tiro de

Alcochete. .............................................................................................................................................................. 37

Quadro 5.2 – Concentração de azoto amoniacal nas águas de percolação (mg N dm-3

) nos diversos

ensaios ao longo do tempo ................................................................................................................................. 38

Quadro 5.3 – Germinação (%). ............................................................................................................................. 41

Quadro 5.4 – Altura média dos caules (cm) no final dos ensaios para as diferentes amostras. ................. 43

Quadro 5.5 – Índice de área foliar médio (cm2 cm

-2) das plantas da variedade G4 de kenaf para

diferentes tipos de irrigação. ............................................................................................................................... 45

Quadro 5.6 – Número médio de folhas por caule para os diferentes tipos de irrigação. .............................. 46

Quadro 5.7 – Comprimento médio das raízes (cm) para os diferentes tipos de irrigação. .......................... 47

Quadro 5.8 – Densidade radicular (g dm-3

) para os diferentes tipos de irrigação. ........................................ 48

Quadro 5.9 – Índice de área radicular (cm2 cm

-2) para os diferentes tipos de irrigação. .............................. 49

Quadro 5.10 – Produtividade (g m-2

, matéria seca) para os diferentes tipos de irrigação e para as

diferentes partes da planta.................................................................................................................................. 50

Quadro 5.11 – Razão entre a produtividade média aérea global e a produtividade média das raízes para

todos os tipos de irrigação. ................................................................................................................................. 55

Quadro 5.12 – Teor de cinzas (%) para as diferentes fracções da variedade G4 de kenaf e para todos os

tipos de irrigação. ................................................................................................................................................. 55

Quadro 5.13 – Teor de azoto (%) para as diferentes fracções da variedade G4 de kenaf e para todos os

tipos de irrigação. ................................................................................................................................................. 59

Quadro 5.14 – Teor de fósforo (%; ms) para as diferentes fracções da variedade G4 de kenaf e para

todos os tipos de irrigação. ................................................................................................................................. 64

Quadro 5.15 – Teor médio de potássio (g kg-1

; matéria seca) para as diferentes fracções da variedade

G4 de kenaf e para todos os tipos de irrigação. .............................................................................................. 67

Quadro 5.16 – Teor médio de cálcio (g kg-1

; matéria seca) para as diferentes fracções da variedade G4

de kenaf e para todos os tipos de irrigação. ..................................................................................................... 70

Quadro 5.17 – Teor médio de magnésio (g kg-1

; ms) para as diferentes fracções da variedade G4 de

kenaf e para todos os tipos de irrigação. .......................................................................................................... 73

Quadro 5.18 – Teor médio de sódio (g kg-1

; ms) para as diferentes fracções da variedade G4 de kenaf e

para todos os tipos de irrigação. ........................................................................................................................ 76

Quadro 5.19 – Teor médio de manganésio (mg kg-1

; ms) para as diferentes fracções da variedade G4 de

kenaf e para todos os tipos de irrigação. .......................................................................................................... 78

xiii

Quadro 5.20 – Teores médios de zinco, ferro, cobre, alumínio e níquel (mg kg-1; matéria seca) para as

diferentes fracções da variedade G4 de kenaf. ............................................................................................... 79

1

1. INTRODUÇÃO

Dos diversos recursos essenciais, a água e a energia assumem-se como

fundamentais. Ao longo da sua História, o Homem tem vindo a usar ambos de um

modo progressivamente crescente, contribuindo, por um lado, para o desenvolvimento

das populações, mas, por outro e em simultâneo, afectando os ecossistemas.

Actividades como a pecuária e a agricultura, mas também o sector industrial e

residencial, envolvem elevados consumos de água e contribuem largamente para o

aumento da poluição e degradação da sua qualidade. Tais actividades comportam

ainda elevados consumos energéticos, depauperando os recursos disponíveis, que

poderiam e deveriam ser utilizados de uma forma mais eficiente. Por estes motivos, a

utilização racional dos recursos hídricos e energéticos, são desafios prioritários.

Uma nova forma de aproveitamento energético, renovável, consiste na utilização de

culturas agrícolas para a obtenção de energia (culturas energéticas). No entanto, a

produção intensiva de culturas energéticas tem sido alvo de críticas devido à pressão

que podem exercer nos recursos naturais (biodiversidade, água, solo, entre

outros)(Venturi e Venturi, 2003; EEA, 2006). Além disso, estas culturas não

alimentares, entram em competição com as alimentares pelo uso do solo, pelos

fornecimentos de água, de pesticidas e fertilizantes e pelos inputs energéticos (mão-

de-obra, maquinaria, combustíveis).

Neste sentido, a utilização de águas residuais tratadas na irrigação de culturas

energéticas pode contribuir para a sustentabilidade da sua produção. A necessidade

de fertilizantes e água (sobretudo na orla mediterrânica) para a produção de culturas

energéticas, conjugada com a necessidade de melhorar a qualidade dos efluentes

finais lançados nos solos e cursos de água, mas que muitas vezes ainda comportam

elevados níveis de iões (amónio, nitrato, sódio, cloreto), oferece uma oportunidade

para reduzir os custos ambientais e económicos associados às plantações de culturas

energéticas (Sims e Riddell-Black, 1998; Zalesny et al, 2009).

A presente dissertação pretende, como tal, estudar o efeito da irrigação com águas

residuais na produção e qualidade do kenaf (Hibiscus cannabinus L.), uma cultura

energética. A cultura de kenaf apresenta-se como uma fonte de matéria-prima de

baixo custo para inúmeras aplicações e indústrias, casos das de pasta de papel e

fibras, assim como as de produção de energia. Trata-se de uma herbácea anual, de

crescimento rápido que apresenta elevadas produtividades e adaptabilidades, numa

ampla variedade de habitats, incluindo os mediterrânicos (Catroga, 2009). No entanto,

um projecto que pretenda efectuar o cultivo de kenaf, utilizando águas residuais na

2

sua irrigação, deverá equacionar ainda as cargas das águas residuais que irão ser

utilizadas para que não constituam uma fonte de degradação e contaminação dos

meios receptores. A reutilização de águas residuais na produção de kenaf ou de

outras culturas, deverá ser considerada à luz da legislação e normas comunitárias em

vigor.

O presente trabalho foi desenvolvido em ambiente laboratorial, e pretende servir de

base a pesquisas futuras no campo. Pretendem-se avaliar as respostas de

crescimento, assim como a qualidade e produtividade da biomassa da variedade G4

de kenaf, irrigada com águas residuais apresentando diferentes cargas em ião amónio:

15, 30 e 60 mg/l (NH4). O propósito deste estudo, insere-se na área temática das

culturas energéticas do Mestrado em Energia e Bioenergia da Faculdade de Ciências

e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa (FCT-UNL).

3

2. O KENAF (Hibiscus cannabinus L.)

O kenaf é uma herbácea, endémica de África, anual, com elevado conteúdo em

celulose. É um membro da família Malvacea, uma família com grande importância

económica, onde também estão o algodão e o quiabo (El Bassam, 1998).

Pertence ao género Hibiscus, que se enquadra na secção Furaria, que inclui outras 40

a 50 espécies muito semelhantes morfologicamente (Liu, 2005). O género Hibiscus é

muito extenso e inclui cerca de 200 espécies anuais e perenes (Maracchi, 2007). A

classificação taxonómica da espécie é apresentada pelo United States Department of

Agriculture – USDA (2010):

Reino Plantae (Plantas) Sub-reino Tracheobionta (Plantas vasculares) Super-divisão Spermatophyta (Plantas com sementes) Divisão Magnoliophyta (Plantas com flores) Classe Magnoliopsida (Dicotiledóneas) Subclasse Dilleniidae Ordem Malvales Família Malvaceae Género Hibiscus Espécie Hibiscus cannabinus L.

2.1. HISTÓRIA DO KENAF

O kenaf (Hibiscus cannabinus L.) foi domesticado por volta do ano 4000 - 3500 a.C. na

região do Mande, uma região agrícola da África Ocidental (K.E.F.I., 2010; Maracchi,

2007; Dempsey, 1975).

A identificação do centro de origem da espécie é controversa. São três as regiões

africanas onde existem formas selvagens de kenaf (K.E.F.I., 2010):

Os vales superiores do rio Níger e do Bani1: zona mais próxima do centro de

domesticação (região do Mande).

O território angolano, que apresenta as variedades de kenaf mais primitivas.

Deste local, a espécie poderá ter migrado para Oriente e depois,

provavelmente, deverá ter retornado a Ocidente, uma vez superada a faixa

tropical húmida, que representa uma barreira natural para a migração directa,

tanto nos sentidos norte-sul como vice-versa.

O território tanzaniano, do qual o kenaf poderia ter migrado com direcção

Sudoeste para Angola e com direcção Noroeste, para a região do Mande.

A figura 2.1. ilustra os vales superiores do rio Níger e do Bani, na região do Mande,

assim como os territórios da Tanzânia e Angola.

1 Principal tributário do rio Níger no Mali.

4

Figura 2.1. – Centros de origem do kenaf. À esquerda apresenta-se o território do Mande, no Mali. À

direita, possíveis centros de origem do kenaf e sua migração para o Mande. (Adaptado de

AfricaFoodBank.com).

Privadas de fundamento parecem ser as hipóteses de uma origem asiática da espécie

uma vez que no território asiático não existem variedades selvagens. A migração para

a Ásia, provavelmente, ocorreu em conjunto com o karkadé (Hibiscus sabdariffa) por

via marítima ou então por caravanas através do território mesopotâmico. A descoberta

de produtos manufacturados com fibra de kenaf nessa área, datada dos anos 2400-

2800 a.C. parecem confirmar esta hipótese (K.E.F.I., 2010).

Trata-se de uma cultura próxima à do algodão, muito difundida do Senegal à Nigéria

no que concerne à produção de fibra, embora no decorrer da História tenha tido outros

usos, particularmente em África: as folhas e as flores eram consideradas comestíveis,

as sementes eram usadas para a produção de óleo e diversas partes da planta

utilizadas pela medicina ou em rituais espirituais (Wilson e Menzel, 1964).

Posteriormente foi introduzida no Sul Asiático (1900 a.C.), com as áreas de maior

produção localizadas na China e Índia. A fibra de kenaf chega pela primeira vez à

Europa no início do século XX (1901 – 1902) no mercado de Londres.

Os Estados Unidos da América começaram a interessar-se pelo kenaf em 1940 com a

finalidade de usá-lo como substituto da juta. Em 1960, foi seleccionado pelo

Departamento de Agricultura dos Estados Unidos (USDA), dentre as 500 espécies

mais promissoras para a produção de fibra herbácea cortical (casca), e em 1995,

cerca de 1000 ha de kenaf foram plantados com finalidades comerciais (Maracchi,

2007).

Na Europa, o desenvolvimento desta cultura concentra-se nas regiões mediterrânicas

de clima subtropical, sobretudo para uso no sector da produção de fibras. O

investimento é muito baixo e a experimentação sobre a adaptação dessa cultura nas

áreas do sul da Europa começou apenas nos anos 90, sobretudo no centro e norte da

Itália e na Grécia (Maracchi, 2007).

Tanzânia

Angola

Mali

5

Actualmente, o kenaf é cultivado principalmente na Tailândia, China e Estados Unidos.

Nos últimos anos, também o Japão se tem interessado nesta espécie para a produção

de pasta de celulose e para o fabrico de papel (Maracchi, 2007).

Ao longo da História, o kenaf tem sido usado principalmente na produção de cordéis,

cordas e sacos. A Índia produziu e tem usado o kenaf ao longo dos últimos 200 anos,

enquanto a Rússia começou a produzi-lo em 1902, tendo introduzido a cultura na

China em 1935 (Dempsey, 1975).

Nos Estados Unidos, a pesquisa e produção de kenaf começaram durante a Segunda

Guerra Mundial, para fornecimento de cordéis no uso do esforço de guerra (Webber e

Bledsoe, 2002). A guerra interrompeu o fornecimento de fibras do exterior,

provenientes de países como as Filipinas, e o envolvimento dos Estados Unidos na

guerra também fez aumentar o uso das fibras que tinha. Uma vez determinado que o

kenaf se tratava de uma cultura apropriada em solo americano, a pesquisa foi iniciada

com o intuito de maximizar os rendimentos do kenaf. Como resultado, os cientistas

desenvolveram com sucesso variedades de elevado rendimento, resistentes à

antracnose, assim como práticas culturais e máquinas de colheita que aumentaram as

produtividades de fibra. No decorrer da década de 1950 e início de 1960, a pesquisa

efectuada pela USDA, determinou que o kenaf representava uma fonte excelente de

fibra de celulose para uma ampla gama de produtos (papel de jornal, papel sulfite e

painéis de forro ondulado) (Webber e Bledsoe, 2002). Os trabalhos desenvolvidos na

década de 1990, demonstraram a aptidão do kenaf para materiais de construção

(contraplacados de diferentes densidades e espessuras, com resistência ao fogo e a

ataques de insectos), adsorventes, têxteis, forragem para animais, e fibras para

plásticos (Webber e Bledsoe, 2002).

2.2. BIOLOGIA E MORFOLOGIA

Os caules destas plantas, constituídos por dois tipos de fibra, apresentam alturas

compreendidas entre os 3 e os 6m, sendo que a altura média na orla mediterrânica é

de cerca de 2,5 metros (El Bassam, 1998; Maracchi, 2007).

Na zona cortical estão localizadas as fibras longas que têm um comprimento de 2,5 –

4,5mm e na zona lenhosa a fibra curta que está localizada e tem um comprimento de

0,45 – 0,75mm (Alexopoulou, 2003). A medula, rodeada pela fibra curta, é constituída

por um tecido esponjoso, muito rico em lenhina (Alexopoulou, 2003; Maracchi, 2007).

A camada cortical corresponde a 35 – 40%, a camada lenhosa a 60 – 65% e a medula

a 2 – 3% (Alexopoulou, 2003).

Os caules do kenaf, de cor verde ou avermelhada, de secção cilíndrica, dependendo

da variedade, podem apresentar pequenos espinhos. Os caules não são, geralmente,

ramificados, embora se desenvolvam com facilidade ramos laterais, quando a

densidade de sementeira é baixa (100.000 a 200.000 plantas por hectare) (Maracchi,

2007).

A figura 2.2. apresenta um aspecto geral dos caules de kenaf.

6

Figura 2.2 – Aspectos dos caules de kenaf, onde se pode observar a camada lenhosa (de cor branca) e a

parte cortical de cor verde (Fonte: Webber e Bledsoe, 2002)

O kenaf produz folhas simples, com as bordas serrilhadas, que se posicionam na

haste principal (caule) e ao longo dos ramos. O tipo de variedade da planta determina

a forma da folha (Webber e Bledsoe, 2002), que pode ser dividida ou inteira (figura

2.3). As variedades com folhas divididas apresentam 3, 5 ou 7 lóbulos por folha.

Everglades-71, Tainung-1, Tainung-2, Guatemala-51 e SF-459, são exemplos de

variedades com folha dividida. As variedades de folha inteira, são levemente lobuladas

e cordiformes (em forma de coração): Everglades-41, Guatemala-4, Guatemala-45,

Guatemala-48, Cubano, Cuba-108, Cuba-2032 e N-7, são exemplos de variedades.

(Webber e Bledsoe, 2002)

Nos primeiros estágios de crescimento, as folhas apresentam em todos os casos a

forma inteira, e com um teor em proteínas que varia entre os 18 e os 30% do peso

seco (Maracchi, 2007). Estas folhas cotiledonares amarelecem, secam e caiem no

solo após terem concluído a sua tarefa de garantir nutricionalmente os primeiros

estágios da vida da plântula, dando lugar às folhas verdadeiras, que no estado de

maturação variam de 2,8 a 3,5 cm de largura e 1,8 a 2,2 cm de comprimento. (K.E.F.I.,

2010).

Figura 2.3 – Folhas de Kenaf das variedades Everglades 41 e Tainung 2 (Fonte: Webber et al., 2002).

A variedade em estudo, G4, ou Guatemala-4, apresenta folhas inteiras.

7

Na composição química das folhas estão presentes compostos voláteis e óleos

essenciais. Estas representam uma fonte natural de químicos alelopáticos, os quais

são utilizados como fonte de prevenção e inibição da germinação e crescimento de

ervas daninhas, diminuindo deste modo a competição destas ervas com as culturas

(Webber e Bledsoe, 2002). As folhas de kenaf são usadas para a alimentação animal

e humana em alguns molhos das cozinhas africana e asiática (K.E.F.I., 2010).

O kenaf produz flores vistosas, largas (7,5 a 10 cm), em forma de sino e amplamente

abertas, constituídas por 5 pétalas. A cor varia do creme ao roxo escuro, com toda

uma série de tonalidades, apresentando algumas variedades, uma tonalidade

vermelho-escura ou acastanhada no centro. As flores são suportadas isoladamente no

eixo da folha ao longo do caule e ramos (figura 2.4).

Figura 2.4. – Flores de Kenaf. (Fontes: Webber et al., 2002; Maracchi, 2007; backyardnature.net).

A floração da maioria das variedades do kenaf está sob o controlo do fotoperíodo

(Maracchi, 2007). A planta permanece no estado vegetativo até ao momento em que a

quantidade diária de luz é inferior a 12,5 horas, o que na região do Mediterrâneo não

ocorre antes do final de Setembro. A duração do ciclo vegetativo destas variedades,

de maturação tardia, é de 120-140 dias (Alexopoulou, 2003). Entre as variedades de

maturação tardia, estão a Everglades 41, a Everglades 71, a Tainung 1 e a Tainung 2.

Nas variedades de maturação precoce, a floração é independente do número de horas

solares, florescendo, na Região do Mediterrâneo, entre os meados de Julho e meados

de Agosto. A duração do ciclo vegetativo está compreendida entre os 75 a 105 dias

(variedades precoces) e os 105-120 dias (variedades semi-precoces). De um modo

geral as variedades de kenaf de maturação precoce são menos produtivas que as

variedades de maturação tardia, uma vez que apresentam um período vegetativo mais

curto (Catroga, 2009). A variedade G4 (em estudo neste trabalho), é insensível ao

fotoperíodo e corresponde à única variedade capaz de combinar um ciclo de

crescimento curto (100-130 dias) com uma elevada produtividade, semelhante às

registadas para as variedades de kenaf de maturação tardia (Alexopoulou, 2003).

8

A floração de cada planta pode durar 3 a 4 semanas, contudo cada flor floresce

durante um único dia, abrindo-se no início da manhã e começando a fechar-se no final

da tarde (El Bassam, 1998). O kenaf é considerado uma espécie que realiza

autopolinização (pelo movimento das flores quando se fecham, na torção das pétalas),

embora ultimamente se tenha reconhecido que pode também apresentar polinização

cruzada, efectuada por abelhas (Vannini e Venturi, 1994; Alexopoulou, 2003;

Maracchi, 2007).

Depois da polinização, formam-se as cápsulas, aguçadas e ovais, com cerca de 1,9 a

2,5 cm de comprimento e 1,3 a 1,9 cm de diâmetro, que podem conter, cada, cerca de

20-26 sementes (Alexopoulou, 2003). As sementes são pequenas (6 mm de

comprimento e 4 mm de largura, 35.000 a 40.000 sementes por Kg), de cor escura,

assemelhando-se vagamente a um dente de tubarão, de uma forma aproximadamente

triangular, às vezes reniformes, com ângulo mais ou menos agudo (figura 2.5)

(K.E.F.I., 2010). Algumas variedades africanas apresentam sementes mais pequenas

e o conteúdo por quilograma pode atingir mais de 100000 sementes (K.E.F.I., 2010).

Depois da polinização, as sementes necessitam de 4 a 5 semanas para atingir a

maturação (Webber e Bledsoe, 2002).

Figura 2.5. – Aspecto das sementes de kenaf. (Fonte: Webber et al., 2002).

As sementes contêm um óleo similar ao do algodão, com um conteúdo mais baixo de

ácido linoleico e sem gossipol, um pigmento polifenólico tóxico, que causa o

escurecimento do óleo. O conteúdo de óleo nas sementes varia, em média, entre os

16% e os 26% (Webber e Bledsoe, 2002; Maracchi, 2007). As sementes de kenaf

perdem facilmente a capacidade de germinar (cerca de 8 meses em condições

normais) devido ao elevado teor em óleo (Maracchi, 2007). Este óleo pode ser

utilizado na alimentação humana, tendo-se verificado que possui elevadas

quantidades de fosfolípidos (cerca de 6%)(Webber e Bledsoe, 2002). Os ácidos

gordos maioritários são o palmítico (20,1%), o oleico (29,2%) e o linoleico

(45,9%)(Webber e Bledsoe, 2002).

9

O kenaf apresenta um sistema radicular profundo, com raízes laterais longas, que o

tornam bastante tolerante à seca e num utilizador eficiente no uso de nutrientes

provenientes de resíduos de culturas anteriores (Maracchi, 2007 e Alexopoulou, 2003).

2.3. FACTORES EDAFO-CLIMÁTICOS

O kenaf é capaz de se adaptar a uma grande variedade de condições climáticas, mas

atinge o seu crescimento máximo nas regiões tropicais e subtropicais. Pode ser

cultivado a latitudes compreendidas entre os 45ºN a 30ºS e a altitudes inferiores a

1000 m. Como apresenta um crescimento rápido, atingindo alturas elevadas, a

exposição a ventos fortes pode provocar-lhe problemas como a quebra dos caules, o

que representaria um decréscimo nos valores de produtividade (Maracchi, 2007 e

Alexopoulou, 2003).

As produtividades mais elevadas são alcançadas em solos quentes, a temperaturas

médias diárias do ar entre os 20 e os 22ºC, com suficiente humidade (precipitação

mensal entre os 90 e os 275 mm) e humidade relativa bastante elevada (65 a 85%)

(Maracchi, 2007). A ausência de geadas durante o ciclo cultural é de vital importância

e a sementeira deve ser efectuada quando a temperatura do solo for superior a 12ºC.

A temperatura mínima para a germinação e desenvolvimento nos estágios iniciais de

crescimento é de 9,5ºC (Maracchi, 2007). Ao longo do ciclo vegetativo a temperatura

mínima não deve ser inferior a 15ºC (Alexopoulou, 2003).

O kenaf é pouco exigente no que respeita ao tipo de solo, mas obtêm-se rendimentos

superiores em solos bem drenados, com uma textura franco-arenoso, pH neutro (entre

6 e 7), com um elevado teor em húmus, matéria orgânica e elementos minerais (El

Bassam, 1998). A exigência hídrica anda em torno dos 500 a 600 mm para um ciclo de

crescimento de 4 a 5 meses, com uma distribuição homogénea durante todo o ciclo

vegetativo (El Bassam, 1998). A escassez de água é um factor limitante da cultura,

bem como os períodos de grandes chuvadas, especialmente na fase de

desenvolvimento das sementes, uma vez que este são factores inibidores do

crescimento (El Bassam, 1998). O kenaf apresenta uma certa tolerância à irrigação

com águas de elevada salinidade (Maracchi, 2007).

2.4. CULTIVO

A época de sementeira depende fortemente das condições pedoclimáticas locais. As

variedades de fotoperíodo tardio crescem até à floração, que ocorre no final de

Setembro, princípios de Outubro, nas regiões mediterrânicas. Por este motivo a

sementeira deverá ser efectuada na primavera, o mais cedo possível, de modo a que

o ciclo vegetativo seja o mais longo possível, mas somente quando a temperatura da

atmosfera superar os 15ºC, pois a cultura é sensível a temperaturas baixas (Maracchi,

2007).

Uma boa preparação do solo e a profundidade a que a semente é colocada – a qual

deverá ser de aproximadamente 2 a 4cm – são factores de igual relevância na

10

germinação (que ocorre entre 4 a 7 dias) e desenvolvimento da cultura (figura 2.6)(El

Bassam, 1998; Maracchi, 2007). As sementes de kenaf exigem um bom contacto com

o solo, para poderem germinar, pelo que a preparação de uma boa cama para a

semente, fina e bastante húmida, é uma condição necessária (Maracchi, 2007).

Figura 2.6. – Plântulas de kenaf, 4 dias após a germinação. Fonte: Arquivo pessoal Ana Luísa Fernando

(2010).

A densidade de sementeira óptima situa-se entre as 20 e 30 plantas por m2, com uma

distância entre fileiras compreendidas entre os 25 e os 50 cm. Uma densidade

superior pode conduzir a uma diminuição da altura e diâmetro das plantas bem como a

um esmorecimento das plantas durante o ciclo cultural, devido à competição pela

disponibilidade de recursos, como a luz, os nutrientes e a humidade do solo (Maracchi,

2007). Nesta situação, o número total de plantas reduz-se ao longo do ciclo vegetativo,

para os valores de densidade óptimos (Webber e Bledsoe, 2002). Densidades

inferiores produzem plantas excessivamente ramificadas que podem causar

problemas na fase de colheita (Webber e Bledsoe, 2002). Nestas condições, a

produtividade é mais reduzida e as fibras produzidas são de baixa qualidade (Webber

e Bledsoe, 2002)

Sendo uma cultura anual primaveril pode ser inserida numa rotação em áreas em que

sejam cultivadas monoculturas; para além disso a planta é adequada para utilizar a

fertilidade residual de culturas precedentes, o que pode reduzir a quantidade de

fertilizantes a aplicar (Alexopoulou, 2003; Maracchi, 2007).

No que toca à fertilização mineral, a cultura deve dispor das seguintes quantidades

dos principais nutrientes (Quadro 2.1.):

Quadro 2.1. Dosagem de fertilizantes recomendada para o kenaf (El Bassam, 1998).

Elemento Quantidade (kg/ha)

Azoto na fase de sementeira 20-30 Azoto para uma altura da planta de 20 cm 50-60 Potássio (K2O) 120 Fósforo ( P2O5) 60

11

No entanto, o programa de fertilização deverá ter em consideração, não só as

necessidades de nutrientes da cultura, mas também a concentração destes elementos

existente no solo e o nível de extracção destes por parte da cultura, a fim de se evitar

a aplicação de um excesso de nutrientes no solo (Webber et al., 2002).

As folhas, quando caem, e a degradação da parte não fibrosa dos caules, restituem ao

solo uma quantidade significativa de azoto, cálcio, magnésio, fósforo e potássio

(Maracchi, 2007).

No Mediterrâneo, a luta contra as espécies infestantes (maioritariamente ervas

daninhas) deve ser realizada desde o início do ciclo da cultura, com a aplicação de

herbicidas pré ou pós emergência (Maracchi, 2007). Na perspectiva de reduzir o

impacte ambiental associado a esta cultura, podem não ser utilizados herbicidas se o

controlo das infestantes for realizado mecanicamente. Neste caso, a distância entre as

filas devem ser tais que seja permitida a passagem das máquinas (Maracchi, 2007).

Após cobertura total do solo pelas folhas de kenaf, verifica-se a redução do

crescimento e desenvolvimento das infestantes. A grande área de sombreamento no

solo, impede que as infestantes recebam as quantidades de radiação necessárias

para o seu desenvolvimento (Alexopoulou, 2003).

Em climas mais quentes, onde a adaptabilidade da cultura é superior, a taxa de

crescimento do kenaf é mais elevada, o que lhe oferece uma grande eficiência na

competição com as espécies infestantes (Alexopoulou, 2003).

No que respeita às doenças e pragas de insectos, aos quais o kenaf também é

sensível, os principais problemas são colocados pela presença de nemátodes como o

Meloidogyne incognita, Meloidogyne javanica e Meloidogyne arenaria (figura

2.7)(Alexopoulou, 2003; Maracchi, 2007), particularmente prejudiciais nos solos

arenosos, por causa da facilidade de movimentação no solo. Na presença de

nemátodes, as folhas da planta têm tendência a amarelecer e a caírem, ficando o

crescimento da planta comprometido. Quando a infestação é maior, pode ocorrer a

perda total da cultura (El Bassam, 1998). Um programa de rotação de culturas

eficiente e a introdução de variedades mais tolerantes a nemátodes (Gregg, Dowling,

SF459) pode reduzir o problema (Alexopoulou, 2003; Maracchi, 2007; Catroga, 2009).

Figura 2.7. – Da esquerda para a direita apresentam-se os nemátodes Meloidogyne incognita,

Meloidogyne javanica e Meloidogyne arenaria, parasitas do kenaf (Fontes: AFMB, 2010; Ciancio e CNR

Italy, 2010; NCSU, 2010).

12

A antracnose, provocada pelo fungo Colletotrichum hibisci, pode inutilizar totalmente a

cultura. No entanto, a maioria das variedades disponíveis comercialmente são

resistentes a esta doença (Catroga, A. 2009; Alexopoulou, 2003). Durante o Inverno,

os fungos e bactérias podem atacar o caule, degradando o córtex, processo que,

quando controlado, pode ser explorado para facilitar a separação da fibra (Maracchi,

2007).

A maior parte dos problemas causados pelos insectos ocorrem na fase de emergência

e crescimento inicial das plantas. Todos os insectos com aparato bucal de

mastigação/sucção podem causar danos às folhas novas. Contudo, geralmente o

kenaf é bastante tolerante à maioria dos insectos (Maracchi, 2007). Além disso, como

o caule é a fracção da planta que é vulgarmente valorizada, o nível de protecção

contra os insectos pode ser muito mais baixo que aquele aplicado a outras culturas

comerciais.

2.5. COLHEITA

O kenaf pode ser colhido em diferentes momentos do ciclo de cultura, sem que se

verifiquem diferenças substanciais na qualidade das suas fibras. Embora, geralmente,

a época da floração seja a melhor para o fazer, a escolha da época e da modalidade

de colheita, são fortemente influenciadas pelos métodos de processamento e do fim a

que se destina a produção (Maracchi, 2007).

Basicamente, no cultivo do kenaf como cultura de fibra, existem duas tipologias de

recolha: uma quando em verde, com a planta na floração, na qual o caule está ainda

intacto com uma elevada porção de folhas anexadas; e outra, durante o período de

Inverno, após a morte das plantas com o frio, na qual os caules já não apresentam

folhas, estando já degradados pelos agentes atmosféricos e biológicos. No caso da

colheita de Inverno, o material apresenta um conteúdo com um teor de humidade

inferior, reduzindo os problemas de armazenamento, mas a fibra pode ser de pior

qualidade devido à maceração natural no campo (Maracchi, 2007).

Actualmente existe maquinaria específica para o processo de colheita do kenaf. Estão

disponíveis no mercado máquinas que colhem o kenaf e que realizam a separação

das fibras exteriores (parte cortical) das fibras interiores (camada

lenhosa)(descorticação) (Webber et al., 2002a). Para além destas máquinas, e quando

o objectivo é a utilização do caule inteiro, têm vido a ser adaptados equipamentos para

a colheita da biomassa (figura 2.8). Neste caso, os caules podem ser roçados e

retirados do campo sob a forma de feixes ou em fardos (Maracchi, 2007). O kenaf

enfardado é mais fácil de transportar e de armazenar por apresentar uma densidade

superior (Webber et al., 2002a). A peletização ou a compressão do material em cubos,

permite aumentar ainda mais a densidade do material.

13

Figura 2.8. – Colheita de kenaf. Fonte (Webber et al., 2002a).

2.6. PRODUÇÃO DE KENAF

A figura 2.9 ilustra os principais produtores de kenaf do mundo, em milhares de

toneladas, entre os anos de 2004 e 2010 (FAO, 2010). Verifica-se que a produção

mundial de kenaf tem diminuído ao longo dos últimos anos, embora inovações

recentes em termos de utilização da cultura possam despertar o interesse pela planta.

O maior produtor mundial é a Índia, que representa cerca de 43-47% da produção

mundial (FAO, 2010). Na América Latina e Caraíbas, a produção conjunta do Brasil e

Cuba representam praticamente a totalidade da produção observada nesta área, com

o Brasil a produzir em 2010 cerca de 25 x 103 t e Cuba cerca de 10 x 103 t (FAO,

2010). A produção registada nos países desenvolvidos é de 7 x 103 t (sobretudo nos

EUA) e a produção registada no Médio Oriente é de cerca de 3,7 x 103 t (FAO, 2010).

Figura 2.9. – Produção mundial de kenaf. Fonte: FAO (2010).

A produtividade do kenaf pode variar muito, dependendo de factores edafo-climáticos

e da gestão/manejo da cultura (Webber e Bledsoe, 2002). Deste modo, os valores de

produtividade comercial podem variar entre 9 e 22 t/ha (em matéria seca)

(Alexopoulou, 2003).

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150

200

250

300

350

400

1000 t

Mundo

Extremo Oriente

China

Índia

América Latina e Caraíbas

África

14

Em Portugal, os primeiros estudos experimentais realizados com o kenaf foram

iniciados em 1991, no âmbito do projecto de demonstração EUROKENAF (Vivas e

Augusto, 1994). Obtiveram-se, nestes ensaios, produtividades que variaram entre as

12 e 20 t/ha (em matéria seca) (Catroga, 2009).

Em Março de 2003, teve início o projecto “Biomass Production Chain and Growth

Simulation Model for Kenaf – Biokenaf”. No âmbito deste projecto, foram realizados

vários ensaios em campo, com o Kenaf, no Monte de Caparica, pelo Grupo de

Disciplinas de Ecologia da Hidrosfera/Unidade de Biotecnologia Ambiental da

Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa (Fernando et al.,

2007).

Estes estudos demonstraram que nas condições pedoclimáticas do Sul de Portugal,

podem ser alcançados elevados rendimentos (28 t/ha.ano matéria seca), dependendo

das técnicas de cultivo aplicadas (Fernando et al., 2007). A produtividade é

influenciada pela data de sementeira (a qual deve ser realizada no princípio de Maio),

pela densidade de sementeira e pelos níveis irrigação (Fernando et al., 2007, 2007a e

2007b). Obtiveram-se maiores produtividades quando foi aplicada uma densidade de

sementeira de cerca de 40 sementes/m2 e quando os campos foram irrigados de modo

a compensar o défice de água no solo e de modo a prevenir o estabelecimento de

uma situação de tensão hídrica (Fernando et al., 2007, 2007a e 2007b). Das duas

variedades estudadas, Tainung 2 e Everglades 41, verificou-se que a variedade

Everglades 41 era mais produtiva do que a Tainung 2 (Fernando et al., 2007 e 2007a).

A data da colheita e o nível de fertilização azotada não influenciaram a produtividade

da cultura (Fernando et al., 2007, 2007a e 2007b).

2.7. UTILIZAÇÕES DO KENAF

O kenaf pode ser considerado como uma cultura não alimentar altamente produtiva de

crescente interesse na Europa devido a ser (Maracchi, 2007):

Uma cultura com múltiplos destinos produtivos que podem fornecer matéria

bruta para numerosas aplicações industriais e energéticas. A fibra da parte

cortical (entre 30 a 40% do caule) pode ser utilizada para diversas aplicações,

enquanto a parte restante, o miolo lenhoso, entre as diversas utilizações, pode

ser submetido a processos termoquímicos (combustão, pirólise e gasificação)

na produção de energia.

É uma cultura que apresenta elevados níveis produtivos e baixos inputs

agronómicos. As produções podem ser elevadas podendo situar-se acima das

26 t ha-1 de matéria seca. Em condições semi-áridas como aquelas

prevalecentes nas regiões mediterrânicas, o kenaf alcança níveis produtivos

significativos, com 250 a 400 mm de precipitação, quantidades muito inferiores

às exigidas por culturas tradicionais. Além disso, considerando as baixas

necessidades de azoto (50 a 100 kg de N ha-1) esta cultura é considerada

como uma possibilidade válida nas áreas degradadas e pouco férteis.

15

Oferece a possibilidade de um uso alternativo do solo e pode ser inserida na

rotação de culturas, integração muito importante em áreas tradicionalmente

cultivadas com monoculturas (cereais).

Sendo uma cultura herbácea anual, é muito semelhante no que concerne à

gestão efectuada para as culturas convencionais. Por outro lado, sendo anual,

não implica um investimento longo em termos de uso do solo.

O kenaf foi introduzido na União Europeia, entre as culturas com destino não

alimentar, cultiváveis em terrenos em regime de pousio para a produção de fibra para

uso industrial (EC Reg. 1765/92 da Comissão Europeia de 30 de Abril de 1992 e EC

Reg. 334/93 da Comissão Europeia de 15 de Fevereiro de 1993).

A fibra de kenaf é semelhante, nas características gerais, a outras fibras vegetais

extraíveis do caule (cânhamo, linho, etc.)(Maracchi, 2007). Em geral, as características

satisfazem os requisitos da indústria de papel, cordoaria e de fibra, para a construção

de painéis e biocompostos. O comprimento das fibras em média é de cerca de 2,5 mm

e a sua composição é formada por: celulose (58 a 63%), hemiceluloses (21 a 24%) e

lenhina (12 a 14%) (Maracchi, 2007). A presença da lenhina pode representar um

factor negativo na elasticidade da fibra, tornando-a menos adequada,

comparativamente à do cânhamo e outras com aplicação têxtil (Maracchi, 2007).

Apresentam-se de seguida algumas das utilizações do kenaf (Alexopoulou, 2003;

Maracchi, 2007; Catroga, 2009):

Planta produtora de fibra para cordoaria, sacaria, forro de tapetes, artigos de

decoração doméstica (Índia e Egipto, desde tempos remotos);

A sua polpa pode ser utilizada na produção de diversos tipos de papel, que

apresenta elevada qualidade, durabilidade, boa qualidade de impressão e

absorção de tinta; o caule pode ser processado por inteiro ou, se for

descorticado, as duas fracções (caule externo e interno) são processadas

separadamente;

Utilização na indústria têxtil, na construção de painéis de fibra de média

densidade, na produção de painéis integrados para isolamento térmico e

acústico (figura 2.10);

Pode ser utilizado como substituto da fibra de vidro e outras fibras sintéticas,

como enchimento em plásticos para a produção de painéis compósitos

termoplásticos;

Utilização como absorvente de petróleo e seus derivados (em derrames); em

leitos para animais (gatos, aviários, cavalariças); como agente secante em

embalagens;

As plantas verdes, numa fase inicial de crescimento, podem ser utilizadas para

forragem, uma vez que esta cultura apresenta elevados teores em proteína

nesta fase; as partes não aproveitadas pela indústria têxtil e de pasta

celulósica também podem ser utilizadas para forragem;

Utilizado como substrato para a produção de cogumelos;

O óleo, um sub-produto do kenaf, tem também potencial para ser valorizado;

pode ser usado no fabrico de sabões, linóleo, tintas e vernizes e para

iluminação;

16

O bagaço, que contém 35% de proteínas, pode ser utilizado na alimentação de

animais;

Os pigmentos extraídos da flor podem ser utilizados como corantes;

A parte lenhosa é utilizada na produção de pelets que são depois utilizadas em

centrais termoeléctricas ou comercializadas para utilização doméstica.

Figura 2.10. – Isolkenaf Pav – Placa para isolamento acústico – e Isolcell – placa para isolamento

térmico e acústico. Fonte K.E.F.I. (2010).

17

3. PRODUÇÃO DE CULTURAS ENERGÉTICAS UTILIZANDO

ÁGUAS RESIDUAIS

As fontes de energias renováveis, derivadas principalmente do enorme poder da

radiação solar, são as mais antigas fontes de energia utilizadas pela humanidade. A

energia solar, tanto na forma de radiação directa como nas suas formas indirectas –

bioenergia, hídrica e eólica – representaram as fontes de energia nas quais as

primeiras sociedades humanas se basearam. Quando os nossos antepassados

utilizavam o fogo, aproveitavam o processo fotossintético, através do qual as plantas

utilizam a luz solar, para converter dióxido de carbono, água e sais minerais em

biomassa. As sociedades aproveitaram os movimentos da água e do vento, ambos

causados pelo aquecimento dos oceanos e da atmosfera por parte do sol, para moer

milho, irrigar culturas e para efectuar a propulsão de navios.

As tecnologias de aproveitamento da energia solar indirecta, como a madeira, água e

vento, foram-se desenvolvendo até aos primeiros anos da Revolução Industrial. A

partir desta etapa, primeiro o carvão, e depois em sucessão, o petróleo e o gás

natural, fontes de energia altamente concentradas, depressa substituíram a madeira,

vento e água nas casas, indústrias e sistemas de transporte. Hoje, os combustíveis

fósseis estão na base de três quartos do consumo de energia mundial (Godfrey,

2004).

A preocupação com as consequências ambientais da utilização de combustíveis

fósseis, assim como a sua natureza finita, tem vindo a ser formulada de forma

intermitente, inicialmente, e mais constante nas últimas décadas. Estas preocupações

crescentes acerca da “sustentabilidade” dos recursos fósseis têm funcionado como um

importante catalisador do renovado interesse nas fontes de energias renováveis, no

decorrer das últimas décadas. Idealmente, uma fonte de energia renovável é aquela

que não é substancialmente consumida pelo uso continuado e que não implica

significativos impactos socio-ambientais (Godfrey, 2004).

Pelas razões apontadas justifica-se a adopção dessas fontes de energia, assim como

os investimentos em pesquisas para melhoramento dessas tecnologias de forma a

diminuir as externalidades negativas, que elas ainda implicam, e a aumentar as suas

eficiências e rendimentos. Dentre as diversas fontes de energias renováveis, as

culturas energéticas são culturas destinadas a fornecer biomassa para a produção de

energia. Podem ser agrupadas em três tipos principais (Picco, 2010):

Culturas ricas em açúcares – a biomassa destina-se à produção de

biocombustíveis (bioetanol e biogás);

Oleaginosas – espécies caracterizadas por um elevado conteúdo em óleo

vegetal, que pode ser utilizado como tal ou transformado em biodiesel;

Culturas de biomassa lenhocelulósicas – espécies caracterizadas por elevadas

produtividades de matéria seca, que podem ser destinadas a diversas

utilizações energéticas (combustão, pirólise, gasificação, produção de

biocombustíveis).

O quadro 3.1 mostra algumas espécies de culturas energéticas, enquadradas nos

tipos caracterizados anteriormente.

18

Quadro 3.1 – Algumas espécies de culturas energéticas organizadas por tipo de biomassa (Picco, 2010;

El Bassam, 1998):

TIPOLOGIA ESPÉCIE

Culturas ricas em açúcares Sorgo sacarino, cereais de inverno, beterraba sacarina, milho

Oleaginosas Girassol, colza, soja

Lenhocelulósicas

Herbácea anual Sorgo de fibra, kenaf, cânhamo

Herbácea plurianual Cana-do-reino, Miscanthus, cardo

Arbóreas Choupo, salgueiro, eucalipto

Todas as plantas produzem biomassa, mas somente algumas espécies são aptas para

a função energética. Picco, 2010 e El Bassam (1998) resumem quais são as

características ideais que uma espécie deve reunir para ser considerada como tal:

Elevada eficiência na conversão da energia solar (as culturas de ciclo

fotossintético C4 são mais eficientes na conversão em condições de elevada

luminosidade e temperatura);

Elevada taxa de crescimento diário, que deverá ser mantida ao longo do ano;

Elevada intercepção da radiação solar, no espaço e no tempo;

Densidade energética elevada;

Baixos consumos hídricos e um uso eficiente da água;

Necessidades externas mínimas para a produção e colheita – sementes,

fertilizantes, pesticidas, maquinaria e operações associadas, e secagem da

cultura;

Reduzidos impactes ambientais.

A avaliação de uma cultura energética e a sua adequabilidade, deve considerar

múltiplos aspectos. O valor líquido da produção por unidade de superfície,

independentemente do destino final da biomassa, é provavelmente o parâmetro mais

importante para a avaliação da competitividade de uma cultura agrícola num

determinado território. Uma cultura, para garantir uma inserção favorável numa área

definida, deve satisfazer os seguintes pré-requisitos (Venturi e Venturi, 2003):

Adaptabilidade a condições pedoclimáticas específicas;

Facilidade de introdução em sistemas de rotação de culturas pré-existentes;

Níveis de produtividade uniformes e contínuos tanto em termos quantitativos

como qualitativos;

As receitas deverão ser competitivas com as culturas tradicionais;

Balanço energético positivo, com elevado rácio output/input e ganho líquido

energético (output – input);

Técnicas de cultivo em harmonia com o conceito de agricultura sustentável;

Resistência às principais adversidades bióticas e abióticas;

Disponibilidade de material genético (sementes, rizomas, caules) apropriado

para diferentes zonas pedoclimáticas;

Frota de veículos agrícolas adequada à cultura (em particular para as

operações de recolha).

Outros pontos importantes a considerar na qualificação das culturas para fins

energéticos, são a facilidade de recuperação do material de plantio, os baixos

consumos energéticos envolvidos na sua implantação e as características físico-

19

químicas da biomassa produzida. O quadro 3.2 apresenta os resultados associados ao

balanço energético de algumas culturas herbáceas e arbóreas consideradas

adequadas aos processos de transformação termoquímica (Venturi e Monti, 2005).

Quadro 3.2 – Algumas culturas herbáceas e arbóreas consideradas adequadas a tratamento

termoquímico. Fonte: Venturi e Monti (2005).

ESPÉCIE

MATÉRIA

SECA

PODER

CALORÍFICO INFERIOR

(P.C.I.)

OUTPUT

OUTPUT/INPUT2

GANHOS LÍQUIDOS (OUTPUT –

INPUT)

t/ha GJ/t GJ/ha GJ/ha

HERBÁCEAS ANUAIS

SORGO DE FIBRA 20 - 30 16,7 – 16,9 334 - 507 13 – 39 309 - 494

KENAF 10 – 20 15,5 – 16,3 155 – 326 6 – 25 130 – 313

CÂNHAMO 8 – 15 16,0 – 18,0 128 – 270 5 – 20 119 – 227

HERBÁCEAS PLURIANUAIS

MISCANTUS 15 – 30 17,6 – 17,7 264 – 531 12 – 66 242 – 523

CANA-DO-REINO 15 – 35 16,5 – 17,4 247 – 609 11 – 76 225 – 601

ARBÓREAS1

CHOUPO 9 – 20 17,8 – 19,3 160 – 386 10 – 35 144 – 375

SALGUEIRO 10 - 15 17,8 – 18,4 178 – 276 11 - 25 162 – 265 1 – Culturas arbóreas de corte anual;

2 – Os inputs considerados variam de 13-25 a 8-22 GJ ha

-1 ano

-1,

respectivamente para as culturas herbáceas anuais e plurianuais; 11-16 GJ ha-1

ano-1

para as culturas

arbóreas.

O conceito de sustentabilidade de uma cultura energética ou, num sentido mais amplo,

de uma fileira energética, comporta diversos aspectos: técnicos, económicos,

energéticos, ambientais e sociais. Os aspectos técnicos e económicos são

necessários para o desenvolvimento e difusão de uma cultura energética, mas numa

óptica de longo prazo, de planificação e de difusão em larga escala das culturas

energéticas (se pensarmos nos objectivos propostos pela União Europeia para a

produção de bioenergia e as respectivas superfícies agrícolas necessárias - UE,

2009), apresenta-se como fundamental equacionar a sustentabilidade energética,

ambiental e social.

O cultivo de culturas energéticas pode contribuir positivamente para uma série de

aspectos ambientais relevantes, que não se limitam à redução das emissões de gases

de efeito de estufa ou à produção de energia renovável (Rettenmaier et al., 2010),

dentre os quais (e por comparação com culturas tradicionais como o trigo e a batata)

(Picco, 2010; Fernando et al., 2010):

Necessidades reduzidas de fertilizantes e pesticidas com empregos modestos

de meios técnicos, e com rácios muito vantajosos entre os outputs e os inputs

energéticos;

Necessidade reduzidas em recursos hídricos – contrai-se assim a utilização de

um importante e limitado recurso, e reduzem-se os efeitos provocados pela

lixiviação de nutrientes em práticas de irrigação;

As espécies perenes apresentam ainda uma elevada eficiência na assimilação

e uso de azoto e água, conduzem a um aumento da matéria orgânica no solo,

que a par da cobertura do solo no Inverno limita o risco de erosão do solo;

As espécies que florescem, como o kenaf, contribuem para a biodiversidade e

riqueza da paisagem.

20

No entanto, a produção de culturas energéticas pode também ter alguns impactes

negativos. Nomeadamente, na orla Mediterrânea, a maioria das culturas em estudo

pode necessitar de irrigação no Verão, para combater o stress hídrico. Este factor

pode ter um impacto significativo nas reservas de água doce, que são escassas nesta

zona do globo, entrando em competição com as culturas alimentares pelo seu uso. No

entanto, o impacto a nível hídrico das culturas energéticas não se resume apenas à

deplecção dos recursos. Nomeadamente, as culturas que apresentam necessidades

hídricas elevadas (como a beterraba sacarina e o cânhamo) e sistemas radiculares

extensos e profundos (como as perenes, o cânhamo e o sorgo sacarino) ao

interceptarem e armazenarem a água da precipitação, podem impedir a recarga dos

aquíferos (Fernando et al., 2010). Em contraponto, a elevada cobertura do solo

minimiza as escorrências superficiais, o que é verificado nas perenes devido à

permanência em contínuo da fracção radicular e à sua extensão (Fernando et al.,

2010).

Gerbens-Leenes et al. (2009) aplicaram o conceito de pegada ecológica de água nos

processos produtivos de várias culturas energéticas. O conceito de pegada ecológica

de água foi introduzido por Hoekstra e Hung (2002), definindo-se no caso das culturas

energéticas, como o volume total de água doce usada na produção, transporte e

utilização da biomassa por unidade de energia produzida.

Quadro 3.3 – Pegada ecológica de água de algumas culturas energéticas para produção de electricidade,

etanol e biodiesel. Fonte: Gerbens-Leenes et al., 2009.

CULTURA PEGADA ECOLÓGICA NA ÁGUA (m

3 GJ

-1)

ELECTRICIDADE ETANOL BIODIESEL

Beterraba Sacarina 46 59 -

Milho 50 110 -

Cana de Açúcar 50 108 -

Trigo 93 211 -

Batata 105 103 -

Soja 173 - 394

Sorgo 180 419 -

Colza 383 - 409

De acordo com estes dados, a pegada ecológica de água da bioelectricidade é menor

do que a causada na produção de etanol e biodiesel, porque é mais eficiente utilizar a

biomassa total (para electricidade ou calor) do que a fracção da cultura (o açúcar, o

amido ou o óleo) para biocombustíveis (Gerbens-Leenes et al., 2009). De acordo com

o relatório da UNESCO (2009), estima-se que sejam utilizados, anualmente, cerca de

44 km3 de água na irrigação de culturas para a produção de biocombustíveis (2% do

total de água utilizada na irrigação de culturas), prevendo-se que este valor irá

aumentar para os 180 km3 de água, com a implementação dos planos nacionais de

produção de biocombustíveis.

Neste sentido, a utilização de águas residuais tratadas na irrigação de culturas

energéticas pode contribuir para a sustentabilidade da sua produção. Além disso, as

culturas energéticas, sobretudo as perenes, caracterizam-se por apresentarem uma

elevada eficiência na utilização de nutrientes e na redução das perdas por lixiviação

(Fernando et al., 2010). Este factor é muito importante, pois a irrigação com águas

21

residuais poderá constituir uma fonte de degradação e contaminação dos meios

receptores.

Christian et al (2006) referem que a cultura de Miscanthus, com uma fertilização que

ronda os 0 a 60 kg N ha-1 ano-1, evidencia uma lixiviação de nitratos extremamente

pequena, praticamente limitada ao primeiro ano de plantio, no qual a cultura está na

fase de emancipação/crescimento. As árvores de crescimento rápido, de igual forma,

podem comportar perdas de nutrientes por lixiviação no caso de fertilizações

intensivas erroneamente aplicadas nas fases iniciais do plantio, quando o solo não

está ainda completamente explorado pelo sistema radicular. Makeschin (1994) mostra,

contudo, uma redução média de 50% da lixiviação de nitratos nas águas de

percolação de solos cultivados com árvores de crescimento rápido (fertilizados e não

fertilizados), quando comparados com os solos controlo cultivados com culturas

intensivas.

As culturas perenes podem, portanto, ter um papel importante em zonas vulneráveis à

poluição de águas com nitratos (Picco, 2010). Por um lado, as culturas plurianuais

como a cana-do-reino, o Miscanthus e o choupo, apresentam necessidades reduzidas

em fertilizantes e pesticidas, contribuindo assim para a redução da carga poluente

difusa proveniente das actividades agrícolas (Picco, 2010).

Por outro lado, o sistema solo-planta actua como filtro natural na purificação de águas

degradadas (fitodepuração), podendo ser utilizado de diferentes modos, como o uso

de águas poluídas na irrigação (sistema extensivo de fitodepuração), reabilitação

operada por vegetação rupícula (zonas tampão ou “Buffer strip”), e a fitodepuração em

ambiente submerso ou saturado (zonas húmidas ou “wetland”) (Picco, 2010).

O uso de plantas como faixas-tampão constituídos por culturas plurianuais com fins

energéticos, é, como tal, um bom auxiliar na intercepção de nutrientes. Neste caso, as

faixas de protecção (zonas tampão) são formações, geralmente com desenvolvimento

linear (uma ou mais linhas), caracterizadas por elementos arbóreos e/ou arbustivos.

São plantadas na proximidade das linhas de água, e interceptam a água oriunda dos

terrenos agrícolas das imediações, garantindo um efeito tampão sobre potenciais

cargas poluentes geradas pelas práticas agrícolas (nitratos, fosfatos, pesticidas, etc.).

A par da faixa tampão, a introdução de culturas plurianuais, em particular as

herbáceas, garantem uma contínua cobertura do solo durante o ano, podendo

desenvolver uma acção de filtro dos escoamentos superficiais e sub-superficiais

contribuindo para a redução dos nitratos e outros contaminantes das águas que os

atravessam (Picco, 2010).

A principal condição que permite às faixas de vegetação desenvolver uma acção de

remoção de nutrientes dos corpos hídricos é a relação entre os sistemas radiculares

das plantas e a água, que dos cultivos agrícolas fluem para os canais de fluxo

superficial ou sub-superficial. Esta acção ocorre através de três processos

fundamentais (Picco, 2010):

A actividade microbiológica de desnitrificação;

A assimilação de nutrientes pelas plantas;

A filtração física da água com deposição de sedimentos.

22

No processo de desnitrificação, os óxidos de azoto são removidos do solo e da água,

e convertidos em azoto gasoso inerte (N2), libertado na atmosfera sem produzir efeitos

poluentes. A desnitrificação operada por bactérias anaeróbias facultativas ocorre se

existirem condições de anóxia e em particular quando o solo estiver saturado de água.

(Picco, 2010)

O papel que a vegetação desempenha no processo de desnitrificação é indirecto, uma

vez que contribui para a sustentação de populações de microrganismos, fornecendo-

lhes energia através do processo de decomposição da manta morta e um habitat

(rizosfera), rico em exsudados radiculares. O sistema radicular aumenta ainda os

tempos de residência da água no solo, com uma maior eficiência do processo de

imobilização e remoção definitiva do azoto do sistema. (Picco, 2010)

A assimilação de nutrientes ocorre através da actividade metabólica das plantas que

capturam os elementos nutritivos (fósforo, azoto nítrico e amoniacal) presentes na

solução do solo que os absorvem por meio dos capilares radiculares. A eficiência das

plantas na remoção de nutrientes é influenciada pela idade das mesmas, pela

composição específica e fase de crescimento vegetativo. A absorção de compostos

azotados e de fósforo é maior nas plantas jovens e nas espécies de crescimento

rápido, enquanto que nula durante o período de dormência. (Picco, 2010)

A filtração mecânica é o processo através do qual as partículas de terra transportadas

pela água e as moléculas a elas adsorvidas são interceptadas pelos sistemas

radiculares e pela manta vegetal produzida pela vegetação, mitigando a restituição de

substâncias potencialmente poluentes, como o fosfato, azoto orgânico e alguns

pesticidas no corpo de água receptor. (Picco, 2010)

3.1. REUTILIZAÇÃO DE ÁGUAS RESIDUAIS TRATADAS NA REGA

AGRÍCOLA

Quando se aborda o tema dos recursos hídricos, a escassez e a degradação da sua

qualidade são dois aspectos importantes. A escassez de água pode resultar de

situações naturais, decorrentes do clima da região ou também ser consequência do

crescimento demográfico e socioeconómico. Outros factores determinam aumentos

sazonais de necessidade de água, principalmente a agricultura e o turismo. O

insuficiente controlo das fontes antropogénicas da poluição ampliam a degradação da

qualidade da água e acentuam os desequilíbrios quantitativos entre a procura e a

disponibilidade de água. Acresce-se ainda o efeito das alterações climáticas. Menor

disponibilidade de água em quantidade no caso da seca; em qualidade no caso das

cheias. (Marecos do Monte e Albuquerque, 2010)

A reutilização de águas residuais tratadas deve ser encarada como uma estratégia de

conservação dos recursos hídricos e representa um benefício sócio – económico

(Marecos do Monte e Albuquerque, 2010):

a) contribui para aumentar os recursos hídricos necessários para satisfação das

necessidades presentes e futuras para usos mais nobres;

23

b) ao reduzir o caudal de águas residuais tratadas descarregado nos meios receptores

aquáticos, protege os ecossistemas, na medida em que reduz a quantidade de

poluentes lançados no meio.

Mas a utilização de águas residuais tratadas pode também incorrer em riscos

sanitários e ambientais, pois estes efluentes contêm constituintes químicos e

microbiológicos, alguns patogénicos, que não são totalmente removidos ou inactivados

nas estações de tratamento, os quais devem ser tidos em consideração nos projectos

de reutilização. Além disso, existe o risco potencial da não aceitação pelo público.

A rega agrícola é o grande domínio de aplicação no aproveitamento de águas

residuais tratadas. Entre os benefícios decorrentes da utilização de águas residuais

tratadas na rega, distinguem-se os seguintes (Santos, 2008):

• conservação dos recursos hídricos;

• benefícios económicos e ambientais relativamente a outros métodos de

descarga;

• disponibilidade de água em quantidade e qualidade suficiente e adequada;

• redução da utilização de fertilizantes devido à presença de nutrientes nos

efluentes;

• redução da procura do abastecimento de água potável.

Não obstante os benefícios, existem alguns riscos potenciais. A qualidade de águas

residuais tratadas para rega deve satisfazer os requisitos agronómicos e os requisitos

de protecção da saúde pública. Do ponto de vista agronómico, a água de rega destina-

se a satisfazer as necessidades hídricas das plantas, não devendo ser o veículo de

aplicação de substâncias prejudiciais ao seu desenvolvimento (como o excesso de

sais dissolvidos, de sódio, de metais pesados, de cloro residual) e podendo transportar

substâncias benéficas ao desenvolvimento da planta (como os compostos de azoto e

de fósforo, o potássio, o zinco, o enxofre e boro, por exemplo). A protecção da saúde

pública exige que o teor de microrganismos indicadores de contaminação fecal seja

compatível com o tipo de exposição humana e animal à rega e aos produtos regados.

No Quadro 3.4 apresentam-se as características das águas residuais tratadas que

mais podem afectar o biossistema solo-planta. (Marecos do Monte e Albuquerque,

2010)

Os riscos potenciais poderão ser minimizados, ao serem estabelecidos valores de

referência. Em Portugal, no que se refere aos requisitos de qualidade agronómica das

águas residuais tratadas a utilizar na rega, foram adoptados os critérios indicados no

Anexo XVI do Decreto-lei nº 236/98, de 1 de Agosto, os quais correspondem, de um

modo geral, aos padrões recomendados pela FAO (2003). Para a FAO (2003), os

conteúdos de azoto, fósforo e potássio contidos em águas residuais domésticas

provenientes de tratamento secundário deverão estar enquadrados entre 20-60 mg.l-1,

6-15 mg.l-1, e 10-30 mg.l-1, respectivamente, de modo a se incrementar as

produtividades das culturas sem colocar quaisquer danos tanto na cultura como nos

meios receptores desses nutrientes.

24

Quadro 3.4 – Características das águas residuais tratadas que mais podem afectar o biossistema solo-

planta. (Fonte: Marecos do Monte e Albuquerque, 2010)

CARACTERÍSTICA PARÂMETRO DE AVALIAÇÃO EFEITO

Salinidade/sais inorgânicos dissolvidos

Sólidos Dissolvidos Totais. Condutividade eléctrica. Iões específicos (Na, Ca, Mg, Cl,B)

A elevada salinidade prejudica o bom desenvolvimento de muitas plantas; alguns iões podem ser tóxicos para as plantas (Na, B, Cl); o Na pode induzir problemas de permeabilidade no solo

Sólidos em suspensão

Sólidos Suspensos Totais (SST)

Concentrações elevadas de SST podem provocar entupimentos nos equipamentos de rega

Matéria orgânica biodegradável

CBO, CQO Em efluentes tratados o teor de matéria orgânica em geral não causa problemas

Compostos orgânicos refractários

Compostos específicos (fenóis, pesticidas, hidrocarbonetos halogenados)

Resistem aos processos convencionais de tratamento. Alguns são tóxicos ⇒ a sua presença pode ser limitativa da utilização do efluente para rega

Nutrientes N (N-org + N-NH4+ N-NO2 + N-NO3), P, K

São nutrientes essenciais para o crescimento das plantas ⇒ a sua presença normalmente valoriza a água de rega. Quando aplicados no solo em quantidades excessivas podem induzir a poluição das águas subterrâneas

Actividade hidrogeniónica

pH O pH das águas residuais afecta a solubilidade dos metais e a alcalinidade do solo

Metais pesados Elementos específicos (Cd, Cr, Cu, Fe, Hg, Ni, Zn)

Alguns acumulam-se no solo ou nas plantas e são tóxicos para as plantas e animais ⇒ podem constituir factor limitante à utilização de águas residuais

Cloro residual Cl livre. Cl combinado. Teores excessivos de cloro livre podem causar queimaduras nas folhas. O cloro combinado não causa problemas

Microrganismos patogénicos

Coliformes fecais. Helmintas. Organismos indicadores.

Transmissão de doenças

No Quadro 3.5 apresenta-se um resumo dos principais diplomas em vigor relevantes

para a reutilização de águas residuais na rega, tanto a nível comunitário como

nacional.

Quadro 3.5 – Legislação comunitária e portuguesa com incidência na reutilização de águas residuais

tratadas na rega. (Fonte: Marecos do Monte e Albuquerque, 2010)

APLICAÇÃO INCIDÊNCIA NA REUTILIZAÇÃO

LEGISLAÇÃO COMUNITÁRIA

LEGISLAÇÃO PORTUGUESA

Rega agrícola e paisagística

– Protecção da saúde dos trabalhadores e dos consumidores – Poluição do solo e das águas subterrâneas

a) Directiva n.º 91/676/CEE – Nitratos b) Estratégia Temática dos Pesticidas (COM 372,2006) e Mercúrio (COM 69 e COM 636, 2006) c) Directiva n.º 2006/118/CE – protecção das águas subterrâneas contra a poluição e deterioração d) Directiva do Solo (em preparação)

a) Decreto-Lei n.º 236/98, de 1 de Agosto – normas, critérios e objectivos de qualidade destinadas a proteger o meio aquático e melhorar a qualidade das águas em função dos seus principais usos b) Decreto-Lei n.º 235/97, de 3 de Setembro, alterado pelo Decreto-Lei n.º 68/99, de 11 de Março – poluição das águas por nitratos de origem agrícola c) Portaria n.º 258/2003, de 19 de Março – carta das zonas vulneráveis à poluição por nitratos d) Decreto-Lei n.º 382/99, de 22 de Setembro – perímetros de protecção para captações de águas subterrâneas destinadas ao abastecimento público e) Decreto-Lei n.º 208/2008, de 28 de Outubro – regime de protecção das águas subterrâneas contra a poluição e deterioração

25

Em Portugal, a agricultura é o maior consumidor de água (87% do consumo total), mas

apresenta uma elevada disponibilidade de águas residuais tratadas (Marecos do

Monte e Albuquerque, 2010). O efluente final das estações de tratamento de águas

residuais urbanas existentes e a construir até 2013 constitui um apreciável volume de

água, superior a 500 milhões de m3 anuais, parte das quais podem ser canalizadas

para rega (Marecos do Monte e Albuquerque, 2010), por exemplo, de culturas

energéticas.

3.2. UTILIZAÇÃO DE ÁGUAS RESIDUAIS TRATADAS NA PRODUÇÃO DE

CULTURAS ENERGÉTICAS, CASOS DE ESTUDO

Uma alternativa à utilização de solo de boa qualidade e águas superficiais de

qualidade para a irrigação é o de maximizar o uso de águas recicladas tratadas para a

produção de culturas energéticas. Por exemplo, no estado da Carolina do Norte, o

segundo estado maior produtor de suínos nos EUA, os resíduos líquidos de

suiniculturas eram tratados em lagoas anaeróbias de tratamento. Contudo o histórico

de tempestades tropicais que o estado tem atravessado comprometeu muitas dessas

instalações, factor que forçou a procura de outros métodos para o tratamento dessas

águas. A reutilização destes efluentes para rega, após armazenamento para

deposição de sólidos, foi uma opção considerada, na qual o plantio de culturas com a

capacidade de absorver essa água sem que o seu crescimento vegetativo e qualidade

de biomassa ficassem afectados, era uma exigência essencial. Neste estudo, Stone et

al. (2010) concluíram que os cerca de 90 milhões de m3 de águas residuais produzidas

seriam suficientes para irrigar aproximadamente 60.000 hectares destinados a culturas

energéticas, com uma aplicação média anual de 150 mm.

Dimitriou e Rosenqvist (2010), referem-se ao potencial crescimento económico

derivado da utilização de choupos e salgueiros quando irrigados com águas residuais.

Os autores proferem que se fossem utilizadas águas residuais tratadas na rega destas

árvores, as quantidades de energia renovável produzida e os rendimentos económicos

do processo seriam consideráveis. Concluíram que, nos países da União Europeia-27,

se todas as águas residuais fossem utilizadas para este fim, se obteriam 309 PJ de

energia renovável extra anualmente, em 1,4% de solo agrícola, com uma margem de

lucro que pode aumentar até 199€ por GJ (Dimitriou e Rosenqvist, 2010). Os

rendimentos seriam dependentes das quantidades de azoto e fósforo presentes nas

águas residuais, assim como das regiões climatéricas onde decorreria o processo. O

trabalho refere também o caso português. Caso todas as águas residuais tratadas

servissem para a irrigação de choupos e salgueiros, obteriam-se 6,6 PJ em 2,1% das

terras aráveis.

Khan et al. (2010), referem um incremento do crescimento vegetativo e da

produtividade de sorgo aquando da aplicação de águas residuais tratadas, quando

comparado com o rendimento obtido com água doce e com aplicação de fertilização

normal, mantendo-se inalterável o teor de nutrientes nas plantas após aplicação

sucessiva de águas residuais tratadas. Referem ainda o potencial económico que as

águas residuais têm, por poderem proporcionar quantidades adequadas de nutrientes

para o crescimento e produtividade das plantas.

26

Khan et al. (2009) referem a aplicação de águas residuais provenientes de lagoas de

estabilização no Paquistão na cultura de girassol, uma cultura oleaginosa valiosa do

ponto de vista económico, que não apresenta uma produção significativa nesse país.

Os autores referem aumentos significativos na altura das plantas, durante a fase

vegetativa, quando irrigadas com as águas residuais em relação a dois controlos

desenvolvidos em paralelo: controle 1, irrigadas com água potável; controle 2,

irrigadas com água potável e ureia. Referem um aumento significativo sobre os

controlos referidos no que concerne à área foliar, ao diâmetro dos capítulos, ao

número de sementes por planta, ao peso total das sementes por planta, bem como ao

peso de 100 sementes, quando aplicadas águas residuais na sua irrigação. Estes

autores concluíram também que a irrigação com águas residuais originou um aumento

significativo da concentração de Na, Ca e Mg nas folhas de girassol e do

micronutriente Mn nas raízes. Os níveis de nutrientes nas restantes partes das plantas

permaneceram sem variações. O aumento da concentração desses nutrientes nas

folhas das plantas é consistente com outros estudos, como é o caso do de Garcia et

al. (2007), que se referem ao aumento dos teores de sódio, cálcio e magnésio

decorrente da aplicação de águas salinas em culturas agrícolas.

De acordo com Khan et al. (2009), o aumento nos rendimentos de girassol pode ser

explicado não só pelas quantidades disponíveis de N, P e K, como pela quantidade de

matéria orgânica que melhora a estrutura do solo assim como outras propriedades do

solo relacionadas com a disponibilidade de nutrientes. O uso de águas residuais

tratadas aumenta o carbono total, a concentração de azoto total e os teores em outros

minerais, juntamente com a actividade microbiana do solo, que auxilia na

disponibilidade de nutrientes para as plantas (Khan et al., 2009).

Williams et al. (2008), referem a aplicação de águas residuais na produção de Arundo

donax (cana-do-reino) na Austrália. Trata-se de uma cultura adequada à produção de

biocombustíveis de segunda geração, e que apresentou uma elevada produção de

biomassa por ano (45,2 t/ha, de matéria seca), em terrenos salinos de baixa

qualidade, irrigados com águas residuais e sem adição de pesticidas. Esse rendimento

é referido pelos autores como sendo o dobro do relatado para as culturas como o

sorgo ou o kenaf, quando cultivados em terras aráveis com elevada pluviosidade e

com melhor qualidade da água. Referem-se ainda à elevada capacidade da planta em

acumular grandes quantidades de N, P e K, nas doses de 528, 22 e 664 kg/ha/ano,

respectivamente, e tolerando salinidades da água até 25 dS/m por vários meses.

Mavrogianopolos et al. (2002), examinaram a eficiência do Arundo donax, como fonte

de produção de biomassa e como sistema de filtração de efluentes de suinicultura,

num estudo desenvolvido ao longo de três anos na Grécia. Neste estudo, a planta

mostrou uma resposta positiva às aplicações de águas residuais, tanto no que

concerne ao crescimento como à produção de biomassa. Não se registaram nenhuns

sinais de efeitos nocivos ou tóxicos durante esse crescimento em nenhum tecido da

planta, o que revela uma boa tolerância da planta às substâncias presentes nas águas

residuais. Somente a absorção de Zn e Cu foi ligeiramente maior do que a absorção

das plantas controlo, o que se deveu possivelmente à elevada concentração desses

iões na solução nutritiva.

27

Barbera et al. (2009), referem a aplicação de um projecto experimental que tem por

finalidade produzir biomassa com fins energéticos, através da aplicação de águas

residuais domésticas tratadas. Este projecto pretende, para além de produzir

bioenergia, implementar um sistema de depuração que envolve um conjunto de

diversas culturas, actuando em diferentes etapas e com uma função específica, em

função de um determinado tipo de poluente. Convém frisar que para além do Arundo

donax, que ocupou nestas instalações a maior parte da área das instalações

destinadas à depuração das águas, também foram incluídas outras plantas com

interesse energético, tais como o Miscanthus e o sorgo. Os autores referem-se às

produtividades das várias plantas utilizadas no sistema de fitodepuração, e referem-se

ao Arundo donax como sendo a espécie mais produtiva dentre todas as testadas.

Também em Itália, o projecto Biocolt, conduzido pela Veneto Agricoltura, uma

empresa do sector agrícola, florestal e agro-alimentar da região de Veneza, refere a

hipótese de produzir culturas energéticas (Miscanthus, Arundo donax e choupo) com

águas residuais, apresentando as vantagens económicas que os produtores locais

teriam em seguir esse rumo (Picco, 2010).

Existem inúmeros projectos na Europa e no resto do mundo em que o salgueiro é

irrigado com águas residuais, com o fim de depurar o efluente. O projecto BIOMEPUR,

conduzido por investigadores belgas, e que decorreu entre 1999 e 2002, na região da

Valónia, teve como objectivo testar o tratamento terciário de águas residuais, através

do uso de salgueiros na depuração biológica (UCL, 2002). Este sistema assente nas

relações solo-planta pode ser considerado como um reactor bio-físico-químico em que

os principais processos activos são os seguintes: as partículas do solo filtram os

sólidos em suspensão e fixam os elementos em solução nas águas residuais por

adsorção, troca iónica ou precipitação; os macro e microrganismos transformam e

estabilizam as matérias orgânicas e transformam o azoto; o salgueiro utiliza esses

elementos para o crescimento, mantém ou aumenta a capacidade de infiltração no

solo e reduz o volume de águas residuais através da evapotranspiração (UCL, 2002).

A biomassa seca obtida variou de 20 a 40 t/ha, um aumento, em média, de cerca de

50%, face à prática convencional. No estudo verificou-se, também, que os teores de

azoto no efluente podem ser superiores, pois os teores de azoto no solo e na água de

lixiviação, obtida a 60 cm de profundidade, foram muito reduzidos.

Na Suécia, cerca de 15.000 ha de salgueiros foram plantados com o objectivo de

produzir energia, sendo que em simultâneo se efectuava a rega (com vista à

depuração) com águas residuais domésticas e lixiviados de aterros (estiveram

envolvidos cinco aglomerados populacionais e 30 aterros, Börjesson e Berndes, 2006).

Börjesson e Berndes (2006) referem que em Kageröd (Suécia), 75 a 95% de azoto e

fósforo proveniente dos esgotos foram absorvidos pelas culturas energéticas, quando

a rega fornecida variou de 500 a 1000 mm/ano. A carga de azoto presente na irrigação

com 600 mm/ano rondava os 125 kg/ha, não tendo causado nenhum problema a longo

prazo no ambiente receptor (como a lixiviação de nitratos, por exemplo). A remoção do

azoto foi efectuada por acumulação no filtro vegetal e por desnitrificação tratando 60

habitantes – equivalente/ha. Os autores verificaram que um aumento da rega para

2000-5000 mm/ano iria diminuir a eficiência do processo depurativo em cerca de 10 a

55%.

28

Na região de Bogesun (Suécia), a aplicação de água residual dobrou a produção de

salgueiros, tendo-se verificado que para além da depuração de azoto presentes nas

águas, o salgueiro também teve um efeito depurativo nos teores de zinco e cádmio

existentes nos efluentes (10-12 t de salgueiro /ha.ano, matéria seca, removeram cerca

de 20g de Cd) (Börjesson e Berndes, 2006).

Börjesson e Berndes (2006) referem também o caso de Enköping (Suécia), uma

cidade com 20.000 habitantes, que tem uma estação de tratamento de água que utiliza

salgueiros no tratamento terciário. Cerca de 200.000 m3 de água são utilizados na

irrigação de cerca de 80 ha. Este tratamento adicional reduz em cerca de 50% a

poluição do lago Mälaren e do Mar Báltico. A central de co-geração de Enköping, que

funcionava a carvão, passou a trabalhar somente com madeira como combustível. O

salgueiro é incorporado na mistura de combustíveis (3000 m3 por dia no Inverno) e as

cinzas da central são misturadas com as lamas da estação de tratamento das águas

residuais, que são depois espalhadas nos salgueiros em crescimento, efectuando-se

dessa forma a reciclagem dos minerais. Os agricultores que gerem os 80 hectares de

salgueiro (50% das suas terras) estão bastante satisfeitos com a rentabilidade do

projecto. Orgulham-se dos contratos, em primeira instância com a cidade, que

financiou o sistema de irrigação e em segundo lugar com a central de co-geração,

para a qual fornecem a madeira, e pelos rendimentos que obtêm desse modo.

Convém notar que a operação é igualmente lucrativa para a autarquia, que consegue

efectuar economias que rondam 1.000.000€ através do seu investimento na

depuração das águas.

O Quadro 3.6 apresenta uma comparação entre os rendimentos em termos de

produção de biomassa da cultura energética, estimados para uma irrigação

convencional em diferentes regiões do país, com os rendimentos obtidos na irrigação

da mesma cultura com as águas residuais provenientes do sistema de tratamento

terciário.

Quadro 3.6 – Rendimento do Salgueiro irrigado com águas residuais na Suécia. Os valores apresentados

para os rendimentos da biomassa designados por Sistemas de Plantio Convencionais referem-se a

plantações trabalhadas e em bons solos, com exclusão da primeira colheita após o estabelecimento

quando a colheita é de aproximadamente 40% menor do que para as rotações subsequentes. Fonte:

Börjesson e Berndes (2006).

Região

Rendimento da Biomassa. Sistemas de Plantio Convencionais

t ms ha-1

ano-1

Sistemas de Plantio Irrigados com Águas

Residuais t ms ha

-1 ano

-1

Aumento no Rendimento de

Biomassa t ms ha

-1 ano

-1

%

Sudoeste da Suécia 14 18 + 4 + 30

Sudeste da Suécia 8 16 + 8 + 100

Centro da Suécia 10 16 + 6 + 60

A variação regional na produção de biomassa mostrada pelos resultados

apresentados no Quadro 3.6 pode ser significativa devido a diferenças na

disponibilidade de água durante o período vegetativo (tal como preconizado por

Lindroth e Bǻth, 1999). As produções registadas no sudeste da Suécia são cerca de

50 a 60% das produções do sudoeste, devido a menores precipitações registadas

naquela região durante o Verão. As maiores respostas em termos de rendimentos de

biomassa à irrigação com águas residuais foram obtidas precisamente nestas regiões

29

com precipitação relativamente baixa durante o período vegetativo. (Börjesson e

Berndes, 2006)

Na Polónia, a investigação sobre o uso do salgueiro como filtro biológico tem vindo a

ser realizada desde os anos sessenta. Perttu e Kowalik (1997) referem que nos

ensaios em campo se obtiveram rendimentos na ordem de 5 a 14 t matéria seca /ha -1

ano-1, com reduções significativas da carga em CBO, N e P. Outros estudos têm sido

conduzidos com o intuito de produzir salgueiros com águas residuais como os de

Nielsen (1994) na Dinamarca, Sims e Riddel-Black (1998) na Nova Zelândia e

Adegbidi, et al. (2001) nos Estados Unidos.

Felix et al. (2008) referem-se ao crescimento de choupos numa localidade próxima de

Washington nos Estados Unidos, irrigados com águas provenientes de fossas

sépticas. O crescimento teve a duração de seis anos, e a produtividade média líquida

(5,5 t ha-1 ano-1) não foi afectada pela água de rega. Também Justin et al. (2010) e

Guidi et al. (2008) se referem a um incremento de biomassa devido à aplicação de

águas residuais, tanto no caso do choupo como do salgueiro.

Ai Sugiura (2009), refere-se a incrementos dos rendimentos de salgueiros (+ 1,43

vezes) e choupos (+ 1,16 vezes), aquando da irrigação com águas residuais

domésticas.

A rega de Miscanthus com águas residuais começa a ser experimentada em alguns

projectos de investigação, embora não se tenham encontrado projectos de

implementação em larga escala. É o caso do projecto Biocolt que pretende com os

estudos piloto projectar a descontaminação das águas residuais da região de Veneza

recorrendo a esta e outras culturas de crescimento rápido, com produção simultânea

de bioenergia (Picco, 2010).

No Brasil, têm sido também efectuados estudos com o rícino regado com água

residual, tendo-se verificado que as unidades irrigadas com esgoto tratado superaram

as irrigadas com um sistema convencional, em quase todas as variáveis analisadas

(Souza et al., 2010).

30

4. DESCRIÇÃO DAS METODOLOGIAS, DOS MATERIAIS E DOS

ENSAIOS

Como foi referido na Introdução, este trabalho teve como principal objectivo a

avaliação da produtividade e qualidade da biomassa da variedade G4 de kenaf,

irrigado com águas residuais domésticas tratadas apresentando diferentes

concentrações de ião amónio dissolvido em solução: 15 mg/l; 30 mg/l e 60 mg/l (NH4).

A par da irrigação com águas residuais, o kenaf foi também irrigado com água da rede

(controlo).

Apesar de o azoto apresentar uma concentração próxima dos 78% na composição

total da atmosfera terrestre, trata-se de um elemento que escasseia na litosfera e que

com enorme recorrência se encontra em deficiência nos solos. Por essa razão, trata-

se de um elemento que em muitas circunstâncias limita o crescimento vegetal. As

fontes habituais de azoto são os iões amónio e nitrato, que são absorvidos pela

fracção radicular. Os iões nitrato são reduzidos a ião amónio nas raízes e folhas. O ião

amónio, absorvido ou que procede da redução dos nitratos, é utilizado na produção de

aminoácidos e proteínas. (Wild, 1992)

O fornecimento exclusivo e em grandes quantidades de ião amónio pode ser muito

prejudicial para muitas espécies vegetais, devido: à sua absorção conduzir à

acidificação da rizosfera, afectando as disponibilidades de outros nutrientes; a poder

perturbar o metabolismo por provocar um aumento do pH a nível do citosol e vacúolos;

a poder provocar antagonismo iónico; a poder implicar um elevado gasto de

esqueletos carbonados a nível da raiz; ao ião nitrato ser necessário às plantas

(Varennes, 2003).

Justificadas as necessidades da aplicação de águas residuais na irrigação de culturas

agrícolas e energéticas, numa época em que a escassez de água potável se

apresenta como uma problemática cuja resolução e adequada abordagem é essencial,

interessa também conhecer o efeito da sua composição.

Fenómenos decorrentes de actividades humanas, como são os casos dos

escorrimentos oriundos de águas residuais, domésticas e industriais, podem contribuir

de forma acentuada para a incorporação de azoto nos ecossistemas aquáticos,

contribuindo para a sua degradação e perturbação. O azoto orgânico, o azoto

amoniacal, os nitritos e os nitratos constituem as principais formas de azoto doseadas

nas águas. Dentre todas as formas, o ião amónio é a forma que provoca um maior

consumo de oxigénio dissolvido nos meios aquáticos receptores, por poder ser

convertido na sua oxidação biológica a nitritos e nitratos (Mendes e Oliveira, 2004).

Acrescente-se ainda que a existência deste ião na composição de determinadas

águas pode contribuir para a alteração da qualidade da água e tornar a sua utilização

mais difícil, tanto no que concerne à diminuição da eficiência de desinfecção, como

pelos riscos para a saúde pública, que estando presente, ele comporta.

Tendo em conta as considerações anteriores, parece-nos pertinente a investigação do

efeito do ião amónio na produção de biomassa de kenaf, aquando da utilização de

águas residuais na sua irrigação.

31

4.1. METODOLOGIAS E MATERIAIS

4.1.1. Metodologias analíticas utilizadas na caracterização físico-química das

águas residuais utilizadas na irrigação e das águas de percolação

As águas residuais tratadas utilizadas nos nossos ensaios, foram recolhidas na ETAR

do Campo de Tiro de Alcochete, sendo que foram efectuadas duas recolhas durante o

período dos ensaios. Estas foram transportadas de imediato para o laboratório e

guardadas na arca frigorífica durante o período dos ensaios.

A recolha dos lixiviados foi efectuada três vezes, na 4ª semana após o plantio, na 8ª

semana e na véspera do corte, na 12ª semana. Estas amostras foram recolhidas em

frascos de plástico de 100 ml. As amostras foram depois filtradas por filtros de

membrana, com uma porosidade de 0,45 µm. Muitas dessas amostras não foram

analisadas de imediato, tendo sido conservadas segundo a norma ISO 5667-3 (1985).

Os métodos analíticos descritos no Quadro 4.1 foram utilizados para efectuar a

caracterização das águas residuais utilizadas na irrigação e dos lixiviados. Nos

lixiviados foi analisado apenas o azoto amoniacal.

4.1.2. Metodologias analíticas aplicadas às plantas

Neste ponto descrevem-se as metodologias aplicadas às plantas na sua

caracterização. Determinaram-se os parâmetros biométricos, a produtividade, a

densidade radicular e a composição química da biomassa.

Foram analisados os seguintes parâmetros biométricos: percentagem de germinação,

altura do caule, área foliar, número de folhas, comprimento das raízes e área radicular.

A percentagem de germinação foi determinada, por observação directa, no fim das

duas primeiras semanas de ensaio e calculada com base na expressão seguinte:

A altura dos caules, a contagem do número de folhas, a área foliar, assim como o

comprimento das raízes e a área radicular foram determinados no término dos

ensaios, após a colheita das plantas.

A altura dos caules foi medida com recurso a uma fita métrica, desde a base (cortada

ao nível do solo no vaso) até ao ápice (topo do caule). A área foliar foi determinada

num medidor de área foliar Li-3100C Area Meter da marca LI-COR Biosciences.

Recorreu-se ao mesmo aparelho para determinar a área radicular. O índice de área

foliar (cm2 cm-2) foi calculado com base na expressão seguinte:

em que a área do vaso correspondeu a 143 cm2.

32

Quadro 4.1: Métodos analíticos utilizados na caracterização físico-química das águas de irrigação e dos

lixiviados.

Parâmetros Métodos analíticos

pH Electrometria (APHA et al., 1985).

Condutividade Determinação efectuada com um condutivímetro (ISO 7888, 1985).

Carência bioquímica de oxigénio (CBO5,

20°C). Determinação de O2 dissolvido antes e após cinco dias de incubação a 20°C, ao abrigo da luz, com adição de um inibidor da nitrificação (APHA et al., 1985).

Carência química de oxigénio (CQO) Volumetria Redox. Método do dicromato de potássio (APHA et al., 1985).

Sólidos Suspensos Totais (SST) Filtração através da membrana filtrante de 0,45μm, secagem a 105°C e pesagem (APHA et al., 1985).

Sólidos Totais Evaporação, secagem a 105°C e pesagem (APHA et al., 1985).

Fosfatos Determinação dos fosfatos por espectrofotometria de absorção molecular, através da formação de um complexo corado com uma solução de molibdato de amónio, na presença de ácido ascórbico e de tartarato de potássio e antimónio (Watanabe e Olsen, 1965; ISO 6878-1, 1986).

Fósforo total Mineralização com persulfato de amónio (APHA et al., 1985). Determinação dos fosfatos no digerido (Watanabe e Olsen, 1965; ISO 6878-1, 1986).

Azoto amoniacal Destilação, titulação do destilado com H2SO4 0.02N (ISO 5664, 1984).

Azoto Kjeldahl Método Kjeldahl: Mineralização com H2SO4, destilação e titulação do destilado com H2SO4 0.02N (ISO 5663, 1984).

Nitritos, Nitratos Redução dos nitratos a nitritos, por contacto do extracto filtrado com pó de zinco (Palintest Ltd). Determinação dos nitritos por espectrofotometria de absorção molecular, através da formação de um complexo corado vermelho-púrpura, pela combinação do ácido sulfanílico diazotado com NED (ISO 6777, 1984; Jenkins et al., 1996).

Cloretos Titulação (método de Mohr) (APHA et al., 1985).

Fluoretos Espectrometria de absorção molecular (APHA et al., 1985).

Sulfatos Espectrometria de absorção molecular (APHA et al., 1985).

Coliformes totais e fecais Fermentação em tubos múltiplos e subcultura dos tubos positivos em meios de confirmação. (ISO 9308-3, 1998)

Enterococos Fermentação em tubos múltiplos e subcultura dos tubos positivos em meios de confirmação. (ISO 7899-1, 1998).

Alumínio (Al), Sódio (Na), Potássio (K),

Cálcio (Ca), Magnésio (Mg), Ferro (Fe),

Manganés (Mn), Zinco (Zn), Cobre (Cu),

Niquel (Ni), Chumbo (Pb), Cádmio (Cd) e

Crómio (Cr).

Determinação dos metais, por espectrofotometria de absorção

atómica, no digerido ácido do resíduo seco. Ca e Mg segundo a

norma ISO 7980 (1986). Na e K de acordo com a ISO 9964 (1993).

Ni, Cu, Zn e Pb através da norma ISO 8288 (1986), quando foi

utilizada a chama. Al, Fe e Mn com chama (APHA et al., 1985). Cd

pela norma ISO 5961 (1994). Cr pela norma ISO 9174 (1990). Arsénio total Digestão da amostra com persulfato de potássio, a quente, em

meio ácido, de modo a oxidar todas as formas de arsénio presente a As (V). Determinação do As por espectrofotometria de absorção atómica (APHA et al., 1985).

Mercúrio total Digestão da amostra com permanganato de potássio e persulfato de potássio, a quente, de modo a converter todas as formas de mercúrio presente a Hg

2+. Redução do excesso de oxidante com

cloreto de hidroxilamónio. Determinação do Hg, nos extractos, por espectrofotometria de absorção atómica (ISO 5666-1, 1983).

33

Retiradas as raízes de cada vaso, a terra foi removida com recurso a um pincel

(trincha). O índice de área radicular, foi calculado com base numa expressão análoga

à descrita para o Índice de área foliar, e que se apresenta de seguida:

Depois de registadas as áreas radiculares, o comprimento das raízes foi medido

utilizando uma fita métrica, desde a zona do corte (que dividiu a raiz do caule) até à

extremidade radicular mais longa.

A determinação da produtividade das plantas foi realizada no final do ensaio

experimental através da pesagem tanto da sua parte aérea como das raízes. A parte

aérea foi subdividida em folhas, caule externo e caule interno. As amostras (cada

fracção) foram pesadas para a obtenção dos pesos frescos e posteriormente secas a

40ºC durante 48 h, numa estufa de vácuo. Procedeu-se novamente à pesagem das

amostras para quantificação dos pesos secos (Dyckhoff et al., 1996). Depois deste

procedimento, as amostras foram cortadas, crivadas por um filtro de malha de 1 mm e

guardadas em sacos de plástico devidamente etiquetados, que foram armazenados

num local seco e fresco até o seu conteúdo ser analisado (Adrian et al., 2000).

Os cálculos das produtividades, expressos em g m-2, para as diferentes componentes

(caules externo e interno, folhas e raízes) basearam-se na seguinte equação geral:

A produtividade aérea global foi obtida através da adição das produtividades

determinadas para o caule interno e caule externo e produtividade das folhas.

A densidade radicular foi determinada após a obtenção dos pesos da fracção radicular

obtidos em cada vaso, e foi calculada através da expressão seguinte:

A caracterização química da biomassa foi feita com base nos métodos analíticos

descritos no Quadro 4.2.

4.2. ENSAIOS DE TRATABILIDADE

Nestes ensaios pretendeu-se estudar o desenvolvimento da planta face à irrigação

com águas residuais com diferentes concentrações de azoto amoniacal. Nos ensaios

foi utilizada a variedade G4 de kenaf. As sementes foram fornecidas pelo CRES

(Center for Renewable Energy Sources, Pikermi, Grécia).

34

Quadro 4.2: Metodologias analíticas utilizadas na caracterização química da biomassa.

Parâmetros Métodos analíticos

Cinzas Resíduo mineral obtido após incineração a 550 ± 50ºC durante 3 h (AOAC, 1990).

Azoto total Método Kjeldahl: Mineralização com H2SO4, destilação e titulação do destilado com

H2SO4 0.02N (Watts e Halliwell, 1996).

Fósforo Digestão a quente com HNO3 e H2SO4 (Watts e Halliwell, 1996). Determinação dos

fosfatos no digerido, por espectrofotometria de absorção molecular, através da formação

de um complexo corado com uma solução de molibdato de amónio, na presença de ácido

ascórbico e de tartarato de potássio e antimónio (Watanabe e Olsen, 1965).

Na, K, Ca, Mg,

Fe, Mn, Zn, Cu,

Ni, Cd, Cr, Al,

Pb

Mineralização das amostras por via seca (incineração em mufla a 550±50ºC) e dissolução

das cinzas com ácido nítrico (Vandecasteele e Block, 1993). Determinação dos metais,

nos extractos, por espectrofotometria de absorção atómica.

Os ensaios foram realizados em vasos com um diâmetro de 13,5 cm e uma altura de

11,5 cm. Cada vaso foi preenchido com aproximadamente 0,25kg de um substrato

vegetal fertilizado da marca SIRO-Plant e 0,35kg de solo obtido na área em redor do

Edifício Departamental da FCT/UNL. Alguns vasos foram adubados com nitrolusal (8g

N/m2), superfosfato de cálcio (6g P2O5/m2) e sulfato de potássio (12g K2O/m2), de

acordo com o indicado por (El Bassam, 1998). Nestes vasos pretendeu-se estudar o

efeito da adubação NPK. Foram utilizados os seguintes adubos comercializados pela

empresa ADP – Adubos de Portugal S.A.:

• P – Superfosfato de cálcio 18%, contendo 18,0% de fósforo (P2O5), 29,0% de

cálcio (CaO) e 30,0% de enxofre (SO3);

• K – Sulfato de potássio, contendo 50,0% de potássio (K2O), 45% de enxofre

(SO3) e um máximo de cloro de 3% (Cl);

• N – Nitrolusal 26, uma mistura homogénea de nitrato de amónio e de carbonato

de cálcio, contendo 26,0% de azoto (N) e 12,8% de cálcio (CaO).

A sementeira foi realizada a 16 de Abril de 2010. Em cada vaso foram semeadas dez

sementes de kenaf de modo equidistante. Os ensaios foram finalizados a 15 de Julho,

quando as plantas foram colhidas (antes da floração).

A irrigação dos solos com águas residuais foi feita com o objectivo de estudar o efeito

do ião amónio no crescimento, produtividade e qualidade da biomassa de kenaf. Como

termo de comparação, foram utilizados vasos que foram regados com água da rede,

denominados controlo, e com adubação NPK. Todos os ensaios foram realizados em

triplicado.

O Quadro 4.3 indica os níveis de contaminação testados e o esquema dos ensaios. Na

preparação das soluções N30 e N60, o cloreto de amónio utilizado tinha grau de

pureza analítico.

35

Quadro 4.3: Níveis de contaminação testados e esquema dos ensaios.

Contaminação Adubação Descrição

N0 (Controlo) NPK Irrigação com água potável e adição de NPK

N15

(15 mg/l NH4)

-

NPK

Irrigação com a água residual de Alcochete

Irrigação com a água residual de Alcochete e com adição de NPK

N30

(30 mg/l NH4)

-

NPK

Irrigação com água residual de Alcochete + 15 mg/l de NH4Cl

Irrigação com água residual de Alcochete + 15 mg/l de NH4Cl+NPK

N60

(60 mg/l NH4)

-

NPK

Irrigação com água residual de Alcochete + 45 mg/l de NH4Cl

Irrigação com água residual de Alcochete + 45 mg/l de NH4Cl+NPK

Os níveis de contaminação em ião amónio, foram escolhidos tendo como base o valor

da concentração de azoto amoniacal da água residual de Alcochete (15 mg/l NH4). De

acordo com o Anexo XVI do Dec. Lei 236/98, o azoto amoniacal não é um parâmetro

considerado.

Ao longo do ensaio, os vasos foram regados com as diversas modalidades, de modo a

compensar o défice de água no solo e para prevenir o estabelecimento de uma

situação de tensão hídrica. Cada vaso consumiu cerca de 4,75 dm3 de água de rega

ao longo do ensaio, ou seja um consumo de cerca de 330 mm.

Os ensaios decorreram no laboratório 373 do Edifício Departamental, no Campus da

FCT/UNL (Figura 4.1), em condições de temperatura controlada (20 ± 3ºC). As horas

diárias de luz fornecidas foram constantes ao longo do ensaio (14,5h). Entre a

sementeira e o momento em que os maiores espécimes de plantas atingiram os 68

cm, as plantas receberam entre 7500 e 15000 lux. A iluminância foi sempre de 15000

lux desde esse momento até ao fim dos ensaios (ao nível do topo das plantas).

Utilizou-se o programa Microsoft Excel 2007 para a realização da análise de variância

– ANOVA – e Teste-t dos resultados obtidos para os diferentes parâmetros.

Figura 4.1: Aspecto da estufa montada para os ensaios de tratabilidade.

36

5. RESULTADOS E SUA DISCUSSÃO

De seguida apresentam-se os resultados obtidos depois da aplicação dos métodos e

respectivos procedimentos, assim como da utilização dos materiais descritos no

capítulo anterior. Por motivos de simplificação da análise desta discussão dos

resultados obtidos o termo “amostra” foi usado como sinónimo de “tipo de irrigação”.

No caso das amostras com aplicação dos macronutrientes principais: azoto (N),

fósforo (P) e potássio (K); considere-se sempre na análise que essa aplicação

envolveu valores fixos para esses macronutrientes, indicados no capítulo 4.

Considere-se que a amostra Água Residual apresenta diferentes concentrações em

ião amónio, e que nesta análise se comparam assim, as respostas das plantas para

essas diferentes concentrações no ião: 15 mg/l; 30 mg/l e 60 mg/l de ião amónio em

solução (azoto expresso na forma de NH4). A amostra designada Controlo indica que a

irrigação foi realizada com Água da Rede. Neste Controlo foi efectuada uma

fertilização NPK. Consideraram-se uniformes todos os outros factores presentes no

momento da irrigação.

Esta análise começa pela caracterização físico-química das águas residuais

domésticas usadas na irrigação, pela análise da qualidade dos lixiviados, em termos

dos teores de ião amónio, e depois, interpretar-se-ão os resultados obtidos para os

parâmetros analisados na biomassa de kenaf.

5.1. CARACTERIZAÇÃO FÍSICO-QUÍMICA DAS ÁGUAS RESIDUAIS

Os resultados obtidos na caracterização físico-química da água residual da ETAR do

Campo de Tiro de Alcochete apresentam-se no Quadro 5.1.

Os valores apresentados no Quadro 5.1. mostram que alguns dos parâmetros

analisados nas águas utilizadas na irrigação nos nossos ensaios, não se encontram

nos níveis indicados como recomendados e admissíveis na legislação portuguesa. De

acordo com o Anexo XVIII do DL 236/98, relativo aos valores limite de emissão (VLE)

na descarga de águas residuais pode observar-se que os valores da CBO5 (mg/l, O2)

estão acima do VLE (40 mg/l, O2). Os valores do fósforo total (mg/l P) apresentam

valores superiores ao VLE (10 mg/l P). A concentração de azoto amoniacal (mg/l NH4)

também excede o VLE (10 mg/l NH4). Também o azoto total (azoto kjeldahl mais

nitritos e nitratos) se encontra acima do VLE (15 mg/l N). Na altura em que as águas

residuais tratadas foram recolhidas na ETAR, o arejador estava avariado, o que pode

explicar os valores excessivos em alguns parâmetros. Este problema foi entretanto

resolvido na ETAR. Os resultados apresentados no Quadro 5.1 reflectem a

caracterização das águas na 1ª recolha efectuada. Ao longo dos ensaios foi feita mais

uma recolha na ETAR e para a maioria das análises a variação foi inferior a 10%. As

águas residuais após recolha foram armazenadas numa arca frigorífica a + 4±3 ºC

para que a variabilidade da sua composição não sofresse alterações significativas ao

longo do estudo. Também neste caso, a variabilidade na composição foi inferior a

10%, tendo-se verificado, ao longo do estudo uma diminuição dos teores em azoto

amoniacal, nitritos e nitratos (os únicos parâmetros analisados nas águas residuais

armazenadas).

37

Quadro 5.1: Caracterização físico-química das águas residuais da ETAR do Campo de Tiro de Alcochete.

De acordo com o Anexo XVI do DL 236/98 (Qualidade das águas destinadas à rega),

observa-se que os níveis de coliformes fecais se encontram muito acima do valor

máximo recomendado (VMR, 100/100 ml). Todos os outros parâmetros analisados

estão de acordo com os critérios de qualidade descritos no Anexo XVI do DL 236/98.

5.2. ANÁLISE DAS ÁGUAS DE PERCOLAÇÃO

Neste ponto serão analisados os resultados obtidos nas águas de percolação.

Primeiramente analisar-se-ão os teores de azoto amoniacal recolhidos após a 4ª

semana após o plantio (primeira recolha), e posteriormente será efectuado o mesmo

para os resultados obtidos na 8ª semana e 12ª semana (véspera do corte). A

Parâmetro Média + Desvio Padrão

pH 7,12±0,01

Condutividade (mS/cm ou dS/m) 0,582±0,005

CBO5 (mg/l, O2) 66±6

CQO (mg/l O2) 80±10

Sólidos Suspensos Totais (mg/l) 28±4

Sólidos Totais (mg/l) 410±30

Alumínio (mg/l) <0,037

Ferro total (mg/l) 0,80±0,07

Manganês Total (mg/l) <0,0026

Fosfatos (mg/l P) 1,90±0,02

Fosfatos (mg/l P2O5) 4,35±0,05

Fósforo total (mg/l P) 13,2±0,1

Azoto amoniacal (mg/l NH4) 15,3±0,2

Azoto Kjeldahl (mg/l N) 24±4

Nitritos (mg/l NO2) 0,018±0,002

Nitratos (mg/l NO3) 0,17±0,02

Arsénio total (µg/l) <0,32

Chumbo total (mg/l) <0,023

Cádmio total (mg/l) <0,0039

Crómio total (mg/l) <0,0070

Crómio hexavalente (mg/l Cr VI) <0,0050

Cobre total (mg/l) 0,042±0,001

Níquel total (mg/l) <0,0070

Mercúrio total (µg/l) <1,2

Zinco (mg/l) 0,074±0,009

Sódio (mg/l) 60±5

Cálcio (mg/l) 6,9±0,1

Magnésio (mg/l) 5,3±0,3

Potássio (mg/l) 13,6±0,6

Cloretos (mg/l) 56±1

Fluoretos (mg/l) 1,25±0,05

Sulfatos (mg/l SO4) <5

Coliformes totais (NMP/100 ml) 93 x 105

Coliformes fecais (NMP/100 ml) 12 x 105

Enterococos (NMP/100ml) 12 x 103

38

determinação do ião amónio obtido nas águas de percolação nestes ensaios pode

indicar as quantidades deste ião que poderão ser lixiviadas/percoladas em condições

edáficas e pedológicas similares às simuladas nestes ensaios. Esta análise é

importante para averiguar se a produção desta cultura energética irrigada com águas

residuais poderá ou não contribuir para a contaminação de um meio receptor dessas

águas: solo e/ou lençóis freáticos. O Quadro 5.2 apresenta os resultados obtidos na

análise das águas de percolação.

Quadro 5.2: Concentração de azoto amoniacal nas águas de percolação (mg N dm-3

) nos diversos

ensaios ao longo do tempo

N amoniacal (mg N dm

-3)

Controlo

Água Residual (15 mg/l NH4)

Água Residual (15 mg/l NH4) + NPK





Primeira Recolha

(4ª semana)

5,77±3,25

3,64±0,97

3,90±0,33

8,42±2,71

7,58±2,62

13,7±8,48

15,9±9,10 Segunda Recolha

(8ª semana)

<0,18

4,67±0,70

6,81±0,32

[<0,18 - 1,40]

[0,28 - 3,64]

3,27±1,80

5,51±1,86 Terceira Recolha

(12ª semana)

<0,18

<0,18

<0,18

<0,18

[<0,18 - 1,26]

[<0,18 – 0,56]

[<0,18 – 0,98]

Nota: Em algumas amostras, nos triplicados, alguns dos valores obtidos foram muito reduzidos ou até

não detectáveis. Nestas situações, os resultados foram apresentados sob a forma de intervalo entre o

valor mínimo e máximo obtido nas réplicas de cada amostra.

Não se constataram diferenças significativas entre as amostras, no referente à

concentração de azoto amoniacal na primeira recolha das águas de percolação

realizada na quarta semana após o plantio (P = 0,064; ANOVA). A figura 5.1 apresenta

os valores de concentração de azoto amoniacal presentes na primeira recolha das

águas de percolação (mg N dm-3) para as diferentes amostras.

Figura 5.1: Concentração de azoto amoniacal presente na primeira recolha das águas de percolação (mg

N dm-3

) para os diferentes tipos de irrigação.

É notório, contudo, a tendência para maiores teores de azoto nas águas de percolação

das amostras regadas com teores superiores em azoto amoniacal (embora esse

0

5

10

15

20

25

30

Azoto amoniacal(mg N dm-3)

Concentração de azoto amoniacal na 1ª recolha das águas de percolação

Controlo






Água Residual (60 mg/l de NH4) + NPK

39

aumento não tenha apresentado significado estatístico). Na amostra Controlo, os

teores em azoto amoniacal nas águas de percolação foram semelhantes aos obtidos

nas amostras com 15 mg/l (NH4). Neste caso, o azoto amoniacal lixiviado/percolado

resultou da fertilização azotada dado que a água da rede não apresenta azoto

amoniacal (dados não apresentados mas verificados em diversas análises realizadas

à água da rede no laboratório 145 do Ed. Departamental – informação prestada pela

Profª Ana Luisa Fernando).

A figura 5.2 representa os resultados obtidos para a concentração de azoto amoniacal,

no que concerne à segunda recolha das águas de percolação, realizada à 8ª semana

após o plantio da variedade G4 de kenaf. Aqui, os dados observados mostraram

existirem diferenças significativas entre as diversas amostras, após análise de

variância dos resultados (P = 6,50E-05; ANOVA).

Figura 5.2: Concentração de azoto amoniacal presente na segunda recolha das águas de percolação (mg

N dm-3

) para os diferentes tipos de irrigação (colunas com letras diferentes indicam médias

significativamente diferentes).

Não foi detectado azoto amoniacal nas águas de percolação do Controlo. A amostras

obtidas nos vasos regados com águas residuais e fertilizadas com NPK apresentaram

teores mais elevados de azoto que as amostras obtidas só com a rega com águas

residuais, mas sem diferenças significativas. As amostras obtidas na rega com 30 mg/l

(NH4) apresentaram teores inferiores em azoto amoniacal em comparação com as

amostras obtidas na rega com 15 mg/l e 60 mg/l (NH4). Globalmente, os teores em

azoto amoniacal obtidos na segunda recolha foram inferiores aos obtidos na 1º

recolha.

Se considerarmos os resultados obtidos na terceira recolha, pode afirmar-se que se

verificou uma diminuição muito significativa de azoto amoniacal nas águas de

percolação face às colheitas anteriores. A figura 5.3 representa os resultados máximos

b,c

a,b

d

c,d

a,b,c,d

a,c

0

1

2

3

4

5

6

7

8



Controlo







40

obtidos nas diferentes amostras, na 3º colheita. Não se detectou azoto amoniacal na

maioria das amostras.

Figura 5.3: Concentração de azoto amoniacal máxima (mg N dm-3

) presente na terceira recolha das

águas de percolação para os diferentes tipos de irrigação.

Estes resultados indicam que as plantas acumularam e retiveram esse azoto

amoniacal, tendo funcionado como filtro biológico. Mesmo considerando que parte do

azoto amoniacal, devido à sua carga positiva, possa ter ficado adsorvido nas

partículas argilosas do solo, carregadas negativamente. Este resultado será

comprovado na análise da composição em azoto da biomassa.

5.3. CARACTERIZAÇÃO DA BIOMASSA

5.3.1. Germinação

O ciclo biológico de uma planta começa com a germinação da semente. Nesta fase é

essencial a existência de água e oxigénio, sendo que o processo é também

influenciado pela temperatura do solo. As reservas contidas na semente são oxidadas

fornecendo energia, pequenas moléculas e nutrientes essenciais para a formação dos

meristemas e divisão celular. O crescimento da planta irá ser influenciado pelos

factores de crescimento: factores genéticos, factores edáficos e bióticos (Varennes,

2003).

Neste ponto apresenta-se a percentagem de germinação para os diferentes ensaios

com distintos tipos de águas usadas na irrigação da variedade G4 de Kenaf. O Quadro

5.3 e a figura 5.4 apresentam os valores percentuais obtidos.

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4



Controlo







41

Quadro 5.3: Germinação (%).

Controlo







30±20

23±6

50±10

43±25

27±6

30±17

23±12

Figura 5.4: Percentagem de germinação por amostra (%). A figura apresenta os valores médios de

germinação por amostra, e respectivos desvio padrão.

A variabilidade em termos de percentagem de germinação foi elevada na maioria das

amostras, tanto entre amostras como entre réplicas. De um modo geral a germinação

por amostra apresentou valores bastante baixos, sendo que a maior percentagem

obtida se verificou para o ensaio Água residual (15 mg/l NH4) com adição de NPK

(50±10%).

A variabilidade do número de plantas por vaso pode estar relacionada com vários

factores, casos do estado de conservação das sementes; eventualidade de ocorrência

de plantio a diferentes profundidades; presença de fungos ou outros infestantes no

solo que pela competição com as sementes ou sua inibição tenham afectado esse

crescimento; encharcamento; assim como a proximidade das sementes com os

adubos, factor que as poderia ter danificado ou inibido de crescer.

LeMahieu et al. (1991) referem-se ao facto das sementes de kenaf serem

relativamente pequenas e por isso ser necessário um bom contacto entre o solo e a

semente para que ocorra a germinação. No ensaio efectuado, as sementes foram

colocadas a cerca de 2 cm de profundidade na mistura de solo com húmus

desenvolvida para a experiência, tendo sido aí acomodadas, promovendo-se esse

contacto, condição óptima para a germinação. Admite-se, contudo, que em alguns

casos esse factor não se tenha verificado, devido a eventuais erros durante essa

0

10

20

30

40

50

60

70

80

Germinação (%)

Percentagem de germinação por amostra

Controlo







42

operação, e que para algumas sementes isso possa ter sido decisivo. De certo modo

as condições pedológicas dentro do vaso não foram um factor decisivo na germinação

das plantas, pois essas condições foram relativamente homogeneizadas durante a

fase de preparação do solo. Note-se a este respeito que, de vaso para vaso, em todas

as amostras, as plantas tanto cresceram no centro do vaso como nas suas bordas.

Relativamente à hipótese de infestantes terem danificado as sementes,

nomeadamente infestantes herbáceas, a sua presença não deve ter sido

determinante, uma vez que nunca se registou nenhum crescimento de outras espécies

de plantas ao longo dos ensaios. Tal reforça o facto da peneiração prévia, realizada

durante a fase de preparação do solo, ter sido efectuada de modo adequado.

No caso da presença de fungos não foram desenvolvidos nenhuns ensaios para

determinar a sua presença ou ausência. Alguns autores referem-se a experiências em

que testam diferentes variedades de kenaf na resistência ao ataque de fungos (como

os de Cook et al., 1995). Neste ensaio, as águas usadas na rega podem não só ter

contribuído para a germinação das plantas como também para o desenvolvimento de

fungos no solo devido à elevada humidade no mesmo, após a rega.

Eventualmente, algumas sementes poderão ter ficado a uma maior profundidade que

a aconselhada para obtenção de uma óptima germinação, tanto pelo desenvolvimento

incorrecto da técnica de colocação por parte do operador, como pelo também eventual

transporte da semente para maiores profundidades, durante a primeira rega, altura em

que a porosidade do solo ainda era elevada, e as sementes poderiam ser arrastadas

entre as partículas de solo.

Para se interpretar de um modo mais assertivo os resultados obtidos e confirmar as

hipóteses levantadas, foi efectuada a sua interpretação estatística, nomeadamente da

respectiva significância pela Análise de variância – ANOVA – para as diferentes

amostras.

Da análise estatística dos resultados obtidos, concluiu-se que em termos de

percentagem de germinação não se verificaram variações estatisticamente

significativas entre diferentes amostras (P = 0,294; ANOVA). As amostras regadas

com 15 mg/l NH4 e fertilizadas com NPK e as amostras regadas com 30 mg/l de NH4

apresentaram as maiores taxas de germinação, embora sem diferenças significativas

para as restantes amostras. Nas amostras regadas com 30 mg/l de NH4 verificou-se o

maior dos desvios padrão no que concerne à germinação (25%), o que evidencia a

enorme variabilidade na germinação observada entre replicados. Tudo indica,

portanto, que as percentagens de germinação observadas nos diversos vasos não foi

influenciada pelo tipo de água utilizada e sim por outros factores. Das restantes

hipóteses levantadas, o estado de conservação das sementes (foram fornecidas pelo

CRES, mas eram sementes com um tempo de armazenagem superior a um ano), e o

contacto entre a semente, o solo e a água disponível na altura do plantio parecem ser

os factores que podem ter, efectivamente, condicionado a germinação. Tendo em

conta o facto de que a variedade G4 de kenaf é uma variedade que ainda está a ser

testada, e sobre a qual a informação disponível acerca da germinação ainda não é

suficiente, a reduzida germinação verificada pode entender-se. Resultados

43

semelhantes mas ligeiramente superiores (percentagem de 55% para a G4) foram

obtidos por Catroga et al. (2005).

5.3.2 Parâmetros Morfológicos e de Produtividade

5.3.2.1 Altura do Caule

Depois da germinação das sementes, ocorre em primeiro lugar a formação da raíz,

órgão responsável pela absorção de água e nutrientes. De seguida dá-se a

emergência. Ocorrendo a emergência da plântula inicia-se a síntese de clorofila,

induzida pela luz. Nesta fase, a radiação luminosa, a temperatura do ar e a

concentração de dióxido de carbono presente na atmosfera constituem factores

importantes no crescimento e desenvolvimento das plantas2 (Varennes, 2003).

Neste ponto pretende-se averiguar que factores poderão traduzir os resultados obtidos

para as diferentes amostras, no tocante às alturas dos caules.

O Quadro 5.4 apresenta os resultados obtidos na medição da altura do caule das

plantas da variedade de G4 de kenaf, no final do estudo experimental.

Quadro 5.4: Altura média dos caules (cm) no final dos ensaios para as diferentes amostras.

Controlo







77±36

104±25

64±36

65±36

87±27

68±32

72±32

Não se verificaram diferenças estatisticamente significativas entre as diferentes

amostras (P = 0,166; ANOVA). É notória, contudo, a variação de alturas registadas em

cada vaso para as diferentes plantas e entre replicados na mesma amostra. Na

amostra Controlo, a planta mais pequena apresentava 34 cm, e a maior 128 cm, e das

nove plantas que se obtiveram neste controlo (nos três vasos), cinco apresentaram

alturas até 61 cm, sendo que, contudo, as restantes quatro atingiram todas alturas

acima de 1 metro. Na amostra Água Residual (15 mg/l NH4) obtiveram-se em média as

plantas mais altas (104 cm), embora a diferença para as outras amostras não tenha

apresentado significado estatístico. A amostra Água Residual (30 mg/l NH4) + NPK foi

a que apresentou a segunda média mais elevada (87 cm). As restantes amostras

apresentaram resultados muito uniformes entre si.

Portanto, pode verificar-se que o crescimento do kenaf não foi influenciado pelas

águas utilizadas na rega (neste ensaio). Significa, também, que a irrigação do kenaf

com águas residuais contendo até 60 mg/l NH4 não influenciam o crescimento do

kenaf (nem em termos positivos, nem em termos de fitotoxicidade).

2 Considera-se crescimento como sendo o aumento do tamanho de uma planta, quantificado pela sua

biomassa ou dimensão; e desenvolvimento, como correspondendo à progressão de uma planta desde a germinação da semente até à respectiva maturação.

44

O ritmo de crescimento dos caules foi de 1,24 cm/dia no caso da amostra Água

Residual (15 mg/l NH4), sendo que para o maior espécime dessa amostra (e de todo o

ensaio), que apresentava 134,8 cm, esse ritmo de crescimento foi de 1,60 cm/dia.

A figura 5.5 ilustra os resultados obtidos nas medições da altura dos caules das

plantas de kenaf.

Figura 5.5: Altura dos caules de kenaf (cm) para os diferentes tipos de irrigação.

Convém referir que se verificou em alguns espécimes, sobretudo os maiores, e em

particular nas amostras que foram regadas com teores superiores de azoto amoniacal,

um diâmetro mais reduzido na zona inferior do caule, assim como, em alguns

espécimes se verificou acama da planta. Neste ensaio verificou-se também que com o

aumento do teor de azoto amoniacal na água de rega, a dureza dos caules foi

diminuindo. Estas observações estão de acordo com o que está indicado em Wild

(1992) que afirma que o excesso de azoto pode levar a este tipo de resposta na

morfologia das plantas. Efectivamente, a adição de um excesso de azoto implica uma

maior absorção neste elemento. Devido a esta maior absorção, a formação de

açúcares na planta é de alguma forma afectada, levando a uma menor espessura das

paredes celulares, que resulta num risco acrescido para a acamação, devido à

debilidade dos caules.

Foi na amostra Água Residual (15 mg/l NH4) que se registou o maior espécime de todo

o ensaio com 134,8 cm. E verificou-se que em todos os vasos de todas as amostras,

independentemente da taxa de germinação e do número de plantas registadas,

cresceram espécimes com alturas superiores a 90 cm. Parece, por isso, ter existido

domínio de um dos espécimes em relação aos restantes dentro de cada vaso. Este

facto sugere a existência de competição entre as plantas dentro do mesmo vaso, tanto

pela disputa dos nutrientes presentes no solo, como também pela luz, disponível 14,5

horas por dia, correspondente ao fotoperíodo de Junho. Plantas com maiores alturas

0

20

40

60

80

100

120

140

Altura do caule (cm)

Altura média dos caules

Controlo







45

apresentaram maiores áreas foliares, e portanto contribuíram com maiores áreas de

ensombramento, factor condicionante dos estratos inferiores.

5.3.2.2. Índice de Área Foliar

Esgotadas as reservas da semente, o crescimento das plantas depende da

intercepção da radiação solar pelas folhas e da absorção de nutrientes pelas folhas e

raízes. Para as mais diversas culturas, e para as culturas energéticas herbáceas não é

distinto, o índice de área foliar3 deverá situar-se entre os 4 e os 6 m2 m-2, dependendo

da espécie e da intensidade luminosa. Todos os factores que restrinjam a formação de

uma área foliar adequada, ou que causem a senescência prematura das folhas,

afectam o crescimento das plantas. Um excesso de azoto conduz normalmente a um

aumento da área foliar, mesmo para além do óptimo da cultura, de que resulta o

ensombramento mútuo das folhas e um decréscimo da fotossíntese. Quanto maior a

área foliar maior será também a razão entre essa área e a área de solo disponível

para a cultura (Varennes, 2003).

Existe normalmente uma correlação positiva entre o teor de nutrientes nas folhas e a

taxa de fotossíntese, resultante das funções desempenhadas pelos nutrientes no

metabolismo das plantas. O azoto está normalmente presente nas proteínas

necessárias à fotossíntese e na clorofila e o fósforo nas moléculas envolvidas nas

transferências de energia e poder redutor (Varennes, 2003).

O Quadro 5.5. apresenta os diferentes índices de área foliar para as diferentes

amostras.

Quadro 5.5: Índice de área foliar médio (cm2 cm

-2) das plantas da variedade G4 de kenaf para diferentes

tipos de irrigação.

Controlo







7,7±3,1

8,2±1,2

10,4±0,1

8,7±1,9

10,4±1,7

8,4±0,6

8,3±1,8

Não foram registadas diferenças estatisticamente significativas entre os valores do

índice de área foliar (P= 0,367; ANOVA). É notório o facto de que todos os valores

relativos ao índice médio de área foliar são mais elevados que a faixa óptima4 de 4 a 6

m2 m-2 considerada por Varennes (2003). Este facto sugere a presença de uma

acumulação muito elevada de azoto, que se traduziu numa maior área das folhas.

Inclusive no Controlo. Neste caso, a acumulação elevada de azoto deve-se não só à

fertilização azotada do solo mas também aos teores muito elevados de nitratos

presentes na água da rede (dados não apresentados mas verificados em diversas

análises realizadas à água da rede no laboratório 145 do Ed. Departamental –

3 Área de folhas por unidade de solo, expresso em m

2 m

-2.

4 Note-se que os valores referidos pelo autor estão expressos em m

2 m

-2 e que o valor será exactamente

o mesmo expresso em cm2 cm

-2, caso dos valores do Quadro 5.5.

46

informação prestada pela Profª Ana Luisa Fernando). A figura 5.6. apresenta as

mesmas informações que o Quadro 5.5, mas pode ajudar-nos na análise das relações

existentes entre amostras com diferentes irrigações.

Figura 5.6. – Índice de área foliar médio (cm2 cm

-2) obtido para as diferentes amostras.

Embora sem significado estatístico, as amostras que apresentaram maior índice de

área foliar foram aquelas em que os vasos foram regados com 15 mg/l (NH4) e com 30

mg/l (NH4) e que foram fertilizadas com NPK. Os resultados obtidos indicam,

igualmente, que a área foliar não foi influenciada pela qualidade das águas utilizadas

na rega (neste ensaio).

5.3.2.3. Número de folhas por caule

O Quadro 5.6 e a figura 5.7 ilustram os resultados obtidos para o número de folhas por

caule, por amostra.

Quadro 5.6: Número médio de folhas por caule para os diferentes tipos de irrigação.

Controlo







10±4

11±5

9±5

11±4

12±6

12±6

12±5

Não se verificaram diferenças estatisticamente significativas entre as médias do

número de folhas por caule, por amostra (P=0,793; ANOVA). Este resultado está em

consonância com o resultado obtido no ponto anterior (índice de área foliar). Em

termos do nº de folhas por caule, verificou-se, também, uma elevada uniformidade de

resultados entre as diversas amostras.

0

2

4

6

8

10

12

14

Índice de Área Foliarcm2 cm-2

Índice de Área Foliar

Controlo







47

Figura 5.7: Número médio de folhas por caule, obtido para as diferentes amostras.

5.3.2.4. Comprimento das raízes, densidade radicular e índice de área radicular

Após a germinação, as reservas contidas na semente são oxidadas fornecendo

energia, pequenas moléculas e nutrientes essenciais para a formação dos meristemas

e divisão celular. Ocorre a formação da raiz, órgão responsável pela absorção de água

e nutrientes. Em muitas espécies de plantas uma diminuição da razão entre a parte

aérea e a raiz decorre de situações decorrentes da falta de água, e baixas

concentrações de azoto e fósforo5 (Varennes, 2003). Nesses casos a planta investe

mais no sistema radicular, um mecanismo que lhe permite explorar um maior volume

de solo quando esses factores são limitantes. No nosso caso, estamos a fornecer um

excesso de azoto. Interessa assim, investigar qual o comportamento do sistema

radicular da variedade G4 de kenaf para os diferentes tipos de irrigação. O Quadro 5.7

apresenta os resultados para o comprimento das raízes.

Quadro 5.7: Comprimento médio das raízes (cm) para os diferentes tipos de irrigação.

Controlo







27±6

33±7

28±5

33±11

24±3

27±2

28±9

Também no caso do comprimento médio das raízes não se verificaram diferenças

estatisticamente significativas (P = 0,737; ANOVA) entre amostras. O comprimento

médio das raízes mais longo dos ensaios foi verificado nas amostras Água Residual

(15 mg/l NH4) e Água Residual (30 mg/l NH4), as quais apresentaram valores

5 Voltaremos a este assunto no ponto dedicado às produtividades, na expectativa desta questão ficar mais

explícita comparando as produtividades da parte aérea com as obtidas para o sistema radicular.

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

Nº Folhas por cauleNúmero de Folhas por caule, por amostra

Controlo







48

semelhantes para este parâmetro (embora sem variações estatísticamente

significativas face às outras amostras). Percebe-se assim que tanto a componente

aérea como o sistema radicular das plantas de kenaf não foram afectados pela

aplicação das águas de rega em estudo, no que concerne aos seus aspectos

morfológicos. A figura 5.8 apresenta de seguida os resultados obtidos nos ensaios

para o parâmetro comprimento das raízes da variedade G4 de kenaf, quando

submetida a diferentes tipos de irrigação.

Figura 5.8: Comprimento médio (cm) das raízes para as diferentes amostras.

O Quadro 5.8 apresenta os valores obtidos para a densidade radicular. Este parâmetro

foi incluído no trabalho por nos dar uma ideia da massa das raízes por unidade de

volume de solo (1 dm3). Interessa aqui identificar como os diferentes tipos de irrigação

afectaram a incorporação da massa das raízes num mesmo volume de solo.

Quadro 5.8: Densidade radicular (g dm-3

) para os diferentes tipos de irrigação.

Controlo







3,1±1,3

4,1±0,6

3,2±1,0

2,3±0,9

2,5±1,2

2,7±0,6

1,3±0,3

Não se verificaram diferenças estatisticamente significativas nos resultados obtidos

para a densidade radicular (P=0,0527; ANOVA). O tipo de irrigação que contribuiu

para a incorporação de uma maior massa por unidade de volume de solo foi a

correspondente à amostra Água Residual (15 mg/l NH4), mas este aumento não foi

estatisticamente significativo face às outras amostras. De um modo geral verifica-se

uma tendência para a redução dos valores médios de densidade radicular com o

aumento de azoto amoniacal na água de irrigação. Embora esta tendência não tenha

significado estatístico, esta observação não está de acordo com Wild (1992), que

afirma que um excesso de azoto, e uma acumulação excessiva de azoto, pode originar

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

Comprimento das raízes (cm)

Comprimento das raízes

Controlo







49

um maior desenvolvimento da fracção radicular. A figura 5.9 ilustra as diferenças entre

os tipos de irrigação para a densidade radicular média. Sublinhe-se, no entanto, que

não se verificaram diferenças estatisticamente significativas, entre amostras, em

termos da densidade radicular.

Figura 5.9: Densidade radicular (g dm-3

) para as diferentes amostras.

O Quadro 5.9 apresenta os valores do índice de área radicular médio, parâmetro que

expressa a área de raiz por unidade de área de solo (aqui expresso em cm2 cm-2).

Quadro 5.9: Índice de área radicular (cm2 cm

-2) para os diferentes tipos de irrigação.

Controlo







1,6±0,4

1,8±0,1

0,8±0,1

0,7±0,2

0,7±0,0

1,2±0,4

1,5±0,1

Foram registadas diferenças significativas entre os valores do índice de área radicular

médio para os diferentes tipos de irrigação do ensaio (P= 3,85E-05; ANOVA). A

irrigação com águas residuais de Alcochete apresentou um valor do índice de área

radicular médio significativamente superior ao de diversas amostras (figura 5.10), mas

não face à amostra Controlo.

Relativamente aos parâmetros comprimento das raízes e densidade radicular, a

qualidade da água utilizada na rega não influenciou o comportamento das plantas. No

entanto, no caso do índice de área radicular, tudo indica que com o aumento dos

teores de ião amónio na água, se verifica uma diminuição do desenvolvimento

radicular, o que pode comprometer a biomassa produzida.

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

5

Densidade radicularg/dm3

Densidade Radicular

Controlo







50

Figura 5.10: Índice de área radicular médio (cm2 cm

-2) para os diferentes tipos de irrigação (colunas com

letras diferentes indicam médias significativamente diferentes).

5.3.2.5 Produtividade

A produtividade foi avaliada de forma separada, nomeadamente na sua componente

aérea (caule interno, caule externo e folhas) e raiz. Estes resultados foram obtidos no

final do tempo de ensaio (12 semanas), e apresentam-se no Quadro 5.10 Neste ponto

será apresentada uma análise comparativa dos diferentes tipos de irrigação no tocante

à produtividade das distintas partes das plantas, assim como também uma análise

dentro de cada tipo de irrigação, de modo a averiguar que componente da planta foi

mais produtivo por tipo de irrigação. Deste modo poderemos ficar com uma ideia de

qual o tipo de irrigação mais adequado para a produção de uma determinada

componente da variedade G4 de kenaf.

Quadro 5.10: Produtividade (g m-2

, matéria seca) para os diferentes tipos de irrigação e para as

diferentes partes da planta.

Produtividade (g m

-2; matéria

seca)

Controlo







Caule Interno

280±59

448±60

318±64

235±62

205±26

195±50

153±21

Caule Externo

198±28

277±30

223±31

172±29

163±20

145±40

114±19

Folhas

223±10

260±13

273±36

237±21

244±23

225±50

193±34

Total aérea

701±89

986±97

814±129

645±108

612±68

566±139

460±61

Raízes

216±88

285±45

227±69

162±65

171±82

188±40

91±24

Nota: Os valores apresentados para a produtividade aérea são arredondados do seu valor médio real e não o resultado do somatório

dos apresentados neste quadro para o caule interno com o caule externo e com a produtividade das folhas, que também se encontram

arredondados do respectivo valor médio real.

a,b a

c c

c

a,b,c b

0

0,5

1

1,5

2

2,5

Índice de Área radicularcm2 cm-2

Índice de Área Radicular

Controlo







51

Começamos a análise para as produtividades do caule interno (expressas em g m-2,

matéria seca). A figura 5.11 apresenta os resultados obtidos para este parâmetro.

Figura 5.11: Produtividade média dos caules internos (g m-2


irrigação (colunas com letras diferentes indicam médias significativamente diferentes).

Verifica-se que existem diferenças estatisticamente significativas entre os diferentes

tipos de irrigação (P = 0,000129; ANOVA). Obtiveram-se produtividades

significativamente superiores com a água residual (15 mg/l NH4). Com o aumento dos

teores de ião amónio na água de rega verificou-se que a produtividade (caule interno)

foi significativamente inferior à obtida com teores de 15 mg/l na água. No entanto,

mesmo com 60 mg/l de ião amónio na água de rega, a produtividade (caule interno)

não apresentou variações significativas face ao Controlo. Portanto, numa perspectiva

de utilizar águas ricas em ião amónio, a concentração até 60 mg/l NH4 não parece

influenciar negativamente a produtividade (caule interno). Se o objectivo for maximizar

a produção (caule interno), então será de equacionar a utilização de águas com teores

em ião amónio na ordem dos 15 mg/l (NH4).

A figura 5.12 apresenta os resultados relativos às produtividades dos caules externos.

Da análise da figura 5.12 percebe-se que a distribuição dos valores médios de

produtividade dos caules externos foi semelhante à obtida para as produtividades

médias dos caules internos, para as diferentes amostras ou tipos de irrigação. Verifica-

se que existem diferenças estatisticamente significativas entre os diferentes tipos de

irrigação (P = 0,000168; ANOVA). Obtiveram-se produtividades significativamente

superiores com a água residual (15 mg/l NH4). Com o aumento dos teores de ião

amónio na água de rega verificou-se que a produtividade (caule externo) foi

significativamente inferior à obtida com teores de 15 mg/l na água. Com 30 e 60 mg/l

de ião amónio na água de rega, a produtividade (caule externo) não apresentou

variações significativas face ao Controlo.

b

a

a,b

b

bb

b

0

100

200

300

400

500

600

Produtividade caule interno (g m-2)

Produtividade caule interno (matéria seca)

Controlo







52

Figura 5.12: Produtividade média dos caules externos (g m-2



A figura 5.13 apresenta os resultados relativos à produtividade das folhas. Estes

resultados não apresentaram diferenças estatisticamente significativas entre si (P =

0,0894; ANOVA).

Figura 5.13: Produtividade média das folhas (g m-2


No caso da produtividade média obtida para as folhas de kenaf, a distribuição das

produtividades foi distinta da verificada para os caules (interno e externo), e como se

disse não se verificaram diferenças significativas entre os valores médios deste

parâmetro para os diferentes tipos de irrigação. Este resultado está em consonância

b,c

a

a,b

b,c

b,c c

c

0

50

100

150

200

250

300

350

Produtividade caule externo (g m-2)

Produtividade caule externo (matéria seca)

Controlo







0

50

100

150

200

250

300

350

Produtividade Foliar (g m-2)

Produtividade das folhas (matéria seca)

Controlo







53

com o obtido na análise do índice de área foliar e do nº de folhas por caule. Os tipos

de irrigação que contribuíram para uma maior produtividade foliar foram a amostra

Água Residual (15 mg/l NH4) com e sem fertilização NPK, mas sem variação

estatística face às outras amostras.

Para que a análise destes três parâmetros não pareça totalmente isolada, estudou-se

aqui a produtividade aérea global média, para depois de estabelecida a comparação

com a produtividade média das raízes, observar como as plantas reagiram aos

diferentes tipos de irrigação. A figura 5.14 ilustra os resultados obtidos para a

produtividade aérea global média.

Figura 5.14: Produtividade aérea global média (g m-2

, matéria seca) para os diferentes tipos de irrigação

(colunas com letras diferentes indicam médias significativamente diferentes).

Verificaram-se diferenças estatisticamente significativas entre as diferentes amostras

analisadas (P = 0,000488; ANOVA). Com base nos resultados e nos testes estatísticos

realizados, poderemos afirmar que a irrigação que contribuiu para uma produtividade

aérea global significativamente superior foi a Água Residual (15 mg/l NH4),

correspondente à simples irrigação com as águas residuais de Alcochete. A irrigação

com a concentração de 60 mg/l e com adubação NPK afectou negativamente a

produção global (que foi significativamente inferior à obtida no Controlo). Portanto, na

perspectiva de fitodepuração como objectivo, podem ser utilizadas águas até 30 mg/l

NH4 sem que a produção global seja afectada. Se o objectivo for maximizar a

produção, então será de equacionar a utilização de águas com teores em ião amónio

na ordem dos 15 mg/l (NH4).

Globalmente, nas amostras que apresentaram maior produtividade, os caules internos

são a fracção que representa o maior contributo para a produtividade global (cerca de

39-46% do total). O aumento de ião amónio na água de rega, que conduziu à

diminuição significativa da produção global, afecta particularmente a produção de

b

a

a,b

b

bb,c

c

0

200

400

600

800

1000

1200

Produtividade global (g m-2)

Produtividade aérea global (matéria seca)

Controlo







54

caules, não afectando a produção de folhas. Nestes ensaios, a produção de folhas (%

face à produção global), assumiu um maior peso do que o caule interno (36-42% do

global).

A figura 5.15 apresenta os valores médios obtidos para a produtividade das raízes (g

m-2, matéria seca). Não foram registadas diferenças estatisticamente significativas

entre os diferentes tipos de irrigação (P = 0,0527; ANOVA). O maior valor de

produtividade das raízes foi encontrado para a amostra Água Residual (15 mg/l NH4)

registando um valor de 285 g m-2, mas sem variações estatisticamente significativas

face às restantes amostras. Verifica-se, no entanto, uma tendência para a redução da

produção radicular da variedade G4 de kenaf, decorrente da aplicação de teores

crescentes em ião amónio, o que não confirma o que foi indicado por Wild (1992):

quanto maior a aplicação de azoto, maior o desenvolvimento radicular. Esse aumento

verifica-se do Controlo para a água residual de Alcochete (15 mg/l NH4), mas depois

nota-se uma tendência para o decréscimo de produtividade (sem significado

estatístico).

Figura 5.15: Produtividade das raízes (g m-2


No que concerne à razão entre a parte aérea e subterrânea da planta, de um modo

geral observa-se um maior investimento das plantas de kenaf, na componente aérea,

em prol dos sistemas radiculares. Tinha-se visto que numa situação de défice de água,

azoto e fósforo ocorre em muitas espécies vegetais uma diminuição da razão entre a

parte aérea e a raiz. Interessa agora averiguar o que ocorre no caso do kenaf na

situação de excesso de azoto, no caso, no que concerne a essa razão. As razões

entre as produtividades médias obtidas para a parte aérea e as produtividades médias

das raízes das plantas de kenaf apresentam-se no Quadro 5.11.

0

50

100

150

200

250

300

350

Produtividade radicular (gm-2)

Produtividade das raízes (matéria seca)

Controlo







55

Quadro 5.11: Razão entre a produtividade média aérea global e a produtividade média das raízes para

todos os tipos de irrigação.

Controlo







3,24

3,46

3,59

3,97

3,57

3,00

5,06

Observa-se, pelos valores apresentados no Quadro 5.11 que há uma tendência

crescente para a razão caule/raíz, com o aumento de ião amónio na água da rega, o

que vem confirmar as indicações de Wild (1992)(apenas a amostra água residual 60

mg/l NH4 não obedece a esta afirmação).

Analisando a produtividade total da amostra Água Residual (15 mg/l NH4), a mais

produtiva, percebe-se que a taxa de incorporação de biomassa (aérea e radicular)

naquela amostra foi de 15,1 g dia-1m-2, em média, durante o tempo de ensaio (84 dias).

5.3.3. Caracterização Química da Biomassa

5.3.3.1. Teor de Cinzas

O teor de cinzas de cada amostra foi analisado nas várias partes que constituem a

planta, caule interno, caule externo, folhas e raízes. Pretende-se obter desta análise

um panorama relativo à qualidade desta biomassa para fins de produção de energia.

Considere-se nesta análise que teores elevados de cinzas, e dependendo da sua

composição mineral poderão representar biomassas de qualidade inferior no que

concerne à produção de bioenergia assim como envolver emissões de compostos com

efeitos nocivos para o ambiente. Esta análise ficará mais explícita aquando da análise

dos teores em minerais presentes nas cinzas. Por enquanto centramo-nos numa

análise global das cinzas.

O Quadro 5.12 apresenta os resultados obtidos para os teores de cinzas nas diversas

partes das plantas de kenaf e para os diferentes tipos de irrigação.

Quadro 5.12: Teor de cinzas (%) para as diferentes fracções da variedade G4 de kenaf e para todos os


Teor de Cinzas

(%; ms)

Controlo







Caule Interno

9,1±0,3

5,2±0,5

10,1±0,2

9,0±1,2

13,2±1,1

10,3±1,4

16,0±0,6

Caule Externo

9,6±0,4

8,1±0,1

10,0±0,7

9,0±0,0

10,9±0,0

9,8±0,2

12,9±0,4

Folhas

9,0±0,1

9,1±0,1

10,3±0,4

10,6±0,3

12,0±0,3

12,5±0,1

13,7±0,4

Raízes

24,7±1,7

18,5±0,4

27,6±12,5

26,8±3,0

25,9±9,1

22,9±4,4

19,8±0,8

56

No que concerne ao teor de cinzas relativos aos caules internos observaram-se

diferenças estatisticamente significativas (P = 0,000118; ANOVA). A maior diferença

significativa entre as amostras no tocante ao teor de cinzas dos caules internos foi

observada entre as amostras Água Residual (15 mg/l NH4) e Água Residual (60 mg/l

NH4) com adubação NPK (P = 0,00260; Teste T). Efectivamente o teor de cinzas foi

3,1 vezes superior nesta amostra que na primeira. Recorde-se que foram obtidas as

maiores produtividades tanto aéreas globais (e em particular dos caules internos)

como das raízes para a amostra Água Residual (15 mg/l NH4), amostra com o menor

teor de cinzas dos caules internos. A maior produtividade teve um efeito “diluidor” da

concentração de minerais na amostra. No tocante à amostra 60 mg/l (NH4) com com

adubação NPK, que apresenta o valor mais elevado de cinzas para os caules internos,

foi também a amostra que apresentou as mais reduzidas produtividades. O aumento

da quantidade de ião amónio na água de irrigação, influenciou, portanto, não só a

produção de caule interno (que é mais reduzida com o aumento da concentração em

ião amónio), como os teores de cinzas no caule interno que aumentaram

significativamente com o aumento da carga em ião amónio na água de rega.

A figura 5.16 apresenta os resultados para o teor de cinzas (%) dos caules internos

obtidos para as diferentes amostras. Este aumento, com significado estatístico, tem

lógica, uma vez que com o aumento em nutrientes minerais (especialmente de

cloretos, pois a suplementação em ião amónio foi efectuada sob a forma de cloreto de

amónio), levou à sua acumulação na biomassa, e, portanto, ao aumento da

concentração de cinzas (potenciado por menores produções).

Figura 5.16: Teor de cinzas do caule interno (%, matéria seca) para os diferentes tipos de irrigação


No que concerne aos teores de cinzas (%) dos caules externos verificam-se diferenças

estatisticamente significativas (P = 4,52E-05; ANOVA). Mais uma vez, a amostra que

mais difere das restantes, também neste parâmetro é a Água Residual (15 mg/l NH4),

pois é a que apresenta os teores mais reduzidos de cinzas. Difere significativamente

da amostra 60 mg/l (NH4) com adubação NPK (P = 0,00934; Teste T), que é a que

b,c

c

b,c a,b,c

a,b

a,b

a

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

Teor de cinzas, caule interno (%, ms)

Teor de cinzas caule interno (ms)

Controlo







57

apresenta os teores mais elevados de cinzas. Em relação ao caule externo, pode-se

afirmar o mesmo que já foi descrito na avaliação do teor de cinzas do caule interno. O

aumento da quantidade de ião amónio na água de irrigação, influenciou, portanto, não

só a produção de caule externo (que é mais reduzida com o aumento da concentração

em ião amónio), como os teores de cinzas no caule externo, que aumentaram

significativamente com o aumento da carga em ião amónio na água de rega.

A figura 5.17 ilustra as diferenças verificadas pela análise estatística dos resultados

para o teor de cinzas do caule externo da variedade G4 de kenaf. O aumento, com

significado estatístico, do teor de cinzas, deveu-se a um aumento na acumulação de

minerais com a suplementação adicional em cloreto de amónio (evidenciada sobretudo

na amostra Água Residual, 60 mg/l NH4, com adubação NPK).

Figura 5.17: Teor de cinzas do caule externo (%, matéria seca) para os diferentes tipos de irrigação


Apresenta-se de seguida a análise dos resultados dos teores de cinzas das folhas.

Verificaram-se diferenças estatisticamente significativas entre as amostras no tocante

aos teores de cinzas das folhas (P = 2,22E-06; ANOVA). As folhas também

apresentaram um comportamento idêntico ao dos caules. O aumento da quantidade

de ião amónio na água de irrigação originou um aumento dos teores de cinzas nas

folhas. Esta variação, com significado estatístico, deveu-se a um aumento na

acumulação de minerais com a suplementação adicional em cloreto de amónio

(evidenciada sobretudo na amostra Água Residual, 60 mg/l NH4, com adubação NPK).

A figura 5.18 mostra os resultados obtidos para o teor de cinzas das folhas.

A figura 5.19 ilustra os resultados relativos ao teor de cinzas das raízes.

b

c

b

b

a,b

b

a

0

2

4

6

8

10

12

14

Teor de cinzas caule externo (%, ms)

Teor de cinzas caule externo (ms)

Controlo







58

Figura 5.18: Teor de cinzas das folhas (%, matéria seca) para os diferentes tipos de irrigação (colunas

com letras diferentes indicam médias significativamente diferentes).

Figura 5.19: Teor de cinzas das raízes (%, matéria seca) para os diferentes tipos de irrigação.

Não se verificaram diferenças estatisticamente significativas entre os valores médios

dos teores de cinzas (%) das raízes da variedade G4 de kenaf (P = 0,705; ANOVA). O

mesmo tinha sido observado em relação à produtividade radicular.

Os resultados globais observados para os teores de cinzas indicam portanto, que a

rega com teores crescentes em ião amónio afecta mais a fracção aérea da planta do

que a fracção radicular. Isto significa que a acumulação mineral, efectuada pelas

raízes, é translocada para a biomassa aérea, distribuindo-se pelos caules e folhas.

Neste sentido, globalmente, a irrigação com água residual de Alcochete (contendo 15

mg/l), foi a amostra que apresentou melhor comportamento: conseguem-se maiores

c c

cb,c

b,ca,b,c

a

0

2

4

6

8

10

12

14

16

Teor de cinzas, folhas (%, ms)

Teor de cinzas das folhas

Controlo







0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

Teor de cinzas, raízes (%, ms)

Teor de cinzas das raízes (ms)

Controlo







59

produções e a biomassa final apresenta teores em cinzas mais reduzidos, o que em

termos de utilização da biomassa para energia é mais favorável.

Comparando os teores de cinzas nas diversas fracções, verifica-se que as raízes,

como orgão de assimilação de nutrientes, por excelência, é a fracção que apresenta

teores mais elevados (cerca de 19-28%). Entre o caule interno, externo e folhas, a

variação não é significativa. Seria interessante verificar o que acontece entre estas

diferentes fracções da planta se o ciclo vegetativo fosse continuado. Ou seja, no

estudo efectuado, o ciclo foi interrompido às 12 semanas. Ou seja, não houve tempo

suficiente para os caules lenhificarem, o que poderia ter originado o retorno de

nutrientes para as raízes ou o aumento da sua acumulação nas folhas. Seria

interessante estudar a evolução dos teores em cinzas (e nos outros nutrientes

analisados) com o aumento do ciclo vegetativo. No entanto, os teores de cinzas nas

fracções aéreas (caules e folhas) foram semelhantes ao que foi observado no trabalho

de Catroga (2009), em que o ciclo foi completo, até à senescência das plantas. Mas

em relação às raízes o mesmo já não se pode afirmar. Neste ensaio, os teores de

cinzas observados nas raízes foram significativamente superiores aos observados no

trabalho de Catroga (2009), mesmo na amostra Controlo, que é semelhante a uma das

amostras do trabalho de Catroga (2009).

5.3.3.2. Teor de azoto

Este ponto dar-nos-á uma ideia do azoto que ficou retido na biomassa da planta. O

Quadro 5.13. apresenta esses resultados, para todas as componentes da planta.

Quadro 5.13: Teor de azoto (%) para as diferentes fracções da variedade G4 de kenaf e para todos os


Teor de Azoto

(%; ms)

Controlo







Caule Interno

0,66±0,02

0,42±0,01

0,94±0,10

0,85±0,05

1,56±0,28

1,65±0,29

2,38±0,17

Caule Externo

0,72±0,02

0,53±0,06

0,81±0,05

0,84±0,02

1,04±0,03

0,97±0,06

1,55±0,06

Folhas

2,57±0,06

2,31±0,07

2,94±0,05

2,93±0,01

3,55±0,07

3,92±0,11

4,00±0,03

Raízes

0,81±0,04

0,78±0,09

0,88±0,02

1,01±0,10

0,90±0,02

1,00±0,02

0,93±0,19

Começamos a análise pelo teor de azoto (expresso em percentagem de matéria seca)

dos caules internos. Verificaram-se diferenças estatisticamente significativas entre as

diferentes amostras no tocante a este parâmetro (P = 3,18E-05; ANOVA). Verifica-se

que a amostra que apresenta os menores teores de azoto nos caules internos é a

Água Residual (15 mg/l NH4). O aumento de ião amónio na água de irrigação originou

um aumento significativo e gradual da acumulação de azoto nos caules internos. A

adição de fertilizantes azotados também influenciou o teor de azoto dos caules

internos: as amostras que foram adubadas com fertilizantes NPK apresentaram teores

60

em azoto no caule interno superiores aos teores observados nas amostras sem

fertilização. Estes resultados, lógicos, confirmam que a fertilização azotada e a

suplementação crescente em ião amónio, resultam numa maior acumulação de azoto

na biomassa. A figura 5.20 apresenta os resultados obtidos para os teores de azoto

(%) encontrados nos caules internos.

Figura 5.20: Teor de azoto dos caules internos (%, matéria seca) para os diferentes tipos de irrigação


No que respeita aos caules externos, verificaram-se diferenças estatisticamente

significativas entre as amostras analisadas (P = 1,37E-06; ANOVA) (figura 5.21).

Figura 5.21: Teor de azoto dos caules externos (%, matéria seca) para os diferentes tipos de irrigação


c

d

c,da,c,d

ba,b,c,d

a

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

Teor de azoto, caule interno (%, ms)

Teor de azoto nos caules internos (ms)

Controlo







c,d,e

c,e,f

c,d c

b,fb,c

a

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

1,8

Teor de azoto, caule externo (%, ms)

Teor de azoto caule externo (ms)

Controlo







61

Os resultados obtidos são semelhantes aos observados nos caules internos. O

aumento de ião amónio na água de irrigação originou um aumento significativo e

gradual da acumulação de azoto nos caules externos. A adição de fertilizantes

azotados também influenciou o teor de azoto dos caules externos: as amostras que

foram adubadas com fertilizantes NPK apresentaram teores em azoto no caule externo

superiores aos teores observados nas amostras sem fertilização.

A figura 5.22 apresenta os resultados obtidos para o teor de azoto nas folhas. Convém

referirmo-nos ao facto de que o teor de azoto (%) nas folhas foi superior aos teores

encontrados nas restantes componentes das plantas. Tal facto sugere que a adição de

azoto, é absorvida pela planta, sendo translocada e acumulada maioritariamente nas

folhas.

Figura 5.22: Teor de azoto nas folhas (%, matéria seca) para os diferentes tipos de irrigação (colunas


Estes resultados apresentaram diferenças estatisticamente significativas (P = 1,46E-

07; ANOVA) e foram semelhantes aos observados para os caules. O aumento de ião

amónio na água de irrigação originou um aumento significativo e gradual da

acumulação de azoto nas folhas. As amostras que foram adubadas com fertilizantes

NPK também apresentaram teores em azoto nas folhas superiores aos teores

observados nas amostras sem fertilização.

Convém transportarmos estes dados (teor de azoto) obtidos nas diferentes fracções

aéreas e fazer a sua análise. O fornecimento de azoto acima das necessidades da

planta resulta no aumento da sua concentração sem que o crescimento seja mais

beneficiado, dizendo-se que houve consumo de luxo. Este consumo de luxo

representa um gasto de nutrientes que não é compensado por uma maior produção,

ou seja, trata-se de um desperdício de recursos.

Varennes (2003) refere que aplicações excessivas de azoto «levam a um desequilíbrio

no metabolismo da planta, com o desvio da síntese de polissacarídeos e óleos de

reserva para a assimilação de azoto mineral». Enquanto a aplicação de azoto não

dd

b b,c,d

a

a,b a,c

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

Teor de azoto, folhas (%, ms)

Teor de azoto nas folhas (ms)

Controlo







62

ocorre de forma excessiva, este azoto a mais quando assimilado corresponderá a

mais proteína e a uma maior área foliar. Note-se que a este respeito, verificou-se, de

facto, que nas amostras com maiores teores de azoto, os índices de área foliar foram

elevados. Esta maior área foliar referida anteriormente, será capaz de suportar uma

fotossíntese mais intensa. Verifica-se que com excesso de azoto, ocorre uma

produção exacerbada de folhagem, quer pelo facto das folhas serem mais largas

(embora mais finas e menos erectas – algo que também foi observado ao longo dos

ensaios) e mais numerosas, quer porque se verifica um maior afilhamento. Nesta

situação de aplicação intensa de azoto, para além da já referida maior susceptibilidade

a doenças e pragas, deixa de se verificar a acção positiva do azoto na fotossíntese,

deixando de ocorrer uma compensação entre o acréscimo de esqueletos carbonados,

necessários para assimilar um nível mais elevado de azoto e os glúcidos produzidos

no processo fotossintético. Os glúcidos são desviados para a assimilação de azoto (e

tal verifica-se pelos maiores valores dos teores de azoto que temos vindo a discutir

neste ponto), de que resulta um menor teor de glúcidos e óleos de reserva e uma

maior riqueza em compostos azotados. Esta situação leva ao efeito de acama dos

caules (Wild, 1992; Varennes, 2003), causados numa situação de excesso de azoto,

algo que foi constatado para alguns dos espécimes das diferentes amostras.

A figura 5.23 apresenta os resultados para o teor de azoto (percentagem de matéria

seca) para as raízes. A análise de variância dos resultados mostrou não existirem

diferenças estatisticamente significativas entre as diferentes amostras (P = 0,212;

ANOVA). Portanto, a adição de concentrações crecentes de azoto, sob a forma de ião

amónio, na água de rega, não conduziu a um aumento destes teores nas raízes. Tudo

indica, portanto, que o excesso aportado na água (e que não foi lixiviado) foi absorvido

pela planta sendo translocado para a parte aérea, fixando-se principalmente nas

folhas.

Figura 5.23: Teor de azoto nas raízes (%, matéria seca) para os diferentes tipos de irrigação.

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

Teor de azoto, raízes (%, ms)

Teor de azoto nas raízes (ms)

Controlo







63

Os resultados apresentados no Controlo, são semelhantes aos resultados de Catroga

(2009).

Estes resultados indiciam também, que as plantas fitodepuraram o excesso de azoto

administrado nas águas de rega. Verificou-se um aumento da sua acumulação na

biomassa e nos lixiviados há uma diminuição dos teores em azoto amoniacal ao longo

do tempo. Considere-se, contudo, que teores elevados de azoto na biomassa

envolvem, aquando da combustão da biomassa, a libertação de maiores

concentrações de NOx – factor que deverá ser considerado também nesta análise da

biomassa. Neste sentido, a aplicação de Água Residual (15 mg/l NH4) continua a ser a

melhor opção. É a amostra mais produtiva e a que apresenta nos caules teores em

azoto mais reduzidos, sendo apropriada para a produção de bioenergia, a par do efeito

depurativo que pode efectuar nas águas residuais.

5.3.3.3. Teor de fósforo

As reservas de fósforo nas plantas correspondem ao fósforo inorgânico acumulado

nos vacúolos e aos fitatos nos frutos e sementes. Os polifosfatos são polímeros

lineares de fósforo inorgânico, unido por ligações pirofosfato, que além de

armazenarem fósforo, constituem também reservas de energia.

A concentração adequada de fósforo na parte aérea das plantas é de 2-5 g P kg-1 de

matéria seca. Quando ocorre carência de fósforo, o crescimento de toda a planta é

afectado, e em particular o da componente aérea, provocando uma diminuição da

razão entre a parte aérea e a raiz. Maturações antecipadas indicam níveis de fósforo

adequados (no solo). (Varennes, 2003)

A toxicidade de fósforo tem efeitos nefastos nas plantas, sobretudo em situações em

que a sua concentração está acima de 10-20 g P kg-1 de matéria seca. «Teores

elevados de fósforo estão associados a sistemas radiculares de menores dimensões

relativas, porque o crescimento da parte aérea é mais estimulado que o da raiz. Um

elevado nível de fósforo no solo inibe a formação de micorrizas. Estes dois efeitos

podem levar à deficiência de outros nutrientes, em particular de zinco e ferro6»

(Varennes, 2003).

De seguida apresentam-se os resultados obtidos para o fósforo total para todas as

componentes da planta. O Quadro 5.14 apresenta o teor médio de fósforo

(percentagem de matéria seca) nas diferentes partes da variedade G4 de kenaf e para

os diferentes tipos de irrigação.

6 O teor normal de ferro nas plantas varia entre 50 e 250 mg de Fe kg

-1 de matéria seca. Os teores

normais de zinco nas plantas são da ordem de 25 a 150 mg Zn kg-1

de matéria seca (Varennes, 2003).

64

Quadro 5.14: Teor de fósforo (%; ms) para as diferentes fracções da variedade G4 de kenaf e para todos

os tipos de irrigação.

Teor de Fósforo

(%; ms)

Controlo







Caule Interno

0,33±0,00

0,28±0,01

0,32±0,01

0,36±0,01

0,40±0,03

0,40±0,04

0,46±0,02

Caule Externo

0,35±0,01

0,27±0,03

0,36±0,01

0,33±0,01

0,34±0,03

0,32±0,10

0,47±0,08

Folhas

0,32±0,01

0,56±0,21

0,38±0,02

0,41±0,01

0,49±0,01

0,42±0,08

0,50±0,04

Raízes

0,37±0,04

0,32±0,01

0,39±0,09

0,42±0,01

0,46±0,00

0,26±0,02

0,43±0,02

Verificaram-se diferenças estatisticamente significativas entre as diferentes amostras

no que concerne aos teores de fósforo (expressos em percentagem da matéria seca)

nos caules internos (P = 0,000823; ANOVA)(figura 5.24).

Figura 5.24: Teor de fósforo nos caules internos (% de matéria seca) para os diferentes tipos de irrigação


O aumento de ião amónio na água de irrigação originou um aumento gradual dos

teores de fósforo nos caules internos (que pode ser devido ao efeito de diminuição da

produtividade). Mas face ao Controlo, as amostras regadas com águas residuais não

mostraram variações significativas. As amostras que foram adubadas com fertilizantes

NPK também apresentaram teores em fósforo nos caules internos superiores aos

teores observados nas amostras sem fertilização (devido à fertilização com P).

Não foram observadas diferenças estatisticamente significativas no tocante às

diferentes amostras para os teores de fósforo nos caules externos (P = 0,125;

ANOVA). A figura 5.25 ilustra os resultados obtidos.

a,b,c

c

b

a

a,b a,b,c

a,b

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

Teor de fósforo, caule interno (%, ms)

Fósforo total caule interno (ms)

Controlo







65

Figura 5.25: Teor médio de fósforo nos caules externos (% de matéria seca) para os diferentes tipos de

irrigação.

Em relação aos caules externos, a rega com água com diferentes teores em ião

amónio não afectou a composição em fósforo. Verifica-se que as amostras adubadas

com fertilizantes NPK apresentaram teores em fósforo nos caules externos superiores

aos teores observados nas amostras sem fertilização (devido à fertilização com P),

embora essa diferença não tenha apresentado significado estatístico.

No que respeita ao teor de fósforo presente nas folhas também não se verificaram

diferenças significativas entre as amostras (P = 0,252; ANOVA)(figura 5.26).

Figura 5.26: Teor de fósforo nas folhas (% de matéria seca) para os diferentes tipos de irrigação.

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

Teor de fósforo, caule externo (%, ms)

Fósforo total caule externo (ms)

Controlo







0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

Teor de fósforo, folhas (%, ms)

Teor de fósforo nas folhas (ms)

Controlo







66

A figura 5.27 representa os resultados obtidos para o teor médio de fósforo obtido para

as raízes da variedade G4 de kenaf. Os resultados mostram a existência de diferenças

significativas entre os diversos tipos de irrigação (P = 0,0421; ANOVA).

Figura 5.27: Teor de fósforo nas raízes (% de matéria seca) para os diferentes tipos de irrigação (colunas


No entanto, nesta fracção da planta não há um padrão de variação. Por aplicação da

água de rega com diferentes teores em azoto amoniacal a variação observada, face

ao controlo, não apresentou significado estatístico. Ou seja, a rega com as águas

residuais não fez variar a quantidade de fósforo presente nas raízes face ao Controlo.

Verifica-se que as amostras adubadas com fertilizantes NPK apresentaram teores em

fósforo nas raízes superiores aos teores observados nas amostras sem fertilização

(devido à fertilização com P), embora essa diferença não tenha apresentado

significado estatístico, excepto na rega com Água Residual (60 mg/l NH4).

Os teores de fósforo apresentados são semelhantes aos observados nos ensaios em

campo para o kenaf (Fernando et al., 2007). No caso do fósforo não se verificaram

diferenças entre fracções da planta em termos de acumulação de fósforo. Ou seja, os

caules, folhas e raízes apresentaram teores semelhantes neste elemento.

5.3.3.4 Metais

Potássio

O teor de potássio necessário para assegurar um forte crescimento das plantas é

elevado, tal como vimos nos teores de azoto, e da ordem dos 20-50 g K kg-1 de

matéria seca (Varennes, 2003). Tal como nos casos do azoto e do fósforo, também o

potássio é facilmente remobilizado dos tecidos mais antigos para os mais jovens, com

a,b

b

a,b

a,c

a,c

b,c

a

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

teor de fósforo, raízes (%, ms)

Teor de fósforo nas raízes (ms)

Controlo







67

a formação de manchas cloróticas nas margens das folhas (Varennes, 2003). O

Quadro 5.15 apresenta os resultados obtidos para a incorporação de potássio na

biomassa das plantas de kenaf (g kg-1; matéria seca).

Quadro 5.15: Teor médio de potássio (g kg-1

; matéria seca) para as diferentes fracções da variedade G4

de kenaf e para todos os tipos de irrigação.

Teor de Potássio (g kg

-1)

Controlo







Caule Interno

34,6±5,2

12,4±3,3

34,9±4,9

25,7±2,3

48,9±8,8

47,0±31,2

32,6±29,4

Caule

Externo

31,5±7,0

13,7±11,9

30,1±14,8

28,0±0,3

34,1±1,1

26,3±0,5

38,4±2,4

Folhas

47,5±6,0

17,4±2,0

29,1±15,2

19,8±0,8

27,9±1,1

22,5±1,7

44,3±14,7

Raízes

10,5±2,0

9,8±1,4

13,0±10,6

7,9±4,7

9,5±5,1

9,0±1,1

15,7±2,4

Os teores de potássio apresentados são semelhantes aos observados nos ensaios de

Catroga (2009). No caso do potássio, verificou-se que os caules e folhas acumularam

mais este elemento que as raízes.

Os teores de potássio dos caules internos (g kg-1; matéria seca) não apresentaram

diferenças significativas (ver Figura 5.28) entre as diferentes amostras (P = 0,448;

ANOVA). Verifica-se que as amostras adubadas com fertilizantes NPK apresentaram

teores em potássio nos caules internos superiores aos teores observados nas

amostras sem fertilização (devido à fertilização com K), excepto na rega com Água

Residual (60 mg/l NH4), onde a variabilidade entre réplicas foi muito elevada.



irrigação.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90g kg-1

Teores de potássio dos caules internos (ms)

Controlo







68

No que concerne à incorporação de potássio a nível dos caules externos, também não

foram observadas diferenças significativas entre as amostras consideradas nos

ensaios (P = 0,186; ANOVA). As amostras adubadas com fertilizantes NPK

apresentaram teores em potássio nos caules externos superiores aos teores

observados nas amostras sem fertilização (devido à fertilização com K). A figura 5.29

representa esses resultados.



irrigação.

A distribuição por amostras e no que concerne à absorção deste nutriente foi

semelhante à obtida a nível das folhas (Figura 5.30.).


; ms) nas folhas para os diferentes tipos de irrigação


0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

g kg-1

Teores médios de potássio nos caules externos (ms)

Controlo







a,b

b

a,b

a,b

b

a,b

a,b

0

10

20

30

40

50

60

70

g kg-1

Teores médios de potássio nas folhas (ms)

Controlo







69

Nas folhas, observaram-se diferenças estatisticamente significativas entre as amostras

no tocante ao teor médio de potássio (P = 0,0477, ANOVA), mas sem se verificar um

padrão na variação. Embora existindo variabilidade entre amostras, a rega com as

águas residuais não fez variar a quantidade de potássio presente nas folhas face ao

Controlo. As amostras adubadas com fertilizantes NPK apresentaram teores em

potássio nas folhas superiores aos teores observados nas amostras sem fertilização

(devido à fertilização com K).

Não se observaram diferenças estatisticamente significativas entre as amostras no

tocante aos teores de potássio nas raízes (P = 0,736; ANOVA). A figura 5.31. mostra

esses resultados. Também nas raízes se verifica que, devido à fertilização com K, as

amostras adubadas com fertilizantes NPK apresentaram teores em potássio nas

raízes superiores aos teores observados nas amostras sem fertilização.


; ms) nas raízes para os diferentes tipos de irrigação.

Os resultados obtidos mostram que a rega com águas residuais contendo teores

crescentes em ião amónio, não afectou a acumulação de potássio nas diversas

fracções do kenaf.

Cálcio

Os teores adequados (Varennes, 2003) no que respeita ao cálcio nas plantas podem

variar entre 2 e 40 g Ca kg-1 de matéria seca. As necessidades em cálcio dependem

ainda da existência de outros iões (eventualmente tóxicos) a nível da solução do solo,

que poderão entrar em competição com ele no que concerne à ligação às membranas.

As necessidades de cálcio aumentam em solos ácidos (com elevadas concentrações

de alumínio na solução do solo), ou salinos (elevados níveis para o ião sódio), ou

ainda em solos contaminados com elementos vestigiais como o cádmio e o chumbo. O

Quadro 5.16 apresenta os resultados obtidos para a incorporação de cálcio nas

plantas de kenaf (g kg-1; matéria seca).

0

5

10

15

20

25

g kg-1

Teores médios de potássio nas raízes (ms)

Controlo







70

Quadro 5.16: Teor médio de cálcio (g kg-1

; matéria seca) para as diferentes fracções da variedade G4 de

kenaf e para todos os tipos de irrigação.

Teor de Cálcio (g kg

-1)

Controlo







Caule Interno

3,80±0,16

8,43±7,99

4,67±0,09

[5,07 – 48,2]

6,78±1,50

7,32±3,61

[0,57 –6,73]

7

Caule

Externo

5,89±0,04

4,04±4,00

12,4±6,8

8,02±1,20

7,92±1,87

11,2±3,6

13,3±3,9

Folhas

9,72±1,37

11,3±1,1

10,9±0,4

11,5±0,6

11,8±0,4

14,7±0,7

16,8±0,2

Raízes

5,72±0,10

8,60±6,06

6,77±0,36

6,00±0,14

8,13±0,61

6,91±1,34

8,36±0,06

Os teores de cálcio apresentados são semelhantes aos observados nos ensaios de

Catroga (2009). Verificou-se que as folhas são a fracção da planta que mais cálcio

acumula. Para muitas fracções e amostras verifica-se uma elevada variabilidade entre

replicados. Observa-se que os valores de cálcio em todas as amostras e para todas as

fracções das plantas são normais (não se encontrando nem em excesso nem em

defeito na biomassa das plantas)(de acordo com Varennes, 2003).

Não foram observadas diferenças estatisticamente significativas a nível das diferentes

amostras no tocante à absorção de cálcio nos caules internos (P = 0,547;

ANOVA)(figura 5.32).

Figura 5.32: Teor médio de cálcio (g kg-1


7 Em algumas amostras e alguns elementos, os valores apresentavam entre si uma grande variabilidade,

não se tendo optado pela terminologia apresentada para outros resultados, nomeadamente a média ±

desvio-padrão, mas sim o intervalo entre o valor mínimo e máximo obtido nos replicados.

0

10

20

30

40

50

60

g kg-1

Teores médios de Cálcio nos caules internos (ms)

Controlo







71

Também não foram observadas diferenças estatisticamente significativas entre as

amostras no que respeita aos caules externos (P = 0,242; ANOVA)(figura 5.33).



As amostras adubadas com fertilizantes NPK apresentaram teores em cálcio nos

caules externos superiores aos teores observados nas amostras sem fertilização

(pode ser devido à fertilização com superfosfato e nitrolusal que contêm também

teores elevados de cálcio).

A figura 5.34 representa os resultados obtidos a nível das folhas da variedade G4 de

kenaf, para os teores médios de cálcio (g Ca kg-1; matéria seca).


; ms) nas folhas para os diferentes tipos de irrigação (colunas


0

5

10

15

20

25

g kg-1

Teores médios de Cálcio nos caules externos (ms)

Controlo







b,d

a,b,c,dd

c,d b,c,d

a,c

a

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

g/kg

Teores médios de Cálcio nas folhas (ms)

Controlo







72

Verificaram-se diferenças significativas a nível das folhas (P = 0,000471; ANOVA). O

aumento de ião amónio na água de irrigação originou um aumento significativo e

gradual da acumulação de cálcio nas folhas (que pode ter resultado da diminuição em

produtividade observada).

A figura 5.35 ilustra os teores médios de cálcio absorvidos nas raízes de kenaf, para

todas as amostras. Não foram observadas diferenças estatisticamente significativas

entre os diferentes tipos de irrigação nas raízes das plantas (P = 0,803; ANOVA).



Os resultados obtidos mostram que a rega com águas residuais contendo teores

crescentes em ião amónio, não afectou a acumulação de cálcio nas diversas fracções

do kenaf, exceptuando no caso das folhas em que se verificou um aumento

significativo e gradual da acumulação de cálcio com o aumento do teor de azoto

amoniacal nas águas. Relembre-se que no caso do potássio também não se tinham

observado efeitos na acumulação deste elemento, face ao Controlo, com a aplicação

de doses crescentes de ião amónio. Estes resultados diferem do que está indicado em

Wild (1992) que diz que, para a maioria das culturas, quando o azoto é aplicado na

forma amoniacal, o nível de absorção de cálcio, magnésio e potássio é menor.

Magnésio

As plantas apresentam em média, necessidades compreendidas entre os 1-8 g Mg kg-1

de matéria seca (Varennes, 2003). Em situação de deficiência deste nutriente, ocorre

remobilização deste elemento, revelando-se assim, em primeira instância, os sintomas

a nível das folhas mais velhas, nomeadamente clorose entre as nervuras, que por

essa razão se mantêm verdes. Nos casos em que a deficiência for severa, essas

zonas das folhas poderão ficar necróticas. Nessa situação, ainda, pode ocorrer a

afectação da síntese de proteínas, o crescimento pode diminuir, e verifica-se a

acumulação de compostos azotados de baixa massa molar a nível das células. Níveis

altos deste nutriente estão associados à melhoria da qualidade nutricional das plantas,

0

2

4

6

8

10

12

14

16

g kg-1

Teores médios de cálcio nas raízes (ms)

Controlo







73

contudo, quando em excesso, a concentração elevada de magnésio no citosol e nos

cloroplastos pode inibir a fotossíntese e a formação de ATP (Varennes, 2003). O

Quadro 5.17 apresenta os resultados obtidos para a incorporação de magnésio.

Quadro 5.17: Teor médio de magnésio (g kg-1

; ms) para as diferentes fracções da variedade G4 de kenaf

e para todos os tipos de irrigação.

Teor de

Magnésio (g kg

-1; ms)

Controlo







Caule Interno

2,10±0,02

1,26±0,05

2,36±0,03

3,67±0,82

3,62±0,27

6,62±3,67

[0,83 –5,12]

Caule Externo

3,08±0,17

1,77±1,50

2,76±0,90

4,27±0,78

3,64±0,78

6,38±0,03

5,07±0,01

Folhas

4,06±0,28

2,79±0,46

3,48±0,57

3,15±0,01

3,34±0,12

4,32±0,08

3,95±0,24

Raízes

3,17±0,63

3,50±0,30

3,57±0,70

3,84±0,35

3,63±0,62

3,82±0,38

3,60±0,17

Os teores de magnésio apresentados são semelhantes aos observados nos ensaios

de Catroga (2009). Os caules, folhas e raízes apresentaram teores semelhantes neste

elemento. Observa-se que os valores de magnésio em todas as amostras e para todas

as fracções das plantas são normais (não se encontrando nem em excesso nem em

defeito na biomassa das plantas)(de acordo com Varennes, 2003).

Não foram observadas diferenças significativas entre as diversas amostras, no que

concerne aos caules internos (P = 0,234; ANOVA)(figura 5.36) e raízes (P = 0,833;

ANOVA)(figura 5.39). Observaram-se contudo diferenças estatisticamente

significativas entre as amostras no que concerne aos caules externos (P = 0,00685;

ANOVA)(figura 5.37) e folhas (P = 0,0166; ANOVA)(figura 5.38).

Figura 5.36: Teor médio de magnésio (g kg-1


irrigação.

0

2

4

6

8

10

12

g kg-1

Teor de Magnésio dos caules internos (ms)

Controlo







74




No caso dos caules externos, verificou-se um aumento significativo e gradual da

acumulação de magnésio com o aumento do teor de azoto amoniacal nas águas. A

nível das folhas, há variabilidade entre as amostras mas não há variação significativa

face ao Controlo.


; ms) nas folhas para os diferentes tipos de irrigação


c a,b,ca,b,c

a,b,c

a,b,c

a

b

0

1

2

3

4

5

6

7

g kg-1

Teores médios de magnésio nos caules externos (ms)

Controlo







ab

ab

ab

b

b

aab

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

5

g/kg

Teores médios de Magnésio nas folhas (ms)

Controlo

Água Residual (15 mg/l NH4)+NPK






75



Tal como verificado para o cálcio e potássio, estes resultados diferem do que está

indicado em Wild (1992) que diz que, em geral, para a maioria das culturas, quando o

azoto é aplicado na forma amoniacal, o nível de absorção de magnésio é menor. A

rega com águas residuais contendo teores crescentes em ião amónio, não afectou a

acumulação de magnésio nas diversas fracções do kenaf, excepto no caso dos caules

externos, em que se verificou um aumento significativo e gradual da acumulação de

magnésio com o aumento do teor de azoto amoniacal nas águas.

Sódio

O sódio acumula-se mais rapidamente do que o potássio nos vacúolos das plantas,

processo através do qual resulta uma expansão celular precoce e ocorre a formação

de uma maior área foliar quando a cultura é ainda jovem. Por esse motivo, na

presença de um excesso de sódio, a fotossíntese ocorre de modo mais intenso e o

crescimento é maior nos primeiros estados de desenvolvimento (Varennes, 2003). No

Quadro 5.18 apresentam-se os resultados obtidos para a incorporação de sódio nas

diferentes amostras nas diferentes componentes das plantas.

Os teores de sódio apresentados são inferiores aos observados nos ensaios de

Catroga (2009). Verificou-se que as raízes são a fracção da planta que mais sódio

acumula.

Refira-se a respeito do sódio, que foram encontrados durante a maior parte do tempo

de ensaio, níveis de cloreto de sódio elevados nas folhas (as folhas apresentavam

pequenos cristais de sal). Este facto sugere que a planta eliminou cloreto de sódio

através dessa estrutura. Os níveis de sódio a nível das folhas, quando comparados

com os níveis dos caules e raízes, são mais reduzidos, talvez devido a este processo.

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

g kg-1

Teores médios de Magnésio nas raízes (ms)

Controlo







76

A elevada iluminância oriunda das lâmpadas poder ter provocado um aumento da

evapotranspiração, e através deste processo a eliminação de sal pelas folhas.

Quadro 5.18: Teor médio de sódio (g kg-1

; ms) para as diferentes fracções da variedade G4 de kenaf e

para todos os tipos de irrigação.

Teor de Sódio

(g kg-1; ms)

Controlo







Caule Interno

0,96±0,03

0,78±0,15

1,96±0,34

2,06±0,29

2,22±0,42

4,04±2,26

1,12±1,03

Caule Externo

0,87±0,29

[0,01 – 0,27]

0,54±0,08

0,62±0,08

0,65±0,03

1,02±0,02

0,54±0,12

Folhas

[0,09 –0,56]

0,10±0,08

[0,02 – 0,48]

0,09±0,01

0,05±0,02

0,06±0,03

[0,09 –0,58]

Raízes

1,88±0,21

2,42±0,18

2,52±1,23

2,56±0,09

2,23±0,11

2,91±0,37

2,59±0,53

A figura 5.40 apresenta os resultados obtidos para os teores médios de sódio nos

caules internos. Não foram observadas diferenças significativas entre os resultados

obtidos para as distintas amostras no que concerne a este parâmetro (0,114; ANOVA).

Figura 5.40: Teor médio de sódio (g kg-1


A nível dos caules externos foram observadas diferenças significativas entre os

diferentes tipos de irrigação (P = 0,00891; ANOVA), mas face ao Controlo não houve

variação significativa (figura 5.41).

0

1

2

3

4

5

6

7

g kg-1Teor médio de Sódio nos caules internos (ms)

Controlo







77


; ms) nos caules externos para os diferentes tipos de irrigação


A figura 5.42 apresenta os teores médios de sódio nas folhas (g kg-1; ms).


; ms) nas folhas para os diferentes tipos de irrigação.

Observa-se alguma variabilidade entre as amostras, sem contudo se verificarem

diferenças estatisticamente significativas entre estas (P = 0,792 ANOVA).

Foi contudo a nível das raízes que a planta incorporou mais sódio. A figura 5.43

mostra esses resultados, que também não apresentaram diferenças significativas

entre si (P = 0,648; ANOVA).

A rega com águas residuais contendo teores crescentes em ião amónio, não afectou a

acumulação de sódio nas diversas fracções do kenaf.

a,b

a,b

a,b

a,b b

a

a,b

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

g kg-1

Teores médios de Sódio nos caules externos (ms)

Controlo







0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

g kg-1

Teores médios de Sódio nos folhas(ms)

Controlo







78



Manganésio

Os teores normais de manganésio nas plantas são de 20-500 mg kg-1 de matéria seca.

Em plantas deficientes neste nutriente, o crescimento é prejudicado, a fotossíntese

ocorre de modo menos eficiente, ocorre a formação de menos glúcidos e pode ocorrer

a acumulação de ião nitrato na planta. O crescimento das raízes pode também ser

afectado (Varennes, 2003). Apresenta-se de seguida a análise dos resultados obtidos

para os teores de manganésio (Quadro 5.19).

Quadro 5.19: Teor médio de manganésio (mg kg-1

; ms) para as diferentes partes da variedade G4 de

kenaf e para todos os tipos de irrigação.

Teor de Manganésio

(mg kg-1

)

Controlo







Caule Interno

3,97±0,13

2,74±0,07

3,85±0,18

5,21±1,51

4,31±0,19

8,77±5,59

15,1±1,0

Caule

Externo

[0,83 –6,27]

4,30±2,33

5,77±0,46

5,64±0,04

5,30±0,04

10,9±0,5

16,3±0,1

Folhas

23,8±0,2

26,3±2,1

25,8±0,4

37,4±1,1

37,8±0,6

53,8±4,2

123±11

Raízes

12,7±2,1

12,2±0,2

15,5±5,3

16,5±1,1

14,5±4,3

15,1±2,4

19,0±1,2

Verificou-se que as folhas são a fracção da planta que mais manganésio acumula.

A rega com águas residuais contendo teores crescentes em ião amónio, levou ao

aumento significativo e gradual da acumulação de manganésio nas diversas frações

aéreas do kenaf, com o aumento do teor em azoto amoniacal nas águas (Pcaules internos =

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

g kg-1

Teores médios de Sódio nas raízes (ms)

Controlo







79

0,00851; Pcaules externos = 0,00134; Pfolhas = 8,17E-07;ANOVA), mas não afectou a

acumulação de manganésio nas raízes do kenaf (Praízes = 0,377).

Zinco, Ferro, Cobre, Alumínio, Níquel, Chumbo, Crómio e Cádmio

O Quadro 5.20 apresenta os resultados obtidos para os teores de zinco, ferro, cobre,

alumínio e níquel presentes nas diferentes componentes das plantas de kenaf. Não foi

detectada, em nenhuma fracção da planta, chumbo, crómio e cádmio8. Também não

foi detectado níquel nos caules internos e folhas.

A rega com águas residuais contendo teores crescentes em ião amónio, não afectou a

acumulação de zinco, ferro, cobre, alumínio, níquel, chumbo, crómio e cádmio, nas

diversas fracções do kenaf (Zn: Pcaules internos = 0,641; Pcaules externos = 0,472; Pfolhas =

0,291; Praízes = 0,0801; Fe: Pcaules internos = 0,159; Pcaules externos = 0,147; Pfolhas = 0,151;

Praízes = 0,630; Cu: Pcaules internos = 0,308; Pcaules externos = 0,314; Pfolhas = 0,372; Praízes =

0,603; Al: Pcaules internos = 0,581; Pcaules externos = 0,165; Pfolhas = 0,499; Praízes = 0,606; Ni:

Pcaules externos = 0,772; Praízes = 0,516; ANOVA; Nas amostras onde não houve detecção

de elemento metálico não foi, portanto, necessário efectuar o teste estatístico para

avaliação da variação dos resultados). Por esse motivo apresentam-se os teores

médios detectados em todas as amostras para cada elemento, por fracção (Quadro

5.20).

No caso do cobre, particularmente, de acordo com Varennes (2003), níveis elevados

de azoto acentuam a deficiência de cobre por implicarem um atraso na senescência

das folhas mais velhas, retendo o elemento em compostos azotados, facto que impede

a sua remobilização para as folhas mais jovens. Mas no kenaf, para os níveis de ião

amónio em estudo, esta comportamento não foi verificado.

Quadro 5.20: Teores médios de zinco, ferro, cobre, alumínio e níquel (mg kg-1

; matéria seca) para as

diferentes fracções da variedade G4 de kenaf.

mg kg-1; matéria

seca Zinco Ferro Cobre Alumínio Níquel

Caule Interno

42,4±22,5

23,4±10,8

3,22±2,13

54,3±51,6

<0,70

Caule Externo

39,5±13,2

28,2±8,2

3,15±1,93

42,4±11,0

[<0,70 – 2,81]

Folhas

62,5±32,9

71,1±10,6

5,33±3,10

39,1±5,4

<0,70

Raízes

36,5±6,8

3774±1032

8,54±3,16

5735±1425

[<0,70 – 9,40]

Os teores de zinco e ferro apresentados são inferiores aos observados nos ensaios de

Catroga (2009), excepto o teor de ferro nas raízes que foi muito superior. Os teores de

8 Limite de detecção do Chumbo: <2,3 mg.kg

-1; Crómio: <0,7 mg.kg

-1; Cádmio: <0,39 mg.kg

-1.

Limite de detecção: teor mínimo medido a partir do qual é possível deduzir a presença do analito com uma certeza estatística razoável. O limite de detecção é numericamente igual a três vezes o desvio-padrão da média de ensaios em branco (n > 20)(Reg. 333/2007).

80

cobre e níquel nos caules e folhas são semelhantes aos observados em Catroga

(2009), mas os teores de cobre e níquel nas raízes são superiores. No caso da análise

destes micronutrientes, esta variação é explicável pois o solo utilizado no ensaio era

diferente do que foi utilizado nos ensaios de Catroga (2009), o que condiciona a

composição da biomassa nestes microelementos (Varennes, 2003). Além do mais, os

teores muito elevados de ferro e alumínio nas raízes resultaram da dificuldade em

separar correctamente a fracção radicular das partículas de solo (muito ricas em ferro

e alumínio) a esta fracção agarradas.

Os teores de zinco e cobre enquadram-se no intervalo dos teores normais nas plantas

(25-150 mg kg-1 de matéria seca; Varennes, 2003). Os teores de ferro e cobre nos

caules são inferiores aos teores considerados normais nas plantas (Fe: 50-250 mg kg-1

de matéria seca, Cu: 5-20 mg kg-1 de matéria seca, Varennes, 2003). As folhas

apresentaram teores normais em ferro e cobre, e as raízes, teores normais em cobre,

mas muito superiores aos normais em ferro (que podem resultar da sua contaminação

com solo, tal como referido).

As folhas são a fracção da planta que mais zinco acumulou. As raízes são a fracção

da planta que mais ferro, alumínio, níquel e cobre acumulou.

81

6. Conclusões

Por todas as considerações tomadas, com base nos métodos e procedimentos

experimentais adoptados, e da análise dos resultados obtidos, pode concluir-se que a

concentração de 15 mg/l de NH4 e sem adição de fertilizantes químicos, aquando da

aplicação de águas residuais na irrigação de kenaf, conduziu à obtenção das maiores

produtividades na variedade G4 de kenaf de todos os ensaios conduzidos,

conseguindo em média incorporar biomassa a uma taxa de 15,1 g dia-1 m-2, apesar de

se ter verificado nessa amostra uma baixa taxa de germinação. O azoto disponível e

adicionado através da irrigação, foi absorvido pelas raízes e translocado na sua

maioria para a parte aérea das plantas. Quer a produtividade aérea quer o

crescimento radicular não foram afectados pela irrigação com as águas residuais

testadas (apenas a amostra Água Residual, 60 mg/l NH4, + NPK apresentou uma

produtividade global inferior à do Controlo). Observou-se que a concentração de 15

mg/l de ião amónio foi responsável pelos maiores índices de área radicular, densidade

radicular e comprimento das raízes assim como de biomassa aérea. Em termos de

proporção, a componente aérea foi significativamente mais produtiva que a

subterrânea.

O aumento do teor em ião amónio na água de rega conduziu a uma maior acumulação

de azoto na biomassa, o que pode comprometer a sua utilização para produção de

energia por combustão, devido às emissões de NOx. O aumento do teor em ião

amónio na água de rega conduziu também a uma maior acumulação na biomassa de

elementos minerais (cinzas), e particularizando, de fósforo (nos caules internos), de

cálcio (nas folhas), de magnésio (nos caules externos) e de manganésio (nos caules e

folhas). Os teores de potássio, sódio, zinco, ferro, cobre, alumínio e níquel não foram

influenciados pelo ião amónio administrado. Não foi detectada na biomassa a

presença de chumbo, crómio e cádmio. Cada fracção da planta de kenaf mostrou

acumulação específica para determinados elementos. As folhas absorveram em média

mais azoto, cálcio, zinco e manganésio. As raízes acumularam mais sódio, ferro,

cobre, alumínio e níquel. Os caules e folhas acumularam mais potássio que as raízes

e o fósforo e magnésio apresentaram teores semelhantes nas diversas fracções da

planta.

Reforçando as capacidades que o kenaf tem para efectuar a fitodepuração de águas

residuais, observou-se uma acumulação na biomassa (em particular na biomassa

aérea) do azoto administrado sob a forma de ião amónio, com a redução dos teores

lixiviados ao longo do ensaio. Da análise das águas de lixiviação percebe-se que a

concentração de azoto amoniacal foi inferior nos lixiviados dos vasos irrigados com 15

mg/l de ião amónio, sendo não detectável no final do ensaio. Isto sugere que para

essa concentração desse ião, o kenaf parece acumulá-lo a nível da parte aérea

(sobretudo) e raiz, não comprometendo a sua produtividade, e impedindo a sua

lixiviação, que numa situação real, poderia provocar efeitos nocivos nos ecossistemas

receptores. Para concentrações superiores em ião amónio, o kenaf não consegue

responder da mesma forma, embora a maioria do ião administrado na água de rega

seja bioadsorvido na planta, com redução da sua presença nos lixiviados.

82

As propriedades que esta planta apresenta, e o estudo aqui apresentado, poderão

assumir uma elevada importância em projectos que se proponham efectuar a

fitodepuração de corpos de água contaminados com teores elevados em ião amónio,

ou em projectos que pretendam utilizar águas residuais tratadas, ricas em ião amónio,

na rega. Os ensaios com a Água Residual contendo 15 mg/l NH4, mostraram que a

produção não foi afectada, pelo contrário, e que a biomassa obtida apresenta

qualidade para produção de energia por combustão, pois os teores em cinzas e azoto

são reduzidos. Do ponto de vista ambiental e industrial, é significativo: as emissões de

NOx e a produção de cinzas serão baixas, no caso da conversão termoquímica dessa

biomassa. A utilização de águas residuais, ricas em ião amónio, na produção de kenaf

apresenta, portanto, viabilidade e, tudo indica, é mais sustentável pois a necessidade

em recursos hídricos e minerais é menor.

No entanto, elações àcerca da sua viabilidade do ponto de vista técnico, ambiental e

económico, só poderão ser confirmadas após a realização de ensaios piloto ou em

campo. É necessário também, em futuros ensaios, analisar o sistema solo-biomassa,

verificando se a qualidade do solo não é afectada por este tipo de reutilização das

águas residuais.

83

7. Referências Bibliográficas

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